一种电听觉假体信号处理方法及其系统技术方案

本发明专利技术适用于医疗器械领域，提供了电听觉假体信号处理方法，具体为：首先利用带通滤波器组对采集的声音信号进行滤波；然后对每个带通滤波器输出的信号xk(t)向下移频至一个低频范围后提取慢变信号uk(t)；在向下移频处理过程中，xk(t)移动的频率大小是第k个带通滤波器的下限截止频率fclk减去第k个电极通道的时域音高处理范围的最低频率flk；最后将提取的慢变信号uk(t)进行处理后调制在载波上传递出去。本发明专利技术利用植入者的单电极通道内的时域处理能力来进行带通滤波器的频率分配，并根据单电极通道的时域处理能力提取慢变信号，并将所提取的慢变信号传递到对应电极附近的听神经上，可以提升植入者整体的声音感知能力。

【技术实现步骤摘要】
一种电听觉假体信号处理方法及其系统
本专利技术属于医疗器械领域，尤其涉及一种电听觉假体信号处理方法及其系统。
技术介绍
有些人的听觉神经通路因病变、遗传等各种原因而发生中断，电听觉假体植入可以帮助他们恢复部分听力，例如人工耳蜗(CochlearImplants,CI)、听性脑干植入(AuditoryBrainstemImplants,ABI)等。现代电听觉假体设备通常包含一个由多个电极触电构成的电极阵列。目前临床上使用的电听觉假体信号处理方法为连续间隔采样(ContinuousInterleavedSampling,CIS)。在现代CI处理器中的CIS处理流程为：首先用一个带通滤波器组对传声器采集到的时域信号进行带通滤波，其中带通滤波器的个数小于24个(受限于植入体中的电极数目。每个带通滤波器对应一个电极通道)；然后，提取每个带通滤波输出的带限信号的时域包络；再将时域包络进行非线性压缩；最后用压缩后的包络对电流脉冲序列进行幅度调制，其中每个电极通道中的电流脉冲以间隔采样的方式进行发放(即，相邻电极通道间不同时产生刺激，进而避免电极通道间的电场干扰)。这样的处理方式仅保留了若干频带内的时域包络信息，而丢弃了时域精细结构信息。CI植入者在安静环境下可以获得良好的言语交流能力，但是在噪声环境下、欣赏音乐、感受环境声等方面的能力依然比正常听力者差很多。通常人们将这样的缺陷归咎于时域精细结构的丢失。有技术提出了一种改进的信号处理方法将带通滤波后的带限信号看作电子通信系统中的单边带幅度调制信号，其中载波频率为当前带通滤波器的下限截止频率，即带通滤波后的带限信号为上边带；将每个带限信号以单边带解调的方式移动到基带，即每个带通滤波器的输出信号的下限截至频率处的信息被移动到了0频率点。这种处理方法又被称为单边带编码器策略(SingleSidebandEncoder,SSE)。该专利技术中通过仿真实验发现能够改善旋律感知能力，但是这种改善没有在CI植入者中观察到。进而，该技术中又提出了一种改进方法，将载波频率改为当前电极通道中的最强谐波频率，然后将载波频率移动到基频处，这样可以使得凡是存在谐波成分的电极通道在所对应的电极位置上都能够呈现出与基频同步波动的幅度波动模式，进而能够改善植入者的音高感知能力。这种改进的方法又被称为谐波单边带编码器策略(HarmonicSingleSidebandEncoder,HSSE)。HSSE策略对有谐波成分的声音的音高感知有一定的作用，但是音高感知仅为声音感知中的一部分，显式地提取和利用谐波和基频成分都可能在提高音高感知的同时对其他方面的声音感知产生负面影响。另外，该技术中还存在明显的技术缺陷：1，SSE中将靠近载波频率的信息移动到了非常低的频率区域，例如0-50Hz。这么低速的信息在单个电极的时域表现上将不能被感受为音高或频率信息的变化。2，在SSE中高频频带的带宽较宽(例如远大于300Hz)，当SSE将该频带的带限信号移动到基带时，其中高频部分的频率远大于300Hz。根据心理物理学经验，单个电极通道上的这样的信息是过快的，即不能被植入者分辨。3，HSSE为了克服第2个缺点，人为地对解调后的信号进行50-300Hz的带通滤波，然而这引出了另一个问题——丢弃了部分频率成分。4，HSSE中依赖谐波对应的频率成分以及谐波间的相对能量关系，来确定带边带解调时使用的载波成分。这使得在两个声音中的相同频率成分有很大的可能被移动到不同的电极通道上去，这对于植入者来说对声音的频率分析功能形成巨大挑战。综上，CIS、SSE、HSSE策略的主要缺陷在于没有将连续的频率信息以植入者能够感受的形式表达在电脉冲信号中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种电听觉假体信号处理方法及其系统，旨在让植入者能够感受到连续的频率信息，进而能够提高其声音感知能力。本专利技术是这样实现的，一种电听觉假体信号处理方法，包括下述步骤：滤波步骤：利用带通滤波器组对采集的声音信号进行滤波；所述带通滤波器组包括N个带通滤波器，且各带通滤波器的频率范围从1到N逐渐升高，其中,N为大于1的正整数；提取慢变信号步骤：对每个带通滤波器输出的信号xk(t)进行向下移频处理后提取慢变信号uk(t)；其中k＝1,2，……，N；t为时间变量；在向下移频处理过程中，xk(t)移动的频率大小是第k个带通滤波器的下限截止频率fclk减去第k个电极通道的时域音高处理范围的最低频率flk；慢变信号传递步骤：将提取的慢变信号uk(t)进行处理后以调幅的方式调制在载波上传递出去。进一步地，所述带通滤波器的频率分配方法为如下两种步骤之一：步骤a：测量第k个电极通道内的时域处理能力对应的频率范围[flk,fhk]，据此对第k个带通滤波器进行频率分配，其中k＝1,2，……，N；步骤b：将80-8000Hz的频率范围对应的基底膜长度进行N等分，然后换算出每个分割点对应的特征频率得到N-1个特征频率，并将N-1个特征频率以及80Hz、8000Hz这两个频率依次作为N个带通滤波器的截止频率。进一步地，步骤a中所述的频率范围[flk,fhk]的测量方法具体为：在植入的电听觉假体的第k个电极通道上进行幅度调制脉冲刺激，测量被试者对不同调制频率条件下的音高排序能力或频率分辨能力。进一步地，步骤a中利用第k个电极通道的频率范围[flk,fhk]来给第k个带通滤波器进行频率分配的方法具体为：第k个带通滤波器的频率限定在上限截止频率fchk和下限截止频率fclk之间，所述的第k个带通滤波器的上限截止频率fchk和下限截止频率fclk分别为k＝1，2，....，N和其中，fln为第n个电极通道的频率范围的下限，fhn为第n个电极通道的频率范围的上限。进一步地，所述向下移频处理的方法具体为：将第k个带通滤波器输出的信号xk(t)与cos(2πfct)相乘得到信号，其中载频fc＝fclk-flk，t为时间变量。进一步地，所述慢变信号uk(t)的提取方法为：将经过向下移频处理后的信号通过低通滤波器滤波得到第k个电极通道对应的慢变信号uk(t)，低通滤波器的截止频率高于fhk-flk。进一步地，当带通滤波器的频率分配方法采用步骤b时，若第k个电极通道输出的信号满足fclk>flk并且fchk<fhk，那么令第k个电极通道对应的慢变信号uk(t)＝xk(t)；若第k个电极通道输出的信号满足fchk-fclk>fhk-flk，那么提取xk(t)的时域包络作为第k个电极通道对应的慢变信号uk(t)；其中fchk为第k个电极通道的上限截止频率，fclk为第k个电极通道的下限截止频率，flk为第k个电极通道的频率范围的下限，fhk为第k个电极通道的频率范围的上限，xk(t)为第k个带通滤波器输出的信号。进一步地，所述慢变信号uk(t)的处理方法为：将慢变信号uk(t)进行半波整流和非线性压缩。本专利技术还提供了一种电听觉假体信号处理系统，包括：滤波模块：用于利用带通滤波器组对采集的声音信号进行滤波；所述带通滤波器组包括N个带通滤波器，且各带通滤波器的频率范围从1到N逐渐升高，其中,N为大于1的正整数；慢变信号提取模块：用于对每个带通滤波器输出的信号xk(t)进行向下移频处理后提取慢变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电听觉假体信号处理方法，其特征在于，包括下述步骤：滤波步骤：利用带通滤波器组对采集的声音信号进行滤波；所述带通滤波器组包括N个带通滤波器，且各带通滤波器的频率范围从1到N逐渐升高，其中,N为大于1的正整数；提取慢变信号步骤：对每个带通滤波器输出的信号xk(t)进行向下移频处理后提取慢变信号uk(t)；其中k＝1,2，……，N；t为时间变量；在向下移频处理过程中，xk(t)移动的频率大小是第k个带通滤波器的下限截止频率fclk减去第k个电极通道的时域音高处理范围的最低频率flk；慢变信号传递步骤：将提取的慢变信号uk(t)进行处理后以调幅的方式调制在载波上传递出去。

【技术特征摘要】
1.一种电听觉假体信号处理方法，其特征在于，包括下述步骤：滤波步骤：利用带通滤波器组对采集的声音信号进行滤波；所述带通滤波器组包括N个带通滤波器，且各带通滤波器的频率范围从1到N逐渐升高，其中,N为大于1的正整数；提取慢变信号步骤：对每个带通滤波器输出的信号xk(t)进行向下移频处理后提取慢变信号uk(t)；其中k＝1,2，……，N；t为时间变量；所述向下移频处理的方法具体为：将第k个带通滤波器输出的信号xk(t)与cos(2πfct)相乘得到信号，其中载频fc＝fclk-flk，t为时间变量；在向下移频处理过程中，xk(t)移动的频率大小是第k个带通滤波器的下限截止频率fclk减去第k个电极通道的时域音高处理范围的最低频率flk；慢变信号传递步骤：将提取的慢变信号uk(t)进行处理后以调幅的方式调制在载波上传递出去。2.如权利要求1所述的电听觉假体信号处理方法，其特征在于，所述带通滤波器的频率分配方法为如下两种步骤之一：步骤a：测量第k个电极通道内的时域处理能力对应的频率范围[flk,fhk]，据此对第k个带通滤波器进行频率分配，其中k＝1,2，……，N，fhk为第k个电极通道的频率范围的上限；步骤b：将80-8000Hz的频率范围对应的基底膜长度进行N等分，然后换算出每个分割点对应的特征频率得到N-1个特征频率，并将N-1个特征频率以及80Hz、8000Hz这两个频率依次作为N个带通滤波器的截止频率。3.如权利要求2所述的电听觉假体信号处理方法，其特征在于，步骤a中所述的频率范围[flk,fhk]的测量方法具体为：在植入的电听觉假体的第k个电极通道上进行幅度调制脉冲刺激，测量被试者对不同调制频率条件下的音高排序能力或频率分辨能力。4.如权利要求2所述的电听觉假体信号处理方法，其特征在于，步骤a中利用第k个电极通道的频率范围[flk,fhk]来给第k个带通滤波器进行频率分配的方法具体为：第k个带通滤波器的频率限定在上限截止频率fchk和下限截止频率fclk之间，所述的第k个带通滤波器的上限截止频率fchk和下限截止频率fclk分别为和其中，fln为第n个电极通道的频率范围的下限，fhn为第n个电极通道的频率范围的上限。5.如权利要求1所述的电听觉假体信号处理方法，其特征在于，所述慢变信号uk(t)的提取方法为：将经过向下移频处理后的信号通过低通滤波器滤波得到第k个电极通道对应的慢变信号uk(t)，低通滤波器的截止频率高于fhk-flk，fhk为第k个电极通道的频率范围的上限。6.如权利要求2所述的电听觉假体信号处理方法，其特征在于，当带通滤波器的频率分配方法采用步骤b时，若第k个电极通道输出的信号满足fclk>flk并且fchk<fhk，那么令第k个电极通道对应的慢变信号uk(t)＝xk(t)；若第k个电极通道输出的信号满足fchk-fclk>fhk-flk，那么提取xk(t)的时域包络作为第k个电极通道对应的慢变信号uk(t)；其中fchk为第k个电极通道的上限截止频率，fclk为第k个电极通道的下限截止频率，flk为第k个电极通道的频率范围的下限，fhk为第k个电极通道的频率范围的上限，xk(t)为第k个带通滤波器输出的信号。7.如权利要求1所述的电听觉假体信号处理方法，其特征在于，所述慢变信号uk(t)的处理方法为：将慢变信号uk(t)进行半波整流和非线性压缩。8.一种电听觉假体信号处理系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆林，郑能恒，李霞，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44