CN101653386B - 实现多种生理信息检测功能的电子耳蜗 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子耳蜗，包括体外语音处理装置和体内植入装置，所述体外语音处理装置包括内置电源、麦克风、语音信号处理单元和发射单元，所述体内植入装置包括接收器、电脉冲控制器和电极。所述体外语音处理装置还包括生理信息检测单元，所述体内植入装置还包括放大电路和通讯电路，所述电极通过光、电、磁媒介来刺激耳蜗内部的血管、神经元组织，同时电极将测量刺激得到的诱发信号送入放大电路，所述放大电路对诱发信号进行放大处理，所述通讯电路将放大后的诱发信号以无线传播的方式发送至所述生理信息检测单元，所述生理信息检测单元用于测量人体的生理信息，并根据所述生理信息计算出生理参数。本发明电子耳蜗能实现多种生理信息检测功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子耳蜗。
背景技术
听力损伤是当代社会一个较普遍的疾病，这些耳聋病人无法用语言与人交流，给社会、家庭和个人带来沉重的经济负担和心理压力。电子耳蜗是一种能够帮助全聋人恢复听觉的技术，全球目前有逾10万名电子耳蜗使用者。电子耳蜗亦是帮助天生聋儿学习语言的重要设备。此外，随着全球人口老龄化的日益严重，老龄人口占社会人口的比重逐渐增加，而绝大多数老龄人有严重的听力障碍，越来越多的老龄人正在使用电子耳蜗。
电子耳蜗主要包括佩戴于耳外的体外语音处理装置和体内植入装置两部分。体外语音处理装置包括内置电源、麦克风、语音信号处理单元和发射单元，麦克风接收外界的语音信号，语音信号处理单元对语音信号进行分析，提取与语音识别相关的特征参数，发射单元将语音信号的特征参数以无线传播的方式传送至体内植入装置。体内植入装置包括接收器、电脉冲控制器和电极，接收器负责接收语音信号的特征参数，电脉冲控制器根据语音信号的特征参数产生相应的电脉冲信号，电极被植入到耳蜗基底膜的不同位置，电脉冲信号通过电极刺激听觉神经产生不同的声音感知。
对于电子耳蜗使用者、尤其是逐渐增多的老龄使用者而言，他们的健康维系亦是至关重要的。但是，电子耳蜗不具有更深层次的保健功能，例如生理信息检测。
发明内容
有鉴于此，有必要针对电子耳蜗不具有生理信息检测功能的问题，提供一种实现多种生理信息检测功能的电子耳蜗。
一种电子耳蜗，包括体外语音处理装置和体内植入装置，所述体外语音处理装置包括内置电源、麦克风、语音信号处理单元和发射单元，所述体内植入装置包括接收器、电脉冲控制器和电极，内置电源向体外语音处理装置的各电路提供其正常工作所需的电源，麦克风接收外界的语音信号，语音信号处理单元对语音信号进行分析，提取与语音识别相关的特征参数，发射单元将语音信号的特征参数以无线传播的方式传送至体内植入装置；接收器负责接收语音信号的特征参数，电脉冲控制器根据语音信号的特征参数产生相应的电脉冲信号，电脉冲信号通过电极刺激听觉神经产生不同的声音感知。所述体外语音处理装置还包括生理信息检测单元，所述体内植入装置还包括放大电路和通讯电路，所述电极通过光、电、磁媒介来刺激耳蜗内部的血管、神经元组织，同时电极将测量刺激得到的诱发信号送入放大电路，所述放大电路对诱发信号进行放大处理，所述通讯电路将放大后的诱发信号以无线传播的方式发送至所述生理信息检测单元，所述生理信息检测单元用于测量人体的生理信息，并根据所述生理信息计算出生理参数。
优选的，所述生理信息检测单元包括传感单元、信号处理单元、控制单元、运算单元、存储单元和通讯单元，传感单元用于测量人体的生理信息，信号处理单元用于对传感单元和通讯单元采集到的生理信息进行处理，控制单元用于控制传感单元、信号处理单元、运算单元、存储单元和通讯单元，运算单元用于接收信号处理单元及通讯单元的数据，并对所接收的数据进行生理参数分析处理，存储单元用于存储数据，通讯单元用于将数据以无线传播方式发送至周围显示设备，并接收体内植入装置或外部设备以无线传播方式传送的数据。
优选的，所述生理信息包括光电容积描记信号、体温信息、心电信号、血压信息和身体姿态信息。
优选的，所述传感单元包括：用于测量所述光电容积描记信号的光电传感器；用于测量所述体温信息的温度传感器；用于测量所述血压信息的具有压力控制功能的设备；用于测量所述身体姿态信息的加速度传感器及用于测量所述光电容积描记信号、心电信号和体温信息的具有传感功能的辅助装置。
优选的，所述光电传感器位于体外语音处理装置的底部。
优选的，所述温度传感器通过可弯曲导体与体外语音处理装置连接。
优选的，所述具有传感功能的辅助装置具有无线数据传送单元，用于和体外语音处理装置的生理信息检测单元实现数据通讯。
优选的，所述具有传感功能的辅助装置是具有传感功能的指环或具有传感功能的手表。
优选的，所述信号处理单元用于：对光电容积描记信号实现放大和低通滤波；对滤波后的信号进行数字采样；对数字信号实现一阶求导、数字滤波处理；从数字信号中提取波峰位置特征；根据提取的信号特征以及预先存储的信号处理算法，对生理参数进行估计；及缓存数字信号。优选的，所述信号处理单元由生物医学芯片实现。
优选的，所述控制单元检测到异常生理参数时，与附近远程医疗的终端进行通讯，并将异常生理参数传送至远程医疗网络的远端服务器。
优选的，所述控制单元由生物医学芯片实现。
优选的，所述内置电源通过能量收获方式获得电能。
上述电子耳蜗的体外语音处理装置具有生理信息检测单元，所述体内植入装置具有放大电路和通讯电路。所述生理信息检测单元用于测量人体的各种生理信息，并根据生理信息计算出生理参数。所述体内植入装置的电极还用于测量诱发信号，所述放大电路对诱发信号进行放大处理，所述通讯电路将放大后的诱发信号以无线传输的方式发送至生理信息检测单元。由此可见，上述电子耳蜗能实现多种生理信息检测功能。
附图说明
图1是电子耳蜗的示意图。
图2是生理信息检测单元的示意图。
图3是体外语音处理装置的外观图。
图4是生理信息检测单元的工作流程图。
具体实施方式
电子耳蜗包括佩戴于耳外的体外语音处理装置和体内植入装置两部分。体外语音处理装置不单实现正常的语音信号处理，还将测量以光电容积描记信号为主的生理信号，用以检测重要的心血管生理参数。体内植入装置不单用于电刺激听觉神经元以产生听觉，还将以电、光、磁等方式来刺激耳蜗内的血管组织，测量获取诱发信号，并将诱发信号以无线传播的方式发送至体外语音处理装置，从而获取耳蜗内血管微循环、电化学等生理特征参数。
图1是电子耳蜗的示意图。该电子耳蜗100包括佩戴于耳外的体外语音处理装置11和体内植入装置12两个部分。体外语音处理装置11包括内置电 源110、麦克风111、语音信号处理单元112、发射单元113和生理信息检测单元114。内置电源110向体外语音处理装置11的各电路提供其正常工作所需的电源。内置电源可以是电池，或者通过能量收获方式获得电能。麦克风111接收外界的语音信号，语音信号处理单元112对语音信号进行分析，提取与语音识别相关的特征参数，发射单元113将语音信号的特征参数以无线传播的方式传送至体内植入装置12。体内植入装置12包括接收器121、电脉冲控制器122、电极123、放大电路124和通讯电路125，接收器121负责接收语音信号的特征参数，电脉冲控制器122根据语音信号的特征参数产生相应的电脉冲信号，电极123被植入到耳蜗基底膜的不同位置，电脉冲信号通过电极刺激听觉神经产生不同的声音感知。
图2是生理信息检测单元114的示意图。该生理信息检测单元114包括传感单元20、信号处理单元23、控制单元24、运算单元25、存储单元26和通讯单元27。
传感单元20用于测量人体的各种生理信息，如光电容积描记信号、体温信息、心电信号、血压信息、身体姿态信息等。传感单元20包括光电传感器21和温度传感器22。此外，传感单元20还可以包括未设置在体外语音处理装置11上的其他具有传感功能的辅助装置，例如具有传感功能的指环、具有传感功能的手表等。该具有传感功能的辅助装置可用于测量所述光电容积描记信号、心电信号和体温信息。具有传感功能的辅助装置可以安置于体表的任何位置。具有传感功能的辅助装置具有无线数据传送单元，可以和体外语音处理装置11的生理信息检测单元114实现数据通讯。传感单元20包括的传感器类型除了光电传感器21和温度传感器22外，还可以是用于测量身体姿态信息的加速度传感器、用于测量血压信息的具有压力控制功能的设备(在耳部根据光电容积震荡法来测量血压信息)等。
光电传感器21用于测量光电容积描记信号。当光照在人体的末梢组织(例如耳垂、手指等)时，部分光会被皮肤、骨、肌肉组织、血液等吸收或反射，其余的光会穿过末梢组织，而光电传感器21感应这些反射光或者透射光。脉搏搏动引起的血管内血流量的变化会导致反射光和透射光的光强度变化，光电传感器21可以感应其变化，并将此强度变化转换成电信号。研究已经表明，从光电容积描记信号可以提取与人体生理状态相关的多个生理参数的信息，例如其相邻波峰的位置可用来测量心率；其重搏波二次谐频所占的能量百分比包含了 血压相关的信息；以其它体表部位光电容积描记信号或心电信号作参考得到的脉冲传递时间亦正被研究用于连续血压测量。光电容积描记信号的优点是采集方便，光电传感器21与测量部位接触就可以得到光电容积描记信号。
温度传感器22用于测量人的体温。图3是体外语音处理装置11的外观图。温度传感器22通过可弯曲导体30与体外语音处理装置11连接，光电传感器21位于体外语音处理装置11的底部。当使用者佩戴体外语音处理装置11后，光电传感器21与耳垂部位接触，温度传感器22通过可弯曲导体30伸入外耳，与耳壁部位接触。
信号处理单元23用于对传感单元20和通讯单元27采集到的生理信息进行处理，其可由生物医学芯片实现。其具体功能如下：
(a)对光电容积描记信号实现放大和低通滤波；
(b)对滤波后的信号进行数字采样；
(c)对数字信号实现一阶求导、数字滤波等处理；
(d)从数字信号中提取波峰位置等特征；
(e)根据提取的信号特征以及预先存储的信号处理算法，对重要生理参数进行估计，该生理参数可以是心率、心率变化率、血压、血压变化率、体温、连续血红蛋白含量等参数中的一种或多种；
(f)缓存数字信号，用于分析处理。
控制单元24用于控制信号的传感、处理、运算、传送及接收，即控制单元24同时控制传感单元20、信号处理单元23、运算单元25、存储单元26和通讯单元27。控制单元24可由生物医学芯片实现。当控制单元24检测到异常生理参数时，将启动应急医护功能，与附近远程医疗的终端进行通讯，并将异常生理参数传送至远程医疗网络的远端服务器。
运算单元25用于接收信号处理单元23及通讯单元27的数据，并对所接收的数据进行生理参数分析处理。其所接收的数据包括光电容积描记信号、生理信号、心电信号等等。
存储单元26用于存储数据，其存储的数据包括：算法参数；控制代码；生理信息检测的程序代码；使用者的个人信息，例如血压估计算法中的校准参数等；检测的生理参数，例如24小时心率、血压等。
通讯单元27用于将包括生理信号、检测结果等数据以无线传播方式传送至数字式手表、手提电话、计算机、电子手账等周围显示设备上，并接收来自 体内植入装置12或外部设备以无线传播方式传送的数据。
电极123通过光、电、磁等媒介来刺激耳蜗内部的血管、神经元等组织，同时电极123将测量刺激得到的诱发信号送入放大电路124，放大电路124对诱发信号进行放大处理并送入通讯电路125，通讯电路125将放大后的诱发信号以无线传播的方式传送至生理信息检测单元114的通讯单元27。
图4是生理信息检测单元114的工作流程图。该生理信息检测单元114的工作流程包括以下步骤：
S301：测量生理信息。
当电子耳蜗100开始工作后，靠近耳垂部位的光电传感器21开始测量耳垂处的光电容积描记信号，温度传感器22开始测量外耳内壁处的体温信息，通讯单元27开始接收体内植入装置12的通讯电路125发送的诱发信号。
S302：处理生理信息。
生理信息将进行必要的信号处理，包括模拟放大、滤波、数字采样等。
S303：测量血压。
测量血压的步骤中，可以采用如下测量方式中的任何一种：
根据耳垂处的光电容积描记信号的重搏波二次谐频能量百分比确定血压及血压变化率。
接收其它体表部位测量得到的光电容积描记信号，根据脉冲传递时间确定血压及血压变化率。
接收其它体表部位测量得到的心电信号，根据脉冲传递时间确定血压及血压变化率。
S304：根据光电容积描记信号测量连续血红蛋白含量、心率及其变化率。
S305：根据体温信息测量体温。
S306：测量耳蜗内生理特征参数。
该耳蜗内生理特征参数包括血管微循环、电化学参数等。
S307：储存测量结果。
S308：显示测量结果。
S309：判断测量结果是否异常。若是，执行步骤S310；若否，执行步骤S301。
S310：将检测结果传送至远端保健中心。
上述电子耳蜗100以使用者必需的体外语音处理装置11和体内植入装置 12作为测量平台，不必再专门设计额外的生理信息测量装置。生理信息检测单元114被集成于体外语音处理装置11内，体外语音处理装置11的资源得到了充分的利用，避免了资源的重复浪费的同时也降低了设计成本。上述电子耳蜗100除了可用于家庭医疗保健，还可用于远程医疗诊断、传染病监控等需要医生和病人隔离的场合，能够有效地提高疾病监护的安全性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种电子耳蜗，包括体外语音处理装置和体内植入装置，所述体外语音处理装置包括内置电源、麦克风、语音信号处理单元和发射单元，所述体内植入装置包括接收器、电脉冲控制器和电极，内置电源向体外语音处理装置的各电路提供其正常工作所需的电源，麦克风接收外界的语音信号，语音信号处理单元对语音信号进行分析，提取与语音识别相关的特征参数，发射单元将语音信号的特征参数以无线传播的方式传送至体内植入装置；接收器负责接收语音信号的特征参数，电脉冲控制器根据语音信号的特征参数产生相应的电脉冲信号，电脉冲信号通过电极刺激听觉神经产生不同的声音感知；其特征在于：所述体外语音处理装置还包括生理信息检测单元，所述体内植入装置还包括放大电路和通讯电路，所述电极通过光、电、磁媒介来刺激耳蜗内部的血管、神经元组织，同时电极将测量刺激得到的诱发信号送入放大电路，所述放大电路对诱发信号进行放大处理，所述通讯电路将放大后的诱发信号以无线传播的方式发送至所述生理信息检测单元，所述生理信息检测单元用于测量人体的生理信息，并根据所述生理信息计算出生理参数。
2.根据权利要求1所述的电子耳蜗，其特征在于：所述生理信息检测单元包括传感单元、信号处理单元、控制单元、运算单元、存储单元和通讯单元，传感单元用于测量人体的生理信息，信号处理单元用于对传感单元和通讯单元采集到的生理信息进行处理，控制单元用于控制传感单元、信号处理单元、运算单元、存储单元和通讯单元，运算单元用于接收信号处理单元及通讯单元的数据，并对所接收的数据进行生理参数分析处理，存储单元用于存储数据，通讯单元用于将数据以无线传播方式发送至周围显示设备，并接收体内植入装置或外部设备以无线传播方式传送的数据。
3.根据权利要求2所述的电子耳蜗，其特征在于：所述生理信息包括光电容积描记信号、体温信息、心电信号、血压信息和身体姿态信息。
4.根据权利要求3所述的电子耳蜗，其特征在于：所述传感单元包括：用于测量所述光电容积描记信号的光电传感器；用于测量所述体温信息的温度传感器；用于测量所述血压信息的具有压力控制功能的设备；用于测量所述身体姿态信息的加速度传感器及用于测量所述光电容积描记信号、心电信号和体温信息的具有传感功能的辅助装置。
5.根据权利要求4所述的电子耳蜗，其特征在于：所述光电传感器位于体外语音处理装置的底部。
6.根据权利要求4所述的电子耳蜗，其特征在于：所述温度传感器通过可弯曲导体与体外语音处理装置连接。
7.根据权利要求4所述的电子耳蜗，其特征在于：所述具有传感功能的辅助装置具有无线数据传送单元，用于和体外语音处理装置的生理信息检测单元实现数据通讯。
8.根据权利要求7所述的电子耳蜗，其特征在于：所述具有传感功能的辅助装置是具有传感功能的指环或具有传感功能的手表。
9.根据权利要求3所述的电子耳蜗，其特征在于：所述信号处理单元用于：对光电容积描记信号实现放大和低通滤波；对滤波后的信号进行数字采样；对数字信号实现一阶求导、数字滤波处理；从数字信号中提取波峰位置特征；根据提取的信号特征以及预先存储的信号处理算法，对生理参数进行估计；及缓存数字信号。
10.根据权利要求2或9所述的电子耳蜗，其特征在于：所述信号处理单元由生物医学芯片实现。
11.根据权利要求2所述的电子耳蜗，其特征在于：所述控制单元检测到异常生理参数时，与附近远程医疗的终端进行通讯，并将异常生理参数传送至远程医疗网络的远端服务器。
12.根据权利要求2或11所述的电子耳蜗，其特征在于：所述控制单元由生物医学芯片实现。
13.根据权利要求1所述的电子耳蜗，其特征在于：所述内置电源通过能量收获方式获得电能。
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