用於去除神經記錄的刺激偽跡的製作方法

2023-07-14 15:51:06

專利名稱：：用於去除神經記錄的刺激偽跡的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種醫學植入物，更具體地涉及的是在耳蝸植入系統中的診斷測量。
背景技術：
：對由在附近施加的電刺激所引起的神經動作電位(NAP)的記錄提供了含有兩種主分量的信號混合體(1)想要得到的NAPdP(施加的電刺激。從該混合體中去除掉無意記錄得到的刺激波形(也被稱為刺激偽跡(stimulusartifact))已經被證明是一項困難的任務。各種技術已經被用於從諸如耳蝸植入物的神經假體裝置中引起的合成動作電位(ECAP)的記錄中消除或減少刺激偽跡。在交替刺激法中，使用陰極-陽極和陽極-陰極雙相刺激脈衝執行兩種記錄。參見通過引用而合併於此的EisenMD,FranckKH所著的ElectricallyEvokedCompoundActionPotentialAmplitudeGrowthFunctionsandHiResolutionProgrammingLevelsinPediatricCIIImplantSubjects,Ear&Hearing2004,25(6):5觀-538。NAP假定與第一相的極性無關，因此刺激偽跡可通過平均抵消。但交替刺激使測量時間產生不期望的增加。另外，對NAP不隨相位變化的假定並不完全成立。在掩蔽探測法(maskerprobemethod)中，第二探測脈衝在神經元的不應時間(refractorytime)內發出，這允許對刺激偽跡的模板進行測量。參見通過引用而結合TiftWBrownC,AbbasP,GantzBElectricallyEvokedWhole-NerveActionPotentials:DataFromHumanCochlearImplantUsers,JournaloftheAcousticalSocietyofAmerica1990,88(3):1385_1391，和MillerCA,AbbasPJ,BrownCJ所著的AnImprovedMethodOfReducingStimulusArtifactInTheElectricallyEvokedWhole-NervePotential,Ear&Hearing2000,21(4):280_290。與利用交替刺激一樣，掩蔽探測法也需要使測量時間產生不期望的增加。此外，有些神經典型地不處於不應狀態。可施加三相脈衝，並且選出的第三相的幅度能使得引入的總電荷等於零。參見通過引用而結合於此的ZimmerlingM所著的MessungdeselektrischevoziertenSummenaktionspotentialsdesHSmervsbeiPatientenmiteinemCochlea-Implantat,PhDthesisUniversitStInnsbruck,InstitutfiirAngewandtePhysik,1999,禾口SchoesserH,ZierhoferC,HochmairES所著的MeasuringElectricallyEvokedCompoundActionPotentialsUsingTriphasicPulsesForTheReductionOfTheResidualStimulationArtefact,InConferenceOnImplantableAuditoryProstheses,2001但是使用三相脈衝導致了觸發NAP的刺激部分和記錄開始之間存在增大的延遲。另一種方法記錄了次臨界水平下對刺激的響應，以測量刺激偽跡的模板，其隨後被按比例縮放到超臨界水平，並從記錄的信號混合體中減去。參見通過引用而結合於此白勺MillerCA,AbbasPJ,RubinsteinJT,RobinsonB,MatsuokaA,WoodworthGPJfMi^ElectricallyEvokedCompoundActionPotentialsOfGuineaPigAndCat:ResponsesToMonopolar,MonophasicStimulation,HearingResearch1998,119(1-2):142-154。該方法的一個缺點是偽跡不是隨著幅度的增加而線性按比例縮放。
發明內容本發明的實施方式針對的是一種處理波形信號的方法，所述波形信號含有刺激偽跡和一個或多個神經動作電位。電刺激信號基於與多個已知神經動作電位波形滿足成本函數比較(costfunctioncomparison)而被獲取。神經動作電位可以是電引發的合成動作電位，例如為耳蝸植入物確定的電位值。成本函數可以基於刺激偽跡和神經動作電位波形之間的距離計算，例如，基於對距離計算取最大值。滿足成本比較可以基於梯度下降程序(gradientdescentprocedure)來進行。該方法可進一步包括對靶神經組織施加電刺激信號，測量靶組織的波形信號，並使用源分離算法(sourceseparationalgorithm)將刺激偽跡從所述波形信號去除，所述源分離算法留下的是剩餘的神經動作電位信號。圖1顯示了在根據現有技術的標準程序中與ECAP相關的波形信號。圖2顯示了根據本發明實施方式與ECAP相關的波形信號。具體實施例方式本發明的各種實施方式針對的是對諸如耳蝸植入物的神經假體裝置中電引發的合成動作電位(ECAP)信號進行處理，所述合成動作電位含有刺激偽跡分量和神經動作電位(NAP)分量。電刺激信號基於與多個已知神經動作電位波形滿足成本函數比較而被獲取。這允許即使在信噪比低的情況下也能改進對刺激偽跡的去除，例如，通過使用使輸出的信噪比取最大值的匹配濾波器。與現有技術的標準波形信號處理技術相比，本方法的測量時間不增加。NAP的自動測量是有可能實現的，這是因為使用者無需手動設定參數，因此使用者無需具備任何專業技術知識。在信號處理的背景下，從ECAP波形信號混合體中去除刺激偽跡被稱為源分離問題。將來自某源A(刺激偽跡)的波形分量與另一源B(NAP)所致的波形分量進行魯棒分離(robustseparation)是困難的，因為兩種源都缺乏足夠的脫離特徵。即，它們太相似了，以致於不能在給定的信噪條件下獲得良好的信號分離性能。為了克服這個問題，本發明的實施方式改變了電刺激波形，從而使得從刺激偽跡和觸發的NAP所得到的波形更相異。圖1描繪了在根據現有技術的標準程序中與ECAP相關的波形信號。刺激偽跡形成了指數式衰減的直流偏移。與之相比，圖2顯示了刺激偽跡波形怎樣不同於NAP，在該種情況下，通過添加具有諸如極小值和極大值(及進而的頻率分量)的新特徵的振動而改進了源分離的性能。最初，有兩種場合下可以實施對新型刺激偽跡波形的獲取。在第一實施方式中，一般波形是通過使用已有NAP波形資料庫獲取的先驗數據。源A(刺激偽跡)的取樣波形被定義為^ca，源B(NAP)的另一種取樣波形被定義為&，它們是長度為N的向量，其中N是測量到的採樣數。由於源分離算法的性能直接與^和&的距離相關，因此最佳的新型刺激偽跡波形可以是取該距離的最大值。測量這樣的距離的一種簡便方式應該是歐幾裡得度量(Euclideanmetric)，因此新型刺激偽跡波形可通過取成本函數的最大值得到C=sqrt(Oca(1)+xB1(I))2+(xA(2)+xB1(2))2+...+(xA(N)+xB1(N))2)+sqrt((xA(l)+xB2(I))2+(xA(2)+xB2(2))2+...+(xA(N)+xB2(N))2)+...+sqrt(Oca(1)+xBM(l))2+(xA(2)+xBM(2))2+...+(xA(N)+xBM(N))2)其中，xB1,...,是來自資料庫的現有已知NAP波形，^是可能的刺激偽跡波形的向量，其將被最優化。這是標準最優化問題，其中，可應用諸如梯度下降搜索(gradientdescentsearch)的算法。在第二實施方式中，與患者有關的波形被動態地取得。刺激偽跡的波形是已知的，因此實際測量所達到的分離性能可被得到。測量以如上所述從波形取得的先驗數據開始。使用諸如梯度下降搜索的標準最優化算法，刺激偽跡波形可被改變，以對實際測量到的波形信號而言為最優，從而實現對分離性能的改進。注意到對、和知的額外後處理，比如基於主分量分析的降維(dimensionreduction)可以進一步地改進波形獲取的性能。還有一種更具體的度量，比如加權度量(weightedmetric)，也可顯示出進一步的改進。在記錄的波形信號混合體中快速識別源A可以通過，例如，使用匹配濾波器的方法來實現，該方法可以實現可實時操作的源分離系統。除了使用在最優化處理過程中保持不變的特定刺激波形之外，備選實施方式可使用次佳但不一樣的刺激波。本發明的實施方式可用任何常規的計算機程式語言實現。例如，優選實施方式可以用程序化程式語言(如「C」)或面對對象的程式語言(如「C++」，Python)實現。本發明的備選實施方式可作為預先編程的硬體元件、其他相關零件，或作為硬體和軟體零件的組合來實現。實施方式可作為用於計算機系統的電腦程式產品實現。這種實現方式可包括一系列計算機指令，其固設於諸如計算機可讀介質(如軟盤、光碟驅動器、只讀存儲器、或硬碟)的有形介質，或者經由數據機或諸如經介質而連接到網絡的通訊適配器的其他接口設備而傳輸到計算機系統。介質可以是有形介質(例如，光纖或模擬通信線路)，也可以是通過無線技術(如微波、紅外線或其他傳輸技術)實現的介質。這一系列的計算機指令涵蓋了此處關於所述系統先前介紹過的所有或部分功能性。本領域技術人員應理解，所述的計算機指令可以以多種程式語言編寫，以使其用於多種計算機體系結構或作業系統。更進一步說，所述指令可被存儲在任何存儲設備中，比如半導體、磁性、光學或其他存儲設備，並可利用任何傳輸技術進行傳輸，比如光學、紅外、微波或其他傳輸技術。希望的是，所述的電腦程式產品是作為可移動介質(removablemedium)而發布的，其可以是列印的或電子的文檔(例如，緊湊套裝軟體(shrinkwrappedsoftware))、預置在計算機系統中(例如，在系統的只讀存儲器或硬碟上)、或在網上(例如網際網路或全球資訊網)從伺服器或電子布告欄發布。當然，本發明的一些實施方式可作為軟體(如電腦程式產品)和硬體兩者的組合而實現。而本發明的其他實施方式可以作為完全的硬體、或完全的軟體(如電腦程式產品)而實現。儘管已經公開本發明的各種示例性實施方式，本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明真實範圍的情況下，可以作出實現本發明一些優勢的各種改變和修正。權利要求1.一種處理波形信號的方法，所述波形信號含有刺激偽跡和一個或多個神經動作電位，所述方法包括基於與多個已知神經動作電位波形滿足成本函數比較，來獲取電刺激信號。2.根據權利要求1的方法，其中，所述神經動作電位來自引發的合成動作電位。3.根據權利要求2的方法，其中，所述引發的合成動作電位與耳蝸植入物關聯。4.根據權利要求1的方法，其中，所述成本函數基於所述刺激偽跡和所述神經動作電位波形之間的距離計算。5.根據權利要求4的方法，其中，滿足成本比較基於對距離計算取最大值而進行。6.根據權利要求1的方法，其中，滿足成本比較基於梯度下降程序而進行。7.根據權利要求1的方法，進一步包括對靶神經組織施加所述電刺激信號；測量所述靶組織處的波形信號；和使用源分離算法將所述刺激偽跡從所述波形信號去除，所述源分離算法留下剩餘的神經動作電位信號。全文摘要本發明描述了如下一種方法，用於對含有刺激偽跡和一個或多個神經動作電位的波形信號進行處理。電刺激信號基於與多個已知神經動作電位波形滿足成本函數比較而被獲取。文檔編號A61B5/04GK102164537SQ200980136641公開日2011年8月24日申請日期2009年9月15日優先權日2008年9月17日發明者斯特凡·施特拉爾申請人:Med-El電氣醫療器械有限公司