嵌入式听力诊断系统中的伪迹消除方法

    耳声发射（OtOAcouSTic EmissiONs，OAEs）是一种产生于耳蜗，经听骨链及鼓膜传导释放入外耳道的音频能量，它是目前临床广泛采用的客观听力测试的途径之一。在外耳道中，由于耳声发射信号强度非常低，一般不超过20dB SPL（其中，SPL的含义是声压级，这一参数是国家计量部门用来校准各种听力仪器的基准值），而刺激伪迹相对要强得多，因此刺激伪迹的抑制一直是OAEs测量中很重要又很棘手的问题。本文对OAEs检测算法进行了研究，在嵌入式听力诊断系统中综合运用了目前的信号处理方法，在伪迹消除方面取得很好的效果。
    2 耳声发射信号的构成
    诱发耳声发射信号在外耳道内的构成可以用图1的模型来近似表示。
    图1 诱发耳声发射信号在外耳道内信号模型
    图1中，G1表示声信号经外耳和中耳的传递函数，其中包括外耳道、鼓膜及听骨链的响应；G2表示声能在听觉传导通路中的反射；L（t）表示刺激声经过听觉通路的传播、反射后在外耳道内的响应信号，即刺激伪迹；NL与NL（t）表示刺激声诱发的耳蜗响应，即耳声发射信号；N（t）表示外耳道内的随机噪声，R（t）表示耳道内的信号。R（t）可以表示为：
    R（t）=L（t）+NL（t）+N（t）
    由于耳声发射信号强度非常低，一般不超过20dB SPL，所以在诱发的耳声发射信号中刺激伪迹占了很大比例，在OAEs测量中，必须对刺激伪迹进行有效的抑制。
    3 伪迹消除的方案
    在听力正常的情况下，teOAEs（Transient-Evoked Otoacustic Emissions，瞬态诱发耳声发射）相对于刺激信号的延迟时间为3～5ms，持续时间为15 ms左右。TEOAEs的频率成分与刺激信号的构成有很大关系。TEOAEs的潜伏期与频率有关，在时间上高频成分出现在先，低频成分出现在后。根据英国学者Kmep的报道：5 000Hz的TEOAEs的潜伏期为4ms，而500 Hz的信号潜伏期则在12 ms左右，这种现象主要是因为不同频率的行波在基底膜上行走的距离不等。刺激声强度对TEOAEs的波形和幅度也有一定的影响，高刺激强度时可以得到OAEs更宽的频率范围。随着刺激强度的降低，OAEs的能量越来越窄地集中到几个接近自发耳声发射的频率上。pcb抄板用较高刺激强度可以得到耳蜗更全面的信息，但也相应增加了刺激伪迹（外耳道及中耳道对刺激声的直接反射）的强度与持续时间。所以，在TEOAEs检测时需要对刺激伪迹进行消除。其相关系数如图2所示。
    图2 TEOAEs相对于刺激延迟时间系数图
    3.1 时域加窗法
    从刺激开始算起约经过5 ms的时间伪迹就可以基本消失，而TEOAEs有3～5 ms的潜伏期。由于从刺激开始算起0～2.5 ms主要是伪迹成分，常常把这段时域内的信号设为0；而2.5～5.1 ms时域内为TEOAEs与伪迹共存区域，随着时间的增加，伪迹成分逐渐减少而TEOAEs的成分逐渐增多。在5.1～20 ms时段主要是TEOAEs，因为此时域窗选择为余弦上升或下降的矩形窗，余弦上升或下降时间一般为2.5 ms或2.6 ms。该方法的主要优点是能将刺激伪迹很干净地去除，且方法简单，但TEOAEs中部分短潜伏期的成分（一般为高频成分）也同时被去掉了。