JP2014087694A - 広帯域低周波フィルタを用いる電気神経刺激 - Google Patents

Abstract

【課題】人工内耳の移植された多数チャネル電極アレイのために電極刺激信号を生成するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】一群のフィルタ２０３の各フィルタは、電極を有する少なくとも１つのチャネル２０５に関連付けられる。一群のフィルタは１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのピッチ周波数範囲および４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの第１のフォーマット範囲のうちの少なくとも１つを実質的にカバーする周波数を有する広帯域信号ｂ（ｔ）を生成する第１のバンドパスフィルタを含む。第１のバンドパスフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極は、少なくとも部分的に広帯域信号ｂ（ｔ）に基づく電極刺激信号を用いて活性化させられる。フィルタ群は、第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を含み、１つ以上のフィルタは広帯域信号ｂ（ｔ）より高い周波数だけを有する信号を生成し得る。
【選択図】図２

Description

（関連出願の引用）
本出願は、２００７年７月１３日に出願された米国仮特許出願第６０／９４９，６４９号からの優先権を主張し、該仮特許出願は本明細書に参考として援用される。

（発明の分野）
本発明は、電気神経刺激に関し、より詳細には刺激電極に関連した広帯域低周波フィルタを含む人工内耳システムに関する。

人工内耳および他の内耳プロテーゼは、全く耳が聞こえないかまたは非常に聴力の損なわれた人を助ける１つの選択肢である。増幅されかつ修正された音声信号を単に印加する従来の補聴器とは異なり、人工内耳は内耳神経への直接の電気刺激に基づく。典型的には、人工内耳は、正常な聴覚に最も似ている聴覚印象が得られるような方法で、内耳の神経構造を電気的に刺激する。

図１は、典型的な人工内耳システムを有する耳の断面図を示す。正常の耳は、外耳１０１を通って鼓膜１０２に音を伝え、鼓膜１０２は中耳１０３の骨を動かし、中耳１０３は次に、蝸牛１０４を刺激する。蝸牛１０４は、前庭階１０５として公知の上部通路と鼓室階１０６として公知の下部通路とを含み、該上部通路および下部通路は蝸牛管１０７によって接続される。中耳１０３によって送られた受信音に応答して、流体で満たされた前庭階１０５および鼓室階１０６は、波を送る変換器として機能を果たし、蝸牛神経１１３に、そして最終的には脳に伝えられる電気パルスを生成する。周波数処理は、音声の最高周波数成分が処理される蝸牛の基底部位から最低周波数が分析される蝸牛の先端部位に性質が変化するように見える。

一部の人は、正常な感覚神経の聴覚が部分的に欠損または全部欠損している。人工内耳システムは、ユーザの蝸牛１０４を直接に刺激することによってこれを克服するために開発されてきた。典型的な人工内耳は、本質的に２つの部分、すなわちスピーチプロセッサと移植された刺激器１０８とを含む。スピーチプロセッサ（図１に示されていない）は、典型的には、マイクロホンと、全体システム用電源（バッテリ）と、音響信号の信号処理を実行し、刺激パラメータを抽出するために用いられるプロセッサとを含む。最新技術のプロテーゼにおいて、スピーチプロセッサは、耳後方（ｂｅｈｉｎｄ−ｔｈｅ−ｅａｒ）（ＢＴＥ）デバイスである。移植された刺激器は、通常内耳の鼓室階に位置を決められる電極アレイ１１０によって、刺激パターンを生成し、それらのパターンを神経組織に伝える。スピーチプロセッサと刺激器との間の接続は通常、無線周波数（ＲＦ）リンクによって確立される。ＲＦリンクによって、刺激エネルギおよび刺激情報の両方が伝えられることに注意されたい。典型的には、数百ｋＢｉｔ／ｓのビットレートを使用するデジタルデータトランスファプロトコルが用いられる。

人工内耳に対する標準の刺激方法の一例は、「連続インターリーブサンプリング戦略（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ−Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｔｒａｔｅｇｙ）」（ＣＩＳ)と呼ばれ、これはＢ．Ｗｉｌｓｏｎによって開発された。（例えば、本明
細書に全体が参考として援用される、Ｗｉｌｓｏｎ ＢＳ、Ｆｉｎｌｅｙ ＣＣ、Ｌａｗｓｏｎ ＤＴ、Ｗｏｌｆｏｒｄ ＲＤ、Ｅｄｄｉｎｇｔｏｎ ＤＫ、Ｒａｂｉｎｏｗｉｔｚ ＷＭ、「Ｂｅｔｔｅｒ ｓｐｅｅｃｈ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃｏｃｈｌｅａｒ ｉｍｐｌａｎｔｓ」、Ｎａｔｕｒｅ、ｖｏｌ．３５２、２３６−２３８、１９９１年７月を参照されたい）。スピーチプロセッサにおけるＣＩＳに対する信号処理は、典型的には以下のステップを含む。
１．フィルタ群によって可聴周波数範囲をスペクトルバンドに分割する。
２．各フィルタ出力信号の包絡線検出
３．包絡線信号の瞬間非線形圧縮（ｍａｐ ｌａｗ）
４．閾値（ＴＨＲ）および最も快適な音の大きさ（ＭＣＬ）レベルへの適応

蝸牛の空間的構成に従って、鼓室階の各刺激電極は、外部フィルタ群のバンドパスフィルタに関連付けられる。刺激のために、対称二相電流パルスが印加される。刺激パルスの振幅は、圧縮された包絡線信号から直接得られる（上記のステップ（３））。これらの信号は、順次サンプリングされ、刺激パルスは、厳密に重複のないシーケンスで印加される。従って、典型的なＣＩＳ特徴として、一度に１つのみの刺激チャネルが作動する。全体刺激速度は、比較的高い。例えば、１８ｋｐｐｓの全体刺激速度を仮定し、１２チャネルのフィルタ群を用いると、１チャネル当りの刺激速度は１．５ｋｐｐｓである。１チャネル当りのそのような刺激速度は通常、適切な包絡線信号の時間的表現に十分である。

最大の全体刺激速度は、１パルス当りの最小の位相継続時間によって制限される。位相継続時間は、恣意的に短く選ばれることができない。なぜなら、パルスが短ければ短いほど、電流振幅は神経の活動電位を引き出すために高くなる必要があり、電流振幅は様々な実用上の理由のために制限される。１８ｋｐｐｓの全体刺激速度を有する１２チャネルシステムに関して、位相継続時間は２７μｓであり、これは下限である。

ＣＩＳは本質的に、個々のチャネルにおける包絡線情報を表す。時間的キュー、例えばピッチ周波数の包絡線信号の変化は、ある程度提示される。チャネル特定サンプリングシーケンス（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ）（ＣＳＳＳ）概念（例えば、本明細書にその全体が参考として援用される特許文献１「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｎｅｒｖｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ」を参照されたい）によって、時間的情報の量は著しく増加する。バンドパス出力信号の時間的変化（時々「時間的微細構造情報」と呼ばれる）は、典型的には約１ｋＨｚまでのより低い周波数範囲において表される。それで、典型的な刺激設定は、低周波ＣＳＳＳチャネルと高周波ＣＩＳチャネルとの混合を含み得る。各ＣＳＳＳチャネルに対して、特定の正規化された一連の超高速刺激パルスが定義される。刺激に対して、関連したバンドパスフィルタ出力の零交差が検出され、各零交差は、そのような所定のシーケンスをトリガし、それによってシーケンスは、バンドパス出力の瞬間包絡線から引き出された因子によって重みを付けられる。

ＣＳＳＳに対する十分に高い時間軸分解度を可能にするため、同時刺激に対する「チャネル相互作用補償（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）（ＣＩＣ）」（例えば、本明細書にその全体が参考として援用される、名称が「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｎｅｒｖｅ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ」である特許文献１を参照されたい）または「選択されたグループ（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｇｒｏｕｐ）（ＳＧ）」アルゴリズム（例えば、本明細書にその全体が参考として援用される、名称が「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｎｅｒｖｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｇｒｏｕｐｓ」である特許文献２を参照されたい）などの支援概念が利用され得る。

しかしながら、空間チャネル相互作用は電位の分配を引き起こし、このことが意図しない聴覚印象につながり得る。２つの隣接する刺激電極１および２がそれぞれ１００Ｈｚおよび２００ＨｚのＣＳＳＳ繰返し数を有するシーケンスを生成すると仮定されたい。空間チャネル相互作用のために、２００Ｈｚシーケンスは、電極１に近い位置において１００Ｈｚシーケンスを歪ませ、例えば２００Ｈｚの聴覚印象につながり得る（オクターブ不全）。逆もたま同様に、１００Ｈｚシーケンスは、電極２の近辺において２００Ｈｚシーケンスを歪ませ、聞こえ得る追加の１００Ｈｚの音調を引き起こし得る。互の歪の量は、２つのシーケンス間の正確な位相関係およびチャネル相互関係に従い得る。

米国特許第６，５９４，５２５号明細書 米国特許出願公開第２００５０２０３５８９号明細書

（発明の概要）
本発明の一実施形態に従って、人工内耳の移植された多数チャネル電極アレイのために電極刺激信号を生成する方法が提示される。方法は、一群のフィルタを用いて音響可聴信号を処理することを含む。一群のフィルタの各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられる。一群のフィルタは、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのピッチ周波数範囲および４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの第１のフォーマット範囲のうちの少なくとも１つを実質的にカバーする周波数を有する広帯域信号ｂ（ｔ）を生成する第１のバンドパスフィルタを含む。第１のバンドパスフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極は、少なくとも部分的に広帯域信号ｂ（ｔ）に基づく電極刺激信号を用いて活性化させられる。

本発明の関係する実施形態に従って、少なくとも１つの電極は、蝸牛の先端領域に配置され得る。１つの電極だけが第１のバンドパスフィルタに関連付けられ得る。代わりに少なくとも２つの電極が、第１のバンドパスフィルタに関連付けられ得る。少なくとも２つの電極は、例えば符号相関関係のパルスを用いて同時に活性化され得る。少なくとも２つの電極は、同じ電極刺激パルスを用いて同時に活性化され得る。少なくとも２つの電極を活性化させることは、蝸牛内の全体の先端領域を刺激することを含み得る。

本発明のさらなる関係する実施形態に従って、方法は、第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を活性化させることをさらに含み、１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）より高い周波数を有する信号を生成する。１つ以上のフィルタは、高帯域信号ｂ（ｔ）よりも高い周波数だけを有する信号を生成する。第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を活性化させることは、連続インターリーブサンプリング方法（ＣＩＳ）を用いることおよび／またはチャネル相互作用補償（ＣＩＣ）を用いることを含む。

本発明のなおもさらなる関係する実施形態に従って、方法は、選択されたグループ（ＳＧ）アルゴリズムを用いることをさらに含み得る。第１のバンドパスフィルタに関連した少なくとも１つの電極は、チャネル相互作用を実質的に回避するように、多数チャネル電極アレイにおいて他の電極から所定の空間距離をおき配置され得る。広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に４００Ｈｚより低い周波数に制限され得る。広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に１０００Ｈｚより低い周波数に制限され得る。

本発明の別の実施形態に従って、移植された電極アレイのために電極刺激信号を生成する方法が提示される。方法は、一群のフィルタを提供する。各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられる。さらに、各フィルタは、一式のバンドパス信号を生成するように可聴周波数のバンドに関連付けられる。音響可聴信号は、一群のフィルタを用いて処理される。各チャネルの電極のために、刺激情報は、チャネルに関連するバンドパス信号から抽出され、電極刺激信号を定義する一式の刺激事象信号を生成する。電極刺激信号は、移植された電極アレイにおける電極への一式の出力電極パルスに発達させられる。一群のフィルタを提供することは、電極間の低周波チャネルの相互作用を回避するように、フィルタおよび関連したバンドパス信号を決定することを含む。

本発明の関係する実施形態に従って、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのピッチ周波数範囲は、一群のフィルタの単一のバンドパスフィルタによってカバーされ得る。４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの第１のフォーマット範囲は、一群のフィルタの単一のバンドパスフィルタによってカバーされ得る。一群のフィルタの単一のバンドパスフィルタは、１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚのピッチ周波数範囲をカバーし得る。

本発明の別の実施形態に従って、人工内耳システムは、電極刺激信号を用いて、聴神経組織を刺激するための複数の刺激電極を有する多数チャネル電極アレイを含む。プリプロセッサは、音響可聴信号を処理し、プロセッサは、一群のフィルタを含む。一群のフィルタの各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられる。一群のフィルタは、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのピッチ周波数範囲および４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの第１のフォーマット範囲のうちの少なくとも１つを実質的に含む、周波数を有する広帯域信号ｂ（ｔ）を生成する第１のバンドパスフィルタを含む。刺激モジュールは、少なくとも部分的に広帯域信号ｂ（ｔ）に基づく電極刺激信号を用いて第１のバンドパスフィルタに関連づけられた少なくとも１つの電極を活性化させる。

本発明の関係する実施形態に従って、１つの電極だけが第１のバンドパスフィルタに関連付けられ得る。代わりに、少なくとも２つの電極が、第１のバンドパスフィルタに関連付けられ得る。刺激モジュールは、同じ電極刺激信号を用いて少なくとも２つの電極を同時に活性化させ得る。

本発明のさらなる関係する実施形態に従って、フィルタ群は、第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を含み、１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）よりも高い周波数を有する信号を生成し得る。１つ以上のフィルタは、高帯域信号ｂ（ｔ）よりも高い周波数だけを有する信号を生成し得る。

本発明のなおもさらなる関係する実施形態に従って、刺激モジュールは、連続インターリーブサンプリング方法（ＣＩＳ）またはチャネル相互作用補償（ＣＩＣ）を用い、第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を活性化させ得る。

本発明のなおもさらなる関係する実施形態に従って、選択されたグループ（ＳＧ）アルゴリズムが用いられ得る。第１のバンドパスフィルタに関連した少なくとも１つの電極は、チャネル相互作用を実質的に回避するように、多数チャネル電極アレイにおいて他の電極から空間距離をおき配置され得る。広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に４００Ｈｚより低い周波数に制限され得る。広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に１０００Ｈｚより低い周波数に制限され得る。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
人工内耳の移植された多数チャネル電極アレイのために電極刺激信号を生成する方法であって、該方法は、
一群のフィルタを用いて音響可聴信号を処理することであって、該一群のフィルタの各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられており、該一群のフィルタは、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのピッチ周波数範囲および４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの第１のフォーマット範囲のうちの少なくとも１つを実質的にカバーする周波数を有する広帯域信号ｂ（ｔ）を生成する第１のバンドパスフィルタを含む、ことと、
少なくとも部分的に該広帯域信号ｂ（ｔ）に基づく電極刺激信号を用いて該第１のバンドパスフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極を活性化させることと
を包含する、方法。
（項目２）
１つの電極だけが前記第１のバンドパスフィルタに関連付けられている、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記少なくとも１つの電極を活性化させることは、少なくとも２つの電極を活性化させることを含む、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記少なくとも２つの電極を活性化させることは、蝸牛内の全体の先端領域を刺激することを含む、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記少なくとも２つの電極を活性化させることは、同じ電極刺激信号を用いて該少なくとも２つの電極を同時に活性化させることを含む、項目３に記載の方法。
（項目６）
前記少なくとも１つの電極は、蝸牛の先端領域に配置される、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を活性化させることをさらに包含し、該１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）より高い周波数を有する信号を生成する、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）よりも高い周波数だけを有する信号を生成する、項目７に記載の方法。
（項目９）
前記第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を活性化させることは、連続インターリーブサンプリング方法（ＣＩＳ）を用いることを含む、項目７に記載の方法。
（項目１０）
チャネル相互作用補償（ＣＩＣ）を用いることをさらに包含する、項目７に記載の方法。
（項目１１）
選択されたグループ（ＳＧ）アルゴリズムを用いることをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目１２）
チャネル相互作用を実質的に回避するように、多数チャネル電極アレイにおいて他の電極から所定の空間距離をおき前記第１のバンドパスフィルタに関連した少なくとも１つの電極を配置することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に４００Ｈｚより低い周波数に制限される、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に１０００Ｈｚより低い周波数に制限される、項目１に記載の方法。
（項目１５）
移植された電極アレイのために電極刺激信号を生成する方法であって、該方法は、
一群のフィルタを提供することであって、各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられ、各フィルタは、一式のバンドパス信号を生成するように可聴周波数のバンドに関連付けられる、ことと、
該一群のフィルタを用いて音響可聴信号を処理することと、
各チャネルの電極のために、チャネルに関連するバンドパス信号から刺激情報を抽出し、電極刺激信号を定義する一式の刺激事象信号を生成することと、
該移植された電極アレイにおける該電極への一式の出力電極パルスに該電極刺激信号を発達させることとを包含し、
該一群のフィルタを提供することは、電極間の低周波チャネルの相互作用を回避するように、該フィルタおよび関連したバンドパス信号を決定することを含む、方法。
（項目１６）
前記一群のフィルタを提供することは、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのピッチ周波数範囲を含む、該一群のフィルタに単一のバンドパスフィルタを提供することを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記一群のフィルタを提供することは、４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの第１のフォーマット範囲を含む、該一群のフィルタに単一のバンドパスフィルタを提供することを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
前記一群のフィルタを提供することは、１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの周波数範囲を含む、該一群のフィルタに単一のバンドパスフィルタを提供することを含む、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
電極刺激信号を用いて、聴神経組織を刺激するための複数の刺激電極を有する多数チャネル電極アレイと、
音響可聴信号を処理するプリプロセッサであって、該プロセッサは、一群のフィルタを含み、該一群のフィルタの各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられ、該一群のフィルタは、１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのピッチ周波数範囲および４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの第１のフォーマット範囲のうちの少なくとも１つを実質的に含む、周波数を有する広帯域信号ｂ（ｔ）を生成する第１のバンドパスフィルタを含む、プリプロセッサと、
少なくとも部分的に該広帯域信号ｂ（ｔ）に基づく電極刺激信号を用いて該第１のバンドパスフィルタに関連づけられた少なくとも１つの電極を活性化させるための刺激モジュールと
を備えている、人工内耳システム。
（項目２０）
１つの電極だけが前記第１のバンドパスフィルタに関連付けられる、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
少なくとも２つの電極が、前記第１のバンドパスフィルタに関連付けられる、項目１９に記載のシステム。
（項目２２）
前記刺激モジュールは、同じ電極刺激信号を用いて前記少なくとも２つの電極を同時に活性化させる、項目２１に記載のシステム。
（項目２３）
さらに前記フィルタ群は、前記第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した少なくとも１つの電極を含み、該１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）より高い周波数を有する信号を生成する、項目１９に記載のシステム。
（項目２４）
前記１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）よりも高い周波数だけを有する信号を生成する、項目２３に記載のシステム。
（項目２５）
前記刺激モジュールは、連続インターリーブサンプリング方法（ＣＩＳ）を用い、前記第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連した前記少なくとも１つの電極を活性化させる、項目２３に記載のシステム。
（項目２６）
前記刺激モジュールは、チャネル相互作用補償（ＣＩＣ）を用いる、項目１９に記載のシステム。
（項目２７）
選択されたグループ（ＳＧ）アルゴリズムを用いることをさらに備えている、項目１９に記載のシステム。
（項目２８）
前記第１のバンドパスフィルタに関連した前記少なくとも１つの電極は、チャネル相互作用を実質的に回避するように、前記多数チャネル電極アレイにおいて他の電極から空間距離をおき配置される、項目１９に記載のシステム。
（項目２９）
前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に４００Ｈｚより低い周波数に制限される、項目１９に記載のシステム。
（項目３０）
前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に１０００Ｈｚより低い周波数に制限される、項目１９に記載のシステム。

本発明の前述の特徴は、添付の図面が参照されて、以下の詳細な説明を参照することによって、より容易に理解される。

図１は、典型的な人工内耳システムを有する耳の断面図を示す。 図２は、本発明の一実施形態に従う人工内耳システム２０１を示す。 図３Ａは、本発明の一実施形態に従う、［１００Ｈｚ−４００Ｈｚ］の範囲においてフィルタリングされた広帯域信号を示す。図３Ｂは、本発明の一実施形態に従う、図３Ａの広帯域信号の半波整流されたバージョンを示す。図３Ｃは、本発明の一実施形態に従う、約５ｋＨｚの速度でサンプリングされた広帯域信号の半波整流されたバージョンを示す。

（発明の詳細な説明）
例示的実施形態において、人工内耳システムおよび方法は、時間的微細構造情報を含む競合する隣接するチャネル間の歪が回避されるように、時間的微細構造情報を含む、単一または最小の数の（広帯域）信号を提供する。詳細は以下に論議される。

図２は、本発明の一実施形態に従う人工内耳システム２０１を示す。上記のように、人工内耳システム２０１は、２つの部分、すなわち外部のスピーチプロセッサと移植された刺激器１０５とを有し得る（図１を参照されたい）。システム２０１は、スピーチプロセッサおよび／または刺激器１０５に一体化されたコントローラによって少なくとも部分的に実装され得る。コントローラは、限定することなく、適切なソフトウェアプログラムがロードされるように事前にプログラムされるかまたは構成され得る回路および／またはプロセッサを含み得る。

人工内耳システム２０１は、一群のフィルタ２０３を含み、フィルタ２０３は、限定することなく、スピーチプロセッサにおいて実装され得る。各フィルタ２０３は、一式のバンドパス信号を生成するように、可聴周波数のバンドに関連し、各バンドパス信号はフィルタのうちの１つに関連する周波数のバンドに対応する。

各フィルタは、電極２０７を有する少なくとも１つのチャネル２０５に関連付けられる。各チャネル２０５は、限定することなく、半波整流器２０９、サンプリングモジュール２１１、包絡線検出器、および／または圧縮器をさらに含み得る。示されるように、そして限定することなく、各チャネルを通過する音響可聴信号２０２は、このようにフィルタリングされ、少なくとも部分的に電極刺激信号を生成するように整流されそしてサンプリングされるバンドパス信号を生成し得、該電極刺激信号は次いで、チャネルの関連した電極２１０に提供される。典型的には、基本刺激波形は次いで、限定することなく、対称の二相パルスである。電極は、遠隔接地電極が用いられる単極構成または二極構成で配置され得、各活性電極は対応する基準電極を有する。

本発明の例示的な実施形態において、一群のフィルタ２０３は、所定の低周波範囲をカバーする広帯域信号ｂ（ｔ）を提供するバンドパスフィルタ２１２を含む。様々な実施形態において、広帯域信号ｂ（ｔ）は、フィルタアレイにおける唯一の信号であり、該フィルタアレイは、時間的微細構造情報を伴い（典型的には周波数≦１０００Ｈｚを伴う）、様々な実施形態において概して容認し得る、群における他のフィルタからの最小量のフィルタロールオフを備えている。広帯域周波数範囲は、限定することなく、典型的には１００Ｈｚ〜４００Ｈｚであるピッチ周波数範囲を含み得る。別の実施形態において、広帯域周波数範囲は、典型的には４００Ｈｚ〜１０００Ｈｚである第１のフォルマントの範囲を含み得る。さらに別の実施形態において、広帯域周波数範囲は、典型的には１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚであるピッチプラス第１のフォルマントの範囲を含む。

ｂ（ｔ）の半波整流バージョンは、典型的には５〜１０ｋＨｚの速度でサンプリングされる。ＣＩＳと同様に、各サンプルは、刺激パルスの振幅を定義するために、少なくとも部分的に用いられる。典型的には、各サンプル値は、圧縮され（非線形瞬時圧縮、（ｍａｐ ｌａｗ））、次いで閾値および患者の最も快適な音の大きさ要求に適合され得る。時間的ファイン構造情報を含むただ１つの広帯域信号を与えることによって、時間的ファイン構造情報を含む競合する隣接するチャネル間の歪は、従って回避される。

広帯域信号ｂ（ｔ）は、限定することなく、他のＣＩＳチャネルと組み合わせて用いられ得る。十分に高い時間軸分解度が、例えばＣＩＳチャネルと組み合わせて広帯域信号ｂ（ｔ）を表すことを可能にするために、「チャネル相互作用補償（ＣＩＣ）」または「選択されたグループ（ＳＧ）」アルゴリズムなどの支援概念が用いられ得る。ＣＩＣを用いて、電極刺激パルスの振幅（これは、限定することなく、同時に活性化される符号相関パルスであり得る）は、各電極からの電界のジオメトリックな重なりを反映する空間チャネル相互作用のパラメータを考慮に入れることによって計算される。概して、ＳＧアルゴリズムを用いて、高い空間チャネル相互作用を有する電極は通常、「選択されたグループ」を確立するために選択される。「選択されたグループ」内において、空間チャネル相互作用によってマスクされる刺激パルスは、単純な「最大振幅」基準に基づいて検出され、これらのパルスは印加されない。従って、各刺激サイクルに対して、「選択されたグループ」内の最高振幅を有する若干数の電極（その数はプログラム可能である）が、刺激の前に検出される。これらの電極のみの刺激が１つの特定の刺激サイクル中に実行され、この刺激は順次的または同時的であり得る。選択されたグループのメンバは、蝸牛部位が十分な刺激を得るように、十分な空間チャネル相互作用を有するべきである。電極刺激信号を提供するときに用いられるアルゴリズムは、適切なソフトウェアプログラムがロードされるように事前にプログラムされるかまたは構成され得る回路および／またはプロセッサを用いて実装され得る。

本発明の一実施形態に従う広帯域信号に関連した処理の示される例は、図３Ａ〜図３Ｃに提示される。図３Ａは、範囲［１００Ｈｚ〜４００Ｈｚ］においてフィルタリングされた広帯域信号を示す。図３Ｂは、広帯域信号の半波整流されたバージョンを示す。図３Ｃは、約５ｋＨｚの速度でサンプリングされた広帯域信号の半波整流されたバージョンを示し、ここで、各垂直線は１つの刺激パルスを表す。例示のためにここで、瞬間圧縮ならびに閾値（ＴＨＲ）および最も快適な音の大きさ（ＭＣＬ）レベルへの適合が省略されていることに注意されたい。

本発明の一実施形態に従って、結果として生じる広帯域シーケンスは、１つの先端低周波チャネルおよび関連した電極に印加され得る。全体の刺激構成は次いで、この低周波広帯域チャネルと、より高い周波数範囲におけるＣＩＳチャネルとから成る。ＣＩＳチャネルは、実質的に、広帯域シーケンスに関連した周波数より高い周波数だけを扱い得る。

本発明の別の実施形態に従って、結果として生じる広帯域シーケンスは、１つの頂点低周波チャネルおよび関連した電極に印加され得、第１の隣接するＣＩＳチャネルまでの特定の空間距離が、広帯域チャネルとＣＩＳチャネルとの間のチャネル相互作用による影響を実質的に減少させるように維持される。例えば、１つ以上の電極は不活性に切り換えられ得る。

本発明のなおも別の実施形態に従って、広帯域シーケンスは、いくつかの頂点低周波チャネルおよび関連した電極に同時に印加され得、その結果、蝸牛内の全体の先端領域が1
つのみのシーケンスによって刺激される。

本発明のなおも別の実施形態に従って、広帯域シーケンスは、いくつかの頂点低周波チャネルに同時に印加され得、第１の隣接するＣＩＳチャネルまでの特定の空間距離が維持される。例えば、１つ以上の電極は不活性に切り換えられ得る。

本発明の実施形態は、任意の従来のコンピュータプログラミング言語で実装され得る。例えば、好ましい実施形態は、手続きプログラミング言語（例えば、「Ｃ」）またはオブジェクト指向プログラミング言語（例えば、「Ｃ＋＋」、パイソン）で実装され得る。本発明の代替の実施形態は、事前にプログラムされたハードウェア要素、他の関係する構成要素として、またはハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との組み合わせとして実装され得る。

実施形態は、コンピュータシステムと共に使用するためのコンピュータプログラム製品として実装され得る。そのような実装は、コンピュータ読取り可能媒体（例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、または固定ディスク）などの有形媒体に固定されるか、またはモデムもしくは媒体によってネットワークに接続された通信アダプタなどの他のインタフェースデバイスを介してコンピュータシステムに送信可能であるかのいずれかの一連のコンピュータ命令を含み得る。媒体は、有形媒体（例えば、光通信回線またはアナログ通信回線）、または無線技術（例えば、マイクロ波技術、赤外線技術または他の送信技術）を用いて実装される媒体のいずれかであり得る。一連のコンピュータ命令は、システムに対して本明細書において前に説明された機能性のすべてまたは一部を具体化する。当業者は、そのようなコンピュータ命令が多くのコンピュータアーキテクチャまたはオペレーティングシステムと共に使用するために多数のプログラミング言語で書かれ得ることは理解する。さらに、そのような命令は、半導体メモリデバイス、磁気メモリデバイス、光メモリデバイスまたは他のメモリデバイスなどの任意のメモリデバイスに記憶され得、光送信技術、赤外線送信技術、マイクロ波送信技術または他の送信技術などの任意の通信技術を用いて送信され得る。そのようなコンピュータプログラム製品は、プリントされた文書または電子文書（例えば、シュリンクラップのソフトウェア）が添付された取外し可能媒体として販売されるか、コンピュータシステムに事前にロードされるか（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスクに）、またはネットワーク（例えば、インターネットまたはＷｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ）を介してサーバまたは電子掲示板から配布され得ることが予期される。もちろん本発明の一部の実施形態は、ソフトウェア（例えば、コンピュータプログラム製品）とハードウェアとの両方の組み合わせとして実装され得る。本発明のさらに他の実施形態は、完全にハードウェアまたは完全にソフトウェア（例えばコンピュータプログラム製品）として実装される。

本発明の説明された実施形態は単なる例示であることが意図され、多くの変形および修正が当業者にとって明らかである。すべてのそのような変形および修正は添付の特許請求の範囲に定義されるように本発明の範囲内にあることが意図される。

Claims (22)

1. 多数チャネル電極アレイのために電極刺激信号を生成する方法であって、該方法は、
   一群のフィルタを用いて音響可聴信号を処理することであって、該一群のフィルタの各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられており、該一群のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）を生成する第１のバンドパスフィルタを含む、ことと、
   該広帯域信号ｂ（ｔ）に関連付けられた時間的微細構造情報を保ちながら、該ｂ（ｔ）をサンプリングすることと、
   少なくとも部分的に該サンプリングされた広帯域信号ｂ（ｔ）に基づく電極刺激信号を用いて該第１のバンドパスフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極を活性化させることと、
   該第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極を活性化させることであって、該第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極を活性化させることは、連続インターリーブサンプリング方法（ＣＩＳ）を用いることを含む、ことと
   を包含する、方法。
2. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に４００Ｈｚより低い周波数に制限される、請求項１に記載の方法。
3. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、さらに、実質的に１００Ｈｚより高い周波数に制限される、請求項２に記載の方法。
4. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に１０００Ｈｚより低い周波数に制限される、請求項１に記載の方法。
5. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、さらに、実質的に１００Ｈｚより高い周波数に制限される、請求項４に記載の方法。
6. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）をサンプリングすることは、５〜１０ｋＨｚのサンプリングレートで行われる、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のバンドパスフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極を活性化させることは、刺激パルスの振幅を定義するために前記サンプリングされた広帯域信号ｂ（ｔ）の各サンプルを用いることを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１のバンドパスフィルタ以外の前記１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）よりも高い周波数だけを有する信号を生成する、請求項１に記載の方法。
9. 十分に高い時間軸分解度を可能とするように、チャネル相互作用補償（ＣＩＣ）を用いることをさらに包含し、ＣＩＣにおいて、各電極からの電界のジオメトリックな重なりを反映する空間チャネル相互作用のパラメータを考慮に入れることによって前記電極刺激信号の振幅が計算される、請求項１に記載の方法。
10. 十分に高い時間軸分解度を可能とするように、選択されたグループ（ＳＧ）アルゴリズムを用いることをさらに包含し、ＳＧアルゴリズムにおいて、確立された電極グループ内の電極が振幅の関数として刺激される、請求項１に記載の方法。
11. チャネル相互作用を実質的に回避するように、前記多数チャネル電極アレイにおいて他の電極から所定の空間距離をおき前記第１のバンドパスフィルタに関連付けられた前記少なくとも１つの電極を配置することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
12. 電極刺激信号を用いて、聴神経組織を刺激するための複数の刺激電極を有する多数チャネル電極アレイと、
    音響可聴信号を処理するプリプロセッサであって、該プロセッサは、一群のフィルタを含み、該一群のフィルタの各フィルタは電極を有する少なくとも１つのチャネルに関連付けられ、該一群のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）を生成する第１のバンドパスフィルタを含む、プリプロセッサと、
    該広帯域信号ｂ（ｔ）に関連付けられた時間的微細構造情報を保ちながら、該ｂ（ｔ）をサンプリングするサンプリングモジュールと、
    少なくとも部分的に該サンプリングされた広帯域信号ｂ（ｔ）に基づく電極刺激信号を用いて該第１のバンドパスフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極を活性化させるための刺激モジュールであって、該刺激モジュールは、連続インターリーブサンプリング方法（ＣＩＳ）を用いて、該第１のバンドパスフィルタ以外の１つ以上のフィルタに関連付けられた該少なくとも１つの電極を活性化させる、刺激モジュールと
    を備えている、人工内耳システム。
13. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に４００Ｈｚより低い周波数に制限される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、さらに、実質的に１００Ｈｚより高い周波数に制限される、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、実質的に１０００Ｈｚより低い周波数に制限される、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）は、さらに、実質的に１００Ｈｚより高い周波数に制限される、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記広帯域信号ｂ（ｔ）をサンプリングすることは、５〜１０ｋＨｚのサンプリングレートで行われる、請求項１２に記載のシステム。
18. 前記第１のバンドパスフィルタに関連付けられた少なくとも１つの電極を活性化させることは、刺激パルスの振幅を定義するために前記サンプリングされた広帯域信号ｂ（ｔ）の各サンプルを用いることを含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記第１のバンドパスフィルタ以外の前記１つ以上のフィルタは、広帯域信号ｂ（ｔ）よりも高い周波数だけを有する信号を生成する、請求項１２に記載のシステム。
20. 前記刺激モジュールは、チャネル相互作用補償（ＣＩＣ）を用いる、請求項１２に記載のシステム。
21. 前記刺激モジュールは、選択されたグループ（ＳＧ）アルゴリズムを用いる、請求項１２に記載のシステム。
22. 前記第１のバンドパスフィルタに関連付けられた前記少なくとも１つの電極を、チャネル相互作用を実質的に回避するように、前記多数チャネル電極アレイにおいて他の電極から空間距離をおき配置することをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。