JPH11504479A - 刺激波形の柔軟な制御を行なうマルチチャンネル蝸牛補助具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチチャンネル蝸牛補助具の各々のチャンネルで簡単に指定することができるように広範囲の電気刺激波形の時空間パターンを提供する方法およびそのシステムである。蝸牛補助具は、スピーチ・プロセッサ・システム（１０）と蝸牛刺激装置（１２）とを含む。スピーチ・プロセッサ・システムは、代表的には、スピーチ・プロセッサ（１６）に接続されマイクロホン（１８）を含む体外装身型ヘッドピース（１４）を含む。スピーチ・プロセッサ（１６）は代表的にはマイクロホンを介して検出した音響信号を電気信号に変換し、電気信号を所望のスピーチ処理法にしたがって処理するマイクロプロセッサを含む。選択したスピーチ処理法の一部として使用される単純なまたは複雑な刺激波形の定義は、好適実施例において、スピーチ・プロセッサにストアされるテンプレート・テーブル（たとえば図８）を用いることで簡略化される。テンプレート・テーブルの列と行は時間間隔と刺激チャンネル（したがって刺激部位）を定義する。テンプレート・テーブルの個々のセルは、たとえばラップトップ・コンピュータ（１７）を用いて、指示されたフレーム時間で定義された刺激部位に印加される所望の刺激パターンおよび波形の極性と相対的な大きさを定義するため、ヌル文字を含む選択された英数字コードまたは文字を含むようにプログラムされる。これ以外に、刺激パターンおよび波形は空間／時間イベントのリストで指定できる。

Description

【発明の詳細な説明】 刺激波形の柔軟な制御を行なうマルチチャンネル蝸牛補助具発明の背景 本発明はマルチチャンネル蝸牛補助具に関し、更に詳しくは刺激波形の柔軟な 制御を提供するマルチチャンネル蝸牛補助具に関する。 蝸牛補助具は、聴神経の直接的電気刺激により、聾患者に音響に対する感覚を 発生させる。現代のマルチチャンネル蝸牛補助具では、蝸牛に沿って様々な距離 で幾つかの別の部位を刺激し、各々の部位から発する神経活動により通常に符号 化された異なるピッチの音響認識を発生させる。電気刺激のパターンはマイクロ ホンで拾い出した音響信号から取り出され、各患者の特定の要件に適合するよう にプログラムされた、いわゆるスピーチ・プロセッサで変換される。音響信号を 処理しこれを電気刺激に変換するための幾つかの異なる方式が開発されており、 科学文献や様々な特許に詳述されている。これらの方式は全て電気刺激の波形を 基盤とする２種類の基本的な方法に分類できる。 ｉ）アナログ波形であって、通常はダイナミック・レンジの圧縮、バンド パス・フィルタリングを行ない、知覚閾値から快適な最大の音量まで満足できる 範囲の聴覚を惹起する刺激電流範囲にスケーリングすることによる、基本的には 連続音響波形をフィルタしたもの。これは、結果的な波形が豊富だが、ほとんど うまく制御できないセットを発生する。 ii）特定の大きさで一方向に指定された短い時間間隔の間だけ電流が流れ 、これの直後に反対方向に同様な大きさで持続時間の電流が流れるような方形波 の単一サイクルから構成される二相性パルス。このようなパルスは様々な部位に シーケンスとして供給されることがほとんどで、各部位における瞬間的な大きさ は、音響波形の特定の周波数バンドに存在するエネルギー量の何らかの尺度に比 例する。この結果、貧弱だが刺激波形が正確に制御されるセットが得られる。 これらの刺激波形の方式は両方とも、スピーチのリアルタイム符号化のために 発生させ電気的に変調するのが比較的簡単であるためと、電極で電荷の平衡した 交流電流を保証し電極および体組織の両方に電解損傷を惹起することが分かって いるネット直流電流が回避できることから選択されたものである。 ニューロンの電気的励起と精神物理学的現象に関連した複雑な生物物理学的現 象に関してと、聴覚神経系による神経活動の解釈に関する生物物理学的現象に関 する最近の知見によれば、蝸牛補助具により惹起されたスピーチ認識の質と明瞭 度が、ある患者では、その患者に合わせて調整した電気刺激波形の更に特定の操 作により改善できることが示唆されている。特に、位相と部位の間に休止（paus e）が置かれるかまた置かれないような、また１つ以上の部位で同時に電流が供 給されるかまたはされないようなもっと複雑な極性シーケンスが望ましいもので あると分かっている。各々の刺激部位について、個別に複雑な刺激波形を調節す ることができるような蝸牛刺激システムが、当該技術で必要とされている。発明の要約 本発明は、蝸牛補助具を合わせる過程(process of fitting)で電気刺激の時空 間パターンの豊富なセットを聴覚機能訓練士が試験でき、ほとんど任意の複雑さ でパルス性刺激の望ましいパターンを音響信号によりリアルタイムで変調して他 の方法では聴覚の得られない患者に有用な音響認識を発生することができるよう な方法、および／またはシステムを提供する。 本発明を実施するためには、蝸牛刺激システムが必要になる。このような蝸牛 刺激システムは、典型的には２つの大きなコンポーネントを含む。（１）スピー チ・プロセッサ（ＳＰ）と、（２）インプラント型システム(implantable syste m)の２つである。スピーチ・プロセッサは典型的には体外システムとする（ただ しインプラント型システムの一部とすることもある）。スピーチ・プロセッサが 体外システムの場合、ヘッドピースに接続される。スピーチ・プロセッサはバッ テリ、または同等の電源を含み、更に、代表的には検出した音響信号を 電気信号に変換し電気信号を所望するスピーチ処理法にしたがって処理するマイ クロプロセッサを有する電子回路も含む。選択したスピーチ処理法の一部として 用いる複雑な刺激波形の定義を簡単に行なえるようにして、聾患者にとって有用 な音響の認識を発生するシステムの能力を拡張することも本発明の特徴である。 典型的には、患者が耳内または耳の後ろに装身するのに適したヘッドピースは 音響信号を検出してこれを電気信号に変換するためのマイクロホンを含み、更に インプラント型システムへ処理した信号を送信するためと、ここから信号を受信 するためのアンテナまたはコイルを含む。 インプラント型システムは、体外装身するヘッドピースおよび／または体外コ ンポーネントから容易に信号を受信できて、そしてある実施列では送信できるよ うに埋め込むのに適している。典型的には、インプラント型システムは、電力源 は含まないが装身型システム(wearable system)に結合してそこから送信される 信号からの動作電力を受けるインプラント型蝸牛刺激装置(implantable cochlea r stimulator；ＩＣＳ）としばしば言われる。しかしながら、本発明はＩＣＳが 体外からのみ電力を受けるものに限定されず、体外システムによって制御される か、あるいはバッテリ手段および音響情報を検出して処理する内部手段によって 自律的に動作するインプラント型刺激システムに適用できることを強調しておく 。 インプラント型システム、またはＩＣＳは、多数の電流源を使用し、その各々 が蝸牛内部の刺激部位を形成する少なくとも１本の電極接点に接続する。インプ ラント型システムには、電源の各々の出力電流の符号（極性）と大きさが頻繁に 、またはその他指定された間隔で電子的に再調整できるようにする電子回路も含 まれる。 動作において、スピーチ・プロセッサはＩＣＳで用いられる複雑な刺激波形を 定義または指定し、頻繁に所定の間隔でこのような定義／指定をＩＣＳへ送信す る。ＩＣＳはその時点で、受信した定義／指定で示された持続時間にわたるこの ような複雑な刺激波形を生成してから、所定の組織部位へ、即ち蝸牛内部（また はその他の生体組織）に配置されている特定の電極接点へ、このような生成した 波形を印加することで応答する。 本発明の１つの態様によれば、ＩＣＳ内部の各種電源からの出力電流の所望の 時間的シーケンスのテンプレートが重み付け係数（または重み付けファクター） のテーブルとしてスピーチ・プロセッサ内部にデジタル的にストアされ、テーブ ルの列（またはこれに代わって行）でＩＣＳの別の電源または「チャンネル」を 表現する。「チャンネル」と時間増分がテーブルの２つの縦座標を形成する。こ のようなテーブルは刺激の他の態様、たとえば電極接点から電源への接続などを 制御する追加の行を含むこともできる。テンプレートは適当な個数の間隔（典型 的には２０〜１００）から構成され、合計の持続時間が刺激の「サイクル」を定 義する。たとえば各々の新しい刺激サイクルの先頭で、直前のサイクル（または データ収集を行なうその他の時間間隔）の間の音響信号から取り出した情報を用 いて、新しいサイクルの間にＩＣＳの電源の各々で必要な刺激の大きさを計算す る。新しいサイクルの連続した各間隔では、テーブル内にストアされている対応 する重み付けファクターで刺激の大きさを乗算することにより、新しいサイクル の間に電源の各々から生成する瞬間的な電流が決定される。このような情報が新 しいサイクルの各間隔の間にＩＣＳへ転送され、ＩＣＳ内部の電子回路により適 当な時間で指定された瞬間的電流量を生成するように動作する。 したがって本発明は、（１）スピーチ・プロセッサと、（２）蝸牛刺激装置（ cochlear stimulator）と、（３）このスピーチ・プロセッサと蝸牛刺激装置を 相互に結合してデータ信号と制御信号をこれらの間で受渡しできるようにするた めの手段とを含むマルチチャンネル蝸牛補助具システムとして特徴付けられる。 スピーチ・プロセッサは、（ｉ）刺激波形の特定の時空間パターンを表わす係数 のセットをストアするためのテンプレート記憶手段(template strage means)と 、（ii）このテンプレート記憶手段にストアされた係数のセットに応じて蝸牛刺 激装置内部の各々のチャンネルで生成する制御された刺激波形の特定の時空間パ ターンを指定するデータおよび制御信号を生成するための手段とを含む。蝸牛刺 激装置は、（ｉ）スピーチ・プロセッサからの前記データと制御信号を受信する ための手段と、（ii）各々に少なくとも一対の電極が付随した複数のチャンネル と、（iii）前記複数のチャンネルの各々に対してスピーチ・プロセッサから 受信した前記データおよび制御信号の関数として制御された刺激波形を生成する ための手段と、（iv）複数チャンネルの少なくとも２つに制御刺激波形を印加し て指定された制御刺激波形が少なくとも２つのチャンネルの対になった電極両端 に出現するようにするための手段とを含む。 したがって本発明の特徴は、インプラント型蝸牛刺激装置で生成できる電気刺 激電流の広範囲で異なる時空間パターンの定義／指定を容易にすることである。 本発明の更なる特徴は、簡単な方法で複雑な刺激波形を定義／指定できるよう にすることである。 本発明の更に別の特徴は、１つの態様にしたがって、テーブルの列または行の 一方が時間を定義し、列または行のもう一方で電極対を定義する（電極対は、一 旦埋め込まれると蝸牛内部の特定の刺激部位を形成する）電流刺激テンプレート を形成するテーブルに、適当な数値またはデータ値（たとえば英数字の値）を単 に書き込むだけで刺激電流の定義／指定を行えることである。つまり、テーブル の任意の行と列の交点が、指定された刺激電流が１つまたは２つ以上の任意の電 極対（刺激部位）に印加される大きさと、極性と、時間間隔とを単に指定する。 本発明の別の特徴は、インプラント型刺激装置に送信される刺激情報のサイク ルが選択的に短縮でき、高周波数チャンネル上の刺激情報は速いレートで送信す ることができ、同時に低い周波数のチャンネルをあまり頻繁に更新しなくて済む ようにすることである。図面の簡単な説明 本発明の上記のおよびその他の態様、特徴、および利点は、以下の図面との組 み合せで示される以下の更に特定の説明から更に明らかになろう。図面において 、 図１は蝸牛刺激システムの主要エレメントを示す。 図２は図１のシステムの装身部とインプラント部の部分的機能ブロック図であ る。 図３は本発明の好適な実施例による図１のシステムの装身部とインプラント部 のブロック図である。 図４は図３の好適なシステムで使用するデータ・フレームの構成である。 図５はサイクル内で反復する所望の刺激パターンを実現するために図３のシス テムでどのように多数のデータ・フレームを使用するかを示す。 図６は８チャンネル刺激装置用ＣＩＳ刺激パターンを提供する本発明で使用す るための簡単な二相性ＣＩＳ刺激テンプレートである。 図７は位相とチャンネルの間に時間的遅延を含む幾らか複雑な二相性刺激パタ ーンの刺激テンプレートである 図８は非対称な三相パルスを含む更に複雑な刺激パターン用の刺激テンプレー トである。 図９は変化バランスが２つの単相パルスによって実現され逆の極性がサイクル 内の別の時刻に現われる「交互位相(alterphasic)」パルスを含む刺激パターン 用の刺激テンプレートである。 図１０は幾つかのチャンネルでもっと頻繁で狭い二相性刺激パルス、また別の チャンネルではもっと頻度が少なく広い二相性刺激パルスを含む刺激パターン用 の刺激テンプレートである。 図１１は２つまたは３つ以上のチャンネルで同時または実質的にオーバラップ する二相性パルスを提供する刺激パターン用の刺激テンプレートを示す。 図１２Ａは間隔の短い送信を用いて狭いパルスと全体として速いサイクル・レ ートを作成する刺激パターン用の刺激テンプレートを示す。 図１２Ｂは８チャンネルからの情報を６つだけの出力ステージに割り当てるこ とにより２つの仮想チャンネルを作成するために使用できる仮想チャンネル刺激 テンプレートの例を示す。 図１３は本発明のスピーチ・プロセッサ部内部で上記のまたはその他の刺激テ ンプレートをどのように使用すると本発明のインプラント型刺激装置部で生成さ れる刺激電流パターンが制御できるかを示す簡略化したフローチャートである。 図面の幾つかの図を通して対応する参照文字はこれに対応するコンポーネント を表わしている。発明の詳細な説明 以下の説明は本発明を実現するために現在最も良く適している態様を表わして いる。この説明は、限定的な意味に取るべきものではなく、むしろ単に本発明の 一般原理を説明する目的においてなされたものである。本発明の範囲は請求項を 参照して決定すべきである。 本発明は広範囲の複雑な刺激パターンおよび波形がマルチチャンネル・インプ ラント型蝸牛刺激装置(multichannel implantable cochlear stimulator)で使用 できるようにするための方法ならびにシステムに関する。本発明で使用できる種 類の好適なマルチチャンネル蝸牛刺激装置は、１９９４年１０月１２日付米国特 許出願第０８／３２２，０６５号に説明されており、当該特許出願は本明細書で 参照に含めてある。しかし、本発明は前述の特許出願に記述されている種類の刺 激装置だけで使用するように制限されるのではなく、刺激装置の各チャンネルで 所定の刺激波形パターンを設定する能力を含むあらゆるマルチチャンネル刺激装 置で使用できるものであることは理解されるべきである。 図１を参照すると、体外部１０とインプラント部(implantable portion)１２ を含む蝸牛刺激システムが図示してある。体外部はスピーチ・プロセッサ１６（ 装身型プロセッサ(wearable processor)１６と称することもある）と、ヘッドピ ース１４とを含む。インプラント部はインプラント型蝸牛刺激装置（ＩＣＳ）２ １と、電極アレイ４８を含む。電極アレイ４８は患者の蝸牛内部に挿入するのに 適している。電極アレイ４８は全長に沿って間隔が空けてありＩＣＳ２１へ選択 的に接続される多数の電極を含む。電極アレイ４８は実質的に本明細書で参照に 含めてある米国特許第４，８１９，６４７号に図示され記載されているものであ る。ＩＣＳ２１内部の電子回路によって指定された刺激電流が、スピーチ・プロ セッサ１６で形成され指定された刺激パターンにしたがって、電極アレイ４８内 部に含まれる個別電極の選択した対またはグループへ印加される。 ＩＣＳ２１とヘッドピース１４は各々アンテナ・コイルを含む。動作において 、即ちＩＣＳが埋め込まれヘッドピース１４をＩＣＳの埋め込まれた部位の上に 揃うように配置した場合、当該コイルは相互に誘導結合されるので、情報（たと えば刺激電流の大きさと極性）および電力をスピーチ・プロセッサ１６からＩＣ Ｓ２１へ送信することができる。ＩＣＳ２１のあるモデルでは、ＩＣＳ２１から スピーチ・プロセッサ１６へ逆に情報を送信することもできる。 ヘッドピース１４は音響信号を検出して当該検出信号をこれに対応する電気信 号に変換するマイクロホン１８も含む。スピーチ・プロセッサ１６は、ＩＣＳ制 御に適当な制御信号を生成するため、指定されたスピーチ処理法(speech proces sing strategy)にしたがって、このように変換した音響信号を処理する。当該制 御信号は、ＩＣＳで生成される刺激電流の極性、大きさ、部位（どの電極対が刺 激電流を受信するか）、タイミング（刺激電流を電極対にいつ印加するか）を指 定するかまたは定義する。 蝸牛刺激装置技術において、指定された刺激法に合わせてインプラント電極(i mplanted electorode)へ印加する刺激電流の大きさと極性を条件付けるのは共通 している。このような刺激法は制御電流として電極へ印加しようとする刺激波形 のパターンを定義することによるものである。たとえば、検出音響信号の関数と して大きさが変化する二相性刺激パルスを任意の電極対へ印加するのが共通であ る。（「二相性(biphasic)」パルスは一般に２つのパルスと考えられている。第 １のパルスは一方の極性で指定された大きさを有し、これの直後に、または非常 に短い遅延の後、逆の極性で同じ合計電荷を有する第２のパルスが続き、この電 荷は刺激電流に各パルスまたは位相の持続時間をかけた積である。）多数の電極 対が存在する場合、たとえばマルチチャンネル蝸牛刺激装置の場合などでは、高 速なレートで音響信号をサンプリングし、指定したパターンとサイクル時間に合 わせて電極対の各々に順番に二相性刺激パルスを印加し、刺激電流の大きさが任 意の（たとえば最新の）サンプル時間において検出した音響信号内に含まれる情 報の関数となるようにするのが共通である。 これまでの、全ての既知の刺激システムはインプラント型刺激装置で使用する ための１つまたは２つ以上の刺激パターンを指定するように能力が厳しく制限さ れていた。更に、どのパターンが利用できるかは非常に簡単な刺激波形、たとえ ば一定のシーケンスで振幅が変化する簡単な二相性パルスを各電極対に順次流す こと、または幅が変化する簡単な二相性パルスを一定シーケンスで各電極対に順 次流すことに限定されていた。本出願人の知る限りで、複雑な刺激波形を各刺激 部位に対して個別に調整することができるような蝸牛刺激システムは存在してい ない（各「刺激部位」は選択した電極対に対応するものである）。本発明は有利 にも、簡単に指定することができ、その後でインプラント型刺激装置により生成 できる複雑な刺激波形のほとんど無限の組み合せを提供することにより、この制 約を克服するものである。このような刺激パターンの定義、または指定における 柔軟性により、インプラント型ユニットを適合させる聴覚機能訓練士またはその 他の医療関係者が、特定の患者に最適になるように刺激システムで使用される刺 激パターンおよび波形を簡単にカスタマイズできる。 更に図１を参照すると、ラップトップ・コンピュータ１７またはその他の種類 のコンピュータ、または同等の装置が本発明によるスピーチ・プロセッサ１６に 接続できることが分かる。このようなラップトップ・コンピュータ１７（または 同等の装置）は刺激テンプレートおよびその他の情報を表示して定義することの できるディスプレイ画面１５を提供する。このようなコンピュータ１７は、聴覚 機能訓練士またはその他の医療関係者、または患者にも、刺激波形の特定のパタ ーンを簡単に指定し、ほんの短い試験期間でも、当該刺激パターンが簡単か複雑 かとは関係なく、その後で使用することができる非常に簡単な方法を提供する。 また図１には、所望なら指定した刺激テンプレートおよびパターンの記録を印刷 できるようにするためコンピュータ１７に接続することのできるプリンタ１９も 図示してある。 図２を次に参照すると、図１の刺激システムの体外部または装身部(wearablep ortion)１０′とインプラント部１２′の部分機能ブロック図が図示してある。 図２に図示してあるのは、体外部１０′またはインプラント部１２′のどちらか で実現される機能であることが強調されるべきである。これらの機能を実現する ために使用する実際の電子回路は本発明に必須ではないが、このような回路の好 適実施例の表現が以下の図３に、また前述の特許出願に図示してある。図２に図 示してある特定の機能は使用可能な信号処理法（到来信号を周波数バンドに分割 し、各バンドを独立して処理することに関連して）の一方式だけを図示したもの であることも指摘されるべきである。他の信号処理法も到来音響信号を処理する ために同様に簡単に使用でき、本発明を更に用いて、使用される刺激パターンお よび波形を指定する上で更に柔軟性を提供することができる。 図２において、体外部１８は音響情報を検出してこれを電気信号に変換するマ イクロホン１８を含むのが分かる。これらの信号は自動利得制御を有する増幅器 を含み、代表的には手動「感度」調節も含むオーディオ・フロントエンド回路２ ２で増幅される。増幅したオーディオ信号はアアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コ ンバータ２８′でデジタル信号に変換される。得られたデジタル信号を複数のデ ジタル信号処理チャンネルの一つで処理する。たとえば、各々が検出した音響信 号の異なる周波数内容に対応する８本の独立したチャンネルを使用する。つまり 、フィルタ・バンク２４内部に含まれる各々のバンドパス・フィルタで定義され る複数の周波数チャンネルに到来信号を分割する。 個々のフィルタ２４′の周波数バンド以外では、到来信号が分割されるチャン ネルの各々は事実上同一である。よって、本明細書ではこのようなチャンネルの 一つだけについて説明する。各々のバンドパス・フィルタ２４′を通過した後、 得られた信号のエンベロープがエンベロープ検出回路５０によって検出される。 この信号は増幅器５２で増幅される。ＶＵメータ５６を用いるとバンド内部に存 在する信号エネルギーの量をグラフィック表示することができる。マッピング回 路５４を用いて、周波数内容により信号を適当な大きさにマッピングし、バンド 内の低い周波数の信号ほど高い周波数の信号より減衰させる。最終増幅段５８は 信号のボリュームをセットし、信号はスイッチ６０とテレメトリ・チャンネル６ ６を経由してインプラント部１２′に渡される。インプラント部１２′は、信号 を受信するとその増幅度をクリッピング回路６２で安全な値に制限してから、デ ジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ６４を用いて信号をまたアナログ信号に 変換し、アナログ信号を適当なチャンネルに構成してある電極に印加する。 図２の上記の説明は有意に簡略化してあることが当業者には理解されよう。た とえば、テレメトリ・チャンネル６６は代表的には各チャンネルからの情報が誘 導結合したコイルを介してインプラント部１２′へ逐次渡されるシリアル・デー タストリーム、またはデータ・フレームに再構成されることを必要とする。一旦 インプラント部で受信されると、こうしたデータ・フレームは各チャンネルにつ いて情報を復元し、かつ、こうして復元した情報をそのチャンネルについてそれ ぞれの電極対に呈示するように適当な方法で処理する必要がある。このようなテ レメトリ・チャンネルの詳細は興味深いものであるが、以下に示す部分を除くと 本発明を理解する上で実際には必須ではない。 更に、スイッチ６０が動作する方法がシステムで使用する特定のスピーチ処理 法の定義で重要な役割を演じることには注意する。例えば、一つのスイッチだけ がある時間的瞬間に、但し高速なレートで閉じるようにスイッチ６０が動作する 場合、刺激システムの体外部１０′は一度に一つの周波数バンドで到来音響信号 を効率的にサンプリングする。このような方法はどの時間的瞬間にも一つの電極 対または内耳部位だけを刺激するもので、「連続インタリーブ・サンプラ(conti nuous interlieved sampler)」（ＣＩＳ）方式として知られている。これと対照 的に、スイッチ６０が常に閉じているように動作する場合、その周波数チャンネ ルの情報は連続的に効率良く処理される。このような方法は、電極対の多くまた は全部を同時にそれぞれの刺激波形で刺激することができるもので、「連続アナ ログ(continuous analog)」（ＣＡ）方式として知られている。ひとつの意味で 、本発明は各チャンネルのスイッチ６０が刺激システムのインプラント部１２′ によって用いられる刺激方法の形式で、更に多くの柔軟性を提供するように制御 するための方法または技術と見倣すことができる。 次に図３を参照すると、図１のシステムの好適実施例のブロック図が図示して ある。このような好適実施例は前述の特許出願に完全に説明されている。基本的 に、図３に図示した好適実施例はスピーチ・プロセッサ体外装身システム(speec h processor externally wearable system)１０とインプラント型蝸牛刺激装置 （ＩＣＳ）１２とを含む。スピーチ・プロセッサ・システム１０はヘッドピース １４と体外装身型(externally wearable)スピーチ・プロセッサ（ＳＰ）１６と を含む。ヘッドピースは聴覚障害者の耳の後側に装身するもので、従来のマイク ロホン１８と無線周波数信号(radio frequency signal)の形の電磁エネル ギーまたは誘導結合高周波信号を送受信するためのアンテナ（コイル）２０とを 含む。このような結合はアンテナ２０を含むコイル周辺の静電シールドによって のみ結合する磁場に制限することができる。更に、一つの搬送波周波数によるＩ ＣＳからＳＰへ、また別の周波数によるＳＰからＩＣＳへの信号はヘッドピース １４とＳＰ１６の間で１本の同軸ケーブルを介して転送できる。これは同軸ケー ブル各端にそれぞれの周波数に同調したコイル／コンデンサ・フィルタを備える ことで実現される。 バッテリ３８から給電されるＳＰ１６はマイクロホン１８で受信したオーディ オ信号を受け取り、自動利得制御（ＡＧＣ）を備える従来のオーディオ・フロン トエンド２２へ当該信号を送信するのに適している。オーディオ・フロントエン ド２２で処理されるオーディオ信号はフィルタリング及び複数の並列オーディオ 信号の生成のためにフィルタ・バンク２４へ送信される。オーディオ信号はマル チプレクサ２６で処理され、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２８でマ イクロプロセッサ３０へ印加する一連のデジタル信号に変換される。マイクロプ ロセッサ３０は本発明のテンプレート手段をストアすることのできる適当なメモ リ・チップ３１を含むか、またはこれに接続する。フィルタ・バンク２４は例え ばデジタル・シグナル・プロセッサ集積回路でのデジタル・フィルタのグループ として実現することもできる。この場合、信号はオーディオ・フロントエンド及 びＡＧＣ２２から、アンチエイリアシング・フィルタを経由してアナログ・デジ タル・コンバータへ、更にデジタル・フィルタ・バンク２４とマイクロプロセッ サ３０の一般処理へと流れる。 マイクロプロセッサ３０の出力はマイクロプロセッサからのデータをシリアル ・ビット・ストリームに変換するカスタム・ゲートアレイ３２を経由してデータ 送信器３４へ結合される。ゲートアレイ３２もテレメトリ受信器３６とマイクロ プロセッサ３０からのデータを変換してデータ送信器３４の電力レベルとここで 生成されるデータとを制御する。 図３に図示してあるように、ＩＣＳ１２は装身型システム(wearable system) １０からのデータ送信を受信するための受信器４０とＩＣＳ１２から装身型シス テム１０へＩＣＳ状態を表わす信号及び測定信号を送信して装身型システム１０ で処理するためのテレメトリ送信器４２とを含む。例えば、テレメトリ送信器４ ２から送信された電力レベルを表わす信号はテレメトリ受信器３６によって受信 され、マイクロプロセッサ３０とゲートアレイ３２で処理されて送信器３４から ＩＣＳ１２への送信電力レベルを制御する信号を生成し、これによって装身型シ ステム１０からＩＣＳ１２への送信電力レベルを最適化するためのクローズド・ ループ・システムを提供し、したがってバッテリ３８を節約しシステム１０内部 で生成される電圧を最適化する。 受信器４０と送信器４２に加えて、ＩＣＳ１２は受信器４０からの電力信号を 受信してプロセッサ４６に給電するレギュレータ（ＲＥＧ）４４を含む。受信器 ４０からのデータ信号も処理のためにプロセッサ４６へ送信されて蝸牛内電極４ ８にある複数のコンデンサ結合電極４９の１つまたは２つ以上に印加される刺激 信号を生成する。本発明の好適実施例は８チャンネルを提供し、その各々が互い に対をなして双極刺激を提供する２つの電極を含む。これ以外にも、チャンネル の２つの電極の選択した一方が共通の基準電極５１と対になって単極刺激を行う ように構成することもできる。更に、２つまたは３つ以上の単極または双極部位 に同時にさまざまな刺激電流を印加して隣接組織内でこれら別々の電流の加算か ら「仮想チャンネル(virtual channel)」を作成するようにもできる。 一般的に言って、ＳＰ１６からの制御またはデータ信号に応答して、プロセッ サ４６は電極とプロセッサ内の付随回路の電圧を選択的にモニタしてＩＣＳ状態 を表わす信号及び測定信号を生成する。例えば、プロセッサ４６はレギュレータ ４４に印加された電圧、電極のインピーダンス、およびプロセッサ内部の外の電 圧をモニタして装身型システム１０へ送信するためデータとしてテレメトリ送信 器４２へ送信される状態を表わす信号を生成する。 更に詳しくは、図３に示した蝸牛刺激システムにおいて、ＩＣＳ１２へ装身型 システム１０から送信された信号は電力成分を含む。このような電力成分は受信 器４０内部で直列レギュレータ４４を経由して処理されプロセッサ４６へ給電す る電圧信号を生成する。プロセッサ４６は直列レギュレータに印加される電圧を モニタし、また送信器４２によって送信されテレメトリ受信器３６で受信される これら電圧に対して相対的な状態を表わす信号を生成する。上記で説明したよう に、このような情報はＳＰ１６のマイクロプロセッサ３０及びゲートアレイ３２ で用いてデータ送信器３４からＩＣＳ１２への送信電力レベルを制御する。 次に図４を参照すると、図３の好適なシステムで使用する代表的なデータ・フ レームの構成が図示してある。このようなデータ・フレームは刺激情報の複数チ ャンネルがＩＣＳ１２で必要とされることから、また情報をＩＣＳへ送信するこ とができる電気通信チャンネルが１本しかないことから必要である。言い換えれ ば、図４に図示したデータ・フレームを用いると、パラレル・データ・チャンネ ルを一時的にシリアル・データ・チャンネルに再フォーマットしてＩＣＳへの情 報の送信を行い易くすることができる。 図４から分るように、代表的なデータ・フレームは９個の９ビット・ワードと 、パリティ・ビットとエンド・オブ・フレーム・ビットから、または合計で８３ ビットから構成されている。クロックレートは完全なデータ・フレームの全持続 時間が約７７μ秒になるようにしてある。コントロール・ワードの一般フォーマ ットも図４に示されている。 データ・フレーム内の第１の８ワードはデータ・ワードで、各々が振幅ビット （最初の８ビット）と極性ビットとを含む。各データ・ワードは任意のチャンネ ルでの刺激情報に対応する。データ・フレームの最後のワード、または９番目の ワードはコントロール・ワードである。このワードはＩＣＳ内部の各種機能、例 えばＩＣＳが使用する電極の構成（双極または単極）を制御および／またはセッ トするために使用する。 図５は多数のデータ・フレームを図３のシステムで使用してサイクルで反復す る所望の刺激パターンをどのように実現するかを示している。図３に図示した特 定の刺激パターンは、ほとんどの部分で、どの任意の時間にも電極対（チャンネ ル）の一つだけが二相性パルスによって刺激されることから簡単なＣＩＳ法を近 似している。図５を理解するには、各データ・フレーム内のデータ・ワードが対 応するチャンネルの刺激電流についての振幅と極性を指定することを認識するの が重要である。このような振幅と極性は、データ・ワードでセットされると、新 規のデータ・フレームで新規のデータ・ワードが受信されて変更を行わないかぎ り変更されずに残る。つまり、二相性刺激パルスを発生するには、第１のデー タ・フレームでそのチャンネルの振幅と極性を指定し、第２のデータ・フレーム で振幅と逆の極性を指定し、最後に、第３のデータ・フレームでゼロ振幅を指定 することが必要である。図５に概略してあるようなＣＩＳ法を用いる場合、各チ ャンネルは指定されたシーケンスで刺激するそのチャンネルの番が回ってくるサ イクル内の時間までゼロ振幅で維持される。 図５に図示してあるように、例えば、指定されたシーケンスが（図面の左から 初めて）チャンネル２の電極対を刺激し、次にチャンネル１、次にチャンネル８ 、更にチャンネル７、チャンネル６、チャンネル５、チャンネル４、チャンネル ３と刺激することを含む。第１のデータ・フレームであるフレームＡにおいて、 正の刺激電流がチャンネル２の電極に印加される。この刺激電流の大きさはチャ ンネル２に対応する周波数バンド内にある検出音響信号の関数で、それ以外はス ピーチ・プロセッサ１６により処理されたままである。データ・フレームＡの間 、チャンネル２だけが刺激される以外にも、チャンネル３に既に存在している刺 激電流がオフになることに注意する。図示したように、データ・フレームの長さ に等しい時間だけ継続する二相性パルスの各相で、また１６データ・フレームを 必要とする完全な刺激サイクルで、この処理は継続する。 更に図５を参照すると、各データ・フレームに含まれる番号１〜９は各データ ・フレームに存在する９個のデータ・ワードに相当する。つまり、データ・フレ ームの第１ワードに変更が含まれる場合、このような変更はデータ・フレームに おいて早く発生し、一方でデータ・フレームの最終ワードで発生する変化はデー タ・フレームにおいて遅く発生する。この制限が加わると、本発明の１つの態様 はデータ・フレームのワードに関連する特定の電極対をマッピングして、高い周 波数の情報を受信するため大半の情報容量を有する蝸牛の基底端部と接触する電 極対がデータ・フレーム内の第１ワードにマッピングされるようにすることに関 係する。蝸牛尖端は低い周波数の情報を受信するので最低の情報容量を有してお り、データ・フレームの最終ワードにマッピングされる。このマッピング方式は 、部分的フレームの送信（後述する）と組み合わせると、有利にもこれまで可能 だったよりも３／２倍速い更新レートを蝸牛基底に発生させることができる。 図５に図示してある刺激パターンは単純な（非複合）刺激パターンを表わして いることに注意すべきである。本発明は有利にも単純かつ簡単に定義できる刺激 テンプレートを使用し、ＩＣＳがスピーチ・プロセッサ１６の基本動作プログラ ムを大幅に変更する必要無しに、またＩＣＳ１２の回路を変更する必要無しに、 もっと複雑な刺激パターンを発生することができる。実際、本発明の刺激テンプ レートはマスター／スレーブの関係で外部プロセッサのコマンドに追従するイン プラント型刺激装置を提供する何らかの種類の刺激システムで有利にも使用でき る。つまり、インプラント型刺激装置の個々のチャンネル（または選択した電極 対によって定義される特定の組織刺激部位）が外部プロセッサで制御される特定 の刺激電流値にセットできる限り（ゼロ値を含む）、または新しい刺激電流値に 外部プロセッサからリセットされるまでその値に留まる限り、本発明は当該シス テムで有利に使用することが可能である。 図示のため、図６では８チャンネル刺激装置にＣＩＳ刺激パターンを提供する 本発明で使用するための簡単な二相性ＣＩＳ刺激テンプレートの一つの表現を示 してある。テンプレートは図６の右側に図示してある刺激テーブルの形を取り、 このテーブルはプロセッサ１６のメモリ３１にストアできる。こうしたテンプレ ートを使用することから得られた二相性刺激電流は図６の左側に図示してある。 刺激テーブルまたはテンプレートは行と列を含むことに注意する。各列は時間の 増分を表わし、この時間増分は特定用途で適当な値にセットする。図６に図示し たテーブルの場合、時間増分の全部、ｔ０〜ｔ１５は等しい時間増分であると仮 定してある。しかし、以下に示すような他に考えられるテンプレートから明示さ れるように、時間増分は等しくなくても良く、何らかの適当な値に指定すること ができる。 図６に図示したテンプレート・テーブルの各行は、チャンネルまたは刺激部位 を表わす。つまり、図６を参照すると、テンプレート・テーブルの各セル（即ち 行と列の交点各々）は、特定の時間（指定された時間、または列）に特定の部位 （チャンネルまたは行）に印加される特定の刺激電流を定義している。テンプレ ート・テーブルのセル全部の組み合せが特定の時空間刺激パターン、または刺激 サイクル内の特定の時間に特定の刺激部位に印加すべき刺激波形の特定のサイ クルを定義する。 テンプレート・テーブルのセルに挿入されている数値は処理済み信号（到来音 響信号から導出される）の振幅を変更するために使用する重み付けファクターを 表わしている。（数値以外のデータ値もこの目的で使用できる、たとえば１６進 またはその他の英数字値もコードとしてテンプレート・テーブルのセルに挿入で きることに注意すべきである。）ヌル値（空白）のテーブル・セルはゼロ刺激波 形が作用していることを表わし、テンプレートの行列で指定されるチャンネルと 時間にわたり作用し続けることになる。代表的には、重み付けファクターは単純 に増倍率として用いられる。つまり、テンプレート・テーブルが２のセルで「＋ １」を含む場合、そのチャンネルで処理された信号は「＋１」で乗算されること を表わし、このような乗算の積が指示された時間増分でチャンネルの電極対に印 加すべき所望の刺激電流の振幅を定義、または指定するために用いられる。明示 的ゼロまたは「０」は直前の非ゼロチャンネルが第１にゼロ出力にセットされる 時間を表わす。 テンプレート・テーブルの行と列は逆転することができ、テンプレート・テー ブルがＩＣＳまたは同等の刺激装置で使用する特定の刺激パターンを、複雑な刺 激パターン（以下に示す）であっても、明解かつ簡単に定義する意図した機能を 提供し得ることは強調すべきである。これは、テーブルの各行が時間増分を表わ し、テーブルの各列がチャンネル、または刺激部位を表わすと言える。 図６を参照すると、時間ｔ０において、第１のチャンネルＣ１は値「−１」が 挿入してあることが分かる。テーブルで時間ｔ０において、Ｃ８（「０」が挿入 されている）とＣ９（制御行またはワードに相当し「Ｄ」が挿入されている）を 除く他の全部のセルは空白（ヌル値）になっている。時間ｔ０でチャンネルＣ１ に対応するセルの「−１」は時間ｔ０でチャンネル１に存在する何らかの大きさ が「−１」で乗算されることを意味している。「０」は単純にチャンネルＣ８が 時間ｔ０でゼロ（ヌル）にまたリセットされることを表わしている。チャンネル Ｃ９（コントロール・ワード・チャンネルである）の「Ｄ」は９番目のワードの コマンドがデフォルト値にセットされるべきことを表わしている。時間ｔ１にお いて、チャンネルＣ１の重み付けファクターは「＋１」に変化する。時間ｔ２で は、チャンネルＣ１の重み付けファクターが「０」にセットされ、チャンネルＣ ２の重み付けファクターは「−１」にセットされる。刺激電流で実際の波形に関 連するタイミングは図６の左側に図示してあるような形を取ることになる。 図７は図６同様だが、位相とチャンネルの間に時間遅延を含む更に幾分複雑な 二相性刺激パターンの刺激テンプレート・テーブルを示す。 同様に、図８は非対称で三相性のパルスを含むもっと複雑な刺激パターンにつ いての刺激テンプレート・テーブルを示す。重み付けファクターは正のファクタ ーの和が常に負のファクターの和と等しくなるように選択されており、これによ って最終的に生成される刺激波形で電荷のバランスを保証していることに注意す る。 図９は交互位相性パルスを含む刺激パターンについての刺激テンプレート・テ ーブルを示す。交互位相パルスはチャンネルＣ１とチャンネルＣ３で図示したよ うなパルスで、一方の極性のパルスに次のサイクルで逆の極性のパルスが後続す るようなパルスである。 図９は特殊コード「Ｅ」を用いて、列の残りが出力状態の不変を含むことを表 わしている。これによりマイクロプロセッサは計算時間を節約でき電力を節約す るか、またはその他の同時演算を容易にすることができる。 以上から、テンプレート・テーブルのセルに書き込まれた数値またはその他の 英数字コードによって多様で複雑なパターンが指定できることが分かる。このよ うなパターンは、テーブルのセルを入力データとして読み込むようにプログラム してあるマイクロプロセッサによってリアルタイムで簡単に作成できる。可能な 出力状態はテンプレート・テーブルによって全面的に指定されるので、プログラ ムのリアルタイム実行中に予想しない遅延が発生する可能性はない。各々の電流 源で発生する波形の電荷バランスが、各々の重み付け係数の積の和にテンプレー ト・テーブルのその列での各々の時間間隔をかけたものを各行の重み付け係数全 部についてゼロに加えるようにする重み付け係数またはファクターの計算に依存 しているので、これは重要な特徴である。つまり、電流源の各々が何らかの特定 の出力状態に留まる時間の量が、サイクル間で予想可能かつ再現可能でなければ ならない。 上記で（また以下に）提示したテンプレート・テーブルの検証から明らかなよ うに、任意の列の長さは、データ・フレームの長さ、または持続時間を表わして いる。データ・フレームの長さは、更に二相性刺激パルス（またはその他の刺激 波形）内部に含まれ得る最小限のパルス幅を指定する。本発明の一つの利点は、 任意の列における空白セルの個数を減少するためにテーブルの選択された列を短 縮する手段がスピーチ・プロセッサ内部に含まれていることである。このような 短縮によって、刺激波形で使用することのできる最小パルス幅を減少することに なり、これによって刺激波形で更に速いレートが可能になる。このようなパルス が蝸牛の基底電極に印加された場合、これまで可能とされていたよりも多くの情 報を蝸牛に伝送することが可能になる。 図１０を参照すると、幾つかのチャンネルでもっと頻繁に狭い二相性刺激パル スを含み、他のチャンネルではもっと少ない回数で広い二相性刺激パルスを含む 刺激パターンでの刺激テンプレートが図示してある。チャンネルＣ５、Ｃ６、Ｃ ７、Ｃ８の４つの刺激チャンネルだけが図１０に図示したパターンでは使用され ていることにも注意する。使用において、Ｃ８チャンネルは最も頻繁にパルスが 印加され、蝸牛の基底端部に配置される電極対に対応するのが望ましい。これは 、すでに説明したように、蝸牛の基底端部は高周波情報を受け取るので、最大の 情報容量を有しているためである。図１０で用いている時間間隔はたとえば図６ 〜図９のテンプレートで用いている時間間隔よりも大幅に短いので、図１０の サイクル全体の長さは図６〜図９のサイクルの長さより長くすべきではなく、短 くなることもあり得る。 図１１は２つまたは３つ以上のチャンネルで刺激二相性パルスを提供する刺激 パターンでの刺激テンプレートを示す。このようなパターンではサイクル全体の 長さを有意に減少することができる。図１１に図示した刺激パターンは２つまた は３つ以上の別の部位で多少なりとも同時にパルスの供給が行なわれるため特に 注目される。ＣＩＳ方式は、順次インタリーブされた、即ちオーバラップしない 方法で短い刺激パルスを供給することにより隣接部位に印加される刺激電流の間 での電気緊張的相互作用を最小限に抑制するように設計されていることに注意す る。しかし、できるだけ短いサイクル時間で全部の部位の刺激を完了し、音響信 号からの情報を比較的高いレートでサンプリングし提示できるようにするのも望 ましい。比較的速いレートで多数の刺激部位を通るシーケンス化のためには、個 別の刺激パルス各々を供給するのに利用できる時間の長さを非常に短く取らなけ ればならない。ニューロンを活動させる上での任意の刺激パルスの効果は電流の 大きさと持続時間の積に依存する、即ち波形の各相において供給される総電荷に よる。非常に短い電流パルスでニューロンを活動させるためには、電流の大きさ は比例して高くしなければならない。電極接点と周辺組織は電流の流れに対して 有意なインピーダンスを示すため、印加された電圧と消費される電力も大幅に大 きくなる。ニューロンが第１のパルスに応答する前に第２の位相の逆の極性で第 １のパルスの作用を打ち消してしまうため、約６０〜８０ミリ秒より短い二相性 刺激パルスでは問題が更に悪化する。 有利にも、図１１に図示してあるように、各々が任意のパルス幅の任意の個数 のチャンネルでＣＩＳフレーム・レートは同時に２つの離れた部位を刺激するこ とにより２倍にすることができる。ＣＩＳ方式の非オーバラップ要件の侵害は、 これらの部位の間での電気緊張的相互作用の量が最小限である場合にのみ有用で ある。同時に活動化される部位が互いに物理的に離れるように選択された場合と 各々の部位で最大範囲のラウドネスを発生するのに必要とされる刺激強度がかな り低い場合にこの条件が適合すると考えられる。つまり、各々の刺激パラダイム (stimulus paradigm)について新しいアルゴリズムをプログラミングする代わり にテンプレート・テーブルの値を単に変更することで様々な部位でのパルス間の オーバラップのパターンを簡単に選択、または変更できることは本発明の特に有 利な点である。 図１２Ａを参照すると、間隔の短い送信を用いて狭いパルスと速いサイクル全 体のレートを作成する刺激パターンのための刺激テンプレートが図示してある。 各列の特殊コード「Ｓ」はそのフレームでそれ以上の情報が送信されないことを 表わし、フレームの持続時間を切り詰めることができる。これはまた、図１２Ａ で用いている時間間隔が等しくなくとも良いことも表わしている。むしろ、時間 ｔ０はｔ１より短く、これは更にｔ２よりも短いというようになっている。更に 、図１２Ａに図示してあるように、変化する時間間隔によって作成される刺激パ ルスの様々な持続時間の相対的な効果を平均するために時間間隔の増加にともな って重み付けファクターが減少している。その他のコードおよび特徴は出力電流 を発生する体内回路(implanted circuitry)のプログラマビリティにより電気刺 激の各相の持続時間に関する更なる選択肢を提供する。 次に図１２Ｂを参照すると、８個のバンドパス・フィルタ・チャンネルが６個 だけの出力段と電極に割り当てられるような仮想刺激方式が図示してある。これ は図１２ＢでコードＶ１およびＶ３（第１の仮想チャンネル）と、Ｖ６およびＶ ７（第２の仮想チャンネル）として識別される２つの仮想チャンネルを作成する ことにより実現される。第１の仮想チャンネルＶ１〜Ｖ３は行Ｃ２に図示してあ り列１３と１４の重み付け係数に合わせて２個の出力段Ｃ１とＣ３を同相で加算 することを表わしている。同様に、行Ｃ８のコードＶ６およびＶ７は、出力段Ｃ ６とＣ７から構成され、第２の仮想チャンネルが列１５と１６の重み付け係数に したがって逆相で刺激されることを表わしている。 以上の図面から、ＩＣＳまたは同等の刺激装置によって実現される刺激パター ンおよび波形に比べて相当の柔軟性が実現し得ることが分かる。参照される特許 出願に記載されているＩＣＳの特定の実施例で、本発明の一般方式の能力の一例 として、以下のコードおよび特徴がサポートされている。 第１に、各電流源の出力電流は明示的に新しい値にセットされるまで、 またセットされない限り与えられた値に留まり、テーブル内の特別な「ヌ ル」コードで特定の間隔の間に変更が必要とされないことを表わし、一つの間隔 より長く持続する刺激相の間、または一つの間隔以上にわたって所望の出力がゼ ロの場合に、出力電流を再計算する必要性を回避している。 第２に、テーブルのある列が任意の行の後で非ヌル・コードを含まない 場合、テーブルの特殊「終了(end)」コード「Ｅ」を用いてその間隔ではこれ以 上の計算が必要ないことを伝えることができる。 第３に、テーブルのある列が任意の行の後で非ヌル・コードを含まない 場合、テーブルの「短い間隔(short intervals)」コード「Ｓ」を用いてインプ ラント電子回路(implanted electronics)への通常の情報送信を短縮しすぐにテ ーブルの次の列で指定された出力状態の送信を開始して、省略した列で指定され る出力状態に通常より短い間隔を得ることができる。 第４に、テーブルがインプラント電子回路のモード制御用に余分な行を 含む場合、各々の列でテンプレート・テーブルにストアされたモード値を各々の 間隔でインプラント電子回路に送信できる。このようなモード値は、たとえば、 後続の間隔で電流源の１つまたは２つ以上から要求される出力電流がその間隔の 継続中に早めに立ち上りまたは終りで遅延され、テーブルの各列で表わされる間 隔の数分の一の持続時間となる刺激相を作成することができる。 第５に、テーブルの行で指定された出力チャンネルを２つまたは３つ以 上の他の出力チャンネルから構成される仮想チャンネルに割り当てることができ る。仮想チャンネルはコード「Ｖｎ」で表わされ、ここでｎは実際の出力チャン ネルの番号である。 本発明で用いるテンプレート・テーブルが所望の刺激パターンおよび波形の抽 象化を容易にするツールであることは次に指摘されるべきである。同一の結果を 達成する他のツールも同様に使用できる。たとえば、所望の空間／時間的イベン トについての仕様のリストまたは数列を数学的または論理的に定義し、このよう なリストをスピーチ・プロセッサ内部で使用されているマイクロプロセッサへ の入力データとして使用できる。たとえば、図１２に図示したテンプレート・テ ーブルで定義される刺激パターンおよび波形は、他にも以下の数列で生成できる 。 Ｃ_n(ｔ，振幅)：(2*(n-1),-1)，(2*(n-1)+1,1)，(2*(n-1)+2,0) Ｆ_t(ｎ,コード）：（INT(t/2)＋2,S） ここで、 ｔ＝ステップ番号（ｔ０〜ｔ１５）またはフレーム番号 ｎ＝チャンネル番号（１〜９）またはフレーム内の位置 コード＝［Ｓ］短縮，［Ｄ］デフォルト値，...全ての可能なコード。 次に図１３を参照すると、上述の、またはその他の刺激テンプレートをスティ ミュレータ・システム(stimulator system)のスピーチ・プロセッサ内部で使用 して本発明のインプラント部で生成される刺激電流パターンおよび波形を制御で きる一つの方法（確かに唯一の方法ではない）を示す簡略化したフローチャート が図示してある。図１３に図示した方法のメインステップ各々は「ブロック」と して表現され、各ブロックはこれに参照番号が割り振ってある。 図１３から分かるように、初期ステップ（ブロック２００）は体外（装身型） プロセッサ１６内部のマイクロプロセッサ３０（図３）で使用される適当な動作 パラメータを定義するためのものである。こうした動作パラメータは、たとえば データ・フレーム間隔（テンプレート・テーブルの列を隔てる時間間隔）、サイ クル長（テンプレート・テーブルの列数）、使用するチャンネル数（テーブル内 の行数）、電極構成（双極、単極、その他）、などの項目を含む。 初期動作パラメータが定義されると、新しい刺激サイクルが始まる（ブロック ２０２）。新しい刺激サイクルが始まると、２本の平行なパスが開始される。第 １のパスでは、音響信号がサンプリングされ処理される（ブロック２０６）。こ の処理によってサンプリング時間での各チャンネルに関連する大きさと極性の決 定が得られる。本明細書で説明している好適なＩＣＳでは、このような処理に よってデータ・フレームを構成する８データ・ワードが生成される。この大きさ ／極性情報はサンプリング時間の関数としてストアされる（ブロック２０８）。 このような大きさ／極性データが利用可能なチャンネルの各々について得られる と（ブロック２１０）、刺激サイクルのこの分岐は次のサイクルの始まりを（ブ ロック２１２）待機し、この時点で新しいサンプルを取り、処理を反復する（ブ ロック２０６，２０８，２１０，２１２）。 同時に、刺激サイクルの先頭で開始された平行なパスにおいて、データ・フレ ームが開始する。これはデータ・フレームに含めようとする第１のチャンネルに 対応する最も新しい大きさ／極性データを取り出すことにより実現する（ブロッ ク２１４）。このデータが取り出されると、第１のチャンネルおよび時間間隔に 対応する適当な重み付けファクターまたは重み付け係数も取り出される（ブロッ ク２１６）。このような重み付け係数の取り出しは、前述のようなテンプレート ・テーブルまたはその他のリストを用いることで大幅に容易になる。大きさ／極 性データは適当な重み付け係数で乗算され（ブロック２１８）重み付けした大き さ／極性データを発生する。このような重み付けデータは現在のデータ・フレー ムで所望の刺激電流を効率的に定義する。したがって、このような重み付けデー タはＩＣＳへデータ・フレームを送出する予測の下に、フレームのデータ・ワー ドへフォーマットされる。追加のチャンネル情報／データがフレーム・データを 完成するのに必要とされる場合（ブロック２２０のＹＥＳ分岐）、このような情 報／データが取り出される（ブロック２１４，２１６，２１８）。現在のフレー ム内で必要な情報／データの全部が積算されたら（ブロック２２０のＮＯ分岐） 、重み付けしたデータ／情報はＩＣＳへ転送される（ブロック２２２）。サイク ルを完成するのに追加のフレームが必要かどうかの決定を行なう（ブロック２２ ４）。必要な場合（ブロック２２４のＹＥＳ分岐）、次のデータ・フレームが開 始され処理を反復する（ブロック２０４，２１４，２１６，２１８，２２０，２ ２２，２２４）。 サイクルが完了した場合（ブロック２２４のＮＯ分岐）、即ちサイクルを完了 するのに必要なデータ・フレームの全部が生成された場合、刺激テンプレートを 調節する必要があるかどうかの決定を行なう（ブロック２２６）。このよう な決定は患者との協動で行なうのが望ましい、即ち、患者がどの程度まで適合(f itting)の一環として生成されたある種の音響を識別できるかについて患者から のフィードバックを用いる。調整が必要ない場合には、次の刺激サイクルを開始 し前述のように処理を反復する（ブロック２０２から開始する）。 刺激テンプレートの調節の必要がある場合には（ブロック２２６のＹＥＳ分岐 ）、このような調節を行なう（ブロック２２８）。有利にも、本発明により提供 されるテンプレート・テーブル、または空間／時間的イベントのその他のリスト は、非常に簡単な作業でこのような調整を行なえる。こうした作業は試行錯誤し ながら手動で、たとえばテンプレート・テーブル内の重み付けファクターを単に 変更することで行なうことができ、またはあらかじめ規定しておいた調節アルゴ リズムにしたがって体系的に行なうことができる。 前述のように、本発明は、電気刺激電流の広範囲に異った時空間パターンの定 義／指定を容易にするマルチチャンネル刺激システムを提供することが分かる。 本発明では複雑な刺激波形が非常に簡単な方法で定義／指定できることも更に 分かる。 本発明は特定の実施例およびその応用を用いて説明しているが、請求項に記載 してある本発明の範囲から逸脱することなく当業者には幾多の変更および変化を 成し得るものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年３月１８日 【補正内容】 （３４条補正明細書第２Ａ頁〜第２Ｂ頁） １９９０年９月７日付ＰＣＴ／ＡＵ９０／００４０７号国際出願に対応する国 際公開番号ＷＯ９１／０３９１３号（１９９１年３月２１日公開）では、蝸牛刺 激装置へ結合したスピーチ・プロセッサを含み、スピーチ・プロセッサがランダ ム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）にストアされた刺激パラメータを含むようなマ ルチチャンネル蝸牛補助具を記載している。これらのパラメータは、ＲＡＭにス トアされ、ＭＡＰと呼ばれている。診断プログラミング・システム（ＤＰＳ）を 用いて聴覚機能訓練士が各患者のＭＡＰを「生成(generates)」し微調整する。 ＤＰＳは適切に試験を制御し、制御された刺激を提示し、試験結果を確認記録す るために使用する。しかし残念なことに、こうしたテストの間に管理される制御 刺激は制限されており、一般に、パルス振幅、パルス幅、パルス・レートに変化 を有する平衡二相性パルスに制限されている（即ち図５または図６に図示したよ うな、等しい負と正の位相を有する二相性パルス）。 ヨーロッパ特許出願第０２４７６４９Ａ１号も同様に前述の国際公開ＷＯ９１ ／０３９１３号に開示されているのと非常に類似したマルチチャンネル蝸牛補助 具を図示している。しかし、開示された内容から調べることができる限りで、適 当な診断プログラミングシステム（ＤＰＳ）で管理することのできる制御刺激は 同じ制限を受けている、即ち限られた個数のパラメータだけがこうしたテストの 間に変化できる。第６４９号ヨーロッパ特許出願は複雑な刺激パターンが各々の 刺激部位に対して個別に調節できること、またはすべきであることを図示または 示唆できずにいる。 米国特許出願第５，０７３，９３９号では、最も良い一致を見つけ出すために ストアされたテンプレート・データが、無作意なスピーチと比較されるようなス ピーチ処理システムで使用するための、非常に構造化されたダイナミック・タイ ム・ワーピング（ＤＴＷ）装置を開示している。 米国特許第４，９１８，７４５号では、アナログ・スイッチを使用することで 複数チャンネル間で使用される非常に正確な時間多重化方式を用いるマルチチャ ンネル蝸牛インプラント・システムを示している。この方式では、正しいアナロ グ・スイッチに結合された電極だけが適切な時間に適切なチャンネルへのオーデ ィオ信号を受信する。 １９９４年７月１日付ＰＣＴ／ＡＵ９４／００３７０号国際出願に対応する国 際公開番号ＷＯ９５／０１７０９号（１９９５年１月１２日公開）では、刺激が あらかじめ決められた命令セットによって制御されるような蝸牛インプラント装 置を示している。あらかじめ決められた命令セットは、たとえば刺激の別のモー ドの選択および／または別の電極ジオメトリの使用などの限られた変化だけを含 んでいる。 請求の範囲 １．蝸牛刺激装置（１２）に結合されたスピーチ・プロセッサ（１０）を含み、 データ信号と制御信号がこれらの間に受け渡され、 前記スピーチ・プロセッサ（１０）は、刺激波形の特定の時空間パターンを表 わす係数のセットをストアするテンプレート記憶手段（３０，３１）と、前記テ ンプレート記憶手段にストアされた前記係数のセットに応答して前記蝸牛刺激装 置内部の各々のチャンネルで生成すべき制御刺激波形の特定の時空間パターンを 指定するデータおよび制御信号を生成する手段（３０，３２，３４，２０）を備 え、 前記蝸牛刺激装置（１２）は、前記スピーチ・プロセッサから前記データおよ び制御信号を受信する手段（４０）と、各々に少なくとも一対の電極（４９，５ １）が付随する複数のチャンネルと、前記スピーチ・プロセッサから受信した前 記データおよび制御信号の関数として前記複数のチャンネルの各々について制御 刺激波形を生成する手段（４６）と、前記制御刺激波形を少なくとも前記複数の チャンネルの２つに印加して前記指定された制御刺激波形が少なくとも２つのチ ャンネルの前記対になった電極間に出現するようにする手段（４６，４８）を備 えたマルチチャンネル蝸牛補助具システムであって、 前記テンプレート記憶手段は、 前記スピーチ・プロセッサの前記テンプレート記憶手段へ着脱自在に結合され 、ディスプレイ画面（１５）と前記ディスプレイ画面上に列と行とを有する刺激 テーブル（図６〜図１２Ｂ）を生成して表示する手段とを有し、前記行または列 の一方の各々が複数の電極対の少なくとも一対に関連し、前記列または行の他方 の各々一つが前記列または行のこうした他方の連続シーケンスで時間増分を表わ すように時間増分と関連し、前記各列と行の交点はテーブル・セルを含むコンピ ュータ（１７）と、 前記コンピュータ（１７）内部にあって前記テーブルのいずれかのセルに英数 字値を挿入し、前記英数字値で前記電極対の前記刺激波形の振幅および極性と、 数値が挿入された前記テーブル・セルで表わされる時間とを定義する手段と、 その後で前記テーブルの前記行または列に挿入された前記英数字値を用いて前 記蝸牛刺激装置（１２）によって所定の電極対へ印加される前記制御刺激波形の 時空間パターンを定義する手段（図１３）と を備えることを特徴とするマルチチャンネル蝸牛補助具システム。 ２．前記コンピュータ（１７）はテーブル・セル内に指定されたたとえば空白の ゼロ記号を、前記指定されたゼロ記号の前記列または行に対応する時間において 前記指定されたゼロ記号の行または列に対応する前記電極対についてのゼロ刺激 波形を指定するものであると解釈する手段を更に含むことを特徴とする請求項１ に記載のマルチチャンネル蝸牛補助具システム。 ３．前記コンピュータ（１７）によって生成され表示される前記刺激テーブルに おいて時間増加を表わすために用いられる前記列または行の長さで指定された持 続時間を有するデータ・フレームを定義し、当該指定された持続時間で更に前記 制御刺激波形において使用できる最小パルス幅を定義することを特徴とする請求 項２に記載のマルチチャンネル蝸牛補助具システム。 ４．前記コンピュータ（１７）によって生成され表示される前記刺激テーブルの 選択された列または行を短縮して前記列または行で指定されたゼロ記号を含むセ ルの個数を減少し、これによって前記制御刺激波形で用いることのできる最小パ ルス幅を減少し、これによって前記制御刺激波形においてもっと速いレートのパ ルスを可能にする手段を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のマルチチャ ンネル蝸牛補助具システム。 ５．第１の電極対は刺激波形の第１の時空間パターンで刺激され、これと同時に 第２の電極対が刺激波形の第２の時空間パターンで刺激されることを特徴とする 請求項１ないし４のいずれかに記載のマルチチャンネル蝸牛補助具システム。 ６．刺激波形の前記時空間パターンは、短いパルスが速いレートで第１の電極対 に印加され、もっと長いパルスがもっとゆっくりしたレートで第２の電極対に印 加されるような連続インタリーブ・サンプリング法（ＣＩＳ）を含むことを特徴 とする請求項１ないし５のいずれかに記載のマルチチャンネル蝸牛補助具システ ム。 ７．蝸牛刺激装置（ＣＳ）を制御する方法であって、前記ＣＳは複数チャンネル を含み、各チャンネルはこれに付随する少なくとも一対の刺激電極と、刺激パル スを生成してこれに印加する手段と、あらかじめ規定したパターンにしたがって 前記複数のチャンネルが刺激される時間間隔を定義するデータ・フレームを定義 する手段を有し、 前記方法は、 （ａ）各データ・フレームの間に前記ＣＳの各チャンネルについて望ましい刺 激波形の特定の種類を特定し、刺激波形の前記種類は刺激パルス極性、大きさ、 持続時間、およびデータ・フレーム内の発生時間の指定を含み、一つのチャンネ ルについて指定された刺激波形の前記種類は他の前記チャンネルについて指定さ れた刺激波形の前記種類とは独立し、これによって各チャンネルがそれ自身の刺 激波形を指定されるようにしてあり、当該刺激波形は別のチャンネルについて指 定された刺激波形と同一である必要はないが所望の場合には同一にできるように するステップであって、前記刺激波形の種類を指定するステップは、 （１）前記ＣＳの外部で列と行を有するテーブルを作成してストアし、各 行または列が前記複数のチャンネルの一つに関連し、また各列または行が前記刺 激波形内部に含める最も狭いパルス幅の持続時間に等しい時間増分に関係し、前 記テーブルの前記列／行の全部からの時間増分の和がデータ・フレームの時間間 隔と等しくなり、各列と行の交点にテーブル・セルを含むステップ、および、 （２）前記チャンネルの刺激波形の所望する相対振幅および極性と前記テ ーブル・セルに対応するフレーム時間とを定義する英数字値を前記テーブルの前 記セルに挿入し、これによって所定のチャンネルについて指定される刺激波形の 時空間パターンが前記所定のチャンネルに対応する前記テーブルの前記行／列に 挿入された英数字値のシーケンスによって定義されるようにするステップを含 むステップと、 （ｂ）前記ＩＣＳの各チャンネルについて望ましい刺激波形の特定の種類を定 義する制御信号を生成して前記ＣＳへ送信するステップと、 （ｃ）各々のデータ・フレームの間に前記ＩＣＳの各チャンネルについて前記 制御信号で指定された前記刺激波形を生成するステップと を含むことを特徴とする方法。 ８．所定のテーブル・セルにおいて指定された英数字を、前記指定された英数字 を含む前記所定のテーブル・セルの列／行に対応する前記フレーム時間において 前記指定された英数字を含む前記所定のテーブル・セルの行／列に対応する前記 チャンネルの出力の変更が要求されないことを指定するものであると解釈するス テップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９．前記指定された英数字以外何も含まない前記テーブルの所定の列または行に おいてセルの個数に等しい量だけ前記フレーム時間を短縮するステップを更に含 むことを特徴とする請求項８に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 フレーム時間で定義された刺激部位に印加される所望の 刺激パターンおよび波形の極性と相対的な大きさを定義 するため、ヌル文字を含む選択された英数字コードまた は文字を含むようにプログラムされる。これ以外に、刺 激パターンおよび波形は空間／時間イベントのリストで 指定できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．蝸牛刺激装置（１２）に結合されたスピーチ・プロセッサ（１０）を含み、 データ信号と制御信号がこれらの間に受け渡されるようにしたマルチチャンネル 蝸牛補助具であって、 前記スピーチ・プロセッサ（１０）は、刺激波形の特定の時空間パターンを表 わす係数のセットをストアするテンプレート手段（３０，３１）と、前記テンプ レート記憶手段にストアされた前記係数のセットに応答して前記蝸牛刺激装置内 部の各々のチャンネルで生成すべき制御刺激波形の特定の時空間パターンを指定 するデータおよび制御信号を生成する手段（３０，３２，３４，２０）を備え、 前記蝸牛刺激装置（１２）は前記スピーチ・プロセッサから前記データおよび 制御信号を受信する手段（４０）と、各々に少なくとも一対の電極（４９，５１ ）が付随している複数のチャンネルと、前記スピーチ・プロセッサから受信した 前記データおよび制御信号の関数として前記複数のチャンネルの各々について制 御刺激波形を生成する手段（４６）と、前記制御刺激波形を少なくとも前記複数 のチャンネルの２つに印加して前記指定された制御刺激波形が少なくとも２つの チャンネルの前記対になった電極間に出現するようにする手段（４６，４８）を 備える ことを特徴とするマルチチャンネル蝸牛補助具。 ２．前記複数のチャンネルの少なくとも２つに印加される前記制御刺激波形は、 二相性パルス、三相性パルス、非対称パルス、交互位相パルスを含むグループか ら選択される波形を含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチチャンネル蝸 牛補助具。 ３．前記テンプレート手段（３０，３１）は行と列を有するテーブル（図６〜図 １２Ｂ）を生成する手段を含み、前記行または列の一方の各々が前記複数の電極 対の少なくとも一つに関連し、前記列または行の他方の各々が前記列または行の こうした他方の連続シーケンスで時間増分を表わすように時間増分と関連するこ とと、 前記各行と列の交点はテーブル・セルを含むことと、 前記テンプレート手段は前記テーブルのいずれかのセルに英数字値を挿入する 手段を更に含み、前記英数字値は前記電極対の前記刺激波形の振幅および極性と 、数値が挿入された前記テーブル・セルで表わされる時間とを定義し、これによ って所定の電極対について指定された刺激波形の前記時空間パターンのテンプレ ートが前記所定の電極対に対応する前記テーブルの行または列に挿入された英数 字値のシーケンスで定義されること を特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルチチャンネル蝸牛補助具。 ４．前記テンプレート手段はテーブル・セル内に指定されたたとえば空白のゼロ 記号を、前記指定されたゼロ記号の前記列または行に対応する時間において前記 指定されたゼロ記号の行または列に対応する前記電極対についてのゼロ刺激波形 を指定するものであると解釈する手段を更に含むことを特徴とする請求項３に記 載のマルチチャンネル蝸牛補助具。 ５．時間増分を表わすために用いられる前記行または列の長さで指定された持続 時間を有するデータ・フレームを定義し、当該指定された持続時間で更に前記刺 激波形において使用することのできる最小パルス幅を定義することを特徴とする 請求項４に記載のマルチチャンネル蝸牛補助具。 ６．前記テンプレート手段は、前記テーブルの選択された行または列を短縮する ことで前記行または列において指定されたゼロ記号を含むセルの個数を減少する 手段を含み、これによって前記刺激波形で使用し得る前記最小パルス幅を減少さ せ、これによって前記刺激波形で更に速いレートのパルスが可能になることを特 徴とする請求項５に記載のマルチチャンネル蝸牛補助具。 ７．第１の電極対は刺激波形の第１の時空間パターンで刺激され、これと同時に 第２の電極対が刺激波形の第２の時空間パターンで刺激されることを特徴とする 請求項１ないし６のいずれかに記載のマルチチャンネル蝸牛補助具。 ８．刺激波形の前記時空間パターンは、短いパルスが速いレートで第１の電極対 に印加され、もっと長いパルスがもっとゆっくりしたレートで第２の電極対に印 加されるような連続インタリーブ・サンプリング法（ＣＩＳ）を含むことを特徴 とする請求項１ないし７のいずれかに記載のマルチチャンネル蝸牛補助具。 ９．蝸牛刺激装置（ＣＳ）を制御する方法であって、前記ＣＳは複数チャンネル を含み、各チャンネルはこれに付随する少なくとも一対の刺激電極と、刺激パル スを生成してこれに印加する手段と、あらかじめ規定したパターンにしたがって 前記複数のチャンネルが刺激される時間間隔を定義するデータ・フレームを定義 する手段を有し、 前記方法は、 （ａ）各データ・フレームの間に前記ＣＳの各チャンネルについて望ましい刺 激波形の特定の種類を特定し、刺激波形の前記種類は刺激パルス極性、大きさ、 持続時間、およびデータ・フレーム内の発生時間の指定を含み、一つのチャンネ ルについて指定された刺激波形の前記種類は他の前記チャンネルについて指定さ れた刺激波形の前記種類とは独立し、これによって各チャンネルがそれ自身の刺 激波形を指定されるようにしてあり、当該刺激波形は別のチャンネルについて指 定された刺激波形と同一である必要はないが所望の場合には同一にできるように するステップと、 （ｂ）前記ＩＣＳの各チャンネルについて望ましい刺激波形の特定の種類を定 義する制御信号を生成して前記ＣＳへ送信するステップと、 （ｃ）各々のデータ・フレームの間に前記ＩＣＳの各チャンネルについて前記 制御信号で指定された前記刺激波形を生成するステップと を含むことを特徴とする方法。 １０．各チャンネルについて望ましい刺激波形の前記種類を指定する前記ステッ プ（ａ）が、 前記ＣＳの外部で列と行を有するテーブルを作成してストアし、各行または列 が前記複数のチャンネルの一つに関連し、また各列または行が前記刺激波形内部 に含める最も狭いパルス幅の持続時間に等しい時間増分に関係し、前記テーブル の前記列／行の全部からの時間増分の和がデータ・フレームの時間間隔と等しく なり、各列と行の交点にテーブル・セルを含むステップ、および、 前記チャンネルの刺激波形の所望する相対振幅および極性と前記テーブル・セ ルに対応するフレーム時間とを定義する英数字値を前記テーブルの前記セルに挿 入し、これによって所定のチャンネルについて指定される刺激波形の時空間パタ ーンが前記所定のチャンネルに対応する前記テーブルの前記行／列に挿入された 英数字値のシーケンスによって定義されるようにするステップ を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。 １１．所定のテーブル・セルにおいて指定された英数字を、前記指定された英数 字を含む前記所定のテーブル・セルの列／行に対応する前記フレーム時間におい て前記指定された英数字を含む前記所定のテーブル・セルの行／列に対応する前 記チャンネルの出力の変更が要求されないことを指定するものであると解釈する ステップを更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。 １２．前記指定された英数字以外何も含まない前記テーブルの所定の列または行 においてセルの個数に等しい量だけ前記フレーム時間を短縮するステップを更に 含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。