DE19628978B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Reflexes des menschlichen Stapedius-Muskels - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erkennung eines Reflexes des menschlichen Stapedius-Muskels, insbesondere für einen Hörtest, bei dem mittels eines akustischen Signales der Reflex ausgelöst wird und mittels eines weiteren akustischen Signales die Impedanz bzw. die sich aufgrund des Reflexes ergebende Impedanzveränderung am Trommelfell gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende oder einander überlappende akustische Signale (11, 12) verwendet werden, die im wesentlichen identisch sind, und daß die Information über eine eventuelle Impedanzänderung am Trommelfell (1) mittels einer Differenzbildung zwischen den durch die Signale (11, 12) erzielten und registrierten Schallverläufengewonnen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Reflexes des menschlichen Stapedius-Muskels, insbesondere für einen Hörtest, bei dem mittels eines akustischen Signales der Reflex ausgelöst wird und mittels eines weiteren akustischen Signales die Impedanz bzw. die sich aufgrund des Reflexes ergebende Impedanzveränderung am Trommelfell gemessen wird.
  • Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung eines Reflexes des menschlichen Stapedius-Muskels mit einem Signalsender zur Aussendung akustischer Signale oder Töne und mit einem Signalempfänger, vorzugsweise einem Mikrofon, vorzugsweise zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.
  • Bei der gattungsgemäßen Stapedius-Reflex-Audiometrie EP 674 874 A2 wird ein Reflex des menschlichen Stapedius-Muskels genutzt, der durch einen akustischen Reiz hervorgerufen werden kann, wobei herkömmlicherweise Schallreize dargeboten werden, die einen Pegel von 80 oder 90 dB HL (hearing level) übersteigen.
  • Die Pegelschwelle, oberhalb der der Reflex des Stapedius-Muskels beobachtet werden kann, wird als akustische Reflex schwelle bezeichnet.
  • Bei dem Stapedius-Muskel handelt es sich um den kleinsten Muskel im menschlichen Körper. Er befindet sich im Mittelohr und ist mit dem Stapes, einem der Gehörknöchelchen, verbunden. Eine Anspannung dieses Muskels verändert die mechanischen Eigenschaften der Gehörknöchelchenkette und damit auch die akustische Impedanz am Trommelfell. Vereinfacht kann gesagt werden, daß je nach Anspannung des Stapedius-Muskels die Schallreflexionseigenschaften des Trommelfelles sich verändern, was nicht nur die Stärke, also die Amplitude eines reflektierten Schalles verändert, sondern auch dessen Phase im Vergleich zu der Phase des reflektierten Signals bei entspanntem Stapedius-Muskel.
  • Dieses geschilderte Verhalten des Stapedius-Muskels und die daraus resultierende Impedanzänderung wird bei der Stapedius-Reflex-Audiometrie für die Messung ausgenutzt, beispielsweise im Rahmen eines Hörtestes oder sonstigen wissenschaftlichen Funktionstests eines menschlichen Ohres.
  • Herkömmlicherweise wird dabei so vorgegangen, daß ein Dauer-Meßton mit einer Frequenz von beispielsweise 226 Hz ausgesandt wird, der einen relativ niedrigeren Pegel aufweist, der nicht ausreichend ist, den Muskelreflex auszulösen, und daß zusätzlich ein kurzes Signal während der Dauer des Meßtones produziert und ausgesandt wird, um den Stapedius-Reflex auszulösen. Dieses Signal hat häufig einen Lautstärkepegel weit über 80 dB HL und weist eine andere Frequenz auf, beispielsweise die Audiogrammfrequenzen 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz und 4 kHz. Das Testsignal kann auch breitbandig sein (z.B. Rauschen) und wird eventuell in kurzen Abständen wiederholt.
  • Sobald durch das Signal der Stapedius-Reflex ausgelöst ist, verändert sich aufgrund der veränderten Impedanz am Trommelfell der durch einen Signalempfänger, beispielsweise durch ein Mikrofon, bei zumeist abgeschlossenem Gehörgang empfangene Schallverlauf. Gemessen wird dabei die Amplitudenveränderung des am Trommelfell reflektierten Meßtones.
  • Diese Meßmethode ist aufgrund der sehr kleinen Veränderungen des reflektierten Meßtones wenig sensitiv, so daß ein Stapedius-Reflex nicht immer sicher erkennbar ist.
  • Zudem erreicht der für den Testton verwendete Pegel häufig den Bereich der Unbehaglichkeitsschwelle, der von Probanden als unangenehm bzw. unerträglich eingestuft wird. Das herkömmliche Stapedius-Reflex-Audiometrie-Verfahren läßt sich deshalb bei manchen Probanden nicht uneingeschränkt anwenden, insbesondere bei Patienten, die kurz zuvor einen Hörsturz hatten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stapedius-Reflex-Audiometrie-Methode für die Praxis weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende oder einander überlappende akustische Signale verwendet werden, die im wesentlichen identisch sind, und daß die Information über eine eventuelle Impedanzänderung am Trommelfell mittels einer Diffe renzbildung zwischen den durch die Signale erzielten und registrierten Schallverläufe gewonnen wird.
  • Anders als bei dem herkömmlichen Verfahren wird nicht zwischen Meßsignal und Testsignal unterschieden. Statt dessen werden zwei identische akustische Teilsignale in schneller Abfolge präsentiert. Dies können zwei kurze Tonpulse identischer Frequenz sein oder auch zwei identische Abschnitte in einem periodischen Signal (z.B. ein Ton oder Tonkomplex).
  • Die zeitliche Abfolge der verwendeten Signale nutzt aus, daß der Stapedius-Reflex eine gewisse Reaktionszeit benötigt, um auf das erste Signal zu reagieren. Der zeitliche Abstand zwischen den Signalen wird daher so abgestimmt, daß das zweite Signal zeitlich gerade dann ausgesandt wird, wenn davon auszugehen ist, daß der Stapedius-Muskel genügend Reaktionszeit hatte, um auf das erste Signal zu reagieren, sofern er zu einer solchen Reaktion aufgrund der im jeweiligen Ohr vorhandenen Gegebenheiten bzw. des verwendeten Pegels überhaupt in der Lage ist.
  • Die von dem Signalempfänger, beispielsweise einem Mikrofon, aufgezeichneten Signalteile werden in einem ersten Analyseschritt gespeichert, beispielsweise mit einem digitalen Aufzeichnungsgerät, und voneinander abgezogen. Dabei muß eine Koppelung zwischen dem schallaussendenden Gerät und dem schallaufzeichnenden Gerät gewährleistet sein. Die Differenz der aufgezeichneten Signale enthält in einem System, das auf den ersten und zweiten Signalteil gleich reagiert, nur einen Rauschanteil. Bei Veränderung des Systems, beispielsweise durch einen Stape dius-Reflex, der durch den ersten Signalteil ausgelöst wurde, ist das Differenzsignal größer als das zuvor erwähnte Rauschen.
  • Der Vorteil bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren besteht beispielsweise darin, daß im Vergleich zur herkömmlichen Stapedius-Reflex-Audiometrie ein deutlich niedrigerer Pegel verwendet werden kann. Dies bedeutet, daß mit dem verwendeten Pegel ein deutlicherer Abstand zu der Unbehaglichkeitsschwelle eingehalten wird, so daß das erfindungsgemäße Verfahren für die Probanden angenehmer ist und auch die Menge der zu verwendenden Probanden vergrößert ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, daß auf diese Weise nicht nur, wie beim herkömmlichen Verfahren, eine eventuelle Amplitudenveränderung registrierbar ist, sondern auch eine Phasenverschiebung, die ebenfalls durch die Spannungsveränderung des Trommelfelles hervorgerufen wird. Diese Phasenverschiebung bewirkt unter Umständen ein viel größeres und daher besser registrierbares Differenzsignal.
  • Vorzugsweise wird der zeitliche Abstand zwischen den Signalen in der Größenordnung von etwa 100 ms gewählt werden, wobei eventuell auch mehrere zeitlich nacheinander gestaffelte Signale verwendet werden können, um den Reflexverlauf zu erfassen. Zwei aufeinanderfolgende getrennte, unabhängige Messungen sollten zeitlich soweit voneinander beabstandet sein, daß für den Stapedius-Muskel eine gewisse Erholungsphase vorliegt. Der zeitliche Abstand sollte danach etwa mindestens eine halbe Sekunde betragen. Andererseits ist es durchaus wünschenswert, mehrere erfindungsgemäße Messungen durchzuführen, um, insbesondere im Hinblick auf statistische Fehler, ein genaueres Meßergebnis zu erhalten (Mittelung der Differenzsignale).
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erkennung eines Reflexes des menschlichen Stapedius-Muskels, insbesondere zur Durchführung des vorgeschilderten erfindungsgemäßen Verfahrens, zeichnet sich aus durch eine Zeitsteuerungseinrichtung zur Aussendung zweier in einem vorbestimmbaren Zeitabstand aufeinanderfolgender akustischer Signale mittels des Signalsenders und durch eine Subtraktionseinrichtung zur Differenzbildung zwischen dem durch das zeitlich erste Signal erhaltenen, durch den Signalempfänger empfangenen Schallverlauf, und dem durch das zweite Signal erhaltenen Schallverlauf. Die entsprechenden Vorteile sind bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gechildert worden.
  • Beispielsweise elektronisch einfach zu verwirklichen ist eine solche Zeitsteuerung, die sicherstellt, daß in einem definierten zeitlichen Abstand zwei im wesentlichen identische Signale ausgesandt werden.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß für das erfindungsgemäße Verfahren und somit als erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen eine Vorrichtung zur Aufzeichnung otoakustischer Emissionen verwendet wird, bei denen es durchaus üblich ist, verschiedene akustische Signale in definierten zeitlichen Abständen zueinander auszusenden. Allerdings sind derartige otoakustische Vorrichtungen aufgrund der völlig anderen Meßmethode und Zielsetzung nicht naheliegenderweise für eine Stapedius-Reflex-Audiometrie geeignet. Zudem weisen die für die otoakustischen Messungen verwendeten Signale einen niedrigeren Reizpegel auf. Bei der Verwendung einer otoakustischen Meßvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren müßte also eine solche Vorrichtung insbesondere im Hinblick auf die Aussendung von Signalen mit höheren Pegeln ausgelegt und verändert werden. Dennoch ist durch die mögliche Nutzung vorhandener Apparaturen die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in die gewerbliche Anwendung schnell durchführbar.
  • Ergänzend erwähnt werden kann noch, daß die erfindungsgemäße Methode mindestens genauso schnell durchgeführt werden kann, wie die herkömmliche Stapedius-Reflex-Audiometrie, so daß die Sitzungsdauer für den Probanden nicht verlängert werden muß.
  • Zeichnerische Erläuterungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
  • 1 den Mittel- und Innenohrbereich eines menschlichen Ohres,
  • 2 die Signalbeaufschlagung bei einer herkömmlichen Stapedius-Reflex-Audiometrie und im Vergleich dazu bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,
  • 3 das Ergebnis einer herkömmlichen Stapedius-Reflex-Messung nach einer Signaleingabe gemäß 2a,
  • 4 ein Meßergebnis gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer Signaleingabe gemäß 2b und
  • 5 die als Ergebnis erfindungsgemäßer Messungen erhaltenen Signaldifferenzen als Funktion des Reizpegels.
  • 1 zeigt den Mittel- und Innenohrbereich eines menschlichen Ohres.
  • Erkennbar ist in der Zeichnung insbesondere das Trommelfell 1, die Paukenhöhle 2 mit den darin befindlichen, an das Trommelfell 1 gekoppelten Gehörknöchelchen 3 und der am Stapes, einem der Gehörknöchelchen, ansetzende Stapedius-Muskel 4.
  • Weiter sind erkennbar der äußere Gehörgang 5, die Schnecke 6, das Labyrinth 7 und die Eustachische Röhre 8.
  • Mit Hilfe des Stapedius-Muskels wird die Spannung, und damit auch die Impedanz am Trommelfell 1 verändert.
  • Bei einer Stapedius-Reflex-Audiometrie werden ein akustischer Signalgeber und ein akustischer Signalempfänger, beispielsweise in einer gummiartigen Olive zusammengefaßt, zumeist in den Gehörgang 5 eingeschoben, um akustische Signale auf das Trommelfell 5 und durch Registrierung des sich dadurch im Gehörgang 5 ergebenden Schallverlaufes die Impedanz des Trommelfelles 1 zu registrieren bzw. zu messen.
  • 2 zeigt im Rahmen der 2a) die Signalbeaufschlagung bei einer herkömmlichen Stapedius-Reflex-Audiomtetrie und im Bereich der 2b) die Signalbeaufschlagung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Bei der herkömmlichen Methode gemäß 2a) wird ein Dauermeßton 9 verwendet, dessen eventuelle Veränderung in seinem Schallwerlauf nach einem eventuellen Stapedius-Reflex gemessen wirr. Der Stapedius-Reflex wird bei der herkömmlichen Methode durch einen gesonderten kurzzeitigen Testton 10 ausgelöst. Wie auch in der Zeichnung 2a) erkennbar, bei der auf der Abszisse Zeiteinheiten aufgetragen sind, unterscheiden sich der Meßton 9 und der Testton 10 in ihren Frequenzen und auch in ihren Amplituden, die unmaßstäblich auf der Ordinate aufgetragen sind. Der Testton 10 hat eine wesentlich höhere Frequenz und einen sehr viel höheren Pegel, beispielsweise im Bereich 90 dB HL plus minus etwa 10 dB.
  • Bei dem in der 2b) gezeigten beispielhaften Signalverlauf für das erfindungsgemäße Verfahren werden zwei zeitlich aufeinanderfolgende Signale verwendet, nämlich ein erster Tonpuls 11 und ein kurz darauf folgender zweiter Tonpuls 12, der identisch generiert wurde.
  • Überraschenderweise können beide Tonpulse 11, 12 einen deutlich niedrigeren Lautstärkepegel aufweisen, als der Testton 10 bei der herkömmlichen Methode, z.B. einen um etwa 8 dB niedrigeren Pegel.
  • Der beim erfindungsgemäßen Verfahren zeitlich erste Tonpuls 11 löst den Stapedius-Reflex aus, der eine gewisse Reaktionszeit benötigt. Auf diese Reaktionszeit ist der zeitliche Abstand des zweiten Tonpulses 12 beim erfindungsgemäßen Verfahren zum ersten Tonpuls 11 abgestimmt. Der Tonpuls 12 wird ausgesandt, wenn nach Ablauf einer ausreichenden Reaktionszeit gerade bereits mit einem Stapedius-Reflex zu rechnen ist. Der zeitliche Abstand zwischen den beiden Tonpulsen 11 und 12 liegt etwa in der Größenordnung von 100 ms.
  • Anders als in der 2b) dargestellt, müssen als Signale nicht unbedingt Tonpulse 11, 12 verwendet werden, und es müssen auch nicht unbedingt getrennte akustische Wellenzüge ausgesandt werden. Es ist vielmehr möglich, beliebige Signale auszusenden, die allerdings in mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgenden oder überlappenden Zeitabschnitten identisch generiert wurden.
  • Diese Abschnitte können in ihrem zeitlichen Abstand und ihrer zeitlichen Erstreckung aus einem kontinuierlichen Wellenzug mit geeigneten elektronischen Mitteln definiert bzw. "herausgeschnitten" werden.
  • 3 zeigt beispielhaft ein Meßresultat aufgrund einer herkömmlichen Messung mit einem Eingangssignalverlauf wie in 2a). Insbesondere ist aus dieser 3 entnehmbar, daß die für die Messung zu registrierende und zu messende Veränderung des Dauermeßtones 9, die sich aus einem Stapedius-Reflex, stimuliert durch den Testton 10, ergibt, nur äußerst schwer zu erkennen und zu messen ist, weil nur Amplitudenänderungen berücksichtigt werden können, die prozentual klein sind im Vergleich zur ursprünglichen Amplitude, so daß die entsprechenden Meßfehler in hohem Maße in die Messungen eingehen.
  • Im Vergleich dazu ist in der 4 beispielhaft ein Meßergebnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei dem ein Signalverlauf gemäß der 2b) als Eingangssignalverlauf verwendet worden ist.
  • Gemessen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Differenz des Signales 11 zu dem durch den zuvor durch das Signal 11 ausgelösten Stapedius-Reflex veränderten Signal 12 bzw. der sich jeweils aufgrund der Signale 11, 12, nämlich vor und nach dem Stapedius-Reflex, ergebenden Schallverläufe im äußeren Gehörgang 5, wobei zu berücksichtigen ist, daß die beiden Signale 11, 12 bei ihrer Aussendung identisch sind.
  • Die zu messende Differenz ist, wie in der 4 erkennbar ist, bei einem funktionierenden Stapedius-Reflex signifikant von Null verschieden, obwohl die Eingangssignale, wie gesagt, identisch waren, weil sich durch den Reflex die Impedanz am Trommelfell verändert hat.
  • Aufgetragen ist in der 4 auf der Ordinate der Pegel der Signale 11, 12 in dB HL (hearing level). Auf der Abszisse ist der Zeitverlauf des Differenzsignals in Millisekunden aufgetragen.
  • Es ist also in der 4 erkennbar, daß bei höheren Pegeln die Differenz der beiden empfangenen Signale deutlicher ist, weil einfach bei einem höheren Pegel der Reflex kräftiger ausgelöst wird. Aber auch bei sehr kleinen Pegeln im Verhältnis zu den Pegeln, die bei der herkömmlichen Methode verwendet wer den, ist deutlich ein Differenzsignal erkennbar.
  • Der Zusammenhang zwischen dem verwendeten Pegel und der Stärke des Differenzsignales bezüglich 4 ist noch einmal in der 5 aufgetragen.
  • Es ist in der 5 erkennbar, daß die Reflexschwelle bei verwendeten Signalen 11, 12, mit einer Frequenz von 1 kHz bei etwa 65 dB HL liegt. Erst bei einem höheren Signalpegel tritt also der gewünschte Stapedius-Reflex ein. Wird ein entsprechender höherer Pegel verwendet, so ergibt sich dann aber sofort ein deutliches Differenzsignal, sofern der Reflex bei einem gesunden Ohr tatsächlich ausgelöst wird.
  • Insbesondere ist aus der 5 entnehmbar, daß in einem Bereich von etwa 75 dB HL ein deutliches Differenzsignal bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beobachten ist, während aussagekräftige Messungen bei derselben Versuchsperson gemäß der Darstellung in 3 beim herkömmlichen Verfahren erst bei einem Pegel von etwa 85 dB HL erzielt werden können.
  • Zusammenfassend kann also festgehalten werden, daß bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren die Kontraktion des Stapedius-Muskels mit einem deutlich niedrigeren Signalpegel beobachtet werden kann. Der zu verwendende Pegel kann also deutlicher unter der "Unbehaglichkeitsschwelle" liegen. Dies ermöglicht insbesondere die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Probanden, die durch Gehörsturz mit höheren Pegeln nicht vermessen werden dürfen.
  • Die Durchführungsdauer für eine Messung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht etwa der Dauer einer Messung bei einem herkömmlichen Verfahren. Allerdings könnte aufgrund signifikanterer Meßergebnisse beim erfindungsgemäßen Verfahren die Zahl der zu mittelnden Messungen, um den statistischen Fehler zu minimieren, verringert werden, so daß sich hierdurch letztlich eine kürzere Gesamtmeßdauer ergeben würde.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Erkennung eines Reflexes des menschlichen Stapedius-Muskels, insbesondere für einen Hörtest, bei dem mittels eines akustischen Signales der Reflex ausgelöst wird und mittels eines weiteren akustischen Signales die Impedanz bzw. die sich aufgrund des Reflexes ergebende Impedanzveränderung am Trommelfell gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende oder einander überlappende akustische Signale (11, 12) verwendet werden, die im wesentlichen identisch sind, und daß die Information über eine eventuelle Impedanzänderung am Trommelfell (1) mittels einer Differenzbildung zwischen den durch die Signale (11, 12) erzielten und registrierten Schallverläufengewonnen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Signale (11, 12) zwei hinsichtlich ihrer Dauer definierte Abschnitte eines länger andauernden Signales verwendet werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen einem zeitlich ersten Signal (11) und einem nachfolgenden zweiten Signal (12) gegebenenfalls unter Verwendung einer zeitlich gestaffelten Signalfolge in der Größenordnung der Zeit zur Auslösung des Stapediusreflexes gewählt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen getrennten, un abhängigen Messungen in der Größenordnung von etwa 0,5 sek, vorzugsweise länger, gewählt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Messung die Phaseninformation der sich ergebenden Schallverläufe genutzt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Signale mit einer Lautstärke von etwa 65 dB HL und größer verwendet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Töne verschiedener Frequenz oder breitbandige Signale verwendet werden.
  8. Vorrichtung zur Erkennung eines Reflexes des menschlichen Stapedius-Muskels mit einem Signalsender zur Aussendung akustischer Signale oder Töne und mit einem Signalempfänger, vorzugsweise einem Mikrofon, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Zeitsteuerungseinrichtung zur Aussendung zweier in einem vorbestimmten Zeitabstand aufeinanderfolgender akustischer Signale mittels des Signalsenders und durch eine Subtraktionseinrichtung zur Differenzbildung zwischen dem durch das zeitlich erste Signal (11) erhaltenen, durch den Signalempfänger emp fangenen Schallverlauf und dem durch das zeitlich zweite Signal (12) erhaltenen Schallverlauf.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen als eine für otoakustische Messungen geeignete Vorrichtung ausgebildet ist, jedoch hinsichtlich ihres Signalsenders für eine Aussendung von Signalen ausgelegt ist, die im Vergleich zu bei otoakustischen Messungen benötigten Signalen höhere Schallpegel aufweisen.
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