[發(fā)明專(zhuān)利]增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知的耳蝸電極主輔布置、裝置、系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610056261.4
• 申請(qǐng)日: 2016-01-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105596119B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田嵐;陸小珊;何蓉蓉;趙敏;田旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A61F2/18
• 分類(lèi)號(hào): A61F2/18;A61F11/04;A61N1/05;A61N1/36
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人工耳蝸領(lǐng)域，具體涉及增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知耳蝸電極主輔布置、裝置、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

聽(tīng)力補(bǔ)償或重建主要包括助聽(tīng)器選配和人工耳蝸植入。對(duì)雙側(cè)重度或極重度感音神經(jīng)性聽(tīng)力障礙患者，在使用助聽(tīng)器3至6個(gè)月無(wú)明顯效果時(shí)，可考慮人工耳蝸植入手術(shù)重建聽(tīng)力。

人工耳蝸植入裝置是一種模擬人的耳蝸功能的轉(zhuǎn)換器。它將聲音信號(hào)通過(guò)言語(yǔ)處理器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，傳入內(nèi)耳的頻率感應(yīng)位置電極，以微弱的刺激方式(如電、光、熱或機(jī)械壓力等)直接興奮聽(tīng)神經(jīng)，從而產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。人工耳蝸裝置主要分兩大部分：植入部分(包括接收裝置和多導(dǎo)電極)和外接部分(包括聲音采集器、言語(yǔ)處理器、發(fā)射器等)。

根據(jù)聽(tīng)覺(jué)感知原理，聽(tīng)覺(jué)是由外耳收集傳導(dǎo)聲波、中耳放大聲波振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而在內(nèi)耳(即耳蝸)由特定頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系的若干聽(tīng)覺(jué)末端聽(tīng)細(xì)胞(又稱(chēng)毛細(xì)胞)組織在時(shí)間、頻率及強(qiáng)度上轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)聽(tīng)神經(jīng)的興奮信號(hào)，經(jīng)聽(tīng)神經(jīng)發(fā)放、傳導(dǎo)，在腦干聽(tīng)區(qū)整合，形成聽(tīng)覺(jué)感知。人工耳蝸裝置正是該原理的成功應(yīng)用，目前該裝置較好地解決了重建部分聽(tīng)覺(jué)能力，如人類(lèi)語(yǔ)音感知，而對(duì)于欣賞和感知美妙音樂(lè)信息，還存在若干問(wèn)題，有待改進(jìn)。

研究發(fā)現(xiàn)，音樂(lè)信號(hào)的時(shí)、頻分布特性與語(yǔ)音信號(hào)存在較大差異，如圖1a-圖1b所示。對(duì)語(yǔ)音信號(hào)來(lái)說(shuō)，發(fā)音詞響亮部分的區(qū)別特征主要表現(xiàn)為頻域包絡(luò)峰值分布上，即譜包絡(luò)的共振峰中心頻率位置、數(shù)量及強(qiáng)度，通常共振峰數(shù)量較少，主要的不超過(guò)5個(gè)，但各個(gè)共振峰中心頻率位置不確定，每個(gè)共振峰帶寬較寬(相比音樂(lè)的諧波譜峰帶寬)，且其中包含音調(diào)信息；話音中不響亮的清音部分，也主要以較寬的頻譜能量集中區(qū)展現(xiàn)，如圖1a“語(yǔ)音”所示；在時(shí)域上，人說(shuō)話時(shí)聲帶振動(dòng)與否、以及快慢，表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的音調(diào)頻率有無(wú)、以及高低，相比音樂(lè)來(lái)說(shuō)，變化范圍較小，一般不超過(guò)500Hz，但連續(xù)變化，每段有區(qū)別意義的發(fā)音片段時(shí)長(zhǎng)沒(méi)有規(guī)律。總體來(lái)說(shuō)，語(yǔ)音信號(hào)主要特征頻率在對(duì)接末端聽(tīng)神經(jīng)上，對(duì)頻率分辨率要求較低，主要表現(xiàn)在共振峰分布位置，用多少個(gè)頻率分割帶表達(dá)語(yǔ)音段的主要聲音特征是解決話音感知的關(guān)鍵問(wèn)題。目前的人工耳蝸電極數(shù)量一般不超過(guò)22個(gè)，盡管各廠家產(chǎn)品的電極陣列分布在頻率值對(duì)應(yīng)關(guān)系上略有不同，但大致都是依據(jù)臨界帶或頻率掩蔽關(guān)系劃分的，用這樣的電極分布傳遞話音中濁音共振峰和清音信息，其分辨率基本夠用，但若傳遞音樂(lè)聲信息時(shí)，由于音樂(lè)信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)與話音頻譜的不同，很多音樂(lè)音符的基波頻率無(wú)法準(zhǔn)確通過(guò)聽(tīng)神經(jīng)傳導(dǎo)，參見(jiàn)表1給出某種人工耳蝸產(chǎn)品的22個(gè)電極對(duì)應(yīng)頻帶覆蓋與音符基波頻率覆蓋(或跨越)大致對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以目前的人工耳蝸植入者很難欣賞音樂(lè)信息，對(duì)音樂(lè)感知不佳。

表1某人工耳蝸產(chǎn)品電極分布及與音符基波頻率大致對(duì)應(yīng)關(guān)系

對(duì)音樂(lè)聲音來(lái)說(shuō)，其聲音來(lái)自某種樂(lè)器。凡具有旋律表現(xiàn)的樂(lè)器，其聲音高低由音符決定，這里不包括無(wú)旋律表現(xiàn)的打擊樂(lè)器。不同樂(lè)器演奏的同一音符，其信號(hào)頻譜分布是由基本相同的基波和不同幅度分布的其它次諧波聯(lián)合構(gòu)成，整個(gè)頻譜包絡(luò)比較平坦、頻域跨度比語(yǔ)音更寬，通常沒(méi)有語(yǔ)音信號(hào)譜包絡(luò)那樣明顯的多個(gè)共振峰變化，但音樂(lè)信號(hào)諧波數(shù)量較多，依據(jù)音符由低到高，其諧波次數(shù)可達(dá)幾十次到幾次不等，每個(gè)諧波峰帶寬較窄，波峰間隔很有規(guī)律，基本按基波頻率整倍頻分布，如圖1b音樂(lè)信號(hào)譜圖所示。其中音符的基波譜峰最重要，不可錯(cuò)位或缺失，否則，重建音樂(lè)信號(hào)聽(tīng)感知走調(diào)；而音符對(duì)應(yīng)的第2、3、4、5、…等若干高次諧波峰，若缺失個(gè)別諧波，不會(huì)影響音符旋律感知，不會(huì)走調(diào)，但當(dāng)缺失較多高次諧波，音質(zhì)會(huì)有明顯變化；音樂(lè)旋律的音符從低到高，基波頻率變化范圍很大，從幾十赫茲～幾千赫茲，如表2.1中的音符頻率表所示。另外，在時(shí)域上，每個(gè)音符的長(zhǎng)短，即音程，按節(jié)拍是有規(guī)律的變化，可通過(guò)信號(hào)時(shí)間編碼加以控制。因此，對(duì)于人工耳蝸植入者來(lái)說(shuō)，音樂(lè)聲音的感知，與聽(tīng)神經(jīng)對(duì)接的電極分布密度有直接關(guān)系。

目前，人工耳蝸對(duì)音樂(lè)的感知存在兩方面的問(wèn)題：

1、對(duì)音源信號(hào)進(jìn)行外部采集、轉(zhuǎn)換后應(yīng)與耳蝸電極相對(duì)應(yīng)的頻帶相匹配，而該技術(shù)目前存在的問(wèn)題是外部轉(zhuǎn)換的樂(lè)音信號(hào)通過(guò)信號(hào)分析濾波處理后，各頻帶分量在傳遞到耳蝸電極時(shí)，由于目前的電極分布位置無(wú)法對(duì)準(zhǔn)耳蝸感知音樂(lè)的頻區(qū)，使音樂(lè)頻率信息錯(cuò)位或丟失地傳遞，是導(dǎo)致植入者對(duì)音樂(lè)感知失調(diào)或無(wú)法感知的主要原因。

2、在單側(cè)耳蝸中通過(guò)增加足夠的電極數(shù)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)音樂(lè)的感知，雖然在理論上可以實(shí)現(xiàn)(目前已有相關(guān)專(zhuān)利公開(kāi))，但是，限于目前的技術(shù)限制，單側(cè)耳蝸分布過(guò)多的電極將導(dǎo)致工藝上難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容