《INTERNATIONAL JOURNAL OF AUDIOLOGY》：Predicting bone conduction device output using a forehead surface microphone: comparison with promontory motion and intracochlear pressure
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这篇原创性研究评估了前额表面麦克风（SM）用于预测不同类型骨传导装置（BCD）输出的潜力。研究表明，SM信号与鼓岬运动（VPROM）、耳蜗内差压（Pdiff）在400Hz至2kHz范围内呈强线性关系，表明SM在中低频段能可靠预测BCD输出，为临床动态范围评估提供了无创工具。研究同时指出当前原型在高频段（ADHEAR>2kHz， BONEBRIDGE>3kHz）灵敏度下降，限制了其在全频段的预测准确性。
1. 引言
对于传导性及混合性听力损失、单侧耳聋或外耳道闭锁的患者而言，骨传导装置（BCDs）提供了一种有价值的听力康复选择。在过去15年中，出现了多种耦合方式不同的BCD，但其验配过程仍面临挑战。传统的气导助听器可通过真耳分析评估设备输出，而BCD目前缺乏标准化的客观验证工具。常用的原位阈值验配依赖于患者的主观配合和听觉经验，在动态范围、输入输出特性及测试-再测试可靠性方面存在局限。
面对这些问题，研究者们探索了多种客观方法，如外耳道声压测量和加速度计测量，但均存在各自的局限性。近年来，一种新的设备——表面麦克风（SM）作为一种客观测量BCD输出的工具被研究。有研究表明，对于经皮式设备，SM能提供与颅骨模拟器相当的听力可听度测量。其通过头带固定于前额的设计，暗示了它可能也适用于其他类型的BCD。
本研究旨在通过实验评估一款原型SM作为BCD输出客观验证工具的潜力。具体而言，在粘附式和经皮式BCD的刺激下，将SM测量结果与三维鼓岬运动速度（VPROM）及耳蜗内差压（Pdiff）进行比较，以探究由表面运动产生的声压测量值与已确立的耳蜗激活客观指标之间的关系。
2. 材料与方法
2.1. 刺激与实验样本
本研究使用了六具新鲜冷冻的成人尸体头部，并在每个头部上测试了三种BCD：一个ADHEAR（粘附式）和两个BONEBRIDGE（经皮式）装置，后者分别植入于典型的乳突位置（BONEBRIDGE M）和乙状窦后方（BONEBRIDGE RS）。通过绕过内置音频处理器，使用恒定电压的步进正弦波信号直接驱动这些设备的执行器进行刺激。
2.2. 测量参数与流程
为了评估SM测量值与耳蜗激活之间的关系，本研究记录并比较了以下三个主要参数：
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前额声压级（PSM）：使用前额佩戴的SM原型机进行测量，作为BCD输出的潜在无创预测指标。
- 2.
三维鼓岬运动速度（VPROM）：使用三维激光多普勒测振仪测量耳蜗鼓岬上单一点在三个正交方向上的运动速度，作为骨迷路运动的代理指标。
- 3.
耳蜗内声压：通过微机电系统（MEMS）麦克风测量鼓阶（PST）和前庭阶（PSV）的压力，并计算两者的向量差（Pdiff= PSV? PST），作为听觉感知的指标。
实验过程分为两个阶段：乳突切除术前和术后，以分别测量鼓岬运动和耳蜗内压力。
3. 结果
3.1. 原始数据概览
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鼓岬运动：两个BONEBRIDGE装置均在800至1000Hz之间出现显著的共振峰，而ADHEAR则在1.5kHz处达到最大值，高于2kHz后信号急剧下降。
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表面麦克风声压：BONEBRIDGE装置的PSM峰值出现在800-1000Hz附近，ADHEAR的峰值在1.5kHz。ADHEAR在低频（<500Hz）的声压级高于BONEBRIDGE。所有设备的SM信号在高频段（约2-3kHz以上）均降至噪声基底。
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耳蜗内压力：BONEBRIDGE RS的最大Pdiff出现在700-900Hz附近。ADHEAR在低频的信噪比较差，在500Hz以上呈现出与BONEBRIDGE相似的模式。
3.2. SM响应与其他传感器参数的关系
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PSM与 VPROM的关系：在300Hz至2kHz（ADHEAR和BONEBRIDGE M）或2.7kHz（BONEBRIDGE RS）的范围内，PSM与VPROM的比值呈现强线性相关性。超出该范围，由于SM噪声基底升高，该比值显著增加。
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PSM与 Pdiff的关系：在整个频率范围内，耳蜗内压力至少比前额声压高10dB（ADHEAR）至30dB（BONEBRIDGE）。同样，在700Hz至2kHz（ADHEAR）和300Hz至2.7kHz（BONEBRIDGE RS）的范围内，两者呈现显著线性相关。
4. 讨论
4.1. 方法学考量
研究结果需在几个方法学背景下解读。首先，当前SM原型在高于2kHz频率处的测量准确性受限于其信噪比，这限制了高频数据的可靠性。其次，ADHEAR在3D鼓岬运动测量中观察到的噪声基底下降，是由于信号接近某些测量轴的噪声基底时，计算采用了噪声基底最低的Z轴数据所致。此外，尽管使用了注水系统来模拟生理条件，但尸体与活体间软组织特性的差异可能影响皮肤耦合设备（如SM和ADHEAR）的性能。
4.2. SM的性能表现
SM测量结果显示出频率依赖性和设备特异性差异。BONEBRIDGE装置在800-900Hz处的峰值与其已知的共振频率一致。ADHEAR在低频段较高的声压级可能与实验中其与SM头带在解剖位置上过于接近有关，这种情况在临床使用中不太可能出现。在高频段（>2kHz），SM性能下降主要源于麦克风对高频声和振动的灵敏度降低以及软组织的阻尼效应，这限制了使用当前原型机在全频段进行可靠预测的能力。而语音清晰度依赖于高达至少4kHz的频率成分。
4.3. 鼓岬运动的差异
三维鼓岬运动被认为是实验环境中预测BCD输出的黄金标准。ADHEAR在高频段比植入式设备更陡峭的下降趋势，可能与软组织阻尼效应或其执行器固有特性有关。
4.4. SM作为不同BCD的无创输出预测指标
在特定频率范围内，SM测量与鼓岬运动之间呈现一致且强的频率依赖关系，表明PSM可作为这些频段内BCD输出的可靠预测指标。然而，受限于当前SM原型的信噪比，其在ADHEAR>2kHz、BONEBRIDGE>3kHz以上频段的预测准确性不足。本研究中SM的总体灵敏度似乎低于其他报道的设计。
BONEBRIDGE RS比BONEBRIDGE M显示出更宽的强相关频率范围（延伸至2.7kHz），这可能源于执行器振动质量产生的空中声音对SM信号有贡献，也可能与两种植入位置所受到的耳廓声学阴影效应或局部颅骨形变影响不同有关。此外，ADHEAR相对于BONEBRIDGE，其PSM/VPROM比值高出约10dB，这同样可能与皮肤附着设备的特殊声-振特性或设备间的相互作用有关。
4.5. 与其他无创输出预测方法的比较
与曾用于术中反馈的鼻腔麦克风相比，SM具有附件简单、无需患者配合（如屏气）的优势，且测量位置（前额皮肤）比鼻腔粘膜更稳定。然而，当前SM原型的高频灵敏度低于鼻腔麦克风。与外耳道声压测量法相比，SM不受外耳道解剖变异、耳塞位置或耳道闭锁等情况的限制，但其高频性能目前也存在不足。
结论
本研究表明，前额表面麦克风（SM）在低频到中频范围内能够可靠地测量不同骨传导装置的输出，其信号与鼓岬运动及耳蜗内差压存在强线性关系，这为临床无创评估BCD的动态范围提供了潜力。通过将SM输出归一化到听力阈值，有望实现客观的临床验证。然而，当前原型在高频段灵敏度的显著下降，限制了其在完整临床相关频率范围内的可靠预测能力。未来的研究应致力于优化SM传感器的设计，提高其高频灵敏度和信噪比，以扩展其在BCD验配和性能监测中的临床应用价值。
