СПОСОБ ОЦЕНКИ НАРУШЕНИЙ СЛУХОВОГО ВОСПРИЯТИЯ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ
METHOD OF ESTIMATING DISTURBANCES OF AURAL PERCEPTION OF SPEECH SIGNALS

Изобретение относится к медицине, точнее к оториноларингологии, и может быть использовано для ранней диагностики нейросенсорной тугоухости и определения состояния слуха при профотборе.
Из предшествующего уровня техники известны способы оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов, основанные на изменении громкости, фонемных составляющих, соотношения сигнал/шум речевых сигналов, предъявляемых испытуемому, а также способы, основанные на оценке межполушарной когерентности электроэнцефалограммы (ЭЭГ).
Способ оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов, основанный на изменении громкости, реализован в способе определения уровня разборчивости речи, который заключается в расчете процента правильно распознанных слов при разных уровнях громкости предъявляемых наборов речевых сигналов, и по снижению доли правильно распознанных слов диагностируют нарушения слуха (Сагалович Б.М. Методы исследования слуха в клинической аудиологии. В кн.: Тугоухость (под редакцией Преображенского Н.А.). М: Медицина. 1978. С.10-167), (Благовещенская Н.С. Отоневрологические симптомы и синдромы. - М.: Медицина. 1990. С.24-47), [2], (US 7143031, МПК G10L 11/00, НКИ 704/224, 28.11.2006) [3]. Обследование при данном способе выполняется длительное время, что связано с определением как минимум трех значений уровней громкости. Кроме того, способ эффективен при высокой степени тугоухости и не позволяет выявлять ранние нарушения слуха.
Способ оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов, основанный на изменении фонемных составляющих тестовых сигналов, реализован в способе раннего выявления дислексии и дисграфии и группы риска по заболеванию у детей, при котором в виде дихотической пары предъявляют слова, в одном из которых заменяют фонему на неречевой сигнал. При выявлении не более 10% правильных ответов диагностируют дислексию или дисграфию или предрасположенность к их возникновению (RU 2138987 С1, 6 МПК А61В 5/16, опубл. 10.10.1999). Способ направлен на выявление нарушений речевых функций, обусловленных прежде всего дисфункцией когнитивных корковых процессов, и поэтому не позволяет дифференцировать снижение слуха от корковых нарушений, затрудняющих понимание речи, что необходимо для выбора метода лечения.
Способ оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов, основанный на изменении соотношении сигнал/шум, реализован в способе объективной оценки глухоты и высокой степени тугоухости с помощью компьютерной фонографии, при котором производят сравнение амплитуды фонограммы читаемого обследуемым произвольного текста в тишине и на фоне шума, подаваемого в ухо. Если амплитуда фонограммы читаемого текста на фоне шума не изменилась, то делают вывод о глухоте на исследуемое ухо или о высокой степени тугоухости. (RU 2234245 С2, 6 МПК А61В 5/12, опубл. 20.08.2004). Однако известный способ эффективен только при высокой степени тугоухости и не позволяет выявлять ранние нарушения слуха.
Способ, основанный на оценке межполушарной когерентности ЭЭГ, использован для ранней диагностики профессиональной нейросенсорной тугоухости, при котором вычисляют средние показатели межполушарной когерентности ЭЭГ-активности (RU 2394481, 8 МПК А61В 5/0476, опубл. 20.07.2010). Начальное развитие тугоухости определяется, если значение межполушарной когерентности ЭЭГ отличается от нормативных значений для группы лиц с соответствующим стажем. Наличие высокой индивидуальной и межиндивидуальной вариабельности межполушарной когерентности ЭЭГ может привести к ошибочной диагностике нейросенсорной тугоухости.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ оценки помехоустойчивости восприятия речевых сигналов, при котором оценивают способность правильной идентификации слов, предъявляемых на фоне маскирующего шума при определенном соотношении интенсивностей тестового сигнала и помехи. (RU 2147833, 6 МПК А61В 5/12, опубл. 27.04.2000), принимаемый за прототип.
На предварительном этапе обследования определяют индивидуально для каждого отдельного обследуемого эффективный уровень громкости предъявления нескольких наборов слов, при котором фиксируют наибольшую вероятность правильного опознания слов. Затем тестовые речевые сигналы предъявляют вместе с акустическими помехами, увеличивая при этом отношение сигнал/помеха от нуля до величины, при которой вероятность правильного распознавания тестовых сигналов достигает значения на 20% ниже от исходного, с учетом эффективного уровня громкости определяют отношение сигнал/помеха и при его значении менее 7 дБ принимают его за помехоустойчивость для пациентов с отсутствием сенсоневральной тугоухости, а при значении, равном или более -7 дБ, для пациентов с признаками сенсоневральной тугоухоости.
Существенным недостатком способа-прототипа является длительная многоэтапная процедура обследования. Этап предварительного обследования, на котором выбирают эффективный уровень громкости, требует предъявления нескольких наборов слов, каждый из которых включает 50 слов. Процедура основного обследования также включает в себя использование нескольких аналогичных по размеру наборов слов. Таким образом, суммарное время обследования одного человека составляет несколько десятков минут, что неприемлемо при массовых обследованиях населения (скрининге).
Способ-прототип не позволяет выявлять те слуховые расстройства, которые обусловлены снижением слуховой чувствительности в отдельных частотных диапазонах, которое приводит к нарушениям слухового восприятия речевых сигналов. При этом отношение сигнал/помеха определяют для усредненного спектра речи с максимумом в зоне 400-700 Гц и спадом в сторону высоких частот с крутизной 6 дБ/окт., что реализовано в устройстве для измерения помехоустойчивости восприятия речи человеком тех же авторов и заявителя (RU 2148391, 6 МПК А61В 5/12, опубл. 10.05.2000). Таким образом, усредненный спектр помехи не соответствует реальному спектру конкретного тестового акустического речевого сигнала и помеха не в равной степени маскирует отдельные частотные составляющие используемого тестового сигнала. Это приводит к снижению достоверности оценки нарушений слухового восприятия, которые могут быть вызваны снижением слуховой чувствительности в отдельных узких диапазонах частот.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение достоверности оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов при снижении слуховой чувствительности в отдельных узких частотных областях за счет распределения частотных искажений речевого сигнала по всему спектру речевого сигнала, а также сокращение времени процедуры обследования пациента за счет уменьшения количества предъявляемых тестовых речевых сигналов.
Указанный технический результат достигается тем, что способ оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов включает предъявление обследуемому набора тестовых акустических речевых сигналов с индивидуальным уровнем громкости и вычисление вероятности правильно распознанных слов.
Согласно изобретению тестовые речевые сигналы предварительно подвергают нелинейным частотным искажениям такого уровня, который определяют на этапе предварительного обследования групп лиц с отологически нормальным и со сниженным слухом, для которых вычисляют сумму вероятностей нераспознанных тестовых речевых стимулов в группе лиц с отологически нормальным слухом и правильно распознанных тестовых речевых стимулов в группе лиц со сниженным слухом при различных уровнях нелинейных частотных искажений и выбирают уровень нелинейных частотных искажений, при котором сумма этих вероятностей минимальна, а индивидуальный уровень громкости устанавливают выше порога слышимости обследуемого, и при вероятности правильно распознанных слов менее вероятности правильного распознавания набора тестовых акустических речевых сигналов для обследуемых с отологически нормальным слухом диагностируют нарушение слухового восприятия речевых сигналов.
В частном случае выполнения способа:
- индивидуальный уровень громкости устанавливают на 30-40 дБ выше порога слышимости обследуемого;
- уровень нелинейных частотных искажений составляет 1/12 октавы;
- вероятность правильного распознавания набора тестовых акустических речевых сигналов для обследуемых с отологически нормальным слухом составляет 0.9.
Введение нелинейных частотных искажений, которые распределены по всему спектру тестового речевого сигнала, позволяет выявить снижение слуха для всех составляющих спектра, что приводит к повышению достоверности оценки нарушений слухового восприятия, которые могут быть вызваны снижением слуховой чувствительности в отдельных узких диапазонах частот.
Использование предварительного обследования групп лиц с отологически нормальным и со сниженным слухом для формирования набора тестовых речевых сигналов позволяет при индивидуальном обследовании, в отличие от прототипа, в котором обследуемому предъявляют несколько наборов тестовых речевых сигналов, предъявить только один набор тестовых речевых сигналов, что приводит к уменьшению в несколько раз времени индивидуального обследования.
Увеличение громкости тестового речевого сигнала на 30-40 дБ выше порога слышимости обследуемого обеспечивает 100% разборчивости речи у лиц отологически нормальным слухом.
Уровень нелинейных частотных искажений тестовых речевых сигналов в 1/12 октавы обеспечивает минимальное значение суммы вероятностей ложноположительных и ложноотрицательных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов.
Вероятность правильного распознавания набора тестовых акустических речевых сигналов для обследуемых с отологически нормальным слухом, равная 0.9, получена экспериментально и обеспечивает разделение лиц с нормальным и сниженным слухом при минимальной сумме вероятностей ложноположительных и ложноотрицательных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов.
Операции способа поясняются чертежами.
На фиг.1 приведена функциональная блок-схема реализации заявляемого способа оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов.
На фиг.2 приведен амплитудный спектр тестового речевого сигнала.
На фиг.3 приведен амплитудный спектр тестового речевого сигнала с нелинейными частотными искажениями.
На фиг.4 приведены гистограммы относительных частот правильно распознанных слов обследуемыми с отологически нормальным слухом и нейросенсорной тугоухостью от уровня нелинейных частотных искажений, где темные столбики соответствуют относительным частотам правильно распознанных слов обследуемыми с отологически нормальным слухом, заштрихованные столбики - относительным частотам правильно распознанных слов обследуемыми с нейросенсорной тугоухостью.
На фиг.5 приведена зависимость накопленных относительных частот правильно распознанных слов обследуемыми с отологически нормальным слухом и нейросенсорной тугоухостью от уровня нелинейных частотных искажений, где кривая 1, обозначенная штриховой линией, соответствует относительным частотам правильно распознанных слов обследуемыми с отологически нормальным слухом, а кривая 2, обозначенная сплошной линией, соответствует относительным частотам правильно распознанных слов обследуемыми с нейросенсорной тугоухостью.
На фиг.6 приведена зависимость вероятности ложноотрицательных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов, соответствующая вероятности правильно распознанных слов у лиц с нарушениями слухового восприятия речевых сигналов, вероятности ложноположительных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов, соответствующая дополнению до единицы вероятности распознанных слов у лиц с отологически нормальным слухом, и их суммы от уровня нелинейных частотных искажений, где кривая 1 соответствует вероятности ложноотрицательных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов, кривая 2 соответствует вероятности ложноположительных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов, а кривая 3 - сумме вероятностей ложноотрицательных ошибок и ложноположительных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов.
Блок-схема заявляемого способа оценки нарушений слухового восприятия речевых сигналов (фиг.1) реализована программно на персональном компьютере типа PC и содержит блок запоминания тестовых сигналов 1, блок выборки тестовых сигналов 2, блок усиления тестовых сигналов 3, головные телефоны 4, обследуемый (пациент) 5, оператор (врач) 6, блок регистрации ответа 7, блок определения вероятности правильных ответов 8, блок принятия решения 9, блок управления 10, блок отображения результатов обследования 11. В качестве головных телефонов 4 использованы аудиометрические головные телефоны TDH-39P фирмы «Telephonics». Обследуемый 5 располагается в положении сидя с надетыми головными телефонами 4, которые подключены к блоку усиления тестовых сигналов 3.
Предварительно сформированный набор тестовых акустических речевых сигналов вводят в блок запоминания тестовых сигналов 1.
Процедура формирования набора тестовых акустических речевых сигналов состояла в следующем. В качестве исходных тестовых акустически речевых сигналов использовали 50 слов, взятых из артикуляционных таблиц фонетически сбалансированных многосложных слов Гринберга-Зиндера (Гринберг Г.И., Зиндер Л.Р. Таблицы слов для речевой аудиометрии в клинической практике. // Труды Ленинградского НИИ по болезням уха, горла, носа иречи. - Л. - 1957 - т.2. - С.45-47), записанных профессиональным диктором-мужчиной на магнитный носитель. Эти аналоговые сигналы преобразовывались в цифровые сигналы и нормировались по уровню среднеквадратичной мощности частотного спектра, затем подвергались градуальным нелинейным частотным искажениям в пределах одной октавы известным методом Pitch Band равномерного сдвига частот по всему спектру сигнала с помощью звукового редактора Sony Sound Forge 7.0 фирмы Sonic Foundary Inc. Для каждого исходного сигнала получали набор из 24 градаций искажений. Полученные таким образом 50×24=1200 тестовых акустических речевых сигналов сохранялись в памяти компьютера, а затем предъявлялись для распознавания группе из 96 лиц в возрасте от 20 до 25 лет с отологически нормальным слухом и группе из 48 лиц того же возраста с диагнозом нейросенсорная тугоухость. Для каждого из 50 наборов по 24 градации искажений исходного сигнала определяли тот максимальный уровень искажений, при котором обследуемые правильно распознавали слово. Сигналы предъявлялись на надпороговом уровне громкости, который превышал индивидуальный порог их обнаружения на 30 дБ в последовательности от максимального уровня искажений (24 уровень), что соответствует изменению частоты на одну октаву, до нулевого уровня, что соответствует отсутствию искажений. По результатам обследования методом статистических вычислений (Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. Изд-во «Мир», Москва, 1980, С.26-29.) вычислялись относительные частоты правильно распознанных слов (фиг.4) и строились накопительные полигоны частот (фиг.5). Для минимизации ложноотрицательных и ложноположительных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов вычисляли сумму вероятности правильных ответов лиц с нейросенсорной тугоухостью при заданном уровне искажений (вероятность ложноотрицательных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов) и вероятности отсутствия правильных ответов у лиц нормальным слухом (вероятность ложноположительных ошибок диагностики нарушений слухового восприятия речевых сигналов) (фиг.6, кривая 3). Из графика на фиг.6 следует, что минимальной сумме ошибок (кривая 3) соответствует предъявление сигналов с уровнем 2 нелинейных частотных искажений.
Как следует из графика на фиг.5 (кривая 1 для группы обследуемых с отологически нормальным слухом), вероятность правильно распознанных слов составляет 0.9 на уровне нелинейных частотных искажений 2.
Из набора 1200 тестовых речевых сигналов выбирают сигналы с найденным уровнем искажений и формируют окончательный набор из 50 тестовых речевых сигналов, которые вводят в блок запоминания тестовых сигналов и используют при оценке нарушений слухового восприятия речевых сигналов.
По команде блока управления 10, поступающей в блок выборки тестовых сигналов 2, сигнал заданного номера считывается из блока запоминания тестовых сигналов 1 и поступает в блок усиления тестовых сигналов 3, где усиливается в соответствии с командой, полученной от блока управления 10.
Интенсивность тестовых речевых сигналов в блоке усиления тестовых сигналов 3 устанавливают на 30 дБ выше порога их обнаружения. Порог обнаружения определяют перед процедурой диагностического обследования известным методом постоянных стимулов (Сагалович Б.М. Методы исследования слуха в клинической аудиологии. В кн.: Тугоухость (под редакцией Преображенского Н.А.). М: Медицина. 1978. С.61). Требуемый уровень усиления сохраняется в блоке управления 10 и используется для задания усиления в блоке усиления тестовых сигналов 3, с выхода которого тестовый речевой сигнал поступает на головные телефоны 4. Обследуемый 5 в ответ на услышанный сигнал называет оператору 6 слово, которое он услышал или сообщает о невозможности распознать тестовый сигнал. Оператор 6 сравнивает слово, названное обследуемым 5 с правильным вариантом ответа, хранящимся в блоке запоминания 1, и регистрирует нажатием клавишей правильность ответа с помощью блока регистрации ответа 7. После регистрации ответа обследуемого 5 в блоке определения вероятности правильных ответов 8 вычисляется вероятность правильных ответов обследуемого 5, а в блоке управления 10 формируется команда на подачу следующего тестового сигнала. Когда число ответов обследуемого 5 сравняется с заданным в блоке управления 10 числом тестовых сигналов, из блока управления 10 в блок определения вероятности правильных ответов 8 подается команда о передаче вероятности правильных ответов обследуемого в блок принятия решения 9. Вероятность правильных ответов обследуемого 5 и результат принятия решения о наличии нарушений слухового восприятия речевых сигналов отображается в блоке отображения результатов обследования 11. Нарушения слухового восприятия речевых сигналов диагностируют при вероятности правильного распознавания слов из предъявляемого набора менее 0.9.
Пример 1.
Обследуемый К.С., 21 год. Речевая аудиометрия, выполненная посредством аудиометра МА-31, показала 100% разборчивости речи при уровне громкости 20 дБ выше порога слышимости, что соответствует норме. Время обследования составило 11 минут. Для проверки заявляемого способа через головные телефоны бинаурально испытуемому предъявлялся набор из 50 слов с нелинейными частотными искажениями. При этом вероятность правильного распознавания слов составила 0.92 (разборчивость речи 92%), что подтверждает нормальное состояние слуха. Время обследования заявляемым способом составило 3 минуты.
Пример 2.
Обследуемый С.О., 52 года. Речевая аудиометрия, выполненная посредством аудиометра МА-31, показала 100% разборчивость речи при уровне громкости 22 дБ выше порога слышимости, что соответствует норме. Время обследования составило 14 минут. Разборчивость речи, определенная заявляемым способом, составила 82%, что соответствует нарушению восприятию речевых сигналов. Дополнительно проведенная тональная аудиометрия выявила значительное снижение слуха в правом ухе для частоты 6000 Гц на 45 дБ, что свидетельствует о начальных стадиях развития нейросенсорной тугоухости. Время обследования заявляемым способом составило 3 минуты.
Пример 3.
Обследуемый Д.В., 65 лет. Речевая аудиометрия, выполненная посредством аудиометра МА-31, показала 100% разборчивость речи при уровне громкости 25 дБ выше порога слышимости, что соответствует норме. Время обследования составило 12 минут. Разборчивость речи согласно заявляемому способу составила 74%, что соответствует нарушению слуха. Дополнительно проведенная тональная аудиометрия выявила в правом ухе снижение слуха для частоты 3000 Гц на 40 дБ и в левом ухе для частоты 4000 Гц на 50 дБ, что подтвердило развитии нейросенсорной тугоухости у обследуемого. Время обследования заявляемым способом составило 4 минуты.
Заявляемый способ успешно апробирован на группе из 126 студентов, у 5 человек были выявлено нарушение слухового восприятие речевых сигналов, подтвержденное при последующих клинических обследованиях.
Источники информации
1. Благовещенская Н.С. Отоневрологические симптомы и синдромы. - М.: Медицина. 1990. С.270-271.
2. Сагалович Б.М. Методы исследования слуха в клинической аудиологии. В кн.: Тугоухость (под редакцией Преображенского Н.А.). М.: Медицина. 1978. С.61-69.
3. RU 2138987 C1, 10.10.1999, 6 A61B 5/16.
4. RU 2234245 C2, 20-08-2004, A61B 5/12.
5. RU 2394481 C1, 20.07.2010, A61B, 5/0476.
6. US 7143031, МПК G10L 11/00, НКИ 704/224, 28.11.2006.
7. RU 2147833 С1, 27.04.2000, A61B 5/12 - прототип.
8. RU 2148391 C1, 10.05.2000, A61B 5/12.
9. Гринберг Г.И., Зиндер Л.Р. Таблицы слов для речевой аудиометрии в клинической практике. // Труды Ленинградского НИИ по болезням уха, горла, носа иречи. - Л. - 1957 - т.2. - Стр.45-47.
10. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. Изд-во «Мир», Москва, 1980, С.26-29.