07 Август 2017

Использование нелинейной частотной компрессии у детей с умеренным снижением слуха

Джейс Вулф, Тереза Керевей, Эндрю Джон, Эрин Шафер и Мириэл Ниффелер

Несмотря на то, что традиционное слухопротезирование обычно весьма эффективно у детей с тугоухостью I-III степеней, они нередко испытывают затруднения при распознавании речи и произнесении определенных звуков. Так, Stelmachowicz с соавт. [1] показали, что дети, пользующиеся слуховыми аппаратами, испытывают большие затруднения при распознавании фонем /с/ и /з/ по сравнению с нормальнослышащими детьми. Авторы объяснили полученные результаты ограниченным частотным диапазоном современных заушных слуховых аппаратов (ЗСА) и необходимостью адекватного усиления звуков частотой не ниже 8000 Гц для распознавания звуков /с/ и /з/.
Достаточное усиление высокочастотных фонем – обязательное условие речеязыкового развития. Неадекватное восприятие высокочастотных звуков может привести к возникновению синтаксических и семантических ошибок, а также к нарушению произношения аффрикат и фрикативных звуков [2-4].
Для повышения эффективности высокочастотного усиления производители разработали слуховые аппараты с активным подавлением обратной связи и расширенным высокочастотным диапазоном. Однако аудиологи продолжают жаловаться на недостаточное усиление звуков частотой 6000 Гц и выше, связанное с аттенюацией высоких частот в акустическом тракте ЗСА [5]. Кроме того, небольшие размеры детского слухового прохода не позволяют изготовить вкладыши с эффектом горна для дополнительного усиления высоких частот. Напротив, достаточно часто приходится использовать узкий канал звуковода, приводящий к эффекту обратного горна и, как следствие, к уменьшению высокочастотного усиления.
Учитывая все эти ограничения, производители затратили достаточно средств на разработку технологий перемещения высокочастотных звуков в низкочастотную область, где слух обычно сохранен в большей степени. Число работ, посвященных использованию этой технологии у детей с I-III степенями тугоухости, невелико. В настоящей статье описан наш опыт применения слуховых аппаратов Nios micro (Phonak), в которых реализован принцип нелинейной частотной компрессии (НЛЧК). НЛЧК понижает частоты в некотором заданном диапазоне. Основной задачей НЛЧК является восстановление восприятия звуков частотой до 8000 Гц. Специалист может изменить граничную частоту и коэффициент компрессии. Все входящие звуки, превышающие граничную частоту, подвергнутся компрессии в соответствии с коэффициентом компрессии. На рис. 1 представлен пример НЛЧК с граничной частотой 2800 Гц и коэффициентом компрессии 2:1. Поэтому все частоты от 2800 до 8000 Гц подвергаются сжатию, тогда как частоты ниже 2800 Гц остаются неизменными.
Использование нелинейной частотной компрессии у детей
Рис. 1. Пример НЛЧК в алгоритме SoundRecover, используемом в слуховых аппаратах Nios micro (Phonak). Граничная частота составляет 2800 Гц, а коэффициент компрессии 2:1. Частоты от 2800 до 8000 Гц подвергаются компрессии в соответствии со следующей формулой: Ft = Fs – [0,5 x (Fs – 2800)], где Ft – конечная частота, Fs – исходная частота, 0,5 – коэффициент компрессии (2:1). Например, для исходной частоты 8000 Гц: Ft = 8000 – [0,5 x (8000 – 2800)] = 5400 (Гц).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Участники обследования
В настоящей работе оценивались преимущества и недостатки нелинейной частотной компрессии у 16 детей (в возрасте от 5 до 13 лет) с сенсоневральной тугоухостью I-III степени (см. табл. 1). Все дети постоянно пользовались цифровыми слуховыми аппаратами и никогда прежде не применяли методику нелинейной частотной компрессии. Все они в свое время прошли курс слухоречевой реабилитации, и их экспрессивные и рецептивные языковые показатели не отклонялись от возрастной нормы более, чем на 1 год. На момент написания статьи базисные показатели были получены у 12 детей, билатерально протезированных Nios micro.

Таблица 1. Аудиометрические критерии включения в исследование.
Использование нелинейной частотной компрессии у детей

Базисные показатели

Базисные показатели были получены с использованием собственных слуховых аппаратов детей. Исследование проводилось бинаурально и включало в себя следующие показатели:
  • пороги слышимости со слуховыми аппаратами на частотах 4000, 6000 и 8000 Гц, а также пороги слышимости фонем /ш/ и /с/
  • пороги восприятия речи на фоне шума с использованием теста Bamford-Kowal-Bench [6]
  • процент распознавания множественного числа с использованием UWO (тест распознавания множественного числа Университета Западного Онтарио) [7]
  • пороги распознавания абстрактных слогов с использованием логатомного теста Phonak.

В настоящей статье представлены сравнительные результаты, полученные с использованием теста распознавания множественного числа UWO. Он заключается в распознавании слов в открытом выборе. Тест был разработан Susan Scollie с соавт. специально для оценки эффективности слуховых аппаратов, использующих технологию понижения частоты. Испытуемому предъявляют по 15 односложных и двусложных слов в единственном и множественном числе (в английском языке множественное число создается, как правило, путем добавления к существительному окончания /с/).
Правильное распознавание множественного числа требует восприятия акустической энергии в диапазоне 4000-8000 Гц. Всего каждому испытуемому было предъявлено по 120 слов (60 с собственными слуховыми аппаратами и 60 – с аппаратами, использующими технологию нелинейной частотной компрессии). Настройка слуховых аппаратов
Настройка тестируемых слуховых аппаратов для 12 детей включала измерения в реальном ухе и верификацию частотной компрессии с помощью Audioscan Verifit. При первоначальной настройке частотная компрессия была отключена. Аппараты настраивали в соответствии с формулой DSL v5; при этом реальные выходные параметры для звуков интенсивностью 55, 65, и 75 дБ УЗД должны были совпадать с расчетными в пределах ±2 дБ (см. рис. 2). У части детей не удалось достичь расчетных значений для частоты 6000 Гц, даже при выведении усиления слухового аппарата в максимум.
Использование нелинейной частотной компрессии у детей
Рис. 2. Выходные характеристики слухового аппарата в реальном ухе (дБ УЗД) для "стандартного речевого сигнала" интенсивностью 55 дБ УЗД (сиреневая линия), 65 дБ УЗД (зеленая линия) и 75 дБ УЗД (голубая линия), зарегистрированные с помощью Audioscan Verifit. На графике представлены также пороги слышимости без слухового аппарата (красная линия) и кривая насыщения для тонального стимула переменной частоты интенсивностью 90 дБ УЗД (оранжевая линия).

Затем мы использовали тест верификации частотной компрессии Audioscan Verifit, чтобы подтвердить перемещение входящих звуков частотой до 6300 Гц в слышимую зону. Этот тест был разработан с целью демонстрации восстановления слышимости высокочастотных звуков, перемещенных слуховым аппаратом в более низкочастотную зону. Используемый при этом стандартный речевой сигнал подвергался фильтрации с отсечением верхних частот при частоте отсечки 1000 Гц, за исключением 1/3-октавного диапазона, центрированного вокруг 4000, 5000 и 6300 Гц. Для оценки степени слышимости высокочастотных звуков (уровнем 65 дБ УЗД) выходной сигнал слухового аппарата замеряли с отключенной и включенной НЛЧК. Как следует из рис. 3, данный тест предназначен для демонстрации улучшения слышимости высокочастотных речевых составляющих при включении нелинейной частотной компрессии.
Использование нелинейной частотной компрессии у детей
Рис. 3. Результаты теста верификации частотной компрессии с помощью системы Audioscan Verifit. Красная линия соответствует порогам слышимости без слухового аппарата, зеленая – выходному сигналу слухового аппарата Nios micro (Phonak) с отключенной НЛЧК, а сиреневая – выходу того же аппарата с включенной НЛЧК.

Пороги слышимости без слухового аппарата (красная линия), представленные на рис. 3, свидетельствуют о том. что высокочастотные компоненты обычной разговорной речи останутся неслышимыми, даже при включенном слуховом аппарате (зеленая линия). Однако при использовании НЛЧК (сиреневая линия) следует ожидать существенного улучшения слышимости высокочастотных речевых компонентов. Пример, приведенный на рис. 3, доказывает, что НЛЧК способна обеспечить достаточную слышимость звуков речи частотой около 6300 Гц.
Помимо электроакустической верификации, мы использовали неформальную проверку идентификации звуков /ш/ и /с/, произносимых с расстояния около 3,5 м. Наконец, мы использовали субъективную оценку испытуемыми качества звучания для определения исходных параметров нелинейной частотной компрессии. В редких случаях, когда ребенок жаловался на неудовлетворительное качество звука, степень компрессии уменьшалась вплоть до достижения приемлемого качества звучания.

Постановка исследования

Мы использовали методику поочередной смены условий эксперимента. После бинауральной настройки тестовых слуховых аппаратов мы разделили 12 испытуемых на две равные группы в случайном порядке. В первой группе испытуемые пользовались слуховыми аппаратами с включенной НЛЧК. Во второй группе НЛЧК была отключена. Затем условия эксперимента в каждой группе были изменены на противоположные.
Приблизительно через 15 минут после первого включения аппаратов 6 детей из первой группы прошли тест UWO. Это дало нам первое представление о преимуществах использования НЛЧК по сравнению с результатами, полученными в ходе базисных исследований с собственными слуховыми аппаратами детей. Аудиограммы детей представлены на рис. 4.
Использование нелинейной частотной компрессии у детей
Рис. 4. Пороги слышимости по воздушному звукопроведению без слуховых аппаратов у шести детей первой группы. Жирными линиями обозначены средние пороги слышимости в этой группе.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На основании субъективной оценки, распознавания множественного числа и индивидуальных данных полученные предварительные результаты можно считать положительными. Согласно субъективным оценкам детей, ни один из них не возражал против нелинейной частотной компрессии, используемой в Nios micro. Напротив, многие из них отметили лучшую разборчивость речи.
Положительные субъективные отзывы подкрепляются результатами теста UWO. C собственными слуховыми аппаратами показатель правильных ответов составлял 67,7±13,9%, тогда как через 15 минут после первого включения слуховых аппаратов с НЛЧК этот показатель достиг 98,6±0,02% (рис. 5). Парный t-тест подтвердил статистическую значимость различия показателей, полученных с собственными и тестируемыми слуховыми аппаратами (p = 0,002).
Использование нелинейной частотной компрессии у детей
Рис. 5. Средние показатели распознавания речи согласно тесту UOW. НЛЧК = нелинейная частотная компрессия. Вертикальные отрезки соответствуют одному среднеквадратичному отклонению.

Индивидуальные данные также подтверждают преимущества использования НЛЧК. В качестве примера рассмотрим данные 12-летнего мальчика с сенсоневральной тугоухостью II степени (испытуемый №3) (рис. 6). Рецептивные и экспрессивные показатели его речи превышали возрастную норму. Он успешно пользовался высококлассными цифровыми слуховыми аппаратами на протяжении нескольких лет. Несмотря на превосходную успеваемость и социальную адаптацию, он испытывал определенные сложности. Например, произносимый им звук /с/ звучал, как /ш/; кроме того, он плохо понимал тихую речь.
Использование нелинейной частотной компрессии у детей
Рис. 6. Пороги слышимости без слуховых аппаратов испытуемого №3.

Предварительные результаты, полученные у испытуемого №3, представлены в табл. 2. Высокочастотные пороги слышимости в тестовых слуховых аппаратах существенно улучшились. Кроме того, результаты теста UWO с новыми слуховыми аппаратами были намного лучше, чем с собственными. Мальчик был очень доволен качеством звучания новых слуховых аппаратов; в частности, он отметил, что «голос мамы звучит четче». Он сразу же отметил превосходство НЛЧК над традиционным усилением. Ему также понравилась миниатюрность аппаратов.

Табл. 2. Результаты, полученные у испытуемого №3.
Пороги в аппарате

Вибрирующий тон 4000 Гц
Пороги в аппарате

Вибрирующий тон 6000 Гц
Пороги в аппарате

Вибрирующий тон 8000 Гц
Тест UWO
Собственные цифровые слуховые аппараты 24 дБ ПС 38 дБ ПС 52 дБ ПС 65%
Nios micro (Phonak):
Частотная компрессия включена
20 дБ ПС 15 дБ ПС 25 дБ ПС 100%

ВЫВОДЫ

Предварительные результаты данного исследования свидетельствуют о том. что нелинейная частотная компрессия способна существенно улучшить восприятие и различение высокочастотных речевых сигналов и окружающих звуков по сравнению с традиционными методиками, используемыми в современных цифровых слуховых аппаратах. Постоянный доступ к всему речевому диапазону необходим для развития речи, языка и слуховых навыков. Вполне вероятно, что использование НЛЧК поможет преодолеть многие недостатки речеязыкового развития, встречающиеся у детей с тугоухостью I-III степени.

ЛИТЕРАТУРА
  • Stelmachowicz P, Pittman A, Hoover B, Lewis D: Aided perception of /s/ and /z/ by hearing-impaired children. Ear Hear 2002;23:316-324.
  • Elfenbein JL, Hardin-Jones MA, Davis JM: Oral communication skills of children who are hard of hearing. J Sp Hear Res 1994;37:216-226.
  • Gordon TG: Communication skills of mainstreamed hearing-impaired children. In Levitt H, McGarr NC, Geffner D, eds., Development of Language and Communication Skills in Hearing-Impaired Children. ASHA Monograph 26. Rockville, MD: American Speech-Language-Hearing Association, 1987: 108-122.
  • Moeller MP, Hoover B. Putman C, et al.: Vocalizations of infants with hearing loss compared with infants with normal hearing: Part I. Phonetic development. Ear Hear 2007;28:605-627.
  • Dillon H: Hearing Aids. Thieme: New York, 2001: 412-415.
  • Killion MC, Niquette PA, Revit LJ, Skinner MW: Quick SIN and BKB-SIN, two new speech-in-noise tests permitting SNR-50 estimates in 1 to 2 minutes. J Acoust Soc Am 2001;109:2502.
  • Glista D, Scollie S, Bagatto M, et al.: Evaluation of nonlinear frequency compression: Clinical outcomes. Manuscript accepted for publication, 2009.