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Z Audiol 2023; 62 (1) 11–19 – Hoth |
Leistungsoptimierte Signalverarbeitung in der objektiven Audiometrie
Digitale Werkzeuge für die effiziente Messung und Nutzung von AEP und OAE
Optimized signal processing in objective audiometry
Digital tools for the efficient use of AEP und OAE
Sebastian Hoth, Heidelberg
Gewidmet meinem Mentor Dr. Michael Berg, der mich in die Audiologie eingeführt hat.
Zusammenfassung: Objektive Hörprüfmethoden beruhen auf der Rekonstruktion von verrauschten und mit diversen variablen Störeinflüssen überlagerten Signalen kleiner Amplituden. Die zur Bewältigung dieser Aufgabe etablierten Methoden sind die Selektion und Mittelung von Signalabschnitten. Mit diesen bewährten Instrumenten ist jedoch das heutige Potenzial der digitalen Signalverarbeitung bei Weitem nicht ausgeschöpft. In diesem Artikel wird an bereits beschriebene, aber in Vergessenheit geratene Verfahren erinnert und es werden neue Ansätze vorgestellt, die sich teilweise bereits in der klinischen Anwendung als nützlich erwiesen haben, zum anderen Teil noch auf ihre praktische Erprobung warten. Durch die Umsetzung der beschriebenen Verfahren können Präzision und Zuverlässigkeit der aus den otoakustischen Emissionen (OAE) und den akustisch evozierten Potenzialen (AEP) abgeleiteten diagnostischen Aussagen erheblich gesteigert werden.
Zu den Inhalten dieser Übersicht zählen ein für den AEP-Nachweis optimiertes digitales Frequenzfilter, die Erweiterung der Signalmittelung auf die Polarität des Eingangssignals, die Extraktion von Parametern zur Gewinnung von Maßen für Qualität und Signifikanz und die zeitlich differentielle Korrelationsanalyse. Erstmals beschrieben sind die digitale Superposition mehrerer unabhängiger Messkurven zur besseren Darstellung einzelner Signalkomponenten, die Nutzung der statistischen Verteilung der Amplitude und ein Algorithmus zur Berücksichtigung der Reststörung bei der Schwellenbestimmung.
Stichwörter: objektive Audiometrie, akustisch evozierte Potenziale, otoakustische Emissionen, Signalnachweis, Reststörung, Signalstatistik Abstract: The objective methods of audiometry rely on the registration of noisy signals of low amplitude which are contaminated with interferences of diverse and variable sources. The reconstruction of the target signal is performed by selection and averaging of many signal epochs. Beyond these basic digital tools of signal processing, whose practical value is well-proven, further procedures which have never been established in commercial devices are potentially suitable to further improve the signal quality and the reliability of its detection. They are subject of this paper, as well as several new approaches, some of which have already been proven as useful in clinical practice while others are still awaiting their practical application. By implementation of these procedures, the precision and reliability of the diagnostic conclusions derived from otoacoustic emissions (OAE) and auditory evoked potentials (AEP) can be enhanced substantially.
This review aims to exploit the potential of signal processing to the highest possible extent. Its main topics are a digital filter optimized for the detection of AEP, the extension of averaging to the polarity of the signal, the extraction of parameters qualified as measures for quality and significance, and the time-differential analysis of correlation. Furthermore, the digital superposition of several independent recordings, the use of the amplitude distribution and an algorithm developed to reduce the impact of residual noise on the response threshold are described for the first time. Keywords: objective audiometry, auditory evoked potentials, otoacoustic emissions, response detection, residual noise, signal statistics
Erstveröffentlichung in GMS Z Audiol (Audiol Acoust) 2022; 4:Doc06. DOI: 10.3205/zaud000024
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Z Audiol 2022; 61 (4) 138–146 – Dziemba/Hocke/Müller |
EABR on cochlear implant – measurements from linical routine compared to reference values EABR mit Cochlea-Implantat – Messungen aus der linischen Routine im Vergleich zu Referenzmessungen
Oliver C. Dziemba1, Thomas Hocke2, Alexander Müller3
1Universitätsmedizin Greifswald, Greifswald, Germany, 2Cochlear Deutschland GmbH & Co. KG, Hannover, Germany, 3Vivantes Klinikum im Friedrichshain, Berlin, Germany
Abstract: Measurements of electrically evoked potentials of the auditory system (EAEP) are important cornerstones of objective diagnostics in cochlear implant care. For differential diagnosis, the combined evaluation of electrically evoked compound action potentials (ECAP) and electrically evoked brainstem responses (EABR) can be used. The aim of this case series is to compare measurements from difficult cases to previously published reference values of ECAP and EABR. The reference values for ECAP and EABR were determined using a broadband stimulus on 20 CI patients with normal speech recognition scores. Five cases of EAEP measurements from clinical routine will be presented and discussed in comparison to the reference values. For both ECAP and EABR, reference values of amplitude growth functions, absolute latencies and latency differences were obtained. The following cases are shown in comparison to the reference values: 1. Normal findings; 2. EABR at initial CI fitting; 3. Extended latencies; 4. Objective evaluation before re-implantation; 5. Unexpected insufficient speech perception. Based on the reference values, a comprehensive differential diagnosis of the peripheral auditory system is possible.
Keywords: EABR, electrically evoked brainstem responses, reference values, clinical routine, cochlear implant Zusammenfassung: Messungen der elektrisch evozierten Potentiale des Hörsystems (EAEP) sind wichtige Eckpfeiler der objektiven Diagnostik in der Cochlea-Implantat-Versorgung. Zur Differentialdiagnose kann die kombinierte Auswertung von elektrisch evozierten zusammengesetzten Aktionspotentialen (ECAP) und elektrisch evozierten Hirnstammreaktionen (EABR) verwendet werden. Ziel dieser Fallserie ist es, Messungen aus schwierigen Fällen mit zuvor veröffentlichten Referenzwerten von ECAP und EABR zu vergleichen. Die Referenzwerte für ECAP und EABR wurden mit einem Breitbandstimulus an 20 CI-Patienten mit normalem Sprachverstehen ermittelt. Fünf Fälle von EAEP-Messungen aus der klinischen Routine werden vorgestellt und im Vergleich zu den Referenzwerten diskutiert. Sowohl für ECAP als auch für EABR wurden Referenzwerte von Amplitudenwachstumsfunktionen, absoluten Latenzen und Latenzdifferenzen erhalten. Im Vergleich zu den Referenzwerten sind folgende Fälle dargestellt: 1. Normalbefund; 2. EABR bei anfänglicher CI-Anpassung; 3. Erweiterte Latenzen; 4. Objektive Bewertung vor der Reimplantation; 5. Unerwartete unzureichende Sprachwahrnehmung. Anhand der Referenzwerte ist eine umfassende Differenzialdiagnose des peripheren Gehörs möglich. Stichwörter: EABR, elektrisch evozierte Hirnstammreaktionen, Referenzwerte, klinische Routine, Cochlea-Implantat Online-Erstveröffentlichung in GMS Z Audiol (Audiol Acoust) 2022;4:Doc05. DOI: 10.3205/zaud000023
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Z Audiol 2022; 61 (3) 94–101 – Schwarz/Frenz/Bockelmann/Husstedt |
Untersuchung einer synthetischen Stimme für den Freiburger Einsilbertest Examination of a synthetic voice for the Freiburg Monosyllabic Speech Test
Thomas Schwarz1, Marlitt Frenz1, Alina Bockelmann1, Hendrik Husstedt1
1Deutsches Hörgeräte Institut GmbH
Zusammenfassung: Der Freiburger Sprachtest ist der im deutschsprachigen Raum am häufigsten verwendete Sprachtest. Die Aufnahmen der Testwörter stammen aus dem Jahr 1969 und Sprachverständlichkeitsbezugskurven für Messungen mit dem Freiburger Einsilbertest (FET) in Ruhe sind in der DIN 45621-1 definiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mittels synthetischer Stimme einsilbige Testwörter erzeugt und mit dem originalen Sprachmaterial im Hinblick auf die Sprachverständlichkeit in Ruhe verglichen. Dafür wurde das synthetische Sprachmaterial des FET über ein kommerzielles Text-to-Speech(TTS)-System erzeugt. Die Entwicklung eines Sprachtests mit synthetischer Stimme findet vor dem Hintergrund statt, eine langfristige Lösung für einen um Sprachbestandteile austauschbaren und erweiterbaren Sprachtest zu finden. So ließen sich kosten- und zeitaufwendige Neuaufnahmen vermeiden und es bestände die Möglichkeit einer stetigen Weiterentwicklung des Sprachtests. Auf Grundlage einer Probandenmessung mit 40 normalhörenden Probanden wurden psychometrische Funktionen für den FET mit originalem und synthetischem Testmaterial und Sprachverständlichkeitswerte für die Einzelwörter und Listen ermittelt. Bei der Probandenmessung wurde der FET im Freifeld in Ruhe in einer geeigneten Messkabine durchgeführt. Der Vergleich zwischen ermittelten psychometrischen Funktionen des FET mit originaler und synthetischer Stimme für den gesamten Test zeigt weder im mittleren SRT noch in der mittleren Steigung einen signifikanten Unterschied. Bei der Untersuchung zum Einzelwortverstehen gibt es einzelne Wörter, die durch die Erzeugung vom TTS-System im Vergleich mit den originalen Aufnahmen schlechter von den Probanden verstanden wurden. Beim Anhören dieser Wörter fällt eine durch das Synthesesystem erzeugte Unnatürlichkeit in der Aussprache auf, die auf unterschiedliche Ursachen zurückgeführt werden kann. Für die Zukunft wäre nach den Ergebnissen dieser Studie die Erstellung und Durchführung eines mit synthetischer Stimme erstellten FET mit einer angepassten Synthesestimme sinnvoll möglich.
Stichwörter: Freiburger Einsilbertest, synthetische Stimme, Sprachverständlichkeit, psychometrische Funktion Abstract: The Freiburg Speech Test is a commonly used speech test in German-speaking countries. The test corpus was recorded in 1969 and reference curves for performing the Freiburg monosyllabic speech test (FET) in quiet are defined in DIN 45621-1. In the context of this work, test words generated by a synthetic voice are compared with the original speech material with regard to speech intelligibility in quiet. For this purpose, the synthetic speech material was generated by using a commercial text-to-speech system (TTS). The motivation for using a synthetic voice is that an update or extension of the speech material with the same voice is also possible in future. In addition, this would avoid costly and time-consuming new recordings. On the basis of measurements with 40 normal-hearing subjects, psychometric functions for the FET with the original and synthetic test material and speech intelligibility values for the single words and lists were determined. The test was performed in free field in quiet in an appropriate audiological test room. When comparing the determined psychometric functions of the FET in the original-voice-condition with the FET in the synthetic-voice-condition, there is no significant difference in the mean SRT or the mean slope. Looking at the single-word comprehension, there are isolated words that were understood significantly worse by the test subjects due to the generation of the TTS system compared to the original recordings. When listening to these words in synthetic condition, an unnaturalness in pronunciation is noticeable, which can be attributed to different reasons. The results of this study show, that the creation and use of the FET with a synthetic voice seems to be feasible and reasonable. Keywords: Freiburg monosyllabic speech test, synthetic voice, speech intelligibility, psychometric function Online-Erstveröffentlichung in GMS Z Audiol (Audiol Acoust) 2022;4:Doc04. DOI: 10.3205/zaud000022
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