Тестирование локализации источника звука при односторонней глухоте после вмешательства по костной проводимости

Мы представляем протокол для оценки влияния вмешательства костной проводимости на способность локализации звука у пациентов с односторонней глухотой (ССГ). Этот протокол может быть применен для оценки эффективности устройств костной проводимости в восстановлении способности к локализации звука и улучшении общего качества жизни людей с SSD.

Односторонняя глухота (ССГ), при которой наблюдается тяжелая или глубокая потеря слуха на одно ухо и нормальный слух на другое, является распространенным слуховым заболеванием, которое значительно влияет на качество жизни больных. Способность точно локализовать источники звука имеет решающее значение для различных повседневных действий, включая речевую коммуникацию и экологическую осведомленность. В последние годы вмешательство на костной проводимости стало многообещающим решением для пациентов с ССД, предлагая неинвазивную альтернативу традиционным слуховым аппаратам воздушной проводимости. Тем не менее, эффективность устройств костной проводимости (БКД), особенно с точки зрения улучшения возможностей локализации звука, остается темой значительного интереса.

В данной статье мы представляем протокол для оценки влияния вмешательства костной проводимости на способность локализации звука у пациентов с SSD. Протокол включает в себя экспериментальную установку (звуковое помещение и полукруглую решетку громкоговорителей), стимулы и методы анализа данных. Участники указывают воспринимаемое направление шумовых всплесков, а их ответы анализируются с использованием среднеквадратичной ошибки (RMSE) и смещения. Представлены и сравнены результаты тестирования локализации звука до и после вмешательства костной проводимости. Несмотря на отсутствие существенных различий, у большинства пациентов (71%) после вмешательства костной проводимости наблюдалось смещение локализации в сторону вмешательства. В исследовании сделан вывод о том, что вмешательство костной проводимости может быстро улучшить определенные навыки локализации звука у пациентов с ССД, предлагая доказательства в поддержку эффективности КОМПЕНСАТОРов в качестве лечения ССД.

Локализация звука, способность точно определять происхождение слуховых стимулов, является критически важным слуховым навыком, который лежит в основе множества важных функций в повседневной жизни, включая эффективную коммуникацию, безопасную навигацию в окружающей среде и способность ориентироваться в пространстве. Когда человек испытывает одностороннюю глухоту (SSD), способность слуховой системы локализовать звуки серьезно нарушается. Это связано с тем, что наш мозг обычно полагается на сравнение звуковой информации, получаемой обоими ушами, чтобы точно рассчитать местоположение источников звука.

Человеческая слуховая система использует сложные методы обработки сигналов для локализации источников звука, опираясь на межушные временные различия (ITD) и межушевые различия (ILD) в качестве основных сигналов. ITD относятся к небольшой временной задержке между поступлением звука в каждое ухо, которая предоставляет информацию об азимуте источника звука. ILD, с другой стороны, представляют собой разницу в уровнях звука между двумя ушами. Слуховая система интегрирует эти сигналы с другими факторами, такими как спектральные сигналы и движения головы, чтобы сформировать точное пространственное представление о слуховой среде ^1,2. Эти бинауральные сигналы обрабатываются и интегрируются, чтобы позволить нам определить направление, с которого исходит звук. Однако, когда слух на одно ухо нарушен, эта двусторонняя обработка нарушается, что приводит к трудностям в локализации звуков.

Устройства костной проводимости (BCD) представляют собой перспективное решение для людей с SSD ^3,4. Эти устройства работают, передавая звуковые колебания непосредственно в улитку через кости черепа, тем самым обходя поврежденное наружное и среднее ухо. КОМПЕНСАТОР компенсатора плавучести особенно полезен для людей с кондуктивной или смешанной тугоухостью, а также для людей с SSD. Преимущества технологии костной проводимости для пациентов с SSD были задокументированы в предыдущих исследованиях. Например, исследование Chandrasekar et al. показало, что устройства костной проводимости значительно улучшают распознавание речи в шуме у людей с SSD³. Аналогичным образом, метааналитический обзор, проведенный Huang et al., выявил положительное влияние BCD на восприятие речи и качество жизни этих пациентов⁴.

Несмотря на эти доказательства, конкретное влияние вмешательства костной проводимости на способность локализации звука у пациентов с ССД не так хорошо изучено. Например, Agterberg et al. сообщили, что эффективность локализации звука у пациентов с односторонней глухотой не улучшается при прослушивании с помощью устройства костной^{проводимости5}. В некоторых систематических обзорах, таких как Kim et al., сообщалось, что шесть предыдущих исследований с 139 случаями использования слуховых аппаратов с костной фиксацией (BAHA) показали, что процент правильной идентификации локализации звука составляет от 13% до 65,8% до имплантации BAHA и от 15% до 68,5% после имплантации, но без статистической значимости^.. Поскольку в этих исследованиях использовался процент точности локализации источника звука в тех случаях, когда для оценки требовалась точная идентификация излучающего динамика из нескольких динамиков, мы считаем, что уровень сложности относительно высок. В отличие от этого, наш метод оценки оценивает угловую ошибку локализации источника звука и использует среднеквадратичный показатель для оценки. Поэтому мы считаем, что наш метод больше подходит для требований острого тестирования.

Чтобы восполнить этот пробел в литературе, настоящее исследование направлено на оценку эффективности BCD в восстановлении способностей локализации звука у пациентов с SSD. Мы используем конфигурацию динамиков, описанную ван де Хейнингом и ^др.7. Мы разработали протокол тестирования локализации звука, который включает в себя оценку до и после вмешательства. Участники будут протестированы как в условиях с помощью (с использованием BCD), так и без посторонней помощи, чтобы сравнить их эффективность локализации. Изучая изменения в способностях локализации звука до и после внедрения вмешательства костной проводимости, это исследование предоставит ценную информацию о потенциальных преимуществах BCD для пациентов с SSD. Полученные результаты могут способствовать лучшему пониманию того, как эти устройства могут быть оптимизированы для улучшения пространственного восприятия и слуховой функции в более широком смысле, тем самым повышая общее качество жизни людей с SSD.

В данном исследовании приняли участие 14 детей с врожденным ССД, оснащенных слуховыми аппаратами костной проводимости. Критериями включения в состав участников явился подтвержденный диагноз ССД. Участники были набраны из специализированной аудиологической клиники и были проинформированы о цели исследования, процедурах, потенциальных рисках и преимуществах. Информированное согласие было получено от родителей или законных опекунов участников до их включения в исследование.

1. Настройка

ПРИМЕЧАНИЕ: В этом разделе описана процедура проведения эксперимента по локализации звука с использованием указанного программного инструмента. Эксперимент предназначен для оценки способности участников локализовать источник звука в условиях свободного поля. Локализационное тестирование проводилось в звукоизолированном помещении с семью громкоговорителями (см. рис. 2 в работе Van de Heyning et al.)⁷ равномерно распределен по полуокружности между -90° (влево) и 90° (вправо) азимутом. Конфигурация динамиков выбирается из практических соображений. Материалы, необходимые для этого эксперимента, включены в Таблицу материалов.

1. Убедитесь, что на компьютере с Windows есть совместимый аудиодрайвер и многоканальная звуковая карта.
2. Подключите активные динамики к звуковой карте с помощью балансных кабелей.
3. Настройте аудиооборудование в соответствии с инструкциями производителя, обеспечив воспроизведение без сбоев и достаточное разделение каналов.
4. Расположите колонки по кругу, следуя указаниям⁶. Поместите объект в центр полукруга, лицом к фронтальному динамику. Используйте программное обеспечение для настройки громкоговорителей в желаемом полукруглом расположении с углом 30° между каждым соседним громкоговорителем (см. рис. 1). Убедитесь, что центр звукоизлучающей части громкоговорителей находится на уровне гипотетической плоскости, проходящей через ушные каналы субъекта, регулируя высоту кресла в соответствии с ростом и размером субъекта.

2. Калибровка

1. Выберите подходящий аудиодрайвер в программном обеспечении.
2. Выберите ASIO-совместимую звуковую карту из списка доступных устройств.
3. Просмотрите и настройте необходимые параметры в меню настройки, в том числе:
   1. ShowResults: выберите, когда отображать результаты во время эксперимента (в режиме реального времени, в окончательном режиме, в автоматическом режиме или в закрытом режиме).
   2. DummyLSwarning: Включение или отключение предупреждающего сообщения, указывающего на наличие фиктивных динамиков.
   3. trainingMode: включение или отключение режима обучения, в котором целевой говорящий выделяется до тех пор, пока не будет дан ответ.
   4. includeTrainingModeResults: выберите, следует ли включать результаты режима тренировки в сводные таблицы и рисунки.
   5. includeDemoModeResults: выберите, следует ли включать результаты демонстрационного режима в сводные таблицы и рисунки.
   6. quickMode: включение или отключение быстрого режима, который снижает уровень презентации и количество презентаций на одного докладчика.
   7. colormap: Выберите цветовые карты для набора данных и графиков матрицы несоответствий.
   8. nLS: Укажите общее количество кликабельных динамиков (реальных и фиктивных).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Фиктивные динамики означают, что из динамика не будет издаваться звук в течение всего процесса локализации источника звука. У настоящих колонок есть звуки.
   9. nRep: укажите количество повторений на одного спикера.
   10. LSCircleStart / End: Укажите диапазон угла круглой конфигурации.
   11. colormapDataSet: Выберите цветовую карту для графика набора данных.
   12. colormapConfusion: Выберите цветовую карту для построения матрицы несоответствий.
4. Обратитесь к инструкциям по калибровке, предоставленным в программном обеспечении, чтобы откалибровать систему с помощью шумового сигнала CCITT и измерителя уровня звукового давления с настройкой A-взвешивания.
   1. Проверьте настройки драйвера звукового устройства.
   2. Запустите процедуру калибровки, нажав Дополнительно | Откалибруйте.
   3. Проверьте сопоставление выходных каналов громкоговорителя и звуковой карты. Назначьте фиктивные громкоговорители, работающие только с откликом, каналу 0.
   4. Нажмите кнопку динамика, чтобы воспроизвести калибровочный шум 10 se на этом громкоговорителе.
   5. Измерьте уровень звукового давления кончиком измерителя звукового давления в виртуальном положении головы испытуемого, направленной в сторону активного динамика. Обратитесь к руководству измерителя SPL о правильном положении измерения. Настройте измеритель уровня звука для измерения эквивалентного уровня звука по шкале A LAeq (медленное время интеграции).
   6. Отрегулируйте усиление громкоговорителей/системы так, чтобы достичь уровня шума примерно 70 дБА (допустимый LAeq 67-75) дБ). Введите фактически измеренный уровень шума LAeq в соответствующее поле калибровки.
   7. Повторите шаги 2.4.3-2.4.6 для каждого из оставшихся громкоговорителей.
   8. Завершите калибровку, нажав « Готово».
5. Нажмите кнопку проверки калибровки , чтобы подтвердить настройку. На этом шаге громкоговорители будут представлять собой стимул сигналов (1,2) для оценки оператором уровня звукового давления по сравнению с результатами калибровки.

3. Экспериментируйте

1. Укажите метаданные: введите информацию об участнике, включая идентификатор субъекта, тип слухового аппарата и необязательные комментарии.
2. Настройте любые фиктивные громкоговорители, назначив их каналу 0 во время калибровки. Желтая рамка в верхней части укажет на наличие муляжей динамиков. Если параметр настройки DummyLSwarning имеет значение true, то текст внутри поля будет показывать количество фиктивных колонок.
3. Выберите папку исследования, в которую будут сохранены результаты.
4. Нажмите кнопку Пуск , чтобы начать эксперимент.
   1. Участнику будут представлены слуховые стимулы и предложено ответить, выбрав место воспринимаемого источника звука. Попросите детей, способных называть числа, устно назвать соответствующий номер громкоговорителя, а тех, у кого отсутствует эта способность, попросите указать прямо на громкоговоритель, который, по их мнению, издает звук.
   2. Пусть программное обеспечение случайным образом представляет два спектральных шумовых стимула с длительностью 1 с, включая время нарастания и спада 20 мс. Стимулы будут последовательно представлены на одном из трех случайно выбранных уровней: 60 дБ HL, 65 дБ HL и 70 дБ. ХЛ. Количество презентаций – шесть на одного докладчика (два стимула на трех уровнях).
      Примечание: Использование двух типов шума направлено на смешение монофонических спектральных сигналов и предотвращение переоценки характеристик локализации.
5. Просматривайте результаты в режиме реального времени (режим реального времени) или после завершения эксперимента (режим финала). Результаты включают матрицу несоответствий, среднеквадратичное значение (RMS), BIAS и стандартное отклонение (STD) угловой ошибки.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Положительные значения указывают на смещение вправо, в то время как отрицательные значения указывают на смещение влево. Чем дальше значение отклоняется от 0, тем более выражено боковое смещение, что указывает на худшую способность к локализации.

4. Анализ данных

1. Загружайте и анализируйте ранее сохраненные результаты с помощью функции «Загрузить и анализировать ». Выбрать из меню | Файл | Load & analyze для загрузки файла MAT старого измерения. Результирующий рисунок будет показан вместе с матрицей несоответствий на отдельном рисунке.
2. Создавайте сводные таблицы и рисунки для всех отдельных результатов в папке исследования, нажав Файл | Создайте резюме.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Функция сканирует все допустимые файлы Excel и MATLAB, соответствующие шаблону LOC*.xlsx и LOC*.mat в папке исследования и во всех подпапках.
3. Визуализируйте набор данных, нанеся на график количество измерений для каждого участника по тегу клинического визита и номеру клинического визита.
4. Экспортируйте обобщенные данные в виде электронных таблиц, включая необработанные данные и расчетную статистику. Выходные таблицы называются Summary_of_all_LOC_measurements.xlsx и Summary_of_all_LOC_measurements_RAW.xlsx
5. Экспортируйте диаграммы рассеяния и ящичковые диаграммы для RMS, BIAS и STD угловых ошибок, сгруппированных по тегу клинического визита и номеру клинического визита. Диаграммы рассеяния показывают все среднеквадратичные значения, смещения и стандартные угловые ошибки с течением времени. Идентификаторы субъектов имеют цветовую кодировку, а теги посещения клиники кодируются маркерными символами, как показано в легенде.
6. Выполняйте пакетный анализ и экспортируйте матрицы несоответствий в виде изображений PNG для всех файлов MAT в папке исследования.

5. Сброс к заводским настройкам

1. Используйте функцию сброса к заводским настройкам , чтобы сбросить программное обеспечение до настроек по умолчанию.

В данном исследовании приняли участие 14 детей с ССД, оснащенных слуховыми аппаратами костной проводимости. Возрастной диапазон участников (9 мальчиков, 5 девочек) составил от 5 до 12 лет, медиана составила 7,78 лет (см. табл. 1). Без устройства костной проводимости с правой стороны на рисунке 2 результат у этого ребенка с левосторонней глухотой показал явное смещение вправо (BIAS = 53,6°) и RMS = 95,5°). При использовании устройства костной проводимости с правой стороны на рисунке 3 общая способность к локализации звука у этого ребенка с левосторонней глухотой в некоторой степени улучшилась, при этом смещение вправо уменьшилось до BIAS = 10,7°, а точность локализации повысилась (RMS = 82,9°).

Среди 14 обследованных детей не было выявлено значимых различий в СКО (P = 0,63) и стандартном отклонении угловой ошибки (STDE) (P = 0,15) до и после вмешательства (непараметрические парные тесты, а P-значение < 0,05 является статистически значимым). Тем не менее, у 71% (10 из 14) детей наблюдался сдвиг смещения в сторону вмешательства, что указывает на смещение в сторону локализации источника звука в сторону вмешательства. Однако из-за больших индивидуальных различий и относительно небольшого размера выборки не было существенной разницы в общем БИАС (P = 0,32) до и после вмешательства. Таким образом, использование КОМП может в некоторой степени быстро расширить возможности локализации звука у отдельных людей. Тем не менее, степень улучшения может варьироваться у разных людей.

Рисунок 1: Пример настройки и записи с одним стимулом и соответствующей реакцией. Локализационное тестирование проводилось в звукоизолированном помещении с семью громкоговорителями, равномерно распределенными по полукругу между азимутом от -90° (слева) до 90° (справа). Испытуемый располагался в центре полукруга, лицом к фронтальному громкоговорителю. Угол α — это угловая погрешность для презентации. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Пример результата без вмешательства BCD. Без устройства костной проводимости с правой стороны результат у этого ребенка с левосторонней глухотой показал СРС = 95,5°, БИАС = 53,6°, ЗППП = 80,6°. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Пример результата при вмешательстве с НХД. При установке аппарата костной проводимости с правой стороны результат у этого ребенка с левосторонней глухотой показал СРС = 82,9°, БИАС = 10,7°, ЗППП = 83,8°. По сравнению с рисунком 2, значения RMS и STD близки, но BIAS снизился до 10,7°, где 0° не представляет собой боковое смещение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Таблица 1: Демографические характеристики участников.

Дети в возрасте от 5 лет и старше с потерей слуха могут успешно пройти этот тест. Для пациентов с ССД острое применение слуховых аппаратов костной проводимости во время тестирования локализации источника звука продемонстрировало уровень улучшения смещения, хотя это улучшение не достигло статистической значимости с точки зрения снижения RMSE STDE. Улучшение также может быть эффектом обучения.

Потенциал для более значительных улучшений при длительном использовании устройства, обусловленный нейронной и центральной обработкой, предполагает область, которая заслуживает дальнейшего изучения. Лонг и др. отмечают, что способность локализовать источник звука может улучшиться с возрастом⁸ лет. Основной реабилитационной потребностью подавляющего большинства родителей детей с ССД является улучшение их способности локализовать источники звука с последующей способностью распознавать речь в присутствии шума, поэтому необходимо подробно объяснить пациентам с ССД локализацию источника звука и обоснование программы вмешательства до начала вмешательства и помочь им установить разумное ожидание эффекта.

Влияние вмешательства с кохлеарным имплантатом (КИ) на способность локализации источника звука при односторонней глухоте (ССД) хорошо известно, при этом в^{предыдущих исследованиях} были продемонстрированы значительные улучшения9. Возможности локализации звука у пациентов с ССД до конца не изучены. Тем не менее, по различным причинам, таким как страх перед хирургическим вмешательством, аномалии развития слухового нерва или экономические ограничения, многие пациенты с ССД выбирают устройства костной проводимости (BCD) в качестве формы вмешательства. Вопрос о том, может ли вмешательство BCD улучшить способность локализации источника звука у пациентов с SSD, требует тщательной оценки.

В предыдущих исследованиях преимущественно использовалась система подсчета баллов, которая требовала от участников абсолютно точных суждений об источнике звука, что приводило к выводам об отсутствии существенных различий в способности локализации до и после вмешательства устройства костной проводимости 10,11,12,13,14,15. Тем не менее, Monini et al. сообщили об улучшении локализации звука при прослушивании с BCD¹⁶. Наше исследование было направлено на то, чтобы выяснить, может ли метод, принятый в нашем исследовании, дать другие или более тонкие результаты. Этот протокол имеет некоторые важные моменты, о которых следует помнить. Максимальный уровень звукового давления не должен превышать 75 дБА, а внешнее усиление не должно меняться после калибровки. Любые другие приложения, которые могут получить доступ к звуковому устройству во время эксперимента, должны быть отключены. Этот метод обследования позволяет эффективно оценить способность детей с ССД локализовать источник звука, что является ориентиром для выбора плана лечения. Ограничением этого теста является то, что у детей он требует длительного внимания и подчинения командам оператора, особенно у детей младшего возраста.

В заключение, несмотря на то, что BCD уже продемонстрировали свою ценность в улучшении коммуникации для людей с SSD, это исследование прольет свет на их способность решать один из самых сложных аспектов локализации слуха и звука. Мы надеемся, что будущие исследования с большими размерами выборки позволят получить дополнительную информацию, которая может быть использована в клинической практике и предложить более подробные рекомендации пациентам с ССД, нуждающимся в руководстве.

У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявить.

Никакой