[发明专利]采用ATF编码技术的人工耳蜗实现方法及ATF人工耳蜗

说明书

技术领域

本发明涉及一种人工耳蜗，特别是关于一种利用脉冲幅度-时间-频率(简称ATF)编码技术改善人工耳蜗的方法及其对应产品。

背景技术

医学上把听阈在90分贝以上的患者统称为全聋。大部分患者全聋的原因是毛细胞的损伤而不是听神经的功能衰退，因此尚存在电刺激兴奋听觉中枢的可能性，即通过电刺激的方法可以恢复听觉。人工耳蜗就是基于这样前提下的一种用于治疗传感性耳聋的医疗电子产物。人工耳蜗是对耳蜗特性的一种模仿，依据耳蜗对语音的部位编码原理，将若干个电极植入耳蜗鼓阶内不同位置，体外的语音信号经处理器处理后产生相应电极的电刺激脉冲，直接兴奋耳蜗内不同部位电极附近的听神经，使患者产生真实的听觉感受，从而达到恢复患者听力的目的。

人工耳蜗将语音信号转化成刺激耳蜗神经元的电刺激信号从而模拟人耳的功能，通常包括包两部分：体外部分和体内部分。体外部分包括：1、语音信号输入单元：麦克风和自动增益放大器(进行声电转化并放大)；2、语音信号处理模块(器)：带通滤波器、整流器、低通滤波器、压缩模块和语音编码模块(将检测到的声音信号进行滤波或特征提取等处理，并以特定的语音处理方案将其特征信号转换成电刺激信号)；3、发射模块：载波调制电路、功放和发射线圈(将编码信号调制为高频信号，再通过发射线圈将信号以无线方式发送到植入体内的接收装置)。体内部分包括：1、接收单元：接收线圈、功放和检波解调电路(接收信号并进行解调解码后还原出刺激信号)；2、刺激器：解码模块、刺激脉冲生成模块(产生相应电极的刺激电流；3、刺激电极(通过植入耳蜗鼓阶的阵列电极兴奋听神经)。

其中，语音信号处理方案是人工耳蜗技术的关键。当前，人工耳蜗所使用的语音处理方案大致分为两类：第一类为特征提取方案，如F0/F2、F0/F1/F2和MPEAK方案，其策略是首先提取语音信号中的重要特征(主要是频率和幅度)，然后再将这些特征传送到不同电极(共振频率F1、F2决定刺激电极，基频F0决定刺激频率，幅度决定刺激的强度)以电刺激听神经；第二类为波形(Waveform)方案，其策略是将言语信号的波形以不同的方式传送到电极，这类方案又可分为模拟刺激(Analog stimulation)方案(如SAS、CA方案)和脉冲刺激(Pulsatile stimulation)方案(如ACE、CIS、SPEAK方案等)。前者直接将模拟信号输入四道电极(CA方案)或八道偶合电极(SAS方案)进行电刺激；后者主要是用一组带通滤波器将声音信号过滤后，对各通道采用整流加低通滤波或Hilbert转换提取包络，并直接连续间隔采样(CIS方案)，以高频(最高2400Hz或14400/电极数)电脉冲刺激，或间接经Fourier转换后取5-10个振幅最大的包络以基频(180Hz-300Hz，平均250Hz，SPEAK方案)或高频(相当于CIS的刺激频率，ACE方案)脉冲刺激。特征提取方案和模拟刺激方案由于多通道电极同时刺激容易产生频道之间的相互作用和干扰。脉冲刺激方案均利用相间刺激方法减少了频道间同时刺激的干扰，ACE、CIS、SPEAK方案是目前广为应用的三种人工耳蜗语音处理方案。

以上人工耳蜗语音处理方案均以幅度较大的一个或数个特征频率为电极刺激通道，对声音信号幅度变化进行提取和编码，而后以基频或某种转换的固定频率进行刺激。然而，声音的基本参数为频率和幅度，虽说频率决定了电刺激部位(即选择电极)，但由于基底膜任一点均可随不同频率振动，只是频率不同振动的幅度有所不同，因而局部质点在毛细胞的电转换过程中应受频率影响，而不是简单将包络波的幅度进行转换。因此，一些研究试图通过提取频率变化以进行频率-幅度调制编码。如，公开号为CN1561578的中国发明专利申请公开了一种“使用频率-幅度-调制-编码策略(FAME)改善音频信号的人工耳蜗与装置/方法”，其首先从音频信号的一个或者多个窄带中提取出声音的幅度和频率调制，然后对这些调制进行滤波和压缩，以产生经数字化处理的幅度和频率调制的音频信号，从而提供类似与原始信号的声音信号。该专利申请的方法是将提取窄带的信号先进行频率调制(可能携带或不携带基频信息)，再进行幅度调制，最后产生频率-幅度调制脉送至电极，以期有效地改善人工耳蜗的声音质量。事实上CIS方案中以高频度的连续采样方法就已经包含了频率的变化，只是其通道从高频道(蜗底)到低频道(蜗尖)以固定逐一出现的相间刺激方式，而CN1561578是以一携带频率加上提取的频率变化进行调制，可能更有效地减少电极间相互干扰。