言語誘發(fā)反應(yīng)中頻率跟隨反應(yīng)部分的瞬時(shí)能量譜分析.pdf

1、聽覺系統(tǒng)受到特定的聲音刺激后中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的與外界刺激相關(guān)的生物電變化稱為聽覺誘發(fā)電位(AuditoryEvokedPotentials，AEP)，目前最為人熟知的是聽性腦干反應(yīng)(AuditoryBrainstemResponse，ABR)，其中最常用的是短聲(click)刺激引出的ABR(clickEvokedBrainstemResponse，click-ABR)，健康人的click-ABR一般包含7個(gè)特征波:Ⅰ～Ⅶ波，各波的潛伏

2、期不同，因?yàn)樗鼈兌加懈髯缘钠鹪?。簡單聲（比如短聲、純音）誘發(fā)的ABR廣泛應(yīng)用于臨床聽閾估計(jì)、檢查聽覺通路中的病變、估計(jì)聽覺通路的完整性等。盡管如此，但由于這些簡單聲與我們?nèi)粘Ｉ钏佑|到得復(fù)雜聲（如言語、環(huán)境噪聲等）差別甚大，它們引出的ABR能用來表征聽得見，但卻不能用來表述是否能聽懂。
　　 人類環(huán)境中的復(fù)雜聲具有豐富的諧波、頻率信息變化迅速等特點(diǎn)。這些特性的在腦干中的編碼主要分為精確的時(shí)域編碼和頻譜編碼，引出的ABR包含瞬態(tài)

3、反應(yīng)和持續(xù)反應(yīng)兩個(gè)部分。這些都是與刺激的聲學(xué)特性密切相關(guān)的，瞬態(tài)反應(yīng)與非周期特征有關(guān)，而持續(xù)反應(yīng)則與刺激的周期性特征有關(guān)。盡管短聲和純音在各自引出的ABR中較好的表征了瞬態(tài)反應(yīng)和持續(xù)反應(yīng)模式，用它們卻無法估計(jì)出同時(shí)包含瞬態(tài)和持續(xù)特征的復(fù)雜聲引出的ABR。因此，相關(guān)學(xué)者開始研究復(fù)雜聲刺激引出的ABR。其中目前較為成熟的是合成言語(speech)單音節(jié)/da/誘發(fā)的ABR相關(guān)研究。
　　 時(shí)間長度為40ms的合成言語/da/誘發(fā)出的

4、speech-ABR(da-ABR)研究已較為成熟。/da/包含瞬態(tài)和持續(xù)兩個(gè)部分，前者為輔音/d/，持續(xù)時(shí)間為10ms，后者為元音/a/，持續(xù)時(shí)間為30ms。元音/a/包含3個(gè)準(zhǔn)周期波:d、e、f波，周期約為10ms，這部分含有基頻(F0)以及五個(gè)共振峰(F1～F5)的信息，其頻率分別:F0=103～121Hz,F1＝220～720Hz,F2=1700～1240Hz,F3=2580～2500Hz,F4,5＝3600～4500Hz。

5、r>　　 /da/引出的言語誘發(fā)腦干反應(yīng)(SpeechEvokedABR,speech-ABR)可用來研究刺激的聲學(xué)特征是如何在聽覺系統(tǒng)中被編碼的，并且其結(jié)構(gòu)與/da/的聲學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似，也可分為瞬態(tài)和持續(xù)兩個(gè)部分。前者包括起始反應(yīng)(onsetreponse，OR)，后者包括頻率跟隨反應(yīng)(frequencyfollowingresponse，F(xiàn)FR)。其中OR(V、A波)為輔音/d/引出的反應(yīng)，F(xiàn)FR部分（D、E、F波)被認(rèn)為是刺激中

6、的周期部分元音/a/引出的反應(yīng)。FFR部分的D、E、F波為準(zhǔn)周期波，分別為/a/中對(duì)應(yīng)準(zhǔn)周期波d、e、f引出，繼承了/a/的周期特性，周期為10ms左右，與/a/的周期基本相同。有研究表明FFR部分中的三個(gè)準(zhǔn)周期波具有顯著相關(guān)性，提示可將FFR部分視為一個(gè)整體性的生理指標(biāo)并可能源自相同的神經(jīng)處理機(jī)制。FFR部分時(shí)域波形的周期性表征了腦干是如何編碼元音/a/的基頻信息，而基頻信息是辨識(shí)言語的最重要信息，因此，可根據(jù)在speech-ABR的

7、時(shí)域波形D、E、F波的完整性來判斷腦干對(duì)言語/a/編碼的程度。而在實(shí)際應(yīng)用中，雖然所有受試者的總體平均波形FFR都非常清晰，三個(gè)準(zhǔn)周期波容易分辨，但對(duì)單個(gè)受試者的speech-ABR進(jìn)行分析時(shí)，F(xiàn)FR部分一般都很模糊，難以直觀分辨出三個(gè)準(zhǔn)周期波，這就說明需要采用信號(hào)處理技術(shù)在時(shí)域中突出FFR部分的準(zhǔn)周期波，有利于臨床應(yīng)用FFR部分來判斷腦干是否對(duì)言語/a/進(jìn)行了編碼或者編碼完整。
　　 由于聽覺系統(tǒng)的非線性特點(diǎn)，speech-A

8、BR是非線性、非平穩(wěn)信號(hào)，而希爾伯特黃變換(Hilbert-HuangTransform，HHT)是現(xiàn)在發(fā)展較成熟的處理非線性、分平穩(wěn)信號(hào)的方法。HHT分為兩個(gè)步驟:經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EmpiricalModeDecomposition，EMD)和希爾伯特(Hilbert)變換。EMD是將非平穩(wěn)數(shù)據(jù)分解為有限個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(IntrinsicModeFunction，IMF)，每一層IMF基本都是平穩(wěn)信號(hào)，并且IMF在任意時(shí)間點(diǎn)的振動(dòng)模式唯

9、一，即瞬時(shí)頻率唯一。EMD是按照信號(hào)本身時(shí)間局部特征分解的，是自適應(yīng)的。speech-ABR原始時(shí)域波形中的任意時(shí)間點(diǎn)可能包含多個(gè)瞬時(shí)頻率，因?yàn)镕FR部分的三個(gè)準(zhǔn)周期波表征了元音/a/的基頻信息，則它們的振動(dòng)模式應(yīng)該相似，經(jīng)EMD后，它們應(yīng)該會(huì)集中分布在同一層或相同幾層IMF上。
　　 本文提出一種基于希爾伯特黃變換的瞬時(shí)能量譜方法來分析speech-ABR中的頻率跟隨反應(yīng)部分，因?yàn)閟peech-ABR忠實(shí)的模擬了刺激信號(hào)的波形

10、結(jié)構(gòu)，再加上基于希爾伯特包絡(luò)的瞬時(shí)能量能夠突出極值，所以瞬時(shí)能量譜可能會(huì)比直接在原始時(shí)域波形中根據(jù)幅值絕對(duì)值最大來檢測FFR部分跟有效。本文用實(shí)驗(yàn)證明此方法可以將FFR部分從speech-ABR中突顯出來，有利于進(jìn)一步的分析和臨床應(yīng)用。該方法的具體步驟如下:
　　 (1)將個(gè)體speech-ABR進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)(empiricalmodedecomposition，EMD)分解，得到有限個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(intrinsicmodef

11、unction,IMF);
　　 (2)計(jì)算每一層IMF的瞬時(shí)能量譜;
　　 (3)觀察個(gè)體speech-ABR分解后IMFs的瞬時(shí)能量譜，記錄準(zhǔn)周期波D、E、F出現(xiàn)的層數(shù);
　　 (4)利用時(shí)窗為10ms，對(duì)該層瞬時(shí)能量譜17～47ms范圍內(nèi)尋找D、E、F波，記錄下潛伏期和極性。
　　 實(shí)驗(yàn)記錄了29例成人的speech-ABR。實(shí)驗(yàn)過程包括四個(gè)步驟。首先，臨床專家根據(jù)V波是否明顯找出有效數(shù)據(jù)，總共有2

12、5例(86％)。第二，臨床專家在有效數(shù)據(jù)中根據(jù)FFR部分是否明顯，將其分為兩組:典型組和非典型組。其中典型組有7例(28％)，非典型組有18例(72％)，非典型組的個(gè)體speech-ABR中FFR部分不明顯。第三，對(duì)著25例有效數(shù)據(jù)采用基于HHT的瞬時(shí)能量譜方法進(jìn)行處理。最后，臨床專家在這25例有效數(shù)據(jù)的瞬時(shí)能量譜中觀察FFR部分，發(fā)現(xiàn)有23例(92％)FFR明顯，有2(8％)例無法判斷。
　　 結(jié)果表明，本文提出的方法突出表征