CN101970045B - 用于适配植入式耳蜗的方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于为接受者适配医疗植入物的方法和系统。该医疗植入物用来在多个刺激通道上刺激接受者的生理系统。该方法包括确定多个刺激通道的初始刺激分布图，然后通过改变初始刺激分布图的形式或形状确定适配刺激分布图的步骤。

Description

用于适配植入式耳蜗的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请是2008年12月17日提交的、名称为“用于适配植入式耳蜗的方法和系统”的国际申请PCT/AU2008/001865的国家阶段申请，该申请要求享有2007年12月18日提交的名称为“用于适配植入式耳蜗的方法和系统”的澳大利亚临时专利申请2007906933的优先权，该临时专利申请在此引入作为参考。

技术领域

本发明总的涉及刺激接受者生理系统的医疗植入物的配置，更具体地，涉及植入式耳蜗(cochlear implant)的适配(fitting)。

背景技术

为了多种治疗益处，有许多用于向接受者传送电刺激的医疗植入物。例如，已经开发了植入式耳蜗，如澳大利亚悉尼Cochlear Limited生产的植入式耳蜗，用来为感觉神经听力丧失者提供感知声音的能力。正常健康耳的耳蜗的毛细胞将声信号转变为神经冲动。由于耳蜗毛细胞缺失或破坏而深度耳聋者不能从传统助听系统获得适当的益处。已经开发了植入式耳蜗来为这样的人提供感知声音的能力。

植入式耳蜗一般包括彼此协同的外部和植入的或内部部件，以给接受者提供声觉。外部部件传统上包括探测如语音和环境声响等声音的麦克风、选择探测到的特定声音(特别是语音)并将其转化为编码信号的语音处理器、电源如电池、和外部发射器天线。

语音处理器的编码信号输出经皮肤传送给植入的接受器/刺激器单元。这种经皮传送通过外部发射器天线发生，该外部发射器天线的定位使得与布置于接受器/刺激器单元内的植入的接收器天线通信。这种通信传送编码的声音信号，同时也给植入的接受器/刺激器单元提供电力。

植入的接受器/刺激器单元也包括刺激器，该刺激器处理编码信号并向耳蜗内电极组件输出电刺激信号。该电极组件典型地具有多个电极，这些电极对听神经施加电刺激，以产生对应于探测到的原声音的听觉。

手术植入内部部件(包括接受器/刺激器单元和耳蜗内电极组件)后，必须为每一接受者个体配置(或适配)植入式耳蜗系统。这种配置过程通常在植入后几周由听力学家进行。

该配置过程的重要的方面是植入式耳蜗系统正常工作所需的大量接受者特定输入配置变量的采集和确定。需要确定的输入配置变量之中的两个包括每个电极刺激通道的电刺激阈值水平(被称为T水平)和电刺激最大舒适水平(被称为C水平)。T水平和C水平一起定义了每个电极通道的电刺激的“动态范围”。

T水平被定义为接受者第一次识别声觉时的水平，并且是接受者听到刺激时的最低水平。

C水平设定了每个电极的最大容许刺激水平，并且被定义为不产生使接受者不舒适的响度感觉的最大刺激水平。

传统上，T水平和C水平由与接受者一起工作的临床医生人工确定。对于植入物的每个刺激通道，临床医生施加刺激脉冲，然后接收来自接受者的关于产生的声音的水平和舒适度的指征。

参见图2，其中示出了用于通过临床适配过程确定的22电极系统中每个电极210的T和C水平的设置200。电极阵列之间的T水平和C水平组分别构成了T水平分布图220和C水平分布图230。如果T水平设置得太低，则施加的刺激不能被感知。如果C水平设置得太高，则接受者可能被过度刺激，导致接受者疼痛和可能的损伤。

这种手术后配置或适配过程可能是极其耗时的。在缺乏足够的声学基础设施和/或受过训练的临床医生的地方，某些接受者可能无法最佳地适配植入式耳蜗。另外，由于这种手术后配置过程依赖于主观测量，儿童、无语言能力耳聋或先天性耳聋接受者通常不能提供由刺激测试脉冲引起的听觉的精确印象。这进一步使该适配过程复杂化，潜在地导致植入式耳蜗不能被最佳地适配。

现在参见图3，在提高适配过程效率的尝试中，一种方法是将一种类型的分布图的形状基于另一类型的分布图的形状。该方法的一个例子如设置300所示，其中C水平分布图330的形状(即电极与电极之间的水平变化)首先与相应的T水平分布图320的形状相匹配。这一匹配过程后，将C水平分布图330位移，以达到接受者舒适的响度。

因此，电极310上的C水平330仅基于T水平分布图320的形状和位移量ΔS。因此，C水平分布图330的相邻电极之间刺激水平的相对差保持与T水平分布图320一致。然后只需要通过改变ΔS操作总平均刺激水平，以达到舒适的响度。

在另一种方法中，利用听觉系统的客观指标(objective measure)简化配置植入式耳蜗的任务。植入式耳蜗客观指标包括与听觉系统有关的生理信号，如电诱发听神经动作电位(ECAP)、听性脑干反应(EABR)或镫骨肌反射(ESR)。听觉系统的这些物理特征在Cullington H.E.，Cochlear Implants：Objective Measures，London，Whurr Publishers，2003中有详细描述。

这些和其它物理特征可以使用植入式耳蜗系统如Cochlear^TMNucleus^TM系统，利用神经反应遥测技术(Neural ResponseTelemetry，NRT)进行测量，其中可以对每个电极测量诱发可检测的反应所需的最小刺激水平。遥测模式能够使植入式耳蜗内的遥测装置测量接受者生理系统的各种物理特征。

在这种遥测模式中，植入的电极阵列用来提供测试刺激，然后测量接受者生理系统的神经反应。测试刺激利用多个“刺激通道”传送。例如，该电极阵列两个特定电极之间刺激电流的传送可以定义为通过通道1的刺激。类似地，刺激传送所涉及的其它电极组合也将定义其它刺激通道。一种示例性的遥测布置在US 5,758,651中有述。这些客观测量的物理阈值的分布图构成了可以复制的另一类型的分布图。

现在参见图4，其中示出了已经与客观阈值分布图440相匹配的用于T水平分布图420和C水平分布图430的设置400。在该实例中，已经测量了每个电极410的ECAP阈值，得到ECAP阈值分布图440。然后以相对于ECAP阈值分布图440的恒定偏移量ΔS₁和ΔS₂设置T水平分布图420和C水平分布图430。这些偏移量通过对一个通道(一般是中间频率通道)的临床测量来确定，然后相应地应用于所有通道。

但是，虽然这一方法具有缩短临床适配植入式耳蜗所需时间的效果，但是显然也具有许多缺点。主要的缺点是在第一水平(一般是客观测量或临床确定的阈值水平)确定的分布图的形状将与不同总平均或刺激水平下第二水平处的分布图形状相关这一假设。这将不考虑取决于刺激水平的听觉系统的变化。

发明内容

在本发明的一个方面，公开了一种为接受者适配医疗植入物的方法，该医疗植入物用来在多个刺激通道上刺激接受者的生理系统。该方法包括：确定多个刺激通道的初始刺激分布图(initial stimulationprofile)；和通过改变所述初始刺激分布图的形状确定适配刺激分布图(fitting stimulation profile)。

在本发明的第二方面，公开了一种用于为接受者适配医疗植入物的系统，该医疗植入物用来在多个刺激通道上刺激接受者的生理系统。该系统包括：用于确定多个刺激通道的初始刺激分布图的测量装置；和用于通过改变初始刺激分布图的形状来确定适配刺激分布图的处理装置。

附图说明

在此参考下面的附图来说明本发明的说明性实施方案：

图1是示例性的植入式耳蜗，它可以用本发明的实施方案有利地适配；

图2是作为电极数函数的T水平和C水平的图，示出了通过直接测量植入式耳蜗接受者确定的T水平和C水平分布图；

图3是作为电极数函数的T水平和C水平的图，其中C水平分布图是T水平分布图的位移形式；

图4是T水平和C水平的图，其中T水平分布图和C水平分布图是ECAP阈值分布图的位移形式；

图5是根据本发明第一说明性实施方案适配医疗植入物的方法的流程图；

图6A-6D显示从初始刺激分布图确定适配刺激分布图的方法的各个步骤；

图7显示根据本发明的说明性实施方案，提高刺激水平对确定的适配刺激分布图的形状的影响；

图8是根据本发明第二说明性实施方案临床适配植入式耳蜗的方法的流程图；

图9是根据本发明第三说明性实施方案临床适配植入式耳蜗的方法的流程图；和

图10是根据本发明第四说明性实施方案临床适配植入式耳蜗的方法的流程图。

发明详述

参见图1，植入式耳蜗系统185包括外部组件100和内部(或植入的)组件124。外部组件100包括与传送线圈130连接的耳后(BTE)语音处理单元126。BTE单元包括用于探测声音的麦克风125，该声音然后被BTE单元内的电子器件处理，产生编码信号。沿着来自电源如电池(未示出)的电力，向外部传送单元128提供该编码信号。

内部组件124包括接收器单元132，该接收器单元132具有接收来自外部组件100的电力和编码信号并向刺激器单元120传送的内部线圈(未示出)，以沿着电极组件140施加编码信号。电极组件140在内耳开窗(cochleostomy)区122处进入耳蜗116，并且具有一个或多个基本上与耳蜗116的部分对齐的电极142。

耳蜗116对于响应特定频率范围的声音和/或刺激信号的耳蜗的每个区域音质定位。为了适应耳蜗116的这一性质，植入式耳蜗系统185包括电极阵列144，每一个电极构建和排列为向耳蜗的特定区域传送合适的刺激信号，每一个代表接收到的声频信号107的不同频率成分。刺激器单元120产生的信号由电极阵列144的电极142向耳蜗116施加，从而刺激听神经150。应当理解，尽管在图1中电极142排列在阵列144中，其它排列也是可以的。

典型地，电极阵列144包括多个独立电极142，其中每一个可以被独立刺激。本领域技术人员应当明白，低频声音在基膜顶点处最显著地刺激基膜，而较高的频率更强地刺激基膜的底部。因此，靠近耳蜗116底部的电极阵列144的电极142用来传送高频刺激信号，而较靠近顶点的电极用来传送较低频率的刺激信号。

现在参见图5，其中示出了根据本发明的第一说明性实施方案为接受者适配植入式耳蜗的方法的流程图500。

在步骤510中，确定初始刺激分布图。在一个实例中，初始刺激分布图可以如以前所述客观测量，或者通过与植入式耳蜗接受者的临床交流来确定。在另一替代实施方案中，初始刺激分布图可以以历史适配数据为基础，或者基于临床医生的适配意见从一组分布图中选择。

在步骤520中，由初始刺激分布图导出多个刺激通道的典型刺激水平。在这一说明性实施方案中，典型刺激水平与平均刺激水平相关，平均刺激水平通过将刺激通道上初始刺激分布图的值相加，然后除以通道数而计算。这一刺激水平因此反映了刺激通道上施加的典型刺激水平。在另一实施方案中，典型刺激水平可以是在预定通道处选择的一个值，或者与通道的选择相关。在其它实施方案中，典型刺激水平可以是初始刺激水平的最大值、最小值或中值。

在步骤530中，基于典型刺激水平确定适配刺激分布图，在该实施方案中，典型刺激水平为上述平均刺激水平然后利用这种典型刺激水平改变或调节初始刺激分布图的形状。在该实施方案中，根据平均刺激水平使初始刺激分布图变平或变宽；即，平均刺激水平主要决定初始刺激分布图被改变的程度。

现在参见图6A-6D，初始刺激分布图的调节包括以下步骤：

1.使沿初始刺激分布图610的每个水平减去平均刺激水平以获得标准化刺激分布图620(见图6A和6B)；

2.使每个获得的水平乘以加权因子W，得到调节的标准化刺激分布图630(W＜1的值使标准化刺激分布图620变平，而W＞1的值使标准化刺激分布图620变宽)(见图6C)；和

3.使调节的标准化刺激分布图630的每个水平加上平均刺激水平得到适配刺激分布图640(见图6D)，该分布图已经通过改变初始刺激分布图610的形状而确定。

加权因子主要取决于分布图的平均刺激水平在该实施方案中，利用简单线性函数导出加权因子。例如：

平均刺激水平以电流水平(CL)单位测量，该单位是标准化单位，在该说明性实施方案中的范围为0至255。对于Freedom^TM植入式耳蜗，以μA为单位测量的电流(I)根据以下关系式与CL相关：

I＝17.5×100^CL/255    (2)

在该实施方案中，较高的平均刺激水平导致较小的加权，从而导致变平的初始刺激分布图610，以确定适配刺激分布图640(见图6D)。

现在参见图7，该调节过程可见随初始刺激分布图的平均刺激水平提高，适配刺激分布图逐渐变平。

尽管在前面的实施方案中，初始刺激分布图和适配刺激分布图具有通常相同的典型刺激水平，但是本发明可以用来确定具有与初始刺激分布图不同的典型刺激水平的适配刺激分布图。以这种方式，可以使用获得的关于初始刺激分布图的数据作为基础来产生适配刺激分布图，即使适配刺激水平处于较高或较低的总刺激水平。因此，在另一实施方案中，使用改变的加权因子W′，其考虑典型刺激水平如初始刺激分布图的平均刺激水平，而不是最终或适配刺激分布图的绝对典型刺激水平。

在该实施方案中，W’由以下表达式定义：

再次以CL为单位测量适配刺激分布图的平均刺激水平和初始刺激分布图的平均刺激水平

从方程式3可以推断，如果推导或适配刺激分布图的平均刺激水平大于初始刺激分布图的平均刺激水平，则应用小于1的加权因子，导致比初始刺激分布图更平的适配刺激分布图。如果与初始分布图相同，则应用等于1的加权因子，导致该刺激分布图与初始刺激分布图相同。

这些实施方案中所述的调节或改变方法通常用来使刺激分布图随着适配刺激分布图的平均刺激水平相对于初始刺激分布图的提高而逐渐变平。该变平方法考虑随平均刺激水平提高听觉系统中响度增长的预期加速，因此可以只基于适配刺激分布图的平均刺激水平容易地调节初始刺激分布图。

方程式1和3指定的加权因子W和W’可以是接受者特定的，将会考虑到响度增长在接受者之间可能不同，从而使加权函数适应给定接受者的听觉系统。在一个实施方案中，可以心理物理学测量每个接受者(或者甚至每个刺激通道)的响度增长，并且可以利用这些测量的结果修改方程式1和3。此外，可以利用其它客观物理特征的测量预测响度增长函数。例如，2007年9月14日提交的、2008年3月20日公布的、名称为“医疗植入物配置方法”的PCT申请PCT/AU2007/001369描述了机器学习系统，该系统可以用来确定响度增长，并因此给接受者提供特定的加权函数。

在其它说明性实施方案中，提供了根据本发明临床适配植入式耳蜗的方法。现在参见图8，其中示出了临床适配方法800的流程图，该方法用于基于初始客观阈值分布图提供适配T水平分布图。

·在步骤810中，临床医生通过以前所述的合适的客观测量系统测量客观阈值分布图，获得初始刺激分布图。该阈值可以是ECAP、EABR、ESR阈值等。ECAP阈值可以使用Freedom^TM系统通过AutoNRT^TM自动获得，AutoNRT^TM可以并入该示例性临床系统中。

·在步骤820中，临床医生通过使接受者指出可重复听到的最小刺激水平，在阵列中间的电极处测量一个T水平，从而确定T水平分布图的偏移刺激水平。

·在步骤830中，通过位移客观阈值分布图确定所有其它电极上的T水平，以形成位移了前一步骤测量的一个T水平或偏移刺激水平的位移刺激分布图。

·在步骤840中，确定位移刺激分布图的平均刺激水平然后

·在步骤850中，通过根据方程式1或3调节初始刺激分布图的形状来确定适配T水平分布图。

现在参见图9，其中示出了临床适配方法900的流程图，该方法用于基于初始客观阈值分布图提供适配C水平分布图。

·在步骤910中，临床医生通过确定接受者没有不舒适的最大刺激水平，在与步骤820所述相同的阵列中间电极处测量一个C水平，从而确定C水平分布图的偏移刺激水平。

·在步骤920中，通过位移初始刺激分布图确定所有其它电极上的C水平，以形成位移了前一步骤测量的一个C水平的初始刺激分布图。

·在步骤930中，确定位移刺激分布图的平均刺激水平然后

·在步骤940中，通过根据方程式1或3调节初始刺激阈值分布图的形状来确定适配C水平分布图。

现在参见图10，其中示出了临床适配方法1000的流程图，该方法用于基于初始临床测量的T水平分布图提供适配C水平分布图。

·在步骤1010中，临床医生在沿电极阵列的多个通道处测量T水平，产生T水平分布图。

·在步骤1020中，临床医生在存在现场声响的情况下将T水平分布图位移至较高的刺激水平，以提供初始C水平分布图。

·在步骤1030和1040中，确定初始C水平分布图的平均刺激水平并根据方程式3调节初始C水平分布图，以提供适配C水平分布图，接受者然后提供关于他们使用该适配C水平分布图的舒适水平的反馈。如果基于这一反馈，改变初始C水平分布图，则对这一新的初始C水平分布图再次动态计算平均刺激水平，再次调节该新的初始C水平分布图，以提供新的适配C水平分布图。

在另一个说明性实施方案中，临床测量C水平分布图，然后在存在现场声响的情况下位移到较低的刺激水平，以提供初始T水平分布图。类似地，确定初始T水平分布图的平均刺激水平并且根据方程式3调节初始T水平分布图，以提供适配T水平分布图，接受者然后提供关于他们使用该适配T水平分布图是否能够探测到声音的反馈。如果基于这一反馈，改变初始T水平分布图，则对这一新的初始T水平分布图再次动态计算平均刺激水平，再次调节该新的初始T水平分布图，以提供新的适配T水平分布图。

在这些说明性实施方案中，C水平分布图与接受者的电刺激最大舒适水平相关，同样，C水平分布图可能与中度舒适水平相关。本领域技术人员将会明白，本发明也可以扩展到参数化及适配植入物可能需要的任何数量的刺激分布图。作为一个实例，植入式耳蜗可能需要确定三个适配刺激分布图，即阈值水平分布图、中度舒适水平分布图和最大舒适水平分布图。然后可以根据本发明基于初始刺激分布图确定这些分布图，该初始刺激分布图可以临床测量(例如阈值、中度舒适或最大舒适水平分布图中的任一个)或客观确定(例如客观阈值分布图)。

如上所述的临床适配方法一般在临床适配方法中已经使用的软件系统中执行，该临床适配方法包括客观或临床测量作为额外模块或处理装置的初始刺激分布图，其用来自动复制给定的输入分布图如典型刺激水平、计算输入分布图的特征指标和根据预先确定的关系式如方程式1和3改变输入分布图。

在另一个说明性实施方案中，T和/或C水平分布图可以根据本发明进行调节，这取决于接受者选择的体积水平，从而调节医疗植入物的性能。当接受者提高或降低声音处理器的体积设置时，植入物的一个或多个工作刺激分布图(即T和C水平分布图)可以根据接受者环境的感知刺激水平分别变平或变宽。

上述实施方案的简短说明表明本发明提高了基于初始刺激分布图快速产生T和/或C水平分布图的能力，该初始刺激分布图已经考虑听觉系统的特征，如接受者的响度知觉的效果，以心理物理学或生理学方式测量。本领域技术人员将会明白，调节适配刺激分布图导致的精确度提高由植入式耳蜗系统自动应用，并且绝不会降低系统的可用性。

本领域技术人员将进一步理解，关于本文公开的说明性实施方案所述的方法步骤或算法可以直接包含在硬件中、由处理器执行的软件模块中、或这两者的组合中。为了清楚地说明硬件和软件的这种互换性，以上已经在功能性方面一般性地描述了多种说明性部件、组块(blocks)、模块和步骤。这种功能性是作为硬件还是作为软件来执行取决于具体应用和施加于整体系统上的设计限制。

尽管已经在上述详细说明中描述了本发明的说明性实施方案，但是应当理解，本发明不限于这些公开的实施方案，而是能够进行大量的重新排列、改变和置换，而不背离如以下权利要求书所述和限定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用于为接受者适配医疗植入物的计算机实施的方法，该医疗植入物用来在多个刺激通道上刺激接受者的生理系统，该方法包括：

基于所述接受者的生理系统测量，获得多个刺激通道的初始刺激分布图；

确定所述初始刺激分布图的典型刺激水平；

通过基于所述典型刺激水平改变所述初始刺激分布图的形状来确定适配刺激分布图和

根据所述适配刺激分布图配置所述医疗植入物。

2.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，改变初始刺激分布图的形状包括：

确定适配刺激分布图的偏移刺激水平；

使初始刺激分布图位移至偏移刺激水平，以形成位移刺激分布图；

确定位移刺激分布图的典型刺激水平；

通过使位移刺激分布图的每个值减去典型刺激值形成标准化刺激分布图；

将加权因子应用于标准化刺激分布图的每个值；和

使加权标准化刺激分布图的每个值加上典型刺激水平，以获得适配刺激分布图。

3.如权利要求2所述的计算机实施的方法，其中，确定适配刺激分布图的偏移刺激水平包括对接受者进行临床测量。

4.如权利要求3所述的计算机实施的方法，其中，所述临床测量在多个刺激通道中的一个通道上进行。

5.如权利要求2所述的计算机实施的方法，其中，确定适配刺激分布图的偏移刺激水平包括进行生理系统的客观物理测量。

6.如权利要求2-5中任一项所述的计算机实施的方法，其中，应用加权因子包括使标准化刺激分布图的每个值乘以基于调节刺激分布图的典型刺激水平的加权因子。

7.如权利要求2-5中任一项所述的计算机实施的方法，其中，应用加权因子包括使初始刺激分布图乘以加权因子，该加权因子将产生适配刺激分布图，该适配刺激分布图的平均刺激水平与初始刺激分布图的平均刺激水平不同。

8.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，改变初始刺激分布图的形状根据典型刺激水平进行。

9.如权利要求8所述的计算机实施的方法，其中，所述典型刺激水平是初始刺激分布图的平均水平。

10.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，所述初始刺激分布图是客观测量的分布图，而所述适配刺激分布图是生理系统的阈值水平分布图。

11.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，所述初始刺激分布图是客观测量的分布图，而所述适配刺激分布图是生理系统的舒适水平分布图。

12.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，所述初始刺激分布图是临床测量的生理系统的阈值水平分布图，而所述适配刺激分布图是生理系统的舒适水平分布图。

13.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中，所述初始刺激分布图是临床测量的生理系统的舒适水平分布图，而所述适配刺激分布图是生理系统的阈值水平分布图。

14.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中改变所述初始刺激分布图的形状包括：

使初始刺激分布图乘以源自初始刺激分布图的平均刺激水平的因子。

15.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中改变所述初始刺激分布图的形状包括：

使初始刺激分布图乘以将产生适配刺激分布图的因子，所述适配刺激分布图的平均刺激水平不同于所述初始刺激分布图的平均刺激水平。

16.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中改变所述初始刺激分布图的形状包括使初始刺激分布图变平以产生比初始刺激分布图的平均刺激水平更大的适配刺激分布图的平均刺激水平。