專利名稱：基于移動(dòng)電話和結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于移動(dòng)電話和結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸， 屬于電子信息技術(shù)和醫(yī)療器械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聽力損傷是當(dāng)代社會(huì)一種較普遍的疾病，目前，就我國而言，聽力障礙病
人高于2000萬，其中有600萬是全聾人，同時(shí)，每年還有3萬多的新生聾 兒。因聾而啞，這些耳聾患者無法用語言與人交流，給社會(huì)、家庭和個(gè)人 帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和心理壓力。
人工電子耳蝸是當(dāng)前公認(rèn)的能夠恢復(fù)深度耳聾和全聾患者聽力的唯一方 法。人工電子耳蝸與傳統(tǒng)助聽器最大的不同在于，助聽器依賴于耳聾病人 殘留的聽覺功能將聲音放大，如果病損的聽覺功能有限，那么助聽器的作 用也受限，所以助聽器一般只可以幫助輕度和中度聽覺損傷的人恢復(fù)聽力， 對(duì)于眾多深度耳聾患者，助聽器就難以提高語言的分辨率。
人工電子耳蝸是一種用電刺激的方法恢復(fù)全聾人聽覺的裝置，其功能是 基于對(duì)正常人的外耳、中耳、內(nèi)耳耳蝸等外周聽覺系統(tǒng)生理功能的模仿。 在外周聽覺系統(tǒng)中，內(nèi)耳的耳蝸是聽覺功能的核心部分，耳蝸是一種聲、 電換能器官，它將聲音振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并用以使耳蝸內(nèi)的聽覺神經(jīng)興 奮。
傳統(tǒng)人工電子耳蝸裝置主要包括兩個(gè)部分， 一部分是體外語音處理器， 主要是語音信號(hào)的分析處理，包括方向性麥克風(fēng)、語音處理器及發(fā)送器； 另一部分是體內(nèi)的接收器和刺激電極。其主要工作原理是聲音信號(hào)經(jīng)過 方向性麥克風(fēng)接收后，被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后傳送至語音處理器；語音處 理器對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分頻段處理，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)電極的電流刺激信號(hào)，電流刺 激信號(hào)由發(fā)送器傳送到接收器，并傳送至適當(dāng)?shù)碾姌O，直接剌激內(nèi)耳的聽 神經(jīng)纖維，再傳至大腦，形成聽覺。植入性人工電子耳蝸的數(shù)個(gè)電極，分別刺激不同部位的聽覺神經(jīng)末梢，從而分辨不同頻率的聲音，達(dá)到改善聽 力和提高語言分辨能力的功效。
但是，使用傳統(tǒng)人工電子耳蝸的耳聾患者在收聽電話的時(shí)候，存在語音 識(shí)別率不高的問題，其中一個(gè)主要原因是，語音信號(hào)由話機(jī)(例如移動(dòng)電 話)傳送到人工電子耳蝸麥克風(fēng)的過程中，會(huì)受到相當(dāng)多的環(huán)境噪聲的干 擾，周圍環(huán)境的噪聲一起被麥克風(fēng)接收，影響人工耳蝸的語音識(shí)別率，(參
見H. F. Qian， P. C. Loizou禾口 M. F. Dorma的"A Phone-Assistive Device Based on Bluetooth Technique for Cochlear Implant Users" ， IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol.11: 282 - 287, 2003)，使得人工電子耳蝸的使用者 目前還不能夠有效地使用移動(dòng)電話進(jìn)行交流。
另一方面，傳統(tǒng)的人工電子耳蝸語音處理器主要處理英語等非聲調(diào)語 言，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用此類語音處理器，并不能充分傳遞聲調(diào)給使用者，因 此對(duì)于使用聲調(diào)語言的患者而言，其語音識(shí)別率并不理想(參見C.G. Wei， K. L Cao禾口 F. G. Zeng的"Mandarin tone recognition in cochlear-implant subjects", Hearing Research, vol.197: 87-95, 2004.)，還不能夠盡 情地識(shí)別和享受高質(zhì)量的聲音(例如聲調(diào)語言和音樂)，人工電子耳蝸還沒 有充分發(fā)揮其應(yīng)有的功效。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有人工電子耳蝸設(shè)備在收聽移動(dòng)電話時(shí)，由于受到環(huán)境噪聲干擾 而語音分辨率不高的缺陷，本發(fā)明提出一個(gè)新型的人工電子耳蝸設(shè)備。由 于語音處理器置于移動(dòng)電話內(nèi)部，這樣移動(dòng)電話所傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)就可以 直接輸入到語音處理器，減少了信號(hào)傳遞過程中諸多的噪聲干擾，有利于 提高人工電子耳蝸的語音識(shí)別率。本發(fā)明設(shè)備以普及率相當(dāng)高的移動(dòng)電話 作為人工電子耳蝸的語音信號(hào)處理平臺(tái)，可以降低額外設(shè)計(jì)人工電子耳蝸 語音處理器而需要的設(shè)置， 一方面避免了資源的重復(fù)浪費(fèi)，降低設(shè)計(jì)的成 本，極大發(fā)揮了移動(dòng)電話的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面耳聾患者使用起來也較為 方便，只需要隨身攜帶一個(gè)移動(dòng)電話，就既可以當(dāng)作人工電子耳蝸收聽周 圍環(huán)境的聲音信號(hào)，又可以用作移動(dòng)電話來進(jìn)行正常的移動(dòng)通信。同時(shí)， 移動(dòng)電話的眾多功能設(shè)置給人工電子耳蝸的使用提供了更多的靈活性。語音處理器可以接受AM/FM無線電信號(hào)及其它由移動(dòng)電話音頻輸入接口提供 的聲音信號(hào)，這樣耳聾患者就可以收聽無線電節(jié)目、CD等。
同時(shí)，以移動(dòng)電話內(nèi)高集成度微處理器為主的語音處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)較 強(qiáng)功能的語音處理算法對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行處理，改善人工電子耳蝸使用者的 語音識(shí)別率。生理試驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)改變電子耳蝸的電脈沖刺激速率， 耳聾患者可以感受到不同的聲調(diào)信息。因此，本發(fā)明的語音處理器中增加 了聲調(diào)信息提取模塊，用其提取到的聲調(diào)信息來對(duì)電脈沖的速率進(jìn)行編碼 調(diào)制，達(dá)到傳遞聲調(diào)信息的功能,使得此人工電子耳蝸尤其適用于使用聲調(diào) 語言(例如普通話和廣東話)的耳聾患者。


圖l為基于移動(dòng)電話、結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸的結(jié)構(gòu)示意
圖2為內(nèi)置人工電子耳蝸語音處理器的移動(dòng)電話的示意圖3為耳聾患者使用移動(dòng)電話式人工電子耳蝸的示意圖4為基于移動(dòng)電話、結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸的工作流程
圖5為圖4中語音處理器選擇工作方式/聲源的流程圖； 圖6為基于移動(dòng)電話、結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸提取聲調(diào)信 息和產(chǎn)生電脈沖信號(hào)的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明的基于移動(dòng)電話、結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸的結(jié) 構(gòu)示意圖。與傳統(tǒng)人工電子耳蝸的區(qū)別是，l)體外的語音處理器102被集 成到移動(dòng)電話100的內(nèi)部；2)利用移動(dòng)電話的麥克風(fēng)101來接收周圍環(huán)境 的聲音信號(hào)；3)由改裝了的移動(dòng)電話耳麥導(dǎo)線106將語音處理器產(chǎn)生的電 脈沖信號(hào)傳送至發(fā)送器103。此后，電脈沖信號(hào)通過植入耳內(nèi)的接收器104， 傳遞至適當(dāng)?shù)碾姌O105，直接刺激內(nèi)耳的聽神經(jīng)纖維，形成聽覺。
語音處理器的信號(hào)輸入端還可以切換到移動(dòng)電話的揚(yáng)聲器107端，直接 收聽移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)傳送來的聲音信號(hào)。同時(shí)，語音處理器可以處理其它聲音源的信號(hào)，包括來自模擬/數(shù)字式輸入端口 108/109的聲音信號(hào)、AM/FM 無線電信號(hào)110、以及移動(dòng)電話內(nèi)部器111所存儲(chǔ)的數(shù)字式聲音等。
圖2是本發(fā)明的移動(dòng)電話示意圖，包括了內(nèi)含人工電子耳蝸語音處理 器的移動(dòng)電話100和改裝了的耳麥線106。移動(dòng)電話的麥克風(fēng)101用來接收 周圍環(huán)境的聲音信號(hào)，"功能"按鍵200可以用來選擇移動(dòng)電話和人工電子 耳蝸的工作方式(見圖5中的詳述)，使用者可以通過"上"/ "下"按鍵 201/202，或者數(shù)字按鍵選擇語音處理器處理聲音的來源。使用者也可以用 數(shù)字按鍵選中某一通道的調(diào)制信號(hào)，用"強(qiáng)度增/減"按鍵203/204來改變 該通道聲音的強(qiáng)度或者電脈沖的頻率。
耳麥線的一端連到語音處理器的輸出端，另一端連到信號(hào)發(fā)送器103。 當(dāng)語音處理器處于"移動(dòng)通信"工作方式時(shí)，使用者通過耳麥線上的麥克 風(fēng)205進(jìn)行移動(dòng)通信。
圖3是耳聾患者使用移動(dòng)電話式人工電子耳蝸的示意圖。使用者將移 動(dòng)電話100配帶在身上，耳麥線106末端的發(fā)送器103被固定到耳部。使 用者可以通過移動(dòng)電話的麥克風(fēng)101收聽附近環(huán)境的聲音，同時(shí)還可以使 用移動(dòng)電話進(jìn)行移動(dòng)通信。
圖4是基于移動(dòng)電話、結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸的工作流程 圖。使用者打開移動(dòng)電話后，首先選擇移動(dòng)電話的工作方式(見圖5中的詳 述)。如果用戶選擇了模擬式聲源，該聲音將通過信號(hào)放大和數(shù)字化處理 112，然后輸至語音處理器；如果用戶選擇了數(shù)字式聲源，數(shù)字信號(hào)將直接 輸至語音處理器。
語音處理器根據(jù)圖6所示的步驟得到多通道語音信號(hào)包絡(luò)信號(hào)，用以 調(diào)制電脈沖信號(hào)606的幅度。耳聾患者可以根據(jù)自身是否使用聲調(diào)語言來 確定是否啟用語音處理器中的聲調(diào)信息處理模塊604，提取出的聲調(diào)信息用 以調(diào)制電脈沖信號(hào)606的速率。最后，經(jīng)過幅度/速率調(diào)制后的多通道電脈 沖信號(hào)被傳送至發(fā)送器103。圖5是本發(fā)明人工電子耳蝸的語音處理器選擇工作方式/聲源的流程 圖。當(dāng)關(guān)閉語音處理器后，移動(dòng)電話工作于"普通移動(dòng)電話"方式，可以
被正常聽力使用者使用；當(dāng)開啟語音處理器后，移動(dòng)電話被用作"人工電 子耳蝸"方式，供耳聾患者使用。此時(shí)，移動(dòng)電話內(nèi)的語音處理器給耳聾 患者提供了多種工作方式及聲源選擇，包括1)"普通工作方式"，接收由移 動(dòng)電話的麥克風(fēng)101接收附近環(huán)境的聲音；2)"移動(dòng)通訊工作方式"，接收 由移動(dòng)電話天線接收的來自移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)；3)外接的模擬聲音輸入 信號(hào)108; 4)外接的聲音數(shù)字流輸入109; 5)移動(dòng)電話內(nèi)置AM/FM解碼 器110提供的AM/FM無線電信號(hào)；和6)移動(dòng)電話內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)字式聲音信 號(hào)111。
圖6是基于移動(dòng)電話、結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸提取聲調(diào)信 息和產(chǎn)生電脈沖信號(hào)的工作流程圖。數(shù)字式的聲音信號(hào)首先由一組帶通濾 波器601分割成多通道的聲音信號(hào)，然后，每一通道的信號(hào)再經(jīng)過整流和 低通濾波602以得到各通道的包絡(luò)信號(hào)，信號(hào)的強(qiáng)度再由幅度壓縮器603 調(diào)節(jié)到人耳適應(yīng)的強(qiáng)度范圍，最后，包絡(luò)信號(hào)用來調(diào)制電脈沖信號(hào)606的 幅度。多通道電脈沖信號(hào)606以相同的速率工作于連續(xù)交替取樣方式下， 確保瞬時(shí)只有單一通道傳遞電脈沖信息，減少通道間的相互干擾。
聲調(diào)提取模塊604首先從聲調(diào)語言中提取聲調(diào)信息，然后通過電脈沖速 率編碼器605對(duì)多通道的電脈沖信號(hào)606的速率進(jìn)行編碼
r電脈沖-ZXFo)
其中r是多通道電脈沖信號(hào)的工作速率，F(xiàn)。是與聲調(diào)相關(guān)的語音信號(hào)的基頻 伶,
權(quán)利要求
1. 一種基于移動(dòng)電話和結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸，包括置于 移動(dòng)電話內(nèi)部的具有聲調(diào)信息提取模塊的語音處理器，與移動(dòng)電話相連的 多通道電脈沖信號(hào)發(fā)送器，及植入耳內(nèi)的接收器和刺激電極。
2. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，語音處理器由移動(dòng)電話內(nèi)部的微處理器及相關(guān)信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)。
3. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，語音處理器具有 兩種工作方式a) 普通工作方式語音處理器的輸入信號(hào)是移動(dòng)電話麥克風(fēng)所接收的 附近環(huán)境的聲音信號(hào)；b) 移動(dòng)通信工作方式語音處理器的輸入信號(hào)是移動(dòng)電話接收的由移 動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳遞的語音信號(hào)，在此工作方式下，耳聾患者可以通過移動(dòng) 電話和遠(yuǎn)端的電話使用者進(jìn)行語言交流。
4. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，語音處理器對(duì)接 收到的語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，包括a) 模擬式語音信號(hào)的放大和數(shù)字化處理；和b) 數(shù)字式語音信號(hào)通過多通道帶通濾波、整流及低通濾波處理，得到 多通道的語音包絡(luò)信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，語音處理器包括 多通道電脈沖信號(hào)發(fā)生器，其中，a) 電脈沖信號(hào)的幅度受語音包絡(luò)信號(hào)的調(diào)制；b) 多通道的電脈沖信號(hào)以相同的速率工作在連續(xù)交替取樣方式下。
6. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，語音處理器內(nèi)部 的聲調(diào)信息提取模塊，提取語音信號(hào)中包括語音基頻信息在內(nèi)的聲調(diào)信息，其中，a) 聲調(diào)信息提取模塊可以采用多種算法，包括頻譜分析，自相關(guān)分析等；b) 聲調(diào)信息提取模塊檢測(cè)得到的聲調(diào)信息將用來調(diào)節(jié)多通道電脈沖信 號(hào)的速率。
7. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，可以根據(jù)耳聾患 者所使用的語言特征，決定是否啟用聲調(diào)信息提取模塊，a) 當(dāng)患者是使用非聲調(diào)語言時(shí)，患者可以關(guān)閉聲調(diào)信息提取模塊，此 時(shí)多通道的電脈沖工作于恒定的速率；b) 當(dāng)患者是使用聲調(diào)語言時(shí)，患者可以開啟聲調(diào)信息提取模塊。
8. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，語音處理器能夠 自動(dòng)調(diào)節(jié)語音信號(hào)的放大增益，使耳聾患者收聽適當(dāng)強(qiáng)度的聲音信號(hào)，避 免受到過強(qiáng)的電脈沖刺激。
9. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，為了達(dá)到較理想 的聽覺識(shí)別效果，耳聾患者可以a) 手動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)通道語音包絡(luò)信號(hào)的幅度；和b) 手動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)通道電脈沖的速率。
10. 如權(quán)利要求l所述的人工電子耳蝸，其特征在于，耳聾患者調(diào)節(jié)語音信號(hào)幅度和電脈沖速率的時(shí)候，可以a) 用移動(dòng)電話上的數(shù)字按鍵選擇所需要調(diào)節(jié)的通道；和b) 用移動(dòng)電話上的"強(qiáng)度增/減"按鍵來調(diào)節(jié)語音信號(hào)幅度或電脈沖 速率。
11. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，移動(dòng)電話的耳麥 線將多通道電脈沖信號(hào)傳送到固定于耳部的發(fā)送器。
12. 如權(quán)利要求l所述的人工電子耳蝸，其特征在于，刺激電極可以包 括多個(gè)電極。
13. 如權(quán)利要求1所述的人工電子耳蝸，其特征在于，移動(dòng)電話上配有 多種聲音信號(hào)輸入接口，聲音信號(hào)包括但不限于a) CD、 MP3等數(shù)字式音頻信號(hào)；b) 存儲(chǔ)在移動(dòng)電話內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)字化音頻信號(hào)；c) AM/FM無線電信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求l所述的人工電子耳蝸，其特征在于，語音處理器所需 的電源由移動(dòng)電話提供。
15. 如權(quán)利要求l所述的人工電子耳蝸，其特征在于，當(dāng)關(guān)閉語音處理 器后，正常聽力使用者可以繼續(xù)使用移動(dòng)電話。
全文摘要
一種基于移動(dòng)電話和結(jié)合語音聲調(diào)信息的人工電子耳蝸，屬于電子信息技術(shù)和醫(yī)療器械領(lǐng)域。本發(fā)明裝置包括置于移動(dòng)電話內(nèi)部的具有聲調(diào)信息提取模塊的語音處理器，與移動(dòng)電話相連的多通道脈沖信號(hào)發(fā)送器，及植入耳內(nèi)的脈沖信號(hào)接收器和刺激電極。語音處理器由移動(dòng)電話內(nèi)部的微處理器來實(shí)現(xiàn)，其可以對(duì)由移動(dòng)電話提供的多種語音信號(hào)進(jìn)行放大和數(shù)字化處理，并分解成多通道的電信號(hào)，用以調(diào)節(jié)電脈沖的幅度；語音處理器的聲調(diào)信息提取模塊從語音信號(hào)中提取聲調(diào)信息，用來調(diào)節(jié)多通道電脈沖的刺激速率。電脈沖信號(hào)經(jīng)由發(fā)送器和耳內(nèi)的接收器，最終傳送至植入耳蝸內(nèi)的刺激電極，直接刺激內(nèi)耳殘留的聽覺神經(jīng)，恢復(fù)深度聽力損傷者的聽力。本發(fā)明裝置以日益普及的移動(dòng)電話作為人工電子耳蝸的語音信號(hào)處理平臺(tái)，可以降低傳統(tǒng)人工電子耳蝸語音處理器的體積。耳聾患者可以通過移動(dòng)電話的麥克風(fēng)收聽附近環(huán)境的聲音，還可以直接使用移動(dòng)電話進(jìn)行移動(dòng)通訊，具有降低收聽移動(dòng)電話時(shí)環(huán)境噪聲干擾的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，由于語音處理器包括了聲調(diào)信息處理技術(shù)，使得此人工電子耳蝸尤其適用于使用聲調(diào)語言(例如普通話和廣東話)的耳聾患者。
文檔編號(hào)H04M11/00GK101310695SQ20071010920
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者張?jiān)? 霏 陳 申請(qǐng)人:香港中文大學(xué)