[發(fā)明專利]一種提高人工耳蝸音高感知能力的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410532335.8
• 申請(qǐng)日: 2014-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN104307100A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟慶林;李霞;鄭能恒;汪天
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): A61N1/36
• 分類號(hào): A61N1/36;A61F11/00
• 代理公司: 深圳市恒申知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44312
• 代理人: 陳健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，尤其涉及一種提高人工耳蝸音高感知能力的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)代人工耳蝸(Cochlear?Implant,CI)采用電流直接刺激聽神經(jīng)的方式來幫助重度以上聽力損失者恢復(fù)部分聽力，其基本原理是彌補(bǔ)這些聽力損失者耳蝸中內(nèi)毛細(xì)胞缺失導(dǎo)致的聲電轉(zhuǎn)換功能喪失。現(xiàn)代CI系統(tǒng)中采用的信號(hào)處理策略的基本框架是連續(xù)間隔采樣策略(Continuous?Interleaved?Sampling?Strategy,CIS)。在CIS策略中，首先將傳聲器采集到的信號(hào)進(jìn)行分頻帶濾波，然后提取每個(gè)帶通濾波器輸出信號(hào)的時(shí)域包絡(luò)，再將時(shí)域包絡(luò)進(jìn)行非線性壓縮，之后用壓縮過的時(shí)域包絡(luò)對(duì)電脈沖串進(jìn)行幅度調(diào)制，最后將調(diào)制結(jié)果(以電流形式)送到不同的電極位置上,其中不同電極上的電脈沖不同時(shí)發(fā)生(即采用間隔刺激模式)。現(xiàn)代CI中的通道數(shù)目(即植入耳蝸內(nèi)的電極陣列上的電極數(shù)目)為12-24個(gè)，可見電極數(shù)遠(yuǎn)少于正常耳蝸中的內(nèi)毛細(xì)胞數(shù)量(約3500個(gè))。然而由于語音信號(hào)中的冗余度很大，安靜環(huán)境下的語音理解對(duì)于頻域信息的精細(xì)程度要求不高，有研究表明三個(gè)通道以上的時(shí)域包絡(luò)就已經(jīng)可以提供安靜環(huán)境下的語意理解。

音高(或音調(diào))是所有聲音的重要感覺因素之一。音高感知能力直接影響著聲調(diào)識(shí)別、語調(diào)判斷、音樂欣賞、聽覺場(chǎng)景分析、聽覺客體識(shí)別等諸多方面的聲音感知能力。音高主要與聲音中的周期性有關(guān)。在純音中周期性主要表現(xiàn)為信號(hào)的頻率，頻率越高對(duì)應(yīng)的音高越高。在復(fù)合音中，周期性主要表現(xiàn)為信號(hào)的基頻(F0)和諧波成分。其中F0通常表現(xiàn)了聲源發(fā)生源頭部位物體的振動(dòng)周期，而諧波成分的相對(duì)大小表現(xiàn)出了聲源對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)的加工情況。在正常聽力外周聽覺神經(jīng)中的對(duì)有諧波成分的復(fù)合音的音高感知機(jī)理包括：(1)低頻可分辨諧波成分在基底膜上的不同位置引起響應(yīng)；(3)上至約5kHz的信號(hào)有可能被聽神經(jīng)利用相位鎖定來檢測(cè)到；(2)多個(gè)高頻不可分辨諧波成分構(gòu)成的時(shí)域周期性被聽神經(jīng)檢測(cè)到，而這種時(shí)域周期性往往能夠反映出基頻信息，典型的例子是“基頻缺失”現(xiàn)象。目前的CI系統(tǒng)已經(jīng)可以使得安靜環(huán)境下的語音交流接近正常聽力者的水平。但是由于CI系統(tǒng)中的頻率分辨率低，且在時(shí)域上僅保留了時(shí)域包絡(luò)信息而丟棄了時(shí)域精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，所以CI產(chǎn)品并不能提供給植入者準(zhǔn)確的音高信息。近年來，在商用CI產(chǎn)品中，試圖改善這一現(xiàn)狀的技術(shù)有虛擬通道、新的電脈沖波形、在低頻通道加入時(shí)域精細(xì)結(jié)構(gòu)信息等。這些方法都是試圖增加頻域精細(xì)結(jié)構(gòu)或時(shí)域精細(xì)結(jié)構(gòu)。

由于音高感知主要取決于聲音中的周期性信息，近十余年來，國內(nèi)外多個(gè)研究組提出了多種在現(xiàn)有的CI時(shí)域包絡(luò)中增強(qiáng)周期性的策略。各自的研究報(bào)告都發(fā)現(xiàn)CI聲調(diào)或音樂音高感知得到了一定程度的增強(qiáng)。這種方法暫時(shí)還沒有在商用人工耳蝸中得到使用。這類方法適合于那些時(shí)域波動(dòng)檢測(cè)能力較強(qiáng)的植入者。然而，對(duì)于那些時(shí)域波動(dòng)檢測(cè)能力較弱的植入者，這種做法的效果可能很有限或者沒有效果。并且，這種方法存在影響其他方面感知能力的可能。

針對(duì)這種現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種基于響度調(diào)整的人工耳蝸音高感知方法。近年來有研究發(fā)現(xiàn)，雖然音高感知主要取決于聲音中的周期性，但是它也是與響度、音色等其他主觀感知量有關(guān)的。尤其是當(dāng)周期性信息較為粗糙或被人為破壞時(shí)，響度的變化可能引起音高感知的變化。例如，在CI植入者或聲碼器仿真聲中，有研究發(fā)現(xiàn)響度的變化趨勢(shì)會(huì)影響音樂旋律、語音語調(diào)、漢語聲調(diào)等識(shí)別率的變化，然而，這些任務(wù)通常被認(rèn)為是“音高”任務(wù)。現(xiàn)有的關(guān)于利用響度調(diào)整來提高音高感知能力方面的技術(shù)皆存在三點(diǎn)明顯的缺點(diǎn)，導(dǎo)致至今尚未在CI系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證：第一，該方法不具有因果性；第二，該方法中采用了線性加權(quán)方式進(jìn)行包絡(luò)調(diào)整，這導(dǎo)致包絡(luò)調(diào)整的動(dòng)態(tài)范圍較小；第三，該方法僅表現(xiàn)了單個(gè)音內(nèi)的音高變化，而忽略了兩個(gè)音之間的音高差別。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種提高人工耳蝸音高感知能力的方法及系統(tǒng)，旨在通過調(diào)整聲音的響度來提高人工耳蝸植入者在音樂旋律、語音語調(diào)、漢語聲調(diào)等方面的音高感知能力。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種提高人工耳蝸音高感知能力的方法，包括下述步驟:

基頻(F0)處理步驟：實(shí)時(shí)提取采集到的有諧波成分的聲音信號(hào)中的基頻(F0)，根據(jù)提取的基頻(F0)生成增益函數(shù)G(F0)；

響度調(diào)整步驟：在對(duì)所采集的聲音信號(hào)進(jìn)行連續(xù)間隔采樣過程之前或過程之中，利用增益函數(shù)G(F0)對(duì)采集的時(shí)域聲信號(hào)進(jìn)行響度調(diào)整。

進(jìn)一步地，所述增益函數(shù)為：