骨导助听患者声源定位能力研究进展*

任柳杰 段雅珊 谢友舟 张天宇

声源定位(sound localization)是听觉系统的基本功能之一，在人类感知环境、躲避危险中起重要作用[1]。声源定位的实现依赖中枢对外周听觉系统的传入声信号进行信息解码和分析，这些信息主要包括耳间强度差(interaural level difference, ILD)、耳间时间差(interaural time difference,ITD)以及单侧信号的频谱特征，这是声源定位的关键线索;前两者主要由“头影效应”引起，是水平方向声源定位的主要线索；频谱信息则由耳廓、身体等对声音反射引起，与垂直方向声源定位密切相关[2]。尽管听力损失患者的声源定位能力已有大量研究，如何通过人工助听在恢复其听觉言语的同时，重建其声源定位能力仍具挑战[3]。尤其是骨导助听，目前绝大多数使用骨导助听设备(bone conducted hearing device, BCHD)的患者其声源定位能力恢复都不理想，其原因是多方面的,既有对其机制研究的不足，也有临床应用的实际问题。本文对骨导机制及骨导助听设备临床研究结果进行综述，着重阐述不同类型听力损失患者骨导助听后声源定位能力的改变；结合骨导外周听觉机制研究的进展，分析其重要影响和制约因素。

1 骨导的机制

骨导指声音以振动形式经过颅骨、软组织等结构传至内耳引起听觉的过程。与气导不同，骨导声信号传递路径极为复杂，按其涉及解剖结构，可分为三种[4]：①外耳道途径：骨导能量通过外耳道组织辐射至外耳道中，经由气导途径进入内耳；②中耳途径：骨导激励引起中耳听骨链的惯性运动，造成中耳与内耳相对运动，进而引起内耳响应；③内耳途径：骨导能量直接以振动形式传至内耳，该途径又包括三个成分：内耳的惯性运动(移动式骨导)、内耳的压缩膨胀(压缩式骨导)以及经脑脊液的传导，各途径所占比例及其信号传导机制是研究重点[5]。一般情况下，外耳道途径占比较小，仅在堵耳情况下对低频有所影响[6]。中耳途径则由于听骨链的共振特性，在2 kHz左右最为显著，因而当中耳发生异常时，可引起骨导听力的“卡哈切迹”[7]。内耳途径作为骨导最直接、最重要、频率覆盖范围最广的途径，目前尚未研究透彻。Stenfelt等[5]认为骨导的内耳途径与颅骨的振动形式密切相关。Dobrev[8]、Li等[9]通过激光多普勒振动测量研究发现，骨导激励下颅骨表面的振动具有频率相关性，低频时(<1 kHz)以整体往复运动为主，高频时(>2 kHz)则出现复杂的波动形式，其速度约为500 m/s。颅骨表面运动模式的频率相关性提示颅骨内部包括耳蜗的运动也有类似的频率相关性，低频时以移动式骨导为主导，高频时压缩式骨导成分比例增高[5]。

除传导途径的差异外，骨导相较于气导的另一个显著特征是“交叉听觉”现象。骨导激励下振动能量可经过颅骨抵达双侧耳蜗，其信号强度差异称为经颅衰减。受前述颅骨运动的频率相关性影响，低频信号经颅衰减为0 dB，随信号频率升高经颅衰减大致在5至15 dB[9,10]。因此，单侧骨导激励下信号可仅在少量衰减后传至对侧耳蜗，这种现象称为交叉听觉。Chang等[11]利用有限元模型对骨导激励下能量的流动过程进行仿真，发现骨导能量大部分通过颅底传至对侧耳蜗。

2 骨导助听设备的临床应用

由于骨导的主要途径绕过外、中耳，因此，骨导助听设备(bone conduction hearing devices, BCHDs)尤其利于部分不适合手术或者手术效果不佳的以传导性听力损失(conductive hearing loss, CHL)为主患者的听力重建[12],其适应证包括但不局限于先天性外中耳畸形、分泌性中耳炎、镫骨硬化等。此外，由于交叉听觉现象的存在，单侧聋(single sided deafness, SSD,一侧耳为重度至极重度感音神经性听力损失，对侧耳听力正常或接近正常)亦成为验配骨导助听器的适应证。单侧聋患者可在患耳侧佩戴骨导助听器，将该侧声音经颅传导至健侧耳蜗，从而克服“头影效应”对声音的衰减。

关于各类患者佩戴/植入骨导助听器的听力增益有大量研究，其客观评估指标包括声场下的听阈、安静及噪声环境下的言语识别率/阈、声源定位能力等[3]。总体而言，骨导助听器可显著改善传导性听力损失患者的听阈和言语识别能力(尤其是双侧传导性听力损失患者)，但是改善声源定位效果并不理想。

3 骨导助听下声源定位能力改善的困境

3.1声源定位能力的评估手段 声源定位能力的常用评估手段有声源方位识别测试、最小感知角度(minimal audible angle，MAA)测试以及主观量表评估。声源方位识别测试通常采用360°或180°环形水平排列的若干个扬声器(一般为8至24个)随机发声，由受试者判断声源方向。经过多次测试后(一般为12至48次)，以受试者识别方向和实际发声方向的差异作为声源定位能力的评估指标，用平均绝对误差(MAE)或均方根误差(RMSE)量化。MAA测试则通过角度不断变小的两个扬声器随机先后发声，由受试者判断发声顺序，识别正确率达50%的角度阈值，被称为最小感知角度(just-noticeable difference, 用JNDMAA表示)[3]。量表评估通过设计声源定位和空间听觉相关的问卷进行量化打分。

3.2骨导助听下声源定位临床研究 不同听力损失类型和骨导助听器佩戴方式下声源定位的外周听觉机制有所区别，其临床研究也存在巨大差异。根据累及侧别(单侧或双侧)及听力损失类型(传导性或感音神经性)分三类分别阐述，即双侧传导性听力损失、单侧传导性听力损失及SSD。

3.2.1双侧传导性听力损失 临床上大部分双侧传导性听力损失患者仅佩戴或植入一个骨导助听设备。曾有观点认为交叉听觉的存在可使双侧耳蜗响应而形成空间听觉，但这种观点是错误的；因为尽管这些患者的声场听阈、言语识别等有显著改善，但客观上患者声源定位能力不能好转，这与大量单侧佩戴传统助听器的双侧听力损失患者的情况类似[3]。因为使用单个助听器，即使其麦克风具有方向性乃至含有多个麦克风，即使声音传导至双侧耳蜗，其信号本质上仍是单声道的，缺乏声源定位必要的ILD和ITD。

而双侧佩戴骨导助听器可使这类患者的声源定位获得改善。Bosman[13]、Priwin[14]、Snik[15]、Agterberg[16]等使用声源方位识别测试对双侧传导性听力损失患者进行骨导助听后声源定位的中-长期随访研究，结果表明患者低、高频的声源定位能力皆有改善；Dun等[17,18]使用问卷和MAA测试对双侧传导性听力损失儿童进行评估，得到了同样的结论；Ren等[19]的研究也表明，双侧佩戴ADHEAR黏贴式骨传导助听器后，有一半患者的声源定位能力可立刻得到显著改善。

但是，无论是短期研究[19,20]，还是长期随访，双侧佩戴骨导助听器后患者声源定位能力距健康人水平仍有很大差距，这既有骨导助听设备本身的助听增益不足、验配不当等问题，更是骨导这一听觉途径生理机制的特殊性造成的。

3.2.2单侧传导性听力损失 单侧传导性听力损失患者一般在其患侧佩戴助听设备。总体而言，该类患者佩戴骨导助听器后声源定位能力变化差异较大，不同研究间的结论不尽相同[21]。部分研究显示，该类患者使用骨导助听器后声源定位能力不能改善[22,23],但另一些研究得到了不同的结论[24～26]。Agterberg等[16,27]针对先天性和获得性单侧传导性听力损失患者的对照研究结果表明，骨导助听器可提高患者声源定位能力，其增益和患者裸耳声源定位能力有关，如其裸耳声源定位能力不佳，可通过助听改善，反之不能改善；此外，获得性听力损失患者的声源定位能力改善更为显著。以上研究结果都说明了中枢可塑性在单侧传导性听力损失患者声源定位中的重要作用。

3.2.3SSD SSD患者在患侧佩戴骨导助听器，由于仅单侧耳蜗可获得声信息，理论上不具有声源定位的ILD、ITD线索。因此，临床上这些患者骨导助听下声源定位能力往往也没有改善[24,28～32]。Peters等[33]对这类患者骨导助听下声源定位能力的临床研究进行了系统分析，亦得到相同结论。Kompis等[34]对21例SSD患者进行长期随访，通过量表分析结果表明其声源定位能力有微弱好转，然而由于问卷量表具有较大主观性，因此研究准确性存疑。本文涉及的临床研究结果归纳见表1。

表1 骨导助听下声源定位能力临床研究结果汇总

综上，骨导助听后声源定位能力与听力损失类型和助听方式有关，总体而言临床效果并不理想。阐明各类听力损失患者骨导助听下声源定位能力的影响因素及其机制，是进一步提高其声源定位能力的理论依据。

4 骨导声源定位的机制研究与影响因素

4.1骨导下声源定位机制研究 骨导下声源定位可通过虚拟声学(virtual acoustics)系统进行研究。虚拟声学系统指根据头相关传递函数(head-related transfer function, HRTF)中声源方位与ILD、ITD的关系， 重建双声道信号以模拟某一方向和位置的声源[35]。该双通道的信号可通过气导近场扬声器、头戴式耳机或者骨导振子给声，理想情况下受试者脑中可产生声源方位的映像。虚拟声学装置简单、测试灵活。虚拟声学测试理论上最好采用受试者个性化的HRTF数据，但这会大大增加研究的复杂程度；因此，部分研究中使用某一特别个体的HRTF数据，尽管这会对高频信号声源定位结果产生影响[3]。

MacDonald等[36]利用虚拟声学测试系统对比了气、骨导下健康人声源定位的差异，发现两者都能形成较好的声源定位，且差异不大；但是，Lindeman等(2008)的类似研究则表明骨导声源定位略差。Stenfelt等[37]利用虚拟声学测试系统进行了更为细致的测试，包括噪声下言语识别阈等，结果证明骨导下声源定位确实弱于气导,其认为交叉听觉是重要的干扰因素。

4.2骨导下声源定位的影响因素 骨传导下声源定位依然依赖ILD、ITD等线索，在正常气导情况下，鼓膜处的ILD、ITD应与耳蜗处接收的信号一致。但是，对于使用骨导助听器的听力损失患者，如何在双侧耳蜗重建正确的ILD、ITD信息是恢复其声源定位能力的关键。骨导下声源定位的影响因素有以下几类：

4.2.1助听设备引起的干扰 骨导助听器会将声音信号进行滤波放大，如双侧的设置不一致，会引起双侧信号差异的变化。骨导助听器进行信号处理会引起2～10 ms的延时[3]，而一般判断ITD的分辨率仅为10～300 μs，因此，单侧佩戴骨导助听器后(一侧气导、一侧骨导)声源定位的ITD将受到巨大干扰。骨导助听器的麦克风位置与耳道位置不一样，可能导致HRTF产生变化[38]。另外，佩戴骨导助听器后耳廓对声音的反射发生了变化，或者部分先天性小耳畸形患者甚至没有耳廓，这可能对前后方向以及垂直方向的声源定位产生不利影响。

4.2.2骨导外周听觉途径的影响 交叉听觉会导致双侧声信号在耳蜗混叠，这可由耳蜗内压力测量实验证明。由于耳蜗基底膜的响应由前庭阶和鼓阶的压力差决定，因此，可使用微压力测量装置同时测量耳蜗基底部前庭阶和鼓阶的压力，以两者差值作为骨导下耳蜗响应的物理指标，研究发现这种混叠会改变原始信号的ILD和ITD[39]；但是，其对声源定位的具体影响及其机制尚不明确。此外，尽管健康人的颅骨左右大致对称，部分适合佩戴骨导助听器的先天性小耳畸形患者，往往合并一些颅面畸形，这会导致双侧骨导途径的不对称；前期研究表明，这类患者双侧骨导助听的声源定位能力可能更难恢复[19]。Snapp等[40]认为，外周听觉途径的对称性是可靠声源定位的关键因素。

4.2.3中枢可塑性的影响 中枢的信号处理是声源定位最重要的过程，而这需要一段时间(3～4周以上)的适应。因此，佩戴骨导助听器后声源定位能力会随着佩戴时间增加而进一步改善，即其长期效果优于短期效果。由于患者的中枢听觉系统的不适应，短期佩戴骨导助听器会扰乱其原有的声源定位能力。声源定位临床测试结果与未助听下声源定位、听力损失原因(先天性/获得性)的相关性，都会影响中枢的可塑性。另外，声源定位还可能与年龄、听力损失状况等因素有关。

5 总结与展望

作为听觉系统的基础能力之一，声源定位还与噪声下的言语识别(“鸡尾酒效应”)等有密切关系[1]。恢复听力损失患者声源定位能力是提高患者生活质量的迫切需求。尽管对于健康人、听力损失患者以及传统气导助听下的声源定位已做了大量研究工作[3]，骨导下声源定位的相关因素及影响机制尚待进一步研究，这限制了临床上骨导助听后患者声源定位能力的进一步改善。骨导下声源定位的机制包括骨导下声源定位与ITD、ILD的关系、骨导外周听觉系统(尤其是其交叉听觉现象)如何影响声源定位以及声源定位能力的重塑，其实际应用又与骨导助听器的结构(如麦克风位置)和电路设计有关，因此，改善骨导激励下声源定位需从基础研究出发，面向临床应用。听力学领域中各类实验测量(如耳蜗内微压力测量、基底膜振动测量技术)和仿真模拟手段可对声音信号在外周听觉系统中的传输过程进行深入研究。临床听力学测量和虚拟声学的结合可对声源定位的影响因素进行细化研究，这将有助于改进骨导助听器的设计(如植入位置和植入深度的选择，麦克风的配置及电路优化等)以及设计科学合理的验配手段，以提高患者佩戴骨导助听器后的声源定位能力。