嵌入式聽力診斷系統(tǒng)中的偽跡消除方法

1 概述
聽力與語言是人類互相交流和認(rèn)識世界的重要手段，然而耳病和聽力障礙的陰霾卻困擾著人類。對于新生兒來說，越早診斷出聽力損傷則治愈幾率越大，因此用聽力篩查儀對他們進(jìn)行聽力篩查尤為重要，聽力診斷設(shè)備能夠及早發(fā)現(xiàn)他們的聽力損傷程度并給予及時(shí)幫助。而對于成年人及老年人來說，良好的聽力診斷設(shè)備不僅能夠幫助他們了解自己的聽覺系統(tǒng)，還能協(xié)助聽力障礙殘疾人士選配恰當(dāng)?shù)闹犉?，幫助他們恢?fù)健康生活。
耳聲發(fā)射(Otoacoustic Emissions，OAEs)是一種產(chǎn)生于耳蝸，經(jīng)聽骨鏈及鼓膜傳導(dǎo)釋放入外耳道的音頻能量，它是目前臨床廣泛采用的客觀聽力測試的途徑之一。在外耳道中，由于耳聲發(fā)射信號強(qiáng)度非常低，一般不超過20dB SPL(其中，SPL的含義是聲壓級，這一參數(shù)是國家計(jì)量部門用來校準(zhǔn)各種聽力儀器的基準(zhǔn)值)，而刺激偽跡相對要強(qiáng)得多，因此刺激偽跡的抑制一直是OAEs測量中很重要又很棘手的問題。本文對OAEs檢測算法進(jìn)行了研究，在嵌入式聽力診斷系統(tǒng)中綜合運(yùn)用了目前的信號處理方法，在偽跡消除方面取得很好的效果。

2 耳聲發(fā)射信號的構(gòu)成
誘發(fā)耳聲發(fā)射信號在外耳道內(nèi)的構(gòu)成可以用圖1的模型來近似表示。

圖1中，G1表示聲信號經(jīng)外耳和中耳的傳遞函數(shù)，其中包括外耳道、鼓膜及聽骨鏈的響應(yīng)；G2表示聲能在聽覺傳導(dǎo)通路中的反射；L(t)表示刺激聲經(jīng)過聽覺通路的傳播、反射后在外耳道內(nèi)的響應(yīng)信號，即刺激偽跡；NL與NL(t)表示刺激聲誘發(fā)的耳蝸響應(yīng)，即耳聲發(fā)射信號；N(t)表示外耳道內(nèi)的隨機(jī)噪聲，R(t)表示耳道內(nèi)的信號。R(t)可以表示為：
R(t)=L(t)+NL(t)+N(t)
由于耳聲發(fā)射信號強(qiáng)度非常低，一般不超過20dB SPL，所以在誘發(fā)的耳聲發(fā)射信號中刺激偽跡占了很大比例，在OAEs測量中，必須對刺激偽跡進(jìn)行有效的抑制。

3 偽跡消除的方案
在聽力正常的情況下，TEOAEs(Transient-Evoked Otoacustic Emissions，瞬態(tài)誘發(fā)耳聲發(fā)射)相對于刺激信號的延遲時(shí)間為3～5ms，持續(xù)時(shí)間為15 ms左右。TEOAEs的頻率成分與刺激信號的構(gòu)成有很大關(guān)系。TEOAEs的潛伏期與頻率有關(guān)，在時(shí)間上高頻成分出現(xiàn)在先，低頻成分出現(xiàn)在后。根據(jù)英國學(xué)者Kmep的報(bào)道：5 000Hz的TEOAEs的潛伏期為4ms，而500 Hz的信號潛伏期則在12 ms左右，這種現(xiàn)象主要是因?yàn)椴煌l率的行波在基底膜上行走的距離不等。刺激聲強(qiáng)度對TEOAEs的波形和幅度也有一定的影響，高刺激強(qiáng)度時(shí)可以得到OAEs更寬的頻率范圍。隨著刺激強(qiáng)度的降低，OAEs的能量越來越窄地集中到幾個(gè)接近自發(fā)耳聲發(fā)射的頻率上。用較高刺激強(qiáng)度可以得到耳蝸更全面的信息，但也相應(yīng)增加了刺激偽跡(外耳道及中耳道對刺激聲的直接反射)的強(qiáng)度與持續(xù)時(shí)間。所以，在TEOAEs檢測時(shí)需要對刺激偽跡進(jìn)行消除。其相關(guān)系數(shù)如圖2所示。