王杰　趙非　張穎　李永新首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科；耳鼻咽喉頭頸科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（首都醫(yī)科大學(xué)）北京市人工聽覺工程技術(shù)研究中心（北京0070）中山大學(xué)新華學(xué)院聽力言語科學(xué)系（廣州5050）英國卡迪夫大學(xué)城市大學(xué)，言語治療與聽覺科學(xué)研究中心（卡迪夫CF5 YB）中國人民解放軍6醫(yī)院臨床部耳鼻咽喉頭頸外科（北京049）

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成人正常鼓膜振動激光多普勒測振儀檢測研究

王杰1趙非2張穎3李永新1
1首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科；耳鼻咽喉頭頸科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（首都醫(yī)科大學(xué)）北京市人工聽覺工程技術(shù)研究中心（北京100730）2中山大學(xué)新華學(xué)院聽力言語科學(xué)系（廣州510520）英國卡迪夫大學(xué)城市大學(xué)，言語治療與聽覺科學(xué)研究中心（卡迪夫CF5 2YB）3中國人民解放軍263醫(yī)院臨床部耳鼻咽喉頭頸外科（北京101149）

【摘要】目的利用激光多普勒測振儀檢測成人正常鼓膜振動特征。方法于2015年6月至2015年9月間招募成人志愿者，檢測鼓膜正常、純音聽閾正常后，應(yīng)用激光多普勒測振儀檢測90 dB SPL純音刺激條件下鼓膜臍部振動幅度。刺激頻率范圍為400、800、1000、1500、2000、2500、3000、4000、5000、6000、8000 Hz共11個(gè)頻率。結(jié)果鼓膜臍部振動于400-8000 Hz 11個(gè)頻率處均可檢測到，信噪比大于等于10 dB。鼓膜臍部振動于1000 Hz、3000 Hz處有兩個(gè)峰值，于6000 Hz處有一個(gè)波谷。每耳測試可于十分鐘內(nèi)完成，測試過程中受試者無不適癥狀，安靜狀態(tài)平靜呼吸對測試沒有明顯影響。結(jié)論激光多普勒測振儀可檢測到鼓膜細(xì)微振動，成人鼓膜振動檢測過程簡便、無創(chuàng)、快速，為臨床中耳傳聲功能精細(xì)化檢測提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鼓膜振動；鼓室成形；氣骨導(dǎo)差

1 The Foundation for Clinical Distinctive Application，Capital of China（Z161100000516144）；2The priming scientific research foundation for the senior researcher in Beijing Tongren Hospital，Capital Medical University（2015-YJJ-GGL-015）；3 The Beijing Natural Science Foundation（7142040）

Declaration of interest：The authors report no conflicts of interest.

外界聲音傳遞至外耳道后經(jīng)鼓膜振動后傳遞至聽骨鏈，然后經(jīng)鐙骨底板將振動傳遞至內(nèi)耳。當(dāng)中耳病變時(shí)，聲波經(jīng)鼓膜-聽骨鏈傳遞至內(nèi)耳的振動受損，表現(xiàn)為傳導(dǎo)性聽力損失。臨床常用鼓室成形術(shù)清除中耳病變基礎(chǔ)上重建中耳傳聲結(jié)構(gòu)提高聽力。

鑒別傳導(dǎo)性聽力損失是鼓室成形手術(shù)重建聽力的前提。目前臨床常使用無創(chuàng)的顳骨薄層CT檢查鼓膜-聽骨鏈連接程度及鼓室腔氣化程度，使用純音測聽氣骨導(dǎo)差評估聽骨鏈連接狀態(tài)。如果鼓膜完整，還可使用鼓室圖、鐙骨肌聲反射檢測分析中耳傳聲狀態(tài)從而反映鼓膜-聽骨鏈連接狀態(tài)。但對于鼓室成形術(shù)后不明原因氣骨導(dǎo)差鑒別診斷時(shí)，鼓膜不透明、生物力學(xué)屬性改變等上述常用檢測技術(shù)難以提供有價(jià)值信息時(shí)，臨床采用有創(chuàng)的鼓室探查術(shù)明確氣骨導(dǎo)差可能原因［1-2］。

本研究旨在探索鼓膜振動檢測技術(shù)作為一項(xiàng)精細(xì)化中耳傳聲功能檢測手段引入臨床應(yīng)用的可行性，并觀察正常值，為臨床分析鼓室成形術(shù)后不明原因氣骨導(dǎo)差形成的可能機(jī)制，以及深入認(rèn)識中耳傳聲機(jī)制提供依據(jù)。

1　資料與方法

1.1受試者資料

本研究通過了首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院倫理委員會評審。于2015年6月-9月間，招募青年受試者30名（男：女=12：18，平均年齡27.24歲）。為了避免雙耳重復(fù)性可能對結(jié)果的影響，每位受試者只測試任意一只耳（或自覺聽力較好耳）。納入標(biāo)準(zhǔn)如下：無外中耳疾病史，無上呼吸道急慢性炎癥，近一周內(nèi)無持續(xù)強(qiáng)噪聲接觸史，純音聽閾正常范圍（500、1000、2000、4000 Hz每個(gè)頻率均25 dB HL），鼓膜完整、標(biāo)志清楚、無急慢性充血且鼓氣耳鏡檢查活動好，鼓室圖A型（50 dapa之間）且于500、1000、2000、4000 Hz鐙骨肌聲反射引出且閾值無升高），愿意接受試驗(yàn)并簽署知情同意書。

1.2激光多普勒振動測試

1.2.1檢測方法

在安靜環(huán)境下，符合條件的受試者平臥頭轉(zhuǎn)向?qū)?cè)，受檢耳向上。先在顯微鏡下（Zeiss OP?MI-1FC）檢查耳道并置入耳鏡式耦合器（Polytec），調(diào)整顯微鏡使得耳鏡式耦合器、物鏡及鼓膜同一軸線，并使得測試光線近乎垂直于鼓膜表面臍部，檢測模式圖見圖1。囑患者平靜呼吸、放松身體并保持頭部制動狀態(tài)。按照順序給聲并記錄鼓膜臍部振動測試信號，每個(gè)部位重復(fù)5次取平均值。測試頻率400、800、1000、1500、2000、2500、3000、4000、5000、6000、8000 Hz共11個(gè)頻率按順序發(fā)聲。每個(gè)頻率刺激時(shí)間為1秒，刺激聲強(qiáng)度為純音90 dB SPL。

1.2.2檢測儀器

本研究測試系統(tǒng)由刺激聲信號發(fā)聲器、激光多普勒測振儀、信號分析軟件、鼓膜表面聲壓實(shí)時(shí)檢測儀組成。刺激聲信號發(fā)生器由16位的數(shù)字信號處理板定制，經(jīng)ER 3A（Etymotic）耳機(jī)與耳鏡耦合器給聲。整個(gè)給聲裝置由中國計(jì)量科學(xué)研究院按照插入式耳機(jī)校準(zhǔn)后方可使用。激光多普勒測振儀（CLV-2534，Polytec）為單點(diǎn)式測振儀，采用II類氦氖激光對人體無傷害（除長時(shí)間直視），速度上限為10 m/s，激光光斑直徑為1.5μm能量小于0.1mv。通過適配器安裝在顯微鏡上使用。通過顯微鏡上的控制器調(diào)節(jié)測試激光的方向。信號分析軟件由Polytec公司提供。采用ER 7（Etymotic）麥克風(fēng)經(jīng)耳鏡耦合器置于距鼓膜臍部約10mm處，監(jiān)測鼓膜表面聲壓，由信號分析軟件實(shí)時(shí)記錄。

4.2 飲食指導(dǎo) 由于鼻咽癌照射分布的特殊性，放療后會出現(xiàn)食物味覺問題、吞咽或咀嚼困難、口干等而引起患者食欲減退、進(jìn)食少，久之會造成患者營養(yǎng)不良狀態(tài)，影響患者的治療和康復(fù)［11］。鼻咽癌患者放療的中期，惡心程度最為嚴(yán)重，因此應(yīng)指導(dǎo)患者在放療中期更應(yīng)注意進(jìn)食易消化，富含蛋白，高維生素、低脂肪的清淡飲食，多食新鮮水果和蔬菜。避免過冷、過熱及辛辣刺激飲食。少量多餐，注意色香味。整個(gè)放療期間應(yīng)多飲水，每日3 000 mL，以增加尿量，加速毒素排泄，減輕放療反應(yīng);在放療后期，患者的上述癥狀會加劇，要遵醫(yī)囑給予抗炎和增強(qiáng)免疫力的治療。

1.2.3數(shù)據(jù)分析及誤差控制

本研究測試點(diǎn)為鼓膜臍部光錐頂端約1mm范圍，測試時(shí)同時(shí)記錄鼓膜表面聲壓與臍部振動幅值。采用鼓膜臍部振動傳輸函數(shù)（同頻率振動幅值與記錄到的聲壓比值）表示鼓膜振動特征，單位為mm/s/Pa。采用SPSS 19.0計(jì)算各頻率均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差，數(shù)據(jù)處理后繪制頻響曲線表示鼓膜在一定頻率范圍內(nèi)振動響程度。本研究沒有分析鼓膜臍部振動的相位數(shù)據(jù)。

為了控制實(shí)驗(yàn)誤差，首先測試光與鼓膜臍部待測點(diǎn)近乎垂直（與垂線夾角小于15度）；其次，調(diào)整測試光，降低背景噪聲，提高信噪比。分析測試信號時(shí)，選區(qū)信噪比大于等于10 dB的信號為振動信號；另外，每個(gè)測試頻率重復(fù)5次，取平均值。

圖1　激光多普勒振動儀鼓膜振動測試模式圖Fig.1 Schematic of measurement of tympanic membrane vibration using laser Doppler vibrometry

2　結(jié)果

本研究有男性12耳、女性18耳納入研究，受試者基本信息及純音聽力水平見表1。完成每耳測試約10分鐘（包括必要的解釋、準(zhǔn)備時(shí)間），測試過程中患者無不適。最大輸出為90dB SPL持續(xù)11秒，對受試者無聽力損失危險(xiǎn)。

數(shù)據(jù)處理后，鼓膜臍部振動傳輸函數(shù)曲線見圖2。于1000Hz、3000Hz分別有兩個(gè)峰值，并于6000Hz有一切跡。灰色區(qū)域表示每個(gè)頻率的標(biāo)準(zhǔn)差。

為了驗(yàn)證LDV鼓膜振動測試的可重復(fù)性，對其中一名受試者于第一天、第二天、第三天、第六天重復(fù)測試4次。如圖3所示，重復(fù)測試結(jié)果與首次測試結(jié)果比值接近1，表示重復(fù)性較好。

圖2　成人正常鼓膜振動測試結(jié)果Fig .2 Normative data of the vibration transfer function of adult tympanic membrane at umbo

圖3　本研究中鼓膜振動測試重復(fù)性評估Fig .3 Repeatability of the measurement of tympanic membrane using laser Doppler vibrometry

3　討論

本研究旨在利用LDV檢測成人正常聽力、正常鼓膜振動特征，以鼓膜臍部為觀測點(diǎn)，用鼓膜臍部振動傳輸函數(shù)表示鼓膜振動幅值。本研究結(jié)果顯示鼓膜臍部振動于1000Hz及3000 Hz分別有兩個(gè)峰值。在中耳有限元模型、顳骨實(shí)驗(yàn)測量研究鼓膜振動結(jié)果也顯示于1000 Hz出現(xiàn)共振峰。如Koike等［8］應(yīng)用中耳有限元模型進(jìn)行諧響應(yīng)分析結(jié)果顯示正好于1000 Hz處出現(xiàn)共振峰。而Gan［9-10］等應(yīng)用有限元模型及顳骨實(shí)驗(yàn)測量，Jie等［11］應(yīng)用有限元模型也觀察到于1000 Hz左右鼓膜臍部振動出現(xiàn)共振峰。需要注意的是有限元模型計(jì)算時(shí)，當(dāng)刺激聲直接加載于鼓膜表面時(shí)，共振峰出現(xiàn)于1000 Hz左右；當(dāng)刺激聲加載于外耳道口時(shí)，于3000 Hz左右再次出現(xiàn)共振峰［11］。本研究中耳鏡耦合器末端距離鼓膜約1cm，可能該段外耳道導(dǎo)致3000 Hz出現(xiàn)共振峰。因此，鼓膜臍部振動于1000 Hz及3000 Hz處出現(xiàn)峰值與外耳道及中耳腔共振有關(guān)。另外，耳鏡耦合器末端距離鼓膜表面較短，導(dǎo)致聲能在耳道中傳播距離較短，可導(dǎo)致4000 Hz以上聲音產(chǎn)生駐波［12］，表現(xiàn)為刺激聲能量減弱。如本研究結(jié)果中表現(xiàn)為6000 Hz鼓膜臍部振動切跡。

表1　30耳正常鼓膜成人受試者聽力水平（dB HL）Table 1 Hearing level（dB）of 30 adult volunteers with normal tympanic membrane

與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)［1，3，7，13］比較，如圖4所示，本研究結(jié)果中各頻率鼓膜臍部振動數(shù)值在文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)據(jù)上下限范圍之內(nèi)。但是，文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)據(jù)與本研究結(jié)果的均值在1000Hz以上差別稍大，而1000 Hz以下差別不大。該差異可能是由于測試方法差異所致。如Goode等［3］使用反光片技術(shù)增加信噪比，本研究中只利鼓膜臍部的自然反光。Huber等［13］使用的是掃描式激光多普勒測振儀，可以對鼓膜臍部整個(gè)區(qū)域測試，而本研究只是檢測一個(gè)點(diǎn)。此外，Jakob［7］等使用的刺激聲強(qiáng)度為80-90 dB SPL，本研究使用的按照插入式耳機(jī)校準(zhǔn)的恒定90 dB SPL刺激聲，由于外耳道作用，使得中高頻區(qū)較文獻(xiàn)報(bào)道值稍高。樣本量也是一個(gè)重要因素，本研究僅30耳，后續(xù)大樣本研究將有可能減小上述差異。雖然有上述差異，但本研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)基本一致，且在文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)上下限之內(nèi)。

圖4　本研究結(jié)果與文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)據(jù)比較Fig .4 Comparison of this study with published data

在測試重復(fù)性方面，與文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)據(jù)比較（圖5）顯示研究可重復(fù)性在Whittemore等［1］報(bào)道數(shù)據(jù)的上下限（4dB）之內(nèi)。但約2000 Hz以下較其均值略低，除了每次測試光與鼓膜表面垂線夾角及測試點(diǎn)有差別之外，還有可能是由于我們測試經(jīng)驗(yàn)較少導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差所致。

圖5　本研究鼓膜振動測試重復(fù)性與文獻(xiàn)發(fā)表結(jié)果比較Fig .5 Comparison of the repeatability of this study with published data

受試者年齡可能影響測試結(jié)果。本研究平均年齡較Jakob等報(bào)道的受試者年齡較小。該作者的測試結(jié)果顯示年齡介于60-70歲間受試者的鼓膜臍部振動傳輸函數(shù)較青年人略高，而本研究中青年受試者平均值于約2000 Hz以下確實(shí)低于Jakob等報(bào)道數(shù)據(jù)，但2000 Hz以上略高。然而，雖然Whittemore［1］等受試者平均年齡也較本研究組年齡稍大，但其平均值反而較本研究結(jié)果于1000 Hz以上略低，該差異除了測試方法不同所致外，測試過程中外耳道對鼓膜表面記錄到的聲壓不同也有可能有影響。此外，文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)顯示年齡對鼓膜振動速度影響不一致。如Goode［3］等結(jié)果顯示青年受試者與老年受試者間鼓膜臍部振動速度無明顯差異。而Wiley［14］等與Be?attie等［15］分別報(bào)道老年人鼓膜臍部振動速度于6000 Hz及226 Hz較青年受試者增加。

此外，中耳腔壓力對鼓膜振動有顯著影響。本組受試者檢測前均行鼓室圖檢測，壓力在50 dapa之間，中耳腔壓力對本測試結(jié)果基本沒有影響。刺激聲導(dǎo)致鐙骨肌收縮增加中耳傳聲系統(tǒng)勁度，從而降低鼓膜振動幅值。如Whittemore等報(bào)道結(jié)果顯示，降低刺激聲20 dB時(shí)，鼓膜臍部振幅平均減低約1dB。雖然本研究采用與文獻(xiàn)報(bào)道一致的刺激聲強(qiáng)度，但是在分析結(jié)果時(shí)應(yīng)該考慮到鐙骨肌收縮的影響。

總之，本研究獲得激光多普勒測振儀對成人正常鼓膜振動測試的正常值，成人鼓膜振動檢測過程簡便、無創(chuàng)、快速，為激光多普勒測振儀對中耳傳聲功能精細(xì)化檢測的臨床應(yīng)用提供了依據(jù)。

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·耳力學(xué)專輯·

Measurement of Tympanic Membrane Motion in Normal Adults Using Laser Doppler Vibrometry

WANG Jie1，ZHAO Fei2，ZHANG Ying3，LI Yongxin1
1 Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery，Beijing Tongren Hospital；Key Laboratory of Otolaryngology，Capital Medical University；Beijing Engineering Research Center of Hearing Technology，Beijing 100730 2 Department of Hearing-Speech Sciences，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510520；Department of SLT and Hearing Science，Cardiff Metropolitan University，CF5 2YB，UK 3 Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery，PLA Hospital 263，Beijing 101149 Corresponding author：LI YongxinEmail：entlyx@sina.com

【Abstract】Objective To obtain normative data of tympanic membrane motion in adults using laser Doppler vibrometry（LDV）.Methods Between June to September in 2016，30 subjects with normal tympanic membrane and normal pure tone hearing levels were enrolled in this study.Tympanic membrane motion magnitudes in response to 90 dB SPL pure tones at 400，800，1000，1500，2000，2500，3000，4000，5000，6000 and 8000 Hz were measured using LDV.Results Tympanic membrane motion at the umbo were observed with signal/noise ratios of more than 10 dB at all test frequencies.Two motion magnitude peaks were seen at 1000 Hz and 3000 Hz，and a notch at 6000 Hz.All measurements were completed within 10 minutes for each ear.Normal quiet breathing had little effects on the measurement and subjects experienced no obvious discomfort in this study.Conclusion The fine motion of the TM can be measured using LDV.Measurement in adults is easy，non-invasive and fast.LDV provides a means of precise measurement of middle ear sound transmission functions.

【Key words】motion of tympanic membrane；tympanoplasty；air-bone gap

【中圖分類號】R764.29

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1672-2922（2016）03-330-4

DOI：10.3969 / j.issn.1672-2922.2016.03.003

基金項(xiàng)目：1首都臨床特色應(yīng)用研究項(xiàng)目（Z161100000516144）；2首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁院研骨干培育基金資助課題（2015-YJJ-GGL-015）；3北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（7142040）。

作者簡介：王杰，醫(yī)學(xué)博士，主治醫(yī)師，研究方向：耳力學(xué)，人工聽覺技術(shù)。

通訊作者：李永新，Email：entlyx@sina.com

收稿日期：（2016-04-25）