我们提出了一种评估骨导干预对单侧耳聋（SSD）患者声音定位能力影响的方案。该方案可用于评估骨导装置在恢复声音定位能力以及改善SSD患者整体生活质量方面的有效性。
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摘要
摘要
单侧耳聋（SSD）是一种常见的听觉障碍，表现为一侧耳朵存在中重度至极重度听力损失，而另一侧听力正常，显著影响患者的生活质量。准确感知声源位置的能力对于多种日常活动至关重要，包括言语交流和环境感知。近年来，骨导干预已成为治疗单侧耳聋患者的一种有前景的方案，为传统气导助听器提供了一种非侵入性的替代选择。然而，骨导装置（BCDs）的有效性，尤其是在改善声源定位能力方面的效果，仍是当前备受关注的研究课题。
本文介绍了一种评估骨导干预对单侧聋（SSD）患者声音定位能力影响的实验方案。该方案包括实验装置（经声学处理的房间和半圆形排列的扬声器阵列）、刺激声信号以及数据分析方法。受试者需指出所感知到的噪声脉冲方向，其反应结果通过均方根误差（RMSE）和偏差（bias）进行分析。文中报告并比较了骨导干预前后声音定位测试的结果。尽管统计上无显著差异，但大多数患者（71%）在骨导干预后表现出明显朝向干预侧的定位偏差。研究得出结论：骨导干预可迅速改善单侧聋患者的部分声音定位能力，为骨导助听装置（BCDs）作为单侧聋治疗手段的有效性提供了证据支持。
引言
声音定位是指精确定位听觉刺激来源位置的能力，是日常生活中诸多基本功能所依赖的关键听觉技能，包括有效沟通、在环境中安全移动以及空间定向能力。当个体出现单侧耳聋（SSD）时，听觉系统的声音定位能力会严重受损。这是因为我们的大脑通常依赖于双耳接收声音信息的对比，以准确计算声源的位置。
人类听觉系统采用复杂的信号处理技术来定位声源，主要依赖双耳时间差（ITDs）和双耳强度差（ILDs）作为定位线索。ITD是指声音到达两耳之间存在的微小时间延迟，可提供关于声源方位角的信息。而ILD则表示两耳接收到的声音强度差异。听觉系统将这些线索与其他因素（如频谱线索和头部运动）整合，从而形成对听觉环境的精确空间表征1,2。这些双耳线索经过处理与整合，使我们能够判断声音传来的方向。然而，当一侧听力受损时，这种双侧协同处理过程会被破坏，导致声音定位困难。
骨导装置（BCDs）为单侧耳聋（SSD）患者提供了一种有前景的解决方案3,4。这类装置通过颅骨直接将声音振动传递至耳蜗，从而绕过受损的外耳和中耳。骨导装置特别适用于传导性或混合性听力损失患者，以及单侧耳聋患者。既往研究已记录了骨导技术对单侧耳聋患者的益处。例如，Chandrasekar 等人的研究表明，骨导装置显著改善了单侧耳聋患者在噪声环境中的言语识别能力3。同样，Huang 等人的一项荟萃分析综述强调了骨导装置对这些患者的言语感知能力和生活质量的积极影响4。
尽管有这些证据，骨导干预对单侧聋（SSD）患者声音定位能力的具体影响仍不十分明确。例如，Agterberg 等人报告指出，单侧聋患者在使用骨导装置聆听时，其声音定位表现并未得到改善5。一些系统性综述，如 Kim 等人的研究，报道了既往六项关于骨锚式助听器（Bone-Anchored Hearing Aids, BAHA）的研究（共139例病例），显示在植入BAHA前，正确识别声源定位的百分比为13%至65.8%，植入后为15%至68.5%，但差异无统计学意义6。由于这些研究采用的是声源定位准确率的百分比作为评分标准，要求受试者在多个扬声器中准确识别出发声扬声器，我们认为该任务难度相对较高。相比之下，我们的评估方法通过计算声源定位的角误差，并采用均方根进行评分。因此，我们认为该方法更适用于急性测试的需求。
为弥补文献中的这一空白，本研究旨在评估骨导助听装置（BCD）在恢复单侧聋（SSD）患者声音定位能力方面的有效性。我们采用的是van de Heyning等人7所描述的扬声器配置方案。我们已制定了一套声音定位测试方案，包括干预前和干预后的评估。受试者将在佩戴助听装置（使用BCD）和不佩戴助听装置两种条件下接受测试，以比较其声音定位表现。通过分析实施骨导干预前后声音定位能力的变化，本研究将为BCD在SSD患者中的潜在益处提供有价值的见解。研究结果可能有助于更深入地理解如何优化此类设备，以更广泛地改善空间感知和听觉功能，从而提升单侧聋患者的整体生活质量。
方案
本研究的受试者为14名患有先天性单侧听力损失（SSD）并配备骨导助听器的儿童。受试者的纳入标准为确诊为单侧听力损失（SSD）。受试者来自一家专业听力诊所，研究人员向其告知了研究的目的、流程以及潜在的风险和益处。在受试者入组前，已获得其父母或法定监护人签署的知情同意书。
1. 设置
注意：本节描述了使用所引用的软件工具进行声源定位实验的步骤。该实验旨在评估受试者在自由场环境中定位声源的能力。声源定位测试在经过声学处理的房间内进行，沿方位角-90°（左侧）至90°（右侧）的半圆周上等距分布七个扬声器（见Van de Heyning等人的图2）7。扬声器的配置选择基于实际考虑。本实验所需的材料列于材料表中。
- 确保有一台配备兼容音频驱动程序和多通道声卡的 Windows 个人计算机可用。
- 使用平衡线缆将有源音箱连接至声卡。
- 根据制造商的说明配置音频硬件，确保无故障播放并具备足够的通道分离度。
- 按照指南6将音箱布置成环形结构。让受试者位于半圆中心，面朝前方的扬声器。使用软件将扬声器配置为所需的半圆排列，相邻扬声器之间夹角为 30°（见图 1）。通过调节座椅高度，使扬声器发声部分的中心与假想平面齐平，该平面应穿过受试者的外耳道。
2. 校准
- 在软件中选择合适的音频驱动程序。
- 从可用设备列表中选择支持 ASIO 的声卡。
- 在设置菜单中查看并配置必要的参数，包括：
- ShowResults：选择在实验过程中何时显示结果（实时、最终、静音或关闭）。
- DummyLSwarning：启用或禁用提示信息，以指示是否存在虚拟扬声器。
- trainingMode：启用或禁用训练模式，在该模式下目标扬声器将持续高亮显示，直到给出响应。
- includeTrainingModeResults：选择是否将训练模式的结果包含在汇总表格和图表中。
- includeDemoModeResults：选择是否将演示模式的结果包含在汇总表格和图表中。
- quickMode：启用或禁用快速模式，该模式会降低呈现声级和每位扬声器的呈现次数。
- colormap：为数据集和混淆矩阵图选择配色方案。
- nLS：指定可点击扬声器的总数（包括真实和虚拟扬声器）。
注意：虚拟扬声器表示在整个声源定位过程中，该扬声器不会发出任何声音；真实扬声器则会发出声音。 - nRep：指定每位扬声器的重复次数。
- LSCircleStart / End：指定环形布局的角度范围。
- colormapDataSet：为数据集图选择配色方案。
- colormapConfusion：为混淆矩阵图选择配色方案。
- 参考软件中提供的校准说明，使用 CCITT 噪声信号和设置为 A 加权的声压级（SPL）计对系统进行校准。
- 检查声音设备的驱动程序设置。
- 点击 Extras | Calibrate 开始校准程序。
- 验证扬声器与声卡通道输出的映射关系。将仅用于响应的虚拟扬声器分配至通道 0。
- 点击某个扬声器按钮，以在该扬声器上播放持续 10 秒的校准噪声。
- 将 SPL 计的探头置于受试者虚拟头部位置，并朝向激活的扬声器，测量声压级。请参考 SPL 计的使用手册以确定正确的测量位置。将声级计设置为测量 A 加权等效声级 LAeq（慢速积分时间）。
- 调节扬声器/系统增益，使噪声水平达到约 70 dBA（允许范围为 LAeq 67–75 dB）。将实际测得的 LAeq 噪声水平输入相应的校准字段中。
- 对剩余的每个扬声器重复步骤 2.4.3 至 2.4.6。
- 点击 Done 完成校准。
- 点击 calibration verification 按钮以验证设置。此步骤中，扬声器将播放信号（1,2），供操作人员评估其声压级，并与校准结果进行比较。
3. 实验
- 指定元数据：输入参与者的信息，包括受试者编号、助听器类型以及可选的备注。
- 在校准过程中，通过将仅用于响应的虚拟扬声器分配至 0 通道来配置其参数。顶部会出现一个黄色方框，提示存在虚拟扬声器。如果设置参数 DummyLSwarning 为 true，则框内文本将显示虚拟扬声器的数量。
- 选择用于保存结果的研究文件夹。
- 点击 开始 按钮以启动实验。
- 向参与者呈现听觉刺激，并提示其通过选择所感知的声音来源位置进行响应。对于能够识别数字的儿童，要求其口头报告相应扬声器的编号；对于不具备此能力的儿童，则要求其直接指向其认为正在发声的扬声器。
- 软件将随机呈现两种经过频谱整形的噪声刺激，持续时间为 1 s，包含 20 ms 的上升和下降时间。刺激将依次在三个随机选择的强度水平之一呈现：60 dB HL、65 dB HL 和 70 dB HL。每个扬声器共呈现六次（两种刺激，三种强度水平）。
注意：使用两种类型的噪声旨在混淆单耳频谱线索，防止对定位性能的高估。
- 在实验过程中实时查看结果（实时模式），或在实验结束后查看结果（最终模式）。结果包括混淆矩阵、角误差的均方根（RMS）、偏差（BIAS）和标准差（STD）。
注意：正值表示向右偏移，负值表示向左偏移。数值偏离 0 越远，表明侧向偏差越明显，定位能力越差。
4. 数据分析
- 使用已保存的结果进行加载和分析 加载 & 分析 功能。选择自 菜单 | 文件 | 加载 & 分析 加载旧测量数据的 MAT 文件。结果图将与混淆矩阵一起在单独的图中显示。
- 通过点击研究文件夹中所有 individual 结果生成摘要表格和图表 文件 | 创建摘要.
注意：该函数会扫描研究文件夹及其所有子文件夹中符合 LOC*.xlsx 和 LOC*.mat 模式的有效 Excel 和 MATLAB 文件。 - 通过绘制每位参与者在各临床访视标签和临床访视次数下的测量次数来可视化数据集。
- 将汇总的数据导出为电子表格，包括原始数据和计算得到的统计结果。输出的电子表格按以下方式命名 所有LOC测量值汇总.xlsx 和 所有LOC测量值汇总_RAW.xlsx
- 按临床访视标签和临床访视次数分组，导出角误差的均方根（RMS）、偏差（BIAS）和标准差（STD）的散点图与箱线图。散点图显示所有角误差的RMS、BIAS和STD随时间的变化情况。受试者ID以颜色编码，临床访视标签以图例中所示的标记符号区分。
- 对研究文件夹中的所有 MAT 文件执行批量分析，并将混淆矩阵导出为 PNG 图像。
5. 恢复出厂设置
- 使用恢复出厂设置功能将软件重置为默认设置。
结果
本研究中的受试者为14名患有言语和语言发育障碍（SSD）的儿童，均佩戴骨导助听器。受试者包括9名男孩和5名女孩，年龄范围为5至12岁，中位年龄为7.78岁（见表1）。在图2中，该左侧耳聋儿童未在右侧佩戴骨导装置时，表现出明显的向右偏移（BIAS = 53.6°），RMS值为95.5°。在图3中，该左侧耳聋儿童在右侧佩戴骨导装置后，整体声音定位能力在一定程度上有所改善，向右偏移减少至BIAS = 10.7°，定位准确性提高（RMS = 82.9°）。
在参与测试的14名儿童中，干预前后在均方根误差（RMSE）（P = 0.63）和角度误差的标准差（STDE）（P = 0.15）方面均无显著差异（采用非参数配对检验，P值 < 0.05 被认为具有统计学意义）。然而，71%（14名中的10名）的儿童表现出偏差向干预侧偏移的趋势，提示声源定位方向朝向干预侧发生改变。但由于个体差异较大且样本量相对较小，干预前后整体偏差（BIAS）的差异仍无统计学意义（P = 0.32）。综上所述，骨导助听器（BCDs）的使用可在一定程度上迅速提升个体的声源定位能力，但改善程度因人而异。
图1：实验装置示例及单次刺激与对应反应记录。 定位测试在经过声学处理的房间内进行，七个扬声器沿半圆周从-90°（左侧）至90°（右侧）方位角均匀分布。受试者位于半圆中心，面朝正前方的扬声器。角度α表示刺激呈现时的角度误差。请点击此处查看该图的放大版本。
图2：未进行骨导装置干预时的结果示例。 在右侧未佩戴骨导装置的情况下，这名左侧耳聋儿童的测试结果为 RMS = 95.5°，BIAS = 53.6°，STD = 80.6°。 请点击此处查看该图的放大版本。
图3：使用骨导装置干预后的结果示例。右侧佩戴骨导装置后，这名左侧耳聋儿童的测试结果显示 RMS = 82.9°，BIAS = 10.7°，STD = 83.8°。与图2相比，RMS 和 STD 值相近，但 BIAS 已降低至 10.7°，其中 0° 表示无侧向偏差。请点击此处查看此图的放大版本。
| 受试者编号 | 性别 | 侧别 | 年龄（岁） |
| 1 | 男性 | 左侧 | 6 |
| 2 | 男性 | 左侧 | 12 |
| 3 | 男性 | 左侧 | 7 |
| 4 | 男性 | 左侧 | 11 |
| 5 | 男性 | 左侧 | 8 |
| 6 | 男性 | 左侧 | 6 |
| 7 | 女性 | 左侧 | 5 |
| 8 | 女性 | 左侧 | 5 |
| 9 | 男性 | 左侧 | 9 |
| 10 | 女性 | 右侧 | 10 |
| 11 | 女性 | 右侧 | 9 |
| 12 | 男性 | 右侧 | 7 |
| 13 | 男性 | 右侧 | 7 |
| 14 | 女性 | 右侧 | 7 |
表1：参与者的社会人口学特征。
讨论
5岁及以上的听力损失儿童能够成功完成本测试。对于单侧耳聋患者，在声源定位测试期间急性应用骨导助听器显示出一定程度的偏差改善，尽管这种改善在均方根误差标准差（RMSE STDE）降低方面未达到统计学显著性。此外，这种改善也可能源于学习效应。
随着设备使用时间的延长，神经及中枢处理机制可能带来更显著的改善效果，这表明该领域值得进一步研究。Long 等人指出，声音来源定位能力可能随年龄增长而提高8。对于单侧听损（SSD）儿童的绝大多数家长而言，最主要的康复需求是提高患儿对声音来源的定位能力，其次是在噪声环境中识别言语的能力。因此，在干预前有必要向SSD患者详细解释声音来源定位的原理及干预方案的设计依据，并帮助他们建立对干预效果的合理预期。
单侧耳聋（SSD）患者接受人工耳蜗（CI）干预对其声源定位能力的影响已得到充分证实，既往研究已显示出显著改善9。然而，SSD患者声源定位能力的具体特征尚未完全明确。但由于对手术的恐惧、听神经发育异常或经济限制等多种原因，许多SSD患者选择骨导助听装置（BCD）作为干预方式。BCD干预是否能够提升SSD患者的声源定位能力，仍需进行审慎评估。
既往研究主要采用一种评分系统，要求受试者对声音来源做出完全准确的判断，由此得出骨导装置干预前后声音定位能力无显著差异的结论10,11,12,13,14,15。然而，Monini 等人报告指出，使用骨导装置（BCD）聆听时，声音定位能力有所改善16。本研究旨在探讨本研究中采用的方法是否能够获得不同或更为细致的结果。本方案有几个关键点需特别注意：最大声压级不得超过 75 dBA，校准后外部放大增益不得改变；实验过程中必须禁用任何可能访问声音设备的其他应用程序。该检测方法可有效评估单侧听力损失（SSD）儿童的声音源定位能力，为治疗方案的选择提供参考依据。本测试的局限性在于，对于儿童而言，需要其长时间保持注意力集中并服从操作者的指令，尤其在年幼儿童中更为明显。
总之，尽管脑机接口设备（BCD）已显示出在改善单侧聋（SSD）患者沟通能力方面的价值，但本研究将揭示其在应对听力损失最具挑战性的问题之一——声源定位方面的能力。我们希望未来更大样本量的研究能够提供进一步的见解，以指导临床实践，并为寻求帮助的单侧聋患者提供更详细的建议。
披露
作者声明无利益冲突。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2015a x32 或 MATLAB R2018a 运行环境 | 1 | ||
| 音频驱动程序 | 1 | ||
| Focusrite Scarlett 18i20 3 代或其它支持 ASIO 的多通道声卡 | 1 | ||
| 高度可调座椅 | 1 | ||
| 带许可证的 LOC 声源定位软件工具 | 1 | ||
| M-Audio BX5 D3 扬声器 | 7 | ||
| Microsoft EXCEL | 1 | ||
| Millenium BS-500 监听音箱支架 | 7 | ||
| Pro snake 17620/10 音频线缆 10 米（平衡 TRS 音频线） | 7 | ||
| 声压级计 | 1 | ||
| 胶带 | 1 | ||
| Windows 电脑 | 1 |
参考文献
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