[发明专利]谐波分辨率增强的高精度频率排布和周期性编码

说明书

本申请要求于2009年1月20日提交的美国临时专利申请61/145,805的优先权，所述申请在此合并作为参考。

发明领域

本发明涉及可植入的医疗装置，更具体地说，涉及在这样的装置、例如耳蜗植入系统中用于编码刺激脉冲的技术。

背景技术

耳蜗植入物可以为深度耳聋或严重听觉受损的人提供听觉。与将放大后的声音信号机械施加到中耳的传统助听器不同，耳蜗植入物向激励内耳中的听神经的多个刺激电极提供直接电刺激。大多数现有耳蜗植入物的刺激编码策略通过将声音信号划分成不同的频带，并提取这些频带中每一个的包络(即能量)，来表示所述声音信号。声信号的这些包络表示用来定义到每个电极的刺激脉冲的脉冲振幅。

带通信号的数量一般等于刺激电极的数量，并需要相对宽的频带来覆盖声频范围。例如产生元音的人类语音的典型声信号包括基频和为基频倍数的另外谐波。因此如果基频一般在100和200Hz之间，那么也将有每100至200Hz间隔开的谐波频率。在现有的耳蜗植入系统中，带通滤波器的带宽通常超过100Hz，以致通常利用每个带通滤波器处理超过一个谐波。

在现代的精细结构编码策略中，刺激信号定时得自于滤波器组带通信号。当多个谐波落在给定频带内时，得到的刺激定时通常不表示任何特定谐波，而是取决于相对振幅和频率间隔。这意味着，在低至中频信道中的刺激定时相对复杂，而不是对主导谐波的周期性进行简单编码。通常一个特定谐波主导一个滤波器频带，在正常听觉中，这样的主导谐波掩蔽了相邻谐波并携载应该在频率排布和时间上正确的音频信息。

在心理声学音调测试中，已经证明周期性音调和频率排布音调概念对耳蜗植入物患者发挥作用。刺激模式以比较高的速率从顶端电极向更基底的电极逐渐移位，导致音调感知的增加。Nobbe等(Acta Oto-Laryngologica，2007；127：1266-1272；在此引为参考)显示，同时或相继的刺激导致低至一个半音的、音调改变的恰能察觉差异。如果一个电极的低刺激速率加快，可以发现相似的结果，而在这样的情况下，音调中的恰能察觉差异范围在一个半音内。这些结果提示，这两种音调提示(cue)的组合可以导致耳蜗植入物使用者更好的音调感知。但在现有的耳蜗植入系统中，频率排布和周期性音调提示二者并没有同时整合。输入信号的时域精细结构在相对宽的频带中进行分析，这产生分析滤波器之间过渡处刺激模式的变化，导致想不到的和不想要的音调感知改变。

部分解决以上问题的一个编码策略是用于Med-El OPUS 1和OPUS 2语音处理器的精细结构处理(FSP)策略。FSP策略通过使用范围降至低于预计基频的滤波器组来编码非常低频的谐波，通常是基频和二次谐波。最低频带的间距要使得编码的谐波通常能被分辨，亦即，一个低频滤波器频带内仅落入一个谐波。但较高次谐波不能通过这类信号处理来清楚分辨。另外，谐波移动主要在时域上进行编码。从100Hz向上滑动的基频的时域编码的频率排布移动仅仅在200Hz左右实现。

Advanced Bionics公司的HiRes 120策略使用有功电流导引和另外的频谱带。输入信号被滤波成许多频谱带，对于精细频谱分辨率运用快速傅里叶变换(FFT)算法。Hilbert处理从信号得到时域细节，同时跨所有滤波器频带确定各电极对的频谱最大值(spectral maximum)。根据频谱最大值的估算频率来确定脉冲率和刺激位置。将许多频谱带分配到各电极对，以及通过改变同时递送至各电极对中相邻电极的电流比例，将所述频谱带递送至沿着电极阵列的位置。

发明内容

本发明的实施方案涉及产生用于例如耳蜗植入系统的植入电极阵列的电极刺激信号。处理声学音频信号以产生代表音频相关频带的带通信号。限定宏带(Macro bands)，每个宏带表现多个带通信号的特性。宏带以取样间隔的顺序来处理。对每个取样间隔而言，处理包括：i.从每个带通信号提取定时和能量信息，以形成要求的刺激事件，ii.对要求的刺激事件进行抽取以选择每个宏带内最大能量的带通信号，和iii.根据脉冲选择抑制函数来对各个选择的带通信号进行抽取，并保持带通信号的时域和谱结构，以便产生刺激事件信号。刺激事件信号用反映患者特异性的音调感知特性的加权矩阵进行加权，以产生用于输出到植入电极阵列的电极刺激信号。