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环境噪声对孕妇和胎儿健康影响备受关注，但胎儿暴露于环境噪声的研究有限。研究人员开展 “Evaluation of fetal exposure to environmental noise using a computer - generated model” 研究，用计算模型量化胎儿暴露，发现 1kHz 以下声音衰减极小，为制定胎儿噪声安全标准提供依据。
在当今社会，环境问题日益成为人们关注的焦点，其中环境噪声对人类健康的影响不容小觑。对于孕期的妈妈和肚子里的宝宝来说，外界的噪声是否会影响宝宝的健康发育呢？大量研究表明，环境噪声不仅会影响孕妇的身心健康，还可能对胎儿的发育产生深远影响。比如，长期暴露在噪声环境中，孕妇可能出现高血压等健康问题，而胎儿在子宫内的听觉系统正处于发育阶段，外界噪声会不会干扰其正常发育呢？此外，以往研究发现，胎儿在子宫内就开始通过听觉学习形成神经记忆痕迹，这使得了解胎儿的听觉环境变得至关重要。然而，目前关于环境噪声对妊娠、分娩和生殖结局的影响数据十分有限，而且研究胎儿暴露于环境噪声的模型也较为缺乏，这就像在探索胎儿与环境噪声关系的道路上设置了重重障碍。
为了攻克这些难题，来自伦敦大学学院（University College London）、智利天主教大学（Pontificia Universidad Católica de Chile）等多个研究机构的研究人员联合开展了一项研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。他们的研究旨在利用计算模型来量化胎儿暴露于外部声源（包括环境、休闲和职业噪声）的情况，从而深入了解胎儿在子宫内的声学环境。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们获取了 4 位孕妇在特定孕期的磁共振成像（MRI）数据，并利用这些数据生成计算网格，构建了胎儿所处环境的模型。然后，借助基于边界元法（Boundary Element Method，BEM）的开源 Python 库 OptimUS 进行模拟计算。通过这种方式，他们能够预测整个音频范围（20Hz - 20kHz）内，外部声波传入子宫后的声学压力变化情况。
下面我们来详细看看研究结果。
- 解剖数据：研究人员获取了 4 例单胎妊娠的 MRI 数据，涵盖了 25 周 1 天到 37 周 3 天不同孕期阶段。为了模拟子宫内声波传播，他们重点关注了腹部区域的关键组织路径，如子宫、脊柱等，并将子宫简化为羊水（低衰减情况）或肌肉组织（高衰减情况）两种场景进行研究。
- 声学传输在子宫内：通过计算 12th octave 频段（20Hz - 20kHz）的频率响应，研究人员发现，在 20Hz 到 1kHz 之间，子宫内的均方根（RMS）和重心计算中的衰减在入射波幅度的 - 6dB 以内，这表明在这个频率范围内，胎儿几乎无衰减地暴露于外界噪声中。而且，该频率范围涵盖了人类语音频谱（~300 - 3000Hz）以及许多音乐声音的频率，这意味着城市环境和职业噪声中的低频噪声很可能完全传入子宫。此外，研究还发现，在子宫低衰减情况下，3kHz 以上某些频率的传输波幅度可能超过入射波，出现信号放大现象。不同孕期的胎儿，其共振频率也有所不同，如最早孕期（Subject 1 - 25 周 1 天）的数据集在低衰减情况下，共振出现在 7kHz 以上，而最晚孕期（Subject 4 - 37 周 3 天）的数据集，共振出现在 6kHz 以上，即孕期越晚，共振频率相对越低。
- 子宫内声音传输的可视化：研究人员绘制了 5kHz、10kHz 和 20kHz 时子宫内的声压级（SPL）图。从图中可以看出，入射平面波在腹部的空气 / 软组织界面会发生反射，入射波和散射波相互作用产生干涉图案。在 5kHz 以上，模态和驻波模式明显增加，如在 Subject 1 的 10kHz 和 Subject 3 的 5kHz 图中，能观察到子宫内的模态行为，Subject 4 在低衰减情况下的子宫内也出现了干涉图案。
- 子宫内声源的传输：与音频信号的卷积：研究人员生成了包含伦敦地铁列车声、摇滚音乐片段、人群噪声等的参考音景，并根据 Subject 2 和 Subject 3 的子宫重心压力计算结果得到滤波器，将参考音景与该滤波器卷积，从而模拟子宫内声音传输的效果。
在研究结论和讨论部分，研究人员通过基于先进 BEM 公式的计算方法发现，孕妇腹部允许大量频谱内容传入子宫，1kHz 以下的声音衰减极小，这一结果与之前对怀孕绵羊模型的体内研究数据一致。他们展示的详细声学压力图，揭示了胎儿听觉环境的复杂性。不过，该研究也存在一些局限性。在数学模型设计上，只考虑了部分解剖结构，MRI 扫描范围有限，未涵盖整个孕妇腹部；对软组织和骨骼中压缩波的声学衰减系数了解不全面，只能进行假设和外推；研究主要针对压缩波，未考虑剪切波模式转换带来的复杂性；而且只分析了平面波作为入射声场，未考虑胎儿还会接触到的生理声音和母亲声音等。
尽管如此，这项研究依然具有重要意义。它首次开发了一种经过验证的计算模型，能够在高频和高对比度场景下预测声学压力传输，为后续研究奠定了基础。研究结果有望为确定不同孕期胎儿的噪声剂量和暴露安全水平提供科学依据，评估职业噪声、休闲噪声、城市噪声以及医疗诊断干预（如 MRI 扫描）产生的噪声对胎儿发育的影响。未来，通过开展专门的不确定性分析，或许能更精准地评估个体胎儿对特定外部噪声源的风险，为保障胎儿健康发育提供有力支持。
