单侧传导性聋植入骨传导助听装置的声源定位外周机制研究

The human auditory system uses several prompts for sound localization, including the interaural time and level differences and the spectral information. Bone conduction hearing devices have been used to improve hearing in patients with unilateral conductive hearing loss, but it provides little help in sound localization. The poor ability for sound localization may be attributed to mismatching the time- and level-differences between the ear implanted with bone-anchored hearing aids (BAHA) and the normal ear because of different pathways between air and bone conductions. Furthermore, our previous study has found that the harmonic distortion at low frequency arising from bone conduction and its influence on basilar membrane motion may be an important factor in realization of sound localization. In this proposed project, the differences of amplitude response, peak time and waveform phase between the umbo, promontory tympani, stapes footplate, and basilar membrane will be measured with Laser Doppler Vibrometry in cadaveric head and the cat, pig or ox on the basis of constructed unilateral bone conduction model. The dynamic characteristics of the bone and air conductions will be carefully analyzed. The 3-dimensional finite element model constructed from the whole skull will be applied to explore the interaural time difference. This study aims to clarify the mechanism of sound localization in patients with unilateral conductive hearing loss and implanted with BAHA and to provide theoretical basis for bone conduction hearing devices implantation.

双侧气导声源定位是通过耳间时间差、强度差以及频谱特征实现。单侧传导性聋近年来广泛应用骨传导助听装置改善听觉功能，但对声源定位功能的改善并不理想。由于骨导与气导传音至耳蜗的途径不同，骨导植入耳与健耳的耳间时间及强度差的不匹配是导致声源定位功能恢复不理想的可能原因。同时，前期研究发现骨导低频谐波失真现象及其对基底膜振动的影响，提示骨导低频谐波失真也可能是声源定位的重要影响因素。本项目在已构建的单侧骨传导声源定位模型的基础上，通过人颅离体实验及猫或大动物在体实验，采用激光多普勒测振仪测量双耳间的鼓膜脐、鼓岬、镫骨足板及基底膜幅值响应差异、峰值时间差或波形相位差，对骨传导与气导途径的动力学特性差异进行分析。 同时，应用已有的整颅（包含中耳、耳蜗）有限元模型，对耳间时间差模拟分析，以期明确单侧传导性聋骨导植入后声源定位功能不佳的影响因素，为单侧传导性聋植入骨导助听装置的改进提供理论依据。

声源定位是听觉系统对声源位置的识别，主要依赖双耳听觉的耳间时间差（相位差）和强度差实现。临床中对于单侧传导性聋患者佩戴骨导助听器后声源定位能力是否改善并不明确（且存在争议）。这一临床问题背后的实质是对骨导机制的研究尚不深入。因此，本课题假设单侧骨导助听后双耳接收声音信号的耳间时间差和强度差不匹配是声源定位恢复困难的重要原因，并设计了系列实验（包括人颅标本测量，猫动物实验等）和力学仿真对骨导外周听觉机制进行深入研究，旨在分析气、骨导传声的动力学特性差异，阐明造成双耳信号不匹配的主要因素，揭示单侧传导性聋患者佩戴骨导助听器声源定位无明显改善的主要原因，为改进骨导助听装置提供科学依据。.我们将佩戴助听器后的骨导传声分解为三部分进行研究并着重研究第三部分：（1）声源至助听器麦克风的传播；（2）骨导助听器的声-电-振动转换；（3）振动在颅骨中的传递（即骨导外周机制）。第一，通过模拟人头测试和声学仿真对声源传至耳后过程的“头影效应”进行分析，证明该过程并非影响声源定位主要因素。第二，通过豚鼠听觉脑干反应（ABR）测试证明骨导助听器电路转换时间约需8-10 ms，是重要影响因素之一。第三，通过人颅骨标本表面和耳蜗附近组织的LDV测振、猫骨导下的LDV测振，结合整颅有限元仿真，骨导下耳蜗动力学的有限元仿真对骨导的外周听觉机制进行从整体到局部的全面研究；重点分析骨导传声的频率特性，颅骨及耳蜗振动模式，耳间衰减等性质，阐明了双耳声音不匹配的影响因素。此外，还针对双侧骨导助听的声源定位进行了探索。.本研究进行了大量开拓性、独创性的实验和建模工作：(1) 推进了对骨导传声机制的深入理解； (2) 明确了单侧传导性聋骨导助听后双耳听觉不匹配的三个重要关键因素：助听器电路转换延时，气骨导传声途径差异，骨导耳间衰减引起的交叉听觉；为改进助听器提供科学依据；(3) 在双侧骨导助听声源定位上进行了开创性探索，为后续方向提供方向性参考。