專利名稱：包絡(luò)特定刺激定時的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耳蝸植入物，并且具體地涉及其中使用的信號處理。
背景技術(shù)：
正常耳通過外耳101將如圖I中所示出的聲音傳送到鼓 室膜(鼓膜)102，鼓室膜102移動中耳103的骨骼(錘骨、砧骨以及鐙骨)，骨骼震動耳蝸104的卵形窗和圓窗開口。耳蝸104是狹長的管，圍繞它的軸線螺旋纏繞大約兩圈半。它包括通稱前庭階的上部通道和通稱鼓階的下部通道，上部通道和下部通道通過耳蝸管連接。耳蝸104以稱作蝸軸的中心形成直立螺旋錐，聽覺神經(jīng)113的螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞存在于蝸軸中。響應(yīng)于由中耳103傳送的接收的聲音，充滿流體的耳蝸104充當(dāng)傳感器以產(chǎn)生電脈沖，該電脈沖被傳送到耳蝸神經(jīng)113并且最終到腦。當(dāng)將外部聲音轉(zhuǎn)換成沿著耳蝸104的神經(jīng)基質(zhì)的有意義的動作電位的能力出問題時聽力受損。為了改善受損的聽力，已經(jīng)開發(fā)了聽覺假體。例如，當(dāng)損傷與中耳103的作用相關(guān)時，可以使用常規(guī)的聽力輔助來以放大的聲音的形式將聲-機械刺激提供給聽覺系統(tǒng)?；蛘撸?dāng)損傷與耳蝸104相關(guān)聯(lián)時，具有植入刺激電極的耳蝸植入物能夠利用由沿著電極分布的多個電極觸點所釋放的小電流來電刺激聽覺神經(jīng)組織。圖I還示出了典型的耳蝸植入物系統(tǒng)的一些部件，典型的耳蝸植入物系統(tǒng)包括外部麥克風(fēng)，其將音頻信號輸入提供給其中能夠?qū)崿F(xiàn)各種信號處理方案的外部信號處理器
111。處理后的信號然后被轉(zhuǎn)換成諸如數(shù)據(jù)幀序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式，以用于傳輸?shù)街踩胛?08中。除接收經(jīng)處理后的音頻信息之外，植入物108還執(zhí)行額外的信息處理，諸如錯誤校正、脈沖形成等，并且(基于所提取的音頻信息)產(chǎn)生刺激模式，通過電極引線109將刺激模式發(fā)送到植入電極陣列110。通常，此電極陣列110在其表面上包括提供耳蝸104的選擇性刺激的多個電極。當(dāng)今在耳蝸植入物中，相對少量的電極每一個與相對寬的頻帶相關(guān)聯(lián)，每個電極通過刺激脈沖對一組神經(jīng)元進行尋址(addressing),刺激脈沖的電荷源自該頻帶內(nèi)的包絡(luò)的瞬時幅度。在一些編碼策略中，刺激脈沖在所有電極上以恒定的速率施加，然而在其它編碼策略中，刺激脈沖被以電極特定速率施加。能夠?qū)崿F(xiàn)各種信號處理方案來產(chǎn)生電刺激信號。在耳蝸植入物領(lǐng)域中熟知的信號處理方法包括連續(xù)交替采樣(CIS)數(shù)字信號處理、通道特定采樣序列(CSSS)數(shù)字信號處理(如在通過引用結(jié)合于此的美國專利No. 6，348，070中所描述的)、譜峰(SPEAK)數(shù)字信號處理以及壓縮模擬(CA)信號處理。例如，在CIS方法中，用于語音處理器的信號處理包括以下步驟(I)借助于濾波器組將音頻頻率范圍分割成譜帶，
(2)每個濾波器輸出信號的包絡(luò)檢測，(3)包絡(luò)信號的瞬時非線性壓縮(映射法則)根據(jù)耳蝸的音質(zhì)分布組織，鼓階中的每個刺激電極都與外部濾波器組的帶通濾波器相關(guān)聯(lián)。對于刺激，施加了對稱二相性電流脈沖。直接從經(jīng)壓縮的包絡(luò)信號獲得刺激脈沖的幅度。這些信號被順序地采樣，并且刺激脈沖被以嚴(yán)格非重疊的順序施加。因此，作為典型的CIS特征，在一次僅僅一個刺激通道是激活的，并且總體刺激速率是相當(dāng)高的。例如，假定18kppS的總體刺激速率和12個通道濾波器組，則每通道的刺激速率是I. 5kpps。通常這樣的每通道的刺激速率對于包絡(luò)信號的適當(dāng)?shù)臅r域表示是足夠的。最大總體刺激速率受到每脈沖的最小相位持續(xù)時間的限制。相位持續(xù)時間不能夠被選擇地任意短，因為脈沖越短，電流幅度必須越高以在神經(jīng)元中引發(fā)動作電位，并且電流幅度由于各種實際的原因而受限制。對于ISkpps的總體刺激速率，相位持續(xù)時間是27 μ S，其接近下限。CIS帶通濾波器的每個輸出大體上能夠被認(rèn)為是由包絡(luò)信號調(diào)制的在帶通濾波器的中心頻率的正弦波。這是由于濾波器的品質(zhì)因素(Q ^ 3)的原因。在濁音語音片段的情況下，此包絡(luò)是近似周期性的，并且重復(fù)率等于基音頻率。在現(xiàn)有的CIS策略中，僅僅包絡(luò)信號被用于進一步的處理，即，它們包含整個刺激信息。對于每個通道，包絡(luò)被表示為恒定的重復(fù)率的二相脈沖序列。CIS的特性特征是這個重復(fù)率(通常為I. 5kpps)對于所有通道是相等的，并且與各個通道的中心頻率沒有關(guān)系。意圖是，重復(fù)率不是針對患者的時域提示，即，它應(yīng)該是足夠高的，使得患者不感知具有等于重復(fù)率的頻率的音調(diào)。重復(fù)率通常被選擇為大于包絡(luò)信號的帶寬的兩倍(奈奎斯特定理)。傳送精細(xì)時間結(jié)構(gòu)信息的另一個耳蝸植入物刺激策略是Med-El的精細(xì)結(jié)構(gòu)處理(FSP)策略。跟蹤帶通濾波的時間信號的過零點，并且在每個負(fù)到正過零點處開始通道特定采樣序列(CSSS)。通常，CSSS序列僅僅被施加在前一個或兩個最頂側(cè)的通道上，覆蓋了直至Ij 200或330Hz的頻率范圍。在被通過引用結(jié)合于此的Trends in Amplif ication, 2006年第 10 卷，201-219 頁中 Hochmair I> Nopp P> Jolly C、Schmidt M>SchoBer H% Garnham C、Anderson I 的 MED-EL Cochlear Implants:State of the Art and a Glimpse into theFuture (MED-EL耳蝸植入物技術(shù)現(xiàn)狀和未來展望)中對FSP裝置進行了進一步的描述。 已知現(xiàn)有的刺激策略是不完美的。例如，已知CIS非專用于一些信號特性。FSP提供了關(guān)于較低頻率通道中的一些的精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，并且在較高通道提供類CIS的刺激，但是FSP策略遇到由不平衡的速率分布(profile)強制的通道相互作用的問題高速率被應(yīng)用于CIS通道，而低速率被應(yīng)用于FS通道。CIS刺激的脈沖速率不對信息進行編碼，僅僅經(jīng)由信號包絡(luò)的恒定采樣來對信號幅度編碼。此外，電力消耗較高。此外，CIS刺激不專用于聽覺神經(jīng)屬性來自貓的聽覺神經(jīng)組織的印象(neurogram)示出了與高頻通道的基頻同步的峰。例如，見通過引用結(jié)合于此的J Acoust. Soc. Am，1990年88 (3)，1427至1436頁中Secker-Walker 和 Searle 的 Time Domain Analysis Of Auditory Nerve Tissue FiringRates(聽覺神經(jīng)組織電刺激速率的時域分析)。目前僅僅FSP策略使用不規(guī)則的脈沖速率，但是僅僅在FS通道而不是CIS通道上。美國專利申請20090161896描述了一種方法，其中，基于整流的低通濾波在帶通包絡(luò)的峰處生成脈沖刺激。然而，刺激定時不是基于聽覺神經(jīng)組織的生理學(xué)屬性的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例針對一種用于為具有刺激電極的植入電極陣列生成電極刺激信號的可植入式刺激裝置。濾波器組預(yù)處理器處理輸入聲音頻信號，以生成每一個都與音頻頻率的相關(guān)頻帶相對應(yīng)的帶通信號。信號包絡(luò)模塊計算每個帶通信號的對應(yīng)的信號包絡(luò)。刺激脈沖生成器從信號包絡(luò)的改變速率，諸如基于時間的導(dǎo)數(shù)，來提取刺激信號信息，以生成定義了用于刺激電極中的一些或全部的電極刺激定時和電極刺激幅度的刺激事件信號。在一些這樣的實施例中，脈沖成形器可以將刺激事件信號演變成到刺激電極的輸出電極脈沖。包絡(luò)濾波器可以對由信號包絡(luò)模塊計算的信號包絡(luò)進行平滑和零位參考，并 且可以基于零位參考后的信號包絡(luò)的過零點來定義電極刺激定時。刺激信號信息可以基于諸如一階、二階或三階導(dǎo)數(shù)的基于時間的導(dǎo)數(shù)來提取。而且，刺激脈沖生成器可以使用導(dǎo)數(shù)閾值來生成刺激事件信號?？梢曰谛盘柊j(luò)的最大幅度和/或最小幅度來定義刺激事件幅度中的至少一些。信號包絡(luò)模塊可以基于希爾伯特變換和/或基于帶通信號的整流和濾波來計算信號包絡(luò)。刺激脈沖生成器可以考慮聽覺神經(jīng)組織的生理學(xué)屬性來生成刺激事件信號。此外或可替代地，第一發(fā)放延時(FSL)函數(shù)可以被用來生成刺激事件信號。可以存在用來生成刺激事件信號的導(dǎo)數(shù)閾值。刺激脈沖生成器可以基于信號包絡(luò)的改變速率來定義電極刺激定時以提供自適應(yīng)時延?？梢曰谛盘柊j(luò)的改變速率，為所有刺激電極生成刺激事件信號。或者，用于刺激電極中的一些的刺激事件信號可以是基于精細(xì)結(jié)構(gòu)處理(FSP)函數(shù)的。刺激脈沖生成器可以基于一個或多個信號特征進一步對電極刺激幅度進行加權(quán)。本發(fā)明的實施例還包括用于為具有刺激電極的植入電極陣列生成電極刺激信號的類似方法。利用信號濾波器組處理輸入聲音頻信號，以生成每一個都與音頻頻率的相關(guān)頻帶相對應(yīng)的帶通信號。對于每個帶通信號計算對應(yīng)的信號包絡(luò)?；谛盘柊j(luò)的改變速率來提取刺激信號信息，以生成定義了用于刺激電極中的一些或全部的電極刺激定時和電極刺激幅度的刺激事件信號。在進一步的這樣的實施例中，該方法可以進一步包括對每個帶通信號的信號包絡(luò)進行平滑和零位參考；和/或?qū)⒋碳な录盘栄葑兂傻酱碳る姌O的輸出電極脈沖。電極刺激定時可以基于零位參考后的信號包絡(luò)來定義?？梢曰谥T如一階、二階或三階導(dǎo)數(shù)的基于時間的導(dǎo)數(shù)來提取刺激信號信息?？梢曰谛盘柊j(luò)的最大幅度和/或最小幅度來定義電極刺激幅度中的至少一些。計算信號包絡(luò)可以包括使用希爾伯特變換和/或帶通信號的整流及濾波。生成刺激事件信號可以進一步反映聽覺神經(jīng)組織的生理學(xué)屬性?？梢允褂玫谝话l(fā)放延時(FSL)函數(shù)和/或?qū)?shù)閾值來生成刺激事件信號。生成刺激事件信號可以包括基于信號包絡(luò)的改變速率以定義電極刺激定時來提供自適應(yīng)時延?？梢曰谛盘柊j(luò)的改變速率為全部刺激電極中生成刺激事件信號。或者，可以基于精細(xì)結(jié)構(gòu)處理(FSP)函數(shù)為刺激電極中的一些生成刺激事件信號。生成刺激事件信號可以包括基于一個或多個信號特征對電極刺激幅度進行加權(quán)。


圖I示出了包含典型的耳蝸植入物(Cl)系統(tǒng)的人耳解剖的截面圖。
圖2示出了本發(fā)明的一個特定實施例的信號處理裝置中的主要功能塊。圖3示出了帶通信號(黑色線)和它的對應(yīng)的信號包絡(luò)(淺色線)的示例。圖4示出了包絡(luò)信號(淺色線)和進一步的帶通濾波的包絡(luò)信號(黑色線)的示例。圖5示出了帶通濾波信號包絡(luò)的一階和二階 導(dǎo)數(shù)。圖6示出了基于經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)信號被定時和加權(quán)的脈沖。圖7是如通過使用本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)產(chǎn)生的一組刺激脈沖。圖8示出了在沒有信號包絡(luò)的第二帶通濾波器的情況下，基于本發(fā)明的一個特定實施例產(chǎn)生脈沖的示例。圖9示出了基于根據(jù)本發(fā)明的實施例的自適應(yīng)刺激定時產(chǎn)生的FSP脈沖的示例。圖10示出了對經(jīng)濾波的信號包絡(luò)本身進行電極刺激定時和幅度的偏置的示例。圖11示出了其中在經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的每個過零點處定義刺激事件信號脈沖的示例。
具體實施例方式本發(fā)明的各種實施例針對用于耳蝸植入物系統(tǒng)中的信號處理的改進方法，其中，刺激定時和幅度適于每個通道的帶通信號的包絡(luò)。然后，針對刺激選擇了對神經(jīng)編碼重要的時間點和幅度。還改善了音頻信號的基頻的呈現(xiàn)。如果通道的帶寬大于基頻，則基頻的未解析的諧波能夠被包含在信號通道中。當(dāng)兩個或更多個諧波被包含在頻帶中時，它們被稱作未解析的諧波，這導(dǎo)致此通道中的信號包絡(luò)的拍頻，拍頻中基頻占主導(dǎo)。本發(fā)明的實施例在具有未解析的諧波的通道中施加具有與基頻相關(guān)的脈沖速率的脈沖。在特定實施例中，能夠基于連接到帶通信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)的第一發(fā)放延時(FSL)函數(shù)來定義電極刺激定時和幅度。例如，見通過引用結(jié)合于此的J. Neurophysiol,1997 年第 77 卷，2616 至 2641 頁中 P. Heil 的 Auditory Cortical Onset ResponsesRevisited: I. First-Spike Timing(再論聽皮層發(fā)作響應(yīng)I.第一發(fā)放定時)。聽覺神經(jīng)纖維的FSL定時是峰壓力的函數(shù)，而峰壓力又等同于信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)。在評估鼠下丘中神經(jīng)元對頻率和幅度的響應(yīng)中，F(xiàn)SL表現(xiàn)為比發(fā)放數(shù)更好的參數(shù)。例如，見通過引用結(jié)合于此的 Hear Res. 235( 1-2)2008,90 至 104 頁中 Tan 等人的 First Spike Latency And SpikeCount As Functions Of Tone Amplitude And Frequency In The Inferior ColliculusOf Mice (在鼠下丘中作為音調(diào)幅度和頻率的函數(shù)的第一發(fā)放延時和發(fā)放數(shù))。FSL還很可能攜帶存在于發(fā)放模式中的大部分位置相關(guān)的信息。例如，見通過引用結(jié)合于此的J. ofNeurophysiology, 2002年4 月，第 87 卷No. 4 中 Furukawa等人的 Cortical Representationof Auditory Space: Information-Bearing Features of Spike Patterns (聽覺空間中的皮層代表區(qū)發(fā)放模式的信息承載特征)?；贔SL的信號處理方法計算利用第二帶通濾波的信號包絡(luò)的三階導(dǎo)數(shù)具有負(fù)到正過零點的時間點。在這些點處，信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)達到它的最小值。在這些時間點處，能夠施加刺激脈沖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個特定實施例的耳蝸植入物(Cl)系統(tǒng)的信號處理裝置中的主要功能塊。預(yù)處理器濾波器組201是一組并行信號濾波器，其對由話筒產(chǎn)生的初始聲音頻信號進行預(yù)處理。預(yù)處理器濾波器組201中的每個帶通濾波器與音頻頻率的特定帶相關(guān)聯(lián)，使得輸入的聲音頻信號被濾波成某些N個帶通信號B1至Bn，其中，每個帶通信號對應(yīng)于用于帶通濾波器中的一個的頻帶。信號B1至Bn被輸入到信號包絡(luò)模塊202，信號包絡(luò)模塊202將它們處理成對應(yīng)的信號包絡(luò)，這可以例如通過希耳伯特變換或者半波或全波整流和低通濾波來計算。圖3示出了來自預(yù)處理器濾波器組201的音節(jié)“aba”的50毫秒的帶通濾波時間信號的一個特定示例，以及如通過信號包絡(luò)模塊202利用希耳伯特變換所計算的對應(yīng)信號包絡(luò)。下限頻率邊界是約490Hz并且上限頻率邊界是約710Hz。信號包絡(luò)被包絡(luò)濾波器203濾波，以將信號包絡(luò)中的調(diào)制限制到合理的值，并且得到在零電平附近振蕩的信號。圖4示出了來自信號包絡(luò)模塊202和圖3的示例的信號包絡(luò)(上部跡線)以及如由包絡(luò)濾波器203產(chǎn)生的此同一包絡(luò)的結(jié)果的帶通濾波版本(下部跡線)。用于包絡(luò)濾波器203的合理的濾波器截止頻率將是預(yù)處理器濾波器組201的最低截止頻率和對應(yīng)頻帶的帶寬。通道帶寬反映了最大拍頻，其能夠由給定信號通道中的兩個或更多個同時存在的頻率產(chǎn)生，并且由該通道中的兩個頻率之間的頻率差來操縱。在一個通 道中可能的頻率中的最大差是它的截止頻率的差，其等同于通道帶寬。此帶通濾波后的包絡(luò)的下限頻率是約IOOHz (例如，濾波器組的最低截止頻率)，并且上限頻率被設(shè)置為對應(yīng)濾波器組的帶寬，例如，在這里為約220Hz。由于存在于對應(yīng)信號帶中的未解析的諧波，所以這種方式選擇截止頻率可以引起任何頻率調(diào)制。包絡(luò)濾波器203的此包絡(luò)濾波操作在原始信號包絡(luò)與對應(yīng)的經(jīng)濾波的包絡(luò)之間產(chǎn)生了輕微時延，這在圖4中可見。在一些實施例中，將時延補償因子引入到信號計算中可能是有用的，我們在這里省略了該運用。刺激脈沖生成器200從經(jīng)濾波的信號包絡(luò)中提取刺激信號信息，以基于每個對應(yīng)的帶通信號的信號包絡(luò)的改變速率，例如基于時間的導(dǎo)數(shù)，來生成刺激事件信號S1至Sn，該刺激事件信號S1至Sn定義了用于刺激電極中的至少一些的電極刺激定時和幅度。更具體地，在刺激脈沖生成器200內(nèi)，包絡(luò)導(dǎo)數(shù)模塊204從經(jīng)濾波的信號包絡(luò)來計算任何階的基于時間的導(dǎo)數(shù)。圖5示出了使用先前的示例的來自包絡(luò)濾波器203的經(jīng)濾波的包絡(luò)(更大的正弦跡線)，和該信號的對應(yīng)導(dǎo)數(shù)。較小的正弦跡線表示一階導(dǎo)數(shù)，而最小的不規(guī)則跡線示出了二階導(dǎo)數(shù)。(縮放繪制導(dǎo)數(shù)用于更好的圖示。)包絡(luò)導(dǎo)數(shù)模塊204能夠例如通過減去經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的后繼值來計算導(dǎo)數(shù)。導(dǎo)數(shù)過零點模塊205確定對于三階導(dǎo)數(shù)的負(fù)到正過零點。能夠通過使用包絡(luò)信號的一階導(dǎo)數(shù)來避免三階導(dǎo)數(shù)過零點的實際計算。對于正弦信號，一階導(dǎo)數(shù)的過零點與有三階導(dǎo)數(shù)的過零點的非常近似地重合。在圖5中，可見二階導(dǎo)數(shù)的峰幾乎與一階導(dǎo)數(shù)的過零點重合。經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)的這些最小值在本文中被稱為“信號特定極值”。脈沖加權(quán)模塊206基于所選擇的導(dǎo)數(shù)的過零點的時間來生成用于刺激事件信號S1至Sn的定時，并且基于在對應(yīng)的時間點處的經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)的幅度來對對應(yīng)脈沖的幅度進行加權(quán)。圖6示出了在經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的一階導(dǎo)數(shù)的正到負(fù)過零點處的、通過脈沖加權(quán)模塊206創(chuàng)建的事件定時脈沖的示例。脈沖加權(quán)模塊206基于經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)的幅度對圖6中的定時脈沖進行加權(quán)，并且通過負(fù)常數(shù)因子來縮放。脈沖成形器207將來自脈沖加權(quán)模塊206的刺激事件信號S1至Sn演變成到植入電極陣列中的電極的輸出電極脈沖E1至Em以刺激相鄰的神經(jīng)組織。更具體地，脈沖成形器207利用所產(chǎn)生的刺激事件信號來縮放模板脈沖形狀(例如二相脈沖)以便作為電極刺激脈沖輸出到刺激電極。例如，圖7示出了為12通道電極施加的刺激。在圖7中，利用在帶通時間信號的過零點處的脈沖類似于FSP來處理通道1-3，并且基于FSL如上所述處理通道4-12。通道1-3是未針對如上所述的FSL處理選擇的較低頻率通道，因為它們的帶寬太低以致不能包含一般的人類說話者的未解析的諧波。在替代性實施例中，通道處理可以是上述方法的變化，沒有包絡(luò)濾波器203，而是使用導(dǎo)數(shù)閾值來確定特定極值。圖8示出了以這種方式產(chǎn)生的刺激事件信號脈沖的示例，其中，最上部灰色跡線是圖3中所示出的帶通信號包絡(luò)，并且計算了它的二階和三階導(dǎo)數(shù)。在圖8中，二階導(dǎo)數(shù)在時間50ms處開始超過零點，而三階導(dǎo)數(shù)在該時間處開始低于零點。注意，在圖8中，這些導(dǎo)數(shù)以常數(shù)因子縮放。垂直黑條示出了在三階導(dǎo)數(shù)的負(fù)到正過零點處創(chuàng)建刺激事件信號脈沖，在該三階導(dǎo)數(shù)的負(fù)到正過零點處二階導(dǎo)數(shù)具有低于特定閾值的值。這些時間上的位置再次被稱作“特定極值”。如在先前的討論中的那樣，脈沖的大小通過由負(fù)常數(shù)因子縮放的二階導(dǎo)數(shù)的幅度來確定。與第一個方法相比此方法的一個優(yōu)點是沒有由于帶通包絡(luò)濾波器而產(chǎn)生時間時延，而這就是引入閾值并且用來濾出特定極值的原因。 針對聽覺神經(jīng)的刺激考慮FSL的生理學(xué)的另一個方法是基于根據(jù)類似于FSL的函數(shù)來計算時延的，并且將此時延應(yīng)用到刺激事件信號脈沖。這些時延能夠被應(yīng)用到對刺激事件信號使用不規(guī)則定時的任何編碼策略，例如FSP編碼策略。每當(dāng)刺激事件信號脈沖被標(biāo)識時，在此脈沖的時間實例處的信號幅度的二階導(dǎo)數(shù)被確定。利用二階導(dǎo)數(shù)的值和FSL函數(shù)，信號自適應(yīng)時延能夠被計算并且相應(yīng)的脈沖能夠被延遲該自適應(yīng)時延。例如，F(xiàn)SL函數(shù)能夠是在 J. Neurophysiol, 1997 年第 77 卷，2616 至 2641 頁中 Heil P.的 AuditoryCortical Onset Responses Revisited: I. First-Spike Timing (再論聽皮層發(fā)作響應(yīng)I.第一發(fā)放定時)(通過引用結(jié)合于此)中提出的以下公式的近似LCRF-Lmin+ACRF* (log APPmax+S)其中，Lckf是自適應(yīng)發(fā)放時延，Lmin是獨立時延，APPmax是峰壓力的最大加速度(信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù))，Aaip是縮放因子，并且S是神經(jīng)元的暫態(tài)靈敏度，為刺激點(電極)的函數(shù)。代替這個特定的FSL函數(shù)，還能夠使用該函數(shù)的近似，例如基于l/χ函數(shù)。而且為了加速在信號處理期間的計算，能夠使用查找表從信號包絡(luò)確定時延值。圖9示出了顯示FSP策略的頻率通道(100-200HZ)中的最小值的這個自適應(yīng)刺激事件信號脈沖定時的示例，示出了采用虛線的FSP脈沖和采用實線的延遲的脈沖。連續(xù)曲線表示帶通濾波信號包絡(luò)的時間上的二階導(dǎo)數(shù)。在二階導(dǎo)數(shù)具有低值的時間點處，F(xiàn)SP刺激事件信號脈沖與延遲的刺激事件信號脈沖之間的時延是大的，而在二階導(dǎo)數(shù)具有高值的時間點處，時延是小的。在一些實施例中，所計算的刺激事件信號脈沖能夠以其它的信號特征，例如信號包絡(luò)，來額外地加權(quán)。并且在一些實施例中，與其檢測一階或三階導(dǎo)數(shù)的過零點，倒不如通過將二階導(dǎo)數(shù)的最小值保持在二階導(dǎo)數(shù)的兩個過零點之間能夠來確定二階導(dǎo)數(shù)的峰，這然后將允許第二過零點將被用于脈沖定時。并且代替信號包絡(luò)的二階導(dǎo)數(shù)的特征，能夠使用其它階導(dǎo)數(shù)。另一實施例可以使電極刺激定時和幅度基于經(jīng)濾波的信號包絡(luò)本身而不是如此基于時間的導(dǎo)數(shù)。在圖10中，上部灰色曲線是原始的帶通信號包絡(luò)，下部黑色曲線是經(jīng)平滑的(經(jīng)濾波的)和零位參考后的信號包絡(luò)，并且垂直黑條是所計算的刺激事件信號脈沖，其在此實施例中被生成在經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的每個正到負(fù)過零點處。在這里，基于自最后一個過零點以來出現(xiàn)的原始信號包絡(luò)的最大幅度值來定義刺激事件(脈沖)幅度。圖11示出了在另一相關(guān)實施例中使用的波形信號，其中，基于原始(未經(jīng)濾波的)信號包絡(luò)(再次，上部灰色波形跡線)的最小值來定義刺激事件(脈沖)幅度，其中，脈沖幅度被基于信號包絡(luò)的最大和最小幅度來定義并且被應(yīng)用在經(jīng)濾波的信號包絡(luò)(下部黑色波形跡線)的過零點處。注意，在此實施例中，刺激事件信號脈沖被定義在經(jīng)濾波的信號包絡(luò)的每個過零點，如圖10中的正到負(fù)過零點，還有負(fù)到正交叉點。在這個特定的實施例中，在負(fù)到正過零點上創(chuàng)建的刺激事件信號脈沖具有基于在信號包絡(luò)的負(fù)到正交叉點之間的經(jīng)濾波后的信號包絡(luò)的最小值的幅度。與諸如CIS和FSP的先前的刺激策略相比，由于使用了更少的刺激脈沖，本發(fā)明的實施例為耳蝸刺激提供了更低的功耗。此外，由于施加的脈沖顯著降低的數(shù)目，降低了通道相互作用。類似速率的刺激被應(yīng)用在所有信號通道上，導(dǎo)致平滑的速率分布。而且，因為大部分位置相關(guān)信息被編碼在第一發(fā)放定時的延遲中，所以出現(xiàn)了包絡(luò)-ITD的更強的呈現(xiàn)?！?br> 本發(fā)明的實施例可以用任何常規(guī)的計算機編程語言全部地或部分地實現(xiàn)。例如，優(yōu)選的實施例可以用過程編程語言(例如，“C”)或面向?qū)ο缶幊陶Z言(例如，“C++”、Python)實現(xiàn)。本發(fā)明的替代實施例可以被實現(xiàn)為預(yù)編程的硬件元件、其它相關(guān)的部件或者硬件和軟件部件的組合。實施例能夠被作為與計算機系統(tǒng)一起使用的計算機程序產(chǎn)品來全部地或部分地實現(xiàn)。這樣的實施方式可以包括一系列計算機指令，一系列計算機指令被固定在諸如計算機可讀介質(zhì)(例如，磁盤、⑶_R0M、R0M或固定盤)的有形介質(zhì)上，或者可經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器或其它接口設(shè)備，諸如通過介質(zhì)連接到網(wǎng)絡(luò)的通信適配器，傳送到計算機系統(tǒng)。介質(zhì)可以是有形介質(zhì)(例如，光或模擬通信線路)或用無線技術(shù)(例如，微波、紅外線或其它傳輸技術(shù))實現(xiàn)的介質(zhì)。一系列的計算機指令體現(xiàn)了在本文中先前關(guān)于系統(tǒng)所描述的功能中的全部或部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解的是，這樣的計算機指令能夠以與許多計算機架構(gòu)或操作系統(tǒng)一起使用的多個編程語言來編寫。此外，這樣的指令可以被存儲在諸如半導(dǎo)體、磁、光或其它存儲器設(shè)備的任何存儲器設(shè)備中，并且可以使用諸如光、紅外線、微波或其它傳輸技術(shù)的任何通信技術(shù)來傳送。期望的是，這樣的計算機程序產(chǎn)品可以作為帶有隨附打印的或電子的文檔的可移動介質(zhì)(例如，收縮包裝軟件)來發(fā)布，與計算機系統(tǒng)一起預(yù)裝(例如，在系統(tǒng)ROM或固定盤上)，或者通過網(wǎng)絡(luò)(例如，因特網(wǎng)或萬維網(wǎng))從服務(wù)器或電子公告板發(fā)布。當(dāng)然，本發(fā)明的一些實施例可以被實現(xiàn)為軟件(例如，計算機程序產(chǎn)品)和硬件兩者的組合。本發(fā)明的其它實施例被實現(xiàn)為全硬件或全軟件(例如，計算機程序產(chǎn)品)。盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的各種示例性實施例，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言應(yīng)該顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，能夠進行各種改變和修改，這將實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點中的一些。
權(quán)利要求
1.一種用于為具有多個刺激電極的植入電極陣列生成電極刺激信號的可植入式刺激裝置，所述裝置包括 濾波器組預(yù)處理器，所述濾波器組預(yù)處理器用于處理輸入的聲音頻信號以生成多個帶通信號，所述多個帶通信號的每一個與音頻頻率的相關(guān)帶相對應(yīng)； 信號包絡(luò)模塊，所述信號包絡(luò)模塊用于計算每個帶通信號的對應(yīng)的信號包絡(luò)；以及 刺激脈沖生成器，所述刺激脈沖生成器用于根據(jù)所述信號包絡(luò)的改變速率提取刺激信號信息，以生成為多個所述刺激電極定義電極刺激定 時和電極刺激幅度的刺激事件信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，進一步包括 脈沖成形器，所述脈沖成形器用于將所述刺激事件信號演變成到所述刺激電極的輸出電極脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，進一步包括 包絡(luò)濾波器，所述包絡(luò)濾波器用于對由所述信號包絡(luò)模塊計算的所述信號包絡(luò)進行平滑和零位參考。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，基于所述零位參考后的信號包絡(luò)的過零點來定義所述電極刺激定時。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器基于所述信號包絡(luò)的基于時間的導(dǎo)數(shù)來提取所述刺激信號信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器使用導(dǎo)數(shù)閾值來提取所述刺激信號信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，基于所述信號包絡(luò)的最大幅度來定義所述電極刺激幅度中的至少一些。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述信號包絡(luò)模塊基于所述帶通信號的整流和濾波來計算所述信號包絡(luò)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器考慮聽覺神經(jīng)組織的生理學(xué)屬性來生成所述刺激事件信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器使用第一發(fā)放延時(FSL)函數(shù)來生成所述刺激事件信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器基于所述信號包絡(luò)的所述改變速率定義所述電極刺激定時以提供自適應(yīng)時延。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器基于所述信號包絡(luò)的所述改變速率生成用于所有的所述刺激電極的刺激事件信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器還基于精細(xì)結(jié)構(gòu)處理(FSP)函數(shù)生成用于所述刺激電極中的一些的刺激事件信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述刺激脈沖生成器進一步基于一個或多個信號特征對所述電極刺激幅度進行加權(quán)。
15.—種用于為具有多個刺激電極的植入電極陣列生成電極刺激信號的方法,所述方法包括 利用信號濾波器組來處理輸入的聲音頻信號，以生成多個帶通信號，所述多個帶通信號的每一個與音頻頻率的相關(guān)帶相對應(yīng)；計算每個帶通信號的對應(yīng)的信號包絡(luò)；以及 根據(jù)所述信號包絡(luò)的改變速率提取刺激信號信息，以生成刺激事件信號，所述刺激事件信號定義多個所述刺激電極的電極刺激定時和電極刺激幅度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括 將所述刺激事件信號演變成到所述刺激電極的輸出電極脈沖。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括 對每個帶通信號的所述信號包絡(luò)進行平滑和零位參考。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，基于所述零位參考后的信號包絡(luò)的過零點來定義所述電極刺激定時。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，基于所述信號包絡(luò)的基于時間的導(dǎo)數(shù)來定義所述電極刺激定時。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，生成所述刺激事件信號使用導(dǎo)數(shù)閾值。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，計算所述信號包絡(luò)包括使用希耳伯特變換。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，計算所述信號包絡(luò)包括所述帶通信號的整流和濾波。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，生成所述刺激事件信號進一步反映了聽覺神經(jīng)組織的生理學(xué)屬性。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，生成所述刺激事件信號使用第一發(fā)放延時(FSL)函數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，生成所述刺激事件信號包括基于所述信號包絡(luò)的所述改變速率來定義所述電極刺激定時以提供自適應(yīng)時延。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，基于所述信號包絡(luò)的所述改變速率，為所有的所述刺激電極生成所述刺激事件信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，基于精細(xì)結(jié)構(gòu)處理(FSP)函數(shù)為所述刺激電極中的一些生成所述刺激事件信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，生成所述刺激事件信號包括基于一個或多個信號特征對所述電極刺激幅度進行加權(quán)。
全文摘要
描述了一種用于為具有刺激電極的植入電極陣列生成電極刺激信號的可植入式刺激裝置。濾波器組預(yù)處理器處理輸入的聲音頻信號，以生成每一個都與音頻頻率的相關(guān)帶相對應(yīng)的帶通信號。信號包絡(luò)模塊計算每個帶通信號的對應(yīng)的信號包絡(luò)。刺激脈沖生成器從信號包絡(luò)的改變速率，諸如基于時間的導(dǎo)數(shù)，來提取刺激信號信息，以生成刺激事件信號，刺激事件信號定義了刺激電極中的一些或全部的電極刺激定時和幅度。
文檔編號A61N1/00GK102958561SQ201180029479
公開日2013年3月6日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者迪爾克·梅斯特, 弗洛里安·弗呂奧夫 申請人:Med-El電氣醫(yī)療器械有限公司