1 概述

聽力與語言是人類互相交流和認識世界的重要手段，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行聽力篩查尤為重要，聽力診斷設備能夠及早發現他們的聽力損傷程度并給予及時幫助。而對于成年人及老年人來說，良好的聽力診斷設備不僅能夠幫助他們了解自己的聽覺系統，還能協助聽力障礙殘疾人士選配恰當的助聽器，幫助他們恢復健康生活。

耳聲發射（Otoacoustic Emissions，OAEs）是一種產生于耳蝸，經聽骨鏈及鼓膜傳導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，由于耳聲發射信號強度非常低，一般不超過20dB SPL（其中，SPL的含義是聲壓級，這一參數是國家計量部門用來校準各種聽力儀器的基準值），而刺激偽跡相對要強得多，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檢測算法進行了研究，在嵌入式聽力診斷系統中綜合運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 耳聲發射信號的構成

誘發耳聲發射信號在外耳道內的構成可以用圖1的模型來近似表示。

圖1 誘發耳聲發射信號在外耳道內信號模型

圖1中，G1表示聲信號經外耳和中耳的傳遞函數，其中包括外耳道、鼓膜及聽骨鏈的響應；G2表示聲能在聽覺傳導通路中的反射；L（t）表示刺激聲經過聽覺通路的傳播、反射后在外耳道內的響應信號，即刺激偽跡；NL與NL（t）表示刺激聲誘發的耳蝸響應，即耳聲發射信號；N（t）表示外耳道內的隨機噪聲，R（t）表示耳道內的信號。R（t）可以表示為：

R（t）=L（t）+NL（t）+N（t）

由于耳聲發射信號強度非常低，一般不超過20dB SPL，所以在誘發的耳聲發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，瞬態誘發耳聲發射）相對于刺激信號的延遲時間為3～5ms，持續時間為15 ms左右。TEOAEs的頻率成分與刺激信號的構成有很大關系。TEOAEs的潛伏期與頻率有關，在時間上高頻成分出現在先，低頻成分出現在后。根據英國學者Kmep的報道：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，這種現象主要是因為不同頻率的行波在基底膜上行走的距離不等。刺激聲強度對TEOAEs的波形和幅度也有一定的影響，高刺激強度時可以得到OAEs更寬的頻率范圍。隨著刺激強度的降低，OAEs的能量越來越窄地集中到幾個接近自發耳聲發射的頻率上。用較高刺激強度可以得到耳蝸更全面的信息，但也相應增加了刺激偽跡（外耳道及中耳道對刺激聲的直接反射）的強度與持續時間。所以，在TEOAEs檢測時需要對刺激偽跡進行消除。其相關系數如圖2所示。

圖2 TEOAEs相對于刺激延遲時間系數圖

3.1 時域加窗法

從刺激開始算起約經過5 ms的時間偽跡就可以基本消失，而TEOAEs有3～5 ms的潛伏期。由于從刺激開始算起0～2.5 ms主要是偽跡成分，常常把這段時域內的信號設為0；而2.5～5.1 ms時域內為TEOAEs與偽跡共存區域，隨著時間的增加，偽跡成分逐漸減少而TEOAEs的成分逐漸增多。在5.1～20 ms時段主要是TEOAEs，因為此時域窗選擇為余弦上升或下降的矩形窗，余弦上升或下降時間一般為2.5 ms或2.6 ms。該方法的主要優點是能將刺激偽跡很干凈地去除，且方法簡單，但TEOAEs中部分短潛伏期的成分（一般為高頻成分）也同時被去掉了。

3.2 非線性差分平均法

非線性差分平均（DNRL）又稱之為“導出的分線性響應”。其基本原理是把采集波x（t）表示成反射波R（t）和耳聲發射波OAEs（t）的疊加：

x（t）=R（t）+OAEs（t）

假設反射波R（t）主要是線性成分，它與刺激聲強度成正比增加；而OAEs（t）在適當的刺激強度范圍內呈飽和特性，它基本不隨刺激強度增大而增加，即具有非線性特點。因此，把相鄰4次刺激記錄作為一組，其中后3次刺激強度和極性相同，第1次刺激強度是后3次的3倍且極性相反，最后取4次記錄累加平均，則有：

把所得結果加大一倍便是所要的OAEs（t）波形。DNLR方法的突出優點是當刺激聲強度較大時，即TEOAEs表現為較強的飽和非線性時，可以有效地去除偽跡。但是，它也存在以下2個缺點：

①實際的TEOAEs不僅有非線性成分，還有線性成分。當刺激強度較高使得TEOAEs接近飽和區時，非線性成分是占主要的，此時該方法效果較好；但當刺激強度較低使得TEOAEs處于非飽和區時，線性成分是主要的，在此情況下DNLR方法是不可行的。

②與采用相同刺激的相干平均法相比，DNRL方法會使信噪比降低，且經其處理后得到的TEOAEs的幅度會減少。

4 實驗結果

測試條件：在本實驗室自行設計的嵌入式聽力診斷系統平臺上進行測試；背景噪聲小于50 dB SPL；刺激信號強度為80 dB SPL。

在處理信號方案的設計中，綜合運用了時域加窗法和非線性差分平均方法：先用余弦上升為2.5 ms余弦矩形窗，以濾去潛伏期的偽跡；然后用非線性差分平均方法，濾去潛伏期后的偽跡。這樣綜合了上述兩種去偽跡的方法的優點，彌補了各自的不足，取得了很好的信噪比，達到了消除偽跡的目的。

對10個年輕人的單側耳進行瞬態誘發而進行測試，并估算出的信噪比，其結果如表1所列。

表1中，第一行的數據是采用單純的時域加窗的方法所得到的信噪比；第二行采用綜合的方法，即先后使用了時域加窗法和非線性差分平均法。從表1可以看出，信噪比得到了顯著的改善。