CN104783928A - 一种测试电子耳蜗言语策略性能的评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测试电子耳蜗言语策略的性能评估系统，所述系统包括：声源模块，用于为加载了待评估言语策略的电子耳蜗设备以及标准音频输入模块提供真实语音信号；标准音频输入模块，用于将声源模块提供的声音信号转化为标准的音频信号；信号采集模块，用于采集电子耳蜗设备输出的电信号和标准音频输入设备输出的电信号；音频处理模块，用于将采集的标准音的音频信号转化为语谱信号和标准仿真电极信号，并将转化后的两种信号传递给策略结果对比显示模块；策略结果对比显示模块，用于将语谱信号和标准仿真电极信号与电子耳蜗设备的音频信号对比，确定言语策略是否满足要求。
Description
技术领域
本发明涉及工程检测领域，提出了一种针对电子耳蜗言语策略性能评价，用于对电子耳蜗硬件设备质量评估以及电子耳蜗言语策略的研究。
背景技术
电子耳蜗是一种将声音信号转换为电信号的医疗器械，需要被植入到耳聋患者的大脑中以取代耳蜗功能。由于该设备实质上是声电转换设备，直接向人体大脑放电，所以电子耳蜗向大脑放电时间长短，电流大小，电荷多少必须被严格控制在安全范围内。上述的这些参数直接反映了电子耳蜗植入体的电极性能以及电流源与晶振的稳定性和可靠性。目前，国内外的电子耳蜗厂商在产品出场前产品质量管理中，检测手段单一且原始，基本采用通过示波器观察刺激脉冲波形的人工手段来检验产品。同时，新一代的电子耳蜗多采用的是多通道方式来刺激神经，也就是说，在检测这一类的产品的时候，理论上需要对所有的电极信号进行检测。采用这种人工的检测方法效率非常底下，而且存在较大的检测误差，客观上加大了这种产品的安全隐患。
电子耳蜗除了在客观安全性上有着严格的要求之外，其核心是言语策略编码技术，电子耳蜗中的言语编码策略的优劣直接导致了患者能听的清或听不清的问题。目前，世界范围内实现商用的主要策略为CIS、ACE以及它们的演进策略，相比之下其它新策略依然处于在实验研究状态下。
为了最大限度的消除该种医疗设备的质量安全隐患，以及建立一个更好的电子耳蜗言语策略评价平台，有必要研究提出了一种针对多道电子耳蜗设电刺激脉冲参数的评价系统。据笔者所知目前国内外尚无公开的相关研究，本发明是自主开发一种快速检测电子耳蜗电极输出脉冲参数的方法，为相关的生产厂家，以及国家检测机构提供一种可靠的检测电子耳蜗性能的一种检测手段，同时为电子耳蜗研究提供一个客观评价言语策略优劣性的研究平台。
发明内容
本发明的目的在于，为克服上述问题，本发明提供了一种测试电子耳蜗言语策略性能的评估系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种测试电子耳蜗言语策略性能的评估系统，所述系统包含：声源模块、电子耳蜗设备模块、标准声音输入模块、信号采集模块、音频处理模块、策略结果对比显示模块；
所述声源模块，用于为加载了待评估言语策略的电子耳蜗设备以及标准音频输入模块提供真实语音信号；
所述标准音频输入模块，用于将声源模块提供的声音信号转化为标准的音频信号，所述标准的音频信号为：使用通过实验室环境下对音频输入设备进行校准后，由该校准音频输入设备获得的音频信号的电压值相对于其他音频输入设备获得的音频信号电压值是一个参考标准。
所述信号采集模块5，用于分别采集电子耳蜗设备输出的电信号和标准音频输入设备输出的电信号，并将采集的电子耳蜗设备输出的电信号发送至策略结果对比显示模块，将采集的标准音频输入模块的电信号输入音频处理模块；
所述音频处理模块，用于将采集的标准音的音频信号转化为语谱信号和标准仿真电极信号，并将转化后的两种信号传递给策略结果对比显示模块；其中，所述仿真电极信号是对采集的标准音频信号利用ACE算法得到的仿真电极信号，且在仿真过程中仿真电极数与电子耳蜗设备包含的工作电极数一致；所述语谱信号为真实语音信号通过短时傅立叶加窗获得的实时语谱图信号；
所述策略结果对比显示模块，用于将语谱信号和标准仿真电极信号与采集的电子耳蜗设备的音频信号进行对比，进而确定待评估的言语策略是否满足要求，其中，所述采集的电子耳蜗设备的电信号为通过电子耳蜗设备内的言语策略将语音信号转换成实际的电极脉冲序列信号。
当采集的电子耳蜗设备的电极信号与语谱信号相比，当电子耳蜗设备的电极信号的图像形状越接近语谱信号时，则说明待测试的言语策略性能越好；当采集的电子耳蜗设备的电极信号与标准仿真电极信号相比，脉冲数越多时，则说明电极信号所包含的声信息量越多，对于声音的冗余量越大，性能越好，反之，说明电极信号不能有效的转化声信号，说明该电子耳蜗策略不能满足性能需求。
上述策略结果对比显示模块进一步包括：音频信号显示子模块、语谱信号显示子模块、标准仿真电极信号显示子模块、实际电子耳蜗电极信号显示子模块、显示结果对比子模块和结果存储子模块；
所述音频信号显示子模块，用于显示真实语音信号的时域音频图像，该图像是显示声音在时域上的波形；
所述语谱信号显示子模块，用于显示音频语谱图图像，该图像的横轴表示时间，纵轴表示频率，且频率的强度用灰度表示；
所述标准仿真电极信号显示子模块，用于显示仿真电极图，所述电极图将多个电极通道按照频率值大小进行一定方式的排列显示；
所述实际电子耳蜗电极信号显示子模块，用于显示真实电子耳蜗电极图；
所述显示结果对比模块，用于将语谱信号显示子模块，标准仿真电极信号显示子模块输出的图像分别与实际电子耳蜗电极信号显示子模块输出的信号进行比较，标准仿真电极信号显示子模块输出的图像与实际电子耳蜗电极信号显示子模块输出的图像的差别在预设的范围内时，则言语策略满足测试要求。
所述结果存储子模块，用于存储采集信号信息。
上述实际电子耳蜗电极信号显示模块包含显示处理单元；
所述显示处理单元，用于对多通道信号进行同时显示，且该显示处理单元包含：
存储子单元，用于采用堆空间存储显示数据，且当存储数据动态增长时采用平衡二叉树查找显示数据，最终实现24通道的数据结果同时显示在同一张图上；
图形绘制子单元，用于在内存中开辟若干内存区作为显示区域，然后在内存区绘制图形；
采样显示子单元，用于对绘制图形降采样，即通过满足两倍于最低显示频率的刺激脉冲宽度对绘制图形进行采样，进而得到显示图形进行显示；
截获存储子单元，用于保存所述采样显示子单元中各时刻的显示图像并保存显示图像的原始数据，所述的原始数据是降采样前的数据。
上述显示处理单元还包含：
控制子单元，用于采用右键点击的方式控制图像功能菜单的打开和关闭，且功能菜单包含：放大、缩小、坐标点数据显示、水平控制、垂直控制和自动保存；
其中，所述放大功能，用于图像放大，同时对图像中的单条或多条波形进行放大；所述缩小功能，用于图像缩小，进而保证24路波形能完全在一个图像中显示；所述坐标点数据显示功能，用于显示图像上某一点数据的具体值，即通过点击显示图像上的点并和截获存储子单元存储的数据进行匹配得到坐标点的具体值；所述水平控制功能，用于限定图像放大或缩小时的走向，即只放大或缩小水平轴上的数据；所述垂直控制功能，用于限定图像放大或缩小时的走向，即只放大或缩小垂线方向的数据。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
本发明能够直观对比并实时评估各言语策略的优势，从而为电子耳蜗设备植入的言语策略提供有效的评估手段。
附图说明
图1为本发明的电子耳蜗言语策略性能综合评价系统的系统框图；
图2是本发明实施例提供的显示图，具体为：图2(a)为音频时域信号图、图2(b)为音频语谱图、图2(c)为电子耳蜗实际电极图、图2(d)为标准ACE策略下的仿真电极图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。
本发明实施例提供一种针对多道电子耳蜗设电刺激脉冲参数的评价系统去检测电子耳蜗产品的质量性能，为生产厂商和质检机构提供一种可靠的高效的检测手段。同时为科研机构提供一个客观的评价电子耳蜗言语策略优劣性的研究平台。
本发明提供一种多道电子耳蜗设电刺激脉冲参数的评价系统，所述系统包括：声源模块2、电子耳蜗模块3、标准音频输入模块4、信号采集模块5、音频处理模块6、策略结果对比显示模块9。
所述声源模块2，用于播放特定的测试声音，声音种类包括：正弦信号、扫频信号等。该模块仅在研究电子耳蜗言语策略时使用。
电子耳蜗模块3，用于电子耳蜗的检测项目参数设置。参数包括了：电极通道数、检测模式、检测标准。
本系统电极通道数选项最大支持24通道，目前世界上电子耳蜗电极数最多为24个，并且可以根据实际需求选择不同的电极通道进行测试。在进行言语策略研究室，必须选择所有通道（根据电子耳蜗实际数定选择）。
电子耳蜗设备需由各公司或研究机关自行提供电子耳蜗，电子耳蜗包含了以下器件：电子耳蜗体外机、电子耳蜗植入体、电子耳蜗调配盒。
标准音频输入模块4，用于将声源模块捕获的声音作为标准参考音（音频输入设备已经通过矫正）。
信号参数采集模块5，用于采集电子耳蜗电极发出的电信号和标准音频输入设备录制声音信号。然后将采集到的信号转化为计算机可以识别的数字信号。在使用采集模块前，需要对采集卡进行设置。设置参数如下：采集信号电压峰值、采样时间、采样率、以及同步采集选项。
音频处理模块6，用于将音频信号转化为电极信号。该电极信号并非从电子耳蜗发出的真实电极信号，而是在音频信号中嵌入了一个标准的ACE算法，在声音通过音频处理模块后系统得到一个仿真的电极信号。其中该仿真电极数量与实际研究电子耳蜗对象的电极数量是相同的。该模块仅在研究电子耳蜗言语策略时使用。
策略结果对比显示模块9，用于言语策略研究。本系统通过对实时音频信号、语谱信号、标准仿真电极信号、实际电子耳蜗电极信号对比，更直观的获得电子耳蜗言语策略的优劣比较。本发明给出一个具体的实施例如图2所示，图(a)为音频时域信号、图(b)为音频语谱图、图(c)为电子耳蜗实际电极图、图(d)为标准ACE策略下的仿真电极图。图2中个图的横做标表示时间，其在本图作用仅仅表明各图的时间一致性，虽然在本图中无法清楚显示，但是并不影响我们采用改图对整个方案的理解；同样本图的纵坐标在个图中的意义不同，但也不影响我们采用改图对整个方案的理解。图2中图(a)便于研究者知道音频信号的起始点。图(b)直观的告诉研究者音频信号在频域上的样子（注：该图像可以解释为理论上正常人的耳蜗将声音转为电信号的图像）。根据上述言语策略优劣对比原则，很明显该实际耳蜗策略尚不如标准策略。原因图(b)中的三角管线右侧有明显的从亮到暗的颜色过渡，而在图(d)中也能体现出是个类似带状的拱形，而在图(c)中只能显示出一条较窄的拱形，同时电子脉冲存在断续的情况。说明图(c)所表示的言语策略性能相较于图(d)有待提升。此外，图(c)中明显出现两个空白带，说明这两处没有电极信号。这甚至表明两种情况，1言语策略有明显的系统错误；2硬件上出现故障，需要排除。
总之，人工电子耳蜗是目前世界上最成功的神经假体，它通过电流直接刺激听神经，帮听力重度和极重度受损者恢复部分听觉。人工耳蜗的最基本任务是让植入者获得言语交流能力，其言语策略主要是指提取声信号的特征信息，并将其转换为对应电极电刺激输出信号的方法。人工耳蜗信号处理策略研究始于1980年左右。随着对人类听觉系统认识的增多，尤其是对听觉感音机理的不断探索，结合人工耳蜗电极设计技术的发展，多通道策略研究逐渐成为主流，并发展出了多种多通道策略。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种测试电子耳蜗言语策略的性能评估系统，所述系统包含：声源模块、电子耳蜗设备模块、标准声音输入模块、信号采集模块、音频处理模块、策略结果对比显示模块；
所述声源模块，用于为加载了待评估言语策略的电子耳蜗设备以及标准音频输入模块提供真实语音信号；
所述标准音频输入模块，用于将声源模块提供的声音信号转化为标准的音频信号；
所述信号采集模块5，用于分别采集电子耳蜗设备输出的电信号和标准音频输入设备输出的电信号，并将采集的电子耳蜗设备输出的电信号发送至策略结果对比显示模块，将采集的标准音频输入模块的电信号输入音频处理模块；
所述音频处理模块，用于将采集的标准音的音频信号转化为语谱信号和标准仿真电极信号，并将转化后的两种信号传递给策略结果对比显示模块；其中，所述仿真电极信号是对采集的标准音频信号利用ACE算法得到的仿真电极信号，且在仿真过程中仿真电极数与电子耳蜗设备包含的工作电极数一致；所述语谱信号为真实语音信号通过短时傅立叶加窗获得的实时语谱图信号；
所述策略结果对比显示模块，用于将语谱信号和标准仿真电极信号与采集的电子耳蜗设备的音频信号进行对比，进而确定待评估的言语策略是否满足要求，其中，所述采集的电子耳蜗设备的电信号为通过电子耳蜗设备内的言语策略将语音信号转换成实际的电极脉冲序列信号。
2.根据权利要求1所述的测试电子耳蜗言语策略性能的评估系统，其特征在于，所述策略结果对比显示模块进一步包括：音频信号显示子模块、语谱信号显示子模块、标准仿真电极信号显示子模块、实际电子耳蜗电极信号显示子模块，显示结果对比子模块和结果存储子模块；
所述音频信号显示子模块，用于显示真实语音信号的时域音频图像，该图像是显示声音在时域上的波形；
所述语谱信号显示子模块，用于显示音频语谱图图像，该图像的横轴表示时间，纵轴表示频率，且频率的强度用灰度表示；
所述标准仿真电极信号显示子模块，用于显示仿真电极图，所述电极图将多个电极通道按照频率值大小进行一定方式的排列显示；
所述实际电子耳蜗电极信号显示子模块，用于显示真实电子耳蜗电极图；
所述显示结果对比模块，用于将语谱信号显示子模块，标准仿真电极信号显示子模块输出的图像分别与实际电子耳蜗电极信号显示子模块输出的信号进行比较，当语谱信号显示子模块输出的图像与实际电子耳蜗电极信号显示子模块输出的图像的差别在预设的范围内时，则言语策略满足测试要求；
所述结果存储模块，用于存储采集信号信息。
3.根据权利要求2所述的测试电子耳蜗言语策略性能的评估系统，其特征在于，所述实际电子耳蜗电极信号显示模块包含显示处理单元；
所述显示处理单元，用于对多通道信号进行同时显示，且该显示处理单元包含：
存储子单元，用于采用堆空间存储显示数据，且当存储数据动态增长时采用平衡二叉树查找显示数据，最终实现24通道的数据结果同时显示在同一张图上；
图形绘制子单元，用于在内存中开辟若干内存区作为显示区域，然后在内存区绘制图形；
采样显示子单元，用于对绘制图形降采样，即通过满足两倍于最低显示频率的刺激脉冲宽度对绘制图形进行采样，进而得到显示图形进行显示；
截获存储子单元，用于保存所述采样显示子单元中各时刻的显示图像并保存显示图像的原始数据，所述的原始数据是降采样前的数据。
4.根据权利要求2所述的测试电子耳蜗言语策略性能的评估系统，其特征在于，所述显示处理单元还包含：
控制子单元，用于采用右键点击的方式控制图像功能菜单的打开和关闭，且功能菜单包含：放大、缩小、坐标点数据显示、水平控制、垂直控制和自动保存；
其中，
所述放大功能，用于图像放大，同时对图像中的单条或多条波形进行放大；
所述缩小功能，用于图像缩小，进而保证24路波形能完全在一个图像中显示；
所述坐标点数据显示功能，用于显示图像上某一点数据的具体值，即通过点击显示图像上的点并和截获存储子单元存储的数据进行匹配得到坐标点的具体值；
所述水平控制功能，用于限定图像放大或缩小时的走向，即只放大或缩小水平轴上的数据；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170104 Termination date: 20190120 |