[發(fā)明專利]基于聲電壓縮的動(dòng)態(tài)峰值人工耳蝸信號(hào)處理方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310245664.X
• 申請(qǐng)日: 2013-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103340719A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 平利川;傅前杰;陳洪斌;王松;李曉波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州諾爾康神經(jīng)電子科技有限公司
• 主分類號(hào): A61F11/04
• 分類號(hào): A61F11/04;A61F2/18
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 李弘;李翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及神經(jīng)刺激領(lǐng)域，特別是指一種基于聲電壓縮的動(dòng)態(tài)峰值人工耳蝸信號(hào)處理方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

人的耳蝸毛細(xì)胞是接收聲音的感覺(jué)細(xì)胞。當(dāng)耳蝸毛細(xì)胞損傷嚴(yán)重時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的聽(tīng)力損傷。人工耳蝸就是替代已損傷毛細(xì)胞，通過(guò)電刺激聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)重新獲得聲音信號(hào)的一種電子裝置。它通常由一個(gè)體外裝置和一個(gè)可植入的體內(nèi)裝置組成。體外裝置稱為言語(yǔ)處理器，體內(nèi)裝置稱為植入體。人工耳蝸植入體通過(guò)手術(shù)埋在病人的耳后皮下部位，植入體中的電極陣列在手術(shù)中被插入到病人耳蝸的鼓階內(nèi)，與病人的聽(tīng)神經(jīng)相作用。圖1給出典型的現(xiàn)代人工耳蝸結(jié)構(gòu)示意圖。

言語(yǔ)處理器主要功能是通過(guò)麥克風(fēng)拾取聲信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理單元器對(duì)聲信號(hào)進(jìn)行處理和編碼后，由傳輸線圈以無(wú)線的方式將刺激所需的信號(hào)發(fā)射到體內(nèi)植入裝置。植入體由接收線圈、刺激器和電極陣列組成。植入體接收來(lái)自言語(yǔ)處理器的刺激編碼信號(hào)和各種控制信號(hào)，同時(shí)產(chǎn)生電源供刺激器的電路工作。在信號(hào)解碼的過(guò)程中，植入體芯片的數(shù)字邏輯部分對(duì)解碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和確認(rèn)，保證各項(xiàng)刺激參數(shù)都在正常和安全的范圍之內(nèi)。解碼成功后，植入體內(nèi)的刺激生成電路根據(jù)指定的幅度、脈沖寬度和刺激率生成雙向的電刺激脈沖，并發(fā)送到指定的電極通道上。除了前向的刺激之外，植入體將芯片的各種狀態(tài)信息和電極采集的生理信號(hào)通過(guò)傳輸線圈回傳給體外的言語(yǔ)處理器供系統(tǒng)分析和處理。

對(duì)于正常聽(tīng)力者而言，聲音的響度承受范圍是120dB，而對(duì)于人工耳蝸植入者，電刺激的動(dòng)態(tài)范圍僅有10-20dB左右，取決于使用者電刺激閾值（T值）和舒適閾值（C值）。設(shè)計(jì)人工耳蝸言語(yǔ)處理器的一個(gè)重要指標(biāo)是聲信號(hào)的輸入動(dòng)態(tài)范圍，這決定了將多少動(dòng)態(tài)范圍的聲信號(hào)壓縮映射至使用者的T值和C值之間。現(xiàn)代人工耳蝸一般將輸入動(dòng)態(tài)范圍限定在40-70dB，可以根據(jù)植入者的個(gè)人情況或信號(hào)處理策略的不同而調(diào)整。

通常情況下，針對(duì)每一幀信號(hào)（4ms），人工耳蝸的體外部分需要向植入體發(fā)送相應(yīng)的刺激信息，包括刺激幅度、脈沖寬度、刺激速率等；另外，鑒于植入體本身并沒(méi)有電源，為了維持體內(nèi)部分的正常工作，還需要向體內(nèi)傳送一定的能量，假設(shè)每一幀聲音有M個(gè)電極產(chǎn)生刺激，體外向體內(nèi)發(fā)送的信息與能量如圖2所示。人工耳蝸的功耗主要來(lái)源于此。

當(dāng)外界的聲音輸入沒(méi)有達(dá)到人工耳蝸的動(dòng)態(tài)范圍下限時(shí)，言語(yǔ)處理器一般給出一個(gè)比較小的刺激（通常不超過(guò)T值），僅為了維持體內(nèi)外的連接。此時(shí)雖然植入者并無(wú)聲音的感知，但能量損耗依然與正常聽(tīng)音情況差別不大。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于聲電壓縮的動(dòng)態(tài)峰值人工耳蝸信號(hào)處理方法和系統(tǒng)，能夠降低人工耳蝸的能量損耗。

基于上述目的本發(fā)明提供的基于聲電壓縮的動(dòng)態(tài)峰值人工耳蝸信號(hào)處理方法，包括以下步驟：

對(duì)傳送的聲信號(hào)進(jìn)行分頻處理，把信號(hào)分解為A個(gè)頻段；

根據(jù)可用電極的數(shù)目N，將A個(gè)頻段合并為N個(gè)通道，同時(shí)保存每個(gè)通道的包絡(luò)能量；

根據(jù)每個(gè)通道的包絡(luò)能量的大小，對(duì)N個(gè)通道進(jìn)行排序，選擇能量最大的M個(gè)通道，其中M小于N；

對(duì)M個(gè)通道的每個(gè)通道的包絡(luò)能量進(jìn)行聲-電刺激壓縮，確定M個(gè)通道中需要刺激的通道并傳送該刺激通道的刺激信息和能量。

可選地，在進(jìn)行聲信號(hào)的分頻處理之前，先通過(guò)自動(dòng)增益控制的采樣模塊，準(zhǔn)確無(wú)失真采集30-100dB動(dòng)態(tài)范圍的聲信號(hào)。

進(jìn)一步地，利用數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP）對(duì)采集到的聲信號(hào)進(jìn)行分頻處理。

可選地，利用Greenwood公式將A個(gè)頻段合并為N個(gè)通道，同時(shí)保存每個(gè)通道的包絡(luò)能量。

可選地，對(duì)M個(gè)通道的每個(gè)通道的包絡(luò)能量進(jìn)行聲-電刺激壓縮是在M個(gè)通道中，將第i個(gè)通道的能量設(shè)為A_i，按如下方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換為電流幅度E_i或者記為不刺激通道：

則A_i<Amin時(shí)，E_i=0，記為不刺激通道；

則Amin<A_i<Amax時(shí)，E_i=Emin+(Emax-Emin)*k；

則A_i>Amax時(shí)，E_i=Emax；

其中，k=[(A-Amin)/(Amax-Amin)]^p；

p的取值范圍為0.2-0.5；Emin和Emax分別對(duì)應(yīng)于植入者電極的電刺激感知閾值和舒適閾值的參數(shù)；Amin和Amax分別對(duì)應(yīng)于調(diào)整單元傳送的聲信號(hào)的最大能量和最小能量；[Amin–Amax]為通道的聲信號(hào)幅度輸入范圍。