作為固有振蕩的倍數(shù)的聽覺假體刺激速度的制作方法
【專利說明】
[00011 本申請要求2013年8月19日提交的美國臨時專利申請61/867,200和2014年6月3日 提交的美國臨時專利申請62/006，946的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)植入體，并且更具體地涉及在耳蝸植入體系統(tǒng)和其它可植入聽覺 假體中的電刺激技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0003] 正常的人耳如圖1所示的那樣通過外耳101將聲音傳輸?shù)揭苿又卸?03的骨骼的鼓 膜102,振動卵圓窗和耳蝸104的圓窗開口。耳蝸104是一個狹長的、其軸被螺旋纏繞大約兩 匝半的管。它包括通過耳蝸管相連的被稱為前庭階的上通道和被稱為鼓階的下通道。耳蝸 104與被稱為耳蝸軸的中心一起形成直立的螺旋圓錐，聲學(xué)神經(jīng)113的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞位于 耳蝸軸上。響應(yīng)于接收的由中耳103傳輸?shù)穆曇?，流體填充的耳蝸104用作換能器，以生成傳 輸?shù)蕉伾窠?jīng)113并最終到大腦的電脈沖。
[0004] 當(dāng)沿著耳蝸104的神經(jīng)基質(zhì)將外部聲音轉(zhuǎn)換為有意義的動作電位的能力出現(xiàn)問題 時，聽力被損傷。為了改善損傷的聽力，已經(jīng)發(fā)展出聽覺假體。例如，當(dāng)損傷是涉及中耳103 的操作時，可以使用傳統(tǒng)的助聽器以放大聲音的形式向聽覺系統(tǒng)提供聲學(xué)-機(jī)械刺激?；蛘?當(dāng)損傷是與耳蝸104相關(guān)時，具有植入電極的耳蝸植入體能夠以沿電極分布的多個電極觸 點遞送的小電流來電刺激聽覺神經(jīng)組織。盡管下面的討論針對耳蝸植入體，但是當(dāng)刺激電 極被植入到其他解剖結(jié)構(gòu)中時更好地服務(wù)于一些聽力損傷的個人。因此，聽覺假體系統(tǒng)包 括腦干植入體、中腦植入體等，每種都在聽力系統(tǒng)中刺激特定的聽覺目標(biāo)。
[0005] 圖1還示出了典型的耳蝸植入體系統(tǒng)的一些組件，其中外部麥克風(fēng)提供了輸入到 在其中能夠執(zhí)行各種信號處理方案的外部信號處理器111的音頻信號。例如，在耳蝸植入體 的領(lǐng)域眾所周知的信號處理方法包括連續(xù)交錯采樣(CIS)數(shù)字信號處理、信道特定采樣序 列（CSSS)數(shù)字信號處理（如在美國專利號6,348，070中所描述，通過引入并入本文）、譜峰 (SPEAK)數(shù)字信號處理、精細(xì)結(jié)構(gòu)處理(FSP)和壓縮模擬(CA)信號處理。
[0006] 然后所處理的信號被轉(zhuǎn)換為用于通過外部傳輸線圈107傳送到植入體108的數(shù)字 數(shù)據(jù)格式。除了接收處理后的音頻信息，植入體108還執(zhí)行附加的信號處理，例如糾錯、脈沖 形成等，并產(chǎn)生一個通過電極導(dǎo)線109發(fā)送到植入電極陣列110的刺激模式(基于提取的音 頻信息）。典型地，這個電極陣列110包括在其表面上的提供了耳蝸104的選擇性刺激的多個 電極觸點112。
[0007] 圖2示出了典型的使用CIS刺激策略的CI信號處理系統(tǒng)中的各種功能塊。聲音預(yù)處 理器201包括從麥克風(fēng)接收音頻信號并且衰減音頻信號中低于大約1.2kHz的強(qiáng)頻率分量的 預(yù)加重濾波器203。聲音預(yù)處理器201還包括將來自預(yù)加重濾波器203的音頻信號分解為多 個譜帶的多個帶通濾波器(BPF)204。聲音處理器202包括例如通過全波整流和低通濾波提 取譜帶信號的緩變包絡(luò)的包絡(luò)檢測器205。聲音處理器202還包括執(zhí)行包絡(luò)的壓縮以適應(yīng)病 人的感知特性的非線性(例如，對數(shù)的）映射模塊206,并且然后由調(diào)制器207將壓縮的包絡(luò) 信號與載波波形相乘，以產(chǎn)生以非重疊雙相輸出脈沖為特定形式用于植入到耳蝸中的刺激 電極中的每一個(EL-1到EL-n)的電刺激信號，刺激電極反映了沿著植入電極陣列110的長 度的耳蝸104的音質(zhì)神經(jīng)反應(yīng)。
[0008] CIS刺激在遞送的電脈沖上施加固定的刺激速度，并且因此不能代表所感測的音 頻信號的周期性分量。另一方面，F(xiàn)SP刺激(及其變體)不代表所感測的音頻信號的固有周期 性。FSP生成響應(yīng)于檢測諸如過零事件的特定預(yù)定義的信號特性的刺激脈沖序列。但是在過 零事件之后的FSP脈沖序列只能以預(yù)定義的模式來表示。這意味著，在實際過零和脈沖序列 的初始脈沖之間的時間段對于每個過零事件可能是不同，從而引入了不希望的抖動。與不 希望的信號抖動的情況形成對比的，美國專利7,920,923描述了有意地將隨機(jī)仿真相位抖 動分量引入到雙耳刺激信號。這樣做是為了減少精細(xì)結(jié)構(gòu)分量的周期性特性，同時保持了 耳間的時間差（ITD){目息。
[0009] 在音調(diào)語言的語音的特定情況下，聽覺植入體刺激方案有進(jìn)一步的附加考慮。音 調(diào)語言的特征在于給定的語音音節(jié)根據(jù)其音高特性將具有不同的含義。舉個簡單的例子， 在圖3中示出了中國普通話語音的四個音調(diào)的音高輪廓。音調(diào)I(Tl)具有幾乎恒定的音高， 首調(diào)2(T2)具有主要上揚的首尚，首調(diào)3(T3)具有下降和上揚的首尚，以及首調(diào)4(T4)具有主 要下降的音高。如果發(fā)音為[ma: ]，T1的意思是"媽"，Τ2的意思是"麻"，Τ3的意思是"馬"，以 及T4的意思是"罵"。根據(jù)音節(jié)是由男性、女性或兒童說出，在圖3上水平線之間的距離將通 常為1.2、0.8或0.4毫秒。
[0010] 音高主要以信號的時間結(jié)構(gòu)、基頻R)和高次諧波來編碼。圖4示出了由女性對象說 出的"shi"的四個音調(diào)模式的窄帶譜圖和FO輪廓，其中灰度指示與時間（X軸)和頻率(y軸） 相關(guān)的能量，以及濃黑線代表了通過自相關(guān)提取的輪廓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的實施例針對用于生成用于聽覺植入體系統(tǒng)中的刺激觸點的電刺激信號 的布置。對于輸入音頻信號中的頻率分量確定特有的特征周期。對于選定的符合周期選擇 標(biāo)準(zhǔn)的特征周期，確定對應(yīng)于特定語言的基本周期的最接近整數(shù)倍的調(diào)整的特征周期。對 每個調(diào)整的特征周期確定對應(yīng)的刺激速度頻率，并且將每個刺激速度頻率分配給一個或多 個刺激觸點。然后對于刺激觸點以它們各自的刺激速度頻率生成電刺激信號。
[0012] 可以使用帶通濾波器組處理輸入音頻信號以產(chǎn)生多個帶通頻率的信號，在這種情 況下，對于每個帶通頻率信號確定特有的特征周期。此外或可選地，可以使用快速傅立葉變 換處理輸入音頻信號。頻率分量可以是輸入音頻信號的基頻分量和/或諧波頻率分量。特定 語言的基本周期可以是音調(diào)語言所特有的，例如，在中國普通話中是0.4毫秒。
[0013] 本發(fā)明的實施例還針對生成用于在植入電極陣列的外表面的刺激觸點的電刺激 信號。預(yù)處理輸入音頻信號以產(chǎn)生多個代表性的頻帶信號，其每個都具有突出感測頻率。然 后處理每個頻帶信號以生成用于刺激觸點的對應(yīng)的電刺激信號。每個電刺激信號具有相關(guān) 的刺激頻率，并且對于至少一個電刺激信號，變化刺激頻率以維持刺激頻率和對應(yīng)的頻帶 信號的突出感測頻率之間的整數(shù)比。
[0014] 在具體的實施例中，頻帶信號可通過帶通濾波器組來產(chǎn)生，帶同濾波器組中的每 一個與對應(yīng)的音頻頻帶相關(guān)聯(lián)。對于每個電刺激信號，可以變化刺激頻率以維持刺激頻率 和對應(yīng)的頻帶信號的感測頻率之間的整數(shù)比。
[0015] 與選擇的至少一個電刺激信號相關(guān)的帶通信號的突出感測頻率可以是帶通信號 的基頻和/或基頻的諧波。或者與選擇的至少一個電刺激信號相關(guān)的帶通信號的突出感測 頻率可以是帶通信號最突出的頻率。突出感測頻率可以使用快速傅立葉變換來確定。
[0016] 在具體的應(yīng)用中，可以變化刺激頻率作為音樂處理模式和/或聽覺假體系統(tǒng)的目 標(biāo)音頻源處理模式的函數(shù)。
【附圖說明】
[0017] 圖1示出了具有典型的被設(shè)計為向內(nèi)耳遞送電刺激以及在耳道上遞送聲學(xué)刺激的 聽覺假體系統(tǒng)的人耳剖視圖。
[0018] 圖2示出了在連續(xù)交錯采樣(CIS)處理系統(tǒng)中的各種功能塊。
[0019] 圖3示出了用于中國普通話語音的四種音調(diào)的音高輪廓線。
[0020] 圖4示出了女性說話人的四種音調(diào)的"shi"的窄帶譜圖和FO輪廓。
[0021] 圖5示出了許多說話人的四種普通話音調(diào)的音高分布數(shù)據(jù)。
[0022]圖6A和6B示出了寬帶語音信號的音高周期特性。
[0023]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例在時域中的特征提取系統(tǒng)中的各種功能塊。
[0024]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例在頻域中的特征提取系統(tǒng)中的各種功能塊。
[0025] 圖9示出了來自麥克風(fēng)的音頻語音信號的短時間周期的示例。
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