CN102133144A - 一种人工耳蜗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由体内电路单独工作的人工耳蜗系统，包含体内电路和与体内电路相连的电极组，体内电路包含体内麦克风、体内模数转换器、处理器、电极驱动模块、电极组和电源模块。本发明进一步公开了一种由体内电路和体外电路协同工作的人工耳蜗系统，还包括体外电路、体外天线和体内天线，体外电路包含体外麦克风、体外模数转换器、体外调制解调器、体外主控电路，体内电路还包括体内调制解调器。本发明的信号处理器置于体内，体外只需向体内传输语音信号，降低了传输带宽的要求，而且体内语音处理算法不受无限数据码率的限制，为人工耳蜗语言处理算法提供更大空间。患者可根据需要设置不同的工作模式，以更好地满足生活需要。

Description

一种人工耳蜗系统

技术领域

本发明涉及一种人工耳蜗系统，特别是一种带植入式处理器的双模人工耳蜗系统。

背景技术

临床上把耳聋分为传导性耳聋和传感性耳聋。传导性耳聋是由于听觉系统中的机械通道受到创伤而无法把声音传递到耳蜗内造成的，它可以通过外科手术消除。传感性耳聋则是由于耳蜗内的纤毛细胞或听觉神经受损而丧失听力，它是极重度耳聋的主要病因。由于把声音的这种机械振动转换成神经电脉冲的生物机制已被破坏，传统的医疗手段对此无能为力，唯一的解决方法就是直接用电信号刺激听觉神经。人工耳蜗就是通过电刺激末梢神经系统的方式来修复听觉的一种医疗电子装置。

自20世纪70年代末人工耳蜗问世以来，商用人工耳蜗系统的基本硬件电路结构一直保持不变，主要分体内电路和体外电路两个部分。体外部分的功能是采集模拟声音信号，经过模数转换器和数字信号处理器生成刺激指令序列，再把刺激指令序列以无线电波的方式发送给体内部分；体内部分从无线电波中获取工作所需能量，并解析刺激指令序列成为相应电极上的电流，刺激神经产生听觉。体内外电路之间的数据通信和能量传输是通过电感线圈的近场耦合来完成的。体内线圈植入到耳后脑勺的皮下，体外线圈在系统工作时必须与体内线圈对准并且保持很近的距离，而与体外线圈相连的体外处理电路通过封装以后，一般佩带在患者腰间或悬挂于患者耳后。

由于体外部分的存在，现有商用的人工耳蜗系统不仅影响美观，而且不便于患者进行一些特殊活动（如游泳、外出约会等），甚至给患者的自尊心带来负面影响。

发明内容

本发明为了克服以上的不足，提出了一种不带任何外部辅助装置而由体内电路单独工作的人工耳蜗系统（称为“单机模式”）。

本发明进一步提出了一种由体内电路和体外电路协同工作的人工耳蜗系统（称为“联机模式”）。患者可根据需要设置不同的工作模式，以达到更好地满足生活需要的目的。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种人工耳蜗系统，包含体内电路和与体内电路相连的电极组，体内电路包含体内麦克风、体内模数转换器、处理器、电极驱动模块、电极组和电源模块，体内麦克风收集语音信号，体内模数转换器把体内麦克风收集到的模拟信号转换为数字信号，处理器对数字声音进行分析并形成刺激指令序列输出到电极驱动模块，电极驱动模块根据体内处理器发来的刺激指令产生相应电极上的脉冲信号，电极组把脉冲信号送往听神经并刺激听神经使人产生听觉，电源模块负责供电。

根据本发明的一个实施例，还包括体外电路、体外天线和体内天线，体外电路包含体外麦克风、体外模数转换器、体外调制解调器、体外主控电路，体内电路还包括体内调制解调器，体外麦克风收集语音信号，体外模数转换器把麦克风收集到的模拟信号转换为数字信号，体外调制解调器调制模数转换器输出的数字语音信号并发往体外天线，和解调体外天线接收到的体内发来的信号，体外主控电路负责协调体外模数转换器和体外调制调制器的工作，并提供与体外编程器的接口等，体外天线与体内天线耦合，向体内电路发送经调制的信号，同时接收体内发来的调制信号，体内天线与体外天线相耦合，接收体外电路发来的调制信号，并将体内调制解调器发来的信号向体外发射，体内调制解调器把体内天线接收到的调制信号还原为数字信号，和调制体内电路输出的信号并发往体内天线。

根据本发明的一个实施例，电源模块内置可充电电池，在体内电路切换至电池充电工作子模式下，可利用体内调制解调器获取到的能量对体内电池进行充电。

根据本发明的一个实施例，体内电路还包括反向测量模块，用于在体内电路切换至反向测量工作子模式下，收集各种测量数据，并发往体内的调制解调器，通过调制解调器将测量数据传给体外电路。

根据本发明的一个实施例，处理器为可编程处理器，其包含程序存储器，在体内电路切换至程序更新工作子模式下，处理器可以把体外发送过来的程序数据自动加载到程序存储器中，完成自身程序的更新。

根据本发明的一个实施例，体内电路具有正常刺激、电池充电、反向测量、程序更新等四种工作子模式，体外电路向体内电路发送特殊格式的无线指令，体内电路在获取相应的无线指令后会自动进行工作子模式的切换。

根据本发明的一个实施例，体内电路集成在特征尺寸为0.18um工艺下定制的面积为4mm×4mm的专用芯片上，电极组由17根敷以特氟隆绝缘涂层的硅橡胶电极构成。

根据本发明的一个实施例，体内电路、体内天线和电极组经过一体化封装以后植入到患者的耳蜗内。

根据本发明的一个实施例，体外天线置于患者耳边与体内天线相耦合，体外电路封装在大小为40mm×25mm×10mm的盒内，并通过导线和体外天线相连。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

（1）可提供体内单机与体内外联机两种工作模式，便于患者进行一些特殊活动（如游泳、外出约会等），避免给患者的自尊心带来负面影响，从而更好地满足患者实际生活需求。

（2）将数字信号处理器移植到体内，体外只需向体内传输占用带宽很窄的纯粹语音信号，降低了体内和体外之间无线数据传输带宽的要求，从而对人体更加安全。而且，体内语音处理算法不再受无限数据码率的限制，可自由改变刺激通道数量、刺激脉冲精度以及刺激速率等，为人工耳蜗言语处理算法的提供更大的发展空间。

附图说明

图1为本发明实施例一的人工耳蜗系统在体内单机模式下的结构示意图；

图2为本发明实施例二的包含反向测量模块的人工耳蜗系统的体内电路的结构示意图；

图3为本发明实施例三的人工耳蜗系统在体内、体外联机模式下的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例一

一种人工耳蜗系统，工作于体内单机模式，用于有特殊需求的场合。如图1所示，包含体内电路和与体内电路相连的电极组，体内电路包含体内麦克风、体内模数转换器、可编程处理器、电极驱动模块、电极组和电源模块。体内麦克风与体内模数转换器连接，体内麦克风收集语音信号，体内模数转换器把麦克风收集到的模拟信号转换为数字信号。体内模数转换器与可编程处理器连接，可编程处理器与电极驱动模块连接，可编程处理器对体内模数转换器传来的数字声音进行分析并形成刺激指令序列输出到电极驱动模块，电极驱动模块根据体内处理器发来的刺激指令产生相应电极上的脉冲信号，电极组把脉冲信号送往听神经并刺激听神经使人产生听觉，电源模块负责供电。

在体内单机模式下，整个系统只需要以下模块参与工作：体内麦克风、可编程处理器、电极驱动模块、电极组以及电源模块（含植入式电池）。在体内单机模式下，系统工作流程如下：a）体内麦克风首先把采集到的机械声音信号转换成模拟电信号；b）模拟电信号经过模数转换器转换成数字信号；c）可编程处理器对数字声音进行分析并决定如何驱动埋置于耳蜗内的电极去刺激听神经，然后形成刺激指令序列输出到电极驱动模块；d）电极驱动模块根据刺激指令序列的要求，产生相应的电流脉冲信号输出到电极组上；e）电极组把刺激脉冲送往听神经，刺激听神经使人产生听觉。

在体内单机模式下，用户无需使用任何体外辅助设备，整个系统的供电来源于体内植入式可充电电池。在目前的技术水平下，植入式电池可维持整个系统工作若干小时，电池电量用完后可通过体外设备以无线方式进行充电，以便下次使用。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，体内电路还包括反向测量模块，如图2所示。在反向测量子模式下，反向测量模块在体内可编程处理器的控制下，测量诸如电极阻抗、刺激电流、体内工作电压等参数，并将这些测量结果送至体内的调制解调器，通过调制解调器改变天线负载将测量数据传给体外电路。

实施例三

一种人工耳蜗系统，工作于体内外联机模式，用于一般性的场合。如图3所示，与实施例二相比，还包括体外电路、体外天线和体内天线，体外电路包含体外麦克风、体外模数转换器、体外调制解调器、体外主控电路，体内电路还包括体内调制解调器。体外麦克风与体外模数转换器连接，体外麦克风收集语音信号，体外模数转换器把麦克风收集到的模拟信号转换为数字信号。体外模数转换器与体外调制解调器连接，体外调制解调器与体外天线连接，体外调制解调器调制模数转换器输出的数字语音信号并发往体外天线，并解调体外天线接收到的体内发来的信号。体外主控电路与体外模数转换器和体外调制调制器连接，负责协调体外模数转换器和体外调制调制器的工作，并提供与体外编程器的接口等。体外天线与体内天线耦合，体外天线向体内电路发送经调制的信号，同时接收体内发来的调制信号，体内天线接收体外电路发来的调制信号，并将体内调制解调器发来的信号向体外发射。体内调制解调器把体内天线接收到的调制信号还原为数字信号，和调制体内电路输出的信号并发往体内天线。

在体内外联机模式下，整个系统除体内麦克风、体内数模转换器以及体内电源模块中的植入式电池不参与工作外，其他部分均处于工作状态。其工作流程如下：a）体外麦克风首先把采集到的机械声音信号转换成模拟电信号；b）模拟电信号经过体外的体外模数转换器转换成数字信号；c）数字信号在体外进行调制后，经天线以无线电波的方式发送给体内部分；d）体内天线接收到无线电波，体内的调制解调器从无线电波中获取体内电路工作所需的能量，并对调制信号进行解调；e）可编程处理器对数字声音进行分析并决定如何驱动埋置于耳蜗内的电极去刺激听神经，然后形成刺激指令序列输出到电极驱动模块；f）电极驱动模块根据刺激指令序列的要求，产生相应的电流脉冲信号输出到电极组上；g）电极组把刺激脉冲送往听神经，刺激听神经使人产生听觉。

在体内外联机模式下，除了上述的正常刺激工作子模式以外，还存在对体内处理器进行程序更新、对体内电池进行充电以及对体内电路进行反向测量等三种特殊的工作子模式。四种不同的工作子模式通过体外电路向体内电路发送特殊格式的无线指令加以区分，体内电路在获取相应的无线指令后会自动进行工作子模式的切换。

在程序更新子模式下，体内可编程处理器可以把体外发送过来的程序数据自动加载到本地的程序存储器中，完成自身程序的更新。

在电池充电子模式下，体内电源模块利用调制解调器获取到的能量，对体内植入式电池进行充电。

在反向测量子模式下，反向测量模块在体内可编程处理器的控制下，测量诸如电极阻抗、刺激电路、体内工作电压等参数，并将这些测量结果送至体内的调制解调器，通过调制解调器改变天线负载将测量数据传给体外电路。

实施例四

在本发明的一个具体实施方式中，体外麦克风的型号是EM-100B，模数转换器的型号是TLV1562，调制解调器则由晶体管和阻容元件构成，天线由一对电感线圈构成，体外主控电路采用8位单片机，体内电路全部集成在特征尺寸为0.18um工艺下定制的面积为4mm×4mm的专用芯片上，电极组由17根敷以特氟隆绝缘涂层的硅橡胶电极构成，体内麦克风采用体积小、易集成的半导体麦克风，植入式电池采用高能量密度的可充电锂电池。体内电感天线、专用芯片、半导体麦克风、电极组和可充电电池经过一体化封装以后植入到患者的耳蜗内，体外天线置于患者耳边与体内天线相耦合，体外电路（除天线外）则封装在大小为40mm×25mm×10mm的盒内，并通过导线和体外天线相连。患者可将盒装的体外电路随身携带，并可置于身体的任何部位。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种人工耳蜗系统，其特征在于：包含体内电路和与体内电路相连的电极组，体内电路包含体内麦克风、体内模数转换器、处理器、电极驱动模块、电极组和电源模块，所述体内麦克风收集语音信号，所述体内模数转换器把所述体内麦克风收集到的模拟信号转换为数字信号，所述处理器对数字声音进行分析并形成刺激指令序列输出到所述电极驱动模块，所述电极驱动模块根据所述处理器发来的刺激指令产生相应电极上的脉冲信号，所述电极组把脉冲信号送往听神经并刺激听神经使人产生听觉，所述电源模块负责供电。

2.根据权利要求1所述的人工耳蜗系统，其特征在于：还包括体外电路、体外天线和体内天线，所述体外电路包含体外麦克风、体外模数转换器、体外调制解调器、体外主控电路，所述体内电路还包括体内调制解调器，所述体外麦克风收集语音信号，所述体外模数转换器把所述体外麦克风收集到的模拟信号转换为数字信号，所述体外调制解调器调制模数转换器输出的数字语音信号并发往所述体外天线，和解调所述体外天线接收到的体内发来的信号，所述体外主控电路负责协调所述体外模数转换器和所述体外调制调制器的工作，并提供与体外编程器的接口等，所述体外天线与所述体内天线耦合，向所述体内电路发送经调制的信号，同时接收体内发来的调制信号，所述体内天线与所述体外天线相耦合，接收所述体外电路发来的调制信号，并将所述体内调制解调器发来的信号向体外发射，所述体内调制解调器把所述体内天线接收到的调制信号还原为数字信号，和调制所述体内电路输出的信号并发往所述体内天线。

3.根据权利要求2所述的人工耳蜗系统，其特征在于：所述电源模块内置可充电电池，在所述体内电路切换至电池充电工作子模式下，可利用所述体内调制解调器获取到的能量对所述体内电池进行充电。

4.根据权利要求2所述的人工耳蜗系统，其特征在于：还包括反向测量模块，用于在所述体内电路切换至反向测量工作子模式下，收集各种测量数据，并发往所述体内调制解调器，通过所述调制解调器将测量数据传给所述体外电路。

5.根据权利要求2所述的人工耳蜗系统，其特征在于：所述处理器为可编程处理器，其包含程序存储器，在所述体内电路切换至程序更新工作子模式下，所述处理器可以把体外发送过来的程序数据自动加载到所述程序存储器中，完成自身程序的更新。

6.根据权利要求2所述的人工耳蜗系统，其特征在于：所述体内电路集成在特征尺寸为0.18um工艺下定制的面积为4mm×4mm的专用芯片上，所述电极组由17根敷以特氟隆绝缘涂层的硅橡胶电极构成。

7.根据权利要求2所述的人工耳蜗系统，其特征在于：所述体内电路、所述体内天线和所述电极组经过一体化封装以后植入到患者的耳蜗内。

8.根据权利要求2所述的人工耳蜗系统，其特征在于：所述体外天线置于患者耳边与所述体内天线相耦合，所述体外电路封装在大小为40mm×25mm×10mm的盒内，并通过导线和所述体外天线相连。

9.根据权利要求4所述的人工耳蜗系统，其特征在于：所述体内电路具有正常刺激、电池充电、反向测量、程序更新等四种工作子模式，所述体外电路向所述体内电路发送特殊格式的无线指令，所述体内电路在获取相应的无线指令后会自动进行工作子模式的切换。

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