實現多種生理信息檢測功能的電子耳蝸的製作方法
2023-06-30 01:57:41
專利名稱：實現多種生理信息檢測功能的電子耳蝸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子耳蝸。
背景技術：
聽力損傷是當代社會一個較普遍的疾病，這些耳聾病人無法用語言與人交 流，給社會、家庭和個人帶來沉重的經濟負擔和心理壓力。電子耳蝸是一種能
夠幫助全聾人恢復聽覺的技術，全球目前有逾IO萬名電子耳蝸使用者。電子
耳蝸亦是幫助天生聾兒學習語言的重要設備。此外，隨著全球人口老齡化的 日益嚴重，老齡人口佔社會人口的比重逐漸增加，而絕大多數老齡人有嚴重 的聽力障礙，越來越多的老齡人正在使用電子耳蝸。
電子耳蝸主要包括佩戴於耳外的體外語音處理裝置和體內植入裝置兩部 分。體外語音處理裝置包括內置電源、麥克風、語音信號處理單元和發射單 元，麥克風接收外界的語音信號，語音信號處理單元對語音信號進行分析， 提取與語音識別相關的特徵參數，發射單元將語音信號的特徵參數以無線傳 播的方式傳送至體內植入裝置。體內植入裝置包括接收器、電脈衝控制器和 電極，接收器負責接收語音信號的特徵參數，電脈衝控制器根據語音信號的 特徵參數產生相應的電脈衝信號，電極被植入到耳蝸基底膜的不同位置，電 脈衝信號通過電極刺激聽覺神經產生不同的聲音感知。
對於電子耳蝸使用者、尤其是逐漸增多的老齡使用者而言，他們的健康 維繫亦是至關重要的。但是，電子耳蝸不具有更深層次的保健功能，例如生 理信息檢測。
發明內容
有鑑於此，有必要針對電子耳蝸不具有生理信息檢測功能的問題，提供一 種實現多種生理信息檢測功能的電子耳蝸。
一種電子耳蝸，包括體外語音處理裝置和體內植入裝置，所述體外語音 處理裝置包括內置電源、麥克風、語音信號處理單元和發射單元，所述體內 植入裝置包括接收器、電脈衝控制器和電極，內置電源向體外語音處理裝置的各電路提供其正常工作所需的電源，麥克風接收外界的語音信號，語音信 號處理單元對語音信號進行分析，提取與語音識別相關的特徵參數，發射單
元將語音信號的特徵參數以無線傳播的方式傳送至體內植入裝置；接收器負 責接收語音信號的特徵參數，電脈衝控制器根據語音信號的特徵參數產生相 應的電脈衝信號，電脈衝信號通過電極刺激聽覺神經產生不同的聲音感知。 所述體外語音處理裝置還包括生理信息檢測單元，所述體內植入裝置還包括 ;故大電路和通訊電i 各，所述電衝及還用於測量i秀髮信號，所述3i:大電路對誘發 信號進行放大處理，所述通訊電路將放大後的誘發信號以無線傳播的方式發 送至所述生理信息檢測單元，所述生理信息檢測單元用於測量人體的生理信 息，並根據所迷生理信息計算出生理參數。
優選的，所述生理信息檢測單元包括傳感單元、信號處理單元、控制單 元、運算單元、存儲單元和通訊單元，傳感單元用於測量人體的生理信息， 信號處理單元用於對傳感單元和通訊單元採集到的生理信息進行處理，控制 單元用於控制傳感單元、信號處理單元、運算單元、存儲單元和通訊單元， 運算單元用於接收信號處理單元及通訊單元的數據，並對所接收的數據進行 生理參數分析處理，存儲單元用於存儲數據，通訊單元用於將數據以無線傳 播方式發送至周圍顯示設備，並接收體內植入裝置或外部設備以無線傳播方 式傳送的數據。
優選的，所述生理信息包括光電容積描記信號、體溫信息、心電信號、血 壓信息和身體姿態信息。
優選的，所述傳感單元包括用於測量所述光電容積描記信號的光電傳感 器；用於測量所述體溫信息的溫度傳感器；用於測量所述血壓信息的具有壓 力控制功能的設備；用於測量所述身體姿態信息的加速度傳感器及用於測量 所述光電容積描記^f言號、心電信號和體溫信息的具有傳感功能的輔助裝置。
優選的，所述光電傳感器位於語音處理器的底部。
優選的，所述溫度傳感器通過可彎曲導體與體外語音處理裝置連接。
優選的，所述具有傳感功能的輔助裝置具有無線數據傳送單元，用於和 語音處理器的生理信息檢測單元實現數據通訊。
優選的，所述具有傳感功能的輔助裝置是具有傳感功能的指環或具有傳 感功能的手錶。
優選的，所述信號處理單元用於對光電容積描記信號實現放大和低通濾波；對濾波後的信號進行數字釆樣；對數位訊號實現一階求導、數字濾波 處理；從數位訊號中提取波峰位置特徵；根據提取的信號特徵以及預先存儲 的信號處理算法，對生理參數進行估計；及緩存數位訊號。 優選的，所述信號處理單元由生物醫學晶片實現。
優選的，所述控制單元檢測到異常生理參數時，與附近遠程醫療的終端 進行通訊，並將異常生理參數傳送至遠程醫療網絡的遠端伺服器。
優選的，所迷控制單元由生物醫學晶片實現。
優選的，所述內置電源通過能量收穫方式獲得電能。
上述電子耳蝸的體外語音處理裝置具有生理信息檢測單元，所述體內植 入裝置具有放大電路和通訊電路。所述生理信息4全測單元用於測量人體的各 種生理信息，並根據生理信息計算出生理參數。所述體內植入裝置的電極還 用於測量誘發信號，所述放大電路對誘發信號進行放大處理，所述通訊電路 將放大後的誘發信號以無線傳輸的方式發送至生理信息檢測單元。由此可見， 上述電子耳蝸能實現多種生理信息檢測功能。
圖l是電子耳蝸的示意圖。
圖2是生理信息檢測單元的示意圖。
圖3是體外語音處理裝置的外觀圖。
圖4是生理信息檢測單元的工作流程圖。
具體實施例方式
電子耳蝸包括佩戴於耳外的體外語音處理裝置和體內植入裝置兩部分。 體外語音處理裝置不單實現正常的語音信號處理，還將測量以光電容積描記信 號為主的生理信號，用以檢測重要的心血管生理參數。體內植入裝置不單用於 電刺激聽覺神經元以產生聽覺，還將以電、光、磁等方式來刺激耳蝸內的血管 組織，測量獲取誘發信號，並將誘發信號以無線傳播的方式發送至體外語音 處理裝置，從而獲取耳蝸內血管微循環、電化學等生理特徵參數。
圖l是電子耳蝸的示意圖。該電子耳蝸100包括佩戴於耳外的體外語音 處理裝置11和體內植入裝置12兩個部分。體外語音處理裝置11包括內置電 源110、麥克風lll、語音信號處理單元112、發射單元113和生理信息檢測單元114。內置電源110向體外語音處理裝置11的各電路提供其正常工作所需的電源。內置電源可以是電池，或者通過能量收穫方式獲得電能。麥克風111接收外界的語音信號，語音信號處理單元112對語音信號進行分析，提取與語音識別相關的特徵參數，發射單元113將語音信號的特徵參數以無線傳播的方式傳送至體內植入裝置12。體內植入裝置12包括接收器121、電脈沖控制器122、電極123、放大電路124和通訊電路125，接收器121負責接收語音信號的特徵參數，電脈衝控制器122根據語音信號的特徵參數產生相應的電脈衝信號，電極123被植入到耳蝸基底膜的不同位置，電脈衝信號通過電極刺激聽覺神經產生不同的聲音感知。
圖2是生理信息檢測單元114的示意圖。該生理信息檢測單元114包括傳感單元20、信號處理單元23、控制單元24、運算單元25、存儲單元26和通訊單元27。
傳感單元20用於測量人體的各種生理信息，如光電容積描記信號、體溫信息、心電信號、血壓信息、身體姿態信息等。傳感單元20包括光電傳感器21和溫度傳感器22。此外，傳感單元20還可以包括未設置在體外語音處理裝置11上的其他具有傳感功能的輔助裝置，例如具有傳感功能的指環、具有傳感功能的手錶等。該具有傳感功能的輔助裝置可用於測量所述光電容積描記信號、心電信號和體溫信息。具有傳感功能的輔助裝置可以安置於體表的任何位置。具有傳感功能的輔助裝置具有無線數據傳送單元，可以和體外語音處理裝置11的生理信息檢測單元114實現數據通訊。傳感單元20包括的傳感器類型除了光電傳感器21和溫度傳感器22外，還可以是用於測量身體姿態信息的加速度傳感器、用於測量血壓信息的具有壓力控制功能的設備(在耳部根據光電容積震蕩法來測量血壓信息)等。
光電傳感器21用於測量光電容積描記信號。當光照在人體的末梢組織(例如耳垂、手指等)時，部分光會被皮膚、骨、肌肉組織、血液等吸收或反射，其餘的光會穿過末梢組織，而光電傳感器21感應這些反射光或者透射光。脈搏搏動引起的血管內血流量的變化會導致反射光和透射光的光強度變化，光電傳感器21可以感應其變化，並將此強度變化轉換成電信號。研究已經表明，從光電容積描記信號可以提取與人體生理狀態相關的多個生理參數的信息，例如其相鄰波峰的位置可用來測量心率；其重搏波二次諧頻所佔的能量百分比包含了血壓相關的信息；以其它體表部位光電容積描記信號或心電信號作參考得到的脈衝傳遞時間亦正被研究用於連續血壓測量。光電容積描記信號的優點是釆集
方便，光電傳感器21與測量部位接觸就可以得到光電容積描記信號。
溫度傳感器22用於測量人的體溫。圖3是體外語音處理裝置11的外觀圖。溫度傳感器22通過可彎曲導體30與體外語音處理裝置11連接，光電傳感器21位於體外語音處理裝置11的底部。當使用者佩戴語音處理器11後，光電傳感器21與耳垂部位接觸，溫度傳感器22通過可彎曲導體30伸入外耳，與耳壁部位接觸。
信號處理單元23用於對傳感單元20和通訊單元27採集到的生理信息進行處理，其可由生物醫學晶片實現。其具體功能如下
(a) 對光電容積描記信號實現放大和低通濾波；
(b) 對濾波後的信號進行數字採樣；
(c) 對數位訊號實現一階求導、數字濾波等處理；
(d) 從數位訊號中提取波峰位置等特徵；
(e) 根據提取的信號特徵以及預先存儲的信號處理算法，對重要生理參數進行估計，該生理參悽史可以是心率、心率變化率、血壓、血壓變化率、體溫、連續血紅蛋白含量等參數中的一種或多種；
(f) 緩存數位訊號，用於分析處理。
控制單元24用於控制信號的傳感、處理、運算、傳送及接收，即控制單元24同時控制傳感單元20、信號處理單元23、運算單元25、存儲單元26和通訊單元27。控制單元24可由生物醫學晶片實現。當控制單元24檢測到異常生理參數時，將啟動應急醫護功能，與附近遠程醫療的終端進行通訊，並將異常生理參數傳送至遠程醫療網絡的遠端伺服器。
運算單元25用於接收信號處理單元23及通訊單元27的數據，並對所接收的數據進行生理參數分析處理。其所接收的數據包括光電容積描記信號、生理信號、心電信號等等。
存儲單元26用於存儲數據，其存儲的數據包括算法參數；控制代碼；生理信息檢測的程序代碼；使用者的個人信息，例如血壓估計算法中的校準參數等；檢測的生理參數，例如24小時心率、血壓等。
通訊單元27用於將包括生理信號、檢測結果等數據以無線傳播方式傳送至數字式手錶、手提電話、計算機、電子手帳等周圍顯示設備上，並接收來自體內植入裝置12或外部設備以無線傳播方式傳送的數據。電極123通過光、電、磁等媒介來刺激耳蝸內部的血管、神經元等組織，同時電極123將測量刺激得到的誘發信號送入放大電路124，放大電路124對誘發信號進行放大處理並送入通訊電路125,通訊電路125將放大後的誘發信號以無線傳播的方式傳送至生理信息檢測單元114的通訊單元27。
圖4是生理信息檢測單元114的工作流程圖。該生理信息才全測單元114的工作流程包括以下步驟
S301:測量生理信息。
當電子耳蝸100開始工作後，靠近耳垂部位的光電傳感器21開始測量耳垂處的光電容積描記信號，溫度傳感器22開始測量外耳內壁處的體溫信息，通訊單元27開始接收體內植入裝置12的通訊電路125發送的誘發信號。
S302:處理生理信息。
生理信息將進行必要的信號處理，包括模擬放大、濾波、數字採樣等。S303:測量血壓。
測量血壓的步驟中，可以採用如下測量方式中的任何一種根據耳垂處的光電容積描記信號的重搏波二次諧頻能量百分比確定血壓及血壓變化率。
接收其它體表部位測量得到的光電容積描記信號，根據脈衝傳遞時間確定血壓及血壓變化率。
接收其它體表部位測量得到的心電信號，根據脈沖傳遞時間確定血壓及血壓變化率。
S304:根據光電容積描記信號測量連續血紅蛋白含量、心率及其變化率。S305:根據體溫信息測量體溫。S306:測量耳蝸內生理特徵參數。
該耳蝸內生理特徵參數包括血管微循環、電化學參數等。S307:儲存測量結果。S308:顯示測量結果。
S309:判斷測量結果是否異常。若是，執行步驟S310;若否，執行步驟S301。
S310:將檢測結果傳送至遠端保健中心。
上述電子耳蝸100以使用者必需的體外語音處理裝置11和體內植入裝置12作為測量平臺，不必再專門設計額外的生理信息測量裝置。生理信息檢測單元114被集成於體外語音處理裝置11內，體外語音處理裝置11的資源得到了充分的利用，避免了資源的重複浪費的同時也降低了設計成本。上述電子耳蝸100除了可用於家庭醫療保健，還可用於遠程醫療診斷、傳染病監控等需要醫生和病人隔離的場合，能夠有效地提高疾病監護的安全性。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1、一種電子耳蝸，包括體外語音處理裝置和體內植入裝置，所述體外語音處理裝置包括內置電源、麥克風、語音信號處理單元和發射單元，所述體內植入裝置包括接收器、電脈衝控制器和電極，內置電源向體外語音處理裝置的各電路提供其正常工作所需的電源，麥克風接收外界的語音信號，語音信號處理單元對語音信號進行分析，提取與語音識別相關的特徵參數，發射單元將語音信號的特徵參數以無線傳播的方式傳送至體內植入裝置；接收器負責接收語音信號的特徵參數，電脈衝控制器根據語音信號的特徵參數產生相應的電脈衝信號，電脈衝信號通過電極刺激聽覺神經產生不同的聲音感知；其特徵在於所述體外語音處理裝置還包括生理信息檢測單元，所述體內植入裝置還包括放大電路和通訊電路，所述電極還用於測量誘發信號，所述放大電路對誘發信號進行放大處理，所述通訊電路將放大後的誘發信號以無線傳播的方式發送至所述生理信息檢測單元，所述生理信息檢測單元用於測量人體的生理信息，並根據所述生理信息計算出生理參數。
2、 根據權利要求1所述的電子耳蝸，其特徵在於所述生理信息檢測單 元包括傳感單元、信號處理單元、控制單元、運算單元、存儲單元和通訊單 元，傳感單元用於測量人體的生理信息，信號處理單元用於對傳感單元和通 訊單元採集到的生理信息進行處理，控制單元用於控制傳感單元、信號處理 單元、運算單元、存儲單元和通訊單元，運算單元用於接收信號處理單元及 通訊單元的數據，並對所接收的數據進行生理參數分析處理，存儲單元用於 存儲數據，通訊單元用於將數據以無線傳播方式發送至周圍顯示設備，並接 收體內植入裝置或外部設備以無線傳播方式傳送的數據。
3、 根據權利要求2所述的電子耳蝸，其特徵在於所述生理信息包括光電 容積描記信號、體溫信息、心電信號、血壓信息和身體姿態信息。
4、 根據權利要求3所述的電子耳蝸，其特徵在於所述傳感單元包括 用於測量所述光電容積描記信號的光電傳感器；用於測量所述體溫信息的溫度 傳感器；用於測量所述血壓信息的具有壓力控制功能的設備；用於測量所述 身體姿態信息的加速度傳感器及用於測量所述光電容積描記信號、心電信號和 體溫信息的具有傳感功能的輔助裝置。
5、 根據權利要求4所述的電子耳蝸，其特徵在於所述光電傳感器位於 語音處理器的底部。
6、 根據權利要求4所述的電子耳蝸，其特徵在於所述溫度傳感器通過可彎曲導體與體外語音處理裝置連接。
7、 根據權利要求4所述的電子耳蝸，其特徵在於所述具有傳感功能的輔 助裝置具有無線數據傳送單元，用於和語音處理器的生理信息檢測單元實現 數據通訊。
8、 根據權利要求7所述的電子耳蝸，其特徵在於所述具有傳感功能的 輔助裝置是具有傳感功能的指環或具有傳感功能的手錶。
9、 根據權利要求3所述的電子耳蝸，其特徵在於所述信號處理單元用於 對光電容積描記信號實現放大和低通濾波；對濾波後的信號進行數字採樣； 對數位訊號實現一階求導、數字濾波處理；從數位訊號中提取波峰位置特徵； 根據提取的信號特徵以及預先存儲的信號處理算法，對生理參數進行估計； 及緩存數位訊號。
10、 根據權利要求2或9所述的電子耳蝸，其特徵在於所述信號處理單 元由生物醫學晶片實現。
11、 根據權利要求2所述的電子耳蝸，其特徵在於所述控制單元檢測到 異常生理參數時，與附近遠程醫療的終端進行通訊，並將異常生理參數傳送 至遠程醫療網絡的遠端伺服器。
12、 根據權利要求2或11所述的電子耳蝸，其特徵在於所述控制單元由 生物醫學晶片實現。
13、 根據權利要求1所述的電子耳蝸，其特徵在於所述內置電源通過 能量收穫方式獲得電能。
全文摘要
本發明涉及一種電子耳蝸，包括體外語音處理裝置和體內植入裝置，所述體外語音處理裝置包括內置電源、麥克風、語音信號處理單元和發射單元，所述體內植入裝置包括接收器、電脈衝控制器和電極。所述體外語音處理裝置還包括生理信息檢測單元，所述體內植入裝置還包括放大電路和通訊電路，所述電極還用於測量誘發信號，所述放大電路對誘發信號進行放大處理，所述通訊電路將放大後的誘發信號以無線傳播的方式發送至所述生理信息檢測單元，所述生理信息檢測單元用於測量人體的生理信息，並根據所述生理信息計算出生理參數。本發明電子耳蝸能實現多種生理信息檢測功能。
文檔編號A61F2/18GK101653386SQ200810241499
公開日2010年2月24日 申請日期2008年12月23日 優先權日2008年12月23日
發明者張元亭, 磊 王, 霏 陳 申請人:深圳先進技術研究院;香港中文大學