嵌入式听力诊断系统中的伪迹消除方法

1 概述
听力与语言是人类互相交流和认识世界的重要手段，然而耳病和听力障碍的阴霾却困扰着人类。对于新生儿来说，越早诊断出听力损伤则治愈几率越大，因此用听力筛查仪对他们进行听力筛查尤为重要，听力诊断设备能够及早发现他们的听力损伤程度并给予及时帮助。而对于成年人及老年人来说，良好的听力诊断设备不仅能够帮助他们了解自己的听觉系统，还能协助听力障碍残疾人士选配恰当的助听器，帮助他们恢复健康生活。
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。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。