Аудиологическая концепция слуховых аппаратов Baha BP100 компании Cochlear

Детекторы звука в ВР100 непрерывно анализируют акустические характеристики окружающей звуковой среды. Вслед за этим акустическим анализом на сигнал могут воздействовать конкретные автоматические системы (например, направленный микрофон и/или подавление шума), чтобы улучшить соотношение сигнал/шум и/или качество звука.

I. Очистка сигнала

Прежде чем компенсировать потерю слуха, входящий сигнал должен быть очищен, чтобы для усиления был доступен максимально качественный звук.

Компенсация положения микрофона

Так как звуковой процессор Baha носится позади слухового прохода, звуковой ландшафт для слушателя ухудшается, потому что звуки спереди и сзади теряют природный баланс. Учитывая положение микрофона, звуки сзади будут слышны сильнее, чем звуки, раздающиеся спереди слушателя. ВР100 корректирует и восстанавливает баланс звукового ландшафта, компенсируя положение аппарата, и в то же время сохраняя естественные эффекты тени головы на разных частотах. Так как звуки, раздающиеся вокруг слушателя, становятся сбалансированными, это приводит к тому, что теперь звуки калибруются по громкости со всех направлений, чтобы имитировать направленность природного слуха.

Автоматическая адаптивная направленность

После оптимизации звукового ландшафта за счет компенсации положения звукового процессора требуются другие технологии для дальнейшего улучшения сигнала. Направленный микрофон – единственная технология обработки звука, которая доказала свою способность улучшать соотношение сигнал/шум для слабослышащих людей.

Последние усовершенствования помогают создавать все более сложные направленные системы (Рис. 1). ВР100 имеет систему направленного микрофона, которая автоматически и плавно приспосабливается между направленным и всенаправленным режимом, в зависимости от звукового окружения. Направленная система анализирует частотное содержание любого источника шума и снижает эти частоты в направлении источника шума. Далее, полярная диаграмма может менять свою направленность по частоте, что позволяет одновременно приглушать несколько источников шума. Чтобы не приглушать речь, система непрерывно анализирует звук, поступающий сзади, и возвращается к всенаправленной диаграмме, когда сзади, близко от пациента обнаруживается речевой сигнал.

Исследования, проведенные Флинном и его коллегами с использованием теста HINT, когда речь с адаптивным уровнем предъявлялась с азимута 0°, а шум с интенсивностью 65 дБ УЗД предъявлялся с азимута 180°, обнаружили улучшение понимания речи в шуме на 2,4 дБ (Рис. 2). Статистический анализ показал, что эта разница является достоверной (p < 0,0001).

Рис. 1. Возможности направленного микрофона – всенаправленная характеристика, однополосная направленность и многополосная направленность. ВР100 использует автоматическую многополосную адаптивную направленность. Число полос приспосабливается к количеству разных источников шума, обнаруженных в звуковой ситуации.

Рис. 2. Сравнение всенаправленного и направленного микрофона в процессоре ВР100 демонстрирует улучшение понимания речи в шуме на 2,4 дБ. Планки погрешностей показывают стандартное отклонение. Улучшение характеристики обозначается за счет снижения соотношения сигнал/шум при сохранении 50%-ного понимания.

Автоматическое подавление шума

Для контроля уровня шума ВР100 использует автоматическую систему подавления шума. Система подавления шума имеет две основные цели – снижать шумовой сигнал, не влияя на речевой сигнал, и улучшать приемлемость усиленного звука в шумной обстановке. Ее базовая технология используется для определения того, что является желаемым сигналом (т.е. речевым), и что является шумом. В каждом частотном канале приглушается та часть сигнала, которая рассматривается в качестве шума. Внедрение автоматической системы подавления шума в звуковой процессор Baha привело к тому, что он, не ухудшая разборчивости речи, предоставляет улучшенное качество звука и комфорт в шумных слуховых ситуациях.

Еще одно применение этой технологии предназначено для односторонней сенсоневральной глухоты. В тех слуховых ситуациях, когда шум преобладает со стороны Baha, а речь звучит с другой стороны, традиционные звуковые процессоры Baha приносят мало пользы и даже могут мешать. Для людей с односторонней глухотой мы можем так запрограммировать Baha, что он будет использовать усиленное подавление шума при наличии шумового источника со стороны Baha. На Рис. 3 показано сравнение трех настроек системы подавления шума (выключено, по умолчанию, односторонняя глухота), которое демонстрирует среднее возрастание степени подавления шума для пациента с односторонней глухотой в данной слуховой ситуации.

Рис. 3. Степень снижения шума, измеренная системой Audioscan Verifit для шума кондиционера и пылесоса интенсивностью 70 дБ УЗД. Снижение зависит от канала, поэтому на диаграмме показано среднее снижение в 12 каналах. Представлены три настройки – выключено, по умолчанию, односторонняя глухота.

Активное подавление самовозбуждения

Акустическое и механическое самовозбуждение играет важную роль в ограничении общего усиления процессора Baha. Когда звуковой процессор приближается к порогу самовозбуждения, он генерирует звон или металлический тембр звука. Звуковой процессор начинает порождать колебания (подвывать), если усиление превышает эту границу. В прошлом единственным решением этой проблемы было снижение или ограничение усиления. По аналогии с Baha Intenso, ВР100 использует активное подавление самовозбуждения, чтобы приподнять предельную величину для механического и акустического самовозбуждения. Улучшенная система подавления самовозбуждения, используемая в ВР100, была разработана специально для системы с компрессией широкого динамического диапазона и адаптивными алгоритмами, такими, как адаптивная направленность и подавление шума. Это следующее поколение систем подавления самовозбуждения определяет и ограничивает усиление для разных частот, так что усиление для каждого индивидуального частотного канала остается ниже предельного значения усиления, контролируемого системой подавления самовозбуждения.

II. Специализированное усиление  для костной проводимости

К усилению по воздушной и по костной проводимости нужно подходить по-разному. Характерные различия, возникающие при прохождении звука по пути костной проводимости, в сочетании с тем фактом, что большинство пользователей Baha имеют здоровую улитку, требуют другого подхода. ВР100 – первый звуковой процессор костной проводимости с отдельными стратегиями усиления для кондуктивной потери слуха, смешанной потери и односторонней сенсоневральной глухоты. В случае воздушной проводимости принято считать, что количество усиления, требуемое для компенсации потери слуха на уровне разговорной речи, равно примерно половине снижения порога слышимости. Это правило не действует для прямой костной проводимости. Как для нормально слышащего, так и для слабослышащего человека при костной проводимости громкость возрастает на 10 – 20% быстрее, чем при воздушной проводимости. Следовательно, количество усиления, требуемое для данной кохлеарной потери слуха, меньше при костной проводимости, чем при воздушной проводимости.

Учитывая эти требования, совершенно ясно, что стратегии усиления для СА, такие, как NAL-NL1 и DSL 5.0, неприменимы для прямой костной проводимости, потому что они будут чрезмерно усиливать звук для пациента. Это и не удивительно, потому что СА разработаны для исправно действующего пути проведения звука (наружное и среднее ухо) и для поврежденной улитки. В отличие от этого, Baha разработан для поврежденного пути проведения звука и, в большинстве случаев, для здоровой улитки.

Прямая костная проводимость требует особой стратегии усиления, такой, как Cochlear Baha Prescription (СВР), которая учитывает рост громкости при костной проводимости. ВР100 использует эту стратегию в 12 каналах, применяя многоканальный нелинейный подход.

Усиление прилагается в зависимости от входного уровня звука и потребностей пользователя. У слабослышащего человека динамический диапазон сжимается, так что получается более ограниченный динамический диапазон. Учитывая это, нелинейное усиление подвергает выходной сигнал компрессии, таким образом, что к тихим звукам (например, согласным) прикладывается относительно большее усиление, в то время как к громким звукам (например, шум уличного движения) прикладывается меньшее усиление. В общем и целом, такой подход сжимает входящий звук, втискивая его в пределы остаточного динамического диапазона пользователя, и тем самым улучшает понимание речи в шуме и общую слышимость. Относительно здоровая улитка владельца Baha позволяет ему пользоваться более быстрыми и динамичными настройками системы компрессии.

В случае односторонней сенсоневральной глухоты все сделанные выше допущения относительно применимости и требуемого усиления сохраняются. Однако есть одно важное обстоятельство – кости черепа приглушают звук, когда он передается со стороны Baha в хорошо слышащую улитку на противоположной стороне. Этот эффект называется транскраниальным (сквозь-черепным) приглушением. В результате этого для владельцев Baha регулятор громкости приходится настраивать на большие значения, чем следовало бы ожидать на основании порогов слышимости в лучше слышащем ухе. Для ВР100 в случае, когда слухопротезист выявляет у пациента одностороннюю сенсоневральную глухоту, используются средние значения, полученные в результате исследований Ноулана и Лайона (Таблица 1). Для пациентов с односторонней глухотой эти значения добавляются прямо к предписанному усилению, определенному на основании аудиограммы, благодаря чему достигается желаемая степень компенсации. Если измерения проводятся с помощью функции ВС Direct, средние значения не добавляются, так как реальное транскраниальное приглушение для данного пациента уже учтено. Слухопротезист увидит транскраниальное приглушение в виде разницы порогов слышимости между показаниями ВС Direct и ранее измеренными контралатеральными порогами слышимости ВС на аудиограмме. Следовательно, функция ВС Direct предоставляет возможность создания улучшенной настройки для пациентов с односторонней сенсоневральной глухотой, так как в данном случае учитываются реальные уровни приглушения для конкретного пациента.

Таблица 1. Средние значения транскраниального приглушения, основанные на результатах исследований Ноулана и Лайона.


Трудности, испытываемые при односторонней глухоте, преимущественно связаны с эффектом тени головы, при котором высокочастотные звуки приглушаются на величину до 20 дБ УЗД, в то время как низкочастотные звуки из-за большей длины волны не приглушаются. Поэтому для пациентов с односторонней глухотой доступна специальная программа настройки, которая учитывает как межушное приглушение, так и эффект тени головы. Усиление понижается на низких частотах, там, где длина волны достаточно велика для того, чтобы тень головы влияла на нее не так сильно. А, так как звуковой процессор используется в первую очередь для улучшения понимания речи в шуме, то на высоких частотах предоставляется дополнительное усиление, чтобы повысить четкость речи.

Подход к предписанию требуемого усиления, опирающийся на пороги слышимости пациента по костной проводимости (или измерения ВС Direct), внедрен в настроечную программу Baha от компании Cochlear. Хотя общая философия настройки остается прежней, в программу внесены необходимые изменения для людей с кондуктивной и смешанной потерей слуха или односторонней сенсоневральной глухотой.

ВР100 – первый процессор Baha, который можно настраивать с помощью компьютерной программы настройки.

С целью изучения потенциального улучшения характеристик ВР100, по сравнению с современными процессорами Baha, было проведено исследование. Для сравнения был выбран Baha Divino, так как он представляет собой текущее поколение звуковых процессоров Baha. Оба аппарата тестировали в режиме всенаправленного микрофона. В исследованиях участвовали 21 взрослых человек с кондуктивной или смешанной потерей слуха. Все участники были опытными пользователями процессоров Baha. Настройка Divino проводилась в соответствии с процедурами, приведенными в инструкциях по настройке Baha. ВР100 настраивался с помощью настроечной программы Baha фирмы Cochlear с использованием функции ВС Direct.

На Рис. 4 показаны результаты, опубликованные Флинном и его коллегами, и говорящие о том, что ВР100 продемонстрировал соотношение сигнал/ шум, лучшее на 2,6 дБ. Для определения статистической достоверности был проведен дисперсный анализ  (F 1,41 = 30,81, p < 0,0001), который показал, что характеристика ВР100 оказалась достоверно лучше, чем характеристика процессора Divino. С клинической точки зрения, учитывая то, что каждый 1 дБ улучшения слуховой характеристики равен 10 – 18% улучшения общей характеристики, мы можем прийти к выводу, что ВР улучшает понимание речи в шуме более чем на 25%.

Рис. 4. Сравнение характеристики понимания речи в шуме для процессоров Divino и ВР100. Планки погрешностей показывают стандартное отклонение от среднего значения. Улучшение характеристики обозначается за счет снижения соотношения сигнал/шум при сохранении 50%-ного понимания.

III. Прямая костная проводимость

В случае кондуктивных и смешанных потерь слуха, учитывая то, что Baha эффективно минует кондуктивный компонент, Baha должен требовать меньше усиления, и в то же время предоставлять лучшие характеристики, чем традиционные СА воздушной проводимости. Отчеты о ранее проведенных исследованиях это подтверждают: как только кондуктивный компонент смешанной потери слуха начинает превышать 30 дБ, то система Baha становится более предпочтительной, чем традиционные СА воздушной проводимости.

Недавнее исследование, проведенное Флинном и его коллегами, сравнивало действие Baha с традиционными сверхмощными СА воздушной проводимости. В нем участвовали десять человек, пять мужчин и пять женщин, со смешанной потерей слуха. Средний возраст испытуемых составлял 59 лет (от 32 до 75 лет). К моменту начала исследований все испытуемые носили Baha не менее года, а до того имели опыт ношения СА воздушной проводимости. При проведении исследований смешанная потеря слуха определялась как средний сенсоневральный компонент, превышающий 25 дБ нПС, в дополнение к костно-воздушному интервалу, превышающему 30 дБ.

Что касается понимания речи в шуме, то все испытуемые продемонстрировали возрастание понимания при использовании Baha. Среднее соотношение сигнал/ шум улучшилось с 3,44 дБ для СА воздушной проводимости до 0,88 дБ для Baha (Рис. 5). Это дает большое и клинически выраженное улучшение понимания речи на 2,56 дБ (соотношение сигнал/шум). Испытуемые получили пользу от дополнительной слышимости, предоставляемой Baha. Все пациенты сообщили, что они предпочитают качество звука Baha тому звуку, который предлагает сверхмощный СА.

Рис. 5. Показатель среднего понимания речи в шуме (соотношение сигнал/шум в дБ) для СА воздушной проводимости и Baha показывает улучшение, которое Baha предоставил данной группе испытуемых. Планки погрешностей показывают стандартное отклонение.

В ряде отчетов об исследованиях СА Baha сравниваются с традиционными СА CROS при односторонней сенсоневральной глухоте. Исследования показывают, что Baha демонстрирует лучшие значения, чем CROS, при понимании речи в шуме, и что шумовая интерференция для Baha меньше, чем для CROS.

Процессор Baha ВР100 фирмы Cochlear создан на основе этих знаний и предоставляет целый ряд важных преимуществ, которые могут принести дополнительную пользу пациенту. Во-первых, данные, полученные с помощью функции ВС Direct, позволяют лучше измерять транскраниальное приглушение, т.е. позволяют улучшить настройку. Во-вторых, частотный ответ Baha сосредоточен в области высоких частот (выше 1000 Гц), чтобы он мог преодолевать эффект тени головы, преимущественно высокочастотный. В-третьих, система подавления шума определяет наличие шумового сигнала и снижает его усиление, чтобы он не мешал слышать чистый речевой сигнал здоровым ухом.

Благодаря применению функций автоматической обработки сигнала и усиления, предписанного с помощью алгоритма Cochlear Baha Prescription, процессор ВР100 предоставляет значительные преимущества, по сравнению с альтернативными методами лечения, при наличии соответствующих показаний для Baha.