Przedstawiamy protokół do oceny wpływu interwencji przewodnictwa kostnego na zdolność lokalizacji dźwięku u pacjentów z jednostronną głuchotą (SSD). Protokół ten można zastosować do oceny skuteczności urządzeń na przewodnictwo kostne w przywracaniu zdolności lokalizacji dźwięku i poprawie ogólnej jakości życia osób z SSD.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Badanie lokalizacji źródła dźwięku w głuchocie jednostronnej po interwencji przewodnictwa kostnego
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Jednostronna głuchota (SSD), gdzie występuje ciężki lub głęboki ubytek słuchu w jednym uchu i normalny słuch w drugim, jest powszechną chorobą słuchową, która znacząco wpływa na jakość życia osób dotkniętych tą chorobą. Umiejętność dokładnej lokalizacji źródeł dźwięku jest kluczowa dla różnych codziennych czynności, w tym komunikacji głosowej i świadomości ekologicznej. W ostatnich latach interwencja na przewodnictwo kostne stała się obiecującym rozwiązaniem dla pacjentów z SSD, oferując nieinwazyjną alternatywę dla tradycyjnych aparatów słuchowych na przewodnictwo powietrzne. Jednak skuteczność urządzeń na przewodnictwo kostne (BCD), zwłaszcza w zakresie poprawy zdolności lokalizacji dźwięku, pozostaje tematem budzącym duże zainteresowanie.
Tutaj prezentujemy protokół oceny wpływu interwencji przewodnictwa kostnego na zdolność lokalizacji dźwięku u pacjentów z SSD. Protokół obejmuje konfigurację eksperymentalną (pomieszczenie z dźwiękiem i półokrągły układ głośników), bodźce i metody analizy danych. Uczestnicy wskazują postrzegany kierunek wybuchów hałasu, a ich odpowiedzi są analizowane przy użyciu błędu średniokwadratowego (RMSE) i odchylenia. Wyniki badań lokalizacji dźwięku przed i po interwencji na przewodnictwo kostne są przedstawiane i porównywane. Pomimo braku istotnych różnic, większość pacjentów (71%) miała wyraźne odchylenie lokalizacyjne w stronę interwencji po interwencji na przewodnictwo kostne. W badaniu stwierdzono, że interwencja na przewodnictwo kostne może szybko poprawić pewne umiejętności lokalizacji dźwięku u pacjentów z SSD, oferując dowody na poparcie skuteczności BCD w leczeniu SSD.
Wprowadzenie
Lokalizacja dźwięku, zdolność do precyzyjnego określania pochodzenia bodźców słuchowych, jest kluczową umiejętnością słuchową, która stanowi podstawę wielu podstawowych funkcji w codziennym życiu, w tym skutecznej komunikacji, bezpiecznej nawigacji w otoczeniu i zdolności do orientacji w przestrzeni. Kiedy dana osoba doświadcza głuchoty jednostronnej (SSD), zdolność układu słuchowego do lokalizowania dźwięków jest poważnie zagrożona. Dzieje się tak, ponieważ nasze mózgi zazwyczaj polegają na porównaniu informacji dźwiękowych odbieranych przez oba uszy, aby dokładnie obliczyć lokalizację źródeł dźwięku.
Ludzki system słuchowy wykorzystuje wyrafinowane techniki przetwarzania sygnałów do lokalizacji źródeł dźwięku, opierając się na międzyusznych różnicach czasu (ITD) i różnicach poziomów międzyusznych (ILD) jako głównych wskazówkach. ITD odnoszą się do niewielkiego opóźnienia czasowego między nadejściem dźwięku do każdego ucha, które dostarcza informacji o azymucie źródła dźwięku. Z drugiej strony ILD reprezentują różnicę w poziomach dźwięku między oboma uszami. Układ słuchowy integruje te sygnały z innymi czynnikami, takimi jak sygnały spektralne i ruchy głowy, tworząc precyzyjną reprezentację przestrzenną środowiska słuchowego1,2. Te binauralne sygnały są przetwarzane i integrowane, aby umożliwić nam określenie kierunku, z którego dochodzi dźwięk. Jednak gdy słuch w jednym uchu jest upośledzony, to obustronne przetwarzanie zostaje zakłócone, co prowadzi do trudności w lokalizacji dźwięków.
Urządzenia do prowadzenia kostnego (BCD) stanowią obiecujące rozwiązanie dla osób z SSD3,4. Urządzenia te działają poprzez przekazywanie wibracji dźwiękowych bezpośrednio do ślimaka przez kości czaszki, omijając w ten sposób uszkodzone ucho zewnętrzne i środkowe. BCD są szczególnie przydatne dla osób z przewodzeniowym lub mieszanym ubytkiem słuchu, a także dla osób z SSD. Korzyści płynące z technologii przewodnictwa kostnego dla pacjentów z SSD zostały udokumentowane w poprzednich badaniach. Na przykład badanie przeprowadzone przez Chandrasekara i wsp. wykazało, że urządzenia na przewodnictwo kostne znacznie poprawiły rozpoznawanie mowy w hałasie u osób z SSD3. Podobnie, metaanaliza przeprowadzona przez Huanga i wsp. podkreśliła pozytywny wpływ BCD na percepcję mowy i jakość życia u tych pacjentów4.
Pomimo tych dowodów, specyficzny wpływ interwencji przewodnictwa kostnego na zdolności lokalizacji dźwięku u pacjentów z SSD nie jest tak dobrze poznany. Na przykład Agterberg i wsp. stwierdzili, że wydajność lokalizacji dźwięku u pacjentów z jednostronną głuchotą nie ulega poprawie podczas słuchania za pomocą urządzenia do przewodnictwa kostnego5. Niektóre przeglądy systematyczne, takie jak ten autorstwa Kima i wsp., wykazały, że sześć wcześniejszych badań z udziałem 139 przypadków z aparatami słuchowymi zakotwiczonymi w kości (BAHA) wykazało, że odsetek prawidłowej identyfikacji lokalizacji dźwięku wynosi od 13% do 65,8% przed implantacją BAHA i od 15% do 68,5% po implantacji, ale bez istotności statystycznej6. Ponieważ w badaniach tych wykorzystano procentową dokładność lokalizacji źródła dźwięku, w przypadku gdy punktacja wymagała dokładnej identyfikacji głośnika emitującego dźwięk spośród wielu głośników, uważamy, że poziom trudności jest stosunkowo wysoki. W przeciwieństwie do tego, nasza metoda oceny ocenia błąd kątowy lokalizacji źródła dźwięku i wykorzystuje średni kwadrat do oceny. Dlatego uważamy, że nasza metoda jest bardziej odpowiednia dla wymagań ostrych testów.
Aby wypełnić tę lukę w literaturze, obecne badanie ma na celu ocenę skuteczności BCD w przywracaniu zdolności lokalizacji dźwięku u pacjentów z SSD. Używamy konfiguracji głośników, która jest opisana przez van de Heyninga i in.7. Opracowaliśmy protokół testowania lokalizacji dźwięku, który obejmuje oceny przed i po interwencji. Uczestnicy zostaną przetestowani zarówno w warunkach wspomaganych (przy użyciu BCD), jak i niewspomaganych, aby porównać ich wydajność lokalizacyjną. Badając zmiany w zdolnościach lokalizacji dźwięku przed i po wdrożeniu interwencji w zakresie przewodnictwa kostnego, badanie to dostarczy cennych informacji na temat potencjalnych korzyści BCD dla pacjentów z SSD. Odkrycia mogą przyczynić się do lepszego zrozumienia, w jaki sposób można zoptymalizować te urządzenia w celu poprawy świadomości przestrzennej i funkcji słuchowych w szerszym ujęciu, poprawiając w ten sposób ogólną jakość życia osób z dyskami SSD.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
W tym badaniu, uczestnikami było 14 dzieci z wrodzonym SSD, wyposażonych w aparaty słuchowe na przewodnictwo kostne. Kryteriami włączenia dla uczestników były potwierdzone rozpoznanie SSD. Uczestnicy zostali zrekrutowani ze specjalistycznej kliniki audiologicznej i zostali poinformowani o celu badania, procedurach oraz potencjalnym ryzyku i korzyściach. Świadomą zgodę uzyskano od rodziców lub opiekunów prawnych uczestników przed ich włączeniem do badania.
1. Konfiguracja
UWAGA: Ta sekcja opisuje procedurę przeprowadzania eksperymentu lokalizacji dźwięku przy użyciu wspomnianego narzędzia programowego. Eksperyment ma na celu ocenę zdolności uczestników do zlokalizowania źródła dźwięku w konfiguracji pola swobodnego. Testy lokalizacyjne przeprowadzono w pomieszczeniu z nagłośnieniem z siedmioma głośnikami (patrz rys. 2 w Van de Heyning i wsp.)7 równomiernie rozmieszczone wzdłuż półkola między azymutem od -90° (po lewej) do 90° (po prawej). Konfiguracja głośników została wybrana ze względów praktycznych. Materiały potrzebne do tego eksperymentu znajdują się w Tabeli Materiałów.
- Upewnij się, że dostępny jest komputer z systemem Windows ze zgodnym sterownikiem audio i wielokanałową kartą dźwiękową.
- Podłącz aktywnie zasilane głośniki do karty dźwiękowej za pomocą zbalansowanych.
- Skonfiguruj sprzęt audio zgodnie z instrukcjami producenta, zapewniając odtwarzanie bez zakłóceń i wystarczającą separację kanałów.
- Ustaw głośniki w okrągłym ustawieniu zgodnie z wytycznymi6. Umieść obiekt na środku półkola, przodem do głośnika czołowego. Użyj oprogramowania, aby skonfigurować głośniki w żądanym układzie półkola z kątem 30° między każdym sąsiednim głośnikiem (patrz Rysunek 1). Upewnij się, że środek części emitującej dźwięk głośników znajduje się na poziomie hipotetycznej płaszczyzny przechodzącej przez kanały słuchowe pacjenta, dostosowując wysokość krzesła do wysokości i rozmiaru obiektu.
2. Kalibracja
- Wybierz odpowiedni sterownik audio w oprogramowaniu.
- Wybierz kartę dźwiękową kompatybilną z ASIO z listy dostępnych urządzeń.
- Przejrzyj i skonfiguruj niezbędne parametry w menu ustawień, w tym:
- ShowResults: Wybierz, kiedy wyniki mają być wyświetlane podczas eksperymentu (na żywo, końcowy, dyskretny lub zamknięty).
- DummyLSwarning: Włącz lub wyłącz komunikat ostrzegawczy wskazujący na obecność atrap głośników.
- trainingMode: Włącz lub wyłącz tryb treningowy, w którym osoba mówiąca jest podświetlona, dopóki nie zostanie udzielona odpowiedź.
- includeTrainingModeResults: Wybierz, czy wyniki trybu trenowania mają być uwzględniane w tabelach podsumowania i rysunkach.
- includeDemoModeResults: Wybierz, czy wyniki trybu demonstracyjnego mają być uwzględniane w tabelach podsumowań i rysunkach.
- quickMode: Włącz lub wyłącz tryb szybki, który zmniejsza poziomy prezentacji i liczbę prezentacji na prelegenta.
- mapa kolorów: Wybierz mapy kolorów dla zestawu danych i wykresów macierzy pomyłek.
- nLS: Określ całkowitą liczbę klikalnych głośników (rzeczywistych i fikcyjnych).
UWAGA: Atrapy głośników oznaczają, że podczas całego procesu lokalizacji źródła dźwięku z głośnika nie będzie emitowany żaden dźwięk. Prawdziwe głośniki mają dźwięki. - nRep: Określ liczbę powtórzeń na mówcę.
- LSCircleStart / End: Określ zakres kątów ustawienia kołowego.
- colormapDataSet: Wybierz mapę kolorów dla wykresu zestawu danych.
- colormapConfusion: Wybierz mapę kolorów dla wykresu macierzy pomyłek.
- Zapoznaj się z instrukcjami kalibracji dostarczonymi w oprogramowaniu, aby skalibrować system za pomocą sygnału szumu CCITT i miernika SPL z ustawieniem wagi A.
- Przejrzyj ustawienia sterownika urządzenia dźwiękowego.
- Rozpocznij procedurę kalibracji, klikając Dodatki | Kalibracja.
- Sprawdź mapowanie wyjścia wyjściowego głośnika na kartę dźwiękową. Przypisz atrapy głośników tylko z odpowiedzią do kanału 0.
- Kliknij przycisk głośnika, aby odtworzyć dźwięk kalibracji 10 se na tym głośniku.
- Zmierz poziom ciśnienia akustycznego końcówką miernika SPL w wirtualnej pozycji głowy osoby badanej, skierowaną w stronę aktywnego mówcy. Zapoznaj się z instrukcją miernika SPL, aby uzyskać informacje na temat prawidłowej pozycji pomiaru. Ustaw miernik poziomu dźwięku tak, aby mierzył równoważny poziom dźwięku LAeq (czas powolnej integracji) skorygowany krzywą korekcyjną.
- Dostosuj wzmocnienie głośnika/systemu, aby osiągnąć dopuszczalny poziom hałasu około 70 dBA (LAeq 67-75) dB). Wprowadź faktycznie zmierzony poziom hałasu LAeq w odpowiednim polu kalibracji.
- Powtórz kroki 2.4.3-2.4.6 dla każdego z pozostałych głośników.
- Zakończ kalibrację, klikając Gotowe.
- Kliknij przycisk weryfikacji kalibracji, aby zatwierdzić konfigurację. Na tym etapie głośniki będą stanowić bodziec sygnałów (1,2) dla operatora do oceny SPL w porównaniu z wynikami kalibracji.
3. Eksperyment
- Określ metadane: Wprowadź informacje o uczestniku, w tym identyfikator uczestnika, typ aparatu słuchowego i opcjonalne komentarze.
- Skonfiguruj dowolne atrapy głośników tylko do odpowiedzi, przypisując je do kanału 0 podczas kalibracji. Żółte pole u góry wskaże obecność atrap głośników. Jeśli parametr konfiguracji DummyLSwarning jest prawdziwy, tekst wewnątrz pola pokaże liczbę atrap głośników.
- Wybierz folder badania, w którym zostaną zapisane wyniki.
- Kliknij przycisk Start, aby rozpocząć eksperyment.
- Uczestnik zostanie poproszony o zapoznanie się z bodźcami słuchowymi i poproszenie o reakcję poprzez wybór postrzeganego źródła dźwięku. Poproś dzieci, które są w stanie zidentyfikować liczby, aby podały ustnie odpowiadający im numer głośnika i poproś te, które nie mają tej umiejętności, aby wskazały bezpośrednio głośnik, który ich zdaniem wytwarza dźwięk.
- Pozwól oprogramowaniu losowo przedstawić dwa spektralnie ukształtowane bodźce akustyczne o czasie trwania 1 s, w tym czasy narastania i opadania 20 ms. Bodźce będą kolejno prezentowane na jednym z trzech losowo wybranych poziomów: 60 dB HL, 65 dB HL i 70 dB. HL. Liczba prezentacji wynosi sześć na prelegenta (dwa bodźce na trzech poziomach).
UWAGA: Użycie dwóch rodzajów szumu ma na celu zmylenie monofonicznych sygnałów spektralnych i zapobieżenie przeszacowaniu wydajności lokalizacji.
- Przeglądaj wyniki w czasie rzeczywistym (tryb na żywo) lub po zakończeniu eksperymentu (tryb końcowy). Wyniki obejmują macierz pomyłek, średnią kwadratową (RMS), odchylenie i odchylenie standardowe (STD) błędu kątowego.
UWAGA: Wartości dodatnie wskazują na odchylenie w prawo, a wartości ujemne wskazują na odchylenie w lewo. Im bardziej wartość odbiega od 0, tym wyraźniejsze jest odchylenie boczne, co wskazuje na gorszą zdolność lokalizacji.
4. Analiza danych
- Wczytuj i analizuj wcześniej zapisane wyniki za pomocą funkcji Load & Analyze. Wybierz z menu | Plik | Załaduj i przeanalizuj, aby załadować plik MAT starego pomiaru. Wykres wynikowy zostanie pokazany z macierzą pomyłek na osobnym rysunku.
- Wygeneruj tabele podsumowujące i rysunki dla wszystkich indywidualnych wyników w folderze badania, klikając Plik | Utwórz podsumowanie.
UWAGA: Funkcja skanuje w poszukiwaniu wszystkich prawidłowych plików Excel i MATLAB pasujących do wzorca LOC*.xlsx i LOC*.mat w folderze badania i we wszystkich podfolderach. - Wizualizuj zestaw danych, wykreślając liczbę pomiarów dla każdego uczestnika na znaczniku wizyty klinicznej i numerze wizyty klinicznej.
- Eksportuj podsumowane dane jako arkusze kalkulacyjne, w tym dane surowe i obliczone statystyki. Wyjściowe arkusze kalkulacyjne mają nazwy Summary_of_all_LOC_measurements.xlsx i Summary_of_all_LOC_measurements_RAW.xlsx
- Eksportuj wykresy rozrzutu i wykresy pudełkowe dla RMS, odchylenia i STD błędów kątowych, pogrupowane według znacznika wizyty klinicznej i numeru wizyty klinicznej. Wykresy rozrzutu pokazują wszystkie wartości RMS, odchylenia i STD błędów kątowych w czasie. Identyfikatory pacjentów są oznaczone kolorami, a znaczniki wizyt klinicznych są oznaczone symbolami znaczników, jak pokazano w legendzie.
- Wykonaj analizę wsadową i wyeksportuj macierze pomyłek jako obrazy PNG dla wszystkich plików MAT w folderze badania.
5. Reset do ustawień fabrycznych
- Użyj funkcji przywracania ustawień fabrycznych, aby zresetować oprogramowanie do ustawień domyślnych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
W niniejszym badaniu uczestnikami było 14 dzieci z SSD, wyposażonych w aparaty słuchowe z przewodnictwem kostnym. Wiek uczestników (9 chłopców, 5 dziewczynek) mieścił się w przedziale od 5 do 12 lat, przy medianie wynoszącej 7,78 roku (patrz Tabela 1). Bez urządzenia z przewodnictwem kostnym po prawej stronie, jak pokazano na Rysunku 2, wynik tego dziecka z głuchotą lewostronną wykazał wyraźne odchylenie w prawo (BIAS = 53,6° oraz RMS = 95,5°). Z zastosowaniem urządzenia z p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Dzieci w wieku 5 lat i starsze z ubytkiem słuchu mogą z powodzeniem przystąpić do tego badania. W przypadku osób z SSD ostre zastosowanie aparatów słuchowych na przewodnictwo kostne podczas testowania lokalizacji źródła dźwięku wykazało poprawę w zakresie odchylenia, chociaż poprawa ta nie osiągnęła istotności statystycznej pod względem redukcji RMSE STDE. Poprawa może być również efektem uczenia się.
Potencjał bardziej znaczącej poprawy przy długotrwałym użytkowaniu urządzenia, napędzany prze...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| uruchomieniowe 2015a x32 lub MATLAB R2018a | 1 | ||
| Sterownik | 1 | ||
| Karta dźwiękowa Focusrite Scarlett 18i20 3. generacji lub inna wielokanałowa karta | 1 | ||
| Krzesło | 1 | ||
| Narzędzie programowe LOC do lokalizacji dźwięku z licencją | 1 | ||
| Głośnik M-Audio BX5 D3 | 7 | ||
| Microsoft EXCEL | 1 | ||
| Millenium BS-500 Stojak | 7 | ||
| Pro snake 17620/10 audio 10 m (zbalansowany audio TRS) | 7 | ||
| Miernik | 1 | ||
| Taśma | 1 | ||
| z systemem Windows | 1 |
Bibliografia
- Middlebrooks, J. Sound localization by human listeners. Annu Rev Psychol. 42, 135-159 (1991).
- Wenzel, E. M. J. Localization using nonindividualized head-related transfer functions. J Acoust Soc Am. 94 (1), 111-123 (1993).
- Chandrasekar, E. S. J. Hearing outcomes in children with single-sided deafness: Our experience at a tertiary paediatric otorhinolaryngology unit. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 167, 111296(2023).
- Huang, J. J. Systematic review and meta-analysis of the effects of different interventions on unilateral deafness. Journal of Audiology and Speech Pathology. 31 (5), 449-454 (2023).
- Agterberg, M. J. H. J. Sound-localization performance of patients with single-sided deafness is not improved when listening with a bone-conduction device. Hear Res. 372, 62-68 (2019).
- Kim, G. J. Efficacy of bone-anchored hearing aids in single-sided deafness: A systematic review. Otol Neurotol. 38 (4), 473-483 (2017).
- Van de, H. J. Towards a unified testing framework for single-sided deafness studies: A consensus paper. Audiol Neurootol. 21 (6), 391-398 (2016).
- Long, Y. J. Research progress in sound source localization. Chinese Journal of Otology. 20 (1), 136-140 (2022).
- Grieco-Calub, T. M. J. Sound localization skills in children who use bilateral cochlear implants and in children with normal acoustic hearing. Ear Hear. 31 (5), 645-656 (2010).
- Niparko, J. K. J. Comparison of the bone anchored hearing aid implantable hearing device with contralateral routing of offside signal amplification in the rehabilitation of unilateral deafness. Otol Neurotol. 24 (1), 73-78 (2003).
- Hol, M. K. J. Bone-anchored hearing aids in patients with acquired and congenital unilateral inner ear deafness (Baha CROS): clinical evaluation of 56 cases. Ann Otol Rhinol Laryngol. 119 (7), 447-454 (2010).
- Newman, C. W. J. Longitudinal benefit from and satisfaction with the Baha system for patients with acquired unilateral sensorineural hearing loss. Otol Neurotol. 29 (8), 1123-1131 (2008).
- Saliba, I. J.Bone-anchored hearing aid in single-sided deafness: Outcome in right-handed patients. Auris Nasus Larynx. 38 (5), 570-576 (2011).
- Nicolas, S. J. Long-term benefit and sound localization in patients with single-sided deafness rehabilitated with an osseointegrated bone-conduction device. Otol Neurotol. 34 (1), 111-114 (2013).
- Wazen, J. J. J. Localization by unilateral BAHA users. Otolaryngol Head Neck Surg. 132 (6), 928-932 (2005).
- Monini, S. J. Bone conductive implants in single-sided deafness. Acta Otolaryngol. 135 (4), 381-388 (2015).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
