基于智能手机的数字助听器自主验配系统

余双喜 陈霏 王帅

佩戴助听器是听力损失患者听觉补偿的最佳选择[1,2]，然而，目前听障患者验配助听器需要前往医院或助听器验配店由专业人员进行,传统助听器验配的三大步骤都需要助听器验配人员进行操作，这种助听器验配方式的验配效果虽然好，但是需要听障患者多次反馈，耗费时间较长[3]，给需要验配助听器的患者带来了不便，增加了验配成本,不利于助听器的普及推广和及时对听障患者进行助听器的调试[4,5]。

国外学者对自主验配助听器进行了相关研究，但是没有介绍自主验配助听器系统的具体实现部分[6，7]；有研究提出了基于计算机平台的助听器自主验配系统[8]。关于采用智能手机进行助听器自主验配的研究很少。智能手机拥有强大的操作系统和优秀的音频编解码芯片，许多工程师开始将智能手机应用于听力诊断领域[9,10]，因此本研究将智能手机应用于助听器验配领域，开发了一种基于智能手机的数字助听器自主验配系统，旨在解决传统助听器验配方法存在的不足，报道如下。

1 资料与方法

1.1研究对象 本文的测试工作在深圳市龙岗耳鼻喉医院的支持下进行，邀请了11例(22耳)中度到重度的听障患者参加自主助听器验配方法和传统助听器验配方法的验配测试，年龄34～71岁，平均50.5±14.67，男5例，女6例，病程1～5年，均为双耳听力下降，均为各种原因引起的感音神经性聋或传导性聋，听力损失程度根据WHO听力残疾标准分为中度聋5例、重度聋5例、极重度聋1例。

1.2助听器验配 均为双耳分别验配助听器。

1.2.1传统助听器验配流程 传统助听器验配时的助听器型号为Phonak Audeo M，验配方法及流程示意图见图1。

1.2.2自主助听器验配流程 基于智能手机的数字助听器验配系统是通过智能手机低功耗蓝牙(bluetooth low energy,BLE)与助听器进行无线通信，如图2所示，听障患者可以根据智能手机端测听程序的指导在家自主完成听力测试，这种方式可以节省时间并且非常方便，使听障患者产生成就感，并促使他们经常进行听力测试。根据测听结果，自主验配的验配程序根据写入的算法计算出各个通道的增益值，并通过BLE配置给耳侧助听器，最后听力损失患者根据自己对声音的偏好对助听器进行微调。

1.2.3自主验配助听器硬件设计 本研究开发的自主验配助听器的数字信号处理(digital signal processor,DSP)芯片采用安森美半导体生产的Ezairo 7150SL芯片，这是一个基于数字信号处理的开放式可编程芯片，其内部集成了低功耗蓝牙设备、模/数转换器、数/模转换器，还有一些内存模块可以存储验配助听器后的重要参数，如各个频率的增益值、压缩率等。该DSP内部嵌入了滤波器组算法来实时对模/数转换器转换的语音数字信号按频率、声强进行分类。这样DSP芯片就可以根据自主验配软件给出的各通道增益给分类后的语音数字信号配置相应的增益值，然后经数/模转换器转换为模拟电信号来驱动受话器发声。本研究设计的助听器的受话器置于助听器壳体外，用一根细导线连接壳体内的电路；这种类型的助听器称为RIC(receiver in the canal)式助听器，具有佩戴舒适、音质好、隐蔽性好的优点。

1.2.4自主验配软件设计 构建助听器验配系统需要开发与助听器硬件DSP配套的应用软件，称之为自主验配软件，因其可由听力损失患者自行操作给自己验配助听器，并根据个人偏好进行微调，集测听、验配功能于一体。这款验配软件在Android Studio平台上采用java语言编写而成，在Android 4.0系统以上的安卓机型均可以适用。安卓操作系统的应用程序接口(application programming interface,API)有大量的低功耗蓝牙操作函数，比如BLE搜索、连接、读写、广播等[11,12]。BLE设备使用特征值进行通信，一些类似的特征值构成了服务。因此，在这个应用程序中，一些服务和特征值被定制在智能手机和助听器之间进行交互。自主验配软件中包含两个重要功能：自主听力测试和自主验配。

自主听力测试方法：助听器的BLE能被智能手机的蓝牙搜索到，听力损失用户通过简单的点击选择操作，智能手机就会自动连接耳侧助听器，连接成功之后操作智能手机可以发送一系列指令给耳侧助听器。进行听力测试时，助听器DSP在接收到智能手机的指令后进行解码，之后控制受话器依次发出相应频率的(250～8 000 Hz)的纯音，并仿照传统测听设备进行测听时的播放顺序播放，1、2、4、8、0.5 kHz，最后是0.25 kHz。助听器最开始播放1 kHz的声强为15 dB HL的纯音，持续0.8秒，如果听力损失患者没有听到这个纯音信号，说明听力损失患者在该频率的听阈比当前播放的纯音的声强高，需要提高该频率纯音的声强。因此纯音将会依次持续增加5 dB并播放0.8秒，直到听力损失患者点击图3a所示的“听到”按键，并将此时的声强作为该频率近似的听阈，这种模式称为测听的快模式。快模式结束后得到近似听阈，为得到更加准确的听阈值，则需要进入慢模式。在慢模式下，将近似听阈减去20 dB，并依次增加5 dB并播放2秒，如果患者在某一声强处点击图3b所示的“听到”按键，则将该数值记录为1 kHz频率的听阈，并在其他频率重复这个过程。各个频率播放结束后，程序会自动保存听力损失患者各个频率点的听阈值，自主验配软件根据测听功能保存的听力图就可完成助听器的验配工作。

自主验配具体过程：自主验配时，智能手机端的自主验配软件根据自主听力测试获得的各频率听阈值，经内置的验配公式计算出各个通道的大小声增益值，如图4a所示，大声(80 dB SPL)和小声(45 dB SPL)都有八个通道即八个不同频段，通道一到通道八频率逐渐增加，分别是0～500 Hz、500～1 000 Hz、1 000～2 000 Hz、2 000～3 000 Hz、3 000～4 000 Hz、4 000～5 000 Hz、5 000～6 000 Hz、6 000～8 000 Hz，然后单击确定即可。当进度条到达100%(图4b)时，表示验配完成。听力损失患者还可以在验配工作完成后对各个通道的增益值进行微调，根据其自身的听力需求拖动不同通道的进度条值，完成之后点击确定即可，同样当进程达到100%时表示这次调整成功。助听器的DSP接收到智能手机给出的各通道增益后，根据滤波器组算法对模/数转换器转换的语音数字信号按频率、声强进行分类处理，放大或压缩，最后经由受话器输出给听力损失患者。

1.3助听器验配效果评估

1.3.1助听前后纯音听阈测试 在本底噪声小于30 dB A的隔声室内自由声场环境下采用专业的听力测试设备耳睿可依次进行各个频率的纯音听阈测试，记录11例听力损失患者左右耳裸耳、采用自主助听器验配方法验配助听器后、采用传统助听器验配方法验配助听器后的各频率纯音听阈值。

1.3.2助听前后言语识别率测试 在本底噪声小于30 dB A的隔声室内自由声场环境下采用专业的听力测试设备耳睿可播放一组双音节汉语词表，播放词表的言语声强度为听力损失患者裸耳听阈上20 dB，每个词汇播放一遍，并间隔5秒。每播放一个词汇后让受试者复读一次，整个词表(25个汉字)复读结束后对其复读情况进行打分，计算听力损失患者复读正确的字数占全部播放词汇字数的百分比[13，14]。记录11例听力损失患者左右耳裸耳、采用自主助听器验配方法验配助听器后、采用传统助听器验配方法验配助听器后的言语识别率。

1.4统计学方法 运用Excel软件进行数据的统计与分析，对22耳的裸耳和采用自主验配方法验配后的纯音平均听阈值、言语识别率进行配对t检验，对自主验配方法验配后和传统方法验配后的纯音平均听阈值、言语识别率进行配对t检验；P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

由表1可见，22耳自主验配助听器前后的纯音平均听阈差异有统计学意义(P<0.001)，验配助听器后22耳平均听阈下降均大于等于20 dB；22耳验配助听器前后的言语识别率差异有统计学意义(P<0.001)，验配助听器后22耳言语识别率提高均大于等于12%。22耳自主验配助听器和采用传统方法验配助听器后的纯音平均听阈值(P=0.755,P>0.05)和言语识别率(P=0.233,P>0.05)差异均无统计学意义，两种方法验配后11例听力损失患者左右耳平均听阈值差值为±3.75 dB，在可接受范围。

表1 22耳听力损失耳两种不同方式验配助听器前后纯音听阈及言语识别率结果

3 讨论

传统助听器验配方法由专业的助听器验配师对听障患者面对面进行助听器验配，验配效果好，但是耗费大量时间成本和人力资源。而自主助听器验配方法相较于传统助听器验配有一些优势：如听障患者可在家按照验配软件的指导自行完成助听器的验配工作，方便快捷，不需要前往助听器验配店预约排队，对于行动不便的听障患者尤为方便。目前我国助听器的普及率较低，有部分原因是助听器验配专业人员的缺乏，而助听器自主验配可以有效解决这个问题，能够提高助听器验配的普及率[6]。本研究采用基于智能手机的助听器自主验配系统和传统助听器验配方法对11例听力损失患者的左右耳分别进行了助听器验配，并对助听器验配后的验配效果进行了评估。结果显示，22耳自主验配助听器后的平均听阈值有较大幅度的降低，言语识别率也有明显的提高，传统助听器验配和自主验配的平均听阈值和言语识别率差异均无统计学意义，表明这11例听力损失患者基于智能手机的数字助听器自主验配系统的验配效果与传统助听器验配效果无差别。当然助听器自主验配方法也存在一些缺陷，如助听器自主验配方法对于不会使用智能手机的老人来说比较复杂，老人可能没有足够的耐心进行自主验配；另外，听障患者可能会存在一些操作失误而对助听器的验配效果产生影响。本文的测试病例较少，仅能验证助听器自主验配系统的可行性，具体可靠性还需与医院进行合作，进行较大样本的临床测试。