СПОСОБ ОБЪЕКТИВНОГО СКРИНИНГА ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ НАРУШЕНИЙ СЛУХА (СПОСОБ УСКОРЕННОЙ ОЦЕНКИ СЛУХОВОЙ ФУНКЦИИ У ДЕТЕЙ РАННЕГО ВОЗРАСТА)
METHOD FOR OBJECTIVE SCREENING FOR DETECTION OF HEARING DISORDERS (METHOD FOR ACCELERATED ASSESSMENT OF AUDITORY FUNCTION IN INFANTS)

Изобретение относится к медицине, в частности к оториноларингологии и сурдологии, и может быть использовано при обследовании населения, особенно детей раннего возраста, для выявления проблем с органами слуха.
Внедрение в клиническую практику объективных электрофизиологических методов определения слуховой функции позволяет существенно улучшить диагностику больных с нарушением слуха различного генеза. Зачастую такие методы являются единственным вариантом для исследования слуха у детей периода новорожденности, грудного и раннего детского возраста.
Методика регистрации коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП) является базовой в диагностике нарушений слуха у детей (Таварткиладзе Г.А. Руководство по клинической аудиологии - М.: Медицина, 2013, 676 с., ил.), на ней основан второй (диагностический) этап универсального аудиологического скрининга.
Сигнал КСВП - это электрический отклик клеток слухового нерва, измеряемый поверхностными электродами, расположенными на коже головы, в ответ на акустический стимул. Этот сигнал весьма мал, обычно он не превышает 0,4 мкВ, при том, что у бодрствующего пациента амплитуда фоновой электрофизиологической активности в частотном диапазоне КСВП может быть около 10 мкВ. У спящего пациента амплитуда фоновой активности заметно меньше, тем не менее, для выделения сигнала все равно приходится использовать усреднение нескольких тысяч реализаций, что существенно замедляет исследование.
При исследовании слуха путем регистрации КСВП в большинстве случаев используют стимуляцию акустическим щелчком (Левин С.В. Использование слуховых вызванных потенциалов в современных аудиологических исследованиях: Автореф. дис. канд. мед. наук. - С.-Петербург, 2009). Эта методика проста в реализации, хорошо изучена, однако имеет ряд недостатков. При оценке порогов слухового восприятия по КСВП, полученным в ответ на щелчок, получают оценку порога для наименее пострадавших от патологии частот. О порогах в области наиболее пострадавших частот приходится только догадываться по косвенным признакам. Поэтому желательно использовать методику оценки порогов слухового восприятия по крайней мере в октавных частотных полосах.
Для получения этой оценки выполняется регистрация КСВП в ответ на тональную посылку, представляющую собой фрагмент чистого тона с той или иной огибающей. Выбор оптимальной огибающей зависит от требуемого разрешения по частоте и порогу и является предметом для дискуссий. В частности нашли применение тональные посылки с изменяющейся мгновенной частотой тона, так называемые узкополосные «чирпы» (Chirp) (Elberling, С.; Don, М. Auditory brainstem responses to a chirp stimulus designed from derived-band latencies in normal-hearing subjects J. Acoust. Soc. Am. 124, 5, 2008; 3022-3037.), обеспечивающие несколько больший по амплитуде и четкий ответ на околопороговых уровнях стимуляции. Однако такая стимуляция не решает проблему длительности исследования, так как только незначительно увеличивает амплитуду ответа по сравнению с ответом на фильтрованный щелчок. При этом существует значительный разброс оценок эффективности этого метода в литературе, что может быть связано с трудностями подбора оптимальных тональных стимулов.
Важную роль при интерпретации результатов обследования играет оценка латентности пиков КСВП. Однако измеренная латентность при стимуляции щелчком зависит сразу от нескольких факторов. Измеренный потенциал является суммой потенциалов, возбужденных различными частотами спектра сигнала. Из-за задержек распространения акустического сигнала вдоль базилярной мембраны органа Корти рецепторные клетки, отвечающие за различные частоты, генерируют нервный ответ не одновременно, причем задержка возрастает по мере приближения к низким частотам. В результате, пики потенциала, полученного от низкочастотных областей, оказываются смазанными, и, как правило, выпадают из анализа. Визуально наблюдается лишь латентность наиболее высокочастотного участка, дающего ответ при данной интенсивности. Таким образом, измеряемая латентность зависит как от задержек распространения сигнала по нейронам слухового нерва, так и от профиля зависимости порога слухового восприятия от частоты. Существуют различные методы получения слуховых вызванных потенциалов от отдельных областей улитки (Burkard R.F., Don М., Eggermont J.J. Auditory Evoked Potentials: Basic Principles and Clinical Application / Lippincott Williams & Wilkins, 2007). Однако их проведение требует таких временных затрат и аккуратности, что используются они исключительно в научных исследованиях.
В 1981 г. Eysholdt и Schneiner (Eysholdt U., Schreiner С.Maximum length sequences - a fast method for measuring brain-stem-evoked responses Audiology 1982; 21: 242-250.) предложили использовать для регистрации КСВП стимуляцию последовательностями максимальной длины (ПМД). Использование ПМД позволяло во много раз увеличивать частоту предъявления стимулов, с некоторой точностью сохраняя форму ответа. Однако, дальнейшие исследования показали (Picton T.W., Champagne S.C., Kellett A.J. Human auditory evoked potentials recorded using maximum length sequences. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1992; 84: 90-100), что с увеличением частоты предъявления амплитуда ответа начинает быстро снижаться, а появляющиеся артефакты уменьшают его диагностическую ценность.
В патенте РФ №2481788 предложен способ проведения исследования для оценки слуховой функции у детей раннего возраста, включающем регистрацию коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП) при предъявлении в качестве стимула широкополосных звуковых щелчков, подаваемых через внутриушной телефон во время естественного или медикаментозного сна. Частота предъявления стимулов составляет 21 в сек, нижняя граница полосы пропускания усилителя - 100 Гц, верхняя граница - 3000 Гц, окно анализа - 20 мс, количеством усреднений - 2000. Согласно изобретению исследование проводят в два этапа, причем на первом этапе регистрацию КСВП проводят по восходящей методике с последовательным двукратным предъявлением стимулов каждой громкости - 20 дБ, 40 дБ, 60 дБ, 80 дБ, 90 дБ, 103 дБ, после чего на втором этапе проводят регистрацию КСВП при предъявлении в качестве стимула модулированного по амплитуде и частоте - «chirp» сигнала частотой 500 Гц, 1000 Гц, 2000 Гц и 4000 Гц при тех же параметрах стимуляции, при этом на обоих этапах исследования критерием регистрации КСВП является визуализация V пика при минимальном уровне стимула. К недостаткам метода можно отнести длительность обследования (наличие двух этапов и необходимость набора достаточной статистики), что ограничивает его клиническое применение, а также недостаточную точность особенно при низком уровне стимулов.
Указанный патент может быть выбран в качестве ближайшего аналога к заявляемому изобретению. Настоящее изобретение направлено на формирование такой последовательности стимулов, которая позволила бы сократить время накопления и за счет большего числа ответов улучшить соотношение сигнал/шум.
Техническим результатом от использования заявляемого изобретения является: сокращение времени диагностики; увеличение точности определения наличия и латентности пиков и, как следствие, повышение надежности и точности диагностики.
Заявленный технический результат достигается тем, что способ ускоренной оценки слуховой функции у пациентов (особенно детей раннего возраста) включает регистрацию коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП) при предъявлении стимулов различной частоты и интенсивности, при этом критерием регистрации КСВП является визуализация V пика при минимальном уровне стимула. Частотно-специфические стимулы расположены в разных частотных интервалах, (перекрывающий весь исследуемый диапазон слуха), и их количество обычно составляет от 2 до 5. Стимулы каждого частотного интервала предъявляются в порядке, определяемом последовательностью максимальной длины (ПМД), содержащей к тактов длительностью не менее 6 мс, где к равно 63, 127 или 255. Последовательности стимулов всех частотных интервалов предъявляются одновременно, но сдвинуты таким образом, что расстояние между стимулами для соседних частотных интервалов не меньше 2,5 мс, а для любых других частотных интервалов - не меньше 0,8 мс, затем регистрируемый сигнал КСВП усредняется по всей длине ПМД, после чего из него выделяются ответы на стимулы каждого частотного интервала.
Предпочтительно в качестве частотных интервалов использовать полосы октавных частот, а в качестве частотно-специфических стимулов чирпы (Chirp).
m
Последовательностями максимальной длины (ПМД, М-последовательностями или MLS в англоязычной литературе) называют псевдослучайные двоичные, т.е. состоящие из нулей и единиц, последовательности длиной N=2-1, которые можно получить на двоичном сдвиговом регистре длиной m с соответствующим образом заведенными обратными связям. Стимуляция и накопление данных производятся с постоянным периодом по времени, условно разделяемым на такты равной длительности. Количество тактов за период стимуляции равно длине последовательности, при этом длительность такта может быть выбрана меньшей, чем длина ответа. Стимул передается на исследуемый объект только на некоторых такта, определяемых ПМД.
Для получения ответа на одиночный стимул надо циклически сдвинуть ответ исследуемой системы на величину длительности такта столько раз, сколько тактов имеется в последовательности, и сложить сдвинутые ответы со знаком, определяемым использованной последовательностью. Усреднение ответа на отдельные периоды стимуляции можно производить как до вычисления ответа на одиночный стимул, так и после вычисления. Проблемы в использовании ПМД заключаются в том, что с уменьшением интервала между стимулами величина ответа на стимул начинает уменьшаться, а форма ответа - изменяться, что существенно уменьшает как амплитуду восстановленного ответа, так и его диагностическую значимость. Максимальное увеличение амплитуды при оптимально подобранной частоте оказывается не столь велико, а искажения формы при этом - слишком заметно (Picton T.W., Champagne S.C., Kellett A.J. Human auditory evoked potentials recorded using maximum length sequences. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1992; 84: 90-100, Burkhard R., Shi Y. Hecox K.E. Brainstem auditory evoked responses elicited by maximum length sequences: Effects of simultaneous masking noise. // J Acoust Soc Am 1990;87:1656-1664, Thornton ARD, Slaven A. Auditory brainstem responses recorded at fast stimulation rates using maximum length sequences. // Br J Audiol 1993; 27:205-210).
Предлагаемый способ основывается на том, что ослабление и искажение ответа проявляется локально и независимо для каждой области органа Корти. Ответ на узкополосный стимул значительно меньше искажается стимулами, отстоящими от него по частоте, а значит эти стимулы можно располагать в стимулирующей последовательности значительно ближе по времени без существенного искажения формы ответа. Авторы изобретения сконструировали смесь стимулов, таким образом, что искажения формы ответа на стимул в результате воздействия как достаточно далеко расположенных стимулов того же частотного диапазона, так стимулов других частотных диапазонов, остаются приемлемыми для целей обследования пациентов. Так оптимальные межстимульные интервалы оказываются существенно меньше длительности анализируемого ответа, для выделения ответов на каждый тип стимула используется стимуляция ПМД. Полученные при осуществлении заявляемого способа ответы используются также, как и в прототипе (патент РФ №2481788). Дальнейшее лечение и реабилитация проводятся в соответствии с диагностированной степенью потери слуха.
Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется следующими фигурами:
На Фиг. 1 представлен принцип одновременной регистрации нескольких ответов КСВП;
На Фиг. 2 представлена зависимость амплитуды пика V от временного сдвига внутри такта между двумя ПМД;
На Фиг. 3 представлены зависимости одновременно зарегистрированных для каждого уровня громкости частотно-специфичных потенциалов.
ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ
Пример 1
Возможности заявляемого изобретения были продемонстрированы в серии экспериментов, в которых участвовали добровольцы в возрасте от 20 до 58 лет со слухом в пределах возрастной нормы. Целью было выбор оптимальных межстимульных интервалов и демонстрация возможности одновременной регистрации пяти КСВП у нормально слышащих взрослых.
На Фиг. 1 представлен принцип регистрации нескольких ответов на примере двух последовательностей длинной 7 тактов. Период последовательности состоит из тактов равной длительности. На верхних трех кривых условно показаны симулирующая последовательность, ответ на нее и восстановленный ответ. По оси ординат - значения сигналов в условных единицах, по оси абсцисс - время. На нижних трех кривых представлены те же самые операции для смеси двух ПМД с различным типом стимула. Часть тактов, определяемая ПМД, содержит стимул, остальные такты пустые. Ответ на такую последовательность стимулов содержит ответы на отдельные стимулы, которые, как правило, перекрываются. Процедура восстановления ответа заключается в циклических сдвигах данных, усредненных на длине периода, на величину такта и их сложении с тем или иным знаком, определяемым восстанавливающей последовательностью. В результате существует возможность восстановить форму ответа даже в том случае, если отдельные ответы накладываются друг на друга.
Если мы добавим еще одну последовательность, циклически сдвинув ее на некоторую величину, то при обработке сигнала ответы на отдельные последовательности будут восстановлены в различных местах эпохи анализа, определяемых величиной внесенного сдвига. Если отдельные ответы имеют разную амплитуду, то не только уменьшается амплитуда восстановленного ответа, но и возникают артефакты, сдвинутые на величину кратную такту и искажающие форму результата. В данном примере межстимульный интервал ПМД выбран достаточно большим, чтобы маскировка стимулами той же последовательности была пренебрежимо мала. Стимулы различных последовательностей могут быть расположены гораздо ближе друг к другу, при этом расчет делается на то, что стимулы различных частотных диапазонов в меньшей степени влияют на вызываемые ими ответы.
В экспериментах с добровольцами тональные стимулы формировались в результате цифровой фильтрации щелчка в прямом и обратном по времени направлениях фильтрами Баттерворта 7-го (НЧ) и 5-го (ВЧ) порядков таким образом, чтобы спектр сигнала был плоским в пределах одной октавы при нулевых фазовых сдвигах.
Центральные частоты стимулов составляли 0,5; 1; 2; 4 и 8 кГц. Амплитуда стимула каждой частоты в смеси была скорректирована на +6, 0, -6, -12 и -18 дБ, соответственно. Уровнем интенсивности смеси считали превышение над усредненным по участникам эксперимента порогом слухового восприятия тональных стимулов частотой 1 и 2 кГц, скорректированным с учетом результатов тональной пороговой аудиометрии данного участника.
Использовались ПМД длиной 63 такта с минимальным межстимульным интервалом длительностью 8 мс. Для сравнения в ряде экспериментов производилась стимуляция щелчком или тональной посылкой с постоянным межстимульным интервалом, равным 24 мс.
Рассчитанные на компьютере стимулирующие последовательности загружались в память сигнального процессора электрофизиологического комплекса Tucker & Davis System 3 и предъявлялись через телефон EARtone 3А. Регулировка амплитуды осуществлялась аппаратным аттенюатором РА5. Потенциалы регистрировались в отведении от лба и сосцевидного отростка чашечными электродами, усиливались биологическим усилителем Medusa комплекса System 3 и передавались в компьютер. Все данные без усреднения сохранялись в файлы для дальнейшей обработки. При обработке сигнал в диапазоне частот 100 Гц-3 кГц выделялся фильтрами Баттерворта 3-го порядка, затем производилось взвешенное усреднение ответов. Для оценки шума усреднение и дальнейшая обработка производились поочередно в два буфера, каждый длиной в один период ПМД. Далее производилось восстановление ответов путем свертки с восстанавливающей последовательностью и выборка ответов на отдельные стимулы из соответствующих участков буфера.
Были проведены три серии экспериментов. Вначале сравнивались КСВП, зарегистрированные при стимуляции тональной посылкой с постоянной частотой и в режиме ПМД. Было показано, что при выбранных условиях стимуляции форма сигнала в двух режимах различается незначительно. Далее исследовалась зависимость величины искажений ответа от временного сдвига между последовательностями при стимуляции двумя ПМД с центральными частотами стимулов, различающимися на две октавы. В последней серии регистрировались КСВП на щелчок с постоянной частотой предъявления и на смесь из 5 ПМД. Чтобы уменьшить влияние на результат изменений состояния испытуемого, все эксперименты производились блоками, в каждом из которых поочередно применялись все сравниваемые виды стимуляции, отличающиеся применением ПМД или сдвигом. Каждый вид предъявлялся около 30 с, при этом данные, полученные в течение 2 с после переключения на новый вид стимуляции не использовались. Длительность эксперимента составляла от 90 до 150 минут, за это время несколько раз поочередно предъявлялись блоки с различными уровнями стимуляции. Перед экспериментом проводился ЛОР-осмотр обследуемого, импедансометрия и тональная пороговая аудиометрия. В последней серии экспериментов определялся также порог субъективного восприятия тонального стимула при его предъявлении с постоянной частотой непосредственно перед регистрацией КСВП. Все эксперименты производились программой, участие оператора сводилось только к установке электродов и телефона. Эксперименты по взаимному влиянию двух ПМД с центральными частотами стимулов, отличающимися на две октавы, продемонстрировали, что максимальное изменение обоих ответов происходит, когда сдвиг между последовательностями внутри такта близок к нулю, т.е. когда отдельные стимулы двух последовательностей предъявляются одновременно. При этом наибольшее взаимное влияние наблюдалось между стимулами частотой 1 кГц и 4 кГц. На Фиг. 2 приведен пример влияния сдвига между этими стимулами на амплитуду V пика КСВП. В данном случае, мы отслеживаем изменение амплитуды ответа на одну из последовательностей стимулов, называя вторую ПМД маскером.
В целом по этим данным был сделан выбор компромиссного значения задержки в 1 мс, при этом более высокочастотный стимул следовал за низкочастотным. Таким образом, сдвиги внутри такта для стимулов частотой 0,5; 1; 2; 4 и 8 кГц составляли 0, 4, 1, 5 и 2 мс, соответственно. Также возможна схема 0, 5, 2, 7 и 4 мс, при которой временной сдвиг между стимулами соседних диапазонов составляет 3 мс, а между стимулами, разделенными одним диапазоном - 2 мс.
На Фиг. 3 приведены результаты регистрации КСВП на нескольких уровнях стимуляции в одном эксперименте у обследуемого с нормальным слухом. В левой колонке показаны КСВП, полученные в ответ на щелчок при предъявлении его с постоянной частотой, а в остальных пяти - ответы на 5 частотно-специфичных стимулов, причем для каждого показанного слева уровня громкости все пять ответов регистрировались одновременно. Все данные получены в одном эксперименте длительностью 2 часа. При этом получение ответа как на щелчок каждой интенсивности (слева), так и на 5 тональных посылок, предъявляемых в общей смеси (каждый ряд на 5 панелях справа), занимало около 12 минут. Таким образом, способ позволяет производить регистрацию пяти частотно-специфичных потенциалов за время, сравнимое с регистрацией ответа на щелчок. (Возможность одновременно регистрировать 5 ответов позволяет в большинстве случаев сократить общее время обследования примерно в 4 раза). Диагностическая значимость таких ответов намного выше, чем у ответа на щелчок. Помимо того, что появляется возможность оценки зависимости порога слухового восприятия от частоты, существенно увеличивается точность оценки латентности пиков, и, соответственно, повышается надежность дифференциальной диагностики, основанной на измерении латентности. В то же время, остается возможность рассчитать с некоторой точностью ответ на щелчок с целью сопоставления с другими измерениям.
Пример 2
Заявляемый способ был апробирован на симулирующих моделях при следующих параметрах:
Стимулы предъявлялись в порядке, определяемом последовательностью максимальной длины, содержащей 63 такта длительностью 8,1 мс. Использовались стимулы типа чирп (Chirp) частотой 500 Гц, 1 кГц, 2 кГц, 4 кГц и 8 кГц. Стимулы в смеси предъявлялись одновременно, а соответствующие им последовательности были циклически сдвинуты на величину 0; 12,625; 20,25; 26,875 и 6,5 тактов соответственно. После усреднения на длине последовательности было производено восстановление ответа путем 62-кратного циклического сдвига ответа на длительность такта и суммирования сдвинутых ответов со знаком, определяемым использованной ПМД. После этого из суммы были выбраны ответы на отдельные стимулы, отстоящие от начала периода на величину 0; 12,625; 20,25; 26,875 и 6,5 тактов соответственно.
Предложенный способ может быть реализован на существующих системах для регистрации слуховых вызванных потенциалов, способных передавать стимул произвольной формы длительностью в период накопления. Для этого в буфер стимулятора загружается смесь стимулов, ответ на первый период стимуляции исключается из накопления, а усредненный ответ обрабатывается с целью выделения одиночного ответа, после чего из него выделяются фрагменты, отстоящие от начала на ту же величину, на которую были циклически сдвинуты при синтезе стимулирующей смеси последовательности соответствующих им стимулов.