骨伝導介入後の片側難聴における音源定位試験

Summary

骨伝導介入が音に与える影響を評価するためのプロトコルを提示します 片面難聴(SSD)患者の音のローカリゼーション能力。このプロトコルは、骨伝導デバイスの有効性を評価するために適用できます SSDを持つ個人の音の定位能力を回復し、全体的な生活の質を改善します。

Abstract

片耳難聴(SSD)は、片方の耳に重度から重度の難聴があり、もう片方の耳が正常な聴力を持つもので、罹患した人々の生活の質に大きな影響を与える一般的な聴覚障害です。音源を正確に定位する能力は、音声コミュニケーションや環境意識など、さまざまな日常活動において非常に重要です。近年、骨伝導インターベンションは、SSD患者にとって有望な解決策として浮上しており、従来の空気伝導補聴器に代わる非侵襲的な代替手段を提供しています。しかし、骨伝導デバイス(BCD)の有効性、特に音の定位能力を向上させるという点では、依然として大きな関心事です。

ここでは、骨伝導介入が SSD 患者の健全な局在能力に与える影響を評価するためのプロトコルを紹介します。このプロトコルには、実験装置(音響処理された部屋と半円形のスピーカーアレイ)、刺激、およびデータ分析方法が含まれます。参加者は、ノイズバーストの知覚方向を示し、その応答は二乗平均平方根誤差(RMSE)とバイアスを使用して分析されます。骨伝導介入前後の音定位試験の結果を報告し、比較します。有意差はなかったにもかかわらず、ほとんどの患者(71%)は、骨伝導介入後の介入側に明らかに局在化バイアスが見られました。この研究では、骨伝導介入が SSD 患者の特定の健全な局在化スキルを迅速に向上させることができると結論付けており、SSD の治療としての BCD の有効性を裏付ける証拠を提供しています。

Introduction

音の定位、つまり聴覚刺激の正確な起源を特定する能力は、効果的なコミュニケーション、環境内の安全なナビゲーション、空間内での自己位置を特定する能力など、日常生活における多くの重要な機能を支える重要な聴覚スキルです。個人が片面難聴(SSD)を経験すると、聴覚系が音を定位する能力が著しく損なわれます。これは、私たちの脳は通常、音源の位置を正確に計算するために、両耳が受信した音情報の比較に依存しているためです。

人間の聴覚システムは、高度な信号処理技術を使用して音源を定位し、両耳間時間差(ITD)と両耳間レベル差(ILD)を主要な手がかりとして使用します。ITDは、各耳に音が到着するまでのわずかな時間遅延を指し、音源の方位角に関する情報を提供します。一方、ILDは、両耳の音のレベルの違いを表します。聴覚システムは、これらの手がかりをスペクトルの手がかりや頭の動きなどの他の要素と統合して、聴覚環境の正確な空間表現を形成します^1,2。これらのバイノーラルキューは、音が来る方向を判断できるように処理および統合されます。しかし、片方の耳の聴力が損なわれると、この両側処理が中断され、音の定位が困難になります。

骨伝導デバイス(BCD)は、SSD ^3,4を持つ個人に有望なソリューションを提供します。これらのデバイスは、音の振動を頭蓋骨の骨を通じて蝸牛に直接伝達することで機能し、それによって損傷した外耳と中耳を回避します。BCDは、伝音難聴または混合性難聴の人やSSDの人に特に役立ちます。SSD患者に対する骨伝導技術の利点は、以前の研究で文書化されています。例えば、Chandrasekarらの研究では、骨伝導デバイスがSSD³の人の騒音下での音声認識を有意に改善したことが示されました。同様に、Huangらによるメタアナリシスレビューでは、これらの患者の音声知覚と生活の質に対するBCDのプラスの効果が強調されました⁴。

この証拠にもかかわらず、骨伝導介入がSSD患者の音の局在能力に与える具体的な影響は、あまり理解されていません。例えば、Agterbergらは、骨^{伝導装置5}を用いて聴いた場合、片面難聴患者の音の定位性能は改善されないことを報告した。Kim et al.によるものなど、いくつかの系統的レビューでは、骨固定型補聴器(BAHA)を使用した139例を対象とした6つの先行研究で、正しい音の定位識別の割合がBAHA移植前は13%から65.8%、移植後は15%から68.5%であったことが報告されていますが、統計的な有意性はありません⁶.これらの研究では、音源定位精度の割合を用いており、複数のスピーカーの中から発声しているスピーカーを正確に特定する必要があるため、難易度は比較的高いと考えています。これに対し、私たちの評価法では、音源定位の角度誤差を評価し、二乗平均平方根を採点に用います。したがって、私たちの方法は急性期検査の要求により適していると考えています。

文献のこのギャップに対処するために、現在の研究は、SSD 患者の健全な局在能力を回復する際の BCD の有効性を評価することを目的としています。van de Heyningら⁷で説明されているスピーカー構成を使用しています。私たちは、介入前後の評価を含む音の定位をテストするためのプロトコルを開発しました。参加者は、ローカリゼーションのパフォーマンスを比較するために、支援された条件 (BCD を使用) と支援されていない条件の両方でテストされます。骨伝導介入の実施前後の音のローカリゼーション能力の変化を調べることにより、この研究は、SSD 患者に対する BCD の潜在的な利点に関する貴重な洞察を提供します。この知見は、これらのデバイスを最適化して空間認識と聴覚機能をより広く改善し、SSD患者の生活の質を向上させる方法についての理解を深めることに貢献する可能性がある。

Protocol

この研究では、参加者は骨伝導補聴器を装備した先天性SSDの子供14人でした。参加者の選択基準は、SSD の確定診断でした。参加者は専門の聴覚クリニックから募集され、研究の目的、手順、および潜在的なリスクと利点について知らされました。インフォームド コンセントは、研究に登録する前に、参加者の両親または法定後見人から得られました。

1. セットアップ

注:このセクションでは、参照されているソフトウェアツールを使用してサウンドローカリゼーション実験を行う手順について説明します。この実験は、参加者が自由音場セットアップ内で音源を定位する能力を評価するように設計されています。ローカリゼーションテストは、7つのスピーカーを備えた音響処理された部屋で実施されました(Van de Heyningらの図2を参照)。⁷ -90°(左)と90°(右)の方位角の間の半円に沿って均等に分布しています。スピーカー構成は、実用的な考慮事項のために選択されます。この実験に必要な材料は、 材料表に含まれています。

1. 互換性のあるオーディオドライバーとマルチチャンネルサウンドカードを備えたWindowsPCが利用可能であることを確認します。
2. アクティブパワードスピーカーをバランスケーブルを使用してサウンドカードに接続します。
3. 製造元の指示に従ってオーディオハードウェアを構成し、グリッチのない再生と十分なチャネル分離を確保します。
4. ガイドライン⁶に従って、スピーカーを円形のセットアップに配置します。被写体を半円の中央に置き、正面スピーカーに向けます。ソフトウェアを使用して、隣接する各スピーカー間に30°の角度で希望の半円配置でスピーカーを構成します( 図1を参照)。スピーカーの音を発する部分の中心が、被験者の耳道を通る仮想平面のレベルにあることを確認します。これには、被験者の高さとサイズに応じて椅子の高さを調整します。

2. キャリブレーション

1. ソフトウェアで適切なオーディオドライバーを選択します。
2. 使用可能なデバイスのリストからASIO互換サウンドカードを選択します。
3. セットアップメニューで、次のような必要なパラメータを確認して設定します。
   1. ShowResults: 実験中に結果を表示するタイミング (ライブ、最終、サイレント、または終了) を選択します。
   2. DummyLSwarning:ダミースピーカーの存在を示す警告メッセージを有効または無効にします。
   3. trainingMode: トレーニング モードを有効または無効にし、応答が得られるまでターゲット スピーカーが強調表示されます。
   4. includeTrainingModeResults: トレーニング モードの結果をサマリー テーブルと Figure に含めるかどうかを選択します。
   5. includeDemoModeResults: デモ モードの結果をサマリー テーブルと図に含めるかどうかを選択します。
   6. quickMode: クイック モードを有効または無効にして、プレゼンテーション レベルとスピーカーあたりのプレゼンテーション数を減らします。
   7. カラーマップ: データセットと混同行列プロットのカラーマップを選択します。
   8. nLS: クリック可能なスピーカーの総数 (実数とダミー) を指定します。
      注意: ダミースピーカーとは、音源の定位プロセス全体でスピーカーから音が出ないことを意味します。本物のスピーカーには音があります。
   9. nRep: スピーカーごとの繰り返し回数を指定します。
   10. LSCircleStart / End: 円形設定の角度スパンを指定します。
   11. colormapDataSet: データセットプロットのカラーマップを選択します。
   12. colormapConfusion: 混同行列プロットのカラーマップを選択します。
4. ソフトウェアに付属のキャリブレーション手順を参照して、CCITTノイズ信号とAウェイト設定のSPLメーターを使用してシステムをキャリブレーションします。
   1. サウンドデバイスのドライバー設定を確認します。
   2. キャリブレーション手順を開始するには、[ Extras |キャリブレーションします。
   3. スピーカーとサウンドカードのチャンネル出力マッピングを確認します。応答のみのダミースピーカーをチャンネル0に割り当てます。
   4. スピーカーボタンをクリックして、そのスピーカーで10秒のキャリブレーションノイズを再生します。
   5. SPLメーターの先端を被験者の仮想ヘッド位置でアクティブスピーカーに向けて音圧レベルを測定します。正しい測定位置については、SPLメーターのマニュアルを参照してください。サウンドレベルメーターを設定して、A加重等価サウンドレベルLAeq(Slow integration time)を測定します。
   6. スピーカー/システムゲインを調整して、約70 dBA(LAeq 67-75)dBのノイズレベルを達成します。実際に測定されたLAeqノイズレベルをそれぞれのキャリブレーションフィールドに入力します。
   7. 残りのスピーカーごとに手順2.4.3〜2.4.6を繰り返します。
   8. 「Done」をクリックしてキャリブレーションを完了します。
5. キャリブレーション検証ボタンをクリックして、セットアップを検証します。このステップでは、スピーカーは信号の刺激(1,2)を表し、オペレーターはキャリブレーションの結果と比較してSPLを評価できます。

3. 実験

1. メタデータの指定: 被験者ID、補聴器の種類、オプションのコメントなど、参加者の情報を入力します。
2. 応答のみのダミースピーカーは、キャリブレーション中にチャンネル0に割り当てて構成します。上部の黄色いボックスは、ダミースピーカーの存在を示します。セットアップ パラメーター DummyLSwarning が true の場合、ボックス内のテキストにダミー スピーカーの数が表示されます。
3. 結果を保存するスタディフォルダを選択します。
4. [開始] ボタンをクリックして、実験を開始します。
   1. 参加者には聴覚刺激が提示され、知覚される音源の位置を選択して応答するように求められます。番号を識別できる子供には、対応するスピーカー番号を口頭で報告し、この能力がない子供には、音を出していると思われるスピーカーを直接指し示すように依頼します。
   2. ソフトウェアに、20 ミリ秒の立ち上がり時間と立ち下がり時間を含む 1 秒の持続時間で 2 つのスペクトル形状のノイズ刺激をランダムに提示させます。刺激は、ランダムに選択された3つのレベル(60 dB HL、65 dB HL、70 dB)のいずれかで連続して提示されます。HLです。発表回数は、講演者1人あたり6回(3段階2刺激)です。
      注:2種類のノイズの使用は、モノラルスペクトルキューを混乱させ、ローカリゼーションパフォーマンスの過大評価を防ぐことを目的としています。
5. 結果はリアルタイム(ライブモード)または実験完了後(最終モード)に表示します。結果には、混同行列、二乗平均平方根(RMS)、BIAS、および角度誤差の標準偏差(STD)が含まれます。
   注: 正の値は右向きのバイアスを示し、負の値は左向きのバイアスを示します。値が 0 から離れるほど、横方向のバイアスが顕著になり、ローカリゼーション能力が低下していることを示します。

4. データ分析

1. Load & Analyze(ロード&アナライズ)機能を使用して、以前に保存した結果をロードして解析します。メニューから選択 |ファイル |Load & analyzeは、古い測定値のMATファイルを読み込みます。結果の図は、混同行列とともに別の図に表示されます。
2. スタディフォルダ内のすべての個別結果のサマリーテーブルと図を生成するには、[ ファイル] |サマリーを作成します。
   注 : この関数は、スタディ フォルダとすべてのサブフォルダで、パターン LOC*.xlsx と LOC*.mat に一致するすべての有効な Excel ファイルと MATLAB ファイルをスキャンします。
3. 各参加者の測定値の数を臨床訪問タグと臨床訪問回数にプロットして、データセットを視覚化します。
4. 要約されたデータをスプレッドシートとしてエクスポートします (生データや計算統計など)。出力スプレッドシートには、 Summary_of_all_LOC_measurements.xlsx と Summary_of_all_LOC_measurements_RAW.xlsx という名前が付けられ ます
5. 角度誤差の RMS、BIAS、STD の散布図と箱ひげ図を、臨床訪問タグと臨床訪問番号でグループ化してエクスポートします。散布図は、時間の経過に伴う角度誤差のすべての RMS、BIAS、および STD を示します。被験者 ID は色分けされ、臨床訪問タグは凡例に示すようにマーカー記号でコード化されます。
6. バッチ解析を実行し、スタディフォルダ内のすべてのMATファイルについて、混同行列をPNG画像としてエクスポートします。

5.工場出荷時のリセット

1. ファクトリリセット機能を使用して、ソフトウェアをデフォルト設定にリセットします。

Results

この研究では、参加者は骨伝導補聴器を装備したSSDの子供14人でした。参加者の年齢層(男の子9人、女の子5人)は5歳から12歳で、中央値は7.78歳でした( 表1を参照)。 図2の右側に骨伝導装置がない場合、この左側の難聴児の結果は明らかな右向きの偏りを示しました(BIAS = 53.6°、RMS = 95.5°)。 図3の右側に骨伝導装置を装着すると、この左側難聴児の全体像の定位能力がある程度向上し、右向きのバイアスがBIAS=10.7°に減少し、局在精度が向上しました(RMS=82.9°)。

テストされた14人の子供のうち、介入前後のRMSE(P = 0.63)と角度誤差の標準偏差(STDE)(P = 0.15)に有意差はありませんでした(ノンパラメトリック対応検定、および0.05

図1:セットアップと単一の刺激および一致する応答レコードの例。 定位試験は、-90°(左)から90°(右)の方位角の間の半円に沿って均等に配置された7つのスピーカーを備えた音響処理された部屋で実施されました。被験者は半円の中央に配置され、正面の拡声器に面しました。角度αは、プレゼンテーションの角度誤差です。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:BCDを介さない場合の結果の例。 右側に骨伝導装置がない場合、この左側の難聴の子供の結果は、RMS = 95.5°、BIAS = 53.6°、STD = 80.6°を示しました。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:BCD介入の結果の例。 骨伝導装置を右側に装着した場合、この小児の左側難聴の結果はRMS=82.9°、BIAS=10.7°、STD=83.8°を示した。 図2と比較すると、RMSとSTDの値は近いですが、BIASは10.7°に減少しており、0°は横方向のバイアスがないことを表しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

件名 いいえ	性	横	年齢(年)
1	男性	L	6
2	男性	L	12
3	男性	L	7
4	男性	L	11
5	男性	L	8
6	男性	L	6
7	女性	L	5
8	女性	L	5
9	男性	L	9
10	女性	R	10
11	女性	R	9
12	男性	R	7
13	男性	R	7
14	女性	R	7

表1:参加者の人口統計学的特性。

Discussion

難聴のある5歳以上の子供は、このテストに問題なく受けることができます。SSDの患者では、音源定位試験中に骨伝導補聴器を急性に塗布したところ、バイアスの改善が見られましたが、この強化はRMSE STDEの減少に関して統計的な有意性を達成しませんでした。また、改善は学習効果にもなります。

神経処理と中枢処理によって駆動されるデバイスの長期使用によるより大幅な改善の可能性は、さらなる調査に値する領域を示唆しています。Longらは、音源定位能力が⁸歳とともに向上する可能性があると指摘しています。SSD の子供の大多数の親の主なリハビリテーションのニーズは、音源の位置を特定する能力を向上させることであり、次にノイズの存在下での音声を認識する能力を向上させることであるため、介入前に SSD の患者に音源の特定と介入プログラムの理論的根拠を詳細に説明し、効果に対する合理的な期待を確立できるように支援する必要があります。

人工内耳 (CI) 介入が片面難聴 (SSD) の音源局在能力に与える影響は十分に確立されており、以前の研究で大幅な改善が実証されています⁹。SSD患者の音像定位能力は完全には理解されていません。しかし、手術への恐怖、聴神経の発達異常、経済的な制約など、さまざまな理由から、多くのSSD患者は介入の一形態として骨伝導デバイス(BCD)を選択します。BCD介入がSSD患者の音源定位能力を向上させることができるかどうかという問題は、慎重な評価が必要です。

以前の研究では、参加者が音源を完全に正確に判断することを要求する採点システムが主に使用されており、骨伝導デバイスの介入10,11,12,13,14,15の前後でローカリゼーション能力に有意差はないという結論に至っています。しかし、Moniniらは、BCD¹⁶で聴くと音の定位が改善されたことを報告しました。私たちの研究は、私たちの研究で採用された方法が、異なる結果またはより微妙な結果をもたらすことができるかどうかを調査しようとしました。このプロトコルには、留意すべき重要なポイントがいくつかあります。最大音圧レベルは75 dBAを超えてはならず、外部増幅はキャリブレーション後に変化してはなりません。実験中にサウンドデバイスにアクセスする可能性のある他のアプリケーションはすべて無効にする必要があります。この検査法は、SSDを持つ子供の音源定位能力を効果的に評価することができ、治療計画を選択する際の参考となります。このテストの限界は、子供の場合、特に年少の子供では、オペレーターの命令に長時間の注意と服従が必要であることです。

結論として、BCDはSSD患者のコミュニケーションを改善する上での価値をすでに実証していますが、この研究では、難聴の最も困難な側面の1つである音の定位に対処する能力に光を当てます。より大きなサンプルサイズでの将来の研究により、臨床診療に情報を提供し、ガイダンスを求めるSSD患者により詳細なアドバイスを提供できるさらなる洞察が得られることを願っています。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2015a x32 または MATLAB R2018a ランタイム環境			1
オーディオドライバー			1
Focusrite Scarlett 18i20 第 3 世代またはその他の ASIO 互換マルチチャンネルサウンドカード			1
高さ調整可能な椅子			1
ライセンス			1
M-Audio BX5 D3 ラウドスピーカー			7
Microsoft EXCEL			1
Millenium BS-500モニタースタンド
Pro snake 17620 / 10オーディオケーブル10m(バランスTRSオーディオケーブル)			7
SPLメーター1
Windows PC			1