王立堅 王杰 張李芳 張寬，3 李霞，3

1 引言

鼓室成形術是耳科最基本的手術方式，自1952年Wullstein與Zollner提出，術后氣骨導差難以穩(wěn)定達到較小水平。即使單純鼓膜修補，術后氣骨導差仍有平均7 dB未能閉合，具體原因不明[1]。

耳廓收集聲波，經耳道傳遞至鼓膜，鼓膜在聲壓作用下發(fā)生振動，并傳遞至聽骨鏈，最后經鐙骨底板，將振動傳遞至外淋巴液，進而使得內耳基底膜與蓋膜發(fā)生剪切運動，毛細胞受刺激觸發(fā)神經沖動經聽神經系統(tǒng)傳遞至大腦聽覺皮層，最終產生聽覺[2]。該過程中，鼓膜是振動轉化為神經沖動的原始聲壓感覺部分，是中耳傳遞振動的發(fā)動機，其振動特征反映了中耳傳聲性能。鼓膜振動檢測是探索中耳傳聲機制的重要一環(huán)，然而目前臨床上無法定量、客觀、系統(tǒng)地觀察檢測鼓膜振動，進而缺乏量化手段探究鼓室成形術后的中耳傳聲性能，無法解釋術后氣骨導差形成的問題。

激光多普勒測振儀（laser doppler vibrometer，LDV），在量化鼓膜振動的研究中受到廣泛采用[3～6]，且以往研究已說明LDV活體鼓膜振動檢測在臨床上具有可行性[3，4，7～9]。為了與純音聽閾相比較，過去多使用倍頻程純音作為刺激聲，并通過疊加平均、傅立葉變換等手段對鼓膜振動信號進行處理，這種方法的弊端在于得到的頻率信息有限，且信號處理步驟繁瑣，測試效率低。如果使用步級更小的刺激聲，如掃頻音，可能豐富鼓膜振動測試結果的頻率信息，提高測試效率。

本研究旨在利用LDV活體鼓膜振動檢測技術，采用掃頻音作為刺激聲進行活體鼓膜振動測試，并與純音刺激做對比分析，為臨床分析鼓室成形術后不明原因氣骨導差形成的可能機制提供參考。

2 方法

2.1 研究對象

研究對象由14人組成，其中包括男性9名，女性5名，年齡范圍19～34歲，平均23.43±3.06歲。各研究對象均無外中耳疾病史、手術史，無上呼吸道急慢性炎癥，最近一周無強噪聲接觸史，且純音氣導閾值小于等于25 dB HL，無氣骨導差，226 Hz鼓室圖A型。

2.2 刺激聲

傳統(tǒng)的刺激聲為純音，即只有單個頻率的聲音。本研究按照250、500、800、1000、1500、2000、3000、4000、5000、6000、8000 Hz的順序給予1 s刺激，共11 s，每個頻率的純音均校準為85 dB SPL。

掃頻音的頻率隨時間遞增。本研究采用的掃頻音，起始頻率為250 Hz，按指數遞增至8000 Hz。頻率fn符合以下公式：fn＝250×100.03n,n＝0,1,2,…，總時長為4.25 s。同時需對幅度進行調制，使得聲壓為85 dB SPL。

2.3 儀器設備

本課題組搭建的鼓膜振動測試檢測系統(tǒng)由PC機、LDV（CLV-2534，Polytec）、光學顯微鏡（OPMI-1FC，Zeiss）、數據采集卡（USB-6251，NI）、功放、麥克風（ER-7C，Etymotic）、耳機（ER-2，Etymotic）、耳鏡耦合器等組成。

在進行測試時需要將耳鏡耦合器插入外耳道。耳鏡耦合器上有兩個小管，一個用于耳機給聲，另一個用于麥克風檢測聲壓。耳鏡耦合器前端接一延長管，使得麥克風能夠探測到鼓膜表面聲壓。當耳鏡耦合器插入外耳道后，延長管尖端距離鼓膜表面約5～10 mm。

2.4 測試流程

測試在安靜房間中進行。在做鼓膜振動測試時，患者于測試平臺上取仰臥位，頭轉向對側，使受試耳暴露在顯微鏡下。同時囑受試者平靜呼吸、放松身體并保持頭部制動狀態(tài)。在顯微鏡下檢查受試者耳道，清除耵聹等異物。將耳鏡耦合器插入受試者耳道，調整顯微鏡，使得顯微鏡、耳鏡耦合器、鼓膜同軸。將激光對準鼓膜光錐尖端位置，隨后開始測試。每只被試耳朵測試3～5次。

2.5 信號處理

在提取鼓膜振動特征之前，需對信號進行預處理，包括去除直流分量和高通濾波。由于振動信號的噪聲集中在低頻部分，需設計巴特沃斯高通濾波器將其濾除。

由于被試者頭部移動、對準點反光不佳等原因，造成振動信號中引入噪聲，因此在提取鼓膜振動特征之前，需計算信號的信噪比，篩選出信噪比高的信號。本研究選取信噪比大于2 dB的信號。

各頻率對應的振動速度與聲壓的比值，即鼓膜振動特征，稱之為鼓膜臍部速度傳遞函數（umbo velocity transfer function）的模值[8]，單位

3 結果

3.1 耳間差異

為消除耳間差異對研究結果可能帶來的影響，本研究首先對所采集數據的耳間差異進行了分析。選取8名（16耳）被試，男女比1∶1，行純音刺激下的鼓膜振動測試。將測試得到的鼓膜臍部速度傳遞函數模值分為左右耳兩組，每組各8耳，進行配對樣本t檢驗，在各頻率點上左右耳并無統(tǒng)計學差異，見表1。

3.2 性別因素

為消除性別因素對結果的影響，對以上8名被試的數據做了進一步處理，按性別將鼓膜臍部速度傳遞函數模值分為兩組，每組各8耳，進行獨立樣本t檢驗，除1500 Hz頻率點外，其余均未見統(tǒng)計學差異，見表2。

3.3 兩種刺激模式對比

選取5名被試，男女比2∶3，共10耳，采集并處理純音及掃頻音刺激下的鼓膜振動特征并進行統(tǒng)計，如圖1所示。

表1 左右耳鼓膜臍部速度傳遞函數模值對比

圖1 兩種聲刺激下的鼓膜臍部速度傳遞函數模值

按刺激模式，將兩種模式下各頻率交叉點的鼓膜臍部速度傳遞函數模值分為兩組，每組各5耳，采用配對樣本t檢驗，結果未見統(tǒng)計學差異，見表3。

4 討論

4.1 影響因素的排除

4.1.1 耳間差異的影響 在以往研究中，Huber等[7]在分析數據時不考慮耳間差異，將正常人的雙耳均納入實驗樣本，而Whittemore等[8]在建立鼓膜臍部速度傳遞函數模值的正常值時對每個受試者僅隨機選取一只健康耳作后續(xù)分析。從表1結果顯示雙側耳差異無統(tǒng)計學意義，因此在后續(xù)進行數據統(tǒng)計分析時，可不用考慮耳間差異，將左右耳數據合為一組進行考慮，無需分組。該結果與Huber[7]的研究結果相似。

4.1.2 性別因素的影響 從表2可知，僅當頻率為1500 Hz時，男女鼓膜臍部速度傳遞函數模值顯示有統(tǒng)計學差異。而文獻中顯示性別因素對結果無影響[8]，該差異出現可能由樣本量過小引起，后續(xù)需增大樣本量以進一步闡釋該問題。

4.2 純音與掃頻音的結果對比

采用純音刺激時，250 Hz下采集的信號信噪比均偏低，因此所得結果中未能顯示出250 Hz的模值。該問題同樣在Jakob等[10]研究中出現，原因在于信號的品質較差，因此Jakob等選擇從500 Hz處開始數據分析。結果顯示，鼓膜臍部速度傳遞函數模值在1000 Hz以下的低頻部分顯示緩慢穩(wěn)定遞增的趨勢；在1000～2000 Hz的中頻部分呈現先減后增的趨勢；在2000 Hz以上的高頻部分，模值呈現先增后減的趨勢。

采用掃頻音刺激時，同樣因為低頻部分信噪比過低的問題，結果起始于300 Hz。曲線的趨勢與純音刺激時類似，然而在2000～3000 Hz，曲線呈現先減后增的趨勢，該信息在純音刺激的結果中未能反映。

對比兩種刺激模式，相較于純音刺激模式，掃頻音刺激模式能夠反映更多的頻率信息。首先，由表3結果可知，兩者無統(tǒng)計學差異，說明在交叉頻率點上，掃頻音刺激得到的結果與純音刺激得到結果相近，證明其有效性。其次，采用掃頻音刺激時，在2000～3000 Hz，曲線呈現先減后增的趨勢，而該信息在純音刺激的結果中未能反映，說明通過掃頻音的刺激模式能夠得到特定頻率段的鼓膜振動特征。最后，在高頻部分，純音刺激時最高點出現在6000 Hz，而掃頻音刺激時最高點出現在5600 Hz。從以上分析可知，掃頻音刺激所得的模值的頻率細節(jié)更加豐富，在做鼓膜振動測試時采用掃頻音可增加數據分析參量，細節(jié)的頻率特征也可為臨床提供參考。

表2 鼓膜臍部速度傳遞函數模值性別對比

表3 兩種刺激模式下鼓膜臍部速度傳遞函數模值對比

5 結論

本研究通過分析，排除耳間差異與性別因素對于鼓膜臍部速度傳遞函數模值的影響后，進而對兩種聲刺激模式下的正常鼓膜振動特征進行比較，發(fā)現掃頻音刺激模式包含的信息比純音刺激模式更豐富。本研究仍存在局限性，需要擴大樣本量以深入研究，且后續(xù)的研究中將加入病例數據進行討論。掃頻音刺激模式有望在臨床分析鼓室成形術后不明原因氣骨導差形成機制的研究中使用。