首页 > 教育 > 师资队伍 > 生物医学工程学院 > 教学系列 > 正文

宫琴

听觉系统的检测、康复和认知工程的研究与产品研发。

E-mail: gongqin@mail.tsinghua.edu.cn

Tel: +86-10-62773014

  • 科研领域及主要成果

  • 代表性论著

  • 学术荣誉与奖励

  • 其他信息

对疑难听觉病症进行精准定位,多个研究项目实现产业转化

宫琴的科研重点是在听觉系统的检测、康复和认知工程的研究。带领团队致力于听觉系统的检测分析、康复工程和认知工程的研究。通过现代信号处理的方法,检测提取听觉系统从听觉外周、听神经到听觉中枢的信号;研究听觉系统处理各种信息的通路和机制;并对疑难听觉病症进行精准定位。

开拓基于SFOAE的听觉灵敏度检测仪,用于对强度阈值灵敏度和频率辨识灵敏度进行客观定量检测。

基于掩蔽和中和抵消声匹配疗法,开拓了集个性化精准检测和针对性康复于一体的便携式耳鸣检测治疗仪,通过国家二类医疗器械检验并进入拟上市阶段。

探究对助听器进行精准验配的听觉系统辅助设备;研发对重度聋和全聋患者唯一能起康复作用的电子耳蜗的调试平台、言语编码策略和前端语音增强算法以提高电子耳蜗佩戴者的言语识别率。探究听觉中枢对不同刺激声及背景噪声下的听觉处理机制,开拓对助听辅具佩戴者(助听器、电子耳蜗)的言语识别率进行客观评估的有效方法。

主要研究和转化成果包括:

1、针对听觉灵敏度客观、定量检测的需要,基于人工智能技术,建立客观听觉检测和预测模型,开拓性地实现对听觉灵敏度的客观、定量精准检测,为听力康复提供了理论和技术支撑。

基于刺激频率耳声发射(简称:SFOAEs)输入输出(简称:I/O)功能曲线,实现对听力阈值进行客观、定量精准检测;基于SFOAEs调谐曲线,实现对听觉系统频率灵敏度的客观、精准检测。

为解决对听觉系统强度灵敏度和频率灵敏度客观定量检测的世界难题,本项目开拓了基于SFOAE的听觉灵敏度检测仪,用于对强度阈值灵敏度和频率辨识灵敏度进行客观定量检测,研究成果分别发表在听觉领域顶级期刊《Trends in Hearing》和《Applied acoustics》上。基于本技术实现的样机获2019年日内瓦国际发明金奖和2017年全国发明金奖。系统样机在多家三甲医院通过临床测试,大幅度降低了病人的检测消费和时间消耗,取得了显著的社会效益。本项目核心技术支持了国内外多家企业的基础研究和产品研发,获得显著经济效益。目前通过清华大学成果处置,已经进入产业化阶段,已经申报国家创新医疗器械。

2. 针对耳鸣的精准检测和个性化康复治疗,开拓了集精准检测和个性化精准康复治疗于一体的便携式耳鸣检测治疗仪。

由于复杂的生理病理机制,耳鸣成为世界性疑难病症,耳鸣发病率高达12-30%,重度耳鸣给患者的日常生活、睡眠质量、记忆力和注意力造成严重影响,重度耳鸣经常有自杀倾向,中国的重度耳鸣高达500万人。目前市面上的耳鸣治疗仪缺少对耳鸣个性化针对性检测,尤其缺乏对高频耳鸣的有效治疗,但高频耳鸣患病率高达55.6%。

针对世界难题,宫琴带领的团队,基于掩蔽和中和抵消声匹配疗法,开拓了集个性化精准检测和针对性康复于一体的便携式耳鸣检测治疗仪,为耳鸣治疗提供了新的有效手段。基于本项目技术的样机获2022年日内瓦国家发明金奖,2020年获得全国发明金奖。目前已经获得国家二类医疗器械生产许可证书,进入市场。

3、针对重度聋和全聋患者精准听力康复的需求,创新智能信号处理算法,攻克了对竞争性语音的自适应降噪技术,搭建了对有声调语言可懂度进行优化的电子耳蜗(简称:CI)调试平台。通过诱发脑电信号,实现对CI佩戴者音高感知能力的客观评价。

目前主要CI产品的言语编码策略都是基于不含声调信息的印欧语系研发的,没有提取和传递有调语言(如:汉语)的声调信息进行,CI佩戴者对声调感知的能力远差于正常听力者;而且在噪声环境下,CI佩戴者言语识别率也急剧下降。另外,对CI佩戴效果的评估还是基于主观行为的评估方法。本项目创新性地研发了基于麦克风阵列的CI调试评估系统。提出基于麦克风阵列的针对竞争性噪声的自适应、实时去噪的CI前端采集调试平台。设计了CI体外、体内调试系统,实现对包含变化声调信息的编码策略进行调试的系统。基于诱发脑电信号,对CI佩戴者的音高感知能力进行客观评估,用客观指标评价CI佩戴者言语康复效果指导新的CI言语编码策略的调试、评估和验证。

本技术成果发表在听觉领域顶级期刊《Hearing research》、《Frontiers in neuroscience》上,被《生命科学仪器》杂志评为特约亮点文章。基于本项目技术实现的样机获2017年北京市发明金奖。获得显著社会效益。

4.针对中重度听力损伤精准康复的需求,通过深度分析临床大数据,采用人工智能学习技术,以最大言语可懂度为优化目标,建立了适合中国人耳道的助听器选配模型及修正参数体系,大幅度提高助听器验配精准度和听力重建的满意度,显著改善听力损伤人群的生活质量。

真耳分析测试对中重度听力损伤的精准康复有重要作用。目前国内尚无相关产品,国外进口设备缺乏对频率分辨的定位检测功能,无法对耳蜗“死区”进行定位和精准检测。本项目针对这一国内外技术空白,开展针对中重度聋的康复的“助听器客观精准验配仪”的关键技术研究。提出以人工智能辅助开展多维分析,以响度均衡化和最大言语可懂度为优化目标,针对有调语言和中国人耳道的非线性验配模型公式,实现最大化言语可懂度和全局响度舒适化,保证病人佩戴助听器舒适的需求。

1.Qin Gong(通讯作者), Yin Liu, Runyi Xu, Dong Liang, Zewen Peng, Honghao Yang. Objective assessment system for hearing prediction based on stimulus-frequency otoacoustic emissions.Trends in hearing,2021,25:1-19.

2.Qin Gong (通讯作者), Yin Liu, Zewen Peng. Estimating hearing thresholds from stimulus-frequency otoacoustic emissions. Trends in hearing.2020,24:1-15.

3. Xiaochen Zhang andQin Gong(通讯作者).Correlation between the frequency difference limen and an index based on principal component analysis of the frequency-following response of normal hearing listeners. Hearing research. 2017, 344: 255-264.

4. Yin Liu, Runyi Xu,Qin Gong(通讯作者).Maximizing the ability of stimulus-frequency otoacoustic emissions to predict hearing status and thresholds using machine learning models. International Journal of Audiology, 2020,1-11.

5. Xiaochen Zhang ,Qin Gong(通讯作者).Frequency-Following Responses to Complex Tones at Different Frequencies Reflect Different Source Configurations. Frontiers in neuroscience 2019,13,130(1-18).

6. Yin Liu, Runyi Xu,Qin Gong(通讯作者).Human auditory-frequency tuning is sensitive to tonal language experience. Journal of Speech Language and Hearing Research. 2020,63 (12): 4277-4288.

7. Dongjia Xing,Qin Gong (通讯作者).A fast algorithm for the measurement of stimulus frequency otoacoustic emission suppression tuning curves. Applied acoustics. 2018, 129:173-180.

8.Qin Gong(通讯作者),Qin Xu,Wensheng Sun.Design and implementation of frequency-following response recording system [J]. International Journal of Audiology,2013,52:824-831.

9. Xiaochen Zhang , Xiaolin Li, Jingjing Chen,Qin Gong(通讯作者).Background suppression and its relation to foreground processing of speech versus non-speech streams. Neuroscience,2018:373:60–71.

10. XiaochenZhang,Qin Gong(通讯作者). Context-dependent Plasticity and Strength of Subcortical Encoding of Musical Sounds Independently Underlie Pitch Discrimination for Music Melodies. Neuroscience 472(2021) 68–89

1、 宫琴、杨宏昊、张翔、许润逸、潘长勇,2022年日内瓦国际发明,金奖《A Music-Based Tinnitus Detection & Therapy Instrument》(2022.3.28)

2、 宫琴、张翔、杨宏昊,第二十四届全国发明展览会,金奖《一种耳鸣治疗仪及其使用方法》(2020年11)

3、 宫琴,第47届日内瓦国际发明奖,金奖《Quantitative Comprehensive Detection Platform for Sensitivity of Auditory System Assessment》(2019年4月)

4、 宫琴、先梦、邢东佳、王瑶,第二十二届全国发明展览暨第二届世界发明创新赛,金奖《听觉系统综合检测平台》(2017年11月)

5、 宫琴、先梦、邢东佳、王瑶,2017年日内瓦国际发明,银奖《Instrument Devaluation De La Selectivite Des Frequences Du Systeme Auditif》(2017年6月)

6、 宫琴、杨宏昊、张翔、许润逸、练慧俊、黄兴、李立凯,第16届北京发明创新大赛,银奖《耳鸣检测和精准康复治疗系统的研发》(2022.5)

7、 宫琴、张骁晨、先梦、王瑶,全国发明创新奖,银奖《基于人工智能的听觉检测康复关键技术及应用》(2020年9月)

8、 宫琴,第二十二届全国发明展览暨第二届世界发明创新赛,银奖《基于麦克风阵列的电子耳蜗调试平台》(2017年11月)

9、 宫琴,第11届北京发明创新大赛,金奖《基于麦克风阵列的电子耳蜗调试平台》(2017年7月)

10、宫琴,第11届北京发明创新大赛,铜奖《便携式听觉系统频率选择特性检测平台》(2017年7月)

11、宫琴,首批国家级一流本科课程《信号与系统》(2020.11)

12、宫琴,2021年清华大学教学成果二等奖《信号与系统”MOOC一流课程的建设》(2021.8)

13、宫琴,清华大学精品课(2020年-2023年)《生物医学工程专业综合训练(1)》(2020.12)

14、宫琴,优秀博士学位论文指导教师,《频率跟随响应(FFR)对音高感知的表征及其神经机制》(2019年7月)优秀博士学位论文指导教师,《基于传声器阵列的电子耳蜗前端语音增强关键技术的研究》(2013年9月)

15、宫琴,北京市优秀论文指导老师,一等奖《基于机器学习的听力阈值研究》(2019年12月)

16、宫琴,北京市优秀论文指导老师,一等奖《耳鸣治疗仪研发》(2020年)

17、宫琴,清华大学教学成果奖,一等奖《“生物医学工程专业综合训练”教学改革和实践平台建设》(2008年7月)

18、宫琴,清华大学教学成果奖,二等奖《研究型“信号与系统”教学改革与实践》(2010年8月)


开设课程

1、 主持主讲《信号与系统,并且上线“学堂在线”和“EDX平台”》,2006---今

2、 主持主讲《电生理基础和实验》,2005-今

3、主持主讲《生物医学声学的工程分析和处理》,2007-今

4、 主持主讲《解锁听觉》,2020-今

5、 主持主讲《医学统计学》, 2009-2011

6、主持主讲《模拟电子技术》, 1994-2002

7、主持主讲《数字电子技术》, 1994-2002

8、主持主讲《电工技术》, 1994-2002

其他社会职务

1、2020.12-今 全国电声学标准化技术委员会 委员

2、2017.11-今 中国医疗保健国际交流促进会听力学分会 常务委员

3、2018.06-今 中国听力医学发展基金会专家指导委员会 常务委员

4、2017-今 中国发明学会 理事

5、2010.03-今 教育部学位与研究生教育发展中心 全国优秀学位论文评审专家

6、2014.03-今 国家食品药品监督总局 审核专家

7、2007.10-今 北京生理学会 理事

8、2008.05-今 国家自然科学基金委 NSFC 评审专家

9、2010.08-今 北京市自然科学基金委 BNSF 评审专家

10、2008.01-今 IEEE Transactions on Biomedical Engineering 审稿人

11、2008.01-今 Medical & Biological Engineering & Computing 审稿人

12、2008.01-今 Hearing Research 审稿人

专利技术

1、宫琴.彭泽文.范毅博, 发明专利《基于耦合腔麦克风的真耳分析测试系统》(202210282292.7),2022.3.23

2、宫琴.丁鸫翔.范毅博,发明专利《一种播放设备频率响应校准方法》(202210069270.2),2022.1.21

3、宫琴.丁鸫翔.范毅博,发明专利《一种基于微信小程序的耳鸣诊疗系统》(202210069238.4),2022.1.21

4、宫琴.许润逸,发明专利《一种刺激频率耳声发射抑制调谐曲线快速检测方法》(202111558063.5),2021.12.17

5、宫琴.丁鸫翔,发明专利《一种多模式耳鸣治疗声生成系统》(202111546196.0),2021.12.17

6、宫琴.丁鸫翔,发明专利《一种基于声疗法的耳鸣检测治疗仪》(202111546183.3),2021.12.17

7、宫琴.丁鸫翔.杨宏昊,发明专利《一种基于掩蔽与音频均衡的耳鸣治疗声生成方法》(202111546100.0),2021.12.17

8、宫琴.丁鸫翔,发明专利《一种基于切迹与音频均衡的耳鸣治疗声生成方法》(202111546126.5),2021.12.17

9、宫琴.梁栋,发明专利《一种面向可变环境的助听器验配系统》(202111556706.2),2021.12.18

10、宫琴.张翔,发明专利《一种可感知交互的耳鸣康复治疗系统》(202111467128.5),2021.12.2

11、宫琴.杨宏昊.范毅博,发明专利《一种实时音频频谱检测设备》(202111046448.3),2021.9.8

12、宫琴.杨宏昊.范毅博,发明专利《一种具备监测功能的多端口供电设备》(202111046444.5),2021.9.8

13、宫琴.范毅博,发明专利《一种用于耳鸣治疗的切迹音乐生成方法》(202110596826.9),2021.5.31

14、宫琴.杨宏昊.范毅博,发明专利《一种耳鸣检测和声治疗设备》(202110563327.X),2021.5.24

15、宫琴,发明专利《一种基于自然声掩蔽的耳鸣治疗声生成方法》(202110525632.X),2021.5.14

16、宫琴,杨宏昊,范毅博,发明专利《基于数字化采集的真耳分析系统》(202110073496.5),2020.12.09

17、宫琴,发明专利《一种智能语音增强的实时电子耳蜗调试系统》(ZL202010024316.X),2020.01.14

18、宫琴,丁鸫翔,潘长勇,宋健,发明专利《一种基于麦克风阵列的智能语音转文字及同声翻译系统》(2020100657165),2020.01.20

19、宫琴,张翔,发明专利《一种耳鸣治疗仪及其使用方法》(202010902855.9),2020.09.01

20、宫琴,杨宏昊,许润逸,彭泽文,李雪,孟翔彬,姜波,发明专利《一种麦克风和扬声器集成系统》(202010911369.3),2020.09.02

21、宫琴,发明专利《基于机器学习的真耳分析测试系统》(202010677580.3),2020.07.14

22、宫琴,发明专利/国际PCT《听力阈值和/或听力状态检测系统及方法》(PCT/CN2020/089962),2020.09.30

23、宫琴,发明专利《一种抑制竞争性噪声的实时语音增强系统及方法》(201910857922.7),2019.09.11

24、宫琴,发明专利《听力阈值和/或听力状态检测系统及方法》(201911405753.X),2019.12.31

25、宫琴,发明专利PCT(国际)《基于刺激频率耳声发射的听觉灵敏度检测系统》(PCT/CN2018/113601),2018.11.02

26、宫琴,发明专利《基于刺激频率耳声发射的听觉灵敏度检测系统》(201810025486.2),2018.01.11

27、宫琴、张骁晨,发明专利《一种基于脑干听觉诱发电位的音高感知能力客观评估方法》(201710665835.2),2017.08.07

28、宫琴、王瑶、先梦、黎婷婷、张硕越,发明专利《一种刺激频率耳声发射调谐曲线检测及校准系统》(ZL201210333260.1),2012.09.10

29、宫琴、黎婷婷、王瑶、刘帅、武远泉、先梦,发明专利《一种复合神经动作电位调谐曲线校准及检测系统》(ZL201210374447.6),2012.09.27

30、宫琴、先梦、王瑶、张硕越、黎婷婷,发明专利《一种纯音测听和心理物理调谐曲线检测系统》(ZL201210308105.4),2012.08.27

31、宫琴、刘京雷、刘托、陈文王、关添,发明专利《一种基于局域网的电子耳蜗调试平台》(ZL201210181332.5),2012.06.04

32、宫琴、陈文王、蒋涛、刘毅,发明专利《一种电子耳蜗调试平台体内系统》(ZL201310318331.5),2013.07.26

33、宫琴、王瑶、孙文生、徐钦、李晓林,发明专利《一种频率跟随响应信号测试系统》(ZL 201210422599.9),2012.10.30

34、宫琴、陈又圣、关添,发明专利《一种电子耳蜗前端指向性语音增强预处理系统》(ZL201010117648.9),2010.03.04

35、宫琴、杜志玥、关添、叶大田,发明专利《一种基于双核处理器的电子耳蜗体外语音处理器》(ZL201010224849.9),2010.07.09

36、宫琴、朱仁骏、陈曦、胡艳茹、孙文生,发明专利《一种听觉系统传输通路的听力指标综合检测平台》(ZL200910235423.0),2009.10.23

37、宫琴、陈曦、刘京雷、叶大田、孙文生,发明专利《一种耳穴检测系统》(ZL200910235424.5),2009.10.23

38、宫琴、陈曦、刘京雷、孙文生,发明专利《一种耳穴伪彩色分布图的计算机实现方法》(ZL200910235475.8),2009.10.26

39、宫琴、叶大田、金慧君、胡艳茹,发明专利《一种便携式全功能耳声发射检测系统》(ZL200910237175.3),2009.11.1