基於聽覺感知提示的人工耳蝸信號處理單元和方法
2023-06-30 02:20:26
基於聽覺感知提示的人工耳蝸信號處理單元和方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於聽覺感知提示的人工耳蝸信號處理單元和方法，包括以下步驟：測試用戶的可用電極電刺激聽覺動態範圍；得到用戶的電極通道閾值T和舒適強度C，得到該用戶的響度曲線；選取該用戶的某個可用電極發送脈衝串，通過刺激電流從小到大設置音量等級；用戶調節不同等級的音量，刺激電流大小不同，用戶聽到的聲音響度不同，實現基於刺激響度的音量提示；根據耳蝸電極位置-頻率理論進行編碼；設置在模式A-D刺激不同電極位置，對應的刺激頻率不同，實現基於刺激頻率的模式提示。通過本發明，提供了一種能夠根據不同用戶主觀聽覺感知的智能提示方法，解決了基於視覺的提示方法的非隱蔽性與不便，提高了用戶對音量和模式變化的敏感性。
【專利說明】基於聽覺感知提示的人工耳蝸信號處理單元和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於醫療器械領域，特別涉及一種基於聽覺感知提示的人工耳蝸信號處理單元和方法。
【背景技術】
[0002]人的耳蝸毛細胞是接收聲音的感覺細胞。當耳蝸毛細胞損傷嚴重時，就會出現嚴重的聽力損傷。人工耳蝸就是替代已損傷毛細胞，通過電刺激聽覺神經重新獲得聲音信號的一種電子裝置。
[0003]人工耳蝸由體外機部件和植入體部件兩部分組成，體外機部件主要包括傳聲器(如麥克風等)、言語處理器和發射線圈，植入體部件主要包括接收線圈、刺激器及多通道電極陣列組成。在系統連接正常的情況下，麥克風接收聲信號，通過言語處理器，將聲信號進行分析處理並編碼，通過頭件(發射線圈)透過皮膚傳送到植入體部件的接收線圈，經過刺激器的解碼處理後，產生相應頻率及電流強度的脈衝信號並傳送到各個刺激電極。通過電極刺激聽神經，將脈衝信號傳到聽覺中樞從而為使用者產生聽覺。圖1給出現有人工耳蝸言語處理器的結 構示意圖。
[0004]患者植入人工耳蝸之後，聽力師需要通過相應的調試軟體，對用戶進行言語編碼策略的編程。圖2給出的是調試系統結構示意圖。通過心理物理測量方法，獲得患者每個可用電極通道的閾值(T)和舒適強度(C)信息，即能引起患者最小聽覺和最大舒適度的電流單位，這個範圍我們稱為人工耳蝸電刺激動態範圍。
[0005]一般的人工耳蝸系統，會預設一些適用該患者的若干個模式，會根據患者的實際需求，對每個模式分別設置，同時每個模式也都可以調節總的輸出強度，即音量的可選。一般的提示方法，都是基於視覺的基礎，通過指示燈的方法提示用戶當前設備的使用狀態。
[0006]那麼在日常使用過程中，此類基於視覺的提示方法會帶來些許不便。首先用戶本身看不到，需要將掛在耳後的設備取下來觀察確認。其次，出於隱私的考慮，某些患者並不希望他人看到指示燈的閃爍。所以，針對每個用戶電刺激聽覺動態範圍的智能提示方法，可以有效的規避這兩個問題。
【發明內容】
[0007]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種基於聽覺感知提示的人工耳蝸信號處理單元和方法，使用戶通過聽覺感知來判斷人工耳蝸信號處理單元使用時的音量和模式狀態。
[0008]為達到上述目的，本發明提供了一種人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0009]測試用戶的可用電極，以及每個電極的電刺激聽覺動態範圍；
[0010]得到用戶的電極通道閾值T和舒適強度C，代入響度曲線公式，得到該用戶的響度曲線；
[0011]選取該用戶的某個可用電極發送脈衝串，通過刺激電流大小設置音量等級，或通過間隔發出刺激電流，以刺激次數設置音量等級；
[0012]用戶調節不同等級的音量時，刺激電流的大小不同，用戶聽到的聲音響度不同，實現基於刺激響度的音量提示，或發出刺激電流的次數不同，用戶聽到的響聲次數不同，實現基於刺激次數的音量提示；
[0013]根據耳蝸電極位置-頻率理論進行編碼；
[0014]設置在模式A-D刺激不同電極位置，對應的刺激頻率即不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的次數不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的持續時間不同；
[0015]用戶設置不同模式時，刺激不同的電極，即用戶聽到的音調不同，實現基於刺激頻率的模式提示，或刺激的次數不同，即用戶聽到的響聲次數不同，實現基於刺激次數的模式提示，或刺激電流的持續時間不同，用戶聽到的響聲長短不同，實現基於刺激時長的模式提示；
[0016]實現人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示。
[0017]可選地，所述響度曲線，在刺激速率小於300pps時，可通過如下公式得到:
[0018]L = KjAp, [0019]其中，L為歸一化的響度，K1和P是不同病人的相關係數，為常數，A是脈衝串的刺
激電流。
[0020]可選地，所述響度曲線，在刺激速率大於300pps時，可通過如下公式得到:
[0021]L = Kh*eqA,
[0022]其中，L為歸一化的響度，Kh和q是不同病人的相關係數，為常數，A是脈衝串的刺
激電流。
[0023]可選地，所述通過刺激電流的大小設置音量等級，具體為發出刺激電流最小時，音量等級最小，刺激電流由小及大，音量等級逐級遞增。
[0024]可選地，所述通過以刺激次數設置音量等級，具體為刺激一次，音量等級最小；刺激次數逐一遞增，音量等級逐級遞增。
[0025]可選地，所述刺激的次數不同，即用戶聽到的響聲次數不同，具體為聽到響聲從I次到4次，代表模式A到D。
[0026]可選地，所述刺激電流的持續時間不同，用戶聽到的響聲長短不同，具體為刺激電流持續ls，代表模式A ;持續2s，代表模式B ;持續3s，代表模式C ;持續3s，停頓0.5s,再刺激ls，代表模式D。
[0027]基於上述目的，本發明還提供了一種採用上述提示方法的人工耳蝸信號處理單元，包括麥克風，專用語音信號處理晶片，射頻調製模塊，射頻放大模塊，反向信號檢測模±夾，晶振，外圍輔助模塊和EEPR0M，其中，
[0028]所述麥克風，用於拾取聲音信號，並傳送到專用語音信號處理晶片；
[0029]所述專用語音信號處理晶片，包括模擬數字轉換模塊，增益控制模塊，快速傅立葉變換模塊和脈衝編碼模塊，用於對聲音信號進行數位化處理，帶通濾波後處理得到包絡信號，壓縮後的包絡信號決定刺激電極位置和刺激電流大小；
[0030]所述射頻調製模塊，射頻放大模塊和晶振，用於將專用語音信號處理晶片輸出的編碼信號調製到用晶振產生的射頻載波上，然後通過射頻放大模塊放大後輸出；[0031]所述反向信號檢測模塊，用於接受人工耳蝸植入體刺激器返回的信息；
[0032]所述外圍輔助模塊，包括音量控制和模式選擇開關，用於對音量和模式進行調節和切換；
[0033]所述EEPR0M，用於對專用語音信號處理晶片的信息進行存儲。
[0034]本發明的有益效果在於:通過設置用戶調節不同等級的音量時，刺激電流的大小不同，用戶聽到的聲音響度不同，或發出刺激電流的次數不同，用戶聽到的響聲次數不同，實現基於聽覺感知的音量提示；設置在模式A-D刺激不同電極位置，對應的刺激頻率即不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的次數不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的持續時間不同，實現基於聽覺感知的模式提示。解決了基於視覺的提示方法的非隱蔽性與不便，提示方法多樣，調控方便，提高了用戶對音量和模式變化的敏感性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明:
[0036]圖1為現有技術中言語處理器的結構示意圖；
[0037]圖2為現有技術中調試系統結構不意圖；
[0038]圖3為現有技 術中基於視覺提示方法的信號處理單元結構示意圖；
[0039]圖4為本發明實施例的基於聽覺提示方法的信號處理單元結構示意圖；
[0040]圖5為本發明實施例的基於聽覺感知的人工耳蝸信號處理單元的提示方法步驟流程圖；
[0041]圖6為本發明實施例的基於聽覺提示方法的信號處理單元電路結構示意圖；
[0042]圖7為本發明實施例的耳蝸感音位置-頻率理論示意圖；
[0043]圖8為本發明實施例的基於聽覺感知的人工耳蝸信號處理單元提示方法的響度增長曲線和響度等級設置示意圖；
[0044]圖9為本發明實施例的基於聽覺感知的人工耳蝸信號處理單元提示方法的音調增長曲線和電極位置-模式設置示意圖。
【具體實施方式】
[0045]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0046]現有技術中，一般信號處理單元對音量和模式的提示方法都是基於視覺的，通過指示燈的方式提示用戶當前設備的使用狀態，如指示燈的個數和亮閃的節奏等，參見圖3，包括指示燈101，增加鍵102，減小鍵103，模式鍵104和連接導線插口 105，指示燈101由6蓋綠色LED燈組成,用個數表示音量等級,如I蓋指示燈亮,表示音量I,音量最小，以此類推，6盞指示燈亮，表示音量6，音量最大。用LED燈的位置表示模式號，如指示燈101中第二盞LED燈亮，表示當前運作模式為模式B，第四盞LED燈亮，表示當前運作模式為模式D。
[0047]上述方法有諸多弊端，在
【發明內容】
中有所闡述，在此不再贅述，本發明提供了一種基於聽覺提示方法的信號處理單元，參見圖4，其包括:增加鍵102，減小鍵103，模式鍵104和連接導線插口 105，省略了指示燈，不但實現聽覺感知的提示方法，同時在節省了成本與空間。
[0048]本發明實施例提供了基於聽覺感知的人工耳蝸信號處理單元的提示方法，其流程圖參見圖5，包括以下步驟:
[0049]S101，測試用戶的可用電極，以及每個電極的電刺激聽覺動態範圍；
[0050]S102,得到用戶的電極通道閾值T和舒適強度C，代入響度曲線公式，得到該用戶的響度曲線；
[0051 ] S103，選取該用戶的某個可用電極發送脈衝串，通過刺激電流大小設置音量等級，或通過間隔發出刺激電流，以刺激次數設置音量等級；
[0052]S104，用戶調節不同等級的音量時，刺激電流的大小不同，用戶聽到的聲音響度不同，實現基於刺激響度的音量提示，或發出刺激電流的次數不同，用戶聽到的響聲次數不同，實現基於刺激次數的音量提示；
[0053]S105，根據耳蝸電極位置-頻率理論進行編碼； [0054]S106，設置在模式A-D刺激不同電極位置，對應的刺激頻率即不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的次數不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的持續時間不同；
[0055]S107，用戶設置不同模式時，刺激不同的電極，即用戶聽到的音調不同，實現基於刺激頻率的模式提示，或刺激的次數不同，即用戶聽到的響聲次數不同，實現基於刺激次數的模式提示，或刺激電流的持續時間不同，用戶聽到的響聲長短不同，實現基於刺激時長的模式提示；
[0056]S108，實現人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示。
[0057]進一步地,上述響度曲線,在刺激速率小於300pps時,可通過如下公式得到:
[0058]L = K1^Ap,
[0059]其中，L為歸一化的響度，K1和P是不同病人的相關係數，為常數，A是脈衝串的刺
激電流。
[0060]進一步地,上述響度曲線,在刺激速率大於300pps時,可通過如下公式得到:
[0061]L = Kh*eqA,
[0062]其中，L為歸一化的響度，Kh和q是不同病人的相關係數，為常數，A是脈衝串的刺
激電流。
[0063]進一步地，上述通過刺激電流的大小設置音量等級，具體為發出刺激電流最小時，首量等級最小；刺激電流由小及大，首量等級逐級遞增。
[0064]進一步地，上述通過以刺激次數設置音量等級，具體為刺激一次，音量等級最小；刺激次數逐一遞增，音量等級逐級遞增。
[0065]進一步地，上述刺激的次數不同，即用戶聽到的響聲次數不同，具體為聽到響聲從I次到4次，代表模式A到D。
[0066]進一步地，上述刺激電流的持續時間不同，用戶聽到的響聲長短不同，具體為刺激電流持續ls，代表模式A ;持續2s，代表模式B ;持續3s，代表模式C ;持續3s，停頓0.5s，再刺激ls，代表模式D。
[0067]與上述提示方法對應的是，本發明提供了一種基於聽覺提示方法的信號處理單元，其電路結構參見圖6，其包括:麥克風110，專用語音信號處理晶片111，射頻調製模塊112，射頻放大模塊113，反向信號檢測模塊114，晶振115，外圍輔助模塊116和EEPR0M117，其中，
[0068]所述麥克風110，拾取外界聲音信號，並傳送到專用語音信號處理晶片111 ；
[0069]所述專用語音信號處理晶片111，包括模擬數字轉換模塊，增益控制模塊，快速傅立葉變換模塊和脈衝編碼模塊，用於對聲音信號進行數位化處理，帶通濾波後處理得到包絡信號，壓縮後的包絡信號決定刺激電極位置和刺激電流大小，是設置基於聽覺提示方法的信號處理單元的核心，上述基於聽覺感知的提示方法中發出的刺激電流大小、次數、持續時間和發出刺激電流刺激的電極位置都由專用語音信號處理晶片111輸出；
[0070]所述射頻調製模塊112將專用語音信號處理晶片111輸出的編碼信號調製到由晶振115產生的射頻載波上，然後通過射頻放大模塊113放大後輸出；
[0071]所述反向信號檢測模塊114，用於接受人工耳蝸植入體刺激器返回的信息；
[0072]所述外圍輔助模塊116，包括音量控制和模式選擇開關，用於對音量和模式進行調節和切換，上述基於聽覺感知的提示方法中用戶就是通過按外圍輔助模塊116中的增加/減小/模式鍵來調節音量和切換模式；
[0073]所述EEPR0M117，用於對專用語音信號處理晶片111的信息進行存儲。
[0074]電子耳 蝸的病人的音調高低主要有電極的位置決定，主要採用了電聽覺中的位置-音高原理。在這個理論中，聲音的頻率信息是通過基底膜不同部位神經纖維發放衝動來傳遞的。即聲音不同頻率的信息由不同的聽覺通道傳輸。部位編碼反映了耳蝸將原聲刺激分解成獨立的子帶信號的濾波能力，這些不同子帶信號的中心頻率與耳蝸上的不同位置相對應，耳蝸感音位置-頻率理論參見圖7，蝸尖21至蝸底22不同位置對應的頻率23，由低頻到高頻。根據該原理，可以通過刺激不同耳蝸位置，使用戶聽到不同頻率，即不同音調的聲音。
[0075]下面我們以基於刺激響度實現音量的提示方法為本發明一具體實施例。
[0076]首先，在用戶進行的調機的時候，根據用戶的可用電極，選取某個可用電極，測得其電極通道閾值T和舒適強度C。一般情況下，T值是在整個響度動態範圍的10%，C值是整個響度動態範圍的80%。我們的人工耳蝸共有24個電極，選取中間位置從蝸尖起第十一個電極，這個電極上病人的T/C範圍是[60-140]，對應的電流是[120-480]mA。把這些數據代入公式L = Kh*^中，其中，L為歸一化的響度，Kh和q是不同用戶的相關係數，為常數，與刺激時所用的刺激速率相關，沒有實際的物理意義，每個用戶的係數都不一樣，需要測出T和C值之後，根據測試結果確定這兩個常數，A是脈衝串的刺激電流。
[0077]代入後，如下:
[0078]0.1 = Kh^eq*120
[0079]0.8 = Kh^eq*480
[0080]通過對上述二式的求解，我們可以得出Kh = 0.05和q = 0.005776，響度增長公式為:
[0081]L = 0.05*e°-005776A
[0082]設置音量等級共為8級,依次為音量1-音量8,這8級音量在整個動態範圍中依次為[0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8]，與之對應的刺激電流依次為 120，172，252，312，352,400和480mA。這個電極上的響度增長曲線響度增長曲線和響度等級設置參見圖8。[0083]用戶在調機時，得到T/C值之後，調機的軟體將根據音量等級自動計算出刺激幅度的大小。聽力師把這些音量連續播放一下，用戶根據聽到的響度進行一些微調，確保每個響度增長之間是等間隔遞增的。
[0084]同樣可以理解的是，以發出刺激電流次數，即用戶聽到響聲次數提示音量等級的方法可以獲得如上類似的效果，本發明實施例在此不再贅述。
[0085]下面我們以基於刺激頻率實現模式的提示方法為本發明一具體實施例，音調增長曲線和電極位置-模式設置參見圖9。
[0086]人工耳蝸通過植入電極的位置來模擬正常耳蝸的部位編碼:植入體部件中的刺激的電極由蝸尖向蝸底依次排列，刺激由低到高不同頻率敏感的聽神經，刺激頻率高(音調高)位置的聽神經，音調敏感度也高；刺激頻率低(音調低)位置的聽神經，音調敏感度也低。植入體部件中的刺激電極的不同位置，對應於信號處理策略中劃分的不同的頻段，本發明實施例的刺激電極個數為24個，由蝸尖向蝸底依次排列編碼。電極位置-頻率對應關係還受到電極插入深度，扭結程度和神經元存活情況等因素影響。
[0087]在實際的應用中，由於相鄰兩個電極之間的位置過於接近，刺激頻率即音調的變化不大。或者在某些情況下，會出現音調反轉的情況，因此在實際選擇電極的時候會儘量分開。假設用戶的24個電極都能正常使用，一般會去掉8個處於蝸底的電極，因為大部分的用戶在脈衝直接刺激接近蝸底的電極時反應頻率比較高，會產生不適感。當電極之間相鄰間隔為4時,可選的電極為第1,6,11,16電極。第I電極對應模式A,第6電極對應模式B,第11電極對應模式C，第16電極對應模式D，或者相反亦可。圖9顯示的是一個實際用戶的音調增長曲線，和採用第1，6，11，16電極對應模式A，B, C，D後，每個模式切換時的提示音所對應的音調。
[0088]同樣可以理解的是，以發出刺激電流次數，即用戶聽到響聲次數提示模式的方法和以發出刺激電流持續時間，即用戶聽到響聲的長短提示模式的方法可以獲得如上類似的效果，本發明實施例在此不再贅述。
[0089]最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其做出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，包括以下步驟: 測試用戶的可用電極，以及每個電極的電刺激聽覺動態範圍； 得到用戶的電極通道閾值T和舒適強度C，代入響度曲線公式，得到該用戶的響度曲線.選取該用戶的某個可用電極發送脈衝串，通過刺激電流大小設置音量等級，或通過間隔發出刺激電流，以發出刺激電流的次數設置音量等級； 用戶調節不同等級的音量時，刺激電流的大小不同，用戶聽到的聲音響度不同，實現基於刺激響度的音量提示，或發出刺激電流的次數不同，用戶聽到的響聲次數不同，實現基於刺激次數的音量提示； 根據耳蝸電極位置-頻率理論進行編碼； 設置在模式A-D刺激不同電極位置，對應的刺激頻率即不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的次數不同，或設置在模式A-D下，刺激相同電極位置，發出刺激電流的持續時間不同； 用戶設置不同模式時，刺激不同的電極，即用戶聽到的音調不同，實現基於刺激頻率的模式提示，或刺激的次數不同，即用戶聽到的響聲次數不同，實現基於刺激次數的模式提示，或刺激電流的持續時間不同，用戶聽到的響聲長短不同，實現基於刺激時長的模式提示； 實現人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示。
2.根據權利要求1所述的人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，所述響度曲線，在刺激速率小於300pps時，可通過如下公式得到:
L = KjAp, 其中，L為歸一化的響度，K1和P是不同病人的相關係數，為常數，A是脈衝串的刺激電流。
3.根據權利要求1所述的人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，所述響度曲線，在刺激速率大於300pps時，可通過如下公式得到:
L = Kh*eqA, 其中，L為歸一化的響度，Kh和q是不同病人的相關係數，為常數，A是脈衝串的刺激電流。
4.根據權利要求1至3之一所述的人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，所述通過刺激電流的大小設置音量等級，具體為刺激電流最小時，音量等級最小，刺激電流由小及大，音量等級逐級遞增。
5.根據權利要求1至3之一所述的人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，所述通過以刺激次數設置音量等級，具體為刺激一次，音量等級最小，刺激次數逐一遞增，音量等級逐級遞增。
6.根據權利要求1至3之一所述的人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，所述刺激的次數不同，即用戶聽到的響聲次數不同，具體為聽到響聲從I次到4次，代表模式A到D。
7.根據權利要求1至3之一所述的人工耳蝸信號處理單元基於聽覺感知的提示方法，其特徵在於，所述刺激電流的持續時間不同，用戶聽到的響聲長短不同，具體為刺激電流持續IS，代表模式A ;持續2s，代表模式B ;持續3s，代表模式C ;持續3s，停頓0.5s，再刺激Is，代表模式D。
8.一種採用如權利要求1-7之一所述提示方法的人工耳蝸信號處理單元，其特徵在於，包括麥克風，專用語音信號處理晶片，射頻調製模塊，射頻放大模塊，反向信號檢測模±夾，晶振，外圍輔助模塊和EEPROM，其中， 所述麥克風，用於拾取聲音信號，並傳送到專用語音信號處理晶片； 所述專用語音信號處理晶片，包括模擬數字轉換模塊，增益控制模塊，快速傅立葉變換模塊和脈衝編碼模塊，用於對聲音信號進行數位化處理，帶通濾波後處理得到包絡信號，壓縮後的包絡信號決定刺激電極位置和刺激電流大小； 所述射頻調製模塊，射頻放大模塊和晶振，用於將專用語音信號處理晶片輸出的編碼信號調製到用晶振產生的射頻載波上，然後通過射頻放大模塊放大後輸出； 所述反向信號檢測模塊，用於接受人工耳蝸植入體刺激器返回的信息； 所述外圍輔助模塊，包括音量控制和模式選擇開關，用於對音量和模式進行調節和切換； 所述EEPROM，用於 對專用語音信號處理晶片的信息進行存儲。
【文檔編號】A61F11/04GK104013492SQ201410221541
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】陳洪斌, 唐國芳 申請人:浙江諾爾康神經電子科技股份有限公司