[发明专利]具有宽带低频滤波器的电神经刺激

说明书

本申请是申请日为2008年7月11日的专利申请200880024584.9的分案申请。

相关申请的交叉参引

本申请要求2007年7月13日提交的US临时专利申请60/949,649的优先权，该申请通过参引合并与此。

技术领域

本发明涉及电神经刺激，更具体地，涉及一种包括与刺激电极关联的宽带低频滤波器的耳蜗植入系统。

背景技术

耳蜗植入物和其它内耳假体是一种用以帮助深度耳聋或严重听力受损人员的选择。与传统的仅应用放大和修正了的声音信号的助听器不同，耳蜗植入物基于听神经的直接电刺激。典型地，耳蜗植入物以能够获得与正常听力最相似的听力印象的方式，对内耳中的神经结构进行电刺激。

图1显示了具有典型的耳蜗植入系统的耳朵的剖视图。正常的耳朵通过外耳101将声音传递到鼓膜102，所述鼓膜102则移动中耳103的骨，中耳103的骨又激励耳蜗104。耳蜗104包括已知为前庭阶105的上通道和已知为鼓阶106的下通道，所述上通道和所述下通道通过蜗管107相连。响应于接收由中耳103传递的声音，填充有流体的前庭阶105和鼓阶106用作换能器，用于传递波以产生电脉冲，所述电脉冲传递到耳蜗神经113，并最终传递到脑。从耳蜗的基底区域到耳蜗的顶区域，频率处理看起来在性质上发生改变，在耳蜗的基底区域中，对声音的最高频率成分进行处理，而在耳蜗的顶区域中，对最低频率进行分析。

一些人部分或完全地损失了正常的感觉神经听力。已经开发出耳蜗植入系统，用于通过直接刺激使用者的耳蜗104来克服此缺陷。典型的耳蜗假体主要包括两个部分：语音处理器和植入的刺激器108。语音处理器(图1中未示出)典型地包括麦克风、用于整个系统的电源(电池)和处理器，该处理器用于执行声信号的信号处理以提取刺激参数。在现有技术的假体中，语音处理器是耳后(BTE-)装置。所植入的刺激器产生刺激模式并通过电极阵列110将它们传导到神经组织，该电极阵列110通常布置在内耳中的鼓阶中。语音处理器与刺激器之间的连接通常通过射频(RF-)链路建立。注意的是，经由该RF链路传送刺激能量和刺激信息。典型地，使用采用几百kBit/s的比特率的数字数据传输协议。

用于耳蜗植入物的标准刺激策略的一个示例称为“连续交错取样策略”(CIS)，该策略由B.Wilson开发(例如，见1991年7月的Nature vol.352,236-238,Wilson BS,Finley CC,Lawson DT,Wolford RD,Eddington DK,Rabinowitz WM的Better speech recognition with cochlear implants,其通过参引完全合并与此)。在语音处理器中，CIS的信号处理典型地包括如下步骤：

1.通过滤波器组将音频频率范围分成频谱带，

2.每个滤波器输出信号的包络检测，

3.包络信号的瞬时非线性压缩(映射法则(map law))，以及，

4.针对阈值(THR)和最舒适的响度(MCL)等级的适应性调节。

根据耳蜗的音质分布组织，鼓阶中的每个刺激电极与外部滤波器组的带通滤波器关联。将对称双相电流脉冲用于刺激。刺激脉冲的振幅直接从(上文的步骤(3))压缩后的包络信号获得。这些信号是顺序取样的，并且刺激脉冲以严格的非重叠序列应用。因而，作为典型的CIS特征，同时仅一个刺激信道激活。总的刺激速率比较高。例如，假定18kpps的总刺激速率，并且使用12信道的滤波器组，每个信道的刺激速率是1.5kpps。这样的每个信道的刺激速率通常对于包络信号的适合的时域表示是足够了。

最大总刺激速率由每个脉冲的最小相位持续时间来限制。相位持续时间不能选择得任意短，因为脉冲越短，要在神经元中引发动作电位所需的电流幅值就越高，并且出于各种实际原因，电流幅值是有限的。对于具有18kpps的总刺激速率的12信道系统，相位持续时间是处于下限的27μs。