耳声发射的基础研究和展望

赵婷婷

(太原工业学院,山西太原 030008)

耳声发射是听觉生理学近些年来最重要的进展之一。耳声发射（Otoacoustic Emissions,OAE）是一种音频能量，产生于耳蜗，经过听骨链及鼓膜传导释放入外耳道，是听觉过程的一部分，是一种产生于外毛细胞（Out Hair Cell,OHC）的主动发声，其频率范围在数百到数千赫兹之间，恰好在声频范围内，因而称之为耳声发射。其实质是耳蜗内机械震动能量经声音传入内耳的逆过程以空气振动（声音）的形式释放出来。1978 年英国学者D.T.Kemp[1]首次发现耳具有主动发射声波这一现象，从而，提出了耳蜗是一种双向换能器：耳蜗可以将机械能即外界声信号转换成生物电信号传入中枢神经系统，引起听觉；同时作为听觉末稍感受器，也可以主动释能,完成生物电到机械能的转换。自从OAE 被发现以来,耳声发射的产生机理研究就成为国际耳科与生理声学的热点问题，已经成为很多医院用来普查婴幼儿听力的基本方法[2]。

1 耳声发射的机理

早期研究认为,多种原因可导致的耳蜗内的基底膜机械阻抗在某些部位“不均匀”,当行波通过时,部分能量可在基底膜处发生折返,逆向传向镫骨底板,经听骨链、鼓膜传入外耳道,从而形成耳声发射[2]。后来研究认为,由耳蜗外毛细胞产生的一种主动机械活动,能利用新陈代谢产生的能量产生微小振动,增强了声刺激引起的耳蜗相应结构的振动,从而提高了听觉灵敏度和频率分辨率;同时,还有一部分新陈代谢产生的能量逆向传向镫骨底板,经听骨链、鼓膜传入外耳道,形成耳声发射[3]。还有研究认为,OAE 是外毛细胞的非线性生物机构放大过程的一种能量泄漏。外毛细胞的主要功能是感受生物电位并引起长度的变化,从而增强了声刺激引发的基底膜运动,因而也增强了声音对内毛细胞(Endovascular cells)的刺激。外毛细胞的这种活动似乎对低刺激声有更大的响应。因此,外毛细胞极大地提高了听觉的动态范围[4],可认为是一种生物力学的放大器。

目前,研究人员从不同的角度对耳声发射产生的机制进行了探讨,对以下观点基本上保持一致：耳声发射，反映了耳蜗外毛细胞的功能状态,外毛细胞的损伤会导致OAE 幅度的降低或消失。

解剖学认为，基底膜行波的运行呈双向性，既可以由蜗底传向蜗顶，也可反向传回蜗底。由于基底膜机械阻抗的不均匀，当行波通过时，其能量运行在这些部位受到阻碍，部分能量可由此处发生折返，逆向传至镫骨底板，经听骨链、鼓膜传至外耳道而形成耳声发射。

2 研究方法及内容

由于OAE 信号非常微弱，因此在研究过程中要避免其淹没在背景噪声中,需要降低背景噪声,提高信噪比,这样才可能提取出耳声发射信号的时域波形。因此可靠的提取、识别和分析OAE信号是应用于临床的前提。为此,常采用相干平均、数字滤波、设拒绝阈等方法[5]来提取OAE 信号的时域波形。一般情况下，研究人员会采用非线性差分平均和窗函数等方法[6]，来消除耳声发射测量中的刺激伪迹。

1998 年，郑玲等人[7]在介绍耳声发射全耳模型的基础上,利用连续小波分析法进一步讨论了瞬态诱发耳声发射信号。他们分析了变换算法和基本小波的选择,得出不同频率成分与潜伏期的关系以及利用小波变换进行耳蜗病变部分定位的可能性，并把仿真结果与临床数据进行分析、比较,得到其概貌与趋势基本一致。1999年，张文福等人提出来瞬态诱发耳声发射的合成与分解，2010年Tiffany A.Johoson等人提出来DPOAE的刺激条件及其临床测试效果研究[8]。

近年来，国内外学者主要在耳声发射的生理学与声学基础、临床应用、以及新型耳声发射仪等方面开展了大量的研究工作，同时也取得很大的进展。但是，目前耳声发射的机理还没有完全弄清楚，特别是从非线性声学理论与方法来研究耳声发射机理的工作开展的很少。清华大学及香港中文大学等人对耳蜗的非线性建立了一维传输线模型[9]，并得到结论：①有源性是研究瞬时诱发耳声发射（T EOAE）及畸变产物耳声发射（DPOAE）必须考虑的因素,但该有源性的形式尚待改进;②瞬时诱发耳声发射及变调失真耳声发射（DPOAE）的产生可归结于相同的产生源。

耳声发射监测标准化问题已受到国际耳科学的重视，但也并未很好地解决。在测量技术方面，耳声发射信号中噪声干扰的消除及测试时间的缩短以及测量过程的自动化是其中最迫切的有待于解决的重要问题。传统的直接FF 法，是所有提取算法的基础，但局限性较大；累加平均法，通过对分块的输入信号进行累加取平均值可得到较好信噪比的输入信号；非线性差分平均法，可以有效去除大部分的伪迹干扰，但同时也滤除了部分的TEOAE信号，其适用性有待进一步分析[10]。从应用角度看，对耳蜗内耗能的主动性机械活动的研究无疑是对治疗系统研发与应用提供重要的科学依据[11-12]。

3 临床应用

耳声发射是一种音频能量，可以对耳蜗外毛细胞的功能状态进行无损、客观的反映,在临床诊断和听力筛查方面具有广阔前景。耳声发射的发现提供了一种新的检测方法。很多医院已把OAE 定为新生儿必做的常规检查，而严重听力障碍的早期发现有助于从感知、认知教育上提早采取解救措施。通过耳声发射，可以应用于职业性及药物性耳聋患者的长期跟踪监测、诊断、治疗和预防等方面，可以鉴别伪聋、夸大聋等常见情况，在职业性听力损伤诊治中具有重要意义。耳鸣是耳科诊断中一种常见的临床症状，当前临床上普遍采用耳声发射来检验，取得了较为满意的结果，可以通过固定频率比，强度差诱发耳鸣形成，对耳蜗以及毛细胞功能加以反映，从而应用于检查因噪声、窒息、阿司匹林等导致耳蜗功能受损的诊断技术，还可以应用于入伍新兵进行筛查、新生儿听力普查中。耳声发射是一项很有前景的指标。

4 问题和展望

耳声发射信号的发现,在听觉生理研究、听觉疾病诊断以及新生儿听力筛选等方面具有广阔的应用前景，但是耳声发射产生机制仍待进一步研究。OAE 信号目前也没有很好的提取、识别和分析方法，这些都使得OAE 应用于临床存在一定的局限性，反复验证原则已经提出来40多年，说明不能基于单项临床测试做出诊断。但是随着研究的深入，一定会加快推进耳声发射在临床应用的发展。