CN105999546A - 一种人工耳蜗及其声音处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人工耳蜗，该人工耳蜗包括：外部装置和植入体；其中外部装置包括声音处理装置和供电单元，供电单元为声音处理装置供电；声音处理装置对采集的声音信号进行处理，形成全频率的连续声音信号并发送给植入体；植入体接收声音处理装置发送的连续声音信号，并利用电极刺激螺旋神经节，将连续声音信号传给听神经。本发明还涉及一种人工耳蜗的声音处理方法。本发明通过对声音信号进行多通道分频带处理后，再进行合成，从而形成完整的正弦波信号，该正弦波信号包含了所有的声音信息，包括声调，从而能够给患者带来真实的听觉感受。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工器官植入装置，具体涉及一种人工耳蜗及其声音处理方法。
背景技术
人工耳蜗又称为电子耳蜗、仿生耳，是一种把声音信号换成电信号的特殊声电换能装置，通过植入电极至人耳部残存的听觉神经，将外部接收的声音信号转换为电流信号刺激残存听觉神经，从而使患者部分恢复听力。这是目前唯一能够使重度及极重度耳聋患者恢复听力的医学手段。
人工耳蜗的基本结构包括体外部分和植入部分，体外部分包括麦克风、言语处理器、发射线圈及连接导线，植入部分包括接收线圈、刺激器和电极。麦克风采集声音信号，并将声音信号通过连接导线传送到言语处理器上；言语处理器根据个体耳聋的程度来将声音信号转变成不同的数字信号；处理后的数字信号通过发射线圈编码后发送给植入部分的接收线圈，刺激器将接收到的编码信号进行解码，并将其转换成电信号，然后通过电极传递到耳蜗刺激听觉神经，这些听觉神经与中枢神经系统相连，电脉冲在那里被解读为声音信号。
目前的人工耳蜗传递到耳蜗的信号不能完全模拟外界的声音，因此患者并不能真正了解外界的声音，也不能欣赏到声音的美妙。另外，由于植入部分包括刺激器，当其中的芯片老化失效后需要进行再次手术，更换植入部分，这无疑会给患者带着巨大的痛苦。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种人工耳蜗及其声音处理方法，通过对声音信号进行处理后形成完整的正弦波信号，该正弦波信号包含了所有的声音信息，包括声调，从而能够给患者带来真实的听觉感受。另外，本发明将所有的芯片都设置在体外，不仅有利于声音处理装置的升级，而且对于植入部分来说，因没有芯片而可以终身植入，无需二次手术。
本发明提出的一种人工耳蜗，该人工耳蜗包括：外部装置和植入体；其中外部装置包括声音处理装置和供电单元，供电单元为声音处理装置供电；
声音处理装置对采集的声音信号进行处理，形成全频率的连续声音信号并发送给植入体；
植入体接收声音处理装置发送的连续声音信号，并利用电极刺激螺旋神经节，将连续声音信号传给听神经。
进一步地，该供电单元为电池组，该电池组包括可充电电池和开关，可充电电池通过开关经连接线连接到声音处理装置的连接器，为声音处理装置供电。
进一步地，该声音处理装置包括：麦克风、连接器、声音信号处理器、全频谱调制器、稳压器、发送器和磁铁；
其中，连接器的输入端与供电单元连接，输出端与稳压器的输入端连接；稳压器的输出端分别与声音信号处理器和全频谱调制器连接，以向声音信号处理器和全频谱调制器供电；
麦克风与声音信号处理器连接，将采集到的外部声音信号传送给声音信号处理器；声音信号处理器对声音信息进行处理，形成完整的正弦波信号，并发送给全频谱调制器进行调制；频谱调制器将该正弦波信号调制成100～8000Hz频率范围的电信号，发送器将调制后的电信号编码后以电磁波的形式发送给植入体。
进一步地，该声音处理装置还包括能量控制器，用于对声音信号处理器进行能量调节。
进一步地，该声音信号处理器包括：第一处理器、第二处理器和第三处理器；第一处理器的输入连接麦克风，第二处理器的输入连接第一处理器的输出，第三处理器的输入连接第二处理器的输出，第三处理器的输出连接全频谱调制器。
进一步地，第一处理器包括数字化前置放大器、声聚焦器、A/D转换器、前置双二阶滤波器和频率分析器；
第二处理器包括宽动态范围压缩器、自适应降噪器和频率整形器；
第三处理器包括频率合成器、宽范围增益器、自动增益控制器、后置双二阶滤波器、削峰器和D/A转换器；
麦克风对外部声音进行采集，采集的声音信号经数字化前置放大器和声聚焦器进行缓冲、放大和采样，再通过A/D转换器将模拟声音信号转换为数字声音信号，数字声音信号经过前置双二阶数字滤波器滤波，数字化的声音信息通过频率分析器在平均分割频率范围的128个频带中进行分析；
将每个频带的声音信息依次通过宽动态范围压缩器、自适应降噪器和频率整形器进行宽动态范围压缩、自适应降噪和频率整形处理；
处理后的各频带信息在频率合成器进行合成，合成的信号再经宽范围增益器和自动增益控制器进行整体增益，后置双二阶滤波器和削峰器处理后，再通过D/A转换器将处理后的合成的数字信号转化为模拟信号，送至全频谱调制器中对模拟信号进行全频谱调制，调制后送到发送器，以电磁波的形式发送到植入体。
进一步地，植入体包括：内部接收单元和电极；其中内部接收单元包括接收器，电极包括刺激电极和参考电极。
进一步地，声音处理装置和植入体均包括磁铁，使用时，声音处理装置的磁铁与植入体的磁铁相吸，可将声音处理装置吸附在患者头部。
本发明提出的一种人工耳蜗的声音处理方法，该方法包括以下步骤：
人工耳蜗的声音处理装置对采集的声音信号进行处理，形成全频率的连续声音信号并发送给植入体；
人工耳蜗的植入体接收声音处理装置发送的连续声音信号，并利用电极刺激螺旋神经节，将连续声音信号传给听神经。
进一步地，该人工耳蜗采用如前任一项所述的人工耳蜗。
本发明的有益效果：
1.本发明通过对声音信号进行多通道分频带处理后，再进行合成，从而形成完整的正弦波信号，该正弦波信号包含了所有的声音信息，包括声调，从而能够给患者带来真实的听觉感受。
2.本发明无需在植入部分设置刺激器，因此所有的电子芯片都设置在患者体外，不仅有利于声音处理装置的升级，而且对于植入部分来说，因没有芯片而可以终身植入，无需二次手术。并且所有芯片外置，有利于产品升级，并可做到彻底换代，满足不断更新的用户需要。
3.本发明采用全频率的连续的编程，通过将声音分成128个频道，分析其频率特征，把高、低频削掉，只取100-8000Hz的声音信息进行分析处理，然后合成连续的声音信号，因此本发明的人工耳蜗不会导致信息的丢失，也不存在干扰问题。因此，本发明的人工耳蜗不仅可帮助听力受损的人利用电刺激听神经而恢复听力，而且能够让听力受损的人认知自然的声音，如：鸟叫声、音乐和声调等。
4.本发明的人工耳蜗植入体植入到耳蜗的电极很短，不会破坏残存听力，而参考电极则放在皮下，这样就形成大约100mm的电场，属于中央刺激，刺激的范围很大，而耳蜗的大小远远小于100mm的电场所能覆盖的范围，所以该电场可以刺激到整个耳蜗。这种刺激方式即没有干扰，也没有信息的丢失，更没有残存听力的损伤，是一个对完整声音输入到电极的刺激。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图。
图2是本发明的声音处理示意图。
图3是本发明的全频谱中央刺激策略示意图。
图4是本发明的声音信号调制成不间断连续波形的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
本发明提出的一种人工耳蜗，如图1所示。该人工耳蜗包括：外部装置和植入体。外部装置包括声音处理装置和电池组。电池组为声音处理装置供电，声音处理装置对采集的声音信号进行处理，形成全频率的连续声音信号并发送给植入体；植入体接收到声音处理装置发送的连续声音信号，利用电极刺激螺旋神经节，将连续声音信号传给听神经，从而帮助患者产生听觉。
其中，电池组包括可充电电池和开关，可充电电池通过开关经连接线连接到声音处理装置的连接器，为声音处理装置供电。
声音处理装置包括：能量控制器、麦克风、连接器、声音信号处理器、全频谱调制器、稳压器、发送器和磁铁。发送器优选为线圈。
连接器与稳压器连接，将其接收到的电能经稳压器稳压后，向声音信号处理器和全频谱调制器供电。能量控制器对声音信号处理器进行能量调节，以满足不同患者的需求。声音处理装置的磁铁与植入体的磁铁相吸，可将声音处理装置吸附在患者的头部。
麦克风与声音信号处理器连接，将采集到的外部声音信号传送给声音信号处理器；声音信号处理器对声音信息进行处理，形成完整的正弦波信号，并发送给全频谱调制器进行调制；频谱调制器将该正弦波信号调制成100～8000Hz频率范围的电信号，发送器将调制后的电信号编码后以电磁波的形式发送给植入体的接收器。调制后的电信号为全频率的连续声音信号。
优选地，麦克风为全方位麦克风。
如图2所示，该声音信号处理器包括：第一处理器、第二处理器和第三处理器。第一处理器的输入连接麦克风，第二处理器的输入连接第一处理器的输出，第三处理器的输入连接第二处理器的输出，第三处理器的输出连接全频谱调制器。
其中，第一处理器包括数字化前置放大器、声聚焦器、A/D转换器(图中未示出)、前置双二阶滤波器和频率分析器。
第二处理器包括宽动态范围压缩器、自适应降噪器和频率整形器。
第三处理器包括频率合成器、宽范围增益器、自动增益控制器、后置双二阶滤波器、削峰器和D/A转换器(图中未示出)。
麦克风对外部声音进行采集，采集的声音信号经数字化前置放大器和声聚焦器进行缓冲、放大和采样，再通过A/D转换器将模拟声音信号转换为数字声音信号，数字声音信号经过前置双二阶数字滤波器滤波，数字化的声音信息通过频率分析器在平均分割频率范围的128个频带中进行分析，将每个频带的声音信息依次通过宽动态范围压缩器、自适应降噪器和频率整形器进行宽动态范围压缩、自适应降噪和频率整形处理。处理后的各频带信息在频率合成器进行合成，合成的信号再经宽范围增益器和自动增益控制器进行整体增益，后置双二阶滤波器和削峰器处理后，再通过D/A转换器将处理后的合成的数字信号转化为模拟信号，送至全频谱调制器中对模拟信号进行全频谱调制，调制后送到发送器，以RF信号发送到植入体的接收器。
植入体包括：内部接收单元和电极。其中内部接收单元包括磁铁和接收器，电极包括刺激电极和参考(接地)电极。接收器优选为线圈。
接收器将接收到的电磁波传递给电极，刺激电极和参考(接地)电极形成一个电场，持续均匀刺激螺旋神经节，沿着听神经纤维传入大脑，产生听觉。
本发明通过无线传输至体内植入体线圈后直接通过刺激电极和参考(接地)电极组成电极回路刺激耳蜗内螺旋神经节，无须再经过电子元器件对信号分频传输刺激信号，因此对于本发明的植入部分来说，因没有芯片而可以终身植入，无需二次手术。
本发明还提出一种人工耳蜗的声音信号处理方法，包括以下步骤：
全方位麦克风首先对原始声音进行采集；
采集的声音信号经数字化前置放大器和声聚焦器进行缓冲、放大和采样，通过20位A/D转换器以2.048MHz的采样率将声音信号数字化，再通过前置双二阶数字滤波器滤波，滤波后的数字化声音信息通过频率分析器在平均分割频率范围的128个频带中进行分析；
每个频带的声音信息依次通过宽动态范围压缩器、自适应降噪器和频率整形器进行宽动态范围压缩、自适应降噪和频率整形处理；
频率合成器对处理后的各频带信息进行合成，合成的信号经宽范围增益器和自动增益控制器进行整体增益后，由后置双二阶滤波器进行滤波，再经削峰器进行峰值消减处理，完成对原始声音的数字化处理；然后，通过D/A转换器将处理后的数字信号转化为模拟信号，全频谱调制器将该模拟信号调制成具有可变调频调幅的载波，送到发送器，以电磁波信号发送到植入体的接收器。
本发明中声音处理装置的编程策略如图3所示，采用全频率的连续的编程，通过将声音分成128个频道，分析其频率特征，把高、低频削掉，只取100-8000Hz的声音信息进行分析处理，然后合成连续的声音信号，如图4所示，因此本发明的人工耳蜗不会导致信息的丢失，也不存在干扰问题。图3中右上圆点所示部位为听觉皮层，右下圆点所示部位为下丘脑。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种人工耳蜗，其特征在于，该人工耳蜗包括：外部装置和植入体；其中外部装置包括声音处理装置和供电单元，供电单元为声音处理装置供电；
声音处理装置对采集的声音信号进行处理，形成全频率的连续声音信号并发送给植入体；
植入体接收声音处理装置发送的连续声音信号，并利用电极刺激螺旋神经节，将连续声音信号传给听神经。
2.根据权利要求1所述的人工耳蜗，其特征在于，该供电单元为电池组，该电池组包括可充电电池和开关，可充电电池通过开关经连接线连接到声音处理装置的连接器，为声音处理装置供电。
3.根据权利要求1所述的人工耳蜗，其特征在于，该声音处理装置包括：麦克风、连接器、声音信号处理器、全频谱调制器、稳压器、发送器和磁铁；
其中，连接器的输入端与供电单元连接，输出端与稳压器的输入端连接；稳压器的输出端分别与声音信号处理器和全频谱调制器连接，以向声音信号处理器和全频谱调制器供电；
麦克风与声音信号处理器连接，将采集到的外部声音信号传送给声音信号处理器；声音信号处理器对声音信息进行处理，形成完整的正弦波信号，并发送给全频谱调制器进行调制；频谱调制器将该正弦波信号调制成100～8000Hz频率范围的电信号，发送器将调制后的电信号编码后以电磁波的形式发送给植入体。
4.根据权利要求3所述的人工耳蜗，其特征在于，该声音处理装置还包括能量控制器，用于对声音信号处理器进行能量调节。
5.根据权利要求3所述的人工耳蜗，其特征在于，该声音信号处理器包括：第一处理器、第二处理器和第三处理器；第一处理器的输入连接麦克风，第二处理器的输入连接第一处理器的输出，第三处理器的输入连接第二处理器的输出，第三处理器的输出连接全频谱调制器。
6.根据权利要求5所述的人工耳蜗，其特征在于，第一处理器包括数字化前置放大器、声聚焦器、A/D转换器、前置双二阶滤波器和频率分析器；
第二处理器包括宽动态范围压缩器、自适应降噪器和频率整形器；
第三处理器包括频率合成器、宽范围增益器、自动增益控制器、后置双二阶滤波器、削峰器和D/A转换器；
麦克风对外部声音进行采集，采集的声音信号经数字化前置放大器和声聚焦器进行缓冲、放大和采样，再通过A/D转换器将模拟声音信号转换为数字声音信号，数字声音信号经过前置双二阶数字滤波器滤波，数字化的声音信息通过频率分析器在平均分割频率范围的128个频带中进行分析；
将每个频带的声音信息依次通过宽动态范围压缩器、自适应降噪器和频率整形器进行宽动态范围压缩、自适应降噪和频率整形处理；
处理后的各频带信息在频率合成器进行合成，合成的信号再经宽范围增益器和自动增益控制器进行整体增益，后置双二阶滤波器和削峰器处理后，再通过D/A转换器将处理后的合成的数字信号转化为模拟信号，送至全频谱调制器中对模拟信号进行全频谱调制，调制后送到发送器，以电磁波的形式发送到植入体。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的人工耳蜗，其特征在于，植入体包括：内部接收单元和电极；其中内部接收单元包括接收器，电极包括刺激电极和参考电极。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的人工耳蜗，其特征在于，声音处理装置和植入体均包括磁铁，使用时，声音处理装置的磁铁与植入体的磁铁相吸，可将声音处理装置吸附在患者头部。
9.一种人工耳蜗的声音处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
人工耳蜗的声音处理装置对采集的声音信号进行处理，形成全频率的连续声音信号并发送给植入体；
人工耳蜗的植入体接收声音处理装置发送的连续声音信号，并利用电极刺激螺旋神经节，将连续声音信号传给听神经。
10.根据权利要求9所述的人工耳蜗的声音处理方法，其特征在于，该人工耳蜗采用如权利要求1至8中任一项所述的人工耳蜗。
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