多信道光电机械刺激制造技术

信号处理装置生成对于在植入的人工耳蜗植入阵列中的光学刺激触点的光学刺激信号。输入声音信号被变换为带通信号，带通信号中的每个表示相关的音频频带，并且每个带通信号包括以带通信号的响度为特征的包络分量，和以带通信号的时域细节为特征的精细结构分量。每个带通信号的一个或多个信号分量被半波整流以去除负相位信号。确定与所整流的一个或多个信号分量的变化速率相对应的信号斜率。因而，仅当所整流的一个或多个信号分量具有正的信号斜率时，生成用于一个或多个给定的频带信号的恒定速率光学刺激脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多信道光电机械刺激本申请要求于2015年8月11日申请的美国临时专利申请62/203,507的优先权，其通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及听觉植入系统，尤其是，涉及在这样的系统中使用光电机械刺激的技术。
技术介绍
正常耳朵如图1所示经由外耳101将声音传送给耳膜102，其使中耳103的骨头(锤骨、砧骨和镫骨)运动，其振动耳蜗104的卵圆窗开口和圆窗开口。耳蜗104是围绕其轴螺旋地缠绕大约两个半匝的长窄的导管。其包括被称为前庭阶的上信道(channel)和被称为鼓室阶的下信道，上信道和下信道通过耳蜗管连接。耳蜗104形成直立螺旋锥体，其具有被称作蜗轴的中心，听觉神经113的螺旋神经节细胞(cell)驻留于这里。响应于接收到由中耳103传送的声音，充液的耳蜗104起到换能器的作用，以生成电脉冲，其被传送给人工耳蜗神经113，并且最终传送给大脑。当在沿着耳蜗104的神经基质将外部声音转换为有意义的动作电位的能力方面存在问题的时候，听觉被削弱。为了改善削弱的听觉，已经研发了听觉修复术。例如，当损伤与中耳103的操作有关的时候，常规的助听器可用于以放大的声音的形式对听觉系统提供声音机械刺激。或者，当损伤与耳蜗104有关的时候，具有植入的刺激电极的人工耳蜗植入体可以以由沿着该电极分布的多个电极触点(contact)传送的小的电流电子地刺激听觉神经组织。图1还示出典型的人工耳蜗植入系统的某些元件，该系统包括外部麦克风，其向外部信号处理器111提供音频信号输入，这里可以实现各种各样的信号处理方案。该处理的信号然后被转换为数字数据格式，诸如数据帧的序列，用于传输进植入物108中。除了接收处理的音频信息之外，植入物108还执行额外的信号处理，诸如纠错、脉冲形成等等，并且产生刺激模式(基于提取的音频信息)，其经由电极引线109被发送给植入的电极阵列110。典型地，这个电极阵列110在其表面上包括多个刺激触点112，刺激触点112对耳蜗104提供选择性的刺激。取决于上下文，刺激触点112也被称为电极信道。在当今的人工耳蜗植入物中，相对少量的电极信道各自与相对宽的频带范围有关，并且每个刺激触点112通过电刺激脉冲处理一组神经元，该电刺激脉冲具有源自于在该频带内的信号包络的瞬时振幅的电荷。图2示出在典型的人工耳蜗植入信号处理系统中的主要的功能块，其中带通信号被处理和编码以在植入的人工耳蜗植入物电极阵列中对刺激电极生成电刺激信号。例如，市场上买得到的数字信号处理器(DSP)可用于按照12信道CIS方法执行语言处理。初始声音音频信号输入是由一个或多个感测麦克风产生的，其可以是无方向性的和/或方向性的。预处理器滤波器组201以多个带通滤波器组预处理初始声音音频信号，声音音频信号中的每个与特定的音频频带有关，即，例如，具有第六阶的12位巴特沃恩(Butterworth)带通滤波器的数字滤波器组，无限脉冲响应(IIR)类型——使得声音音频信号被滤波为某些M个带通信号，B1至BM，其中每个信号对应于用于带通滤波器中的一个的频带。CIS带通滤波器的每个输出可以粗略地被认为在带通滤波器的中心频率上是由包络信号调制的正弦波。这是由于滤波器的质量因素(Q≈3)。在声音的语音片断的情况下，这个包络近似地是周期的，并且重复速率等于音调频率。可替选地，并且没有限制的，可以基于快速傅里叶变换(FFT)或者短时傅里叶变换(STFT)的使用来实现预处理器滤波器组201。基于耳蜗的音质结构，在鼓室阶中的每个刺激触点通常与外部滤波器组的特定的带通滤波器有关。图3示出来自麦克风的音频语音信号的短的时间周期的示例，和图4示出通过由滤波器组带通滤波成一组信号而分解的声音麦克风信号。由Fontaine等等BrianHears：OnlineAuditoryProcessingUsingVectorizationOverChannels，FrontiersinNeuroinformatics，2011给出基于直接形式II转置的结构的用于无限脉冲响应(IIR)滤波器组的伪代码的示例，其通过引用整体并入本文：带通信号B1至BM(其也可以被认为是频率信道)被输入给信号处理器202，信号处理器202将信号特定的刺激信息，即，例如，包络信息、相位信息、请求的刺激事件的定时等等提取为一组N个刺激信道信号S1至SN，其表示电极特定的请求的刺激事件。例如，可以如在通过引用并入本文的美国专利6,594,525中描述的那样使用信道特定的采样序列(CSSS)。例如，可以使用12个整流器和第二阶、IIR型的12位巴特沃恩低通滤波器来执行该包络提取。脉冲发生器205包括刺激编码模块203，该刺激编码模块203对刺激信道信号S1至SN进行编码以产生一组编码的电刺激信号A1至AM，编码的电刺激信号A1至AM提供声音信号的最佳电表示。编码的电刺激信号A1至AM可以是具有从压缩的包络信号中直接获得的幅度的对称双相的电流脉冲。脉冲发生器205还包括脉冲映射和成形模块204，其将编码的电刺激信号A1至AM产生(develop)为对于刺激邻近的神经组织的植入的电极阵列中的刺激触点的一组输出电极脉冲E1至EM。特别地，脉冲映射和成形模块204将非线性的映射函数(典型地，对数)适用于每个带通包络的幅度。这个映射函数——例如，使用包络信号(映射定律)的瞬时非线性的压缩——通常适用于在装配植入物期间个体人工耳蜗植入用户的需要，以便实现逼真的响度生长。这可以是以特定的函数形式，其反映病人特定的知觉的特征A，具有形式因素C的对数函数通常可以作为响度映射函数而被应用，其通常在所有带通分析信道上是相同的。在不同的系统中，可以使用除对数函数以外的不同的特定的响度映射函数，并且仅将一个相同的函数适用于所有信道，或者一个单个的函数适用于每个信道。在CIS系统的特定的情形下，以严格地不相重叠的序列应用该刺激脉冲。因此，作为典型的CIS特征，仅仅一个电极信道在某时是有效的，并且整体上刺激速率是相对高的。例如，假设整体上18kpps的刺激速率和12个信道滤波组，每个信道的刺激速率是1.5kpps。每个信道这样的刺激速率通常对于包络信号的适当的时域(temporal)表示是足够的。通过每脉冲最小相位持续时间来限制最大整体刺激速率。相位持续时间不能任意地短，因为脉冲越短，电流幅度不得不越高以在神经元中启发动作电位，并且出于各种各样实际的理由对电流幅度进行限制。对于整体上18kpps的刺激速率，相位持续时间是27μs，其接近下限。在CIS策略中，该信号处理器仅仅使用带通信号包络以进行进一步处理，即，它们包含整个刺激信息。对于每个电极信道，表示为该信号包络恒定重复速率的双相脉冲的序列。CIS的特征要素是刺激速率对于所有电极信道是相等的，并且与单个信道的中心频率没有关系。所旨在的是，脉冲重复速率不是对于病人的时域提示(即，其将是足够高的，使得病人不以等于脉冲重复速率的频率感知音调)。通常以大于包络信号带宽的两倍(基于尼奎斯特(Nyquist)定理)来选择该脉冲重复速率。进行发送精细的时间结构信息的另一个人工耳蜗植入物刺激策略是Med-El的精细结构处理(FSP)策略。带通滤波的时间信号的过零点被跟踪，并且在每个负到正的过零点上，信道特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成对于在植入的人工耳蜗植入阵列中的光学刺激触点的光学刺激信号的方法，所述方法包括：将输入声音信号变换为多个带通信号，所述多个带通信号中的每个表示相关的音频频带，其中每个带通信号包括多个信号分量，所述多个信号分量包括：i.以所述带通信号的响度为特征的包络分量，和ii.以带通信号的时域细节为特征的精细结构分量；对每个带通信号的一个或多个信号分量进行半波整流以去除负相位信号；确定与所整流的一个或多个信号分量的变化速率相对应的信号斜率；仅当所整流的一个或多个信号分量具有正的信号斜率时，生成用于一个或多个给定的频带信号的多个恒定速率光学刺激脉冲；以及基于相应的精细结构或者包络分量，对所述光学刺激脉冲进行调幅，以产生用于通过所述光学刺激触点传输到邻近听觉神经组织的所述光学刺激信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.11 US 62/203,5071.一种用于生成对于在植入的人工耳蜗植入阵列中的光学刺激触点的光学刺激信号的方法，所述方法包括：将输入声音信号变换为多个带通信号，所述多个带通信号中的每个表示相关的音频频带，其中每个带通信号包括多个信号分量，所述多个信号分量包括：i.以所述带通信号的响度为特征的包络分量，和ii.以带通信号的时域细节为特征的精细结构分量；对每个带通信号的一个或多个信号分量进行半波整流以去除负相位信号；确定与所整流的一个或多个信号分量的变化速率相对应的信号斜率；仅当所整流的一个或多个信号分量具有正的信号斜率时，生成用于一个或多个给定的频带信号的多个恒定速率光学刺激脉冲；以及基于相应的精细结构或者包络分量，对所述光学刺激脉冲进行调幅，以产生用于通过所述光学刺激触点传输到邻近听觉神经组织的所述光学刺激信号。2.根据权利要求1的方法，其中对所述光学刺激脉冲进行调幅进一步基于病人特定的刺激特征。3.根据权利要求1所述的方法，其中对于给定的带通信号，对所述精细结构分量进行半波整流。4.根据权利要求1所述的方法，其中对于给定的带通信号，对所述包络分量进行半波整流。5.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述多个恒定速率光学刺激脉冲在所整流的一个或多个信号分量的正的斜率处开始。6.一种用于生成对于在植入的人工耳蜗植入阵列中的光学刺激触点的光学刺激信号的系统，布置包括：信号滤波器组，所述信号滤波器组将输入声音信号变换为多个带通信号，所述多个带通信号中的每个表示相关的音频频带，其中每个带通信号包括多个信号分量，所述多个信号分量包括：i.以所述带通信号的响度为特征的包络分量，和ii.以所述带通信号的时域细节为特征的精细结构分量；信号处理模块，所述信号处理模块处理所述带通信号，包括：i.对每个带通信号的一个或多个信号分量进行半波整流以去除负相位信号，ii.确定与所整流的一个或多个信号分量的变化速率相对应的信号斜率，和iii.仅当所整流的一个或多个信号分量具有正的信号斜率时，生成用于一个或多个给定的频带信号的多个恒定速率光学刺激脉冲；以及脉冲映射...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪尔克·梅斯特，达尔尚·沙阿，
申请(专利权)人：MEDEL电气医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT