本实用新型专利技术公开了增强音乐旋律感知的耳蜗电极布置、装置及系统，在每个耳蜗基底膜上，按照音乐音符的特征频率对应关系，将蜗顶到蜗底对应的感音全频带分隔成响应特定音符刺激信号的音乐响应区域；在每个音乐响应区域中放置一个用于传导或感知该频带信号的对应电极，即每个电极置于音乐音符所在的对应特征频带内，所述电极分成两组，双侧耳蜗中分别植入相应的一组电极。本实用新型专利技术因为电极布置在双侧耳蜗实施起来相对容易，且双侧耳蜗布置电极能更好地感知音乐。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及人工耳蜗领域，具体涉及增强音乐旋律感知耳蜗电极布置、装置及系统。
技术介绍
听力补偿或重建主要包括助听器选配和人工耳蜗植入。对双侧重度或极重度感音神经性听力障碍患者，在使用助听器3至6个月无明显效果时，可考虑人工耳蜗植入手术重建听力。人工耳蜗植入装置是一种模拟人的耳蜗功能的转换器。它将声音信号通过言语处理器转变成电信号，传入内耳的频率感应位置电极，以微弱的刺激方式(如电、光、热或机械压力等)直接兴奋听神经，从而产生听觉。人工耳蜗装置主要分两大部分：植入部分(包括接收装置和多导电极)和外接部分(包括声音采集器、言语处理器、发射器等)。根据听觉感知原理，听觉是由外耳收集传导声波、中耳放大声波振动信号，进而在内耳(即耳蜗)由特定频率对应关系的若干听觉末端听细胞(又称毛细胞)组织在时间、频率及强度上转换成对应听神经的兴奋信号，经听神经发放、传导，在脑干听区整合，形成听觉感知。人工耳蜗装置正是该原理的成功应用，目前该装置较好地解决了重建部分听觉能力，如人类语音感知，而对于欣赏和感知美妙音乐信息，还存在若干问题，有待改进。研究发现，音乐信号的时、频分布特性与语音信号存在较大差异，如图1a-图1b所示。对语音信号来说，发音词响亮部分的区别特征主要表现为频域包络峰值分布上，即谱包络的共振峰中心频率位置、数量及强度，通常共振峰数量较少，主要的不超过5个，但各个共振峰中心频率位置不确定，每个共振峰带宽较宽(相比音乐的谐波谱峰带宽)，且其中包含音调信息；话音中不响亮的清音部分，也主要以较宽的频谱能量集中区展现，如图1a“语音”所示；在时域上，人说话时声带振动与否、以及快慢，表现为对应的音调频率有无、以及高低，相比音乐来说，变化范围较小，一般不超过500Hz，但连续变化，每段有区别意义的发音片段时长没有规律。总体来说，语音信号主要特征频率在对接末端听神经上，对频率分辨率要求较低，主要表现在共振峰分布位置，用多少个频率分割带表达语音段的主要声音特征是解决话音感知的关键问题。目前的人工耳蜗电极数量一般不超过22个，尽管各厂家产品的电极阵列分布在频率值对应关系上略有不同，但大致都是依据临界带或频率掩蔽关系划分的，用这样的电极分布传递话音中浊音共振峰和清音信息，其分辨率基本够用，但若传递音乐声信息时，由于音乐信号频谱结构与话音频谱的不同，很多音乐音符的基波频率无法准确通过听神经传导，参见表1给出某种人工耳蜗产品的22个电极对应频带覆盖与音符基波频率覆盖(或跨越)大致对应关系，所以目前的人工耳蜗植入者很难欣赏音乐信息，对音乐感知不佳。表1某人工耳蜗产品电极分布及与音符基波频率大致对应关系对音乐声音来说，其声音来自某种乐器。凡具有旋律表现的乐器，其声音高低由音符决定，这里不包括无旋律表现的打击乐器。不同乐器演奏的同一音符其信号频谱分布是由基本相同的基波和不同幅度分布的其它次谐波联合构成，整个频谱包络比较平坦、频域跨度比语音更宽，通常没有语音信号谱包络那样明显的多个共振峰变化，但音乐信号谐波数量较多，依据音符由低到高，其谐波次数可达几十次到几次不等，每个谐波峰带宽较窄，波峰间隔很有规律，基本按基波频率整倍频分布，如图1b音乐信号谱图所示。其中音符的基波谱峰最重要，不可错位或缺失，否则，重建音乐信号听感知走调；而音符对应的第2、3、4、5、…等若干高次谐波峰，若缺失个别谐波，不会影响音符旋律感知，不会走调，但当缺失较多高次谐波，音质会有明显变化；音乐旋律的音符从低到高，基波频率变化范围很大，从几十赫兹～几千赫兹，如表2.1或表2.2中的音符频率表所示。另外，在时域上，每个音符的长短，即音程，按节拍是有规律的变化，可通过信号时间编码加以控制。因此，对于人工耳蜗植入者来说，音乐声音的感知，与听神经对接的电极分布密度有直接关系。目前，人工耳蜗对音乐的感知存在两方面的问题：1、对音源信号进行外部采集、转换后应与耳蜗电极相对应的频带相匹配，而该技术目前存在的问题是外部转换的乐音信号通过信号分析滤波处理后，各频带分量在传递到耳蜗电极时，由于目前的电极分布位置无法对准耳蜗感知音乐的频区，使音乐频率信息错位或丢失地传递，是导致植入者对音乐感知失调或无法感知的主要原因。2、在单侧耳蜗中通过增加足够的电极数方式实现对音乐的感知，虽然在理论上可以实现(目前已有相关专利公开)，但是，限于目前的技术限制，单侧耳蜗分布过多的电极将导致工艺上难以实现。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本技术公开增强音乐旋律感知的耳蜗电极布置、系统及方法，本技术参照音乐音符基波分布特点，通过适当增加电极数提高耳蜗内的频率感应密度，采用双侧耳蜗分布方法，对确保工艺实现和改进单、双耳对音乐信息的感知均有效果。为实现上述目的，本技术的具体方案如下：增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列布置，在每侧耳蜗基底膜附近，按照音乐音符的特征频率对应关系，将蜗顶到蜗底对应的感音全频带分隔成响应特定音符的频率区域；在每个频率区域中放置一个该频带信号的电极，即每个电极置于音乐音符所在的特征频带内，利用双耳双声道的特点，将电极分成两组，对双侧耳采用均分法布置电极或主辅法布置电极，两侧耳蜗各植入相应的一组电极。其中，每个电极与不同音符的基波频率点大致对应，电极为传导或刺激电极。进一步的，在电极布置时，对于均分法布置电极，将电极均分成两组，一组电极植入一侧耳蜗中，另一组电极植入另一侧耳蜗中，在设定的频率段，等音高间隔交错分组布局电极阵列。进一步的，双侧耳蜗中除低频区以外其余频率区分别植入相同数量33个电极；其中一侧，耳蜗中植入的电极布局是：第一个电极与B8音符的基波频率相对应；第三十三个电极与G3音符的基波频率相对应，第一个电极与第三十三个电极之间的电极按一个整音高频率间隔布置。另一侧耳蜗中除低频区以外其余频率区植入的33个电极布局是：第一个电极与C9音符的基波频率相对应；第三十三个电极与G#/Ab3音符的基波频率相对应，第一个电极与第三十三个电极之间的电极同样按照一个整音高音符频率间隔布置。更进一步的，在低频区，由于很低的音符频率间隔小，不易布置过多电极，同时很低的音符用的也较少，故选取设定个代表频点，分别布置在双侧耳蜗蜗顶附近相应位置，如：表2.1低频区附近标识的3个电极。进一步的，在低频区的3个电极分别是：第三十六个电极与A1音符的基波频率相对应，第三十五个电极与E2音符的基波频率相对应，第三十四个电极与C3音符的基波频率相对应。进一步的，对于主辅法布置电极，双侧耳蜗中分别植入不同数量的电极，其中一侧耳布置的一组电极为主侧，另一侧耳布置的一组电极为辅侧，在设定的频率段，按指定频率间隔交错分组布局电极阵列，其中一侧耳布置的电极为主侧，另一侧而布置的电极为辅侧。进一步的，两侧耳蜗中分别植入不同数量的电极时，一侧对应耳蜗主要频率感应区分布“主电极组”，共38个，另一侧对应耳蜗主要频率感应区分布“辅电极组”，共27个。其中一侧耳蜗，分布的主电极组布局是：第一个电极与B8音符的基波频率相对应；第三十八个电极与G3音符的基波频率相对应，第一个电极与三十八个电极之间的电极按照音符频率对应关系以设定方式布置；另一侧耳蜗中植入辅电极组，布局是：第一个电极与A#/Bb8音符的基波频率本文档来自技高网...
【技术保护点】
增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列，其特征是，包括在每个频率区域中放置的一个该频带信号的电极，即每个电极置于音乐音符所在的特征频带内；所述频率区域为在每侧耳蜗基底膜附近，按照音乐音符的特征频率对应关系，将蜗顶到蜗底对应的感音全频带分隔成响应特定音符的频率区域；利用双耳双声道的特点，所述电极包括两组，所述电极为对双侧耳采用均分法布置的电极或主辅法布置的电极，两侧耳蜗各植入相应的一组电极。
【技术特征摘要】
1.增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列，其特征是，包括在每个频率区域中放置的一个该频带信号的电极，即每个电极置于音乐音符所在的特征频带内；所述频率区域为在每侧耳蜗基底膜附近，按照音乐音符的特征频率对应关系，将蜗顶到蜗底对应的感音全频带分隔成响应特定音符的频率区域；利用双耳双声道的特点，所述电极包括两组，所述电极为对双侧耳采用均分法布置的电极或主辅法布置的电极，两侧耳蜗各植入相应的一组电极。2.如权利要求1所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列构，其特征是，对于均分法布置的电极，所述电极包括均分的两组，一组电极植入一侧耳蜗中，另一组电极植入另一侧耳蜗中，在设定的频率段，等音高间隔交错分组布局电极阵列。3.如权利要求2所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列，其特征是，双侧耳蜗中除低频区以外其余频率区分别植入相同数量33个电极；其中一侧，耳蜗中植入的电极布局结构是：第一个电极与B8音符的基波频率相对应；第三十三个电极与G3音符的基波频率相对应，第一个电极与第三十三个电极之间的电极按一个整音高频率间隔布置；另一侧耳蜗中除低频区以外其余频率区植入的33个电极布局是：第一个电极与C9音符的基波频率相对应；第三十三个电极与G#/Ab3音符的基波频率相对应，第一个电极与第三十三个电极之间的电极同样按照一个整音高音符频率间隔布置。4.如权利要求3所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列，其特征是，在低频区，，在双侧耳蜗蜗顶附近相应位置分别布置有选取的设定3个代表频点；在低频区的3个电极分别是：第三十六个电极与A1音符的基波频率相对应，第三十五个电极与E2音符的基波频率相对应，第三十四个电极与C3音符的基波频率相对应。5.如权利要求1所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列，其特征是，对于主辅法布置的电极，双侧耳蜗中分别植入不同数量的电极，其中一侧耳布置的一组电极为主侧，另一侧耳布置的一组电极为辅侧，在设定的频率段，按指定频率间隔交错分组布局电极阵列，其中一侧耳布置的电极为主侧，另一侧而布置的电极为辅侧。6.如权利要求5所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列，其特征是，两侧耳蜗中分别植入不同数量的电极时，一侧对应耳蜗主要频率感应区分布“主电极组”，共38个，另一侧对应耳蜗主要频率感应区分布“辅电极组”，共27个；其中一侧耳蜗，分布的主电极组布局是：第一个电极与B8音符的基波频率相对应；第三十八个电极与G3音符的基波频率相对应，第一个电极与三十八个电极之间的电极按照音符频 率对...
【专利技术属性】
技术研发人员：田岚，何蓉蓉，陆小珊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37
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