CN113398467B - 一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，其要点在于：先通过预调试完成动态范围参数的粗调节，然后利用构造的主观模糊推理系统预估电流强度信号的程度，并与患者主观选择比对，通过参数更新算法完成动态范围参数的精确调节。该人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，可不依赖于调试人员经验，仅依靠患者主观选择快速自动调节动态范围参数，且算法简单，占用硬件资源少，易于集成于现有计算机调试软件或手机软件。

Description

一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法

技术领域

本发明涉及电子耳蜗技术领域，尤其涉及一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法。

背景技术

人工耳蜗是一种通过手术植入到人体的能帮助重度和极重度耳聋患者重获听力的一种电子装置，该装置替代已损伤毛细胞，通过电流刺激听觉神经使听觉中枢重新获得声音信号。正常耳朵可以感受声音的不同响度，其感受的强度范围为0～120dB。人工耳蜗刺激电流为对生物组织安全的正负双向等幅度脉冲，脉冲的电流强度与脉宽越大，患者感受到声音响度越大。一般情况下使用固定的脉宽而通过改变电流强度的大小来改变声音的大小，能够引起小声听觉的最小电流强度值为阈值T-level，能够引起大声听觉而没有不舒服感觉的最大电流强度值成为舒适值C-level。舒适值与阈值之前的差值为电动态范围，对应人工耳蜗能够处理的动态范围称为输入动态范围，可达75～90dB左右，对于超出这个范围的声音信号需要压缩处理至范围内，保证患者可听取声音信号。

确定动态范围参数(T值、C值及其差值)是保证患者有效舒适使用人工耳蜗的重要环节。然而，不同患者的动态范围参数不同，调试过程为主观的心理物理调试，致使参数值受患者主观因素、调试人员经验与熟练程度等影响，很难得到精确可靠的参数值，进而使得调试过程繁复冗长，调试效果难以保障。因此，亟需一种不依赖于调试人员经验、可实现快速自动调节动态范围参数的方法，可兼顾调试效率与调试效果。

发明内容

本部分的目的是在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述背景技术描述中存在的问题，本发明提出一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，优点在于可不依赖于调试人员经验，仅依靠患者主观选择快速自动调节动态范围参数，且算法简单，占用硬件资源少，易于集成于现有计算机调试软件或手机软件(app)。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，包括以下步骤：

向电子耳蜗的通道内输入电流信号，患者根据听觉感受对声音状况进行区分，提取不同声音状况时的电流信号强度；

计算该通道内不同声音状况时的电流信号强度的平均值，将该平均值作为该通道动态范围参数的初值；

以动态范围参数的初值为模糊集中心，构造隶属度函数，并且将该通道输入的电流信号强度范围划分为与不同声音状况相对应的区间；

向电子耳蜗的通道内输入电流信号，使用隶属度函数计算该通道内输入的电流信号强度关于各模糊集的隶属度值，进而通过隶属度函数模拟患者对电流信号强度所属区间的判断与分类；

对每个区间内的动态范围参数进行精确调节。

进一步地，所述向电子耳蜗的通道内输入电流信号，患者根据听觉感受对声音状况进行区分，提取不同声音状况时的电流信号强度中，输入电流的方法为：

针对电子耳蜗的某一通道，设定电流信号强度缓慢增加，增加过程中患者根据听觉感受，在不同时刻依次点击代表不同声音状况的按钮，在完成最后一次点击时停止电流信号刺激。

进一步地，电流信号强度从最小值开始以调节范围的1％/s的速度增加，电流强度的范围为10μA～1.75mA。

进一步地，所述代表不同声音状况的按钮分为四种，分别为“听到的最小声音”、“听到的声音刚刚好”、“听到的声音大且舒适”、“听到的声音大到难以忍受”。

进一步地，所述以动态范围参数的初值为模糊集中心，构造隶属度函数，并且将该通道输入的电流信号强度范围划分为与不同声音状况相对应的区间中，所述隶属度函数为三角形隶属度函数。

进一步地，所述对每个区间内的动态范围参数进行精确调节的具体方法为：

将区间内的电流信号强度分成若干声响程度刻度，定义不同刻度对应当前声音强度信号关于模糊集的隶属度；

给定任意一组在整个区间范围内的电流信号,患者针对上述电流信号选择听到的声响程度刻度；

利用构造的隶属度函数计算给定的电流信号强度关于各模糊集的隶属度值，由此确定给定电流信号的预估的刻度值；

将预估的刻度值与患者选择的刻度值进行比对，若二者相同，则保持动态范围参数的初值不变；若二者不同，则对动态范围参数的初值进行修正。

进一步地，所述对动态范围参数的初值进行修正的具体方法为：

计算动态范围参数的初值的偏差值，利用该偏差值对动态范围参数的初值进行修订，修订完成后，重复对每个区间内的动态范围参数进行精确调节的过程，直至预估的刻度值与患者选择的刻度值相同时，动态范围参数为最终参数。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。

该人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，可不依赖于调试人员经验，仅依靠患者主观选择快速自动调节动态范围参数，且算法简单，占用硬件资源少，易于集成于现有计算机调试软件或手机软件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明主观模糊推理系统示意图；

图2是本发明患者对电流信号强度所属刻度值的主观测试与验证示意图；

图3是本发明动态范围参数精确调节流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，包括以下步骤：

1、确定动态范围参数的初值

人工耳蜗使用的电刺激电流强度为10μA～1.75mA，通过改变电流大小来改变声音大小。针对电子耳蜗的某一通道，设定电流从最小值开始以调节范围的1％/s的速度缓慢增加，增加过程中患者根据听觉感受，在不同时刻依次点击声音状况按钮“听到的最小声音”、“听到的声音刚刚好”、“听到的声音大且舒适”、“听到的声音大到难以忍受”，在完成最后一次点击时停止电流刺激，并提取4次点击时记录的电流信号强度，记为第i次(i＝1,2,…m)预调试时第j个(j＝1,2,…,n)信号通道的电流信号强度I_i,j,k(k＝1,2,3,4对应上述4种情况，m表示设定好的预调试次数，n表示人工耳蜗通道数)。

自动完成m次预调试之后，计算各通道的电流信号强度的平均值作为动态范围参数初值

2、构造主观模糊推理系统

由于患者点击4种“声音状况”的过程为主观的心理物理调试，确定的4个电流信号强度并不精确，需构造一个主观模糊推理系统，以模拟患者对声音信号的感知过程，进而推理结果供给患者验证，以实施进一步精确调节动态范围参数。

本发明构造的主观模糊推理系统如图1所示，任一电流信号强度I为系统的输入，以4个动态范围参数的初值为模糊集中心，将模糊输入划分为4个区间，定义语言变量为“T”(听到的最小声音)、“M”(听到的声音刚刚好)、“C”(听到的声音大且舒适)、“B”(听到的声音大到难以忍受)，记作{T,M,C,B}。选用三角形隶属度函数，以计算任一电流信号强度关于各模糊集的隶属度，进而模拟患者对声音信号的主观判断与分类。任一电流信号强度I关于模糊集{T,M,C,B}的隶属度计算如下

3、精确调节动态范围参数

首先，采用以下计算公式给定任意一组在整个动态范围内的测试用电流强度信号

I_test,j,k＝I_initial,j,k+η(I_{initial,j,k+1}-I_initial,j,k)，k＝1,2,3

式中，I_test,j,k满足I_initial,j,1≤I_test,j,k≤I_initial,j,4，η表示0～1的随机数。患者在如图2所示的选项中，针对上述电流强度信号选择听到声响程度刻度。定义图2中不同刻度对应当前声音强度信号关于模糊集的隶属度如下：

刻度1：μ_j,T＝1，μ_j,M＝0，μ_j,C＝0，μ_j,B＝0；

刻度2：μ_j,T＝1～0.7，μ_j,M＝0～0.3，μ_j,C＝0，μ_j,B＝0；

刻度3：μ_j,T＝0.7～0.3，μ_j,M＝0.3～0.7，μ_j,C＝0，μ_j,B＝0；

刻度4：μ_j,T＝0.3～0，μ_j,M＝0.7～1，μ_j,C＝0，μ_j,B＝0；

刻度5：μ_j,T＝0，μ_j,M＝1，μ_j,C＝0，μ_j,B＝0；

刻度6：μ_j,T＝0，μ_j,M＝1～0.7，μ_j,C＝0～0.3，μ_j,B＝0；

刻度7：μ_j,T＝0，μ_j,M＝0.7～0.3，μ_j,C＝0.3～0.7，μ_j,B＝0；

刻度8：μ_j,T＝0，μ_j,M＝0.3～0，μ_j,C＝0.7～1，μ_j,B＝0；

刻度9：μ_j,T＝0，μ_j,M＝0，μ_j,C＝1，μ_j,B＝0；

刻度10：μ_j,T＝0，μ_j,M＝0，μ_j,C＝1～0.7，μ_j,B＝0～0.3；

刻度11：μ_j,T＝0，μ_j,M＝0，μ_j,C＝0.7～0.3，μ_j,B＝0.3～0.7；

刻度12：μ_j,T＝0，μ_j,M＝0，μ_j,C＝0.3～0，μ_j,B＝0.7～1；

刻度13：μ_j,T＝0，μ_j,M＝0，μ_j,C＝0，μ_j,B＝1；

利用式(2)计算得到测试电流强度信号的一组隶属度值，据此确定预估的刻度值x_j,k；依据患者选择确定刻度值y_j,k，将二者进行比对，若x_j,k＝y_j,k则保持动态范围参数的初值不变；若x_j,k≠y_j,k，则依据下式更新动态范围参数的初值

式中，Δ_j,k表示动态范围参数修正偏差。修正完成后，重复测试过程直至满足x_j,k＝y_j,k时，动态范围参数为最终参数。

动态范围参数的自动调试过程如图3所示。首先，设置预调试次数i、通道j均为1，通过逐渐增加电流强度，在患者点击时刻提取电流强度信号I_i,j,k，当满足完成m次预调试之后，计算动态范围参数初值I_initial,j,k。然后，计算测试电流强度信号并开展测试，分别利用隶属度函数确定预估刻度x_j,k和患者选择的实际刻度y_j,k，若x_j,k＝y_j,k则完成当前通道调试，进入下一通道并重复上述调试过程，否则更新动态范围参数初值I_initial,j,k并开展测试直至满足x_j,k＝y_j,k。

本发明提出的一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，先通过预调试完成动态范围参数的粗调节，然后利用构造的主观模糊推理系统预估电流强度信号的程度，并与患者主观选择比对，通过参数更新算法完成动态范围参数的精确调节。其优点在于可不依赖于调试人员经验，仅依靠患者主观选择快速自动调节动态范围参数，且算法简单，占用硬件资源少，易于集成于现有计算机调试软件或手机软件(app)。

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，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而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 (5)

1.一种人工耳蜗动态范围参数的模糊自动调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

向电子耳蜗的通道内输入电流信号，患者根据听觉感受对声音状况进行区分，提取不同声音状况时的电流信号强度；

计算该通道内不同声音状况时的电流信号强度的平均值，将该平均值作为该通道动态范围参数的初值；

以动态范围参数的初值为模糊集中心，构造隶属度函数，并且将该通道输入的电流信号强度范围划分为与不同声音状况相对应的区间；

向电子耳蜗的通道内输入电流信号，使用隶属度函数计算该通道内输入的电流信号强度关于各模糊集的隶属度值，进而通过隶属度函数模拟患者对电流信号强度所属区间的判断与分类；

对每个区间内的动态范围参数进行精确调节，包括以下步骤：

将区间内的电流信号强度分成若干声响程度刻度，定义不同刻度对应当前声音强度信号关于模糊集的隶属度；

给定任意一组在整个区间范围内的电流信号,患者针对上述电流信号选择听到的声响程度刻度；

利用构造的隶属度函数计算给定的电流信号强度关于各模糊集的隶属度值，由此确定给定电流信号的预估的刻度值；

将预估的刻度值与患者选择的刻度值进行比对，若二者相同，则保持动态范围参数的初值不变；若二者不同，则对动态范围参数的初值进行修正；

所述对动态范围参数的初值进行修正的具体方法为：

计算动态范围参数的初值的偏差值，利用该偏差值对动态范围参数的初值进行修正，修正完成后，重复对每个区间内的动态范围参数进行精确调节的过程，直至预估的刻度值与患者选择的刻度值相同时，动态范围参数为最终参数。

2.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于：所述向电子耳蜗的通道内输入电流信号，患者根据听觉感受对声音状况进行区分，提取不同声音状况时的电流信号强度中，输入电流的方法为：

针对电子耳蜗的某一通道，设定电流信号强度缓慢增加，增加过程中患者根据听觉感受，在不同时刻依次点击代表不同声音状况的按钮，在完成最后一次点击时停止电流信号刺激。

3.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于：电流信号强度从最小值开始以调节范围的1％/s的速度增加，电流强度的范围为10μA～1.75mA。

4.根据权利要求2所述的调节方法，其特征在于：所述代表不同声音状况的按钮分为四种，分别为“听到的最小声音”、“听到的声音刚刚好”、“听到的声音大且舒适”、“听到的声音大到难以忍受”。

5.根据权利要求1所述的调节方法，其特征在于：所述以动态范围参数的初值为模糊集中心，构造隶属度函数，并且将该通道输入的电流信号强度范围划分为与不同声音状况相对应的区间中，所述隶属度函数为三角形隶属度函数。