August 15, 2014

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[專業涵養]可接受噪音值 ANL 用於助聽器及人工電子耳效益預估與效益驗證

先前討論到《SSQ》量表時,提到吳毓祥博士還帶出一個有趣的評量驗證方式:測量可接受噪音值(Acceptable Noise Level,ANL)。ANL 的發展歷史比起《SSQ》更久,也較廣為人知,從 1991 年由 Nabelek、Tucker、Letowski 等三位學者提出至今已經二十多年,許許多多學者針對 ANL 或利用 ANL 做過各式各樣的研究,國內自 2008 年至 2011 年間也有好幾篇 ANL 的研究及學位論文發表。AudiologyOnline 的 Melinda C. Freyaldenhoven 先後在 2007 年及 2012 年撰文回顧跟 ANL 有關的研究與臨床運用情況(請參見〈Acceptable Noise Level (ANL): Research and Current Application〉及〈Acceptable Noise Level - Update 2012〉),本文即耙梳吳博士在研討會講述之內容、其近期對 ANL 的研究,及前述所列文獻後所得之摘要等,提出討論。

ANL 是一種在實驗室或聽力室內進行的定量測試,測量受測者在聆聽語音的同時,所能夠「接受」的最小訊噪比。施測時,語音跟噪音都經由同一個聲場喇叭輸出,位置為受測者正前方(0°)水平與耳同高處距離 1.0 公尺(有些文獻提出用 1.5 公尺,但是主流的聲場設備都是依照 1.0 公尺作為校正依據,所以應該按照校正距離施測為宜)。大略的施測步驟如下:

  1. 播放語音,找到 MCL
    1. 逐漸加大音量,請受測者覺得太大聲的時候以手勢知會停止
    2. 逐漸減小音量,請受測者覺得差不多聽不到的時候以手勢知會停止
    3. 以 5 dB 步幅逼近 MCL,MCL 為受測者覺得正好最舒適的語音音量,請受測者用手勢表示音量是否需加減
    4. 以 2 dB 步幅求 MCL
  2. 語音固定至 MCL,開始給噪音求 BNL(Maximal Background Noise Level)
    1. 逐漸加大噪音音量,請受測者覺得太大聲「無法忍受」時以手勢知會停止
    2. 逐漸減小音量,請受測者覺得聽不到噪音的時候以手勢知會停止
    3. 以 5 dB 步幅逼近 BNL,BNL 為受測者覺得「可以接受」(不是「可以忍受」)的最大噪音音量,請受測者用手勢表示音量是否需加減
    4. 以 2 dB 步幅求 BNL
  3. ANL 即 MCL 與 BNL 的能量比值,計算公式為:
    ANL(單位為 dB)= MCL(單位為 dB HL)– BNL(單位為 dB HL)

ANL 的數值越小表示越好(受測者可以接受的噪音相比於語音越大聲),數值越大表示越不好(受測者可以接受的噪音相比於語音越小聲);在多年來的各項研究中,發現 ANL 在正常聽力族群跟聽損族群當中都以常態分布呈現,而且相當固定,相隔幾週或相隔幾個月再次測試的重現性很高,在受測者年齡、受測者性別、受測者聽損程度(排除神經型及中樞型聽損)、受測者在噪音中的語音區辨能力、語音錄製者性別、語音內容難度、受測者主要使用語言、語音內容語言、配戴助聽器(僅線性擴音)前後、單雙耳配戴助聽器(僅線性擴音)等變項內都沒有顯著差異,噪音類型造成的差異很小。相關研究進一步指出,ADHDADD 患者在服用其治療藥物後,ANL 數值顯著變小;比較 ANL 數值小與 ANL 數值大的兩群受測者的電生理檢查結果則發現,兩個群體間的 ABR 第 I 波及第 III 波絕對潛時無顯著差異,但 ANL 數值大的群體,其 ABR 第 V 波絕對潛時、MLR Na─Pa 波間潛時、LLR P1─N1 及 N1─P2 波間潛時均較顯著較長。

綜合上述研究結果,學者傾向於認為:

  • ANL 是一種中樞能力的表現,跟周邊聽覺較無關連。
  • ANL 是一種每個人與生俱來的特質,了解每個個案在此特質方面的差異,有助於規劃介入模式與策略。
  • ANL 的施測不需要嚴格校正過的儀器與材料,儀器的誤差會因為 MCL 與 BNL 的相減而消除,材料間的差異則經研究證實無顯著差異。

2006 年 Nabelek 及 2007 年 Freyaldenhoven 的研究指出,以裸耳施測 ANL 的結果推論個案是否日後願意全時配戴助聽器,可達 85% 準確率。儘管有些學者質疑光靠「與個案的互動印象」瞎猜也可以有六、七成的準確率,但畢竟 ANL 施測迅速容易,又可以得到客觀數值,仍然是臨床人員趨之若鶩的工具,前述結論遂成為接下來近十年間相關後續研究的重要根基。回歸到先前提到吳博士提出的四種不同效益驗證目的,第一類驗證目的的後續研究係以 ANL 預估個案選配輔具後的預期成效;第三類驗證目的的後續研究係利用ANL施測步驟,試圖改變輔具將環境聲音處理後傳至耳膜前的階段,藉此改變 ANL 的施測結果數值,我在此暫時「發明」兩個新名詞來解釋後者:「AENL(Acceptable External Noise Level)」為透過外部儀器數值測得的 ANL,「ARENL(Acceptable Real-Ear Noise Level)」係想像用 REM 真耳測試之探管麥克風技術實際在受測者耳膜前方量取得到的 ANL,正常未使用輔具時 ANL = AENLARENL,但是戴上輔具後 AENL ≠ ARENL,這就是有趣的地方了。

註:有些研究為了區分配戴助聽器前後測得的 ANL,採用 UANL(Unaided Acceptable Noise Level,意義上就是我所謂的 ARENL)跟 AANL(Aided Acceptable Noise Level,意義上就是我所謂的 AENL)這樣的說法。

這個意思是說,即使外部環境的訊噪比固定,如果輔具有辦法藉由種種科技來提高處理後的訊噪比,就可以改善個案對噪音音量的接受程度。吳博士在 2013 年與 Elizabeth Stangl 合作發表的《The Effect Hearing Aid Signal-Processing Schemes on Acceptable Noise Levels: Perception and Prediction》研究正利用ANL獲得了相當有趣的結果;他們發現現代的數位助聽器因為採用 WDRC 壓縮技術,反而會增加到達耳膜前的噪音音量使訊噪比降低,所幸數位助聽器的 DNR 數位噪音消除技術跟 DIR 方向性麥克風技術(後者只有在適當的情況下)能夠提昇到達耳膜前的訊噪比,WDRC 可劣化 AANL(使數值升高)的幅度與 DNR 可改善 AANL(使數值降低)的幅度相近,所以整體來說助聽器不同配置的 AANL 由優至劣(數值由小到大)排列如下:

  1. 線性擴音搭配 DNR 數位噪音消除
  2. 線性擴音
  3. WDRC 壓縮搭配 DNR 數位噪音消除
  4. WDRC 壓縮

以往我們在為個案選配 WDRC 等各種壓縮技術時,雖然概念上會知道這是「為了可聽音量動態範圍,稍微犧牲聲音的自然程度」,但是我們很難知道這樣的犧牲到底會帶來多大的影響,只能向個案衛教說「這是不一樣的聲音,你的大腦需要幾個月的時間重新學習、適應」。這篇研究的結論則把這樣的「犧牲」量化呈現出來,同時也解答了為什麼臨床上好像有許多個案,對於線性擴音助聽器的接受度優於數位壓縮助聽器──不只是聲音聽起來跟以前不一樣而已,AANL 也跟 UANL 不一樣!換句話說,一旦運用數位壓縮技術,就一定要搭配其他的數位降噪技術,否則個案的配戴意願只會降低不會增加。這樣的研究結論對於臨床聽力師來說非常受用。

Kim 及 Bryan 在 2011 年針對雙耳不同助聽器功能配置的變化進行 ANL 相關研究,結果發現在「合適的情境中」,雙耳啟用 DIR 方向麥克風功能的 AANL 最佳(數值最低),單耳啟用 DIR 方向麥克風功能的 AANL 次佳,都優於雙耳均停用 DIR 方向麥克風功能;可是一旦到了「不合適」的情境中,雙耳啟用 DIR 方向麥克風功能的情況反而會造成使用者聆聽最為吃力。換句話說,DIR 方向麥克風功能仰賴助聽器配戴者自己根據不同情境加以切換操作;這兩位學者提出,對於無法或不願意自行切換麥克風模式的助聽器使用者來說,不妨考慮一耳固定配置為全方向性麥克風模式,另一耳固定配置為方向性麥克風模式,整體來說很可能可以獲得更好的成效。現今的助聽器廠商也有在開發自動切換麥克風模式的功能,但反應時間畢竟還不夠理想,Kim 及 Bryan 的建議相當有趣也仍值得參考。

除了運用助聽器科技改變 AENL(AANL)的手法外,有沒有辦法直接改變單獨個案的 ANL(UANL)呢?前面提及學者傾向於認為 ANL 跟中樞能力有關,Nabelek 於 2004 年至 2005 年間提出猜想,指出除了以助聽器科技改變 AENL(AANL)外,藥物介入或 TRT 耳鳴減敏感治療等復健可能有機會改善 ANL,於是 2011 年張玉菁在其碩士論文《耳鳴減敏治療對耳鳴患者可接受噪音值之影響》著手進行 TRT 與 ANL 之研究,在介入前後分別施以 THI《耳鳴障礙量表》中文版及 ANL 測量,以 THI 的結果作為介入成效的判定基準,比較 ANL 的變化與 THI 得分變化間的關聯性。THI 量表共有三個子量表:功能、情緒、災厄,張玉菁發現其中「功能」子量表的改變與 ANL 的變化量呈顯著正相關,驗證 ANL 這項個人特質與個案聽覺功能息息相關的論點;然而張玉菁的研究結果表示 TRT 介入後的 THI 得分顯著變好,表示介入成功,但介入前後的 ANL 無顯著改變。我對於這個結論的想法是,耳鳴其實是個很多面向的問題,除了對聲音的處理,還有許多關於情緒的部份,耳鳴治療的介入往往不能讓耳鳴聲消失,但是可以幫助個案不再為耳鳴聲所擾;也因此雖然 TRT 介入後沒有辦法有效改變個案的 ANL,但對其耳鳴障礙程度卻有改善。

ANL 可用於研究耳鳴、助聽器,當然也有學者把腦筋動到人工電子耳上。張淑儀在其碩士論文《以可接受噪音值探討人工電子耳植入者其接收性溝通之能力》中回顧 Plyler 等人及 Donaldson 等人分別於 2008 年及 2009 年的研究,指出 ANL 可用來預測人工電子耳植入成人個案對人工電子耳的滿意程度,且正常聽力(聽常)族群及人工電子耳植入(CI,Cochlear Implemented)族群的 ANL 無顯著差異。可是接下來張淑儀的論文內容就有許多可議之處。

首先從結論回頭看,張淑儀的研究指出聽常族群與 CI 族群的 ANL 分布範圍都在 18 dB 間,但是前者的平均 ANL 比後者劣(數值大)約 4 dB 已達顯著差異,與前述 Plyler 等人及 Donaldson 等人的研究結果不同;張淑儀認為這樣的不同來自其研究對象多為習語前失聰,自幼聽神經即接受人工電子耳電極刺激,故中樞聽覺系統發展型態與習語後失聰 CI 成人個案不同。我認為除了這方面的原因尚待釐清外,還有一個可能值得探討的部分,是張淑儀有看到卻未足夠重視的:前述學者的研究對象包含各種不同廠牌人工電子耳及不同語言處理策略,張淑儀的研究對象則均使用 Cochlear 廠牌的人工電子耳,且語言處理策略都是 ACE(Advanced Combinational Encorder)。ACE 語言處理策略又稱為「n-of-m」語言處理策略,係以每秒 800 至 1600 次脈衝的高刺激速率,從 m(通常是 22)個頻帶中取振幅最大的 n(通常是 8 到12)個,在對應的植入電極放電刺激;這種語言處理策略非常強調語音尤其是高頻部分的細節,但是就跟前述助聽器的 WDRC 壓縮技術一樣,如果沒有搭配對應的噪音消除科技,尤其是在背景噪音頻譜近似語音的情況下,很容易會產生額外的噪音,降低訊噪比,使 AENL 變差(數值變大)。亦即 ACE 語言處理策略儘管可以幫助多數個案在安靜環境下大幅提高語音清晰度,但對於可接受噪音音量方面卻可能帶來負面影響,這是很可以再深入探究的方向。

Johnson、Ricketts、Hornsby 等三位學者在 2009 年針對助聽器與 AANL 發表了一篇研究結果,這三位學者發現助聽器若設置成擴展高頻部分的處理頻寬(此種助聽器設置的原始企圖是增加語音清晰度),結果反而會劣化 AANL(使數值增大);他們建議在 6000 Hz 以上頻率範圍的助聽器處理頻寬需謹慎擴大,以免造成反效果。人工電子耳的語音處理策略向來被認為跟助聽器相比在高頻率範圍的增益更明顯,因此 Johnson 等人的這項研究結論很值得拿來一起參考比較。Johnson 等人的這篇研究同時還指出,對於迴響時間短而聽起來很像語音的背景噪音類型,最容易造成 AANL 變差(數值變大)。

回到張淑儀的論文,其研究動機稱「希望藉由 ANL 較節省時間、操作方便之特性,來評估人工電子耳植入者在噪音環境中語音接收能力」,這個動機本身可議,因為前述早有學者研究指出 ANL 與噪音中的語音聽辨能力無顯著相關;然而在讀到此節時,必須要明白張淑儀在此所稱之 ANL 其實是植入人工電子耳後的 AANL,並非前述學者研究的 UANL,這就有所不同了。進行文獻比較時如果把 AANL 跟 UANL 混為一談,很容易得出奇怪的結果,請留意。總之,在張淑儀的研究結果中指出,[A]ANL與 SPIN《噪音背景聽辨語音測驗》得分無顯著相關性,但是細看其研究資料,我發現其中有個起人疑竇處,且看其論文圖 4-4〈[A]ANL數值與 SPIN 分數之線性迴歸圖〉如下:

雖然論文中沒有提供詳細的原始數據,但是從迴歸圖裡可以發現疑似有一名個案 [A]ANL 達 -6 dB 但 SPIN 接近 0 分,另有一名個案 [A]ANL 達 12 dB 但 SPIN 得分幾乎是所有受試者之冠,這兩名個案的互動策略跟受測作答行為都很有問題,可是張淑儀沒有先剔除再進行統計分析,也沒有探討說明不予剔除的原因考量;如果剔除這兩個極端個案,是否會得到 [A]ANL 與 SPIN 呈現很漂亮的負相關(因為 [A]ANL 越大越差,SPIN 越高分越佳)結果呢?論文此處感覺跟一個漂亮的結論擦身而過,相當可惜。

這兩名極端個案也影響到張淑儀論文的其他部分。該篇論文的最後一項結論指出「人工電子耳植入者其 [A]ANL 數值與人工電子耳效益量表無顯著相關性」,再來看看其論文圖 4-5〈[A]ANL 數值與人工電子耳效益量表第一部分及第二部分分數之線性迴歸圖〉如下:

若從此迴歸圖中一樣剔除兩名極端個案(很好認,因為 [A]ANL為 -6 dB 及 12 dB 的個案就是那兩位),《人工電子耳效益量表》第一部分(詳見該篇論文附錄六,為〈人工電子耳提供多少幫助〉子量表)與 [A]ANL 仍無顯著相關,但第二部分(〈人工電子耳是否音量太大而造成不舒適〉子量表)是否也可能可以得到漂亮的負相關結果(《人工電子耳效益量表》原始得分要先換算成百分比分數,百分比分數越高表示越佳,即越不會造成不舒適;[A]ANL 則是數值越大越差)呢?此篇論文再次受到極端個案影響,與漂亮結論失之交臂,令人惋惜。

花了很多篇幅討論張淑儀的論文,因為我覺得這篇論文是國內少數探討 ANL 與人工電子耳介入的研究,本應具有相當重要的地位,可惜在統計分析上略欠完善,解讀此篇論文結論時必須要多加思考,不宜直接援用其結論。

黃啟原、杜宗陽、李宗伊、鄭秀蓮等四位學者於 2008 年在台灣耳鼻喉科醫學會發表《建立國語版之可接受噪音值材料與步驟—初步測驗報告》壁報論文,並於 2009 年在中華民國聽語學會大會上發表口頭報告,因此國內多篇 ANL 相關論文幾乎都採用黃啟原等人提出之施測材料進行研究,包括許致偉於 2010 年發表的碩士論文《可接受噪音值與助聽器成效之關係》,該篇論文建議以 UANL 5 dB 作為預測未來是否會全時配戴助聽器,其準確率可達 85%。Levy、Peck、Balachandran 等三位學者在 2011 年的研究中,初步研究聽覺過敏者的 ANL,發現這類族群的 ANL 平均約為 6 dB,劣於(數值高於)聽常族群的 1.1 dB;這個研究結果巧妙地與許致偉的論文建議吻合,未來如有學者有興趣多做ANL預估全時配戴助聽器的研究,不妨把聽覺過敏的情況納入考慮。

有一些國內研究仍採用英文的 ANL 施測語料,如吳若琪在 2009 年發表的碩士論文《可接受噪音值與助聽器滿意度關係之探討》,該篇論文的結論也饒富趣味,指出 UANL 與配戴助聽器的滿意度有顯著負相關,配戴助聽器的滿意度與未來購買助聽器的意願有顯著正相關,但是 UANL 與未來購買助聽器的意願卻無顯著相關,我猜想大概是經濟因素仍然相當主導著購買決策吧。臨床上施測 ANL 其實不論用哪一種語言的語料都沒有顯著影響,真正重要的反而是在指導語的部份一定要很小心。吳博士在其參與的《The equivalence of acceptable noise level (ANL) with English, Mandarin, and non-semantic speech: A study across the U.S. and Taiwan》論文中表示,光是把指導語中的「可忍受的噪音」修改為「可接受的噪音」,造成 ANL 量測結果差距可達約 8 dB 之譜!不當的施測指導語,會把 ANL 中的 BNL 量成 UCL 不適音量,不可不慎!如果自行研究得到的族群 ANL 與其他學者的研究得到不一致結果,一定要先回頭確認沒有因為指導語帶來差異。前述張淑儀的論文結論分析中也有提到其受測者主要為習語前失聰植入人工電子耳,這些個案的語言能力是否會對指導語的理解有所出入,造成 [A]ANL 測量結果的不同呢?其實這部份也應該多做探討。

最後再來提一下,Freyaldenhoven、Nabelek、Tampas 等三位學者在 2008 年進一步進行不同 ANL 語音音量施測的研究,在這三位學者的研究中發現採用 65 dB HL 的固定語音音量,跟原本採用 MCL 的語音音量(這三位學者稱採用 MCL 的為「傳統 ANL」)在預估價值上最為相當,因此建議可以考慮在臨床環境中固定以 65 dB HL的語音音量施測 ANL,縮短施測耗時。我對這樣的結論抱持懷疑的態度,畢竟若平均聽損劣於 65 dB HL 的個案,還用 65 dB HL 作為施測音量,顯然很不合理吧?這一點也是臨床應用及後續研究應該要留意的。

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