JPH04502876A - Multi-peak audio processor - Google Patents

Multi-peak audio processor

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JPH04502876A
JPH04502876A JP51232790A JP51232790A JPH04502876A JP H04502876 A JPH04502876 A JP H04502876A JP 51232790 A JP51232790 A JP 51232790A JP 51232790 A JP51232790 A JP 51232790A JP H04502876 A JPH04502876 A JP H04502876A
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JP
Japan
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electrode
electrodes
electrode array
stimulation
frequency
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Application number
JP51232790A
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Japanese (ja)
Inventor
セリグマン,ピーター ミシヤ
ダウエル,リチャード シー
Original Assignee
コックリヤ、プロプライエタリ、リミテッド
ザ、ユニバーシティ、オブ、メルボルン
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 多ピーク音声プロセッサー 技術分野 本発明は、完全もしくは重難聴者用の脈動タイプ多チャンネル蝸牛内植システム に関する。[Detailed description of the invention] Multi-peak audio processor Technical field The present invention is a pulsatile multichannel cochlear implant system for people with complete or profound hearing loss. Regarding.

本発明の背景 脈動タイプ多チャンネル鍋牛内植システムは、一般に鍋牛内植体、外部音声プロ セッサー、および外部へッドセットを含んでいる。蝸牛内植体は鍋牛内に設置さ れた電極列(例えば22個の電極)へ電気的刺激パルスを放出する。音声プロセ ンサーおよびヘッドセットは堝牛内植体へ情報とパワーを伝達する。Background of the invention Pulsating type multi-channel pot bovine inplant system is commonly used in pot bovine inplant, external audio pro processor, and an external headset. The cochlear endoplant is placed inside the pot. An electrical stimulation pulse is emitted to an electrode array (for example, 22 electrodes). audio process The sensor and headset transmit information and power to the Bogyu endophyte.

音声プロセッサーはへッドセット中のマイクロホンから、または代りのソースか ら入って来る音響信号を受信し、そしてこの信号から特定の音響パラメータを抽 出する。これらの音響パラメータは電気的刺激パラメータを決定するために使用 され、それらはへッドセット中の送信コイルおよび内植体の受信コイル形成部分 を介して符号化され、送信される。Is the audio processor from the microphone in the headset or an alternative source? receives an incoming acoustic signal from a computer and extracts specific acoustic parameters from this signal. put out These acoustic parameters are used to determine electrical stimulation parameters They are the transmitting coil in the headset and the receiving coil forming part of the implant. encoded and transmitted via.

重難聴である多数の人々は、難聴の理由は音響信号を神経インパルスへ変換する 鍋牛中の有毛細胞の不存在また損傷である.これらの人々はそのため、音響刺激 をいくら大きくしても正常な態様で音から神経刺激を発生させることが不可能な ため普通の補聴器からの恩恵を受けることができない。鍋牛内植システムは、電 気的刺激を音響神経繊維へ直接提供し、脳内の音知覚へ導く。Many people with profound hearing loss believe that the reason for their hearing loss is the conversion of acoustic signals into nerve impulses. Absence or damage of hair cells in pot beef. These people are therefore exposed to acoustic stimulation It is impossible to generate nerve stimulation from sound in a normal manner no matter how large the Therefore, they cannot benefit from regular hearing aids. The pot cow inplant system is Provides electrical stimulation directly to acoustic nerve fibers, leading to sound perception in the brain.

ケーブルと患者の頭骨へ取付けたコネクターを介して外界へ接続した鍋中中の電 極の内植体から、無線周波パワーおよびデータリンクを介して外部コンピュータ ーと通信するこみ入った多チヤンネル装置に至るまで、この目的を達成するため の多数の方法が過去において記載された。Electrical power inside the pot connected to the outside world via a cable and a connector attached to the patient's skull. From the polar inplant to the external computer via radio frequency power and data link To achieve this objective, A large number of methods have been described in the past.

ここに記載する本発明は、外部から給電される着用し得る音声プロセッサーから パワーおよびデータを受取る多チヤンネル内植刺激ユニットへ接続された、鍋中 中に内植された多チヤンネル電極を含み、音声プロセシング方針が既知の精神物 理学的現象を基とし、そして診断およびプログラミングユニットの使用により個 々の患者に対し仕立てられている人工器官に使用するのに特に通している。その ような人工器官の一例は“聴覚人工器官のための鍋中内植システム”と題するG rosbyらの米国特許第4,532,930号に図示され、記載されているも のである。The invention described herein provides a method for using externally powered wearable audio processors. Inside the pot connected to a multi-channel implanted stimulator unit that receives power and data. A mental object that contains multi-channel electrodes implanted within it and has a known sound processing strategy. Based on physical phenomena and personalized through the use of diagnostic and programming units. It is particularly suitable for use in prosthetic devices tailored for each patient. the An example of such a prosthesis is the G.I. Also illustrated and described in US Pat. No. 4,532,930 to Rosby et al. It is.

本発明を最良に理解するためには、ヒト聴器官の生理学および解剖学のいくらか を知得し、そして音声信号の特徴の知識を有することが必要である。加えて、電 気的刺激によって誘発される聴怒覚は正常聴覚人において音響刺激によって発生 するそれとは異なるので、聴覚系の電気的刺激の精神物理学を議論することが必 要である。正常聴覚人においては、音は第1図に示すように鼓膜に衝突し、そし て鍋中室へ連結された非円窓と呼ばれるピストンもしくは膜へ増幅および音響イ ンピーダンスマツチングを提供するてことして働く耳小骨と呼ばれる骨を介して 伝達される。To best understand the invention, some of the physiology and anatomy of the human hearing organ will be explained. It is necessary to know the characteristics of the audio signal and have knowledge of the characteristics of the audio signal. In addition, electricity Auditory sensations induced by emotional stimuli occur in people with normal hearing due to acoustic stimuli. It is necessary to discuss the psychophysics of electrical stimulation of the auditory system. It is essential. In people with normal hearing, the sound impinges on the eardrum as shown in Figure 1, and then amplification and acoustic input to a piston or membrane called a non-round window connected to the pot chamber. through bones called ossicles that act as levers to provide impedance matching. communicated.

鍋中室は伸ばした特約35mmの長さであり、そしてその長さの大部分に沿って 仕切りによって分割されている。この仕切りは基底膜と呼ばれる。下方室は鼓室 階と呼ばれる。鍋中室の遠方端にある開口はその上半分および下半分の間を連通 ずる。鍋中は水の約2倍の粘度を持つ液体で満たされている。鼓室階は該液体の 変位を取上げるように作用する正円窓と呼ばれる他のピストンもしくは膜を備え ている。The pot chamber is approximately 35mm long extended, and along most of its length divided by partitions. This partition is called the basement membrane. The lower chamber is the tympanic cavity called floors. An opening at the far end of the pot chamber communicates between its upper and lower halves. Cheating. The pot is filled with a liquid that is about twice as viscous as water. The scala tympani is responsible for the fluid. with another piston or membrane called a round window which acts to pick up the displacement. ing.

非円窓が耳小骨を介して音響的に駆動されるとき、基底膜は鍋中中の流体の運動 によって変位される。その機械的性格により、基底膜は輪生の遠方端もしくは頂 点において低周波数で最大に振動し、その底辺もしくは卵円窓近くでは高周波数 で振動する。基底膜の変位は基底膜上の特別な構造中に位置する有毛細胞と呼ば れる細胞の集団を刺激する。これら有毛細胞の運動は第■神経もしくは聴神経の 繊維に放電を発生させる。このように、正円窓(m牛の底端)に最も近い有毛細 胞からの神経繊維は高周波音についての情報を運び、そしてもっと頂点に近い繊 維は低周波音についての情報を運ぶ、これは鍋中中の神経繊維のドツトピック機 構と呼ばれる。When the non-round window is driven acoustically through the auditory ossicles, the basilar membrane is displaced by Due to its mechanical nature, the basement membrane is located at the distal or apical end of the whorl. It vibrates at a maximum at a low frequency at a point, and at its base or near the oval window it vibrates at a high frequency. It vibrates. The displacement of the basement membrane is caused by the formation of hair cells, which are located in special structures on the basement membrane. stimulate a population of cells. The movement of these hair cells is caused by the second nerve or auditory nerve. Generates an electrical discharge in the fibers. In this way, the capillaries closest to the round window (bottom edge of the m cow) Nerve fibers from the vesicle carry information about high-frequency sounds, and fibers closer to the apex The nerve fibers carry information about low frequency sounds, which are the dot pick machines of the nerve fibers in the pot. It is called structure.

難聴の原因は多数あり、そして一般に二つのタイプがある。伝導性難聴は鍋中中 の有毛細胞へ達する音の正常な機械的通路が例えば耳小骨の損傷によって妨害さ れる時に発生する。伝導性難聴は音響信号が鍋中へ到達するように音を増幅する 補聴器の使用によってしばしば助けられる。いくつかのタイプの伝導性難聴は外 科的処置によって軽減へ向かい得る。There are many causes of hearing loss, and there are generally two types. Conductive hearing loss is all over the place The normal mechanical path of sound to the hair cells of the ear is obstructed, for example by damage to the auditory ossicles. Occurs when Conductive hearing loss amplifies the sound so that the acoustic signal reaches all the way into the pot. Often helped by the use of hearing aids. Some types of conductive hearing loss are It can be alleviated through medical treatment.

感覚神経性難聴は鍋中内の有毛細胞もしくは神経繊維の損傷から生ずる。このタ イプの患者には9通の補聴器は改善をもたらさないであろう。音エネルギーを神 経インパルスへ変換する機構が損傷しているからである。この機能の損失が部分 的に回復できるのは聴覚神経を直接刺激することによるからである。Sensorineural hearing loss results from damage to the hair cells or nerve fibers within the cauldron. This type Nine hearing aids will not bring about any improvement in a patient with I.P. sound energy god This is because the mechanism that converts it into transimpulses is damaged. This loss of functionality is partially This is because the auditory nerve can be directly stimulated.

ここに記載するシステム、および先行技術のいくつかの他の鍋中内植システムに おいては、刺激電極が基底膜に接近して鼓室階中に外科的に配置され、電極間を 通過する電流は神経繊維群に神経刺激を発生させる。The system described here, and some other pot inplant systems in the prior art. In this method, stimulating electrodes are surgically placed into the scala tympani, close to the basilar membrane, and a The electrical current that passes through it causes nerve stimulation in the nerve fibers.

ヒト発声システムは多数の共鳴空洞、すなわち口腔および鼻腔よりなり、これら は声門または声帯を通過する空気によって励起され、それらを振動させる。振動 数は発声者の声のピッチとして聴かれ、そして約100ないし400Hzの間を 変化する。女性発声者のピッチは男性発声者のそれよりも一般に高い。The human vocal system consists of numerous resonant cavities, namely the oral cavity and the nasal cavity. is excited by air passing through the glottis or vocal cords, causing them to vibrate. vibration The numbers are heard as the pitch of the speaker's voice and range between approximately 100 and 400 Hz. Change. The pitch of female speakers is generally higher than that of male speakers.

聴者をして、例えば説明と質問とを区別し、連続した談話中の文章を分離し、そ してどの部分が特に強調されているかを探知するかを可能にする文章のイントネ ーションを与えるのはこのヒト発声のピッチである。これと信号の増幅とがいわ ゆる韻律情報を提供する。Listeners can, for example, distinguish between explanations and questions, separate sentences in continuous discourse, and intonation of a sentence, allowing you to detect which parts are particularly emphasized. It is the pitch of this human vocalization that gives the effect. What is the difference between this and signal amplification? Provides loose prosody information.

音声は発声者が声帯を励起し、そして舌、唇およびあごの異なる音を発声する運 動によって音響空胴の操作によってつくられる。いくつかの音は励起した声帯に よってつくられ、これらは有声音と呼ばれる。他の音は無声音を発するような歯 と舌の間の空気の通過のような他の手段によってつくられる。このように“Z” の音は有声音であるが、“S″の音は無声音であり、”B″は有声音であるが、 “P”は無声音等々である。Speech is the movement of the speaker who excites the vocal cords and uses the tongue, lips and jaw to produce different sounds. created by the manipulation of an acoustic cavity by motion. Some sounds reach the excited vocal cords These are called voiced sounds. Other sounds are teeth that produce voiceless sounds. and by other means, such as the passage of air between the tongue and the tongue. “Z” like this Although the sounds are voiced, the sound "S" is unvoiced, and the sound "B" is voiced. "P" is a voiceless sound, etc.

音声信号はいくつかの方法で分析することができる。一つの有用な分析技術はス ペクトル分析であり、それにより音声信号は周波数領域に分析され、そしである スペクトルは振幅(および相)対周波数と考えられる0発声系の空胴が励起され るとき、多数のスペクトルピークが発生し、そしてこれらのスペクトルピークの 周波数および相対的振幅は時間と共に変化する。Audio signals can be analyzed in several ways. One useful analysis technique is Spectral analysis, whereby the audio signal is analyzed into the frequency domain, and The spectrum can be thought of as amplitude (and relative) versus frequency when the cavity of the zero-voice system is excited. When a large number of spectral peaks occur, and these spectral peaks Frequency and relative amplitude change over time.

スペクトルピークの数は約3ないし5の間の範囲にあり、そしてフォルマントと 呼ばれる。これらフォルマントは通常F1と呼ばれる最低周波数形成音から、最 高周波数形成音まで番号がつけられ、そして音声ピッチは通常FOと呼ばれる。The number of spectral peaks ranges between about 3 and 5, and the formants and Called. These formants range from the lowest frequency formation, usually called F1, to the highest frequency formation. High frequency formations are numbered and the voice pitch is usually referred to as FO.

種々の母音の特徴音は発声音がこれらフォルマントの周波数および相対的強さを 変化させる効果を有する、口腔および鼻腔の形状を変えることによってつくられ る。The characteristic sound of various vowels is that the vocalization changes the frequency and relative strength of these formants. created by changing the shape of the oral cavity and nasal cavity, which has a changing effect Ru.

詳しくは、母音情報を伝えるためには2番目のフォルマント(F2)が重要であ ることが判明した。例えば母音“oO″および“ee”は声帯の同じ発声で発声 し得るが、異なった第2のフォルマント特徴のため異なって聞こえるであろう。Specifically, the second formant (F2) is important for conveying vowel information. It turned out that. For example, the vowels “oO” and “ee” are produced with the same vocalization of the vocal cords. Yes, but it will sound different because of the different second formant characteristics.

勿論音声中には各種の異なる音があり、そしてそれらの発生方法は複雑である。Of course, there are various different sounds in speech, and the way they are generated is complex.

しかしながらここで本発明の理解目的には、二つの主な発音タイプすなわち有声 および無声があること、およびフォルマントの周波数と振幅の時間コースが音声 信号の理解度の大部分を持っていることを記憶すれば十分である。However, for purposes of understanding the present invention here, there are two main types of pronunciation: voiced. and unvoiced, and that the time course of formant frequency and amplitude is It is enough to remember that you have most of the understanding of the signals.

ここで使用する「精神物理学」なる用語は、聴神経の電気的刺激によって患者に 誘発された知覚の研究をいう。毎秒100ないし400パルスの間の速度におけ る刺激については、刺激速度につれて変化するノイズが知覚される。これはその 変化によって患者へメロディ−を伝達することができる区別できる感覚である。The term "psychophysics" as used here refers to the use of electrical stimulation of the auditory nerve in patients. Refers to the study of evoked perception. at speeds between 100 and 400 pulses per second. For a stimulus, a noise that changes with the stimulus speed is perceived. this is that It is a distinguishable sensation that, by variation, can convey a melody to the patient.

電極を音声ピッチ(FO)に比例する率で刺激することにより、韻律情報を患者 へ伝えることが可能である。このアイディアは情報伝達の唯一の方法としていく つかの鍋中内植システムに使用されており、1個の電極をもって実施し得る。By stimulating the electrodes at a rate proportional to speech pitch (FO), prosodic information is transmitted to the patient. It is possible to convey to This idea will be the only way to convey information. It has been used in some pot inplant systems and can be implemented with a single electrode.

フォルマント情報は音声信号の理解性の大部分を含んでいるので、この情報を患 者へ伝達することはもっと重要である。精神物理学的実験により、丁度鍋中の遠 方端を刺激する聴覚信号が低周波感覚を発生し、その近くの端を刺激する信号が 高周波感覚を発生するように、電極刺激についても同様な現象がみられることが 発見されている。鍋中内部の異なった位置における電気的刺激によって誘発され た知覚は、ピッチそのままでなく、“明瞭さ”または“不明瞭さ”が変化する知 覚を発生するとして患者によって報告されている。しかしながら、電極間の周波 数知覚の差は、フォルマントもしくはスペクトルビークを電極の選択、または鍋 中中の刺激部位の選択によってコード化できるようにする。Formant information contains most of the intelligibility of a speech signal, so it is important to It is even more important to communicate this to others. Psychophysical experiments have shown that far An auditory signal stimulating one end produces a low-frequency sensation, and a signal stimulating a nearby end produces a low-frequency sensation. A similar phenomenon can be seen with electrode stimulation, which produces high-frequency sensations. has been discovered. induced by electrical stimulation at different locations inside the pot. Perception is not based on pitch as it is, but rather on knowledge that changes in “clarity” or “unintelligibility.” Reported by patients as causing sensations. However, the frequency between the electrodes Differences in number perception can be determined by changing the formants or spectral peaks by electrode selection or panning. It is possible to code by selecting the stimulation site in the middle.

精神物理学的実験により、聴覚神経の電気的刺激によって誘発された知覚された 音の大きさは刺激自体の動的範囲よりも大きい動的範囲を持っていることがわか った。例えば、220dB動的範囲の電気的刺激は闇値もしくは殆んど知覚し得 ないところから苦痛闇値までの知覚を生じ得る。正常聴覚人においては、音知覚 の動的範囲は100dBのオーダーにある。Psychophysical experiments show that the perceived It turns out that the loudness of the sound has a larger dynamic range than the dynamic range of the stimulus itself. It was. For example, an electrical stimulus with a dynamic range of 220 dB has a dark value or is barely perceptible. Perceptions can range from none to pain darkness. In people with normal hearing, sound perception The dynamic range of is on the order of 100 dB.

また、精神物理学的実験により、電気的刺激による音知覚のピッチは刺激の周波 数にも依存するが、しかし知覚されたピッチは刺激周波数と同じではないことが 発見された。特に、変化する刺激率単独によって知覚することができる最大ピン チはl kHzのオーダーであり、そしてこの最高レベル以上の率における刺激 は知覚される音の周波数またはピッチに増大をもたらさない。加えて、鍋中内の 電気的刺激にとって、知覚されるピッチは電極位置に依存する。多電極システム においては、ある電極での刺激による知覚は近接する電極の同時刺激による知覚 と無関係ではない。また、ピッチの知覚品質、すなわち“明瞭さ”および大きさ は、刺激率、電極位置、および刺激振幅と無関係に変化し得ない。Additionally, psychophysical experiments have shown that the pitch of sound perception due to electrical stimulation depends on the frequency of the stimulation. Depending on the number, however, the perceived pitch may not be the same as the stimulus frequency. It's been found. In particular, the maximum pin that can be perceived by varying stimulation rates alone is on the order of l kHz, and stimulation at rates above this highest level does not result in an increase in the perceived frequency or pitch of the sound. In addition, inside the pot For electrical stimulation, the perceived pitch depends on electrode position. multi-electrode system , the perception due to stimulation at one electrode is the same as the perception due to simultaneous stimulation of adjacent electrodes. It's not unrelated. Also, the perceived quality of pitch, i.e. “clarity” and loudness. cannot vary independently of stimulation rate, electrode position, and stimulation amplitude.

先行技術の鍋中内植体システムのいくつかは、特定周波数帯のエネルギーに比例 して多数の電極を同時に刺激するようになっているが、これは近接する刺激電極 の刺激電流による知覚を考慮することな〈実施している。その結果、チャンネル 間に相互作用があり、そして大きさがこれによって影響される。Some prior art pot inplant systems are proportional to the energy of a specific frequency band. It is designed to stimulate many electrodes at the same time, but this is because the stimulation electrodes in close proximity This is done without considering the perception caused by the stimulation current. As a result, the channel There is an interaction between and the magnitude is influenced by this.

これまで鍋中構造のある部分的またはそれに隣接した電極を使用して聴覚神経繊 維の電気的刺激による有用な聴覚を提供する多数の試みがなされている。単一対 の電極を使用するシステムはMichelsonの米国特許第3,751,60 5号およびBartzの米国特許第3,752,939号に見られる。Until now, auditory nerve fibers have been studied using electrodes partially or adjacent to the structure in the pot. Numerous attempts have been made to provide useful hearing through electrical stimulation of the fibers. single pair A system using electrodes is disclosed in Michelson U.S. Pat. No. 3,751,60. No. 5 and Bartz, US Pat. No. 3,752,939.

これらシステムにおいては、外部音声プロセシングユニットが音響入力を皮膚を 通って内植されたレシーバ−/刺激ユニットへ伝送するのに適した信号へ変換す る。これらの装置は連続的に変化する刺激を電極対へ印加し、聴覚神経繊維集団 の少なくとも一部分を刺激し、そして聴怒寛を発生させる。In these systems, an external audio processing unit converts acoustic input through the skin. to a signal suitable for transmission to the implanted receiver/stimulator unit. Ru. These devices apply continuously varying stimuli to a pair of electrodes that stimulate a population of auditory nerve fibers. stimulates at least a portion of the body, and produces audible anger and relaxation.

与えられた音響入力から発生する刺激信号はこれらシステムのめいめいについて 異なり、各自ある程度の有効性が示されているが、性能はシステムによって、ま た各システムについて愚者間で太き(変化する。これらシステムの設計は実験的 に発展し、そして詳細な精神物理学的観察に基いていないので、この変動の原因 を決定することはできなかった。従って変動を減らすことはできなかった。The stimulus signals generated from a given acoustic input are Although each has shown some degree of effectiveness, performance varies by system. The design of these systems is experimental. The cause of this variation has not been developed and is not based on detailed psychophysical observations. could not be determined. Therefore, it was not possible to reduce the fluctuation.

別のアプローチは音響信号の周波数スペクトルに応じて神経繊維群を刺激するた め鍋中のドツトピック組織を利用することである。Another approach is to stimulate groups of nerve fibers according to the frequency spectrum of the acoustic signal. The method is to use the dot pick tissue in the hot pot.

この技術を使用するシステムは、Ricardの米国特許第4.207.441 号、Doyleの同第3,449,753号、K15s iahの同第4.06 3.048号、Hochmairらの同第4,284,856号、第4,357 .497号に示されている。A system using this technology is US Pat. No. 4.207.441 to Ricard. No. 3,449,753 of Doyle, No. 4.06 of K15s iah No. 3.048, Hochmair et al. No. 4,284,856, No. 4,357 .. No. 497.

K15siahによって記載されたシステムは、音響信号を各自聴覚スペクトル 内のあらかじめ定めた周波数範囲を持つ多数の周波数成分に分離するためにアナ ログフィルターの組を使用する。これらのアナログ信号はそれらが代表するアナ ログ信号の周波数に等しいパルス率を有するデジタルパルス信号に変換され、該 デジタル信号が同じ周波数範囲にある情報を平常伝える聴覚神経部分を刺激する ために使用される。刺激は鍋中内の間隔を置いて電極の設置によって達成される 。The system described by K15siah converts acoustic signals into individual auditory spectra. analyzer to separate into a number of frequency components with predetermined frequency ranges within Use a set of log filters. These analog signals are the analog signals they represent. It is converted into a digital pulse signal with a pulse rate equal to the frequency of the log signal, and the corresponding Digital signals stimulate the part of the auditory nerve that normally carries information in the same frequency range used for. Stimulation is achieved by placing electrodes at intervals within the pot. .

K15siahのシステムは正常な聴覚周波数範囲の限界すなわち10kHzま での率における電気的刺激と、そして各電極の独立した作動を利用する。どの神 経繊維の最大励起数も生理的メカニズムによ゛って1または2 kHzへ制限さ れ、そして80〇七以上の電気的パルス率では少ししか知覚差がないので、指示 された率において刺激するのは不適切であろう、経験上刺激提供の相対的タイミ ングに応じてかなりのコントロールされない音の大きさ変動を発生させる、異な る電極によって発生する刺激電極間の相互作用を考慮していない。また、このシ ステムは関連する感染リスクを有する経皮コネクターを内蔵している。The K15siah system works at the limits of the normal hearing frequency range, i.e. up to 10kHz. It utilizes electrical stimulation at a rate of 0.05 and independent actuation of each electrode. which god The maximum number of excitations of the warp fibers is also limited to 1 or 2 kHz by physiological mechanisms. And since there is only a small perceptual difference at electrical pulse rates of 8007 or higher, the instructions experience suggests that it would be inappropriate to stimulate at a given rate. different sound sources that produce considerable uncontrolled loudness fluctuations depending on It does not take into account the interaction between the stimulation electrodes caused by the electrodes used. Also, this The stem contains a percutaneous connector with an associated risk of infection.

Doyleによって提案されたシステムは、どの繊維群についても刺激数を任意 の繊維が逐次的刺激に応答するのを許容するような数に制限する。それは複数の 伝達チャンネルを利用し、各チャンネルは電極の双極対へ簡単な複合パワー/デ ータ信号を送る。後にRtcardが使用する後述するものと同様な時間多重化 ファッションにおいて電圧源刺激が使用され、そして提案された電極の隣接ペア の独立刺激では同様なコントロールされない音大きさ変動が生じるであろう。さ らに電極対の数に等しい数の伝送リンクの必要性は数個以上の電極のためにこの タイプのシステムの使用を禁止する。The system proposed by Doyle allows the number of stimulations to be arbitrary for any fiber group. fibers to respond to sequential stimulation. It is multiple Utilizing transfer channels, each channel provides simple combined power/de-energization to a bipolar pair of electrodes. send a data signal. Time multiplexing similar to that described below that is later used by Rtcard. In the fashion voltage source stimulation is used and proposed adjacent pairs of electrodes An independent stimulus of would produce similar uncontrolled loudness fluctuations. difference In addition, the need for a number of transmission links equal to the number of electrode pairs reduces this requirement for more than a few electrodes. Prohibit the use of type systems.

Ricardによって提案されたシステムは音響信号を分析するためフィルター バンクと、そして鍋中中に内植された電極セットへ時間多重化出力を提供する内 植されたレシーバ−/刺激器へパワーとデータの両方を送るために単一の無線リ ンクを利用する。単相電圧刺激が使用され、−個の電極は一時に電圧源へ接続さ れ、残りは共通の接地ラインへ接続される。鼓室階内において電極間に小さいシ リコーン片を配置することにより、刺激電流を相互に隔離する試みがなされた。The system proposed by Ricard uses filters to analyze acoustic signals. bank and provides time-multiplexed output to the electrode set implanted in the pot. A single wireless link to send both power and data to the implanted receiver/stimulator Use links. Single-phase voltage stimulation is used, with - electrodes connected to the voltage source at a time. and the rest are connected to a common ground line. A small slit between the electrodes within the scala tympani. Attempts were made to isolate the stimulation currents from each other by placing recone strips.

単相電圧刺激を使用し、そして電極は各刺激を提供した後共通の参照レベルへ復 帰するので、電極/電解質界面の蓄電性格は駆動電圧がゼロへ復帰した後数百マ イクロ秒の問いくらかの電流を流すであろう。これは正味の電位移動を減らしく そしてそのため電極の腐食)、シかしこの電位復帰フェーズは今や次の刺激と一 時的に重なる。これらの刺激のどんな空間的重複もコントロールされない音大き さ変動を発生するであろう。Monophasic voltage stimulation was used, and the electrodes returned to a common reference level after delivering each stimulation. Therefore, the electrical storage property of the electrode/electrolyte interface remains for several hundred cycles after the driving voltage returns to zero. A certain amount of current will flow in microseconds. This reduces the net potential transfer. (and hence electrode corrosion), but this potential return phase now coincides with the next stimulus. overlap in time. Any spatial overlap of these stimuli does not control loudness. fluctuations will occur.

Hochmairらの特許においては、複数の搬送信号が聴覚周波数帯にある信 号に相当するパルスによって変調される。搬送信号は伝送された信号を受信しそ して復調するための独立したチャンネルを持つレシーバ−へ伝送される。検出さ れたパルスは、所望の周波数応答を有する区域を刺激するように鍋中内に選択的 に配置された電極である、鍋中内植体上の電極へ印加される。パルスは、聴覚帯 内の信号周波数に相当する周波数と、そして聴覚帯内の信号の振幅に相当するパ ルス幅を有する。In the Hochmair et al. patent, multiple carrier signals are in the auditory frequency band. modulated by a pulse corresponding to the signal. The carrier signal is likely to receive the transmitted signal. and is transmitted to a receiver with an independent channel for demodulation. detected pulses are selectively delivered into the pan to stimulate areas with the desired frequency response. is applied to an electrode on the inplant in the pot, which is an electrode placed on the pot. The pulse is the auditory zone the frequency corresponding to the signal frequency within the auditory band, and the amplitude corresponding to the signal amplitude within the auditory band. It has a ruth width.

Forsterらの米国特許第4.267.410号は、あらがしめ定めた持続 時間の二相電流刺激を利用し、刺激および復帰相の両方の良好な瞬間的制御を提 供するシステムを記載する。しかしながら、固定パルス持続時間は、患者間の生 理学的変動によって必要とされるこのパラメータの変更を禁止する。さらにこの システムに記載されたデータ伝送システムは、コンスタントパルスレート刺激に 利用し得るパルスレートの数を厳しく制限する。No. 4,267,410 to Forster et al. Utilizes biphasic current stimulation in time and offers good instantaneous control of both stimulation and return phases. Describe the system provided. However, fixed pulse durations may Forbid changes in this parameter necessitated by physical variations. Furthermore, this The data transmission system described in the system provides constant pulse rate stimulation. Severely limits the number of available pulse rates.

Hochmairらの米国特許第4,593,696号は、少な(とも一つのア ナログ信号が患者に内植された電極へ印加され、そして少なくとも一つのパルス 信号が内植された電極へ印加されるシステムを記載する。アナログ信号は音声信 号を表し、そしてパルス信号はフォルマント周波数およびピンチ周波数のような 特異的音声特徴を提供する。U.S. Pat. No. 4,593,696 to Hochmair et al. an analog signal is applied to an electrode implanted in the patient, and at least one pulse is applied to the electrode implanted in the patient; A system is described in which a signal is applied to an implanted electrode. Analog signals are voice signals. and the pulse signal has different frequencies such as formant frequency and pinch frequency. Provide specific audio characteristics.

Patrickらの米国特許第4,515,158号は、電流のセットが内植さ れた電極列中の選択された電極へ印加されるシステムを記載する。入って来る音 声信号は受信された音声信号に相当する電気的入力を発生するように処理され、 そして音声信号の音響的特徴を表す電気的信号が入力信号から発生される。プロ グラム可能な手段が電気的信号からデータを取得しそして記憶しそして電極列へ 印加される電気的刺激のセットを確立し、そして有声発音のための音声信号の発 声周波数から誘導されたレートと、無声発音のため該発声周波数とは独立のレー トにおいて電極へのパルス刺激の逐次的印加を制御するための指令信号がつくら れる。Patrick et al., US Pat. No. 4,515,158, discloses that a set of currents is implanted. A system for applying voltage to selected electrodes in an array of electrodes is described. incoming sound the voice signal is processed to generate an electrical input corresponding to the received voice signal; An electrical signal representative of the acoustic characteristics of the audio signal is then generated from the input signal. Professional grammable means acquire and store data from the electrical signal and to the electrode array. Establishing the set of electrical stimuli to be applied and the generation of the audio signal for voiced pronunciation. The rate derived from the vocal frequency and the rate that is independent of the vocal frequency for unvoiced pronunciation. A command signal is created to control the sequential application of pulse stimulation to the electrodes. It will be done.

本発明はその上に改良を提供する先行技術は、多分前出のCrosbyらの“聴 覚人工器官のための鍋中内植システム”と題する米国特許第4,532,930 号によって最良に例示される。The prior art, over which the present invention provides an improvement, is perhaps best understood by Crosby et al., supra. U.S. Patent No. 4,532,930 entitled ``Pot Inplant System for Sensory Prosthesis'' Best exemplified by No.

前記Crosbyらの特許の主題を参照としてここに取入れる。The subject matter of the Crosby et al. patent is incorporated herein by reference.

Crosbyらの特許はシリコーン担体中の多数の白金リング電極を含む!極列 が耳の鍋牛に内植される鍋牛内植システムを記載する。The Crosby et al. patent includes multiple platinum ring electrodes in a silicone carrier! pole row We describe a pot bovine implantation system in which a pot bovine is implanted in the ear pot bovine.

電極列は、半導体集積回路および他の部品を含む多チヤンネルレシーバ−/刺激 ユニ7)へ接続され、該ユニットは耳に隣接して患者に内植される。レシーバ− /刺激ユニットは、患者が着用し得る外部音声プロセッサーを備えた誘導リンク を介して同調コイルによってデータ情報およびパワーを受取る。音声プロセンサ ーは消去自在ブコグラム可能読取専用メモリ(EFROM)からのデータを放出 するように配置またはマツプされた集積回路および種々の部品を含んでいる。E PROMは、患者および彼の内植された刺激器/を極のテストにより決定された 各患者の電気的刺激知覚に適するようにプログラムされる。このテストはインタ ーフェースユニットによって音声プロセッサーへ接続された診断およびプログラ ミングユニット(DPU)を使用して実施される。The electrode array is a multichannel receiver/stimulator containing semiconductor integrated circuits and other components. unit 7), which is implanted in the patient adjacent to the ear. receiver /The stimulation unit is an inductive link with an external audio processor that can be worn by the patient. receives data information and power through the tuned coil. audio pro sensor - releases data from Erasable Bucogrammable Read Only Memory (EFROM) It includes integrated circuits and various components arranged or mapped to E PROM was determined by testing the patient and his implanted stimulator/poles. Programmed to suit each patient's electrical stimulation perception. This test diagnostic and programming interface unit connected to the audio processor. It is implemented using a processing unit (DPU).

Crosbyらのシステムは、有声音、無声声同音および能率学的情報を含むよ うに支配的スペクトルビークおよび音声ピッチの振幅圧縮を含む、種々の音声プ ロセシング戦略の使用を許容する。採用される音声プロセシング戦略は既知の精 神物理学的現象を基にし、そして診断およびプログラミングユニットの使用によ って個々の患者に対して仕立てられる。二相パルスが種々の作動モードにおいて スイッチ制御電流シンクによって電極の種々の組合せに対して供給される。デー タの伝送は、選んだ電極、電極モード形状、刺激電流、および振幅バーストの期 間によって決定される振幅を表わす別々のデータバースのシリーズによる。Crosby et al.'s system includes voiced, unvoiced homophones, and efficiency information. various audio programs, including amplitude compression of the dominant spectral peak and audio pitch. Allows the use of processing strategies. The voice processing strategy employed is based on known elaborations. Based on divine physical phenomena and through the use of diagnostic and programming units is tailored to each individual patient. Biphasic pulses in various operating modes The various combinations of electrodes are supplied by switch-controlled current sinks. day The transmission of data depends on the chosen electrode, electrode mode shape, stimulation current, and amplitude burst period. by a series of separate data verses representing the amplitude determined by the interval.

各患者は鍋中の電気的刺激から生ずる異なった知覚を有するであろう。特に、同 じ音大きさの聴知覚を誘発するのに要する刺激強度は患者毎に、そして同じ愚者 について電極毎に異なることがあり得る。患者はまた、電極毎にピッチ変化を知 覚する能力において差がある。Each patient will have a different perception resulting from the electrical stimulation in the pot. In particular, The stimulus intensity required to induce an auditory perception of the same loudness varies from patient to patient and from one patient to another. may differ from electrode to electrode. The patient also knows the pitch changes from electrode to electrode. There are differences in the ability to understand.

音声プロセッサーは患者間の精神物理学的知覚の差を順応し、そして同じ患者の 電極間の差を補償する。個々の患者の精神物理学的応答を考慮に入れ、音声プロ セッサーは刺激レベル、電極周波数境界、および適切な聴知覚を喚起する他のパ ラメータに関する音響情報をコード化する。音響信号からそのような刺激パラメ ータを決定するのに使用される精神物理学的情報はマツプと呼ばれ、音声プロセ ッサー内部のRAMに記憶される。聴覚学者は診断およびプログラミングシステ ム(DPS)を使用して各患者のマツプをつくりそして微同調させる。DPSは 適切なテストを管理し、制御された刺激を提供し、そしてテスト結果を確認およ び記録するために使用される。Speech processors adapt to differences in psychophysical perception between patients and Compensate for differences between electrodes. Audio pro- gramming takes into account the individual patient's psychophysical response. The sensor determines the stimulus level, electrode frequency boundaries, and other parameters that evoke the appropriate auditory perception. encode acoustic information about the parameters. Determine such stimulus parameters from the acoustic signal. The psychophysical information used to determine the speech process is called a map. stored in RAM inside the server. Audiologists can diagnose and program systems A map is created and fine-tuned for each patient using a system (DPS). DPS is Administer appropriate tests, provide controlled stimulation, and review and review test results. used to record and record information.

この多電極鍋牛人工器官は長年の間著しい難聴患者によって成功して使用されて おり、そして世界中の種々の国において多数の人の日常住活の一部となっている 。この人工器官の内植部分は装置の全体の厚みを減らすためおよびワイヤーへラ ドセットの必要性をなくすため内植した磁石を含ませるために行ったようなデザ イン変更を除き、比較的変化していない。This multi-electrode pot bovine prosthesis has been used successfully by patients with significant hearing loss for many years. and is part of the daily life of many people in various countries around the world. . The implanted portion of this prosthesis is designed to reduce the overall thickness of the device and Designs such as those made to include implanted magnets to eliminate the need for dosing Relatively unchanged except for the in-line changes.

外部音声プロセッサーは人工器官の初期段階のものがら著しい変化を受けている 。初期の患者によって使用された音声コーディング様式は内植体使用者へ三種の 音響特徴を提供した。これらは、電気的刺激の電流レベルとして提供される振幅 と、脈動刺激のレートとして提供される基本周波数または音声ピッチ、および刺 激電極対の位置によって提供される第2フォルマント周波数である。このコード 化様式(FOF2)は、著しい後発的音声難聴成人には彼等の音声知覚に実質的 改善を示すのに十分な情報を提供する。External audio processors have undergone significant changes from those in the early stages of prosthetics . The vocal coding modalities used by early patients can be divided into three types into implant users. Provided acoustic features. These are the amplitudes provided as the current level of electrical stimulation and the fundamental frequency or audio pitch provided as the rate of the pulsatile stimulation, and the This is the second formant frequency provided by the position of the extreme electrode pair. this code For adults with significant late-onset speech hearing loss, the mode of speech hearing loss (FOF2) has a substantial effect on their speech perception. Provide sufficient information to demonstrate improvement.

この初期のコード化様式は、追加のスペクトル情報が提供される後のコード化様 式へ自然に進歩した。この様式においては、音声第1のフォルマントを代表する 2番目の刺激電極ペアが追加された。This initial encoding style is similar to later encoding styles when additional spectral information is provided. There was a natural progression to the ceremony. In this style, the voice represents the first formant. A second stimulating electrode pair was added.

この新しい様式(FOFIF2)は成人患者に対し音声知覚のすべての区域にお いて改良された性質を示した。This new modality (FOFIF2) addresses all areas of speech perception for adult patients. showed improved properties.

過去数年にわたるFOFIF2様式を使用する音声プロセッサーの成功にもかか わらず、多数の問題が同定された0例えば、静かな状態においては良く行動する 患者は中程度レベルのバックグラウトノイズが存在するとき有意な問題を持ち得 る。また、FOFIF2は約3,500Hzまでの周波数をコードするが、しか し多くの音素および環境音はこの範囲以上のそれらのエネルギーの高割合を持ち 、それらをある場合には内植体使用者に対し非可聴とする。The success of audio processors using the FOFIF2 style over the past few years also However, a large number of problems were identified.0 For example, people behave better in quiet conditions. Patients may have significant problems when moderate levels of background grout noise are present. Ru. Also, FOFIF2 codes frequencies up to about 3,500Hz, but only Many phonemes and environmental sounds have a high proportion of their energy above this range. , making them inaudible to the implant user in some cases.

本発明の一面によれば、入って来るオーディオ信号は、音声特徴抽出装置と、そ してその通過バンドが相互に異なり、そして少なくともその一つは音声信号の第 2フオルマントまたは周波数ピークの正常範囲よたも高い周波数にある複数のバ ンド通過フィルターへ同時に提供される、鍋中人工器官のための改良された脈動 システムが提供される。こ°れらの通過バンド内のエネルギーは、電極列のベー ス端へ隣接する固定電極ベアの対応する数の電気的刺激の振幅を制御し、そのた め鍋中内の適切な位置において高周波音についての追加の情報を提供する。好ま しくは、2,000ないし2800Hz。According to one aspect of the invention, an incoming audio signal is processed by a speech feature extractor and a speech feature extractor. and their passbands are different from each other, and at least one of them is the first pass band of the audio signal. 2-formant or multiple bands at frequencies higher than the normal range of frequency peaks. Improved pulsation for in-pot prostheses simultaneously provided to the end-pass filter system is provided. The energy within these passbands is at the base of the electrode array. control the amplitude of the electrical stimulation of the corresponding number of fixed electrode bears adjacent to the edge of the Provides additional information about high frequency sound at appropriate locations within the pot. Like Or 2,000 to 2800Hz.

2.800ないし4,000七および4,000ないし8. 000七の範囲に ある3個の追加バンド通過フィルターが採用される。2.800 to 4,0007 and 4,000 to 8. In the range of 0007 Three additional bandpass filters are employed.

全体の刺激レートはFO(基本周波数または音声ピッチ)のままであるが、しか し音声ピッチ期間毎に2種のパルスのみが発生するこれまで使用されたFOFI F2戦略と比較し、各声門パルスについて4種の電気的刺激パルスがそのほかに 発生する。有声音に対しては、第1および第2のフォルマントが2,000ない し2,800七および2,800ないし4.0001(z範囲のエネルギーを表 わす追加の刺激パルスと共に提供される。無声音素に対しては、4゜000Hz 以上のエネルギーを表わすなお他のパルスが提供されるが、この周波数範囲内の エネルギーは存在しないので第1のフォルマントに対する刺激は提供されない。The overall stimulation rate remains at FO (fundamental frequency or voice pitch), but only Previously used FOFIs generate only two types of pulses per audio pitch period. Compared to the F2 strategy, four electrical stimulation pulses for each glottal pulse were also Occur. For voiced sounds, there are 2,000 first and second formants. 2,800 and 2,800 to 4.0001 (representing energy in the z range) Provided with additional stimulation pulses. For unvoiced phonemes, 4°000Hz Still other pulses are provided representing energies above, but within this frequency range. Since no energy is present, no stimulus is provided to the first formant.

刺激は約260Hzのランダムなパルスレートにおいて発生し、これは以前の音 声コーディング様式に用いられたものの約2倍である。Stimuli occur at a random pulse rate of approximately 260Hz, which is similar to the previous sound. It is approximately twice that used for the voice coding scheme.

本発明の他の一面によれば、鍋中の頂区域から鍋中のベース区域まで鍋中内に配 置されるのに適した患者に内植し得る組織刺激多チヤンネル電極列を刺激するた めの信号をつくるように、マイクロホンから受信したオーディオスペクトル信号 を処理する方法が提供される。該方法は、前記オーディオ信号から約280)f Zから約1,000七の間の周波数バンドの第1の支配的周波数ピークを選択し 、そして前記第1のピーク中に含まれるスペクトル情報に従って前記電極列の頂 区域中の少なくとも1個の電極を刺激することと、前記オーディオ信号から約8 00七から約800&の間の周波数ハンドの第2の支配的周波数ピークを選択し 、そして前記第2のピーク中に含まれるスペクトル情報に従って前記電極列のベ ース区域にある少なくとも1個の電極を刺激することと、前記オーディオ信号の スペクトルの少なくとも一区域にあるスペクトル情報を抽出し、そして前記抽出 したスペクトル情報に従って前記電極列中の少なくとも1個のあらかじめ定めた 電極を刺激することよりなり、前記あらかじめ定めた電極は前記電極列の前記ベ ース区域中にあることを特徴とする。According to another aspect of the invention, a A tissue stimulating multi-channel electrode array that can be implanted in a patient suitable for stimulation. the audio spectrum signal received from the microphone to create the desired signal. A method is provided for processing. The method includes obtaining approximately 280)f from the audio signal. Select the first dominant frequency peak of the frequency band between approximately 1,000 and Z , and the top of the electrode array according to the spectral information contained in the first peak. stimulating at least one electrode in the area; and stimulating at least one electrode in the area; Select the second dominant frequency peak of the frequency hand between 0.07 and approximately 800& , and the base of the electrode array according to the spectral information contained in the second peak. stimulating at least one electrode in the audio signal area; extracting spectral information in at least one region of the spectrum; and at least one predetermined area in the electrode array according to the spectral information obtained. stimulating electrodes, said predetermined electrodes stimulating said base of said electrode array; It is characterized by being located within the space area.

好ましくは、追加のあらかしめ選定した電極も、前記オーディオ信号から得られ た、それぞれ2,000ないし2. 800Hz、2゜8000ないし4,00 0七および4,0OOHz以上のオーディオ周波数区域にあるスペクトルエネル ギーを使用して刺激される。Preferably, additional preselected electrodes are also obtained from said audio signal. 2,000 to 2.00 each. 800Hz, 2°8000 to 4,000 Spectral energies in the audio frequency range above 0.07 and 4.000Hz Stimulated using ghee.

本発明の他の一面に従えば、マイクロホンによって受信された入って来る音響信 号からある数、例えば5種類のスペクトルピークを抽出する多スペクトルピーク (MPEAK)コーディング軌路を採用する、鍋中人工器官のための改良された 音声ブロモ・ノサーが提供される。この音声プロセッサーはこの情報をパルス列 へコード化し、鍋中内植体の選定した電極へ送る。第1フオルマン)(Fl)ス ペクトルピーク(280〜1000Hz)および第2フオルマント(F2)スペ クトルピーク(800〜4000Hz)はコード化され、それぞれ頂部およびベ ース電極へ提供される。FlおよびF2電極選定は鍋中のドツトピック組織に従 う。高周波数スペクトル情報は一層ベース近くの電極へ送られ、低周波数電極は 一層頂点近くの電極へ送られる。2000〜2800七、2800〜400〇七 、および4000Hz以上の範囲にあるスペクトルエネルギーはコード化され、 3個の固定電極へ提供される。基本もしくは発声周波数(FO)は有声期間の刺 激のパルスレートを決定し、そして疑ランダム非周期的レートは無声期間の刺激 のパルスレートを決定する。5個のバンド中の音響信号の振幅は刺激強度を決定 する。According to another aspect of the invention, an incoming acoustic signal received by a microphone Multi-spectral peaks that extract a certain number, for example, 5 types of spectral peaks from a sample. (MPEAK) Improved for pot prostheses that employ coding tracks. Audio bromo nosar is provided. This audio processor uses this information as a pulse train. and send it to the selected electrodes of the inplant in the pot. 1st Forman) (Fl) Spectral peak (280-1000Hz) and second formant (F2) spectrum vector peaks (800-4000Hz) are coded and labeled as top and base, respectively. is provided to the ground electrode. Fl and F2 electrode selection follows the dot topic structure in the pan. cormorant. High frequency spectral information is sent to electrodes closer to the base, while lower frequency electrodes It is sent to an electrode closer to the apex. 2000-28007, 2800-40007 , and spectral energies in the range of 4000 Hz and above are encoded, Provided to three fixed electrodes. The fundamental or voicing frequency (FO) is the stimulus during the voicing period. Determine the pulse rate of the pulse, and the pseudorandom aperiodic rate of the silent period stimulus. Determine the pulse rate. The amplitude of the acoustic signal in the five bands determines the stimulation intensity do.

凹皿Ω呈車星脱所 本明細書は、本発明の主題を詳しく指摘し、そして明瞭にクレームする請求の範 囲で結んでいるが、本発明は添付図面を参照して以下の説明からより良く理解さ れるものと信じる。図面において、第1Aおよび18図は、ヒト耳の内部解剖図 および鍋中の断面図である。Concave dish Ω This specification sets out the claims particularly pointing out and distinctly claiming the subject matter of the invention. The present invention will be better understood from the following description when taken in conjunction with the accompanying drawings. I believe it will happen. In the drawings, Figures 1A and 18 are internal anatomical diagrams of the human ear. and a cross-sectional view of the inside of the pot.

第2図は、本発明の全体の鍋中内植システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of the overall pot inplant system of the present invention.

第3図は、内植し得るパーツおよび患者が着用し得るパーツを含む、このシステ ムの部品の外観図である。FIG. 3 shows this system, including parts that can be implanted and parts that can be worn by the patient. FIG.

第3Aおよび3B図は、それぞれこのシステムの内植し得るパーツの側面および 端面図である。Figures 3A and 3B show the side and side views of the implantable parts of this system, respectively. FIG.

第4図は、本発明に使用される二組電流波形を示す、電流対時間のグラフである 。FIG. 4 is a graph of current versus time showing two sets of current waveforms used in the present invention. .

第5図は、本発明の多ピークコーディング戦略を使用する有声音のための電極ベ アの逐次刺激パターンの一例を示すグラフである。FIG. 5 shows the electrode base for voiced speech using the multi-peak coding strategy of the present invention. It is a graph which shows an example of the sequential stimulation pattern of (a).

第6図は、本発明の多ピークコーディング戦略を使用する無声音のための電極ベ アの逐次刺激パターンの一例を示すグラフである。FIG. 6 shows the electrode base for unvoiced speech using the multi-peak coding strategy of the present invention. It is a graph which shows an example of the sequential stimulation pattern of (a).

第7図は、本発明の多ピークコーディング戦略を使用する種々の定常音素のだめ の電気的刺激のパターンの一例を示すチャートである。FIG. 7 shows a collection of various stationary phonemes using the multi-peak coding strategy of the present invention. 3 is a chart showing an example of an electrical stimulation pattern.

第8図は、本発明の音声プロセッサーのための標準的音大きさ成長を示すグラフ である。FIG. 8 is a graph showing typical loudness growth for the audio processor of the present invention. It is.

第9図は、本発明に従った脈動タイプ、多チャンネル鍋中内植システムのマイク ロホンおよび音声プロセンサー部分のブロック図である。FIG. 9 shows the microphone of a pulsating type, multi-channel pot inplant system according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of the voice processor and audio processor portion.

るための 5隻 第2図に示した本発明の鍋中内植システムはいくつかのコンポーネントを含む。5 ships for The pot inplant system of the present invention shown in FIG. 2 includes several components.

電極列1は鍋中中に内植される。電極列1は可撓性シリコーンプラスチック担体 と共に、成形された白金の多数のリングまたはバンドを含む。好ましくは合計し て32の白金バンドがある。先端の22バンドは活性電極であり、それらへ溶接 された接続ワイヤーを有する。根本の10電極バンドは剛直化のために使用され 、そして外科的挿入の補助として作用する。典型的な例においては、電極リング は厚み約0.05mmおよび幅0.3mmであり、そして根本端において0.6 mmから先端において0.4mmまでの外径を持つ。リングの直径は列が先端1 0mmにわたって先細となるようにスムースに変化する。リングは電極列の先端 25mmにわたって0.75mm中心上に間隔を置かれ、リングの露出した外側 区域の全部は活性電極区域として使用される。シリコーン材料はダウコーニング 社のMDX4−4210でよい。The electrode array 1 is implanted in the pot. Electrode row 1 is a flexible silicone plastic carrier and a number of rings or bands of molded platinum. preferably total There are 32 platinum bands. The 22 bands at the tip are active electrodes and weld to them with connected wires. The 10-electrode band at the base is used for stiffening. , and act as an adjunct to surgical insertion. In a typical example, an electrode ring is approximately 0.05 mm thick and 0.3 mm wide, and 0.6 mm at the proximal end. It has an outer diameter from mm to 0.4 mm at the tip. The diameter of the ring is from the tip of the row to 1. It changes smoothly so as to taper over 0 mm. The ring is at the tip of the electrode row The exposed outside of the ring is spaced 0.75mm on center over 25mm. All of the area is used as active electrode area. Silicone material is Dow Corning The company's MDX4-4210 is sufficient.

22本のt極ワイヤーは、電極列1からレシーバ−/刺激ユニッ) (R3U) 3ヘケーブル2を介して通過する。記載した本発明はこの電極列デザインへ限定 されるものではなく、先行技術に記載されたような多数の代替電極デザインを使 用することができる。R3U3は外部ソースから、R5Uへ取り付けたそして皮 膚直下に位置する同調受信コイル5を通って情報およびパワーを受取る。R3U はまた電極列1へ電気的刺激パルスを提供する。パワーと、どの電極をそしてど の程度の強度を刺激するかのデータは、外部多ピーク音声プロセッサー(MSP )7から、無線周波数で作動する誘導リンク6を使用して皮膚を横断して伝送さ れる。平常の作動においては、MSPは便利に着用されたマイクロホン8から音 響刺激をピックアップし、そして該信号から刺激電極、レートおよび振幅を決定 するために使用される情報を抽出する。22 t-pole wires run from electrode row 1 to receiver/stimulation unit) (R3U) 3 through cable 2. The invention described is limited to this electrode array design. using a number of alternative electrode designs such as those described in the prior art. can be used. R3U3 is attached to R5U from an external source and the skin Information and power are received through a tuned receiver coil 5 located just below the skin. R3U also provides electrical stimulation pulses to the electrode array 1. power and which electrode and which The stimulation intensity data is processed using an external multi-peak audio processor (MSP). ) 7, transmitted across the skin using an inductive link 6 operating at radio frequency. It will be done. In normal operation, the MSP emits sound from a conveniently worn microphone 8. Pick up the acoustic stimulus and determine the stimulation electrode, rate and amplitude from the signal Extract information used to.

電気的刺激に対する各患者の応答は異なるので、各患者のMSPを彼または彼女 自身の要求に合わせることが必要である。このためMSPは各、告者に適合する ようにプログラムされたRAMを有する。Because each patient's response to electrical stimulation is different, each patient's MSP can be determined by his or her It is necessary to adapt it to your own needs. Therefore, MSP is suitable for each whistleblower. It has a RAM programmed as follows.

電気的刺激に対する患者の応答は患者のMSPを使用してR5Uの内植後しばら くしてテストされ、そしてこれらテストの結果は、患者自身の特定の要求のため にMSPをセットするために使用される。これはMSPをコネクターおよびケー ブル9を介して診断プログラミングインターフェースユニット(PPI)10へ 接続することによってなされる。DPIはそれ自身ケーフ゛ルおよびコネクター 11を介して診断およびプログラミングユニ7) (DPU)12と呼ばれる一 般目的コンピューターへ接続される。The patient's response to electrical stimulation was significantly reduced for some time after implantation of R5U using the patient's MSP. and the results of these tests are Used to set MSP to . This connects MSP to connectors and cables. to the diagnostic programming interface unit (PPI) 10 via the It is done by connecting. DPI is itself a cable and connector 11 through the Diagnostic and Programming Unit 7) (DPU) called 12. Connected to a general purpose computer.

患者によって使用されるシステムの外観図は、第3.3Aおよび3B図に示され ている。電極列20は可撓性であり、鼓室階を鍋中の残部から分離する基底膜に 沿って挿入されるとき、鍋中の形状(第1Aおよび18図)にフィツトする。電 極列はシリコーン被覆ケーブル21によってRSU22へ接続される。ケーブル 21はケーブル内のワイヤーの切断を防止するだめの応力緩和を提供するように 特別に設計される。情報およびパワー受取りコイルは、R3U22中の内植電子 回路へ連結されたトランスである多ストランド白金ワイヤー23の単−巻きであ る。An external view of the system used by the patient is shown in Figures 3.3A and 3B. ing. The electrode array 20 is flexible and is attached to the basement membrane separating the scala tympani from the rest of the pot. When inserted along, it fits into the shape in the pot (Figures 1A and 18). electric The pole array is connected to the RSU 22 by a silicone coated cable 21. cable 21 to provide additional stress relief to prevent wire breakage within the cable. Specially designed. The information and power receiving coils are embedded electronics in R3U22. A single turn of multi-strand platinum wire 23 which is a transformer connected to the circuit. Ru.

外部着用送信コイル24は、例えばコイル23および24の各自に隣接して支持 された協力する磁石により、またはコイルを使用者の頭部へ保持するためコイル 24へ取付けた固定具(図示せず)により、または粘着テープにより、R3U内 植体22の部位の上の頭部に対し固定される。コイル24は、コイルケーブル2 6および補聴器マイクロホン27を介して音声プロセッサー29へ接続される。Externally worn transmitting coil 24 is supported adjacent to each of coils 23 and 24, for example. by a cooperating magnet or to hold the coil to the user's head. 24 with fixings (not shown) or with adhesive tape inside R3U. It is fixed against the head above the site of the implant 22. The coil 24 is connected to the coil cable 2 6 and a hearing aid microphone 27 to an audio processor 29 .

補聴器マイクロホン27は内植部位に最も近い耳に着用され、そしてマイクロホ ン27からのオーディオデータは3本ワイヤーケーブル28を介してMSP29 へ接続される。伝送データは同じ3本のワイヤーケーブル28とコイルケーブル 26を介してMSP29からコイル24へ接続される。この3本ワイヤー構造は 、“鍋中内植プロセッサーのための3本ワイヤーシステム”と題する、1989 年9月7日出願のChristopher N、Dalyの米国特許出願第40 4.230号に記載されている。該出願は本発明の譲受人へ譲渡され、そしてこ こに参照して取入れる。ネクタイ留め上に着用される、または使用者の衣服へ取 り付けられる等のマイクロホンを含む、代りのマイクロホン形状も可能である。The hearing aid microphone 27 is worn in the ear closest to the implant site, and the microphone Audio data from connector 27 is transferred to MSP 29 via three wire cable 28. connected to. Transmission data is the same three wire cables 28 and coil cable 26 from the MSP 29 to the coil 24. This three wire structure , entitled “Three-Wire System for Pot Inplant Processors”, 1989 Christopher N. Daly, U.S. Patent Application No. 40, filed September 7, 2013 4.230. This application is assigned to the assignee of the present invention and This is incorporated herein by reference. Worn over a tie clasp or attached to the user's clothing. Alternative microphone configurations are possible, including attached microphones.

コイルケーブル26および3本ワイヤーケーブル28は、取り外し得るコネクタ ー32.33および34によってマイクロホン27およびMSP29へ取付けら れる。MSP29はMSP29内部に支持された普通に入手し得る電池(例えば 単−AAサイズ電池)によって給電される。テレビ、ラジオ、または高品質マイ クロホンからのような、外部オーディオ信号源の接続を許容するため、プラグ挿 入ジャック31が設けられる。Coiled cable 26 and three wire cable 28 have removable connectors. -32. Attached to microphone 27 and MSP29 by 33 and 34. It will be done. The MSP29 uses a commonly available battery (e.g. Powered by a single AA size battery. TV, radio, or high quality Plug-in to allow connection of an external audio signal source, such as from a crophon. An input jack 31 is provided.

第4図を参照すると、鍋中を電気的に刺激するのに使用されるパルスは二相であ る。すなわち、それは負電流刺激期間と、それに続く等振幅の正電流の等期間に よりなり、この二つの期間(φ1およびφ2として知られる)は無刺激の短期間 によって分離される。φ1およびφ2は12ないし400マイクロ秒の範囲内( 典型的には200マイクロ秒)であり、そして中断間隔は典型的には約50マイ クロ秒である。φ1およびφ2の振幅、それらの持続時間、および中断間隔の時 間は音声プロセンサー(第3図)によって伝送された信号から解読された情報に よって決定される。これらのパラメータの実際の値は、患者の精神物理学的テス トの結果として、各患者について電極ベースにより一電極上に設定されるであろ う。φlおよびφ2の極性の反転は、刺激に正味のDC成分がないことを保証す るから重要である。これは長期間DC励起は電極腐食と、そしてれた心臓ペース メーカーよりも鍋中内植体においてはもっと重要であると考えられる。これは鍋 中刺激装置は神経繊維を刺激するのに対し、心臓ペースメーカーは心筋を刺激す るように設計されているからである。神経組織は電気的刺激により一層損傷を受 け易く、そのため鍋中内植システムは心臓ペースメーカーよりもさらに厳格な安 全係数をもって設計すべきであると考えられる。このシステムは、両方の刺激フ ェーズのために同じ刺激ソースが使用されるように設計されている。この二相パ ルスは単に電極への接続の反転によってつくられる。このため極めて良好な荷t B様が得られ、φlおよびφ2の持続時間が等しい限り、高レベルの安全性を提 供する。Referring to Figure 4, the pulses used to electrically stimulate the pot are biphasic. Ru. That is, it has a period of negative current stimulation followed by equal periods of positive current of equal amplitude. These two periods (known as φ1 and φ2) are short periods of no stimulation. separated by φ1 and φ2 are in the range of 12 to 400 microseconds ( 200 microseconds), and the interruption interval is typically about 50 microseconds. It is a cross second. Amplitudes of φ1 and φ2, their durations and times of interruption intervals The interval is based on the information decoded from the signal transmitted by the audio processor (Figure 3). Therefore, it is determined. The actual values of these parameters depend on the patient's psychophysical tests. As a result of the cormorant. Reversing the polarity of φl and φ2 ensures that there is no net DC component in the stimulus. It is important because This is because long-term DC excitation can lead to electrode corrosion and cardiac pace. It is thought to be more important in pot inplants than in manufacturers. this is a pot Medium stimulators stimulate nerve fibers, whereas cardiac pacemakers stimulate the heart muscle. This is because it is designed to Nerve tissue is further damaged by electrical stimulation. Because of this, pot-implanted systems are subject to more stringent safety requirements than cardiac pacemakers. It is thought that it should be designed using all coefficients. This system provides both stimulus The same stimulus source is designed to be used for both phases. This two-phase The loops are created simply by reversing the connections to the electrodes. Therefore, extremely good load B can be obtained, and as long as the durations of φl and φ2 are equal, they offer a high level of safety. provide

刺激回路は、好ましくはコンスタント電流源として構成される。The stimulation circuit is preferably configured as a constant current source.

これはコンスタント電圧源と比較して、もし電極インピーダンスが変化しても( しばしば観察されているように)、電極へ放出される電流は広範囲の電極インピ ーダンスにわたって変化しないという利益を有する。電流は数マイクロアンペア から2mAまで変化することができ、非常に広範囲の音大きさ知覚を発止し、そ して患者間の広い変動に適応することを許容する。This is compared to a constant voltage source, even if the electrode impedance changes ( (as is often observed), the current delivered to the electrode has a wide range of electrode impingement. - has the benefit of not changing over the dance. Current is several microamperes to 2 mA, producing a very wide range of sound loudness perception and to allow for wide variation between patients.

R5U3 (第2図)内の刺激発生回路は、好ましくは二つのモードの一方にお いて作動するように設計される。第1のモードは“多度または制限によ・りても 決定されず、回路設計を実施する時どちら檄は二つの選定した電極(便宜上Aお よびBと呼ぶ)の間で行われる。フェーズφ1においては、電流はAによって供 給され、Bによフて低減される。フェーズφ2においては、電流はBによって供 給され、Aによって低減され、他の電極は刺激に何の役目も果たさない。R3U 3は、好ましくは電極の任意のペアが双極刺激のために選択できるように構成さ れる。このため刺激戦略の選択に大きな融通性がある。The stimulus generation circuit in R5U3 (Figure 2) is preferably configured in one of two modes. It is designed to operate in the same way. The first mode is “Depending on frequency or restrictions” When carrying out the circuit design, it is necessary to use the two selected electrodes (for convenience, A and A). and B). In phase φ1, the current is supplied by A. and is reduced by B. In phase φ2, the current is supplied by B. supplied and reduced by A, the other electrodes play no role in stimulation. R3U 3 is preferably configured such that any pair of electrodes can be selected for bipolar stimulation. It will be done. Therefore, there is great flexibility in the selection of stimulation strategies.

これら二つの特定刺激モードだけが選択されたことを理解すべきである。しかし ながら他の刺激モードを排除するものではない。例えば、多極もしくは分配接地 システムも、すべての電極が分配された接地として作用しない場合に使用するこ とができ、そして任意の電極を9.レシーバ−/刺激装置の適当な改造をもって 、どちらの刺激フェーズの間においても電流源、電流シンクまたは不活性になる ようにいつでも選択することができよう。It should be understood that only these two specific stimulation modes were selected. but However, this does not exclude other stimulation modes. For example, multipole or distributed grounding The system may also be used when all electrodes do not act as a distributed ground. 9. With appropriate modification of the receiver/stimulator , current source, current sink, or inactive during either stimulation phase. so you can choose anytime.

本発明の主目的は、著しい難聴にかかつている人々へ改良された音声コミュニケ ーションを提供することである。しかしながら、改良された音声コミュニケーシ ョンの提供に加え、環境音、例えば電話、ドア、警報サイレン、ドア鈴等人間生 活の一部をなす音を伝えることも重要である。これまで記載したシステムは、基 本的にはこれまで参照し、参照として取入れたCrosbyらの特許のものであ る。Crosbyらの特許においては、第2のフォルマントF2が音声信号の理 解性の大部分を運ぶが、第1のフォルマントF1は信号の自然さの多くを含んで いるにもかかわらず、理解度へは少ししか貢献しない。The primary objective of the present invention is to provide improved voice communication for people suffering from significant hearing loss. The goal is to provide However, improved voice communication In addition to providing environmental sounds, such as telephones, doors, alarm sirens, doorbells, etc. It is also important to convey the sounds that are a part of life. The system described so far is based on This is essentially the patent of Crosby et al. that has been referenced and incorporated as a reference. Ru. In the Crosby et al. patent, the second formant F2 is used to explain the speech signal. The first formant F1 contains much of the naturalness of the signal. Despite this, it contributes only a small amount to comprehension.

Crosbyらは、第3およびそれより高いフェルマントは第2フォルマント程 多くの情報を運ばないことを観察した。彼らはまた、多数の電極を同時に刺激す る時の電極間の相互作用に関する当時の限られた知識に鑑み、最も有効な刺激方 法は、最も重要なフォルマント情報を提供するため鍋中中の適切な電極または部 位において第2フオルマントをコードすることであると怒じた。そのような刺激 の振幅は第2フオルマントの振幅から誘導される。Crosby et al. show that the third and higher fermants are as small as the second formant. Observed that it does not carry much information. They also stimulate a large number of electrodes simultaneously Given the limited knowledge at the time regarding interactions between electrodes during The method uses appropriate electrodes or parts in the pot to provide the most important formant information. He was angry that it was meant to encode the second formant in the second place. such stimulation The amplitude of is derived from the amplitude of the second formant.

Crosbyらのシステムはまた、パルスレートの形で韻律情報を提供する。そ のようなシステムは刺激レートを100〜25〇七の範囲へ圧縮する。この範囲 において刺激パルスレートから最大ピッチ弁別が得られる。The Crosby et al. system also provides prosodic information in the form of pulse rate. So Systems such as compress the stimulation rate to the range of 100-2507. this range Maximum pitch discrimination is obtained from the stimulus pulse rate at .

Crosbyによって採用された追加のファクターは、電流音響刺激レベルの上 部10ないし20dBのみが、刺激振幅を決定するために使用されることである 。これは、全体の音響大きさ範囲を利用し得る電気的刺激の小さい範囲へ圧縮す る代りに、トップ部分だけを使用する。このように、Crosbyらの信号の振 幅は30dBの動的範囲だけを提供する5ピント2進コードによって完全に表わ される。An additional factor adopted by Crosby is that above the current acoustic stimulus level 10 to 20 dB is used to determine the stimulation amplitude. . This compresses the entire acoustic loudness range into a small range of usable electrical stimulation. Instead, use only the top part. Thus, the signal amplitude of Crosby et al. The width is fully represented by a 5-pin binary code that provides only 30dB of dynamic range. be done.

要約すると、Crosbyらの音声プロセシング戦略は、1、約300セないし 約4000Hzの範囲内の主要スペクトルピークを電極位置をコード化するのに 使用する。In summary, the speech processing strategy of Crosby et al. The main spectral peaks within a range of approximately 4000 Hz are used to encode the electrode position. use.

2、電極位置をコード化するのに使用する主要スペクI・ルビークの振幅が刺激 振幅を決定するために使用される。2. The amplitude of the main spectrum I-L-beak used to encode the electrode position is the stimulus used to determine the amplitude.

3、音声ピッチ(FO)は圧縮され、そして刺激レートを決定するために使用さ れる。3. Audio pitch (FO) is compressed and used to determine stimulation rate. It will be done.

無声音および環境音のため、Cr o s byらのシステムはなお刺激を発生 するであろうが、しかし刺激レートおよび電極位置は音響信号のそのままの性格 によって決定されるであろう。例えば、歯擦子音(“S”)については、刺激レ ートはかなり速いがしかしコンスタントではなく、そして刺激される電極は高周 波知覚を密造する電極である。Due to unvoiced and environmental sounds, the system of CrOsby et al. still generates a stimulus. However, the stimulation rate and electrode position depend on the raw nature of the acoustic signal. will be determined by For example, for the sibilant consonant (“S”), the stimulus rate is fairly fast but not constant, and the stimulated electrodes are at high frequencies. These are electrodes that secretly create wave perception.

ある種の患者に有用な第2の音声プロセシング戦略がCrosbyらによって採 用されている。第2の戦略は、電極位置がフォルマント周波数によって決定され る点において上述のものに偵でいる。しかしながら刺激レートは第1のフォルマ ント周波数のFlにあり、そして刺激振幅はF1ピークの時点における音響信号 のピークの値に対して決定される。これは刺激レートがより速く、そしである患 者には一層自然に聞こえる談話知覚を誘発するという利益を有する。加えて、F l信号は振幅変調され、そしてFOリレートりも一時的に良好であり、患者は韻 律情報を伝えるために有用なFOまたは音声ピッチをも知覚する。A second speech processing strategy useful for certain patients was adopted by Crosby et al. It is used. The second strategy is that the electrode position is determined by the formant frequency. It is similar to the above in that respect. However, the stimulation rate is in the first form. and the stimulation amplitude is equal to the acoustic signal at the time of the F1 peak. is determined for the peak value of . This means that the stimulation rate is faster and the patient This has the benefit of inducing a more natural-sounding discourse perception for the user. In addition, F The l signal is amplitude modulated, and the FO relation is temporarily good, and the patient hears rhymes. It also perceives FO or vocal pitch, which is useful for conveying rhythmic information.

Crosbyらの考えた他の音声プロセシング戦略の一つは、入って来る音声信 号から抽出しFlのレートにおいて患者を刺激するが、しかし刺激がFOリレー トおいてゲートされるように刺激をパターン化することである。One of the other speech processing strategies considered by Crosby et al. The patient is stimulated at a rate of Fl, but the stimulation is FO relay The idea is to pattern the stimuli so that they are gated at the same time.

最近数年間にわたる、CrosbyらのFO,Fl、F2音声プロセシングコー ド化様式を使用する音声プロセッサーの成功にもかかわらず、そのような音声プ ロセッサーコード化様式の使用に関して多数の問題がなお残っている。前に指示 したように、静かな条件においては良く行動する患者は中程度レベルのバンクグ ラウンドノイズが存在する時著しい問題を持つことができる。さらに、FO。Over recent years, Crosby et al.'s FO, Fl, F2 speech processing code Despite the success of voice processors that use coded formats, such voice processors A number of issues still remain regarding the use of processor coding styles. instructions before As shown, patients who perform well in quiet conditions have moderate levels of banking. You can have significant problems when round noise is present. Furthermore, F.O.

Fl、F2様式は約4000Hzまでの周波数をコード化するので、そして音素 および環境音はこの範囲以上のそれらのエネルギーの高い割合を持っているので 、そのような音素および環境音はある場合には内植体使用者に聞こえない。Since the Fl, F2 style encodes frequencies up to about 4000 Hz, and phonemes and since environmental sounds have a high proportion of their energy above this range , such phonemes and environmental sounds are in some cases inaudible to inplant users.

本発明によれば、音声信号は音声信号の第2の周波数ピークまたはフォルマント F2の正常範囲内または以上の複数、例えば三つのバンドにバンド通過フィルタ ーされる、Crosbyら特許に開示されたような、脈動作動システムを有する 多チャンネル鍋中内植人工器官が提供される。ここに開示する音声コード化様式 は多スペクトルピークコーディング戦略(MPEAK)と呼ばれる。MPEAK は、音声および環境音の知覚を助ける追加の高周波情報を提供するように設計さ れている。According to the invention, the audio signal has a second frequency peak or formant of the audio signal. Band pass filter with multiple, e.g. three bands within or above the normal range of F2 a pulsating motion system, such as that disclosed in the Crosby et al. A multi-channel pot endoprosthesis is provided. Audio encoding style disclosed herein is called multispectral peak coding strategy (MPEAK). MPEAK is designed to provide additional high-frequency information that aids in the perception of speech and environmental sounds. It is.

MPEAKコーディング戦略はFlおよびF2スペクトルピークを抽出しそして コード化し、抽出した周波数を使用して刺激のためのもっと頂部のそしてもっと ベース近くの電極ベアを選定するように評価する。選定された電極各自は基本周 波数FOに等しいパルスレートにおいて刺激される。FlおよびF2に加えて、 スペクトル情報の三つの高周波バンドが抽出される。バンド3(2000〜28 0〇七)、バンド4 (2800〜4000臣)、およびバンド5(4000) (z以上)からの振幅評価は電極列I(第2図)の固定電極、例えば第7、第4 および第1電極へそれぞれ提供される。MPEAK coding strategy extracts Fl and F2 spectral peaks and More apical and more for stimulation using encoded and extracted frequencies Evaluate to select the electrode bear near the base. Each selected electrode has a basic circumference. It is stimulated at a pulse rate equal to the wavenumber FO. In addition to Fl and F2, Three high frequency bands of spectral information are extracted. Band 3 (2000-28 007), Band 4 (2800-4000 ministers), and Band 5 (4000) (above z), the fixed electrodes of electrode row I (Fig. 2), such as the seventh and fourth and a first electrode, respectively.

第1、第4および第7電極は、高周波バンドのための不透行電極として選定され る。それらは十分に離れており、大部分の患者はこれら三つの位置における刺激 を弁別し得るからである。これら不履行割当ては必要に応じ再プログラムし得る ことに注目すべきである。The first, fourth and seventh electrodes are selected as opaque electrodes for high frequency bands. Ru. They are sufficiently far apart that most patients experience stimulation at these three locations. This is because it is possible to discriminate between These default assignments can be reprogrammed as needed. It should be noted that

もし三つの高周波バンドがMAP中の三つの最もベース寄り電極へ割当てられた ならば、多数の患者は追加の高周波情報を有用であると感じないであろう。これ は患者はしばしば隣接するベース寄り電極間の良好な位置ピッチ弁別を示さない からである。加えて、電気的刺激から得られる全体のピッチ知覚はあまりにも高 いであろう。If three high-frequency bands are assigned to the three base-most electrodes in the MAP If so, many patients will not find the additional high frequency information useful. this Patients often do not show good position-pitch discrimination between adjacent base-biased electrodes. It is from. Additionally, the overall pitch perception obtained from electrical stimulation is too high. It would be nice.

以下の表■は、本発明の音声コーディング様式に採用される種々のフォルマント の周波数範囲を示す。The following table ■ shows various formants employed in the speech coding style of the present invention. Indicates the frequency range of

280−1000七 F1 800−4000七 F2 2000−2800& ハンド3−電極72800−4000Hz バンド4− 電極4400〇七以上 バンド5−電極1 もし入力信号が有声ならば、それは周期的な基本周波数を有する。280-10007 F1 800-40007 F2 2000-2800 & Hand 3- Electrode 72800-4000Hz Band 4- Electrode 4400〇7 or more Band 5-Electrode 1 If the input signal is voiced, it has a periodic fundamental frequency.

Fl、F2およびバンド3および4の評価から選定された電極ペアはFOに等し いレートで逐次的に刺激される。最もベース寄りの電極ペアが最初に刺激され、 そして第5図に示すように次第に頂部寄りの電極ペアが刺激される。第5図には 、バンド5は提供されでいない。この周波数バンドには有声音のためには無視し 得る情報しか含まれていないからである。The electrode pairs selected from the evaluation of Fl, F2 and bands 3 and 4 are equal to FO. stimulated sequentially at a high rate. The electrode pair closest to the base is stimulated first; Then, as shown in FIG. 5, electrode pairs closer to the top are gradually stimulated. Figure 5 shows , band 5 is not provided. This frequency band should be ignored for voiced sounds. This is because it only contains information that can be obtained.

もし入力エネルギーが無声音であれば、F1バンド(280−10001−Iz )中のエネルギーは実質上ゼロである。従ってそれは400〇七以上の情報を抽 出する周波数バンドで置き換えられる。この状況において、F2およびバンド3 34および5の評価から選定された電極ペアが脈動刺激を受ける。刺激レートは 非周期的で、そして200〜300Hzの間を変動する。第6図は、刺激がベー スから頂部へ向って進む、無声音のための逐次的刺激パターンを図示する。If the input energy is unvoiced, the F1 band (280-10001-Iz ) is practically zero. Therefore, it extracts more than 40,007 pieces of information. Replaced by the frequency band to be emitted. In this situation, F2 and band 3 Electrode pairs selected from evaluations 34 and 5 receive pulsatile stimulation. The stimulation rate is It is non-periodic and fluctuates between 200 and 300 Hz. Figure 6 shows that the stimulus is 2 illustrates a sequential stimulation pattern for an unvoiced sound, proceeding from the top to the top.

このようにMPEAKコーディング戦略は五つのスペクトルピークを抽出し、コ ード化するが、しかし四つだけのスペクトルピークがどの刺激シーケンスについ てもコード化されるに過ぎないことが理解し得る。In this way, the MPEAK coding strategy extracts five spectral peaks and However, only four spectral peaks are present for which stimulus sequence. However, it can be understood that it is merely encoded.

第7図は、MPEAKコーディング戦略を使用するときの種々の定常状態音素の ための電極刺激のパターンを図示する。MAPの一次機能は、主要スペクトルピ ーク(FlおよびF2)の周波数を電極選定に翻訳することである。この機能を 実行するには、電極は鍋中の正門窓から始まって順次番号が付される。電極1は 最もベース寄りの電極であり、電極22は電極列中量も頂部寄り電極である。Figure 7 shows the various steady-state phonemes when using the MPEAK coding strategy. Figure 2 illustrates the pattern of electrode stimulation for. The primary function of the MAP is to identify the main spectral peaks. the frequency of the arc (Fl and F2) into electrode selection. This feature In practice, the electrodes are numbered sequentially starting from the front window in the pan. Electrode 1 is It is the electrode closest to the base, and the electrode 22 is also the electrode closest to the top of the electrode array.

異なる電極の刺激は通常鍋中のドツトピック機構を表明するピンチ知覚を生ずる 。電極22は最低位ピッチ知覚、または最も鈍い音を誘発する。電極1は最高位 ピッチ知覚、または最も鋭い音を誘発する。Stimulation of different electrodes usually produces a pinch sensation that expresses the dot-topic mechanism in the pot. . Electrode 22 induces the lowest pitch perception, or dullest sound. Electrode 1 is the highest Evoke pitch perception, or the sharpest sound.

FlおよびF2スペクトルピークのための周波数範囲を電極総数へ割当てるため 、不履行マツピングアルゴリズムは第7図に示すように利用し得る電極総数を約 1:2の比に分ける。従って電極の約1/3がF1周波数範囲へ割当てられる。To allocate the frequency range for Fl and F2 spectral peaks to the total number of electrodes , the default mapping algorithm reduces the total number of available electrodes to approximately Divide into a 1:2 ratio. Approximately 1/3 of the electrodes are therefore allocated to the F1 frequency range.

これらは頂部寄りの電極であり、そしてそれらは280〜I OOOHzの周波 数範囲をカバーするであろう。電極の残りの2/3はF2周波数範囲(800〜 4000Hz)へ割当てられる。280〜1000Hzの周波数をカバーする最 も頂部寄りの電極は、比例的に等しい周波数バンドを割当てられる。F2の見積 りに相当する周波数範囲は残りのベース寄り電極へ割当てられ、そして対数的に 等しい周波数バンドに分割される。この周波数分布は比例/対数(lin/lo g)スペーシングと呼ばれる。These are the top electrodes, and they have a frequency of 280 to IOOHz. will cover a range of numbers. The remaining two-thirds of the electrodes cover the F2 frequency range (800~ 4000Hz). The highest frequency range covering frequencies from 280 to 1000Hz Electrodes closer to the top are assigned proportionally equal frequency bands. F2 estimate The corresponding frequency range is assigned to the remaining near-base electrodes and logarithmically divided into equal frequency bands. This frequency distribution is proportional/logarithmic (lin/lo g) called spacing.

2番目の任意的なマツピングアルゴリズム(図示せず)は、全体の周波数範囲を FlおよびF2のための対数的に等しい周波数バンドに分割する(log/lo gスペーシング)。Iin/logスペーシングに比較して、これは1000H z以下の周波数境界を割当てられた電極のため比較的広い周波数バンドをもたら す。これらの電極のための広い周波数バンドのため、多数の母音は同じような電 極を刺激し、そのためこれら母音の区別を困難にするであろう。A second optional mapping algorithm (not shown) maps the entire frequency range to Divide into logarithmically equal frequency bands for Fl and F2 (log/log g spacing). Compared to Iin/log spacing, this is 1000H Electrodes assigned frequency boundaries below z result in a relatively wide frequency band vinegar. Because of the wide frequency band for these electrodes, many vowels are will stimulate the poles and therefore make it difficult to distinguish between these vowels.

不履行アルゴリズムのFl/F2]in/log機能は、それがI o g /  I o g機能よりもF1範囲において良い位置解像を与えるため好ましい。The Fl/F2]in/log function of the defaulting algorithm is This is preferred because it provides better position resolution in the F1 range than the Iog function.

加えて、このアルゴリズムは1000Hzに近いフォルマントを持つ母音および 子音の弁別を提供する。In addition, this algorithm is suitable for vowels and Provides consonant discrimination.

DPSプログラムのマツピング部は電極への周波数バンドの割当てに融通性を許 容する。もしMAP中により少数の電極が含まれているならば、より少数のそし て広い周波数バンドがコンピューターにより自動的に割当てられ、全体の周波数 範囲がカバーされるであろう。さらに、周波数バンドのコンピューター発生スペ ーシングをオーバーライドすることが可能である。どの周波数範囲でも上限周波 数限界を変更することによって任意の電極へ割当てることができる。The mapping portion of the DPS program allows flexibility in assigning frequency bands to electrodes. To tolerate. If fewer electrodes are included in the MAP, fewer electrodes are included. A wide frequency band is automatically assigned by the computer and the overall frequency range will be covered. In addition, the computer-generated spectrum of frequency bands It is possible to override the Upper frequency limit for any frequency range By changing the number limit, it can be assigned to any electrode.

下の表■は、20組の電極ペアおよびMPEAKコーディング戦略を使用して二 相+1モードにつくったマツプのための不履行境界(tin/log)を示す。The table below shows two results using 20 electrode pairs and the MPEAK coding strategy. The default bounds (tin/log) are shown for the map created in phase+1 mode.

(以下余白) :LL BP+1モードにおける20電極のためのLin/Log周波数境界お よび3種の高周波バンドのための電極割当−里1敗境界− 1LJ3m −工−1−−よ−l− 426]1 2904 1 3595以上 電極ニアバンド3用 以下の表■は、14個の電極だけとMPEAKコーディング戦略を使用する同じ モードの不履行境界を示す。(Margin below) :LL Lin/Log frequency boundary and for 20 electrodes in BP+1 mode and electrode allocation for three types of high frequency bands - Sato1 defeat boundary - 1LJ3m -Eng-1--Yo-l- 426] 1 2904 13595 or more For electrode near band 3 The table below shows the same results using only 14 electrodes and the MPEAK coding strategy. Indicates the default boundary of the mode.

(以下余白) lL BP+1モードにおける14電極のためのL i n / L o g周 波数境界および3種の高周波バンドのための電極割当−凰波敗境界一 一!−4−−玉−1−−よ−l− 1013603、587 43428以上 電極=7ハンド3用 電気的刺激の振幅は、5種の周波数バンド(Fl、F2およびバンド3.4およ び5)の各口内の入って来る音響信号の振幅から決定される。しかしながら、電 極は異なる闇値(T)と最大許容音大きさくC)レベルを有するため、音声プロ セッサーは各バンド内の入って来る信号の振幅に基いて各電極について別々に刺 激レベルを決定しなければならない。(Margin below) L in / L o g period for 14 electrodes in lL BP+1 mode Electrode assignment for wavenumber boundaries and three types of high frequency bands - 凰波臀 boundary 1 one! -4--ball-1--yo-l- 1013603, 587 43428 or more Electrode = 7 hands 3 The amplitude of the electrical stimulation is divided into five frequency bands (Fl, F2 and bands 3.4 and 3.4). and 5) from the amplitude of the incoming acoustic signal in each mouth. However, electricity Since the poles have different darkness values (T) and maximum allowable loudness (C) levels, the audio The processor stabs each electrode separately based on the amplitude of the incoming signal within each band. The intensity level must be determined.

MSP (第2図)は、音響信号を電気的刺激パターンへ変換する非直線的な音 大きさ成長アルゴリズムを含んでいる。第1に、MSPは第8図を参照すること により理解し得るように、音響信号をOから150までの値を持つデジタル直線 尺度に変換する。このデジタル尺度(、!!!者のMAPに記憶されているTお よびCと組合せて)は電極へ放出される実際の荷電量を決定する。MSP (Figure 2) is a non-linear sound system that converts acoustic signals into electrical stimulation patterns. Contains a size growth algorithm. First, MSPs should refer to Figure 8. In order to better understand the acoustic signal, it can be expressed as a digital straight line with values from 0 to 150. Convert to scale. This digital scale (,!!!) and C) determine the actual amount of charge delivered to the electrode.

それらの振幅レベルが1とコードされた信号はTレベルにおける刺激を発生する であろう。それらの振幅レベルが150とコードされた信号はCレベルにおける 刺激を発生するであろう。Signals whose amplitude level is coded as 1 generate a stimulus at the T level. Will. Signals whose amplitude level is coded 150 are at C level. will cause irritation.

第9図を参照すると、脈動タイプの多チャンネル鍋中内植システムのマイクロホ ンおよび音声プロセッサ一部のブロック図が示されている。システム100は音 声をピックアップし、自動利得制御増幅器IIIを通って音声特徴抽出器112 へ電気的オーディオ信号を提供する。音声特徴抽出器112は該信号を分析し、 第9図においてFl、AI、F2およびA2として同定されている第1および第 2フオルマントの周波数および振幅に相当するデジタル出力を提供する。Referring to Figure 9, the micro-hole of the pulsating type multi-channel inplant system. A block diagram of the system and part of the audio processor is shown. System 100 is a sound Pick up the voice and pass it through automatic gain control amplifier III to voice feature extractor 112 provides an electrical audio signal to the Audio feature extractor 112 analyzes the signal; 1 and 2 identified as Fl, AI, F2 and A2 in FIG. Provides a digital output corresponding to two formant frequencies and amplitudes.

音声特徴抽出器112はまた、音声ピッチFOを検出しそして出力し、患者の精 神物理学的テスト結果に関する情報を含んでいるMAP114を使用して、音声 ピッチ情報を逐次的に刺激される二つの電極上の電気的刺激のパターンへ翻訳す るエンコーダー113をスタートさせる。そのように翻訳されたデータは患者の コイル115によって内植したレシーバ−/刺激ユニットR3U3 (第2図) へ送られる。The speech feature extractor 112 also detects and outputs the speech pitch FO and extracts the patient's precision. Using MAP114, which contains information about the divine physical test results, Translating pitch information into a pattern of electrical stimulation on two electrodes that are stimulated sequentially The encoder 113 is started. The data so translated is Receiver/stimulator unit R3U3 implanted by coil 115 (Figure 2) sent to.

3個のバンド通過フィルター116.117および118もマイクロホン110 からのオーディオ信号をそれが音声特徴抽出器112へ印加される前に受取り、 そして該信号を異なる周波数の三成分に、すなわち2000〜280〇七信号を バンド3に、2800〜4000)1z信号をバンド4に、そして4000〜8 000Hz信号をバンド5に分離する。バンド3.4および5からの信号はエン コーダー113へ導かれ、そしてこれら信号のマツピングは第1および第27オ ルマントと類億の態様でなされ、適切な電極へ得られた電気的刺激のパターンの 翻訳が以前に論じたように行われる。Three bandpass filters 116, 117 and 118 are also connected to the microphone 110. receiving an audio signal from before it is applied to the audio feature extractor 112; Then, convert the signal into three components of different frequencies, that is, 2000 to 28007 signals. 1z signal to band 3, 2800-4000) 1z signal to band 4, and 4000-8 000Hz signal into band 5. Signals from bands 3.4 and 5 are coder 113, and the mapping of these signals is performed by the first and twenty-seventh encoder. of the resulting pattern of electrical stimulation to the appropriate electrodes Translation is done as previously discussed.

自動利得制御増幅器111は、フィルター116および117へ供給される信号 の振幅を制御するために使用される。フィルターII8は音声信号の無声音部分 のためだけに使用されるので、その振幅は決して大きくなく、それ故該信号は自 動利得制御を必要としない。従って増幅器119は内蔵された自動利得制御機能 を持たない。Automatic gain control amplifier 111 controls the signal fed to filters 116 and 117. used to control the amplitude of Filter II8 is the unvoiced part of the audio signal. Its amplitude is never large and therefore the signal is self-contained. Does not require dynamic gain control. Therefore, amplifier 119 has a built-in automatic gain control function. does not have

要約すると、DPSソフトウェアを使用してなされた精神物理学的測定は、抽出 された音響入力を患者に特異的な刺激パラメータに翻訳するための情報を提供す る。電気的刺激のだめの闇値(T)および最大(C)レベルは電極ペア毎に測定 される。これらの値はMAPに記憶される。それらは任意の与えられた電極ペア のための入って来る音響信号振幅と刺激レベルとの間の関係を決定する。In summary, the psychophysical measurements made using the DPS software were information to translate the acoustic input into patient-specific stimulation parameters. Ru. The dark value (T) and maximum (C) level of the electrical stimulation reservoir are measured for each electrode pair. be done. These values are stored in the MAP. They can be applied to any given electrode pair Determine the relationship between incoming acoustic signal amplitude and stimulation level for.

音声プロセッサー内部で、RAMは全体をMAPと呼ぶ数値表のセットを記憶す る。このMAPはFl、F2およびバンド3ないし5のための刺激パラメータと 振幅見積りを決定する。刺激パラメータのコード化は別々のステップのシーケン スに従う。該ステップは以下のように要約できる。Inside the audio processor, RAM stores a set of numerical tables collectively called MAP. Ru. This MAP contains stimulation parameters for Fl, F2 and bands 3 to 5. Determine the amplitude estimate. Coding of stimulus parameters is a sequence of separate steps. Follow the instructions. The steps can be summarized as follows.

1、第1フォルマント周波数(Fl)は280〜1000Hzの範囲の主要スペ クトルビークに基いである数に変換される。1. The first formant frequency (Fl) is the main spectrum in the range of 280 to 1000 Hz. It is converted to a number based on Kutbek.

2、Fl数はMAP表の一つと共に、第1フオルマントを表すために刺激すべき 電極を決定するために使用される。このモードによって働かない電極が決定され る。2. The Fl number should be stimulated together with one of the MAP tables to represent the first formant. used to determine the electrode. This mode determines which electrodes do not work. Ru.

3、第2フォルマント周波数(F2)は800〜4000Hzの範囲内の主要ス ペクトルピークに基いである数に変換される。3. The second formant frequency (F2) is the main frequency within the range of 800-4000Hz. It is converted into a number based on the spectral peaks.

4、F2数はMAP表の一つと共に、第2フオルマントを表すために刺激すべき 電極を決定するために使用される。このモードによって働かない電極が決定され る。4. The F2 number should be stimulated together with one of the MAP tables to represent the second formant. used to determine the electrode. This mode determines which electrodes do not work. Ru.

5、バンド3,4および5のための振幅見積りがバンド3,4および5それぞれ のための3個の不履行電極7,4および1へ、またはMAPがつくられる時に選 定し得る他の電極へ割当てられる。5, the amplitude estimates for bands 3, 4 and 5 are to the three default electrodes 7, 4 and 1 for or selected when the MAP is created. assigned to other electrodes that can be determined.

6、各周波数バンド中の音響信号の振幅がOないし150の数へ変換される。放 出されるであろう刺激のレベルは音響振幅(0−150範囲内の)をステップ2 .4および5において選定された特定の電極のための刺激レベルへ関連させるM AP表のセットを参照して決定される。6. The amplitude of the acoustic signal in each frequency band is converted to a number between 0 and 150. release The level of stimulation that will be delivered is determined by the acoustic amplitude (in the range 0-150) in step 2. .. M related to the stimulation level for the particular electrode selected in 4 and 5. It is determined by referring to a set of AP tables.

7、該データは音声プロセッサー中でさらに符号化され、そしてレシーバ−/刺 激装置へ伝送される。後者は該データを符号化し、そして刺激を適切な電極へ送 る。刺激パルスは有声期間中はFOに等しいレートで、そして無声期間中はFO およびF1フォルマントの範囲内(典型的には200ないし300Hz)のラン ダム非周期的レートで提供される。7. The data is further encoded in the audio processor and sent to the receiver/stimulator. It is transmitted to the device. The latter encodes the data and sends the stimulation to the appropriate electrodes. Ru. Stimulus pulses are applied at a rate equal to FO during voiced periods and at a rate equal to FO during voiceless periods. and runs within the F1 formant (typically 200 to 300 Hz) Provided at dumb aperiodic rates.

以上の説明から、本発明の多スペクトルビーク音声コーディング様式は先行技術 FOFIF2様式において利用し得る情報のすべてを提供するが、3個の高周波 バンド通過フィルターからの追加の情報を提供することが明らかであろう。これ らのフィルターは2000〜2800七、2800〜4000七および4000 〜800〇七の周波数範囲をカバーする。これらの範囲内のエネルギーは電極列 のベース端にある3個の決まった電極ペアの電気的刺激の振幅を制御する。この ため高周波音に関する追加の情報が鍋中中のトノプロティックに適切な位置に提 供される。From the above description, it can be seen that the multispectral peak speech coding style of the present invention is similar to the prior art. Provides all of the information available in the FOFIF2 format, but with three high frequencies It will be clear that a bandpass filter provides additional information. this Their filters are 2000-28007, 2800-40007 and 4000 Covers a frequency range of ~80007. Energy within these ranges is control the amplitude of electrical stimulation of three fixed electrode pairs at the base end of the this Therefore, additional information about high-frequency sounds is provided to the tonoprotic in the pot at the appropriate location. Served.

全体の刺激レートはFO(基本周波数または音声ピッチ)として留まるが、しか し本発明の様式においては4種の電気的刺激パルスがめいめいの声門パルスにつ いて発生する。これは音声ピッチ期間当りたった2種のパルスが発生する先行技 術のFOFIF2戦略と比較される。この新しい様式においては、有声音のため に第1および第2フオルマントを表す2種のパルスがなお提供され、そして20 00〜280〇七および2800〜400〇七範囲内のエネルギーを表す追加の 刺激パルスが発生する。The overall stimulation rate remains as FO (Fundamental Frequency or Vocal Pitch), but only However, in the mode of the present invention, four electrical stimulation pulses are associated with each glottal pulse. It occurs. This is a prior art technique in which only two types of pulses are generated per audio pitch period. compared with the FOFIF2 strategy. In this new style, for voiced sounds Two pulses representing the first and second formants are still provided at 20 Additional values representing energy within the ranges 00-28007 and 2800-40007 A stimulation pulse is generated.

無声音素のためには、4000Hz以上のエネルギーを表すなお他のパルスが提 供されるが、その周波数範囲にはエネルギーがないので第1フオルマントのため の刺激は提供されない。刺激は以前の戦略において使用されるものより約2倍で ある約260七のランダムパルスレートで発生する。For unvoiced phonemes, still other pulses representing energies above 4000 Hz are proposed. However, since there is no energy in that frequency range, it is the first formant. No stimulus is provided. The stimulus is about twice that used in the previous strategy. Occurs at a random pulse rate of about 2607.

さらに以上の説明から、本発明は以前の鍋中内植システムに関連した種々の問題 を克服する鍋中内植システムを提供することが明瞭であろう。本発明に従って多 スペクトルピーク音声コーディング戦略の使用は、この内植システムの使用者に 中程度レベルのバックグラウンドの存在下においてさえも著しく改善された音声 認識を提供する。加えて、本発明により改善された音素および環境音の認識が提 供される。Furthermore, from the foregoing discussion, it can be seen that the present invention addresses various problems associated with previous pot inplant systems. It would be obvious to provide an in-pot inplant system that overcomes this problem. According to the present invention, multiple The use of a spectral peak speech coding strategy provides users with this inplanted system with Significantly improved audio even in the presence of moderate levels of background Provide recognition. In addition, the present invention provides improved phoneme and environmental sound recognition. Served.

本発明の特定具体例を図示し、記載したが、当業者にはその最も広い面における 本発明から逸脱することなく種々の変更および修飾をなし得ることは自明であり 、それ故請求の範囲の役目はそのような変更および修飾は本発明の真の精神およ び範囲内に属するものとしてカバーすることにある。While specific embodiments of the invention have been illustrated and described, those skilled in the art will be able to understand its broadest aspects. It is obvious that various changes and modifications can be made without departing from the invention. , it is therefore the purpose of the appended claims to cover such changes and modifications as do not fall within the true spirit of the invention. The objective is to cover the area as belonging to the scope.

補正書の写しく翻訳文)提出書 n μ % −17m目ム□2vフ五す憎;雫ζ、WJ I□りtフムス仁平成3年5月  7日Copy and translation of written amendment) Submission form nμ % - 17m m □ 2v Fu 5 hate; Shizuku ζ, WJ I □ Rit Hummus May 1991 7 days

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.蝸牛の頂部区域から蝸牛のペース区域まで蝸牛中に配置するのに適した患者 に内植し得る組織刺激多チャンネル電極列と、前記電極列へ接続された患者へ内 植し得る多チャンネル刺激装置と、音信号を前記刺激装置へ伝送される電気的刺 激信号へ処理するための患者外部へ着用されるプログラム可能な音声プロセッサ ーを含んでいる多チャンネル蝸牛人工器官であって、前記人工器官は、約280 Hzないし約1000Hzの範囲にある主要ピーク抽出に基いて、前記音信号中 の第1フォルマントスペクトル情報を決定し、そして前記フォルマントのスペク トル情報に従って前記電極列の頂部区域にある少なくとも1個の電極を刺激する ための手段と、 約800Hzないし約4000Hzの範囲にある主要ピーク抽出に基いて、前記 音信号中の第2フォルマントスペクトル情報を決定し、そして前記フォルマント のスペクトル情報に従って前記電極列のベース区域にある少なくとも1個の電極 を刺激するための手段と、 前記音信号のスペクトルの少なくとも1区域にあるスペクトル情報を抽出し、前 記抽出したスペクトル情報に従って前記電極列中の少なくとも1個のあらかじめ 選定した電極を刺激するための少なくとも1個の高周波バンドフィルターを備え 、前記あらかじめ選定した電極は前記電極列の前記ベース区域内にあること を特徴とする前記多チャンネル蝸牛人工器官。1. Patients suitable for placement in the cochlea from the apex area of the cochlea to the pace area of the cochlea a tissue stimulating multi-channel electrode array that can be implanted into the patient; an implantable multi-channel stimulator and an electrical stimulation device that transmits sound signals to the stimulator; A programmable audio processor worn externally to the patient for processing into intense signals a multichannel cochlear prosthesis comprising about 280 Based on the extraction of main peaks in the range of Hz to about 1000 Hz, determine first formant spectral information of the formant, and determine the first formant spectral information of the formant. stimulating at least one electrode in the top area of the electrode array according to torque information; and means for Based on major peak extraction in the range of about 800 Hz to about 4000 Hz, the determining second formant spectral information in a sound signal; at least one electrode in the base area of said electrode array according to spectral information of a means for stimulating extracting spectral information in at least one region of the spectrum of the sound signal; at least one of the electrode arrays according to the extracted spectral information. with at least one high frequency band filter for stimulating selected electrodes; , the preselected electrode is within the base area of the electrode array; The multichannel cochlear prosthesis characterized by: 2.前記音信号の対応する数の区域にあるスペクトル情報を抽出し、前記電極列 中の前記あらかじめ選定した電極の少なくとも対応する数を刺激するための前記 高周波バンドフィルターの複数を含み、前記あらかじめ選定した電極のすべては 前記電極列の前記ベース区域にある請求項1の多チャンネル蝸牛人工器官。2. extracting spectral information in a corresponding number of regions of the sound signal; said for stimulating at least a corresponding number of said preselected electrodes in said All of the preselected electrodes include a plurality of high frequency band filters. The multichannel cochlear prosthesis of claim 1 in said base area of said electrode array. 3.前記電気的刺激は音信号のピッチに依存するパルスレートで提供されたパル 久の形で前記電極へ印加される請求項2の多チャンネル蝸牛人工器官。3. The electrical stimulation consists of pulses delivered at a pulse rate that depends on the pitch of the sound signal. 3. The multichannel cochlear prosthesis of claim 2, wherein the voltage is applied to said electrodes in the form of a constant current. 4.前記パルスレートは約80Hzないし約400Hzの間の範囲内にある請求 項3の多チャンネル蝸牛人工器官。4. 5. The pulse rate is in a range between about 80 Hz and about 400 Hz. Term 3 multichannel cochlear prosthesis. 5.各自あらかじめ選定した電極を持った少なくとも3個の前記高周波バンドフ ィルターを含んでいる請求項1ないし4のいずれかの多チャンネル蝸牛人工器官 。5. At least three of the radio frequency bands, each with a preselected electrode, Multichannel cochlear prosthesis according to any one of claims 1 to 4, comprising a filter. . 6.前記高周波バンドフィルターの1番目は約2000Hzと約2800Hzの 間の周波数範囲にある音信号からスペクトル情報を抽出し、前記高周波バンドフ ィルターの2番目は約2800Hzと約4000Hzの間の周波数範囲にある音 信号からスペクトル情報を抽出し、前記高周波バンドフィルターの3番目は約4 000Hzと約8000Hzの間の周波数範囲にある信号からスペクトル情報を 抽出する請求項5の多チャンネル蝸牛人工器官。6. The first high frequency band filter has frequencies of approximately 2000Hz and 2800Hz. Spectral information is extracted from the sound signal in the frequency range between The second filter filters out sounds in the frequency range between about 2800Hz and about 4000Hz. Extracting spectral information from the signal, the third of the high frequency band filters is about 4 extracts spectral information from signals in the frequency range between 000Hz and approximately 8000Hz. 6. The multi-channel cochlear prosthesis of claim 5. 7.前記電極列中の電極はそのベース端から始まってその頂部端へ延びて連続し て番号を付されていると考えることができ、前記第1,第2および第3の高周波 バンドフィルターから抽出したスペクトル情報から得た振幅見積りが前記対応す る数のあらかじめ選定された電極へ印加され、前記第1のフィルターからの振幅 見積りは前記第2のフィルターからの振幅見積りよりも高い番号の電極へ印加さ れ、前記第2のフィルターからの振幅見積りは前記第3のフィルターからの振幅 見積りより高い番号の電極へ印加される請求項6の多チャンネル蝸牛人工器官。7. The electrodes in said electrode array are continuous starting from their base end and extending to their top end. It can be considered that the first, second and third high frequency waves are numbered. The amplitude estimate obtained from the spectral information extracted from the band filter is the amplitude from said first filter is applied to a number of preselected electrodes; The estimate is applied to a higher numbered electrode than the amplitude estimate from the second filter. and the amplitude estimate from the second filter is equal to the amplitude estimate from the third filter. 7. The multichannel cochlear prosthesis of claim 6, wherein the voltage is applied to a higher number of electrodes than the estimate. 8.前記電極列はその中に約22個の電極を含み、前記電極列のベース区域は前 記電極列中の電極の約2/3を含み、前記頂部区域は前記電極列中の電極の約1 /3を含む請求項7の多チャンネル蝸牛人工器官。8. The electrode array includes approximately 22 electrodes therein, and the base area of the electrode array is located at the front. The top area includes about 2/3 of the electrodes in the electrode array, and the top region includes about 1/2 of the electrodes in the electrode array. 8. The multichannel cochlear prosthesis of claim 7, comprising: /3. 9.前記第1,第2および第3高周波バンドフィルターから抽出したスペクトル 情報から得た前記振幅見積りは、前記電極列中の7番目、4番目および1番目の 電極へそれぞれ印加される請求項8の多チャンネル蝸牛人工器官。9. Spectra extracted from the first, second and third high frequency band filters The amplitude estimates obtained from the information are the 7th, 4th and 1st 9. The multichannel cochlear prosthesis of claim 8, wherein each voltage is applied to an electrode. 10.有声音信号の場合、刺激するように選定された電極は第1および第2フォ ルマントと、第1および第2フィルターから得た情報に基いており、そして前記 電極は音信号のピッチに基いたレートにおいて逐次的に刺激され、最もベース寄 りの電極が最初に刺激され、ついで次第に頂部寄りの電極の刺激へ続く請求項7 の多チャンネル蝸牛人工器官。10. In the case of voiced sound signals, the electrodes selected to stimulate are based on the information obtained from the first and second filters, and the The electrodes are stimulated sequentially at a rate based on the pitch of the sound signal, with the electrodes being stimulated most closely to the base. 7. The electrodes at the top are stimulated first, followed by stimulation of the electrodes progressively closer to the top. multichannel cochlear prosthesis. 11.無声音信号の場合、刺激するように選定された電極は第2フォルマントと 、第1,第2および第3のフィルターから得た情報に基いており、そして前記電 極はフォルマント0ないしフォルマントF1の範囲内の非周期的レートにおいて 逐次的に刺激され、最もベース寄りの前記電極が最初に刺激され、ついで次第に 頂部寄りの電極の刺激へ続く請求項7の多チャンネル蝸牛人工器官。11. In the case of unvoiced sound signals, the electrode selected to stimulate the second formant , based on information obtained from the first, second and third filters; The poles are at non-periodic rates in the range of formant 0 to formant F1. stimulated sequentially, with the electrode closest to the base being stimulated first, then progressively 8. The multichannel cochlear prosthesis of claim 7, which continues to stimulate the apical electrode. 12.前記電極は約200Hzないし約300Hzの範囲内の非周期的レートで 刺激される請求項7の多チャンネル蝸牛人工器官。12. the electrodes at a non-periodic rate within the range of about 200 Hz to about 300 Hz; 8. The multichannel cochlear prosthesis of claim 7 which is stimulated. 13.前記非周期的レートは約200Hzないし約300Hzの範囲内である請 求項11の多チャンネル蝸牛人工器官。13. The aperiodic rate may be in the range of about 200Hz to about 300Hz. Multichannel cochlear prosthesis according to claim 11. 14.蝸牛の頂部区域から蝸牛のベース区域まで蝸牛内に配置されるのに適した 患者に内植し得る組織刺激多チャンネル電極列を刺激するための信号を発生する ようにマイクロホンから受信したオーディオスペクトル信号を処理する方法であ って、前記方法は、約280Hzと約1000Hzの間の周波数バンドから前記 オーディオ信号の第1の主要周波数ピークを選定しそして前記第1のピークに含 まれるスペクトル情報に従って前記電極列の頂部区域中の少なくとも1個の電極 を刺激すること、約280Hzと約4000Hzの間の周波数バンドから前記オ ーディオ信号の第2の主要周波数ピークを選定しそして前記第2のピークに含ま れるスペクトル情報に従って前記電極列のベース区域中の少なくとも1個の電極 を刺激することと、前記オーディオ信号のスペクトルの少なくとも一区城中のス ペクトル情報を抽出しそして前記抽出したスペクトル情報に従って前記電極列中 の少なくとも1個のあらかじめ定めた電極を刺激することを含み、 前記あらかじめ選定した電極は前記電極列のベース区域にあることを特徴とする 前記方法。14. suitable for placement within the cochlea from the apical area of the cochlea to the base area of the cochlea Generates signals to stimulate a tissue-stimulating multichannel electrode array that can be implanted in the patient It is a method of processing audio spectral signals received from a microphone. Thus, the method includes the method of extracting the Select a first dominant frequency peak of the audio signal and include the frequency peak included in the first peak. at least one electrode in the top area of said electrode array according to spectral information provided stimulating said audio from a frequency band between about 280 Hz and about 4000 Hz. a second dominant frequency peak of the audio signal and included in said second peak; at least one electrode in the base area of said electrode array according to spectral information provided stimulating at least one region of the spectrum of the audio signal; extracting spectral information and distributing the information in the electrode array according to the extracted spectral information; stimulating at least one predetermined electrode of the The preselected electrode is located at a base area of the electrode array. Said method. 15.それぞれ2000ないし2800Hz,2800ないし4000Hz、お よび4000Hz以上のオーディオ周波数範囲にある前記オーディオ信号から得 たスペクトルエネルギーを使用して、追加のあらかじめ選定した電極が刺激され る請求項14のオーディオスペクトル信号を処理する方法。15. 2000 to 2800Hz, 2800 to 4000Hz, and and obtained from said audio signal in the audio frequency range of 4000 Hz and above. Additional preselected electrodes are stimulated using the spectral energy generated. 15. A method of processing an audio spectral signal according to claim 14.
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