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基于随机刺激速率的听觉诱发电位检测方法研究

日期:2020-09-13 19:36 作者:上海论文网 编辑:若诗 点击次数:172
销售价格:150 论文编号:el2020091113400720831 论文字数:4621 所属栏目:软件工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是软件工程论文,本文的研究结果表明,RSR方法在传统方法的应用中,通过在同一个受试者身上,相同刺激条件下重复采集ABR信号,成功验证了RSR方法的可靠性;在不同刺激速率,不同刺激声强下都展现出了其优势

本文的主要工作总结如下:第一,完成了ABR快速采集平台的设计和搭建。利用PCB板完成一个ABR快速采集平台的集成,在这个系统中,包含了Wifi模块用于实现PCB硬件与PC软件的通讯,模拟信号放大模块,模拟信号采集模块,电源模块以及用于刺激声生成的音频模块。基于这个系统成功实现刺激声的生成,ABR信号的采集与传输。相对于传统方法,RSR方法可以分化效果更好的ABR波形,这将有助于临床医师根据ABR波形做出更加准确的判断。此外,根据不同刺激声极性下的结果对比发现,交替极性的刺激声可以有效的消除刺激声伪迹,但是对ABR波形没有明显的改善作用。根据不同叠加平均次数与最终信号的相关系数对比,可以发现,RSR方法比传统方法在较低的叠加平均次数下,可以有更高的相关性,这将有利于节省ABR采集时间。最后通过另一种刺激声Swept-tone的简单实验,从波形分化方面进一步验证RSR方法的有效性。

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第1章引言

 

本文主要针对ABR检测过程中对环境要求较高的问题,以及在传统固定刺激声频率下采集的ABR波形衰减与失真的问题针对性的做出相应的解决方案。在临床的听力损失检测以及相关听力疾病的诊断中,ABR检测都具有相当重要的地位,快速且可靠的实现ABR检测对于节省时间成本,新生儿听力筛查以及提高ABR诊断的可靠性都有十分重要的意义。针对目前的ABR检测对检测环境要求高、耗时较长、对新生儿等无自主能力者的不友好性等多个问题,本文搭建了一款基于RSR方法的ABR快速采集硬件平台。该平台通过与相应的PC端连接,通过软件实现ABR实时采集、模拟信号放大以及数据传输等功能;同时,实现在音频数模转换(DAC)模块对刺激声给声时间进行处理,实现RSR方法。而在PC端基于MatlabGUI界面可以实现数据的实时显示、简单的数字信号处理、数据的存储与打开以及最终生成ABR波形所需要的叠加平均。根据现有ABR波形衰减和失真问题进行深入分析,提出相应的解决方案。由于ABR的幅值较低,通常需要经过数千次叠加平均才可以得到。叠加平均则依赖于ABR和刺激声的锁时性。然而中长期诱发电位等也与刺激声具有锁时性,如果不采取措施,则在叠加平均后,ABR的波形就会有一定的衰减和失真。根据这一问题,本文提出基于随机刺激速率(RandomStimulationRate,RSR)的解决方案,通过在相邻的两个刺激声之间引入一段时间随机的时间间隔,用以消除中长期诱发电位等与刺激声之间的锁时性,使得这些干扰相对随机化,从而可以通过叠加平均方法消除。

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第2章听觉诱发电位简介

 

2.1听觉诱发电位的发现与提出
脑电信号分为自发脑电与诱发脑电。自发脑电是在无外界刺激的情况下记录到的CNS的随机性及自发性的生物电活动信号。诱发脑电则是CNS在接受外界的刺激时所产生的相关的生物电位差异。常用的诱发刺激有声音-听觉诱发电位(AuditoryEvokedPotential,AEP),视觉-视觉诱发电位(VEP)以及体感诱发电位(SomatosensoryEvokedPotential)等。听觉诱发电位的研究始于20世纪20年代,但由于采集信号的技术限制,使得听觉诱发电位极其容易受到外部干扰,不易采集,而这种情况在平均叠加仪的产生和发展后得到了改善(李兴启etal.,2015;冀飞,2017)。1967年,Sohmer和Feinmesser首次用表面电极成功在人体采集到ABR信号,表明了可以用非侵入式电极采集耳蜗电位。此后,许多研究人员投入到听觉诱发电位的研究当中。20世纪70年代,涌现了一大批关于ABR的研究成果。70年代初期,Jewett和Williston,Moushegian以及Lev和Sohmer等对人的这种源自脑干的ABR进行了正确且详细的解释说明(JewettandWilliston,1971;LevandSohmer,1972;Jewettetal.,1970;Moushegianetal.,1973)。1974年,Hecox和Galambos表明,ABR可以用于成人和婴儿的听阈估计(HecoxandGalambos,1974)。
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2.2听觉诱发电位的简介
如图2.1中所示,在给予声音刺激后的10ms以内所出现的AEP信号,被称为SLR或者ELR,SLR包括:(1)听觉脑干电位(ABR),通常也被称为听觉诱发电位;(2)耳蜗电图(Electrocochleography,ECochG),利用蜗神经动作电位(AP)反应阈接近听阈的特点客观估计难以合作者(比如婴儿、无自主能力者或者故意伪装的人)的听阈,是鉴别耳聋病变部位(传导性、耳蜗或蜗后)最准确方法。(3)慢负10电位,这是一种颅顶负电位,其发生时间大概在给予声音刺激后的10ms。(4)频率跟随反应(theFrequencyFollowingResponse,FFR),是一种具有锁相性特性的模拟纯音刺激信号频率信号。目前临床上用的最多的为前两种。

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第3章ABR快速采集平台的设计与搭建...........................................29
3.1整体设计方案...................................................................................................29
3.2ABR快速采集平台模块设计...........................................................................29
3.3平台结果测试...................................................................................................36
第4章ABR实验采集方案设计...........................................................41
4.1总体实验方案设计...........................................................................................41
4.2ABR采集实验介绍...........................................................................................42
4.3基于RSR方法的ABR实验方案...................................................................45
第5章ABR实验结果与分析...............................................................53
5.1基于RSR方法的Click-ABR实验.................................................................53
5.2基于RSR方法的Swept-tone-ABR实验.....................................................66

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第5章ABR实验结果与分析

 

5.1基于RSR方法的Click-ABR实验
对于一种方法,如果不能在相同的刺激声条件下,在同一个受试者身上得到一致的结论,则其不能得出可靠的结论。因此,这一部分研究内容主要针对RSR方法的可靠性进行研究,通过对同一受试者在相同的刺激声条件下进行多次重复测量以判断RSR方法是否具有可重复性,能够得出具有一致性的可靠的结果。在这一部分研究内容中,通过对同一受试者进行了5次相同刺激声条件(刺激声频率:20Hz,刺激声强度:60dB)的RSR-ABR测量的重复试验,如图5.1中不同颜色的ABR信号所示。从图5.1(A)中可以看出,从给刺激声算起的前35ms开始,五次重复测量中波形ABR波形的波峰与波谷的潜伏期、幅值等都基本一致,表现出了良好的可重复性。此外,我们还可以从图中看到,在ABR信号之后(10ms以后),晚期反应(如R1和R2的峰值)振幅较大。根据之前的分析可以得知,此部分如果与后续刺激诱发的脑电信号在叠加平均之后重叠,则会影响ABR信号,导致ABR信号的衰减和失真。为了进一步观测实际的RSR-ABR部分的研究,也就是图5.1(A)中的前10ms部分,将这一部分进行放大,其ABR波形的细节如图5.1(B)所示。
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5.2基于RSR方法的Swept-tone-ABR实验
从中可以看出,RSR-ABR的波形都可以清晰地识别出来,从I波到V波的波峰,甚至还有VI和VII波,在五次重复试验中的ABR的波形形态都表现出了极大的一致性,主要体现在其波峰波谷的幅值以及潜伏期的一致性。如图5.7所示为刺激声极性对基于FSR方法与RSR方法的ABR波形的影响研究结果。在这个研究中,刺激声频率为50Hz,刺激声强度为60dB,刺激声极性分为两种情况,一种为non-alternate模式,在这种刺激声极性模式下,刺激声只有密波;另一种模式则是alternate模式,这种刺激声极性模式下的刺激声为密波与疏波交替出现。从图中可以观察到,非交替刺激声极性在刺激开始时存在较大的刺激伪影振幅(t=0ms,用红色椭圆标记)。相反,交替刺激声极性方法可以通过消除密波和稀疏的刺激相关成分来消除这种刺激伪影。然而,无论是FSR还是RSR方法,都没有观察到刺激声极性对I波至V波振幅和延迟的显著影响。

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第6章总结与展望
纯音测听是临床上判断听阈的金标准,用于评估人们的听力情况。然而,作为一种依赖主观配合的方法,其有诸多的不便。比如,婴幼儿由于年龄过小,没有自主思维的能力,不能够配合检测技师们完成听阈检测;对于成年人,有少数人为了逃避某些特定的条件或情况,会不配合纯音测听检查,会主动的去伪装自己的听力情况,俗称伪聋。针对以上情况,一种客观的评估方法极为重要。ABR以其客观,可靠,能评估整个听觉通路,在临床听力诊断以及新生儿听力筛查中,都具有重要作用。由于ABR信号比较微小,因此,为了避免ABR信号被外界噪声干扰,目前现有的ABR检测通常在专业的听力隔音房中进行,而且需要经过数千次叠加平均才可以得到可辩别的ABR波形,这就直接导致了ABR检测的耗时较长。本文基于目前临床上ABR检测系统测试要求过高,耗时较长以及检测结果可能由于相邻诱发信号干扰等问题,设计了一款ABR快速检测平台,用以实现ABR信号的快速简单采集;同时,针对相邻诱发信号相互干扰的问题,本文提出了一种随机刺激速率(RSR)方法并将其用于所搭建的ABR快速采集平台。RSR方法是通过在两个相邻刺激间增加一个随机时间长度的间隔,使得干扰ABR信号的中长潜伏期反应信号转换成相对随机的信号,最后通过叠加平均技术消除这些干扰,避免ABR信号出现衰减和失真。
参考文献(略)
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