CN103068439B - 多电极通道配置 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于确定刺激设备的刺激通道的装置和方法。这一方法和装置可以包括为刺激听力修复器的多个刺激通道计算权值集。可以通过确定用于刺激听力修复器的互阻抗矩阵来确定这些权值，其中通过外插来确定互阻抗矩阵的对角线。然后针对这一互阻抗矩阵计算互导纳矩阵。然后可以基于互导纳矩阵的正的非对角线项计算误差。该装置和方法可以通过确定对互阻抗矩阵的对角线的调整来确定用于刺激通道的权值，该调整产生不超过指定标准水平的计算误差。

Description

多电极通道配置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年5月18日提交的第12/782,604号美国专利申请的权益。通过这里的引用将这一申请的内容结合于此。
技术领域
本发明涉及一种刺激听力修复器(prosthesis)并且更具体地涉及在刺激听力修复器中使用多电极通道配置。
背景技术
为了补偿缺陷、比如听力损失，若干电刺激设备使用电信号以激活接受者的神经或者肌肉纤维。具体而言，耳蜗植入物用通过电流脉冲刺激的电场直接刺激耳蜗以内的功能听觉神经。这些植入设备通常包括接收传入声音的麦克风和基于所选声音处理策略将传入声音的所选部分转换成对应刺激信号的信号处理器。在皮肤之下植入的内部接收器接收信号并且向耳蜗以内盘绕的电极阵列递送电流脉冲。电极刺激耳蜗中的听觉神经纤维，并且沿着听觉神经向脑部输送所得电声音信息用于解译。每个电极可以提供单极或者双极刺激。单极刺激是从单个耳蜗内电极向远处耳蜗外电极递送的刺激。双极刺激出现于刺激从附近成对耳蜗内电极流动时。双极刺激更多地聚焦刺激并且可能刺激更小更局部的听觉神经纤维群体。在另一方面，单极刺激在相对更宽区域内扩展电流并且刺激相对更大的神经元群体。
使用单极刺激，传统耳蜗植入物不能在电性上与刺激电极远离的目标神经元上聚焦刺激。例如在使用沿着鼓阶的长度放置的电极以刺激螺旋神经节细胞的植入设备中，不能用放置的电极的单极刺激聚焦地刺激小的螺旋神经节细胞子群体。由于包围鼓阶的骨架具有比填充鼓阶的外淋巴和组织的阻抗相对更高的阻抗，所以刺激电流往往沿着耳蜗的长度纵向扩展。纵向电流扩展与健康耳部中的窄带声学刺激所引起的神经刺激图案相比造成相对宽的神经刺激图案。已经使用通道配置来进行使单极刺激所引起的宽神经刺激图案变窄的尝试，这些通道配置具有用于提供和接收所有或者一些电流的两个或者更多附近电极。但是当用相同极性同时刺激多个通道时，电场积累并且神经刺激图案以非线性方式组合。尽管多个电极的通道配置可以产生更多聚焦的图案，但是仍然通常有在附近通道之间的一些显著通道交互。为了避免通道交互的往往对于单极通道配置而言最大的不利影响，多数传统植入设备使用如下刺激策略，这些刺激策略并入序列或者在时间上“交织”的刺激图案。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供一种用于确定具有多个电极的刺激听力修复器的刺激通道权值的方法，其中刺激通道在使用多个电极中的一个或者多个电极来提供刺激时使用确定的权值，该方法包括：确定电极的互阻抗矩阵；计算用于多个电极的互导纳矩阵，互导纳矩阵是互阻抗矩阵的矩阵求逆；基于互导纳矩阵的正的非对角线值计算误差；如果误差超过某一标准水平，则调整互阻抗矩阵的对角线；并且使用调整的互阻抗矩阵计算用于刺激通道的多个电极的对应权值。
在另一方面中，提供一种用于确定具有多个电极的刺激听力修复器的刺激通道的权值的装置，其中刺激通道在使用多个电极来提供刺激时使用确定的权值，该装置包括：误差最小化模块，配置成通过对确定的互阻抗矩阵求逆来计算互导纳矩阵、基于互导纳矩阵的正的非对角线值计算误差并且如果超过标准水平则调整互导纳矩阵的对角线；以及权值计算模块，配置成计算用于刺激通道的多个电极的对应权值；以及接口，配置成向刺激听力修复器提供计算的权值以在向刺激听力修复器的接受者提供刺激时使用。
在另一方面中，提供一种用于确定具有多个电极的刺激设备的刺激通道的权值的装置，其中刺激通道在使用刺激听力修复器的多个电极来提供刺激时使用确定的权值，该装置包括：用于确定用于多个电极的互阻抗矩阵的装置；用于通过对互阻抗矩阵求逆来计算互导纳矩阵的装置；用于计算用于多个电极的互导纳矩阵的装置，互导纳矩阵是互阻抗矩阵的矩阵求逆；用于确定误差是否超过标准水平的装置；用于如果超过标准水平则调整互阻抗矩阵的对角线的装置；以及用于使用调整的互阻抗矩阵计算用于刺激通道的多个电极的对应权值的装置。
附图说明
下文参照以下附图描述本发明的实施例：
图1是本发明的实施例可以实施于其中的示例刺激听力修复器、即耳蜗植入物的透视图；
图2图示了根据一个实施例的刺激组件的部分的更具体视图；
图3是图示了根据一个实施例的一个示例布置的示意图，在该布置中，耳蜗植入相配系统可以用来分配和调整复杂刺激通道电极权值；
图4是图示了根据一个实施例的可以执行的用于确定复杂刺激通道权值的操作的高级流程图；
图4B是图示了根据一个实施例的可以执行的用于确定复杂刺激通道权值的操作的高级流程图；
图5图示了根据本发明一个实施例的示例互阻抗矩阵；并且
图6图示了根据一个实施例的耳蜗植入相配系统的高级功能框图。
具体实施方式
本发明的方面大体地涉及确定用于刺激设备的刺激通道。在一个实施例中，确定用于刺激听力修复器的多个刺激通道的权值集。首先通过执行测量以确定互阻抗矩阵的非对角线项(off-diagonalterms)来确定互阻抗矩阵。如下文将更具体讨论的那样，这可以例如通过用已知电流刺激每个电极并且记录未刺激的电极上的所得电压来实现。然后通过外插(extrapolation)来确定互阻抗矩阵的对角线项。然后运用迭代过程，该迭代过程对互阻抗矩阵求逆以获得互导纳矩阵。然后基于互导纳矩阵的任何正的非对角线项确定对互阻抗矩阵的对角线的调整。一旦确定如下调整，该调整造成互导纳矩阵的正的非对角线值具有在指定标准水平以下的计算误差，该确定的调整用来确定用于刺激通道的权值集。然后向刺激听力修复器提供这一权值集用于在向刺激听力修复器的接受者施加刺激时使用。
这里主要结合一类刺激听力修复器、即耳蜗修复器(常称为耳蜗修复设备、耳蜗植入物、耳蜗设备等；这里简称为“耳蜗植入物”)描述本发明的实施例。耳蜗植入物一般指代向接受者的耳蜗递送电刺激的听力修复器。如这里所用，耳蜗植入物也包括递送与其它类型的刺激、比如声学或者机械刺激组合的电刺激的听力修复器。将理解本发明的实施例可以实施于现在已知或者以后开发的任何耳蜗植入物或者其它听力修复器中，包括听觉脑部刺激器或者在声学或者机械上刺激接受者的中耳或者内耳的部件的可植入听力修复器。
图1是称为耳蜗植入物100的常规耳蜗植入物的透视图，该耳蜗植入物100在具有外耳101、中耳105和内耳107的接受者中植入。下文描述外耳101、中耳105和内耳107的组成，继而描述耳蜗植入物100。
在全功能耳部中，外耳101包括耳廓110和耳道102。声压或者声波103由耳廓110收集并且送入耳道102中并且穿过耳道102。跨耳道102的远端设置响应于声波103而振动的鼓膜104。这一振动经过中耳105的三个骨耦合到卵形窗或者卵圆窗112，这三骨头统称为小骨106并且包括锤骨108、砧骨109和镫骨111。中耳105的骨108、109和111用于滤波和放大声波103从而使卵形窗112关节联接或者响应于鼓膜104的振动而振动。这一振动建立耳蜗140内的外淋巴的流体运动波。这样的流体运动又激活耳蜗140内的微小毛发细胞(未示出)。激活毛发细胞导致生成恰当的神经冲动并且经过螺旋神经节细胞(未示出)和听觉神经114向脑部(也未示出)传送神经冲动，它们在脑部感知为声音。
耳蜗植入物100包括直接或者间接附着到接受者的身体上的外部部件142和暂时或者持久植入于接受者中的内部部件144。外部部件142通常包括一个或者多个声音输入元件、比如用于检测声音的麦克风124、声音处理单元126、电源(未示出)和外部发送器单元128。外部发送器单元128包括外部线圈130并且优选地包括直接或者间接固着到外部线圈130的磁体(未示出)。声音处理单元126处理在描绘的实施例中由接受者的外耳110定位的麦克风124的输出。声音处理单元126生成经由线缆(未示出)向外部发送器单元128提供的这里有时称为编码数据信号的编码信号。
内部部件144包括内部接收器单元132、刺激器单元120和细长刺激组件118。内部接收器单元132包括内部线圈136并且优选地包括相对于内部线圈固定的磁体(也未示出)。内部接收器单元132和刺激器单元120密闭地密封于有时统称为刺激器/接收器单元的生物兼容壳内。内部线圈如上文所言从外部线圈130接收功率和刺激数据。细长刺激组件118具有连接到刺激器单元120的近端和植入于耳蜗140中的远端。电极组件118从刺激器单元120经过乳突骨119向耳蜗140延伸并且植入到耳蜗104中。在一些实施例中，刺激组件118可以至少植入于基部区域116中并且有时更深入。例如刺激组件118可以朝着耳蜗140的称为耳蜗顶点134的顶端延伸。在某些情况中，刺激组件118可以经由耳蜗造口122插入到耳蜗140中。在其它情况中，可以经过圆窗121、卵形窗112、隆突123或者经过耳蜗140的顶圈147形成耳蜗造口。
电极组件118包括沿着其长度设置的电极接触148的纵向对准并且远端延伸阵列146，该阵列在这里有时称为电极接触阵列146。虽然电极阵列146可以设置于刺激组件118上，但是在最实际应用中，电极阵列146集成到刺激组件118中。这样，阵列146在这里称为设置于刺激组件118中。刺激器单元120生成由电极接触148向耳蜗140施加的刺激信号、由此刺激听觉神经114。
在耳蜗植入物100中，外部线圈130经由射频(RF)链路向内部线圈136发送电信号(即功率和刺激数据)。内部线圈136通常是由多匝电绝缘单股或者多股的铂或者金线组成的天线线圈。通过柔性硅树脂模制(未示出)提供内部线圈136的电绝缘。在使用中，可植入接收器单元132可以定位于与接受者的外耳110相邻的颞骨的凹陷中。
由于在拓扑上映射耳蜗、也就是将耳蜗划分成区域，每个区域响应于特定频率范围中的刺激信号，所以可以向刺激组件的一个或者多个电极分配频率以在耳蜗中的靠近将在正常听力中自然刺激的区域的位置生成电场。这使修复耳蜗植入物能够绕过耳蜗中的毛发细胞以向听觉神经纤维直接递送电刺激、由此允许脑部感知与自然听力感觉类似的听力感觉。在实现这一点时，将声音处理单元126的处理通道、也就是具有其关联信号处理路径的具体频率频带映射到一个或者多个电极的集合以刺激耳蜗的所需神经纤维或者神经区域。用于在刺激中使用的一个或者多个电极的这样的集合在这里称为“电极通道”或者“刺激通道”。
图2图示了根据一个实施例的刺激组件118的部分的更详细视图，该刺激组件118包括电极接触148的阵列146。电极阵列146可以用来应用不同刺激模式、比如单极、双极、三极或者相控阵列刺激。将通常参照其中阵列146提供复杂刺激通道的耳蜗植入系统讨论下文讨论的实施例。如这里所用，复杂刺激通道指代使用三个或者更多电极接触148的刺激通道、比如相控阵列刺激通道。
在相控阵列刺激中，向多个电极(例如电极1-5、2-8、所有电极等)分配权值，并且使用加权的电极来施加刺激。也可以与加权的耳蜗外电极(未示出)结合使用相控阵列刺激。在通过整体引用而将下面二者结合于此、标题为“FocusedStimulationinaMedicalStimulationDevice”、ChrisvandenHonert的第11/414,360号美国专利申请以及ChrisvandenHonert和DavidC.Kelsall在J.Acoust.Soc.Am.，121，3703-3716(2007年6月)的“FocusedIntracochlearElectricStimulationwithPhaseArrayChannels”中更详细讨论相控阵列刺激。这些参考文献在下文中统称为“vandenHonert参考文献”。
图3是示出根据一个实施例的一个示例布置300的示意图，在该布置中，耳蜗植入相配系统306可以用来分配和调整复杂刺激通道电极权值。如图3中所示，听觉专家或者临床医生304可以使用包括交互软件和计算机硬件的耳蜗植入相配系统306(这里为“相配系统”)以创建数字存储于系统306上并且最终下载到接受者302的声音处理单元126的存储器的个性化接受者映射数据322。系统306可以被编程为实现映射、神经响应测量、声学刺激以及记录神经响应测量和其它刺激这些功能中的一个或者多个功能和/或实施被编程为实现该一个或者多个功能的软件。
在图3中所示实施例中，耳蜗植入物100的声音处理单元126可以直接连接到相配系统306以建立在声音处理单元126与相配系统306之间的数据通信链路308。系统306随后借助数据通信链路308与声音处理单元126双向耦合。应当理解虽然在图3中经由线缆连接声音处理单元126和相配系统306，但是现在或者以后开发的任何通信链路可以用来通信地耦合植入物和相配系统。
作为初始事项，听觉专家304可以设置耳蜗植入系统100并且向耳蜗植入系统100提供初始参数集。这可以包括校准耳蜗植入物100以及确定和设置用于阵列146的每个刺激通道的阈值和最大舒适水平。在通过整体引用而结合于此、于2006年2月6日提交、标题为“ProstheticHearingImplantFittingTechnique”、JamesF.Patrick等的第11/348,309号美国专利申请中提供一种用于相配耳蜗植入物的示例机制。然而应当注意这仅为用于初始设置耳蜗植入系统的一种示例技术，现在或者以后开发的任何技术可以用于初始设置耳蜗植入系统。此外，在初始设置期间，听觉专家可以提供将初始用于每个刺激通道的默认权值集。
图4是图示了根据一个实施例的可以执行的用于调整复杂刺激通道权值的操作的高级流程图。图4B提供了图4的流程图的更详细视图。将参照图3中所示相配系统讨论图4。然而应当注意这仅为示例并且出于说明的目的而加以提供，并且图4-4B的一般方法可以与其它类型的系统一起使用。
为了简化，将首先描述图4，继而具体描述图4B。如图4中所示，使用相配系统306的听觉专家304可以指引系统306获得通过外插来确定对角线的互阻抗矩阵。然后在块401，相配系统306可以执行最小化例程405以确定针对给定成本具有最小误差的增益矢量。在第一次通过例程期间，可以初始设置成本为0。相配系统306然后可以在判决414确定最小确定误差是否落在指定标准水平以下并且已经最小化成本。如果不是，则相配系统306可以在块411调整增益矢量的允许成本(例如增加该矢量的成本)并且将控制传递回至误差最小化例程405以针对这一调整的成本确定最小误差。这一过程然后可以重复直至相配系统306在判决414确定已经发现误差在标准水平以下的最小成本。一旦发现，相配系统306在块440使用互导纳矩阵以计算用于刺激听力修复器的相控阵列刺激通道的权值并且向听力修复器提供这些权值用于在向刺激听力修复器的接受者提供刺激时使用，该互导纳矩阵是使用具有最小成本和在标准水平以下的误差的增益矢量来确定的。下文将参照图4B更具体讨论图4的这些块中的每个块。
如图4B中所示，在块402，系统306获得初始互阻抗矩阵的非对角线项。可以比如在vandenHonert参考文献中讨论的那样获得这一互阻抗矩阵。图5图示了根据实施例的示例互阻抗矩阵Zm。如图所示，互阻抗矩阵Zm500包括22列和22行。每列和行对应于包括22个电极的示例阵列的特定电极，其中行对应于在测量互阻抗矩阵时在其上施加刺激的电极。并且列对应于在获得互阻抗矩阵时在其上测量施加的刺激的电极。
如在vandenHonert参考文献中讨论的那样，系统306可以用已知电流刺激每个电极来一次一个凭经验测量互阻抗矩阵的除了对角线之外的所有值。然后，系统306测量在每个非刺激电极的所得电压。由于在刺激电极上观测的电压包括来自体电阻和组织阻抗的部分，所以互阻抗矩阵的对角线不用这一方式来确定。实际上，在块404，可以通过包围对角线值的值的线性外插来估计沿着互阻抗矩阵500的对角线502的值。在上文通过引用而结合的vandenHonert参考文献中提供用于获得互阻抗矩阵和估计对角线值502的方法和系统，这里不进一步讨论。虽然互阻抗矩阵Zm500包括22列和22行，但是应当注意这仅为示例，在其它实施例中，可以使用包括除了22之外的不同数目电极的电极阵列。
在块408，相配系统306计算对互阻抗矩阵中的对角线项的任何调整的“成本”。相配系统306可以计算(1-1/增益)的均值来计算这一成本，其中增益是长度为N的矢量，并且N等于电极总数(例如在这一例子中为22)。如下文将更具体讨论的那样，增益矢量是用来通过将增益和互阻抗矩阵的外插对角线项的对应值相乘来修改外插对角线项以提供用于互阻抗矩阵的新对角线项的矢量。
在一个实施例中，增益矢量的项的值可以在1与无穷大之间变化。这样，使用上述用于成本的度量(均值(1-1/增益))，如果增益矢量的所有值等于1，则“成本”将等于零；并且当增益值的所有值为无穷大时，“成本”将为1。因此，在这一例子中，成本可以在0与1之间变化。另外，在一个实施例中，随着增益值增加，刺激通道变成更少聚焦。因此，更高“成本”值提供如下指示：与在“成本”更低时通道产生的相比更少聚焦通道。如这里所用，术语聚焦指代在植入阵列的刺激期间刺激通道产生的电场的集中。例如，如果增加刺激通道的聚焦，则所得电场变窄。减少刺激通道的聚焦指代使所得电场加宽。
起初可以设置增益矢量使得增益矢量的所有值等于1。然后随着过程演变，可以增加增益矢量的一个或者多个值。下文将呈现对用于随着过程演进而调整增益矢量的示例机制的进一步描述。
应当注意上述用于计算“成本”的度量仅为可以用于计算“成本”的度量的一个例子。例如在另一实施例中，“成本”无需限于在0与1之间的值而是可以使用另一度量、比如计算平均增益值来计算，其中更高平均增益值将提供如下指示：与在平均增益值更低时刺激通道产生的相比更少聚焦刺激通道。
相配系统306在块408对互阻抗矩阵求逆以获得互导纳矩阵。如下文将进一步讨论的那样，互导纳矩阵将用来确定用于相控阵列通道的权值集。具体而言，逆互阻抗矩阵(也称为互导纳矩阵)的每列包括数值权值(互导纳值)集，这些权值定义来自每个电极的用于在单个离散刺激区域产生非零内标量电压的电流贡献。这样，每个这样的权值矢量定义相控阵列刺激通道。
相配系统306在块410然后通过归一化互导纳矩阵的列来计算复杂通道矩阵。这可以例如由相配系统306确定用于每列的最大值、然后将列中的每个值除以最大值来实现。随后，在归一化之后，在复杂通道矩阵的任何列中的最大值将是一(1)。
在块412，相配系统306通过将复杂通道矩阵中的所有正的非对角线项求和、然后将求和除以矩阵的非对角线项的数目来计算“误差”。换而言之，在一个实施例中，相配系统306将复杂通道矩阵的除了沿着矩阵的对角线的项之外的所有正项求和；然后将这一求和除以矩阵的除了沿着对角线的项之外的项的总数。所得值在这一例子中称为“误差”，因为目前基于耳蜗的建模看来恰当确定的互导纳矩阵的所有非对角线项将仅有非正值。因此基于这一建模看来任何正的非对角线项是误差。在其它实施例中，可以使用不同度量来计算在块410计算的“误差”。例如在一个实施例中，计算的“误差”可以是所有正的非对角线项的平均值、所有正的非对角线项之和等。
相配系统306然后可以在块414针对在块408确定的成本标识最小“误差”。可以使用各种机制在块414最小化给定成本的误差。在一个实施例中，块414可以包括蛮力循环，该蛮力循环针对在块406计算的成本为每个可能的增益矢量计算“误差”。这一蛮力循环可以例如包括将每个可能增益矢量乘以针对互阻抗矩阵的对角线计算的成本以调整对角线项的值。然后如上文讨论的计算互导纳矩阵和复杂通道矩阵，并且针对这一复杂通道矩阵计算“误差”。换而言之，可以针对具有给定成本的每个可能增益矢量计算新的互阻抗矩阵，然后重复步骤408、410和412以针对这一互阻抗矩阵计算误差。然后在校验具有给定成本的所有可能增益矢量之后，相配系统306在块414标识具有最小计算误差的增益矢量。
在判决416，相配系统306校验这一计算误差是否在标准水平以下并且是否最小化“成本”。在一个实施例中，这一标准水平可以是阈值并且选择为例如0.0001；然而在其它实施例中，可以选择这一标准水平为不同值、比如0.001。设计者可以例如基于使用公开的方法的试验来选择为标准水平而选择的具体数。
如上文所言，在当前描述的实施例中，初始设置成本为零，然后如下文将进一步讨论的那样，如果误差未在标准水平以下，则增加成本。这样，相配系统306在这一例子中无需进行单独校验以在块416确定是否最小化成本，因为将在每次通过判决416期间总是最小化成本。然而在其它实施例中、比如在成本初始为高(例如更接近1)然后减少的实施例中，相配系统306可以在校验是否最小化成本时实施更复杂机制。或者例如在每次通过过程期间按照特定步进大小调整成本直至发现具有指定成本的增益矢量具有在标准水平以下的误差的实施例中，相配系统306可以校验是否最小化成本。然后减少步进大小并且调整成本以便磨练具有误差在标准水平以下的增益矢量的最小成本。下文将提供对用于调整成本的示例方法的进一步描述。
如果在判决416，相配系统306确定“误差”在标准水平以下并且最小化计算的“成本”，则过程继续块418。如果不是，则过程继续到块440。下文将更具体讨论这些路径中的每个路径。
上文讨论的利用蛮力循环用于针对给定成本发现最小误差的方法仅为用于发现具有最小成本和在标准水平以下的误差的增益矢量的一个例子，并且在其它实施例中可以使用其它方法。例如在一个实施例中，相配系统306可以简单地校验具有给定成本的可能增益矢量直至标识具有在标准水平以下的误差的增益矢量，而不是校验具有给定成本的每个可能增益矢量以确定具有最小误差的增益矢量。然后如果发现误差在标准水平以下，则相配系统306认为满足判决416并且过程继续到块440。
或者在又一实施例中，相配系统306可以实施其它类型的最小化算法而不是运用蛮力循环以针对给定成本标识具有最小“误差”的增益矢量。例如在一个实施例中，相配系统306可以使用序列二次规划法，该方法是一种中等规模的约束非线性优化形式。这样的最小化算法的每次运行可以最小化如给定成本约束的误差。另外，在使用这样的最小化算法的实施例中，可以在块414中包含上文讨论的块408-410作为最小化算法执行的部分。
如果在判决416，相配系统306确定“误差”未落在标准水平以下，则相配系统306在块418针对增益矢量调整成本。例如在初始通过过程期间，可以设置成本为零(即增益矢量中的所有值中的值等于1)。然后在块418，可以按照步进大小(例如0.1、0.05、0.01、0.001等)增加成本。可以在块420确定具有增加的成本的初始增益矢量。在块422，相配系统306将(在块404确定的)互阻抗矩阵的每个对角线乘以来自增益矢量的对应值。过程然后返回到块408，并且相配系统306如上文参照块408-416讨论的那样标识具有最小误差的增益矢量。
然后重复按照指定步进大小增加成本并且针对具有最小误差的增益矢量确定误差的过程直至相配系统306标识具有少于标准水平的误差的增益矢量。一旦相配系统306在判决414确定满足该标准，相配系统306在块440将用于互阻抗矩阵的对角线的外插值乘以增益矢量以产生用于互阻抗矩阵的新对角线502。
相配系统306可以使用最终值以生成用于刺激通道的电极权值、然后向耳蜗植入物100提供这些权值。例如相配系统306可以对在块418确定的互阻抗矩阵求逆以确定互导纳矩阵、然后将这一互导纳矩阵的值用于刺激通道权值。具体而言，互导纳矩阵的每列包括数值权值(互导纳值)集，这些权值定义来自每个电极的用于在单个离散刺激区域产生非零内标量电压的电流贡献。也就是说，每个这样的权值矢量定义相控阵列刺激通道。耳蜗植入物100然后可以存储并且在声音处理单元126和/或刺激器单元120中使用这些权值。
在另一实施例中，相配系统306不是一旦在判决416满足在标准水平以下的误差就直接继续到块440而是可以继续到使成本恢复至用于如下先前通过该方法的成本值的块(未示出)，在该先前通过该方法中未发现在标准水平以下的误差。然后可以减少步进大小(例如减半)，并且控制传向块418以使用这一减少的步进大小来计算新成本。然后相配系统306可以重复过程直至发现具有在标准水平以下的误差的增益矢量。然后可以进一步减少步进大小(例如减半)并且以此类推。使用这样的机制可以允许初始使用较大步进大小、然后一旦过程已经变成更聚焦于最小成本就减少该步进大小。这可以使过程更快地标识具有在标准水平以下的误差的最小成本。
图4的上文讨论的方法可以视为使用双循环最小化例程，其中外循环标识最小成本而内循环针对给定成本标识最小误差。如上文参照块414讨论的那样，各种最小化算法、比如序列二次规划法可以用作内循环，其中内循环标识如成本约束的最小误差。在其它实施例中，内循环和外循环二者可以使用各种类型的最小化算法。例如虽然参照外循环作为其中增加成本直至满足用于误差的标准水平的蛮力型循环来讨论上文讨论的过程，但是在其它实施例中，外循环可以使用其它类型的最小化算法、比如序列二次规划法。换而言之，可以在不同实施例中使用广泛的各种最小化算法而未脱离本发明。
如上文所言，上文讨论的实施例可以用来针对个别耳部确定用于定制复杂通道配置的电极权值。这可以使耳蜗植入物100能够提供窄的神经激发图案和增加数目的独立通道。这些实施例由于可以同时刺激多个通道而也可以较常规系统而言提高刺激速率的上限并且也提供更高的频谱分辨率和减少的通道交互。
图6是根据本发明一个实施例的耳蜗植入相配系统306的高级功能框图。为了易于描述而在框图中示出了相配系统306的主要部件和操作方面，并且应当理解可以用多种其它方式拆开或者组合这些块。在图6中所示示例实施例中，示出了部件由通信总线耦合。然而将理解可以用适合于特定应用的任何方式连接相配系统306的部件。
如图所示，相配系统306包括管理器602、初始互阻抗矩阵模块604、误差最小化模块606、成本最小化模块608、权值计算模块610、语音处理器控制接口622和用户接口630。管理器602执行一般操作并且控制图6中所示其它部件。语音处理器控制接口622可以提供用于经由数据通信链路308将相配系统306连接到耳蜗植入物100的语音处理器的接口。
初始互阻抗矩阵测量模块604可以负责确定初始互阻抗矩阵并且外插这一初始互阻抗矩阵的对角线的值、如图4B的上文讨论的块402和404。
误差最小化模块606可以负责针对给定成本确定具有最小误差的增益矢量，如上文参照图4B的块408-416讨论的那样。成本最小化模块608可以负责确定具有满足标准水平的误差的增益矢量的最小成本，如上文参照图4B的块406和418-422讨论的那样。在实施比如上文讨论的双循环最小化过程的一个实施例中，误差最小化模块606可以负责执行内循环最小化例程，并且成本最小化模块可以负责执行外循环最小化例程。
用户接口630可以包括由听觉专家/临床医生304用来经由用户接口314与相配植入系统306通信的任何接口。听觉专家/临床医生304可以使用任何一种已知方法或者已知方法的组合(包括计算机键盘、鼠标、语音响应软件、触屏、视网膜控制、操纵杆和现在或者以后开发的任何其它数据录入或者数据呈现格式)来提供输入。
在图6中所示实施例中，用户接口630可以包括上述用户接口314显示的图形用户接口(GUI)608。听觉专家/临床医生304可以使用用户接口以在与初始互阻抗矩阵测量模块604结合确定初始互阻抗矩阵的非对角线项时与图形用户接口(GUI)632交互。此外，可以在设置耳蜗植入物之时使用GUI632以比如在确定用于阵列的每个电极的初始阈值和最大舒适水平时输入/接收信息。
如图6中所示，相配系统306也可以包括确定用于每个刺激通道的权值的权值计算模块610。例如在运用相控阵列刺激通道的耳蜗植入系统中，权值计算模块610可以负责对互阻抗矩阵求逆并且确定用于每个通道的权值，如上文参照图4的块440讨论的那样。另外，权值计算模块610也可以将确定的权值和其它数据(例如阈值和最大舒适水平数据)变换成用于耳蜗植入物100的基于植入物的映射数据322。这一映射数据322可以是适用于实施的耳蜗植入物100的任何形式。然后可以经由语音处理器控制接口622向声音处理单元126提供由数据变换器616生成的这一映射数据322。
取决于期望的配置，这里描述的主题可以具体化为各种系统、装置、方法和/或物品。具体而言，可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现描述的主题的各种实施方式(比如图6的实施例)、部件。这些各种实施方式可以包括在可编程系统上可执行和/或可解译的一个或者多个计算机程序中的实施方式，该可编程系统包括可以专用或者通用的至少一个可编程处理器，该可编程处理器被耦合成从存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令以及向存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备发送数据和指令。
这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、应用、部件或者代码)包括用于可编程处理器的机器指令并且可以用高级过程和/或面向对象编程语言和/或用汇编/机器语言来实施。如这里所用，术语“机器可读介质”指代用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、计算机可读介质、装置和/或设备(例如磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件(PLD))，包括接收机器指令为机器可读信号的机器可读介质。类似地，这里也描述系统，这些系统包括处理器和耦合到处理器的存储器。存储器可以包括使处理器执行这里描述的操作中的一个或者多个操作的一个或者多个程序。
在本申请中引用的所有文献、专利、期刊文章和其它材料通过引用而结合于此。
已经参照本发明的若干方面描述本发明的实施例。将理解在一个方面的背景中描述的实施例可以使用于其它方面中而未脱离本发明的范围。
虽然已经参照附图结合本发明的若干实施例完全描述本发明，但是将理解各种改变和修改可以为本领域技术人员所清楚。这样的改变和修改将理解为包含于如所附权利要求限定的本发明的范围中，除非它们脱离了本发明。
前文描述已经涉及本发明的具体实施例。然而将清楚可以对描述的实施例进行其它变化和修改而达到它们的优点中的一些或者所有优点。因此，所附权利要求的目的是覆盖落入本发明的真实精神实质和范围内的所有这样的变化和修改。

Claims (25)

1.一种用于确定具有多个电极的刺激听力修复器的刺激通道的权值的方法，其中所述刺激通道在使用所述多个电极中的一个或者多个电极来提供刺激时使用经确定的权值，所述方法包括：
确定用于所述多个电极的互阻抗矩阵；
计算用于所述多个电极的互导纳矩阵，所述互导纳矩阵是所述互阻抗矩阵的矩阵求逆；
基于所述互导纳矩阵的正的非对角线值计算误差；
确定所述误差是否超过标准水平；
如果所述误差超过所述标准水平，则调整所述互阻抗矩阵的对角线；以及
使用经调整的互阻抗矩阵计算用于所述刺激通道的所述多个电极的对应权值。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
向所述刺激听力修复器提供经计算的权值以在向所述刺激听力修复器的接受者提供刺激时使用。
3.根据权利要求1所述的方法，其中计算互导纳矩阵，计算误差，确定所述误差是否超过标准水平和调整所述互阻抗矩阵的对角线的步骤重复进行，直至确定所述误差是否超过所述标准水平的步骤确定所述误差不超过所述标准水平。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过归一化经计算的互导纳矩阵的至少一列来计算复杂通道矩阵；并且
其中计算误差包括基于所述复杂通道矩阵的正的非对角线值计算所述误差。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
执行最小化算法以确定用于调整所述互阻抗矩阵的对角线的一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合产生不超过所述标准水平的经确定的误差。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
基于所述一个或者多个增益值的集合确定成本，
其中所述最小化算法用经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
7.根据权利要求6所述的方法，其中确定成本包括：
调整经确定的成本以确定最小成本，其中所述最小化算法用经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述最小化算法使用序列二次规划法以通过确定针对经确定的成本提供最小误差的一个或者多个增益值的集合来获得所述一个或者多个增益值的集合。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述最小化算法基于针对经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合而终止，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述刺激听力修复器是耳蜗植入物。
11.一种用于确定具有多个电极的刺激听力修复器的刺激通道的权值的装置，其中所述装置在经由所述电极提供刺激时使用经确定的权值，所述装置包括：
误差最小化模块，配置成通过对经确定的互阻抗矩阵求逆来计算互导纳矩阵，基于所述互导纳矩阵的正的非对角线值计算误差，确定所述误差是否超过标准水平，并且如果所述误差超过所述标准水平则调整所述互阻抗矩阵的对角线；
权值计算模块，配置成计算用于所述刺激通道的所述多个电极的对应权值；以及
接口，配置成向所述刺激听力修复器提供经计算的权值以在向所述刺激听力修复器的接受者提供刺激时使用。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述误差最小化模块还被配置成重复执行计算互导纳矩阵、计算误差、确定所述误差是否超过标准水平和调整所述互阻抗矩阵的对角线的步骤，直至所述误差最小化模块确定不超过所述标准水平的误差。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述误差最小化模块还被配置成通过归一化经计算的互导纳矩阵的至少一列来计算复杂通道矩阵，并且其中，在计算误差时，所述误差最小化模块被配置成基于所述复杂通道矩阵的正的非对角线值计算所述误差。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述误差最小化模块还被配置成执行最小化算法以确定用于调整所述互阻抗矩阵的对角线的一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合产生不超过所述标准水平的经确定的误差。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述最小化算法包括以下步骤：计算互导纳矩阵；计算误差；确定所述误差是否超过标准水平；以及调整所述互阻抗矩阵的对角线。
16.根据权利要求14所述的装置，还包括：
成本最小化模块，配置成基于所述一个或者多个增益值的集合确定成本；并且
其中所述最小化算法被配置成用经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述成本最小化模块在确定成本时被配置成调整经确定的成本以确定最小成本，其中所述最小化算法用经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
18.根据权利要求14所述的装置，其中所述最小化算法使用序列二次规划法以通过确定针对经确定的成本提供所述最小误差的一个或者多个增益值的集合来获得所述一个或者多个增益值的集合。
19.根据权利要求14所述的装置，其中所述最小化算法被配置成基于针对经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合而终止，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
20.根据权利要求11所述的装置，其中所述刺激听力修复器是耳蜗植入物。
21.一种用于确定具有多个电极的刺激设备的刺激通道的权值的装置，其中所述刺激通道在使用所述刺激设备的所述多个电极来提供刺激时使用经确定的权值，所述装置包括：
用于确定所述多个电极的互阻抗矩阵的装置；
用于通过对所述互阻抗矩阵求逆来计算所述多个电极的互导纳矩阵的装置；
用于确定误差是否超过标准水平的装置；
用于如果所述误差超过所述标准水平则调整所述互阻抗矩阵的对角线的装置；以及
用于使用经调整的互阻抗矩阵计算用于所述刺激通道的所述多个电极的对应权值的装置。
22.根据权利要求21所述的装置，还包括：
用于通过归一化经计算的互导纳矩阵的至少一列来计算复杂通道矩阵的装置；以及
其中确定误差包括基于所述复杂通道矩阵的正的非对角线值计算所述误差。
23.根据权利要求21所述的装置，还包括：
用于执行最小化算法以确定用于调整所述互阻抗矩阵的对角线的一个或者多个增益值的集合的装置，所述一个或者多个增益值的集合产生不超过所述标准水平的经确定的误差。
24.根据权利要求23所述的装置，还包括：
用于基于所述一个或者多个增益值的集合确定成本的装置，
其中所述最小化算法用经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
25.根据权利要求24所述的装置，其中用于确定成本的装置包括：
用于调整经确定的成本以确定最小成本的装置，其中所述最小化算法用经确定的成本标识一个或者多个增益值的集合，所述一个或者多个增益值的集合提供不超过所述标准水平的误差。
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