JP2003507148A - マルチレートの蝸牛刺激の方策および装置 - Google Patents

マルチレートの蝸牛刺激の方策および装置

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JP2003507148A JP2001518695A JP2001518695A JP2003507148A JP 2003507148 A JP2003507148 A JP 2003507148A JP 2001518695 A JP2001518695 A JP 2001518695A JP 2001518695 A JP2001518695 A JP 2001518695A JP 2003507148 A JP2003507148 A JP 2003507148A
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ウォルフ・ジョー
マイケル カーター，ポール
ジェフリー パーカー，サイモン
フィアン，ロバート
フランプトン，ニキ
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コックレア リミティド
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Abstract

(57)【要約】 多重電極形の蝸手移植体の相異なる電極用に相異なる割合の刺激を可能にするための改良された処理の技法が開示される。到来する信号がフィルタのアレイ（３５）により処理されるとき、各チャンネルは、振幅（３７）を決定し該チャンネル（３９）における信号の周期を推定するために処理される。振幅および周期の情報は、どの電極が刺激されているかを決定しまた刺激のタイミングを決定するために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は蝸牛移植の人工器官（ｃｏｃｈｌｅａｒ ｉｍｐｌａｎｔ ｐｒｏｓ
ｔｈｅｓｅｓ）に関し、より特定的には患者のピッチおよび音声の知覚を改善す
るために蝸牛の神経構造に刺激を印加する装置および方法に関する。
【０００２】 背景技術 蝸牛移植のシステムは聴力障害をもつ患者を援助するために使用される。より
特定的には、これらのシステムは、周囲の音響を受理しこの音響を対応する電気
信号へ変換するマイクロホン、この電気信号を処理し蝸牛刺激の信号を発生させ
る信号処理手段、および蝸牛刺激の信号を移植されている人の蝸牛に印加する電
極のアセンブリを包含する。これらの電気的な刺激に応答して対応する音響の知
覚が移植されている人に誘発される。
【０００３】 正常の聴力の人間の内耳は、音響に応答する耳の基底の膜の変位を神経におけ
るインパルスに変換する聴覚毛の細胞（ｈａｉｒ ｃｅｌｌｓ）を包含する。正
常の蝸牛の基底の膜の相異なる部分は、音響の相異なる周波数により最大に変位
させられ、それにより低周波数の音響は頂点の部分を最大に変位させより高い周
波数の音響は膜のより基底側の部分の変位を生じさせる。神経のシステムは、膜
の頂点の近傍に位置する聴覚毛のセルから発する神経のインパルスが低い周波数
の音響として知覚され膜のより基底側の位置に近接して位置する聴覚毛のセルか
ら発する神経のインパルスはより高い周波数の音響として知覚される。ピッチに
対する位置のこのマッピングは、蝸牛の空間的配置（ｔｏｎｏｔｏｐｉｃ ａｒ
ｒａｎｇｅｍｅｎｔ）として当業者によく知られている。
【０００４】 機能不全の耳においては、有毛細胞が損傷を受けているか、または、有毛細胞
が存在せず、したがって神経インパルスが発生されない。こうした場合には、音
の知覚を生じさせるように有毛細胞の神経活動を促進するために、電気刺激イン
パルスが人為的に供給されなければならない。
【０００５】 図１を参照すると、この図には典型的な蝸牛インプラントが示されており、こ
の蝸牛インプラントは、音声プロセッサ１を含む外部構成要素と、埋め込まれて
いる受信器および刺激器ユニット６と蝸牛内アレイ１０とを含む内部構成要素と
から成る。外部構成要素は、さらに、音声プロセッサ１と一体である形で示され
ているマイクロホン２を含む。この図では、音声プロセッサは、その音声プロセ
ッサと一体であるマイクロホンと共に耳の背後に嵌り込むことが可能であるよう
に構成されている。音声プロセッサが体の上に着用されかつ別個にマイクロホン
に取り付けられる別の形態も想定されており、さらには、音声プロセッサとマイ
クロホンが患者の体内に埋め込まれる代案も想定されている。本発明はこれらの
代案すべてに対して適用可能である。
【０００６】 こうした蝸牛インプラント装置では、周囲音はマイクロホンによって検出され
、周囲音を表す変換された信号がそれによって生成される。その次に、プロセッ
サユニットが、様々な方法のうちの１つの方法（こうした方法の幾つかをさらに
詳細に後述する）にしたがって、この変換信号を処理し、この処理に基づいて刺
激電流が結合アレイの電極の間で印加される。例えば、「単極」モードの刺激で
は、刺激電流が電極アレイ１０の電極と蝸牛外の電極１１５との間を流れること
が引き起こされてもよい。基底膜８内で生じさせられた神経放電が、聴神経９に
よって着用者の中央神経系に搬送される。
【０００７】 刺激電流が電極１１１のような先端の電極と蝸牛外の電極１１５との間を流れ
る場合には、蝸牛の上述のトノトピック構成のために、刺激電流が根元の電極１
０７と蝸牛外の電極１１５との間を流れる場合に比べて、より低いピッチの聴感
覚がそのプロテーゼの着用者によって知覚されるだろう。さらに別のピッチ情報
が、刺激が配送される速度に応じて着用者に伝送されることも可能である。
【０００８】 刺激信号を生じさせるために信号処理手段が電気信号を操作する仕方に関して
は様々な可能性が存在する。しかし、過去においては、電極の同時刺激は、一般
的に、処理されている実際の音響信号に対して忠実な音の知覚を引き起こすこと
をもたらさないということが指摘されている。これは、電極が同時に刺激される
場合には、電極間の電流通路が相互作用して望ましくない刺激を生じさせる可能
性があるからである。したがって、ほとんどの蝸牛プロテーゼ刺激方法は、１回
につき１つだけの電極によって刺激を行う。
【０００９】 過去においては、蝸牛インプラント刺激方法の設計者たちが、蝸牛インプラン
トの着用者によって知覚される際の話し言葉の了解度を最適化しようと努力して
きた。
【００１０】 最も初期の音声処理および蝸牛刺激方法の１つが、本出願人に交付された米国
特許第４，５３２，９３０号に開示されている。この特許では、音声信号の音声
ピッチを抽出するための専用のフィルタ（Ｆ０）を使用することが開示されてい
る。音声ピッチの周期性が、２つまたは３つの電極に関する刺激の周期性を設定
するために使用される。第２のチャネルと、おそらくは第３のチャネルとが、選
択された周波数帯域内での周期性と振幅とを求めるために分析される。
【００１１】 第２のフィルタと、おそらくは第３のフィルタとから抽出された周期性が、第
２および第３のチャネルに関してどの電極が刺激されるかを選択するために使用
され、一方、チャネルの刺激の周期性が、Ｆ０フィルタからの出力信号の周期性
によって求められる。
【００１２】 別の刺激装置が米国特許第４，２０７，４４１号に説明されている。このシス
テムでは、ｎ個のフィルタの１つにそれぞれ結合されているｎ個の電極が存在す
る。各電極は分析周期１つ毎に１度だけ刺激され、その強度は対応するフィルタ
チャネルの振幅に対応する。このシステムの分析周期は予め決められており、し
たがって、フィルタ出力上の信号には無関係である。
【００１３】 さらに最近では、欧州特許第０ ７４５ ３６３号において、蝸牛のテンポラ
ルな挙動を考慮に入れる刺激システムが開示されている。この特許文献で説明さ
れている発明の一実施形態では、ウェーブレット変換が、電極の刺激シーケンス
を決定するためにテンポラル情報を使用することを目的として、テンポラル情報
を抽出するために使用される。この発明の目的は、急速に変化する可聴周波数ス
ペクトルに応答してテンポラル分解を改善することである。
【００１４】 従来技術の刺激方法を特徴とする蝸牛インプラントの使用者が直面してきた問
題点は、話し言葉の了解度が良好であることが多い一方で、使用者のピッチ知覚
と特に音楽の知覚とが貧弱であるということである。したがって、本発明の目的
は、使用者のピッチ知覚を改善する、マルチチャネル蝸牛インプラントで使用す
るための装置と方法を提供することである。
【００１５】 発明の概要 広い意味で、本発明は、各フィルタチャネルにおける信号の周期性（ｐｅｒｉ
ｏｄｉｃｉｔｙ）に関する情報を、関連チャネルに対応するトノトピック的に配
置された電極に印加される刺激のレート（速度、ｒａｔｅ）の決定における因子
として使用しようとする。このことが、インプラント使用者によるピッチの知覚
の改善を可能にする。この結果として、各電極において実際に生じる刺激の速度
が、その電極に対応するフィルタチャネルにおける信号の周期性に関係付けられ
るだろう。
【００１６】 本発明の１つの観点では、音響信号を電気信号に変換するための変換器と、前
記電気信号に応答しかつ帯域ィルタリングされた複数の信号を作動的に発生させ
る複数の帯域フィルタリング手段と、前記複数の帯域フィルタリングされた信号
に応答しかつ刺激命令を作動的に生成する信号処理手段と、前記刺激命令に応答
する電極駆動手段と、前記刺激命令にしたがって前記蝸牛インプラントプロテー
ゼの使用者に刺激を作動的に送るための、前記電極駆動手段に結合されている電
極アレイとを有するタイプの蝸牛移植の人工器官が提供され、前記信号処理手段
は、 ａ）前記フィルタリングされた信号に応答し、かつ、前記複数のフィルタリン
グされた信号の少なくとも幾つかの各々の周期性を示す周期性信号を作動的に生
成する、周期推定手段と、 ｂ）前記フィルタリングされた信号に応答し、かつ、前記複数のフィルタリン
グされた信号の各々の大きさを示す大きさ信号を作動的に生成する、振幅推定手
段と、 ｃ）各刺激周期中に前記複数のフィルタリングされた信号の中の１つだけのフ
ィルタリングされた信号を選択するように構成されている、前記大きさ信号に応
答する選択手段であって、前記１つのフィルタリングされた信号に作動的にトノ
トピック的に最良に対応する電極によって刺激するための命令を含む前記刺激命
令を生成し、刺激を行うための前記命令は、さらに、前記周期性信号の中の対応
する１つの周期性信号に応じて刺激が生じる時間を指定する選択手段 とを含む。
【００１７】 本発明の他の１つの観点では、本発明は蝸牛移植の人工器官のための処理装置
を提供し、前記プロテーゼは、刺激命令に応答する電極駆動手段と、前記刺激命
令にしたがって前記蝸牛移植の人工器官の使用者に刺激を作動的に送るための、
前記電極駆動手段に結合されている電極アレイとを含むタイプであり、 前記処理装置は、音響信号を電気信号に変換するための変換器に応答し、およ
び、前記電気信号に応答しかつ複数の帯域フィルタリングされた信号を作動的に
生成する複数の帯域フィルタリング手段を含み、さらに、前記信号処理手段は、
前記複数の帯域フィルタリングされた信号に応答しかつ刺激命令を作動的に生成
し、前記信号処理手段は、 ａ）前記フィルタリングされた信号に応答し、かつ、前記複数のフィルタリン
グされた信号の少なくとも幾つかの各々の周期性を示す周期性信号を作動的に生
成する、周期推定手段と、 ｂ）前記複数のフィルタリングされた信号の各々の大きさを示す大きさ信号を
作動的に生成する、前記帯域フィルタに応答する振幅推定手段と、 ｃ）各刺激周期中に前記複数のフィルタリングされた信号の中の１つだけのフ
ィルタリングされた信号を選択するように構成されている、前記大きさ信号に応
答する選択手段であって、前記フィルタリングされた信号に作動的にトノトピッ
ク的に最良に対応する電極によって刺激するための命令を含む前記刺激命令を生
成し、刺激を行うための前記命令は、さらに、前記周期性信号の中の対応する１
つの周期性信号に応じて刺激が生じるための時間を指定する選択手段 とを含む。
【００１８】 本発明のさらに他の観点によって、特有の中心周波数を各々が有する複数の帯
域フィルタを含むタイプの蝸牛移植の人工器官を操作する方法が提供され、前記
フィルタは、対応する複数のフィルタリングされた信号を生成し、前記人工器官
は、さらに、電極アレイに結合されている刺激配送手段を含み、前記方法は、 ａ）幾つかの時間間隔の各々の中で、前記複数のフィルタリングされた信号の
各々に関する振幅と、前記複数のフィルタリングされた信号の少なくとも幾つか
に関する周期性値とを求める段階と、 ｂ）各々の刺激周期中の刺激のための基準として前記信号の中の１つだけの信
号を選択する段階と、 ｃ）段階ｂ）で求められた信号を生じさせる帯域フィルタの中心周波数にトノ
トピック的に最も近い前記電極アレイ中の電極によって刺激電流を印加し、前記
刺激電流は段階ｂ）で求められた信号の周期性値から求められた時間間隔中に印
加される段階 とを含む。
【００１９】 詳細な説明 本発明を特定の具体例を参照しながら説明する。しかし、本発明は、当該の蝸
牛移植のシステムに適合する適切な改変を伴って、様々な形で実現されることが
可能であることを理解されたい。
【００２０】 図１ａを参照すると、この図には、本発明による蝸牛プロテーゼの簡略化され
たハードウェアによる具体例が示されている。音波がマイクロホン１１によって
変換され、こうして生成された電気信号が信号調整モジュール１３によって処理
される。信号調整モジュール１３は、信号をアナログ／ディジタル変換器１５に
よって処理する前にその信号を予増幅して低域フィルタリングするための標準的
な回路を含む。アナログ／ディジタル変換器１５は１６ビットディジタル信号を
生じさせ、この１６ビットディジタル信号はマイクロプロセッサ１７に送られる
。マイクロプロセッサ１７は、ＥＰＲＯＭ１９内に記憶されたプログラムにした
がって動作する。マイクロプロセッサ１７は、そのプログラムにしたがって、ス
イッチャブル電流源モジュール２３に送られる刺激命令シーケンスを生成するた
めにディジタル信号を操作する。スイッチャブル電流源モジュール２３に送られ
る命令は、１つまたは複数の電極から１つまたは複数の他の電極に流れることに
なっている電流の振幅と、刺激電流のタイミングと、刺激のモードとを指定する
。
【００２１】 本明細書では、術語「モード」は、刺激電流が間を流れるべき電極の選択を意
味する。公知の刺激モードは、双極、単極、および、共通接地を含む。印加され
るべき刺激のパラメータを指定する命令を受け取ると、スイッチャブル電流源モ
ジュール２３は、適切な刺激を生成するために電極アレイ２１の個々の電極を内
部の制御可能電流源に接続する。スイッチャブル電流源モジュールの構造は当業
で公知であり、これを本出願人の米国特許第４，５３２，９３０号に見い出すこ
とも可能である。
【００２２】 図２は、説明のために本発明の専用ハードウェアによる具体例を示す。図２は
、マイクロプロセッサ１７によって実行される個別タスクが専用ハードウェアの
形で実現されているように本発明を例示しているが、場合によっては、本発明が
図１Ａの構成によって最も容易に実現されることもある。しかし、読者が最も明
瞭に本発明を理解できるように、本発明を図２を参照して説明する。
【００２３】 図２を参照して、事前調整モジュール１３からのアナログ信号が、サンプリン
グ信号を生成するために、最初にサンプリング装置３１によって１６ｋＨｚでサ
ンプリングされるということに留意されたい。このサンプリングされた信号は２
２通りに分割され、この分割された信号の各々は、信号を４／１オクターブ周波
数帯域にフィルタリングするディジタルフィルタ３５Ａ−３５Ｖに対する入力を
提供する。信号が分割される分割数とサンプリングレートとが、本発明が具体化
されるシステムに適している設計上の選択の問題であるということを理解された
い。
【００２４】 ディジタルフィルタ３５Ａ−３５Ｖは帯域フィルタであり、典型的には１５０
Ｈｚである基準周波数によって対数的に間隔を開けられている。各フィルタは、
３つの２次セクションで実現されている６次Ｃｈｅｂｙｃｈｅｖ Ｔｙｐｅ １
帯域タイプである。１／４オクターブ周波数帯域は次に示す通りである。
【００２５】 フィルタ帯域 下限周波数境界（Ｈｚ） 上限周波数境界（Ｈｚ） Ａ １５０．００ １７８．３８ Ｂ １７８．３８ ２１２．１３ Ｃ ２１２．１３ ２５２．２７ Ｄ ２５２．２７ ３００．００ Ｅ ３００．００ ３５６．７６ Ｆ ３５６．７６ ４２４．２６ Ｇ ４２４．２６ ５０４．５４ Ｈ ５０４．５４ ６００．００ Ｉ ６００．００ ７１３．５２ Ｊ ７１３．５２ ８４８．５３ Ｋ ８４８．５３ １００９．１０ Ｌ １００９．１０ １２００．００ Ｍ １２００．００ １４２７．００ Ｎ １４２７．００ １６９７．１０ Ｏ １６９７．１０ ２０１８．２０ Ｐ ２０１８．２０ ２４００．００ Ｑ ２４００．００ ２８５４．１０ Ｒ ２８５４．１０ ３３９４．１０ Ｓ ３３９４．１０ ４０３６．３０ Ｔ ４０６３．３０ ４８００．００ Ｕ ４８００．００ ５７０８．２０ Ｖ ５７０８．２０ ６７８８．２０
【００２６】 例えば３５Ａのようなディジタルフィルタの各々からの帯域フィルタリングさ
れた信号が、振幅検出モジュール３７Ａと周期推定モジュール３９Ａとに接続さ
れる。振幅検出モジュール３７Ａの出力ＡＭＰ［Ａ］が、フィルタ３５Ａからの
サンプリングされた信号の振幅の推定値を表すディジタル信号である。モジュー
ル３７Ａの構成は、当業者に公知であるように単純であり、一連の比較器に基づ
いていることが可能であるという以外には詳細には説明しない。
【００２７】 周期推定モジュール３９Ａは、フィルタ３５Ａからの信号の正のゼロ交差の間
のサンプリング周期をカウントする。出力信号ＰＥＲＩＯＤ［Ａ］が、「タイム
スライス」単位で表現されるように基準化される。
【００２８】 １つの「タイムスライス」は、電極によって１つの刺激パルスを供給するのに
要する時間である。図３Ｅを参照すると、刺激電流パルスの波形の一例が、予め
決められた振幅の方形波である第１の「位相」１０３を含み、相間ギャップ１０
５と第２の位相１０７とが、第１の位相と同じ大きさと持続時間を有するが蝸牛
内電極と（単極モードにおける）蝸牛外電極との間を反対方向に流れる電流方形
波である。刺激を生成するシステムがその次の刺激を生成するために必要なあら
ゆる操作を行うための時間を有する時間周期１０９、１１１が存在する。刺激を
設定し配送しその刺激の印加から回復するために要する合計時間が１つのタイム
スライスであり、この例では、タイムスライスは約６９ミリ秒の持続時間である
。
【００２９】 この実施形態では、好ましい最大刺激速度は８ｋＨｚであり、一方、好ましい
サンプリングレートは１６ｋＨｚである。したがって、ＰＥＲＩＯＤ［Ａ］は、
２で除算されて端数を丸められた、正方向のゼロ交差の間に生じるサンプルの数
である。ＰＥＲＩＯＤ［Ａ］信号は各周期の終わりに更新される。
【００３０】 ＡＭＰ［Ａ］，．．．，ＡＭＰ［Ｖ］信号とＰＥＲＩＯＤ［Ａ］，．．．，Ｐ
ＥＲＩＯＤ［Ｖ］信号は、帯域フィルタ３５によって監視される周波数帯域の各
々に関してマイクロホン１１によって収集される周囲音に関する大きさ情報およ
び周期情報を含む。振幅検出器３７と周期推定器３９とによって生成された情報
を蝸牛プログラムテーゼの着用者に搬送するために、未来への時間ＰＥＲＩＯＤ
［ｉ］におけるＡＭＰ［ｉ］に対応する電流強度で各々の対応する電極ｅ［ｉ］
を経由して単純に刺激することが可能である。例えば、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ
を参照すると、図３Ａと図３Ｂにプロットされて示されている通りの、振幅検出
モジュール３７Ａと周期推定モジュール３９Ａとによって生成される振幅値と周
期値に対応する、電極ｅ［Ａ］を経由した刺激シーケンスが示されている。周期
［Ａ］が時間ｔ＝０におけるＰ１に等しく、ＡＭＰ［Ａ］がａ１に等しい。した
がって、時間ｔ＝Ｐ１においては、刺激電流が電気振幅Ｉ（ａ１）の電極ｅ［Ａ
］を経由して供給され、ここでＩ（）は、プロテーゼの着用者のダイナミックレ
ンジの中に振幅をマッピングするラウドネス成長関数である。
【００３１】 その次に、周期値Ｐ２と振幅値ａ２とが得られ、さらに別の刺激が振幅Ｉ（ａ
２）の時間ｔ＝Ｐ１＋Ｐ２において供給される。図３Ｃのグラフに示されている
双極電流パルスの刺激シーケンスを生じさせるために、このプロセスが連続的に
繰り返される。上述したように、こうしたプロセスはインプラントの全チャネル
に対して互いに無関係に同時に行われることが可能である（本明細書で使用され
る「チャネル」は、刺激電極と、それに対応するフィルタと周期および振幅推定
モジュールとを意味する）。
【００３２】 ここまで述べてきたシステムでは、周期推定モジュール３９Ａは、単純に最後
の２回の正方向ゼロ交差の間の遅延である周期推定値を生成する。このシステム
がうまく働いている間、個々の周期推定値に何らかのノイズが重なると、システ
ムの性能は劣化されることになる。これを防ぐためには、平滑化された周期推定
値を計算するのが望ましい。
【００３３】 個々の周期推定値は、ディジタル信号処理の分野で知られている平滑化の方法
のいずれかに従う１つの番号順序を構成する。平滑化は、例えば単純なＦＩＲま
たは再帰的ディジタルフィルタ、望ましくは低域フィルタとして実現させてよい
。あるいは、その代わりにメジアンフィルタ等のランク順フィルタを使用しても
よい。ランク順フィルタの場合は、いかなる信号データ誤差も番号順序から完全
に除去する利点がある。従って、周期推定値の順序をディジタルフィルタに適用
し、そのフィルタの出力を取り出すことによって、平滑化された周期推定値が生
成される。平滑化された周期推定値は、次に、フィルタから直近の出力を取り出
し、これを（平滑化されていない）周期推定値の代わりに使用することによって
活用される。
【００３４】 図３Ｄについて説明すると、同図には、電極ｅ［Ｂ］を介する刺激順序が示さ
れている。ここで注目されるのは、刺激パルス１０２が正確に図３Ｃの刺激パル
スＩ（ａ２）と同時に発生することである。このような一致は、使用されるチャ
ネルの数に応じてもっと頻繁に起こる。
【００３５】 ２個以上の電極によって同時に刺激が引き起こされる上述の刺激方式と関連す
る問題点は少なくとも２つある。第１に、上に述べた通り、同時またはほぼ同時
の刺激が、電極間の電流路の同時の相互作用のために、使用者によって知覚され
る音の質の劣化を招くことは、よく知られている。
【００３６】 このことから、多数のチャネルに同時に刺激を加えることは望ましくない。も
うひとつの問題は、同時刺激がきわめて大きい処理電力を必要とし、そのため、
現在利用できる移植蝸牛刺激装置の大多数においてそれが不可能であることであ
る。
【００３７】 上記問題点に鑑み、発明人は、振幅検出器３７と周期推定モジュール３９から
来る情報信号のうちのどれが、使用者に質の高い音を知覚させるように作用する
のに最も適しているかを特定する優先的な工夫を組み入れた。本発明によれば、
どの刺激周期、すなわち“タイムスライス”ｔ０についても、信号ＡＭＰ［Ａ、
ｔ０］、．．．、ＡＭＰ［Ｖ、ｔ０］を大きさ順に並べ、最も大きい大きさを有
する信号ＡＭＰ［Ａ、ｔ０］、．．．、ＡＭＰ［Ｖ、ｔ０］に対応する電極を使
って刺激電流を生成する。（移植された時、電極ｅ［Ａ］、．．．、ｅ［Ｖ］が
音別にフィルタｆＡ、．．．、ｆＶにマップされるので、電極ｅ［Ａ］が最上位
に置かれ、電極ｅ［Ｖ］が最下位に置かれることに注目されたい。）例えば、Ａ
ＭＰ［Ｆ、ｔ０］が所与のタイムスライスにおいて最も大きい大きさを有するこ
とがわかれば、電極ｅ［Ｆ］が、次のタイムスライスｔ１において単極刺激を供
給するのに使用される。
【００３８】 この図式についての更なるバリエーションは、次に大きい大きさの多数の信号
も同じタイムスロットにおいて特定される、例えば、ＡＭＰ［Ｇ、ｔ０］＞ＡＭ
Ｐ［Ｂ、ｔ０］＞ＡＭＰ［Ｋ、ｔ０］がＡＭＰ［Ｆ、ｔ０］の次に大きい大きさ
を有するものと特定されることである。その場合、当該の値がそれぞれＡＭＰ［
Ｇ、ｔ１］、ＡＭＰ［Ｂ、ｔ１］、ＡＭＰ［Ｋ、ｔ１］に割り当てられる。次の
タイムスライスｔ１の間、手順は反復され、ＡＭＰ［Ｇ、ｔ１］が最も大きい大
きさを有するものとして選択され、その結果、ＡＭＰ［Ｇ、ｔ１］＝ＡＭＰ［Ｇ
、ｔ０］に対応する振幅の刺激パルスを供給するために電極ｅ［Ｇ］が選択され
ることになる。この図式を使用することにより、大きい大きさを有する信号（最
も大きいものでなくても）を短時間の遅延の後に使用者に提供することが可能で
ある。発明者は、大体の音響パワーが、長い方の周期と関連した低い方の周波数
帯域を中心として集められるのに対し、短い方の周期と関連した高い方の周波数
帯域には通常ほとんどパワーが無いことを見出した。従って、周波数の高い音の
方が周波数の低い音よりむしろ遅延させられるというのが有力である。
【００３９】 更なる工夫は、周波数の高い方に集中したフィルタからの出力に関して周期推
定値を計算するよりむしろ、例えばフィルタＦＩ、．．．、ＦＶに関しては、周
期推定器３９Ｉ、．．．、３９Ｖを使って、単純に一定の信号、または１．２５
ｍｓの周期を表す周期性値、すなわち、かかる装置がサポートする力を持つ最高
の刺激速度に向かう周期性値を生成するだけとすることである。
【００４０】 以上、帯域濾過された信号の一部または全部について周期推定器を利用するシ
ステムについて述べたが、このシステムをもっと単純な形で実現させることが可
能である。おそらく、フィルタ出力において正方向ゼロ交差が検出されるたびに
刺激がリクエストされよう。タイムスライス当たり１回、各チャネルは、刺激リ
クエストが保留中であるか否か質問される。リクエストが保留中でなければ、ア
クションは必要とされない。正確に１つのリクエストが保留中であれば、そのリ
クエストに呼応して刺激が生成される。
【００４１】 ２つ以上のリクエストが保留中であれば、次のアクションが取られる。リクエ
ストは、対応する帯域濾過信号の振幅別に分類される。最も大きい振幅を有する
帯域濾過信号に呼応して刺激が生成される。次のＮ番目に大きい（望ましくは５
番目に大きい）振幅のリクエストは、タイムスライス１つ分遅延させられる。残
りのどんなリクエストも取り消される。
【００４２】 このシステムは、先に述べたものより簡単に実現できる。しかしながら、これ
には主に２つの欠点がある。周期推定値を利用する先述のシステムは、刺激速度
を制限すべく高い方の周波数チャネルに作用する。これは、直接的には、ほとん
ど情報内容を持たない刺激が回避されるという点で有益である。もっと重要なこ
とに、高周波信号が相対的に大きい振幅を有する場合、より単純なシステムでは
低周波信号の方が完全に失われることになる。周期推定システムの速度制限効果
は、低周波信号が常に通り抜けることを意味することになる。
【００４３】 リクエスト発生器４１−Ａ、．．．、４１−Ｖおよびリクエスト弁別器４３は
、ＡＭＰ［Ａ］、．．．、ＡＭＰ［Ｖ］信号およびＰＥＲＩＯＤ［Ａ］、．．．
、ＰＥＲＩＯＤ［Ｖ］信号からどの電極が刺激されるかを動作的に特定する。で
は次に、前述の図式を実現させるためのリクエスト発生器とリクエスト弁別器の
働きについて、リクエスト発生器４１Ａを参照例に挙げて説明する。
【００４４】 ＡＭＰ［Ａ］信号およびＰＥＲＩＯＤ［Ａ］信号は、リクエスト発生器モジュ
ール４１Ａに入力される。リクエスト発生器へのもうひとつの入力が、現に在る
タイムスライスに対応するＣＬＫ信号である。ＣＬＫ信号は、オーバフロー問題
を回避する係数２５６である。リクエスト発生器４１Ａへの最後の入力は、リク
エスト弁別器４３からのＡＲＢ＿ＣＭＤ［Ａ］である。
【００４５】 リクエスト発生器４１Ａからの出力は、ＴＳＬＩＣＥ［Ａ］およびＲＥＱ＿Ａ
ＭＰ［Ａ］である。
【００４６】 ＴＳＬＩＣＥ［Ａ］は、ＲＥＱ＿ＡＭＰ［Ａ］によって表される振幅値を有す
る刺激の供給されることが発生器４１Ａによって提示される時期を表す。
【００４７】 ＴＳＬＩＣＥ［Ａ］とＰＥＲＩＯＤ［Ａ］とＲＥＱ＿ＡＭＰ［Ａ］とＡＭＰ［
Ａ］の間の関係は、ＡＲＢ＿ＣＭＤ［Ａ］信号によって決められる。ＡＲＢ＿Ｃ
ＭＤ［Ａ］信号は、３つの値ＲＥＱＵＥＳＴ、ＤＥＬＡＹ、ＤＩＳＣＡＲＤのう
ちの１つを取ることができる。
【００４８】 ＡＲＢ＿ＣＭＤ［Ａ］が値ＲＥＱＵＥＳＴをとるとき、 ＲＥＱ＿ＡＭＰ［Ａ］：＝ＡＭＰ［Ａ］；ＴＳＬＩＣＥ［Ａ］：＝ＣＬＫ＋ＰＥ
ＲＩＯＤ［Ａ］であり、 値ＤＥＬＡＹをとるとき、 ＴＳＬＩＣＥ［Ａ］：＝ＴＳＬＩＣＥ［Ａ］＋１であり、 値ＤＩＳＣＡＲＤをとるとき、 アクションを起こさない。
【００４９】 かかる規則の背後の原理は、リクエスト弁別器４３（その動作については簡単
に後述する）が、フィルタ３５Ａからの出力に呼応して刺激パルスを加えるべき
か否か特定すると、値ＲＥＱＵＥＳＴを有するＡＲＢ＿ＣＭＤ［Ａ］信号がリク
エスト発生器４１Ａに送られることによって刺激パルスの振幅とタイミングが次
のタイムスライスで使用可能とされることである。あるいは、ＡＲＢ＿ＣＭＤ［
Ａ］信号が値ＤＥＬＡＹを取ると、対応するＴＳＬＩＣＥ［Ａ］変数が増分され
る。上記規則を実現させるためのリクエスト発生器の構造は、確立された同期デ
ィジタル設計技術に従って容易に獲得される。
【００５０】 リクエスト弁別器モジュール４３は、その入力としてリクエスト発生器４１Ａ
〜４１Ｖの各々からの信号ＴＳＬＩＣＥ［Ａ］、．．．、ＴＳＬＩＣＥ［Ｖ］、
ＲＥＱ＿ＡＭＰ［Ａ］、．．．、ＲＥＱ＿ＡＭＰ［Ｖ］およびＣＬＫ信号を取る
。リクエスト弁別器４３は、電極アレイの電極ｅ［Ａ］、．．．、ｅ［Ｖ］のう
ちのどれを使って刺激を加えるべきか識別する信号Ｐ＿ＣＨＡＮを発生させる。
【００５１】 弁別器モジュールはまた、引き続き述べる通りのスケーリングの後、刺激を加
える時に使用すべき信号の振幅を特定するのに使用される値ＲＥＱ＿ＡＭＰ［Ａ
］、．．．、ＲＥＱ＿ＡＭＰ［Ｖ］を取る信号Ｐ＿ＡＭＰを発生させる。リクエ
スト弁別器モジュール４３は、下記の規則に従って動作する。
【００５２】 １．ＣＬＫに等しい値を有するすべてのＴＳＬＩＣＥ［ｉ］を見つけ出す。 ２．ステップ１で特定されたチャネルのうち、ＲＥＱ＿ＡＭＰ［ｊ］の最も大
きい値を有するＮ個のチャネルを見つけ出す。ステップ１で特定された通りのＲ
ＥＱ＿ＡＭＰ［ｊ］とＴＳＬＩＣＥ［ｊ］の最も大きい値を有するチャネルが見
つけ出されたら、Ｐ＿ＣＨＡＮをｊに設定し、Ｐ＿ＡＭＰをＲＥＱ＿ＡＭＰ［ｊ
］に設定する。これで、刺激が電極ｅ［ｊ］を介して値Ｐ＿ＡＭＰ＝ＲＥＱ＿Ａ
ＭＰ［ｊ］から倍化された振幅をもって向けられることになる。これは、ＡＲＢ
＿ＣＭＤ［ｊ］信号を値ＲＥＱＵＥＳＴに設定することによって遂行される。 ３．次に大きいＮ−１個の振幅値ＲＥＱ＿ＡＭＰ［］を有するチャネルを、次
の刺激のためのセットアップの間に考慮できるよう、タイムスライス１つ分遅延
させる。これは、値ＤＥＬＡＹのＡＲＢ＿ＣＭＤ［］信号を対応するＮ−１個の
リクエスト発生器に送ることによって達成される。
【００５３】 ４．ステップ１で選択されたが、ステップ２で選択されなかった残りのチャネ
ルを捨てる。これは、値ＤＩＳＣＡＲＤのＡＲＢ＿ＣＭＤ［］信号を対応するリ
クエスト発生器に送ることによって達成される。 ５．リクエスト発生器のいずれかが特定の“パルスリクエストなし”信号を送
信中であれば、対応するＡＲＢ＿ＣＭＤ［］信号をＲＥＱＵＥＳＴに設定する。
【００５４】 Ｐ＿ＣＨＡＮ値とＰ＿ＡＭＰ値が特定されると、これらは増音機能モジュール
４７に通される。増音機能モジュールは、Ｐ＿ＡＭＰ値を聴取者のダイナミック
レンジにマップするために人工内耳の使用者の所定の安楽レベルと閾値レベルを
計算に入れる。このようなマッピングは先行技術において知られており、同じ出
願人の米国特許第４，５３２，９３０号に更なる詳細が記述されている。
【００５５】 本発明は、図１の実施例によれば、図２に関して述べた動作を実行するために
、カークリア・リミッテド社（オーストラリア、ニューサウスウェールズ２０６
６、レーン・コーヴ、マールス・ロード１４）から入手できるＳＰｒｉｎｔ音声
プロセッサをプログラムすることによって最も便利な形で実用化される。ＳＰｒ
ｉｎｔ音声プロセッサは、同じ発売元からのＣｌ２４移植蝸牛刺激装置用受信器
／刺激器と結合して使用される。
【００５６】 図４について説明すると、ここには、本発明を実現させるためのソフトウェア
における動作手順全体のブロック図が描かれている。ブロック２０１において、
サンプル周期ごとに音響信号は所要の数のチャネルに濾過される。ブロック２０
２において、各チャネルの信号は分析され、それで、その信号の振幅および周期
が特定される。信号周期の特定は、上に述べた通り、連続するゼロ交差の間の時
間を求めることによって達成される。チャネルごとの信号の振幅と周期の値に基
づき、ブロック２０３は、どのチャネルの信号を刺激付与のためのベースとして
使用すべきかを選択し、そこで、刺激すべき電極を選択する。音量マッピングブ
ロック２０４は、選択された電極についてダイナミックレンジ内で所望の振幅刺
激をマップする機能を果たす。このマッピングのステップは、当業者には良く知
られている。
【００５７】 図５は更に、図４のボックス２０３において実行される動作ステップの詳細を
示す。初期設定時、ブロック２１０において刺激セクタは全部の入力を更新する
。入力内容は、先に述べた通りの振幅と周期の値である。ブロック２１１におい
て、各入力チャネルは、周期の値に基づいて、次の周期のために刺激がリクエス
トされているか否か特定すべくチェックされ、該当するすべてのチャネルが振幅
別に分類される。ブロック２１２において、振幅最大のチャネルを除くすべての
チャネルが後の刺激周期へと遅延させられる。ブロック２１４において、振幅最
大のチャネルは刺激付与のためのベースとして選択され、該チャネルのための入
力は、当該周期に刺激が供給されることを反映すべく更新される。ブロック２１
３は、残りのチャネルの入力を更新することによって該チャネルを捨て、次の周
期（時間ｊ）のためのブロック２１０のプロセスに戻ることによって、プロセス
を完成させる。
【００５８】 以上、本発明を好適な実施例を参照して説明したが、これらは単に発明の原理
の応用を説明するためのものであることが理解されるべきである。従って、特定
的に述べられた実施例は例示的なものであり、添付の特許請求の範囲に制限を加
えるものではないと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、典型的な蝸牛移植の装置を示す。
【図１ａ】 図１ａは、本発明による蝸牛移植の機能要素のブロック図を示す。
【図２】 図２は、本発明による蝸牛移植の人工器官の専用ハードウェアの一形態を示す
。
【図３Ａ】 図３Ａは、図２の振幅推定器モジュールの発生可能な出力のグラフである。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、図３Ａの振幅推定器と同じチャネルの図２の周期推定器モジュール
の発生可能な出力のグラフである。
【図３Ｃ】 図３Ｃは、図３Ａと図３Ｂの振幅推定および周期推定にしたがって電極を経由
して発生させられる刺激電流のグラフである。
【図３Ｄ】 図３Ｄは、図３Ｃのグラフにおける刺激電流と同時に発生する刺激電流を有す
るさらに別の電極を経由して発生させられる刺激電流のグラフである。
【図３Ｅ】 図３Ｅは、単一の刺激電流のグラフである。
【図４】 図４は、図１ａに示されているタイプの装置においてソフトウェアによって本
発明を具体化するのに使用される手順ステップの流れ図である。
【図５】 図５は、図３に表れる四角形の１つの内に含まれる手順上のサブステップの流
れ図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１月２５日（２００２．１．２５）
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１ａ】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ａ】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｂ】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｃ】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｄ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｄ】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３Ｅ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３Ｅ】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 パーカー，サイモン ジェフリー オーストラリア国，ニューサウスウェール ズ 2112，ライド，デブリン ストリート ８／３ (72)発明者 フィアン，ロバート オーストラリア国，ニューサウスウェール ズ 2035，マロウブラ，マリン パレード ５／170 (72)発明者 フランプトン，ニキ オーストラリア国，ニューサウスウェール ズ 2122，イーストウッド，ピックフォー ド アベニュー ６／13 Ｆターム(参考） 4C097 AA29 BB02

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 音響信号を電気信号へ変換するトランスジューサ、該電気信
    号に応答して複数の帯域通過のフィルタされた信号を作動的に発生させる複数の
    帯域通過のフィルタ手段、該複数の帯域通過のフィルタされた信号に応答して刺
    激の指令を作動的に発生させる信号処理手段、該刺激の指令に応答する電極駆動
    手段、および該電極駆動手段に結合され蝸牛移植の人工器官のユーザに対し刺激
    の指令に従い刺激を作動的に供給する電極アレイを有する形式の蝸牛移植の人工
    器官であって、該信号処理手段は、 （ａ）該フィルタされた信号に応答する周期推定の手段であって、少なくとも
    該複数のフィルタされた信号の幾つかの各々のマグニチュードをあらわすマグニ
    チュード信号を作動的に発生させるもの、 （ｂ）該フィルタされた信号に応答する振幅推定の手段であって、少なくとも
    該複数のフィルタされた信号の幾つかの各々の周期をあらわす周期信号を作動的
    に発生させるもの、および、 （ｃ）該マグニチュード信号に応答する選択の手段であって、各刺激期間にお
    いて該複数のフィルタされた信号のうちの１つのフィルタされた信号だけを選択
    するよう構成され、該刺激の指令を発生させるものであり、該刺激の指令は該１
    つのフィルタされた信号に最もよく作動的に対応する電極により刺激を行なう１
    つの指令を包含し該１つの指令は刺激が該周期性の信号の対応する１つに依存し
    て発生する時間をさらに特定するもの、を包含する蝸牛移植の人工器官。
  2. 【請求項２】 該周期推定手段は、フィルタされた信号がゼロを順次に通過
    する時点の間の時間についての値を作動的に決定し、該決定された値に応答して
    該周期性の信号を発生させる、請求項１記載の蝸牛移植の人工器官。
  3. 【請求項３】 該周期推定手段は、該ゼロの順次通過時点の間の時間の以前
    の値にさらに応答し平滑にされた周期推定の値が発生するようにし、この値に応
    答して該周期推定手段は該周期性の信号を発生する、請求項２記載の蝸牛移植の
    人工器官。
  4. 【請求項４】 該周期性の信号は、１つの刺激のパルスを供給するに要する
    時間の整数倍に寸法づけられる、請求項３記載の蝸牛移植の人工器官。
  5. 【請求項５】 該選択の手段は、振幅に応答し、該１つのフィルタされた信
    号を該信号が最大の振幅を有することにもとづいて選択する、請求項１記載の蝸
    牛移植の人工器官。
  6. 【請求項６】 各電極に作動的に供給される刺激のレートは、該周期性の信
    号に応答して相互に相異なるものである、請求項１記載の蝸牛移植の人工器官。
  7. 【請求項７】 蝸牛移植の人工器官用の処理の装置であって、該人工器官は
    、刺激の指令に応答する電極駆動の手段、および該電極駆動の手段に結合され該
    蝸牛移植の人工器官の刺激を該刺激の指令に従ってユーザに作動的に供給する電
    極のアレイを包含する形式のものであり、該処理の装置は、音響信号を電気信号
    に変換するトランスジューサに応答し、複数の帯域通過のフィルタ手段を包含し
    、該帯域通過のフィルタ手段は複数の帯域通過のフィルタされた信号を作動的に
    発生させ、該処理の手段は複数の帯域通過のフィルタされた信号に応答し刺激の
    指令を作動的に発生させるものであり、該処理の手段は、 （ａ）該フィルタされた信号に応答する周期推定の手段であって、少なくとも
    該複数のフィルタされた信号の幾つかの各々のマグニチュードをあらわすマグニ
    チュード信号を作動的に発生させるもの、 （ｂ）該フィルタされた信号に応答する振幅推定の手段であって、少なくとも
    該複数のフィルタされた信号の幾つかの各々の周期をあらわす周期信号を作動的
    に発生させるもの、および、 （ｃ）該マグニチュード信号に応答する選択の手段であって、各刺激期間にお
    いて該複数のフィルタされた信号のうちの１つのフィルタされた信号だけを選択
    するよう構成され、該刺激の指令を発生させるものであり、該刺激の指令は該１
    つのフィルタされた信号に最もよく作動的に対応する電極により刺激を行なう１
    つの指令を包含し該１つの指令は刺激が該周期性の信号の対応する１つに依存し
    て発生する時間をさらに特定するもの、を包含する処理の装置。
  8. 【請求項８】 該周期推定の手段は、該フィルタされた信号による順次のゼ
    ロ通過の間の時間についての値を決定し、この値に応答して該周期性の信号を発
    生させる、請求項７記載の処理の装置。
  9. 【請求項９】 該周期推定の手段は、順次のゼロ通過の間の該時間の以前の
    値にさらに応答し平滑にされた周期推定の値が発生するようにし、この値に応答
    して該周期推定の手段は該周期性の信号を発生させる、請求項８記載の処理の装
    置。
  10. 【請求項１０】 該周期性の信号は、１つの刺激のパルスを供給するに要す
    る時間の整数倍に寸法づけられる、請求項９記載の処理の装置。
  11. 【請求項１１】 該選択の手段は、振幅に応答し、該１つのフィルタされた
    信号を該信号が最大の振幅を有することにもとづいて選択する、請求項７記載の
    処理の装置。
  12. 【請求項１２】 刺激の指令は、各電極に作動的に供給される刺激のレート
    が該周期性の信号に応答して相互に相異なっているとするものである、請求項７
    記載の処理の装置。
  13. 【請求項１３】 蝸牛移植の人工器官を作動させる方法であって、該人工器
    官は複数の帯域通過のフィルタであって各個が特性的な中央周波数を有するもの
    を包含し、該フィルタは対応する複数のフィルタされた信号を発生し、該人工器
    官は電極のアレイに結合された刺激供給の手段をさらに包含しており、該方法は
    、下記の諸段階、 （ａ）幾つかの時間間隔の各々において、該複数のフィルタされた信号の各々
    についての振幅および該複数のフィルタされた信号の少なくとも幾つかについて
    の周期性の値を決定する段階、 （ｂ）該信号のうちの１つだけを、各刺激の周期における刺激の基礎として選
    択する段階、および、 （ｃ）該電極のアレイのうちの１つの電極により帯域通過のフィルタの中央周
    波数に空間的に最も近い状態で刺激の電流を印加し、段階（ｂ）で決定された信
    号を発生させる段階であって、該刺激の電流は段階（ｂ）で決定された信号の周
    期性の値から決定される時間間隔の期間に印加されるもの、 を包含する方法。
  14. 【請求項１４】 該周期性の値は、フィルタされた信号による順次のゼロ通
    過の間の時間についての周期の値を取得し、この周期の値に応答して該周期性の
    信号を発生させることにより決定される、請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 該周期性の値は平滑にされた周期の値を使用して決定され
    、該平滑にされた周期の値は該周期の値の現行のおよび以前の値に応答して決定
    され、該平滑にされた周期の値に応答して該周期性の信号が発生する、請求項１
    ４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 該周期性の値は、該フィルタされた信号のすべてについて
    決定される、請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 段階（ｂ）は、該複数の信号のうちのどれが最大の振幅を
    有するかを決定することを包含する、請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 各電極に作動的に供給される刺激のレートは、該周期性の
    信号に応答して相互に相異なっている、請求項１３記載の方法。
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