基于神经反馈闭环控制的人工耳蜗系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于神经反馈闭环控制的人工耳蜗系统，包括体外部分和植入部分，体外部分包括移动电源、体外信号处理单元和传输线圈，植入部分包括接收线圈、植入体处理单元和刺激采样电极，体外信号处理单元包括声电及反馈调控模块、电源模块、硬件加速模块、传感器模块、射频调制模块和存储模块，声电及反馈处理模块包括声音处理模块、声电映射模块、刺激传入编码模块和反馈传出解码模块；植入体处理单元包括射频解调模块、听神经信号处理模块和接口模块，接口模块包括刺激触发模块和神经遥测模块。本实用新型专利技术模拟听觉系统的调控机制，通过神经反馈传出部分调控刺激传入部分，构成完整的闭环调控，保护和增强在噪声环境下的听声感受。

【技术实现步骤摘要】
基于神经反馈闭环控制的人工耳蜗系统
本技术属于医疗器械领域，特别涉及一种基于神经反馈闭环控制的人工耳蜗系统。
技术介绍
耳蜗的听神经系统的神经传导包含了传入和传出，其中传入部分从耳蜗的毛细胞动作开始，经过耳蜗中的螺旋神经节及其延伸的轴突传导至大脑，产生听觉。对于感音神经聋患者，其部分毛细胞病变或者损伤导致传入通路阻断，从而丧失了听觉。目前，治疗重度感音神经聋患者的唯一手段人工耳蜗，便是通过直接刺激毛细胞和残余的听神经，重建传入通路，使患者恢复听觉。但是，听神经系统的反馈机制，也就是传出通路还无法重建，其功能是传递大脑的主动调控信号，控制毛细胞对声音的敏感度。该反馈机制已被证实有多种功能，其中比较重要的一个功能是在噪音环境下，可以抑制人耳对噪音的感受，对目标声音有相对清晰的聆听。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是通过采集听神经系统的反馈信号对耳蜗发送的刺激信号进行控制，构成一套完整的闭环调控系统，即补偿了聋人缺失的这部分听神经的调控机制，保护和增强用户在噪声环境下的听声感受。为了实现上述目的，本技术的技术方案如下：一种基于神经反馈闭环控制的人工耳蜗系统，包括体外部分和植入部分，其中体外部分包括移动电源、体外信号处理单元和传输线圈，植入部分包括接收线圈、植入体处理单元和刺激采样电极，其中，所述体外信号处理单元包括声电及反馈调控模块、电源模块、硬件加速模块、传感器模块、射频调制模块和存储模块，其中声电及反馈处理模块包括声音处理模块、声电映射模块、刺激传入编码模块和反馈传出解码模块；所述植入体处理单元包括射频解调模块、听神经信号处理模块和接口模块，其中接口模块包括刺激触发模块和神经遥测模块；所述移动电源与电源模块相连接，电源模块将移动电源的电能进行调整，根据体外信号处理单元的需求，以不同电压进行供电；所述传输线圈与射频调制模块相连接，传输线圈发送射频调制模块输出的刺激编码，所述接收线圈与传输线圈的中心均设有磁铁，通过磁铁相吸形成对心连接；所述传感器模块采集系统周围的环境声，将采集到的音频信号发送给硬件加速模块；所述硬件加速模块对传感器采集的音频信号进行预处理，将音频信号由时域转换到频域，然后将处理后的声音频域信号发送给声音处理模块；所述存储模块为声音及反馈处理模块提供存储单元；所述声音处理模块处理来自硬件加速模块的声音频域信号，即音频信号，处理后的音频信号发送给声电映射模块。所述声电映射模块将音频信号转换为神经刺激的电信号，输出给刺激传入编码模块；所述刺激传入编码模块按照预设的通信协议格式将数据进行编码，组成16个比特的刺激传入数据，刺激传入数据再经过传输编码后生成载波，发送给射频调制模块；所述反馈传出解码模块从射频调制模块中检测到的神经反馈信号，按预设协议对信号解码，提取出频率和幅度信息进行分析，确定声音处理模块中处理参数，频率信息代表音频处理对应的频段，幅度决定信号增益的大小；所述射频调制模块将编码信号进行调制，通过传输线圈将调制信号发射出去；同时通过传输线圈检测传输过程中，来自接收线圈的反馈信息，反馈信息包括来自听神经信号处理模块反馈的数字信号；所述传输线圈与接收线圈相连接，进行信号和能量的传输；所述接收线圈通过与传输线圈的耦合，将接收到的调制信号发送给射频解调模块，同时接收来自听神经信号处理模块的神经反馈信息；所述射频解调模块将信号解调为刺激编码，提取数据并发送给听神经信号处理模块；所述听神经信号处理模块对刺激编码进行解码，根据解码后的信息配置接口模块中的刺激触发模块的对应参数，参数包括刺激电极、刺激幅度和刺激时间，听神经信号处理模块还接收来自接口模块中的神经遥测模块检测到的神经反馈数字信号，并对信号进行分析比较，如果是来自听神经反馈的调控信号，则生成数字化的神经反馈信号，并发送给接收线圈；所述刺激触发模块根据参数配置，通过刺激采样电极发送电刺激，电刺激通过电流源与开关的配合来实现，电刺激幅度通过调节电流源的电流大小来实现；刺激时间通过控制开关的打开与闭合间隔来实现；电极选择通过电极开关的控制来实现；所述神经遥测模块根据参数配置，通过预设的扫描方式监视听神经的反应，发送给听神经信号处理模块；所述刺激采样电极至少包括两组，每组由16-60个生物兼容性材料制作的电极触点线性排列组成，其每个电极触点所处的位置与该处耳蜗对频率的感知对应，两组刺激采样电极分别设置在左耳和右耳，无顺序限制，一组用于发送刺激，一组用于采集神经反馈。优选地，所述传输线圈中心设置的磁铁可调整磁性。优选地，所述传感器模块包括若干个麦克风。优选地，所述声音处理模块处理来自硬件加速模块的声音频域信号，其中如果没有反馈传出解码模块发送的信息，则按照预设的默认方式对音频信号进行处理；如果有来自反馈传出解码模块发送的反馈信号，则对反馈信号进行解码，并根据信号解码出来的信息，对反馈的频段进行抑制，其基础幅值根据信号幅度谱中最小幅度的均值乘以信号增益来确定，增益越大，抑制效果越强烈。优选地，所述声电映射模块根据信号的频谱情况，将音频信号转换成对应的电刺激信号，然后将映射后的电刺激信息发送给刺激传入编码模块，电刺激信息包括刺激电极、刺激时间、以及刺激幅度，刺激电极与信号频段为对应关系，与刺激电极的数目相关，音频信号的频率范围为0-8000Hz，每个刺激电极代表一个频段，刺激幅度与频段对应的平均频谱能量呈分段线性映射，能量越高，刺激能量越大。优选地，所述射频调制模块通过16MHz的调制信号对载波进行调制。优选地，所述听神经信号处理模块包括模数转换电路，听神经信号处理模块中配置的参数包括采样精度、采样率、增益和扫描方式，采样精度为12bit、10bit或8bit；采样率为2us、4us、8us或16us；增益为400倍、800倍或1600倍；扫描方式为连续扫描、间隔扫描或高级扫描。本技术的有益效果在于：该系统弥补了目前传统耳蜗缺少闭环反馈控制方法的缺陷。人的听觉系统具有反馈功能，大脑在感受到声音后，会通过神经反馈通路传递反馈信号给耳蜗内的听神经，控制感音神经的敏感度，比如在噪音环境下抑制对噪音频段敏感的听神经的反应，从而提高人在噪音环境下的交流能力。目前市面上流行的电子耳蜗只具有前向刺激通路，神经遥测仅仅用于术中检测听神经是否对电刺激产生反应，因而缺乏这种具有反馈的调控机制。本技术对反馈回来的神经信号进行提取和分析，找到大脑想要抑制的噪音频段，对噪音进行抑制，从而提高使用者在噪音下的交流能力。如果提取的神经反馈信号是提高感音神经的敏感度的，则对声音信号进行放大处理。同时，该系统也是对耳蜗系统异常刺激的一种风险控制。一旦检测到耳蜗刺激产生异响，比如巨大的声响，经大脑反馈传递回来后，便可以第一时间进行控制，避免使用者处理不及时或不当，对使用者造成进一步的伤害。综上，本技术可以提高耳蜗使用者在噪音下的言语交流能力，提高对小声音的感知能力，并减少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于神经反馈闭环控制的人工耳蜗系统，其特征在于，包括体外部分和植入部分，其中体外部分包括移动电源、体外信号处理单元和传输线圈，植入部分包括接收线圈、植入体处理单元和刺激采样电极，其中，/n所述体外信号处理单元包括声电及反馈调控模块、电源模块、硬件加速模块、传感器模块、射频调制模块和存储模块，其中声电及反馈处理模块包括声音处理模块、声电映射模块、刺激传入编码模块和反馈传出解码模块；所述植入体处理单元包括射频解调模块、听神经信号处理模块和接口模块，其中接口模块包括刺激触发模块和神经遥测模块；/n所述移动电源与电源模块相连接，电源模块将移动电源的电能进行调整，根据体外信号处理单元的需求，以不同电压进行供电；/n所述传输线圈与射频调制模块相连接，传输线圈发送射频调制模块输出的刺激编码，所述接收线圈与传输线圈的中心均设有磁铁，通过磁铁相吸形成对心连接；/n所述传感器模块采集系统周围的环境声，将采集到的音频信号发送给硬件加速模块；/n所述硬件加速模块对传感器采集的音频信号进行预处理，将音频信号由时域转换到频域，然后将处理后的声音频域信号发送给声音处理模块；/n所述存储模块为声音及反馈处理模块提供存储单元；/n所述声音处理模块处理来自硬件加速模块的声音频域信号，即音频信号，处理后的音频信号发送给声电映射模块；/n所述声电映射模块将音频信号转换为神经刺激的电信号，输出给刺激传入编码模块；/n所述刺激传入编码模块按照预设的通信协议格式将数据进行编码，组成16 个比特的刺激传入数据，刺激传入数据再经过传输编码后生成载波，发送给射频调制模块；/n所述反馈传出解码模块从射频调制模块中检测到的神经反馈信号，按预设协议对信号解码，提取出频率和幅度信息进行分析，确定声音处理模块中处理参数，频率信息代表音频处理对应的频段，幅度决定信号增益的大小；/n所述射频调制模块将编码信号进行调制，通过传输线圈将调制信号发射出去；同时通过传输线圈检测传输过程中，来自接收线圈的反馈信息，反馈信息包括来自听神经信号处理模块反馈的数字信号；/n所述传输线圈与接收线圈相连接，进行信号和能量的传输；/n所述接收线圈通过与传输线圈的耦合，将接收到的调制信号发送给射频解调模块，同时接收来自听神经信号处理模块的神经反馈信息；/n所述射频解调模块将信号解调为刺激编码，提取数据并发送给听神经信号处理模块；/n所述听神经信号处理模块对刺激编码进行解码，根据解码后的信息配置接口模块中的刺激触发模块的对应参数，参数包括刺激电极、刺激幅度和刺激时间，听神经信号处理模块还接收来自接口模块中的神经遥测模块检测到的神经反馈数字信号，并对信号进行分析比较，如果是来自听神经反馈的调控信号，则生成数字化的神经反馈信号，并发送给接收线圈；/n所述刺激触发模块根据参数配置，通过刺激采样电极发送电刺激，电刺激通过电流源与开关的配合来实现，电刺激幅度通过调节电流源的电流大小来实现；刺激时间通过控制开关的打开与闭合间隔来实现；电极选择通过电极开关的控制来实现；/n所述神经遥测模块根据参数配置，通过预设的扫描方式监视听神经的反应，发送给听神经信号处理模块；/n所述刺激采样电极至少包括两组，每组由16-60个生物兼容性材料制作的电极触点线性排列组成，其每个电极触点所处的位置与该处耳蜗对频率的感知对应，两组刺激采样电极分别设置在左耳和右耳，无顺序限制，一组用于发送刺激，一组用于采集神经反馈。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于神经反馈闭环控制的人工耳蜗系统，其特征在于，包括体外部分和植入部分，其中体外部分包括移动电源、体外信号处理单元和传输线圈，植入部分包括接收线圈、植入体处理单元和刺激采样电极，其中，
所述体外信号处理单元包括声电及反馈调控模块、电源模块、硬件加速模块、传感器模块、射频调制模块和存储模块，其中声电及反馈处理模块包括声音处理模块、声电映射模块、刺激传入编码模块和反馈传出解码模块；所述植入体处理单元包括射频解调模块、听神经信号处理模块和接口模块，其中接口模块包括刺激触发模块和神经遥测模块；
所述移动电源与电源模块相连接，电源模块将移动电源的电能进行调整，根据体外信号处理单元的需求，以不同电压进行供电；
所述传输线圈与射频调制模块相连接，传输线圈发送射频调制模块输出的刺激编码，所述接收线圈与传输线圈的中心均设有磁铁，通过磁铁相吸形成对心连接；
所述传感器模块采集系统周围的环境声，将采集到的音频信号发送给硬件加速模块；
所述硬件加速模块对传感器采集的音频信号进行预处理，将音频信号由时域转换到频域，然后将处理后的声音频域信号发送给声音处理模块；
所述存储模块为声音及反馈处理模块提供存储单元；
所述声音处理模块处理来自硬件加速模块的声音频域信号，即音频信号，处理后的音频信号发送给声电映射模块；
所述声电映射模块将音频信号转换为神经刺激的电信号，输出给刺激传入编码模块；
所述刺激传入编码模块按照预设的通信协议格式将数据进行编码，组成16个比特的刺激传入数据，刺激传入数据再经过传输编码后生成载波，发送给射频调制模块；
所述反馈传出解码模块从射频调制模块中检测到的神经反馈信号，按预设协议对信号解码，提取出频率和幅度信息进行分析，确定声音处理模块中处理参数，频率信息代表音频处理对应的频段，幅度决定信号增益的大小；
所述射频调制模块将编码信号进行调制，通过传输线圈将调制信号发射出去；同时通过传输线圈检测传输过程中，来自接收线圈的反馈信息，反馈信息包括来自听神经信号处理模块反馈的数字信号；
所述传输线圈与接收线圈相连接，进行信号和能量的传输；
所述接收线圈通过与传输线圈的耦合，将接收到的调制信号发送给射频解调模块，同时接收来自听神经信号处理模块的神经反馈信息；
所述射频解调模块将信号解调为刺激编码，提取数据并发送给听神经信号处理模块；
所述听神经信号处理模块对刺激编码进行解码，根据解码后的信息配置接口模块中的刺激触发模块的对应参数，参数包括刺激电极、刺激幅度和刺激时间，听神经信号处理模块还接收来自接口模块中的神经遥测模块检测到的神经反馈数字信号，并对信号进行分析比较，如果是来...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩彦，黄穗，孙晓安，
申请(专利权)人：浙江诺尔康神经电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33