İşitme Engelli Dinleyicilerde Ses Lokalizasyon Testi İçin Otomatik Bir Sistem

Özet

Bu protokol, normal işitme ve tek taraflı işitme engelli katılımcılarda doğrulanan hassas hoparlör yerleşimi ve entegre yanıt analizine sahip otomatik bir ses lokalizasyon test sistemi sunar. Mekansal işitme değerlendirmesi için tekrarlanabilir bir yöntem sunar ve Uluslararası İşleme, Engellilik ve Sağlık Sınıflandırması (ICF) çerçevesi kullanılarak fonksiyonel sınıflandırmayı destekler.

Özet

Ses lokalizasyonu, işitsel algının temel bir bileşenidir, ancak klinik değerlendirmesi teknik olarak hâlâ zorlayıcıdır. Yarım dairesel hoparlör dizileriyle yapılan serbest alan lokalizasyon testleri altın standart olarak kabul edilse de, mevcut birçok protokol muayeneci odaklı prosedürlere dayanır ve yerselleştirme hatalarının işlevsel yorumlanması için sınırlı rehberlik sağlar.

Standartlaştırılmış uyarıcı teslimatı ve yanıt edinimini fonksiyon odaklı bir yorumlama çerçevesiyle birleştiren otomatik bir ses lokalizasyon protokolü sunulur. Uyarılar, kontrollü koşullar altında önceden tanımlanmış azimutal pozisyonlardan sunulur, katılımcı yanıtları grafiksel bir arayüz üzerinden toplanır ve yerelleştirme performans metrikleri test tamamlandığında otomatik olarak hesaplanır. Önemli olarak, nicel lokalizasyon hataları, Uluslararası İşleme, Engellilik ve Sağlık (ICF) tabanlı sınıflandırma çerçevesi kullanılarak klinik anlamlı kategorilere çevrilir.

Protokol, 20'si normal işitme, 14'ü tek taraflı işitme (SSD) olmak üzere 34 yetişkine uygulandı. Katılımcılar standart koşullar altında test edildi ve performansları kök ortalama kare hatası (RMSE) ve ortalama mutlak hata (MAE) kullanılarak nicele edildi. Sonuçlar işlevsel olarak ICF çerçevesine göre sınıflandırıldı. Normal işitme yapan dinleyiciler sürekli olarak düşük lokalizasyon hataları gösterdi ve bu hatalar hafif bozulma anlamına gelirken, SSD grubu daha büyük açısal hatalar ve daha yüksek ICF tanımlı bozukluk seviyeleri gösterdi.

Otomatik bir lokalizasyon protokolünü ICF tabanlı yorumlama ölçeğiyle entegre ederek, bu yaklaşım yatay ses lokalizasyonunun tekrarlanabilir değerlendirmesini kolaylaştırırken, mekânsal işitme eksikliklerinin klinik olarak ilgili yorumlanmasını mümkün kılar. Önerilen çerçeve, muayene görevlisinden bağımsız testleri destekler ve dinleyici grupları ve müdahaleler arasında yerelleştirme performansını karakterize etmek için klinik ve araştırma ortamlarında uygulanabilir.

Giriş

İşitme kaybı genellikle saf ton oyometrisi kullanılarak nicel olarak ölçülür; bu cihaz, işitsel eşiklerin doğrudan ölçülmesini sağlar ve klinisyenlerin bozulmanın şiddetini sınıflandırmasına ve günlük yaşamdaki ilgili zorlukları tahmin etmesine olanak tanır. Ancak, işitme kaybının işlevsel bir sonucu olan ses lokalizasyonundaki azalma kolayca ^{yakalanamaz 1}. Eşik testinin aksine, lokalizasyon binaural ipuçlarının entegrasyonunu gerektirir ve objektif olarak değerlendirmek veya fonksiyonel engellilik açısından sınıflandırmak çok daha zordur.

Geleneksel serbest alan lokalizasyon testleri uzun süredir altın standart olarak kabul ediliyor, ancak bazı sınırlamalar sergiliyor. Güvenilir test için en az yedi hoparlörün yarım dairesel düzende (-90° ila 90°) doğru yerleştirilmesi ^{gereklidir 2}. Hassas mekansal kalibrasyon ve birden fazla hoparlörü aynı anda kontrol etme ihtiyacı gibi gereksinimler, kurulumu teknik olarak zorlayıcı hale getirebilir. Ayrıca, ses lokalizasyon prosedürleri geleneksel olarak uyarı sunumu, yanıt izleme ve sonuç kaydı gibi testlerin birden fazla aşamasında kapsamlı muayeneçi katılımına^{dayanmıştır 3,4}. Daha yeni çalışmalarda farklı derecelerde otomasyon uygulanmış olsa da, sınav gözetimi veya manuel müdahale genellikle sınavın başlangıcından tamamlanmasına kadar gereklidir ^5,6. Sonuç olarak, yerelleştirme sonuçları sınav görevlisine bağlı faktörler ve site özelliği tarafından etkilenebilir; bu da test yürütmesinde değişkenliliğe yol açar ve kurumlar arasında standartlaşmanı sınırlar. Bu zorluklar, uzun süreli test seansları boyunca dikkat ve uyumu sürdürmek özellikle zor olan pediatrik popülasyonlarda daha da^{kötüleşmektedir 5}. Bu faktörler birlikte, sınav görevlileri ve siteler arasında değişkenlik yaratır, çapraz çalışmaları karmaşıklaştırır ve ses lokalizasyon protokollerinin standartlaştırılmasını^{sınırlar 1,7}.

Bu zorlukları ele almak için, verimli, muayeneciden bağımsız ses yerelleştirme testini mümkün kılan otomatik ve standart bir sisteme ihtiyaç vardır. Böyle bir sistem, sadece test prosedürünü kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda klinik ve araştırma ortamlarında tekrarlanabilirliği artırır. Ayrıca, açısal hata veya yanlılığın nicelendirilmesinin ötesinde, yerelleştirme performansının fonksiyonel kategorilere çevrilmesi, klinik açıdan anlamlı yorumları destekleyebiliyor.

Bu çalışmada, otomatik ses yerelleştirme test sistemi için entegre bir yaklaşım sunuyoruz ve Uluslararası İşleme, Engellilik ve Sağlık Sınıflandırması (ICF) sınıflandırma ^{skalası 1} kullanılarak uygulamasını gösteriyoruz. Bu yaklaşım, geleneksel yöntemlerin pratik sınırlamalarını ele alırken, işitme kaybı olan bireylerde lokalizasyon yeteneğinin değerlendirilmesi için standartlaştırılmış, fonksiyon odaklı bir çerçeve sunar. Önerilen sistem, yatay ses lokalizasyonunun standartlaştırılmış değerlendirilmesi gereken kontrollü klinik ve araştırma ortamlarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Mevcut protokol, sabit baş pozisyonu koşullarında azimutal lokalizasyona odaklanır ve dikey yerelleştirme veya baş hareketini içeren dinamik dinleme senaryolarını ele almaz. Bu kısıtlamalar, gereksiz ipuçlarını en aza indirme ve sınav görevlileri ile sınav oturumları arasında tekrarlanabilir değerlendirme sağlama hedefinin doğasındadır.

Protokol

Çalışma protokolü, Hallym Üniversitesi Sacred Heart Hastanesi Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından incelenip onaylandı (onay numarası: HALLYM 2023-07-015-001). Tüm katılımcılar katılımdan önce yazılı bilgilendirilmiş onay sundu.

1. Enstrümanlar

NOT: Test sırasında, kabin içindeki arka plan gürültüsü seviyesi yaklaşık 35 dBA'nın altında tutuldu, böylece dış gürültü ses lokalizasyon performansına müdahale etmedi.

Ses geçirmez bir kabin (iç boyutları yaklaşık 3.800 × 2.200 × 2.100 mm) minimum ortam gürültüsüyle kontrollü serbest alan dinleme ortamı sağlıyordu. Kabin içine 3.000 mm yarıçaplı yarım daire hoparlör rafı yerleştirildi. Yedi hoparlör 30° aralıklarla −90° ile +90° azimet arasında monte edildi ve tüm hoparlörler aynı yükseklikte (otururken baş seviyesinde; yaklaşık 1.050 mm) ve katılımcının başından eşit mesafede konumlandırıldı (Şekil 1). Hoparlörler, dengeli, korumalı XLR ses kabloları kullanılarak çok kanallı bir ses arayüzüne bağlanıyordu.

NOT: Birden fazla hoparlör ses geçirmez kabinin dışındaki kişisel bilgisayara bağlanırken, kabin duvarına duvara monte edilen bir kablo paneli veya geçiş sistemi kurulmuştur. Bu, kabinin iç ve dış kısmı arasında sağlam kablo yönlendirmesini sağlarken, akustik izolasyonu korudu ve kablo karmaşasını en aza indirdi.
Uyarıcı sunumu ve veri edinimi, özel geliştirilmiş yazılım çalıştıran Windows tabanlı bir kişisel bilgisayar kullanılarak kontrol edildi (Şekil 2; bkz. Materyaller Tablosu). Uyarı sunumu sırasında katılımcının baş pozisyonunu stabilize etmek için yüksekliği ayarlanabilir bir koltuk ve başdayağı bulunmuştur. Bireysel katılımcıların antropometrisini karşılamak için ayarlanabilir koltuk yüksekliği ve baş dayanağı pozisyonuna sahip özel yapım bir sandalye kullanıldı. Başçı, uyarı sunumu sırasında katılımcıların tutarlı öne dönük baş pozisyonunu korumalarına yardımcı olmak için dokunsal geri bildirim sağladı.

NOT: Özel yazılım, otomatik ses lokalizasyon testini desteklemek için kendi içinde geliştirilmiştir. Test başlatıldığında, yazılım uyarı sunumunu ve deneme dizilemesini kontrol etti, katılımcı yanıtlarını dokunmatik ekran arayüzü üzerinden topladı ve testin tamamlanmasında kök ortalama kare hatası (RMSE), ortalama mutlak hata (MAE) ve lokalizasyon yanlılığı gibi yerelleştirme performans metriklerini otomatik olarak hesapladı.

Şekil 1. Yatay ses lokalizasyon testi için hoparlör dizisi Lütfen bu şekilin daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayın.

Şekil 2. Deneysel sistemin şeması. Sistem, sinyalleri bir güç amplifikatörüne, ardından hoparlör dizisine ileten bir ses arayüzüne bağlı kişisel bir bilgisayardan oluşuyordu. Tüm hoparlörlerde tutarlı çıkış seviyelerini sağlamak için kalibrasyon için bir ses seviyesi ölçer kullanıldı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

2. Setup01

Teste başlamadan önce, tüm test hoparlörlerinde tutarlı ses sunumu seviyelerini sağlamak için bir kalibrasyon prosedürü gerçekleştirildi. Test uyaranına eşleştirilen kök ortalama kare (RMS) geniş bant gürültü uyarıcısı her hoparlörden sıralı olarak sunuldu. Serbest alan mikrofonla donatılmış Sınıf 1 hassas ses seviyesi ölçer, katılımcı pozisyonunda baş hizasında (yaklaşık 1.050 mm) bir tripoda yerleştirildi. Eşdeğer sürekli ses seviyesi (LZeq; Her hoparlörden Z-weightli, zaman ortalaması alınmış ses basınç seviyesi) ölçüldü ve çıkış seviyeleri ölçüldü; ölçülen LZeq tüm hoparlörlerde yaklaşık 60 dB SPL (±0.5 dB) oldu.

NOT: Hoparlör çıkış seviyelerinin ayarlanması, hoparlörler arasında tutarlı kalibrasyon sağlamak için ses arayüzü seviyesinde gerçekleştirildi. Özel yazılım, seviye kontrol fonksiyonlarını içermiyordu ve yalnızca uyarıcı sunumu, deneme kontrolü, yanıt toplama ve lokalizasyon metriklerinin hesaplanması için kullanıldı.

3. Deney

Katılımcı, özel olarak yapılmış sandalyeye otururdu; böylece baş, ön hoparlörle hizalanırdı (0° azimüt, yarım dairesel dizinin merkezi konumu) ve yarı dairesel hoparlör dizisinin ortasında konumlandırılırdı. Baş dayalı, oksipital çıkıntıya sağlam şekilde oturacak şekilde ayarlandı ve katılımcıya test boyunca baş dayama ile temas halinde kalması talimatı verildi. Katılımcının hemen önüne bir dokunmatik panel yerleştirilerek yanıtlar kaydedildi ve kullanımı hakkında talimatlar verildi.

NOT: Testin başında yanlış konumlandırma, etkili hoparlör açılarını etkileyebilir ve ölçüm doğruluğunu tehlikeye atabilir. Başçılık, katılımcıların başın doğru konumda kalıp kalmadığını izlemesini sağlayan dokunsal geri bildirim sağlıyordu. Yanıt cihazı görsel veya işitsel engel olarak işlememeli ve dokunmatik panel, katılımcı ile merkezi hoparlör arasındaki doğrudan görüş hattını engellememelidir.

Katılımcı tanımlama kodu ve deneme numarası girildi ve işitme cihazı durumu (koklear implant, işitme cihazı veya işitme cihazı yok) grafik kullanıcı arayüzü (GUI) kullanılarak seçildi. Tanışma dizisi başlatıldı. GUI'de, Tanışma dizisini başlatmak için Tanışma butonu seçiliyordu. Katılımcıya, dizi boyunca merkezi hoparlöre bakması talimatı verildi. Alıştırma dizisi sırasında, sistem otomatik olarak her hoparlörden sıralı olarak işitsel uyarılar sunardı.

NOT: Katılımcıya başını öne doğru tutması ve bu adımda ses kaynağına dönmemesi talimatı verildi. Ses lokalizasyon testi, iki spektral şekilde üretilen genişbant gürültü uyarıcıları (20-20.000 Hz) kullandı ve üç yoğunluk seviyesinde (55, 60 ve 65 dB HL) sunuldu. Tüm uyaranlar 500 ms süreli, başlangıç ve kaydırma rampaları 5 ms idi, bu da yerleşik lokalizasyon^{protokolleri 1,2} ile uyumludur. Toplamda, yedi hoparlörden her birinden rastgele sırayla altı benzersiz uyarıcı sunuldu ve katılımcı başına 42 deneme yapıldı.

Şekil 3. Katılımcı yanıtları için kullanılan konuşmacı-harita arayüzü. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.

GUI'de, ön test modunu etkinleştirmek için Ön test butonu seçiliyordu. Katılımcıya, ön hoparlöre dönmesi ve hazır olduğunda dokunmatik panelde Başlat düğmesine basması talimatı verildi; başını öne doğru tutmayı korudu. Start düğmesine basıldığında, sistem hoparlörlerden birinden ilk test sesini gösteriyordu. Ses sunumundan sonra, dokunmatik panel ekranı hoparlör haritasına geçti ve katılımcı algılanan ses kaynağı konumunu seçti (Şekil 3).

Her yanıttan sonra sistem anında geri bildirim sağlıyordu. Doğru yanıtlar için, bir sonraki denemeye ilerleme izin verilmeden önce bir onay mesajı gösteriliyordu. Yanlış yanıtlar için, haritada doğru hoparlör konumu vurgulanıyor ve ses o hoparlörden üç kez tekrar çalınıyordu. Ön test üç denemeden oluşuyordu ve üçüncü deneme tamamlandığında sistem tarafından otomatik olarak sona erdi.

NOT: Katılımcı, geri besleme dizisi sırasında başın ön hoparlöre doğru yönlendirildiğinden emin olmak için izlendi; çünkü başı çevirmek mekansal ipuçlarının doğru algılanmasını engelliyordu. Bireysel denemeler otomatik dizide tekrarlanamadığı için, katılımcının gerekli ileri pozisyonu açıkça koruyamadığı her durumda, deneme düzeyinde tekrarlama yerine oturum yeniden başlatılması tetiklenirdi. Bu yeniden başlatılan oturumlar nihai analizde yer almadı. Ön test denemelerinin sayısı sistemde önceden tanımlanmıştı (üç denemeyle sınırlı) ve ^{8,9 inceleme} görevlisi tarafından değiştirilemedi.

Ön test tamamlandıktan sonra, ana test dizisi başlatmak için ana test düğmesine tıklandı. Katılımcı, dokunmatik panelde Start butonuna basarak hoparlörlerden birinden bir ses sunumunu tetiklerdi. Ses sunumundan sonra, dokunmatik panel ekranı hoparlör haritasına geçti ve katılımcı algılanan ses konumunu seçti. Her yanıttan sonra sistem Sonraki butonu gösterirdi. Katılımcıya, sonraki denemeye başlamadan önce Next butonuna basmadan önce dinlenme ve doğru baş konumunu doğrulamak için ek zaman almasına izin verildi. Sistem, önceden belirlenmiş sayıda deneme sayısını otomatik olarak ilerliyor, deneme dizisini tekrarlıyor ve ana test tamamlanana kadar devam ediyordu.

NOT: Test boyunca başın ön hoparlöre doğru devam ettiği vurgulandı. Bu pozisyon, mekansal ipuçlarının tutarlı algılanmasını sağladı ve istemeden baş hareketlerinden kaynaklanan önyargıyı önledi. Uyarım sona erdikten sonra, katılımcıların algılanan hoparlörü görsel olarak tanımlamak ve seçmek için başlarını çevirmelerine izin verildi. Ancak bir sonraki deneme başlamadan önce, tüm sonraki uyaranların aynı standart koşullarda algılanmasını sağlamak için ilk frontal pozisyona geri döndüler. Sistem entegre baş takip etmese de, sınav görevlisi test boyunca baş yönelimini görsel olarak izleyerek katılımcıların her uyaran önce gerekli ileri pozisyonu koruyup korumalarını sağladı.

Testin sonunda sistem oturumu otomatik olarak sonlandırdı ve bir log dosyası oluşturdu. Kayıt, sunulan uyarıcı, ses kaynağının yönü ve katılımcının yanıtı dahil olmak üzere her denemenin kayıtlarını içeriyordu. Bu yanıtlar temelinde, sistem RMSE, MAE ve yanıt yanlılığını hesapladı; bu yanlışlıklar, deneme günlüğüyle birlikte sonraki analizler için kaydedildi.

NOT: Günlük dosyası oturumdan sonra düzgün şekilde saklandı; çünkü hem ham yanıt verilerini hem de daha fazla analiz için gereken hesaplanmış performans metriklerini içeriyordu.

4. Veri İşleme ve Analizi

Ses lokalizasyon testi tamamlandıktan sonra, sistem kaydedilen deneme yanıtlarına dayanarak her katılımcı için RMSE, MAE ve yanıt yanlılığını otomatik olarak hesapladı. Görselleştirme ve şekil hazırlığı için, dışa aktarılan veriler daha sonra özel geliştirilmiş betiklerle işlenir.

Sağlam yerelleştirme performansının klinik olarak anlamlı bir yorumlanmasını kolaylaştırmak için, yerelleştirme hata metrikleri ayrıca Uluslararası İşleme, Engellilik ve Sağlık Sınıflandırması (ICF) tabanlı bir çerçeve kullanılarak kategorize edilmiştir. Bu yaklaşım, daha önce önerilen yatay ses lokalizasyonu için önerilen bir uzlaşma sınıflandırma sistemine dayanarak benimsenmiştir; bu sistem, nicel lokalizasyon hatalarını fonksiyonel bozukluk 1 seviyelerine^{eşlemiştir.} Bu çerçevede, lokalizasyon performansı, normal işitme (NH) referans grubundaki lokalizasyon hatasının dağılımı ve belirli test kurulumuyla ilişkili şans seviyesine dayanarak beş kategoriye ayrılmıştır: hafif, orta, şiddetli ve tam bozukluk. Önemli olarak, bu sınıflandırma geleneksel hata metriklerinin (örneğin RMSE veya MAE) yerini almadı, ancak sayısal performans ölçümlerini işlevsel olarak ilgili kategorilere çeviren yorumlayıcı bir katman olarak hizmet verdi. ICF tabanlı sınıflandırma, bu çalışmada elde edilen yerelleştirme sonuçlarına sonradan uygulanarak standartlaştırılmış yorumu desteklemek ve katılımcılar ile dinleyici grupları arasında karşılaştırmayı kolaylaştırmak için yapılmıştır.

Sonuçlar

Bu çalışmaya toplam 34 katılımcı katılmıştır; 20 yetişkin normal işitme (NH) ve 14 yetişkin tek taraflı işitme kaybı (SSD) ile tanımlanmıştır; bu yetişkinler, kulakta şiddetli veya derin işitme kaybı (70 dB HL) olarak tanımlanmıştır (> 70 dB HL) ve karşı-taraf kulakta saf ton ortalaması ≤30 dB HL ile 4.000 Hz'e kadar; bu, uluslararası uzlaşma² ile belirlenen SSD ^{tanımına uyulmaktadır. 10}. NH grubu 12 erkek ve 8 kadından oluşuyord...

Tartışma

Önerilen yerelleştirme sisteminin performansını bağlama oturtmak için, bu çalışmada gözlemlenen yerelleştirme hataları, önceki serbest alan lokalizasyon çalışmalarında bildirilen değerlerle ilişkili olarak incelenmiştir. Çalışmalar arasındaki doğrudan nicel karşılaştırmalar, deneysel konfigürasyonlar, uyarıcı parametreler ve yanıt yöntemlerindeki farklılıklarla sınırlı olsa da, önceki çalışmalar, NH dinleyicilerinde geniş bant gürültü koşullarında yatay ses lokalizasyon performansının çe...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Özel ses yerelleştirme test yazılımı	Kendi içinde geliştirilen	Yok	Otomatik uyarıcı sunumu, deneme dizileme, dokunmatik ekran tabanlı yanıt toplama ve RMSE, MAE ile lokalizasyon yanlılığının otomatik hesaplanması için özel geliştirilmiş yazılımlar (Python tabanlı, sürüm 3.14.2).
R yazılımı	R İstatistiksel Hesaplama Vakfı	Yok	Sonradan veri görselleştirme ve şekil üretimi için kullanılan istatistiksel hesaplama ortamı (sürüm 4.4.2)
RME Fireface UFX+ ses arayüzü	RME	Fireface UFX+	Çok kanallı ASIO uyumlu ses kartı, uyarıcı oynatma ve seviye kalibrasyonu için kullanılır. Bireysel hoparlörlerin çıkış seviyeleri arayüz seviyesinde ayarlandı.
Genelec 8010A Hoparlörler	Genelec	8010A	Serbest alan ses lokalizasyon testi için kullanılan tam aralıklı hoparlörler. Tüm hoparlörler, azimut pozisyonlarında tutarlı akustik çıkış sağlamak için aynı modellerdi.
Özel yarım dairesel speaeker rafı	Kendi içinde üretim	Yok	Yarıçap 3000 mm, yükseklik 1050 mm, 7 hoparlörü eşit açısal aralıkta (30°) monte etmek için tasarlanmıştır
Yükseklik ayarlanabilir sandalye & nbsp;	Kendi içinde üretim	Yok	Test sırasında sabit bir baş pozisyonunu korumak için dokunsal geri bildirim sağlamak için kullanılan, ayarlanabilir başlıklı özel yapım, yüksekliği ayarlanabilir sandalye.
Windows tabanlı kişisel bilgisayar	ASUS	PN64	Mini PC (Intel Core i5-13500H) uyarıcı sunum, deneme kontrolü ve veri toplama için kullanılıyor
Dengeli Ses Kablosu	Mogami	W2594	Düşük kapasitanslı dengeli ses kablosu, hoparlörleri ses arayüzüne bağlamak için kullanılır
Ses seviyesi ölçer	Brü el & Kjæ r	Tip 2250	Hoparlör çıkışının kalibrasyonu için kullanılır; Sınıf 1 hassas cihaz (IEC 61672-1)
Serbest alan mikrofonu	Brü el & Kjæ r	Tip 4189	½-inch prepolarize serbest alan mikrofonu, Tip 2250 ile uyumlu ve doğru SPL ölçümü için kullanılır.
Dokunmatik ekran monitör	Jooyon	Carry view B	Katılımcı yanıt toplama için dokunmatik ekran monitör.
Ses geçirmez oda	Sontek (özel yapım, Kore)	Yok	Dış: 4050 & times; 2450 & Times; 2575 mm (W & Times; D & Times; H); İç hat: 3800 & Times; 2200 & Times; 2100 mm, serbest alan testi için gürültü izolesi sağlanan bir ortam sağlamak üzere tasarlanmıştır