CN111513725B - 一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法，该方法通过测量受话器的电阻抗，计算中耳声导抗，所述方法包括：在预先确定的耳道压力范围内，对受试者耳道施加压力；通过受话器对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压信号；基于预先搭建的受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；根据受话器的输入电阻抗，基于预先建立好的声导抗计算模型，获得该压力值下的中耳声导抗；遍历耳道压力范围，重复上述步骤，输出对受试者耳道内施加的压力值集合和对应的中耳声导抗集合。本发明利用受话器的电阻抗参数计算测量中耳声导抗，使中耳声导抗测量分析装置不再依赖耳道内置传声器，更加简便。

Description

一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法及系统

技术领域

本发明涉及中耳声导抗测听领域，尤其是涉及一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法及系统。

背景技术

声导抗测试是医疗测试仪器，测试声能在人耳中的传递状态，可以作为测试中耳部位声音传导路径功能的手段，可以用于检测鼓膜状态、听骨链骨传导、咽鼓管功能、听觉植入设备功能调试、镫骨肌反射阈值测试等。声波作为力的一种形式到达外耳道后，一定的声压作用于鼓膜，中耳系统及内耳相应产生运动，在此过程中，外耳道内声压反射系数可通过对声能量流的输入输出大小进行计算测量，从而计算中耳的声导抗。作为一种客观的诊断方法，声导抗测试在临床耳科和听力学科诊断方面的重要地位已得到临床医生的公认，成为现代耳鼻喉科必备的检测设备之一。

虽然中耳声导抗测听并不能提供患者的听力阈值，加之操作比较复杂，其重要性常常被低估，常常仅用于鼓室图和声順值测试。在临床上，听力师常更倾向于依靠气、骨导差异来判断听力损失的程度和类型。但是由于气骨导器件的校准平台不能完全仿真真人特征和健听个体的差异等因素，主观气导听力阈值测试和骨导听力阈值测试都不能完全代表气骨导的传导差异。很多健听人士会有超过15dB气骨导阈值差异，如果通过中耳声导抗测听测试这些人的中耳功能，他们没有任何传导性障碍。因此中耳声导抗测试这种客观测试方法常常比主观听力阈值测试更可靠，且与其他的一些测试手段联合使用起到相互印证的作用。而且由于中耳声导抗测听不需要受试者给与主动反馈，常常用于婴幼儿的听力检测。

目前的声导抗测试仪器基本都含有如下模块:压力泵系统、传声器、受话器、信号处理计算模块。压力泵系统用于给耳道施加可以调节变化的压力,这样的压力作用给耳道,会改变中耳的声导抗。传声器用于拾取耳道内的声压信号，受话器用于产生特定频率和幅度的声辐射信号，信号处理模块计算声导抗。如果能够减少其中的部分模块，会使声导抗测试仪更轻便，使声导抗仪朝着小型化简易化轻便化发展。基于此，考虑去除传声器模块，采用受话器输入电阻抗参数在线测量的方法推算声导抗。由于受话器输入电阻抗可以通过输入电流和电压信号计算获得，因此不需要添加额外的传感器就可以测算受话器的输入电阻抗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法，该方法通过测量受话器的电阻抗，计算中耳声导抗，所述方法包括：

步骤1)在预先确定的耳道压力范围内，对受试者耳道施加压力；

步骤2)通过受话器对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压信号；

步骤3)基于预先搭建的受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

步骤4)根据受话器的输入电阻抗，基于预先建立好的声导抗计算模型，获得该压力值下的中耳声导抗；

步骤5)遍历耳道压力范围，重复步骤1)至步骤4)，输出对受试者耳道内施加的压力值集合和对应的中耳声导抗集合。

作为上述方法的一种改进，所述受话器检测电路为由电源、电阻和受话器串联在一起的电路。

作为上述方法的一种改进，所述步骤3)具体包括：

测量电阻和受话器的输入电压V₁；

测量受话器的输入电压V₂；

计算受话器的输入电阻抗Z：

Z＝R_r·V₂/(V₂-V₁)；

其中，电阻的电阻值为R_r。

作为上述方法的一种改进，所述声导抗计算模型为电力声类比模型,该模型的输入为受话器的电阻抗和耳道结构参数，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于耳机结构、耳机换能原理以及耳机与耳道、中耳耦合结构，组合成的电力声类比电路。

作为上述方法的一种改进，所述声导抗计算模型为电阻抗与中耳声导抗关联模型,该模型的输入为受话器的电阻抗，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于电阻抗与中耳声导抗映射数据库的关联模型。

作为上述方法的一种改进，所述电阻抗与中耳声导抗关联模型的建立步骤，具体包括：

对单个受试者耳道施加压力；

通过受话器对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压；

基于预先搭建的受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

通过传声器收到的受话器输出声压和耳道内反射的声压，计算得到该压力下的中耳声导抗；

遍历耳道压力范围，重复上述步骤，将不同压力值下受话器的输入电阻抗和对应的中耳声导抗建立对应关系，存入电阻抗与中耳声导抗映射数据库的该型号受话器类别下；

基于电阻抗与中耳声导抗映射数据库，建立电阻抗与中耳声导抗关联模型。

作为上述方法的一种改进，所述声导抗计算模型为基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型,该模型的输入为受话器的电阻抗和耳道结构参数，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型。

作为上述方法的一种改进，所述步骤4)具体包括：

若声导抗计算模型为电力声类比模型，测量受试者的耳道，获得耳道结构参数，根据受话器的输入阻抗和耳道结构参数，在电力声类比模型里匹配得到对应的中耳声导抗，由此获得该压力值下的中耳声导抗；

若声导抗计算模型为电阻抗与中耳声导抗关联模型，根据受话器的输入电阻抗,在电阻抗与中耳声导抗关联模型里匹配得到对应的中耳声导抗,由此获得该压力值下的中耳声导抗；

若声导抗计算模型为基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型，测量受试者的耳道，获得耳道结构参数，根据受话器的输入阻抗和耳道结构参数，在基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型里匹配得到对应的中耳声导抗，由此获得该压力值下的中耳声导抗。

本发明还提出了一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的系统，所述系统包括：压力模块、受话器、受话器阻抗测试模块、声导抗输出模块和声导抗计算模型；

所述压力模块；用于在预先确定的耳道压力范围内，对受试者耳道施加压力；

所述受话器，用于对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压信号；

所述受话器阻抗测试模块，用于受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

所述声导抗输出模块，用于根据受话器的输入电阻抗，基于声导抗计算模型，获得该压力值下的中耳声导抗；

所述声导抗计算模型为：电力声类比模型、电阻抗与中耳声导抗关联模型或基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本发明利用受话器的电阻抗参数计算测量中耳声导抗，使中耳声导抗测量分析装置不再依赖耳道内置传声器，使中耳分析装置更加简便；

2、本发明可使现有的中耳声导抗分析设备更简便，并且可与其他的听力设备联合使用，开展听力诊断或听力设备调试的工作。

附图说明

图1是受话器的输入电阻抗测量电路原理图；

图2是实施例1基于电力声类比模型进行中耳功能分析的架构流程图；

图3是实施例2基于电阻抗与中耳声导抗关联模型进行中耳功能分析的架构流程图；

图4是实施例2电阻抗与中耳声导抗映射数据库的建立方法架构流程图；

图5是实施例3基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型架构流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于受话器输入电阻抗在线测量来测试中耳声导抗的方法。该测量方法避免了使用传声器及相关计算处理电路模块。

方法步骤如下：

对受试者耳道内施加压力；

通过受话器对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压信号；

基于受话器检测电路，在线测量受话器的输入电阻抗；

根据受话器的输入电阻抗，推算该压力条件下的中耳声导抗；

遍历确定的耳道内压力条件，调整对受试者耳道内施加的压力，重复上述步骤；

得到对受试者耳道内施加的压力值集合和对应的中耳声导抗集合；

测试者根据压力值集合和对应的中耳声导抗集合，对受试者的中耳功能进行分析。

其中，利用电阻抗在线测量的方法通过检测受话器输入电压和输入电流来实现。施加的压力不同，相应的输入电阻抗不同。受话器的输入电阻抗测量原理图如图1所示。图中虚线框内表示电源和电源阻抗，通过在电源和受话器之间串联电阻R_r，测量电阻R_r两端的电压就可以得到受话器的输入电流，再通过测量受话器的输入电压V₂，受话器输入电压除以受话器输入电流，即得到受话器的输入电阻抗Z：

Z＝R_r·V₂/(V₂-V₁)

由输入电阻抗推算中耳声导抗的步骤，可以采用以下之一的方法实现：

方法1：通过受话器电力声类比模型结构，结合测量受试者的耳道结构参数和输入电阻抗，得到中耳声导抗。其中，耳道结构参数可以通过深度摄像头或其他传感器来测量计算。

方法2：通过实测数据库开展深度学习训练，建立输入电阻抗与中耳声导抗的关联模型，基于该关联模型就可以通过测量电阻抗计算测量声导抗。

方法3：通过将电力声类比模型、电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型，基于该联合模型就可以通过测量电阻抗计算测量声导抗。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1

参照图2来说明本实施例所示的声导抗测量方法架构流程图。通过压力泵调节和实时监测人耳耳道内的压力，并将该压力值输出给中耳功能分析模块。受话器给人耳施加某些频率的声压，受话器的检测电路在线计算输入电阻抗。对受话器内部电力声换能机理建立电力声类比模型。结合电力声类比模型、耳道结构参数和电阻抗在线测量值推导计算当前中耳声导抗。中耳声导抗值和对应的耳道内压力值联合判别中耳功能。

步骤1)：通过压力泵给耳道内施压；

步骤2)：通过受话器对人耳耳道内发出一定频率范围和幅度的声压；

步骤3)：基于受话器检测电路测量受话器输入电阻抗；

步骤4)：基于受话器电力声类比模型和耳道结构大小参数通过电阻抗测量值获得中耳声导抗；

步骤5)：通过压力泵调整耳道内压力，重复步骤1)至步骤4)，直到规定需要施加的耳道内压力条件遍历。

步骤6)：基于耳道内施加的压力值集合和对应中耳声导抗集合对中耳功能进行分析。

实施例2

参照图3来说明本实施例所示的声导抗测量方法架构流程图。通过压力泵调节和实时监测人耳耳道内的压力，并将该压力值输出给中耳功能分析模块。受话器给人耳施加某些频率的声压，受话器的检测电路在线计算输入电阻抗。基于电阻抗与对应中耳声导抗测量数据库，结合建立电阻抗与声导抗关联模型。基于电阻抗声导抗关联模型，根据电阻抗的在线测量值推导计算中耳声导抗。根据中耳声导抗值和对应的耳道内压力值联合判别中耳功能。

步骤1)：基于电阻抗与对应中耳声导抗测量数据库通过深度学习或者其他方法建立电阻抗与声导抗关联模型；

步骤2)：通过压力泵给耳道内施压；

步骤3)：通过受话器对人耳耳道内发出一定频率范围和幅度的声压；

步骤4)：基于受话器检测电路测量受话器输入电阻抗；

步骤5)：基于电阻抗与声导抗关联模型，通过电阻抗测量值获得中耳声导抗；

步骤6)：通过压力泵调整耳道内压力，重复步骤2至步骤5，直到规定需要施加的耳道内压力条件遍历。

步骤7)：基于耳道内施加的压力值集合和对应中耳声导抗集合对中耳功能进行分析。

其中，电阻抗与对应中耳声导抗数据库的建立流程示例见图4。利用传声器探测耳道反射声的方法测量中耳声导抗测量值，同时通过在线获取受话器输入电流和输入电压信号测量输入电阻抗。在测试时给通过压力泵系统或者让真人吞咽口水的方式调整真人在不同压力施加条件下的中耳声导抗，建立某型号受话器的测量电阻抗和对应的中耳声导抗的数据库。开展大量的真人测试，形成全面的中耳声导抗数据库。

实施例3

参照图5来说明本实施例所示的声导抗测量方法架构流程图。通过将电力声类比模型、电阻抗与中耳声导抗关联模型进行联合推算或者部分联合推算，得到声导抗。

步骤1)：基于电阻抗与对应中耳声导抗测量数据库通过深度学习或者其他方法对建立电阻抗与声导抗关联模型；

步骤2)：通过压力泵给耳道内施压；

步骤3)：通过受话器对人耳耳道内发出一定频率范围和幅度的声压；

步骤4)：基于受话器检测电路测量受话器输入电阻抗；

步骤5)：基于电阻抗与声导抗映射关联模型、受话器电力声类比模型和耳道结构大小参数，通过电阻抗测量值推算中耳声导抗；

步骤6)：通过压力泵调整耳道内压力，重复步骤2至步骤5，直到规定需要施加的耳道内压力条件遍历。

步骤7)：基于耳道内施加的压力值集合和对应中耳声导抗集合对中耳功能进行分析。

此外，与其他生理参数传感测试方法相结合，进一步增强中耳功能及其他听觉功能测试的鲁棒性和准确性。其他的传感测试方式比如MRI测试、耳声发射测试、听觉脑干反应测试、气导骨导听阈测试等。

实施例4

通过使用上述方法构建的系统包括：声导抗计算模型、压力模块、受话器、受话器阻抗测试模块和声导抗输出模块；

压力模块；用于在预先确定的耳道压力范围内，对受试者耳道施加压力；

受话器，用于对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压信号；

受话器阻抗测试模块，用于受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

声导抗输出模块，用于根据受话器的输入电阻抗，基于声导抗计算模型，获得该压力值下的中耳声导抗；

声导抗计算模型为电力声类比模型、电阻抗与中耳声导抗关联模型或基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型。

本发明提出的由输入电阻抗推算中耳声导抗的方法也可以减少或避开增压泵的使用，采用其他的方式来调整改变中耳声导抗的大小和相位。比如采用不同的吞咽方式、采用骨振器施压的方式或者采用增加耳机配戴箍紧压力的方式等。当不使用增压泵和传声器时，该类中耳声导抗测试仪可以采用现行的耳机样式来实现，只是在测试时需要采用其他调整耳道压力的方式来调节中耳声导抗大小。

本发明提供的利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法可应用在中耳分析系统，判别鼓膜、听骨链、咽鼓管的功能，达到听力诊断分析的目的。同时，也可以用于植入式听觉设备的调试应用。本发明可使现有的中耳声导抗分析设备更简便，并且可与其他的听力设备联合使用，开展听力诊断或听力设备调试的工作。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法，该方法通过测量受话器的电阻抗，计算中耳声导抗，所述方法包括：

步骤1)在预先确定的耳道压力范围内，对受试者耳道施加压力；

步骤2)通过受话器对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压信号；

步骤3)基于预先搭建的受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

步骤4)根据受话器的输入电阻抗，基于预先建立好的声导抗计算模型，获得该压力值下的中耳声导抗；

步骤5)遍历耳道压力范围，重复步骤1)至步骤4)，输出对受试者耳道内施加的压力值集合和对应的中耳声导抗集合；

所述声导抗计算模型为：电力声类比模型、电阻抗与中耳声导抗关联模型或基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型；

所述电力声类比模型的输入为受话器的电阻抗和耳道结构参数，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于耳机结构、耳机换能原理以及耳机与耳道、中耳耦合结构，组合成的电力声类比电路；

所述电阻抗与中耳声导抗关联模型的输入为受话器的电阻抗，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于电阻抗与中耳声导抗映射数据库的关联模型；

所述电阻抗与中耳声导抗关联模型的建立步骤，具体包括：

对单个受试者耳道施加压力；

通过受话器对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压；

基于预先搭建的受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

通过传声器收到的受话器输出声压和耳道内反射的声压，计算得到该压力下的中耳声导抗；

遍历耳道压力范围，重复上述步骤，将不同压力值下受话器的输入电阻抗和对应的中耳声导抗建立对应关系，存入电阻抗与中耳声导抗映射数据库的该受话器的类别下；

基于电阻抗与中耳声导抗映射数据库，建立电阻抗与中耳声导抗关联模型；

所述基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型的输入为受话器的电阻抗和耳道结构参数，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型；

所述步骤4)具体包括：

若声导抗计算模型为电力声类比模型，测量受试者的耳道，获得耳道结构参数，根据受话器的输入阻抗和耳道结构参数，在电力声类比模型里匹配得到对应的中耳声导抗，由此获得该压力值下的中耳声导抗；

若声导抗计算模型为电阻抗与中耳声导抗关联模型，根据受话器的输入电阻抗,在电阻抗与中耳声导抗关联模型里匹配得到对应的中耳声导抗,由此获得该压力值下的中耳声导抗；

若声导抗计算模型为基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型，测量受试者的耳道，获得耳道结构参数，根据受话器的输入阻抗和耳道结构参数，在基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型里匹配得到对应的中耳声导抗，由此获得该压力值下的中耳声导抗。

2.根据权利要求1所述的利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法，其特征在于，所述受话器检测电路为由电源、电阻和受话器串联在一起的电路。

3.根据权利要求2所述的利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的方法，其特征在于，所述步骤3)具体包括：

测量电阻和受话器的输入电压V₁；

测量受话器的输入电压V₂；

计算受话器的输入电阻抗Z：

Z＝R_r·V₂/(V₂-V₁)；

其中，电阻的电阻值为R_r。

4.一种利用输入电阻抗参数分析中耳声导抗的系统，其特征在于，所述系统包括：压力模块、受话器、受话器阻抗测试模块、声导抗输出模块和声导抗计算模型；

所述压力模块；用于在预先确定的耳道压力范围内，对受试者耳道施加压力；

所述受话器，用于对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压信号；

所述受话器阻抗测试模块，用于受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

所述声导抗输出模块，用于根据受话器的输入电阻抗，基于声导抗计算模型，获得该压力值下的中耳声导抗；

所述声导抗计算模型为：电力声类比模型、电阻抗与中耳声导抗关联模型或基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型；

所述电力声类比模型的输入为受话器的电阻抗和耳道结构参数，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于耳机结构、耳机换能原理以及耳机与耳道、中耳耦合结构，组合成的电力声类比电路；

所述电阻抗与中耳声导抗关联模型的输入为受话器的电阻抗，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于电阻抗与中耳声导抗映射数据库的关联模型；

所述电阻抗与中耳声导抗关联模型的建立步骤，具体包括：

对单个受试者耳道施加压力；

通过受话器对受试者耳道内发出确定频率范围和幅度的声压；

基于预先搭建的受话器检测电路，测量受话器的输入电阻抗；

通过传声器收到的受话器输出声压和耳道内反射的声压，计算得到该压力下的中耳声导抗；

遍历耳道压力范围，重复上述步骤，将不同压力值下受话器的输入电阻抗和对应的中耳声导抗建立对应关系，存入电阻抗与中耳声导抗映射数据库的该受话器的类别下；

基于电阻抗与中耳声导抗映射数据库，建立电阻抗与中耳声导抗关联模型；

所述基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型的输入为受话器的电阻抗和耳道结构参数，输出为中耳声导抗，模型的结构为基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型；

所述声导抗输出模块的具体实现包括：

若声导抗计算模型为电力声类比模型，测量受试者的耳道，获得耳道结构参数，根据受话器的输入阻抗和耳道结构参数，在电力声类比模型里匹配得到对应的中耳声导抗，由此获得该压力值下的中耳声导抗；

若声导抗计算模型为电阻抗与中耳声导抗关联模型，根据受话器的输入电阻抗,在电阻抗与中耳声导抗关联模型里匹配得到对应的中耳声导抗,由此获得该压力值下的中耳声导抗；

若声导抗计算模型为基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型，测量受试者的耳道，获得耳道结构参数，根据受话器的输入阻抗和耳道结构参数，在基于电力声类比模型以及电阻抗与中耳声导抗关联模型的联合模型里匹配得到对应的中耳声导抗，由此获得该压力值下的中耳声导抗。

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