文摘

听力损失是一种常见的疾病影响世界各地的公共卫生。在诊所,听觉脑干反应(ABR)被广泛用于听力损失的检测基于其方便性和准确性。不同的参考方法直接影响ABR波形的质量进而影响ABR-based诊断。因此,在这项研究中,一个参比电极采用标准化技术(REST)系统地调查和评估质量的影响不同的参考方法ABR波形相比,传统的参考(AR)和平均值乳突(MM)的方法。在这项研究中,ABR点击刺激引起的信号是通过一个脑电图电极帽数组,这些位于六通道沿着中线比较系统。结果表明,当考虑到不同的频道,ABR在Cz通道显示最好的形态。然后,ABR波形通过其他方法获得具有良好的形态与大的振幅( μV波我 μ第三波V, μV波V)与传统方法相比。概要地,我们发现休息和MM方法改进质量的ABR振幅和形态在不同刺激下的延迟率和水平不改变ABR相比,传统的基于“增大化现实”技术的方法,建议休息和毫米高的方法可能会帮助医生准确ABR-based临床诊断。此外,这项研究还可能提供一个理论依据的参考方法收购脑电图/公共卫生问题。

1。介绍

听力损失已被报道,影响超过11亿个人在不同的年龄群体,导致一个巨大的公共卫生问题。在临床的设置,听觉脑干反应(ABR)决策影响听力丧失的诊断基于它的准确性,方便,和效率。上首先详细描述了朱厄特等人在1971年作为一个潜在的变化从耳蜗听觉神经通路脑干诱发的声刺激,可以记录早在头皮上的受试者(1]。事实上,ABR最常应用听觉诱发反应在临床的设置,因为它允许足够的评估听觉神经通路和听觉灵敏度(2,3]。从根本上讲,ABR由七个波形的峰值,前五的通常用于听力损失评估在临床实践中。峰值进行分类介绍基于时间外观朱厄特和威利斯顿(波电流-电压)4]。五波(波电流-电压)特征和归因于不同的解剖区域在听觉通路(5]。索引用于识别一个ABR波形波延迟,内波延迟,波形可重复性等等。在ABR波形异常的发生,比如消失的后续波和波延迟时间的变化,提供了一个基础的本地化听神经和脑干听觉通路的病变。

ABR波形的质量被认为是有效的听力损失评估的核心因素及其相关的原因。许多研究集中在改善生理信号的质量通过应用深度学习方法(6- - - - - -10]。类似的其他生理电信号,ABR是一个潜在的焦点是信号,记录对一个特定的参考点。然而,ABR信号主要特征是弱振幅,通常介于0.1和0.9之间μV (11),从而使其容易受到干扰导致的参比电极的电活动。在脑电图(EEG)的研究中,通常使用参考电极方法包括顶点(Cz),意味着乳突(毫米)和平均参考(AR)的方法12]。以各种优势,每个方法在某些方面也有一定的局限性。例如,Cz参考方法是利用时,记录信号通常受到Cz点周围的电生理活动(13]。MM方法,平均两个乳突的电极中减去从每一次,可能这是一个与乳突电极相关的潜在变化的函数(14]。同时,基于“增大化现实”技术的方法,每个电极记录数据中减去从整体平均在电极/时间,这是最普遍采用的方案,尤其是在多通道的背景EEG信号分析(15,16]。尽管它广泛采用,AR方法的特点是一些问题,限制了在大规模的采用临床和商业的设置。这样的关键问题之一是电位诱发基于AR方法不仅取决于参考点的变化也在潜在的变化,发生在电极周围的其他。除此之外,在选定的参考点的情况下不同于绝对零度潜力,ABR信号成为不可避免的受到影响。

在选择一个参考电极,潜在的应尽可能接近于零;然而,这样的点很少存在于头皮(17]。同时,不可避免的参比电极的电压变化会引起的变化记录潜在的活性电极(18]。因此,在参考电极的情况下是不同的,相同的波形记录主动电极位置会变化很大程度上导致不一致的结果(19]。换句话说,参比电极的选择是一个关键的问题在获得可靠的诱发电位脑电图信号采集。为了减少对诱发电位检测参比电极的影响,以往的研究提出了不同类型的引用方法的使用(20.- - - - - -24]。例如,2001年,姚明提出一个“参比电极标准化技术(REST)”,大约可以转换大脑反应记录头皮上的一个点和平均潜在作为参考对空间无穷远点(25]。方法的物理基础是势转换前后所产生的真正的大脑神经活动或其等效分布,这样前后电位转换可以通过共同的物理源链接(26]。姚等人也证明的有效性提出休息的脑电图谱映射(27),脑电图默认模式网络(28),和其他与事件相关电位(erp) [29日- - - - - -31日]。

到目前为止,我们所知,其他的应用程序上的有效评估听力损失尚未进行。因此,作为一个至关重要的一步听力损失的有效评价,我们系统地研究了采用其他技术定性上信号的可能性评估,随后将其有效性与一般应用传统的基于“增大化现实”技术和毫米的参考方法。此外,我们研究了不同的参考方法的影响的质量获得了ABR波形对AR,休息,和MM方法同时考虑不同的刺激率和测试水平。与此同时,我们利用30个频道从64 -通道脑电图记录ABR信号采集系统和ABR波形在中线位置相比,尤其是Cz渠道。最后,我们研究了ABR波形的可微的特点在三种检查方法特别是考虑到波I-III-V及其振幅属性来确定他们的优缺点对听力损失评估。最后,我们研究了ABR在三种检查方法的特点,通过考虑那些典型的波(我、III和V)形态及其振幅确定听力损失评估的优缺点。

2。方法

2.1。参与者

在这项研究中,总共十个科目没有听力缺陷(6男性和4女性)与年龄20到28年( 年)招募了EEG数据收集。实验设计前,一个标准的听力图测试,和那些听力图阈值20 dB听力水平(HL)或少250至8000赫兹频率选择。参与者被适当地介绍研究的目的和实验的细节;之后,同意形式表示他们愿意参与签署的这项研究是所有科目。整个实验协议批准的机构审查委员会(IRB)深圳先进技术研究院、中国科学院(siat - IRB - 180415 h0252)。

2.2。设备及安装

用于提取诱发ABR的脑电图记录信号记录使用Neuroscan SynAmps²(NeuroScan公司。)采集系统。在放大器设置部分,采样率是配置为20000赫兹和AC模式被选中。然后,低通滤波器被设置为3000赫兹,而高通滤波器配置截止频率为100赫兹。之后,相应的ABR信号被记录使用Ag / Agcl与64 -通道Quik-cap (Neuromedical供应,英镑,美国),根据国际扩展10/20蒙太奇,32通道的64个频道为分析研究中被认为是(32]。同时,30个频道的32通道呈现在图1(一),这些通道是FP1 FP2, F7, F3, F4, Fz, F8, FT7,一个FC3,文件FCz, FC4, FT8, T7, C3, C4、Cz, T8, TP7, CP3, CPz, CP4, TP8, P7, P3, P4, Pz, P8, O1,奥兹和O2。这些电极之间的通道,Fz、FCz Cz, CPz, Pz,沿着中线和奥兹渠道安排的头骨,而其余电极位于中线两侧对称(图1(一))。另外,接地和参考电极脑电图帽作为地面和在线引用,分别。剩下的两个渠道被放置在左和右乳突(M1和M2),后来被用于rereference目的。对于重建头部模型,三维(3 d)数字化仪(美国科尔切斯特,Polhemus VT)是用来测量脑电图电极的位置在头皮上。如图1 (b)接收器的3 d数字化仪放置在左和右寺庙和枕隆起,形成一个三角平面。发射机是放在三脚架,大约是30厘米远离主题的脸,虽然 - - - - - -轴是积极面向主题的脸。按顺序,选择电极位于放大器根据设置文件。

2.3。刺激和程序

一般来说,click-induced ABR法已被视为基准方法估算听力损失(33];因此,它是利用作为刺激机制由一个定制的印刷电路板(PCB)由MATLAB控制程序在这个研究。基本上,点击被称为宽带信号,这是由电动脉冲宽度为100μ年代到耳机。应该注意的是,在实验中,刺激了主题的左耳的ER-2插入耳机(音特美研究公司。),右耳的耳塞。此外,刺激在正常的听力水平校准(nHL)与一个闭塞的耳朵模拟器。Click-evoked核采用AR,休息,和MM参考方法比较在不同刺激率和水平。

实验前,参与者被要求妥善清洁头发,减少电极之间的阻抗的Quik-cap和头皮。后来,他们被告知在听觉上坐在舒适的椅子上,电磁屏蔽房间相对平静/安静的方式。Quik-cap戴在主题的头,和所有的电极阻抗维持低于5 kΩ。ABR收购开始之前,选择电极的位置在头皮上被上述三维数字化仪,测量和三维坐标的电极被捕获和存储进行进一步处理。

在实验中,ABR信号采集是在两个交易日完成。在第一个实验会话,我们考虑各种刺激利率包括10 / s, 25 / s, 50 / s,和100 / s,被设定为75分贝nHL的刺激水平。在第二实验会话,与此同时,不断刺激的25 / s应用,而刺激水平不一45至80 dB nHL, 5 dB nHL的间隔。与此同时,平均每个试验包括4000和两个独立的试验记录对每个刺激条件验证响应的可重复性。应该注意的是,受试者可以休息五分钟后每四个试验,以避免紧张system-inclined疲劳可能影响ABR录音的质量。此后,每个学科的实验持续了大约两个小时,和原始记录数据保存在一个存储设备后续离线处理和分析。

2.4。数据分析

获得的数据进行了分析使用EEGLAB工具箱(34这是集成到MATLAB (MathWorks Inc .)、美国)计算软件环境。原始信号首先预处理通过应用一个3阶黄油值得带通滤波器截止频率为100 ~ 1500 Hz。调查不同的参比电极配置的影响信号的特点,预处理脑电图数据(记录通过裁判作为参比电极)重建的离线的基于“增大化现实”技术,毫米,和其他方法,分别为(图2)。

基于“增大化现实”技术和MM方法是通过实现pop_reref内置函数EEGLAB工具箱。原则上,基于“增大化现实”技术的引用方法可以实现通过计算所有渠道的平均值,而MM方法可以通过平均获得的信号从左和右乳突(也称为数据的平均M1和M2的通道)。进一步,其余方法由转换实现重构信号通过其余EEGLAB插件模块由大学的一组研究人员开发电子科技、中国成都(25]。重建过程,如图3基于其他模块实际上开始于一个程序的执行文件命名的LeadField.exe首先的3 d坐标转换之前获得信号获得传递矩阵。然后,EEG信号和传递矩阵转换为REST-referenced数据利用pop_REST_reref内置函数。此后,EEG数据重构基于三种参考方法(AR,毫米,REST)出口到MATLAB编程环境进行进一步分析。值得注意的是,连续脑电图数据分为时代10 msat每个刺激的发作。因为ABR小幅度信号和听觉诱发电位,ABR被从背景噪声中提取EEG信号平均技术平均分割。在这项研究中,目标上获得的信号是平均4000时代。

成功后重建过程历时约10分钟,不同的参考方法的影响在ABR波形的波形特征通过比较检查以下电极位置:Fz, FCz, Cz, CPz, Pz, Oz在中线使用AR和其他参考方法。此外,我们比较了Cz通道的波形时,参考方法是基于“增大化现实”技术,毫米,和休息,关注波形分化的程度和波V延迟ABR在Cz通道与刺激的速度和水平。

3所示。结果

3.1。沿着中线核分析获得的渠道通过AR和其他方法

在这个分析中,ABR信号获得通过电极的基于“增大化现实”技术和其他方法沿着中线频道Quik-cap进行了分析和比较。从处理过的数据,这是观察到的信号被电极在中线比在其他地方在头皮上。因此,我们认为ABR波形Fz, FCz, Cz, CPz, Pz、盎司电极位于中线头皮的后续分析。如图4ABR波形的比较分析得出通过上述电极的基于“增大化现实”技术和其他方法渠道在75分贝nHL 10 / s的速度。从结果,波、III和V (ABR获得AR和休息Fz, FCz, Cz, CPz, Pz的渠道可以明确确定,ABR波形处理的其他方法观察到有更大的振幅相比,基于“增大化现实”技术的方法。此外,ABR波形由Oz通道位于枕叶区域使用AR方法是低分化,从而使相对较难确定波的峰值,III和v .与此同时,ABR信号记录在Oz通道通过其他方法被认为比那些获得通过AR方法,显然不同的波v .总之,不管所选通道,ABR波形的质量通过其他方法获得被观察到比这更好的得到的基于“增大化现实”技术的方法。此外,我们发现ABR波形的分化Cz通道似乎是最好的不管是否采用AR或其他方法获得ABR录音。因此,我们认为ABR录音从Cz获得电极通道在我们后续分析。

3.2。比较Cz上信号的通道使用AR,休息,和MM方法

鉴于上述研究结果,我们选择和比较的反应Cz通道记录通过AR,休息,和MM方法条件下的75分贝nHL和25 / s(图4)。通过仔细观察的波形图5可以看到,ABR信号的振幅得到通过AR方法略低(只有0.1μV)比其他两种方法。虽然波电流-电压可以充分认识到,他们的区别似乎贫穷,特别是波的IV和v AR方法相比,ABR波形通过其他方法获得具有更好的分化和更高的振幅特征,而ABR波形分化录音通过MM方法获得与其他相似但相对更高的振幅。虽然上信号的振幅和不同的参考方法不同,获得的延迟的ABR波电流-电压是相同的。

表1展示了波的平均振幅和标准偏差,III和V AR核通过,休息,和MM方法在所有科目( 耳朵)。显然,ABR MM方法获得的最高平均振幅,和它的波V平均振幅高达0.27μ诉ABR的平均振幅通过其他方法获得低于MM方法的平均振幅波V 0.21μ诉的平均振幅ABR AR方法是最低的,0.08的平均波幅Vμ诉表2显示的平均值和标准偏差内波延迟波》和III-V核通过AR,休息,和MM方法,源自相同的原始数据表1。如表所示2,核三种参考方法获得的(AR,休息,和MM)有相同的内波延迟波》和III-V证明方面的参考方法可以改善ABR影响波形振幅但没有本质上的延迟。

3.3。核三种参考方法的Cz不同刺激率和强度

进一步研究结论是否在前面分析(图4)可能受到刺激率和水平的变化,我们比较ABR波形的Cz通道使用AR,休息,和MM方法的影响下不同刺激率和水平,在数据和实验结果6和7。图6代表ABR波形获得使用Cz通道水平刺激刺激下的75分贝nHL的10 / s, 25 / s, 50 / s, 100 / s。它可以注意到在图6波V的延迟增加而相应增加刺激,而波形较低刺激率观察到有更好的波形分化特征(波电流-电压)。这些发现符合一项研究的结论35),我们还发现,延迟和刺激率之间的相关性存在不管采用的参考方法。这总是意味着无论刺激率(10 / s, 20 / s或50 / s),五个山峰(波电流-电压)ABR波形获得通过AR方法仍将不足有区别。同时,通过休息和获得的ABR的波形10毫米的方法在刺激率/ s, 20 / s,和50 / s,分化良好,特别是当刺激率设为10 / s(图6)。这一现象表现出的检查参考方法会导致容易识别的ABR波形上下文中的五个山峰(波电流-电压)。此外,ABR信号的振幅通过休息和MM方法明显高于基于“增大化现实”技术的方法。当考虑下ABR刺激100 / s的速度,通过三种参考方法获得的波形变得不那么区分,这可能是由于刺激间隔只有10毫秒,造成中间前面的刺激引起的反应的延迟组件影响ABR后者刺激引起的。通过基于“增大化现实”技术的方法与ABR获得100 / s的速度,III和V波也可以使用REST和MM方法明确确定。

从图7,它可以观察到,ABR的录音Cz通道通过三种参考方法获得25 / s的速度表现出不同的特征。此外,ABR延迟被推迟,波形分化减少刺激强度变得更糟。应该注意的是,这些趋势是独立的参考方法。因此,不管刺激水平,ABR波形分化获得通过AR方法不如通过休息和MM的方法。在同一刺激的水平,与此同时,MM方法有最大振幅跟着其余的方法,和基于“增大化现实”技术的方法与最小的ABR振幅。应该注意的是,这一现象与结论来自图是相一致的5。

4所示。讨论

本研究的主要贡献是调查的特点,其余ABR相比,信号处理技术普遍应用的参考方法,这有助于提高ABR-based决策影响听力损失。虽然我们利用Quik-cap脑电图系统获得30上信号的通道,只有6通道位于中线的录音被认为在这项研究中,通过分析信号的质量。具体来说,我们比较了ABR信号对应于Cz通道通过基于“增大化现实”技术获得,休息,和MM方法及其特点,受到不同的刺激率和水平。从一系列的实验结果,我们发现,其余方法会有效的ABR信号记录,和ABR的质量信号获得通过其他技术比传统的基于“增大化现实”技术的方法,但并不优于毫米的方法。此外,类似的现象的观察三种方法在不同刺激利率水平。

4.1。核在中线渠道通过AR和其他方法

为了验证应用其他方法的可行性ABR信号采集,我们比较ABR录音通过其他方法获得的,通过传统的基于“增大化现实”技术的应用方法。原始数据的初步处理表明,ABR波形的质量从中线渠道获得比其他渠道。此外,电极位于顶点或前额通常被选为单通道的活性电极ABR收购(36]。类似于本研究的发现,默尔顿等人提出了一种基于中线电极配置,可以避免优先级记录受试者头的两侧37]。符合这些先前的研究,我们比较ABR六频道的信号(CPz Fz、FCz Cz, Pz、和Oz)连同中线位置如图3,实验结果表明,ABR波形通过其他方法获得明显区分的AR方法相比,也是符合的发现与事件相关的潜在董et al。38]。应该注意的是,基于“增大化现实”技术的方法是基于所有的平均潜在记录电极,电极的密度影响。理论上,当头皮电极密度不够,可能获得通过AR方法将接近期望值(39]。因此,其余方法可以近似正确的参考价值无限的点,因此弥补传统方法的缺点。

4.2。核在Cz通道通过基于“增大化现实”技术获得,休息,和MM方法

从图3在Cz, ABR信号通道似乎提供最佳性能在中线上的电极,它与从先前的研究结果是一致的听觉诱发电位(40,41]。相比在这个方向,比蒂和Lipp ABR的延迟和振幅收集到的顶点和前额活动电极,分别为(40]。他们的研究结果显示,没有显著差异在两个活动之间的延迟和内波延迟电极位置,但ABR的波V振幅从顶点获得大于从额头上获得。因此,ABR波形Cz通道主要是集中和比较,提出了图4。与此同时,结果表明,ABR波形的振幅通过MM方法是最高的,其次是其他方法,而基于“增大化现实”技术的方法是最小的。这个结论与先前的研究结果是一致的在听觉失配消极Mahajan et al。42]。因此,我们得出结论,ABR振幅通过MM方法比获得休息,这可能是由于这样的事实:双边乳突脚踝枕相邻地区,在任务相关电气活动不可避免地纳入MM参考的计算方法。在大多数情况下,这削弱了在双边枕地区信号,当信号的振幅从双边乳突网站(即。,中央额地区)可能会增加错误。乳突的潜在的误差也会增加Cz的振幅通道,导致一个更大的振幅毫米上的方法比其他方法。

4.3。特征的获得的核刺激率和水平

获得的ABR波形的形态通过休息和MM方法显然比通过AR方法获得。当刺激条件被设定为75分贝nHL和25 / s的速度,ABR振幅的MM方法似乎是最大的,其次是其他方法和AR方法排名最后,验证图4。与此同时,数据5和6上的比较结果提出了三种参考方法刺激利率调整和水平。不管什么刺激利率和应用水平,ABR获得通过MM和其他方法往往是比基于“增大化现实”技术的方法。这总是意味着图的结论4都是有效的。然而,ABR的延迟获得基于三种参考方法总是相同的,即使刺激率和水平变化。这意味着ABR的参考方法只改变表示信号,而不影响信号的性质,因为医生总是让诊断基于延迟的特点。这清楚地表明,一个有效的参考方法能有效地重建目标信号对提高其质量。

此外,ABR波形的延迟是观察到的非常长时间刺激速率相应增加。此外,刺激率越低越好波电流-电压的波形分化。然而,当刺激率高得多,例如,100 / s, ABR通过三种参考方法变得很差(图5)。这是可能的原因如下。ABR是早期听觉诱发电位(AEP)组件,产生0到10 ms声刺激后,它的特点是一个听觉中间延迟反应(高)声刺激后10 ms (43]。刺激速率是100 / s时,刺激间隔只有10毫秒,结果在前面的刺激引起的高钙叠加在ABR波形后者引起的刺激。因此,是否参考方法应用,有必要保持刺激速率低于100 / s,以确保一个有意义的ABR可获得。

4.4。其他医学上应用场景

在临床医生做出诊断基于ABR等形态的特点,波的振幅,波延迟,内波延迟(44,45]。然而,所有这些参数需要大量与ABR信号质量和形态有关。例如,海浪的内波延迟III和IV可以用来推断出轴突传导时间,而内波延迟IV和V代表一个突触延迟的46]。此外,据李j . et al .,第二波的振幅被认为是一个指标,帮助诊断前庭paroxysmia [47]。因此,一旦ABR质量或形态差,所需的参数也将模糊导致医生做出相应诊断困难。因此,它是有意义的,有利于提高ABR质量方面的形态和振幅。在这个手稿,基于rest的ABR已经系统地调查相比,传统的基于“增大化现实”技术的方法。我们的研究结果表明,其余方法可以显著提高波的振幅我( μV)、第三( μV)和V ( μ与传统的基于“增大化现实”技术的方法(V)相比 μV波我 μ第三波V, μV波V)。此外,它应该指出,改进上的形态和振幅是通过不变的每一波的延迟,这意味着基于方法的其余部分上可以提供医生的一致latency-based信息,传统的基于“增大化现实”技术的方法。结果,其余的方法将帮助医生ABR-based听力损失和其他听觉疾病的诊断,在ABR形态明显改善,使其在医学应用场景中更有意义。

5。结论

研究表明,其余的方法可以有效地应用于高质量的ABR信号记录,这可能是潜在的改进ABR-based决策影响的公共卫生问题像听力损失。通过获得的核MM和其他方法相比有更好的波形形态的基于“增大化现实”技术的方法。此外,ABR振幅通过MM方法观察到最高,其次是休息,和随后的基于“增大化现实”技术的方法。此外,核的延迟获得的AR,休息,和MM方法似乎是相同的在相同的刺激条件。这种现象也观察到在不同刺激率和水平,这意味着参考方法只影响程度的分化,ABR波形的振幅,在不改变每个峰的延迟。ABR信号的振幅,脑电图研究的一个重要指标,将直接影响到所选参考见我们的实验方法。因此,客观、有效的参考方法的选择可以帮助提高ABR波形的质量和援助有效信号分析和处理潜在的临床应用。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

刘真真心心和鑫王同样这项工作。

确认

这部分工作是支持由中国国家自然科学基金(# 61771462,# 81927804,# 62101538),深圳市科技计划项目(JCYJ20180507182241622 #, JCYJ20210324135211030 #和# JSGG20210713091808027),研究设计院癫痫研究经费(铜- c - 2021 - 02),三明医学项目在深圳(SZSM201812005),深圳基金广东省高水平临床关键专业(SZGSP012),深圳主要医学学科建设基金(SZXK033)、广东省科技计划项目(# 2019 a050510033), SIAT创新项目优秀青年科学家(E1G027),广州和科技项目(# 201803010093)。