KR101543811B1 - 전극 자극 신호들의 생성 방법 및 달팽이관 임플랜트 장치 - Google Patents
전극 자극 신호들의 생성 방법 및 달팽이관 임플랜트 장치 Download PDFInfo
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Abstract
달팽이관 임플랜트의 임플랜팅된 멀티 채널 전극 어레이에 대한 전극 자극 신호들을 생성하는 시스템 및 방법은, 필터들의 뱅크를 이용하여 음향 오디오 신호를 처리하는 단계를 포함한다. 필터들의 뱅크 내의 각 필터는, 전극을 갖는 적어도 하나의 채널과 연관되어 있다. 필터들의 뱅크는, 100Hz 내지 400Hz의 피치 주파수 범위와 400Hz-1000Hz의 제1 포먼트 범위 중 적어도 하나를 실질적으로 커버하는 주파수들을 갖는 광대역 신호 b(t)를 생성하는 제1 대역 통과 필터를 포함한다. 제1 대역 통과 필터와 연관된 적어도 하나의 전극은, 적어도 부분적으로 광대역 신호 b(t)에 기초하는 전극 자극 신호들로 활성화된다. 필터들의 뱅크는 제1 대역 통과 필터와는 다른 하나 이상의 필터들과 연관된 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 필터들은, 광대역 신호 b(t)보다 높은 주파수들만을 갖는 신호들을 생성한다.
Description
<관련 출원들에 대한 상호 참조>
본 출원은 2007년 7월 13일자로 출원된 미국 가출원 번호 60/949,649호의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 전기 신경 자극(electrical nerve stimulation)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 자극 전극과 관련된 광대역 저주파 필터를 포함하는 달팽이관 임플랜트 시스템(cochlear implant system)에 관한 것이다.
달팽이관 임플랜트 및 다른 내이 보형물(inner ear prostheses)은 완전히 귀가 먹었거나 심하게 청각이 손상된 사람을 돕기 위한 하나의 옵션이다. 단지 증폭 및 변형된 사운드 신호를 지원하는 종래의 청각 보조 기구와는 달리, 달팽이관 임플랜트는 청신경(acoustic nerve)의 직접적인 전기 자극에 기초한 것이다. 일반적으로, 달팽이관 임플랜트는, 정상 청력과 거의 유사한 청력 임프레션(hearing impressions)이 얻어지는 방식으로 전기적으로 내이(inner ear) 내의 신경 구조를 자극한다.
도 1은 일반적인 달팽이관 임플랜트 시스템이 달린 귀의 단면도를 도시한다. 정상 귀는 외이(outer ear; 101)를 통해 고막(eardrum; 102)으로 사운드를 전달하는데, 이는 중이(middle ear; 103)의 뼈를 움직이고, 그 후 달팽이관(cochlea; 104)을 자극(excite)한다. 달팽이관(104)은, 와우관(cochlear duct; 107)에 의해 연결된, 전정계(scala vestibuli; 105)로 알려진 상위 채널 및 고실계(scala tympani; 106)로 알려진 하위 채널을 포함한다. 중이(103)에 의해 전달된 수신 사운드에 응답하여, 유체로 채워진(fluid filled) 전정계(105) 및 고실계(106)는, 달팽이관 신경(113)에 전달되고 궁극적으로 뇌로 전달되는 전기적 펄스들을 생성하기 위한 파동을 전송하는 변환기(transducer)의 역할을 한다. 주파수 처리는 달팽이관의 기저 영역(basal region)으로부터 본질적으로 달라지는 것처럼 보이고, 여기서 사운드의 최고 주파수 성분들은 달팽이관의 애피컬 영역(apical region)으로 처리되며, 여기서 최저 주파수들이 분석된다.
일부 사람들은 부분적 혹은 전체적인 정상 감각신경성 난청을 갖는다. 달팽이관 임플랜트 시스템은 사용자의 달팽이관(104)을 직접적으로 자극함으로써 이를 극복하도록 개발되어 왔다. 일반적인 달팽이관 보형물은 본질적으로 2개의 부분들, 즉, 음성 처리기 및 임플랜팅된 자극기(108)를 포함한다. 음성 처리기(도 1에 도시되지 않음)는 일반적으로 마이크로폰, 전체 시스템용 전원(배터리), 및 자극 파라미터들을 추출하기 위해 음향(acoustic) 신호의 신호 처리를 수행하는데에 사용되는 처리기를 포함한다. 최첨단 보형물에서, 음성 처리기는 BTE(behind-the-ear)-디바이스이다. 임플랜팅된 자극기는 자극 패턴들을 생성하고 그들을, 내이에서 고실계에 보통 위치하는 전극 어레이(110)에 의해, 신경 조직(nerve tissue)으로 전도(conduct)한다. 음성 처리기와 자극기 사이의 접속은 보통 RF(radio frequency)-링크에 의해 확립된다. 자극 에너지와 자극 정보 양쪽 모두 RF-링크를 통해 전달된다는 것을 유의한다. 일반적으로, 수백 kBit/s의 비트율을 사용하는 디지털 데이터 전송 프로토콜들이 이용된다.
달팽이관 임플랜트를 위한 표준 자극 전략의 일례는 CIS("Continuous-Interleaved-Sampling strategy")라 불리고, 이는 B. Wilson(예를 들어, 그 전체가 여기에 참조로 포함된, 1991년 7월, 네이처 352권 236-238, "Better speech recognition with cochlear implants", Wilson BS, Finley CC, Lawson DT, Wolford RD, Eddington DK, Rabinowitz WM 참조)에 의해 개발되었다. 음성 처리기에서 CIS를 위한 신호 처리는 일반적으로 다음 단계들을 수반한다.
1. 오디오 주파수 범위를 필터 뱅크에 의해 스펙트럼 대역들로 나누는 단계,
2. 각각의 필터 출력 신호의 엔벨로프 검파(envelope detection),
3. 엔벨로프 신호(map law)의 순시(instantaneous) 비선형 압축, 및
4. THR(thresholds) 및 MCL(most comfortable loudness) 레벨에 대한 적응
달팽이관의 토노토픽 조직(tonotopic organization)에 따르면, 고실계 내의 각각의 자극 전극은 외부 필터 뱅크의 대역 통과 필터와 관련된다. 자극을 위해, 대칭 이상 전류 펄스들(symmetrical biphasic current pulses)이 인가된다. 자극 펄스들의 진폭들은 압축된 엔벨로프 신호(상기 단계 (3))로부터 직접적으로 얻어진다. 이들 신호는 순차적으로 샘플링되고, 자극 펄스들은 엄격하게 비중첩 시퀀스(non-overlapping sequence)로 인가된다. 따라서, 일반적인 CIS-피처로서, 한 번에 단지 하나의 자극 채널만이 활성화되어 있다. 전체 자극 레이트는 비교적 높다. 예를 들어, 전체 자극 레이트가 18kpps라고 가정하고, 12 채널 필터 뱅크를 사용하면, 채널당 자극 레이트는 1.5kpps이다. 그러한 채널당 자극 레이트는 보통 엔벨로프 신호의 적절한 시간 표현(temporal representation)에 충분하다.
최대 전체 자극 레이트는 펄스당 최소 위상 기간(phase duration)에 의해 제한된다. 위상 기간은 임의로 짧게 선택될 수 없는데, 그 이유는, 펄스가 짧을수록, 뉴런에서 활동 전위를 끌어내기 위해 더 높은 전류 진폭이 필요하고, 전류 진폭은 다양한 현실적인 이유로 제한되기 때문이다. 18kpps의 전체 자극 레이트를 갖는 12 채널 시스템의 경우, 위상 기간은 27㎲이고, 이는 하한선에 있다.
CIS는 본질적으로 개개의 채널에서 엔벨로프 정보를 표시한다. 시간적 큐(temporal cues), 예컨대, 피치 주파수를 갖는 엔벨로프 신호의 변화(variations)는 어느 정도(some extent) 제시된다. CSSS(Channel Specific Sampling Sequences) 개념(예를 들어, 그 전체가 여기에 참조로 포함된, U.S. Patent No. 6,594,525, "Electrical nerve stimulation based on channel specific sampling sequences" 참조)으로, 시간적 정보의 양은 상당히 증가된다. 대역 통과 출력 신호의 시간적 변화(때때로 "시간 미세 구조 정보(temporal fine structure information)"로 지정됨)는 더 낮은 주파수 범위, 일반적으로 약 1kHz까지 표시된다. 일반적인 자극 설정은 저주파 CSSS 채널 및 고주파 CIS 채널의 혼합(mixture)을 포함할 수 있다. 각각의 CSSS 채널에 대해, 울트라-고 레이트(ultra-high rate) 자극 펄스의 특정한 정규화된 시퀀스가 정의된다. 자극에 대해, 관련된 대역 통과 필터 출력의 제로 크로싱이 검출되고, 각각의 제로 크로싱은 미리 정의된 시퀀스를 트리거하며, 이로써 시퀀스는 대역 통과 출력의 순시 엔벨로프(instantaneous envelope)로부터 도출된 팩터로 가중화된다(weighted). 따라서, 엔벨로프 및 시간 미세 시간 정보 둘 다 CSSS 자극 시퀀스에서 표시된다.
CSSS에 대해 충분히 높은 시간 해상도를 가능하게 하기 위해, 동시 자극을 위한 "CIC(Channel Interaction Compensation)"와 같은 지원 개념(예를 들어, 그 전체가 여기에 참조로 포함된, "Electrical Nerve Stimulation Based on Channel Specific Sampling Sequences"라는 제목의 U.S. Patent No. 6,594,525 참조) 또는 "SG(Selected Group)" 알고리즘(예를 들어, 그 전체가 여기에 참조로 포함된, "Electrical Stimulation of the Acoustic Nerve Based on Selected Group"라는 제목의 U.S. Patent Application Publication No. 20050203589 참조)이 이용될 수 있다.
그러나, 공간 채널 상호작용은, 의도하지 않은 청력 임프레션을 유도할 수 있는, 전위의 분배를 야기할 수 있다. 예를 들어, 2개의 이웃하는 자극 전극 1 및 2가 각각 CSSS 반복율 100Hz 및 200Hz의 시퀀스를 생성한다고 하자. 공간 채널 상호작용 때문에, 200Hz 시퀀스는 전극 1에 가까운 위치에서 100Hz 시퀀스를 왜곡할 것이고, 예컨대, 200Hz 청력 임프레션(옥타브 장애(octave failure))으로 유도할 수 있다. 반대로, 100Hz 시퀀스는 전극 2의 부근에 있는 200Hz 시퀀스를 왜곡할 것이고 들릴 수 있는 추가적인 100Hz 톤을 야기할 수 있다. 상호 왜곡량은 2개의 시퀀스 간의 정확한 위상 관계, 및 채널 상호작용에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 달팽이관 임플랜트의 임플랜팅된 멀티 채널 전극 어레이에 대해 전극 자극 신호들을 생성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 필터들의 뱅크로 음향 오디오 신호를 처리하는 단계를 포함한다. 필터들의 뱅크 내의 각 필터는 전극을 갖는 적어도 하나의 채널과 관련된다. 필터들의 뱅크는 피치 주파수 범위인 100Hz-400Hz 및 제1 포먼트 범위인 400Hz-1000Hz 중 적어도 하나를 실질적으로 커버하는 주파수들로 광대역 신호 b(t)를 생성하는 제1 대역 통과 필터를 포함한다. 제1 대역 통과 필터와 연관된 적어도 하나의 전극은, 광대역 신호 b(t)에 적어도 부분적으로 기초하는 전극 자극 신호들로 활성화된다.
본 발명의 관련 실시예들에 따르면, 적어도 하나의 전극은 달팽이관의 애피컬 영역(apical area)에 위치될 수 있다. 단 하나의 전극만이 제1 대역 통과 필터와 연관될 수 있다. 대안적으로, 적어도 2개의 전극이 제1 대역 통과 필터와 연관될 수 있다. 적어도 2개의 전극들은, 예컨대, 부호 상관 펄스들(sign correlated pulses)을 이용하여 동시에 활성화될 수 있다. 적어도 2개의 전극들은 동일한 전극 자극 신호를 이용하여 동시에 활성화될 수 있다. 적어도 2개의 전극을 활성화시키는 것은 달팽이관 내의 전체 애피컬 영역을 자극하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관련 실시예들에 따르면, 본 방법은 제1 대역 통과 필터와는 다른 하나 이상의 필터들과 연관된 적어도 하나의 전극을 활성화시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 하나 이상의 필터들은 광대역 신호 b(t)보다 더 높은 주파수들을 갖는 신호들을 생성할 수 있다. 하나 이상의 필터들은 광대역 신호 b(t)보다 더 높은 주파수들만을 갖는 신호들을 생성할 수 있다. 제1 대역 통과 필터와는 다른 하나 이상의 필터들과 연관된 적어도 하나의 전극을 활성화시키는 것은, 연속 인터리브드 샘플링법(Continuous-Interleaved-Sampling strategy: CIS)을 이용하는 것, 및/또는 채널 상호작용 보상(Channel Interaction Compensation: CIC)을 이용하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관련 실시예들에 따르면, 본 방법은 선택 그룹(Selected Group: SG) 알고리즘을 이용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제1 대역 통과 필터와 연관된 적어도 하나의 전극은, 채널 상호작용을 실질적으로 회피할 수 있도록, 멀티 채널 전극 어레이 내의 다른 전극들과 소정의 공간만큼 떨어져서 위치될 수 있다. 광대역 신호 b(t)는 실질적으로 400Hz보다 더 낮은 주파수들에 제한될 수 있다. 광대역 신호 b(t)는 실질적으로 1000Hz보다 더 낮은 주파수들에 제한될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 임플랜팅된 전극 어레이에 대한 전극 자극 신호들을 생성하는 방법이 제공된다. 본 방법은 필터들의 뱅크를 제공하는 단계를 포함한다. 필터들 각각은 전극을 갖는 적어도 하나의 채널과 연관된다. 또한, 필터들 각각은 대역 통과 신호들의 세트를 생성하도록 오디오 주파수들의 대역과 연관된다. 음향 오디오 신호(acoustic audio signal)는 필터들의 뱅크로 처리된다. 각 채널의 전극에 대해, 자극 정보가 그들의 연관 대역 통과 신호로부터 추출되어 전극 자극 신호들을 정의하는 자극 이벤트 신호들의 세트를 생성한다. 전극 자극 신호들은, 임플랜팅된 전극 어레이 내의 전극들에 대한 출력 전극 펄스들의 세트로 생성된다. 필터들의 뱅크를 제공하는 것은, 전극들 사이의 저주파수 채널 상호작용을 피하도록, 필터들 및 연관 대역 통과 신호들을 결정하는 것을 포함한다.
본 발명의 관련 실시예들에 따르면, 100Hz 내지 400Hz의 피치 주파수(pitch frequency) 범위가 필터들의 뱅크 내의 단일 대역 통과 필터에 의해 커버될 수 있다. 400Hz 내지 1000Hz의 제1 포먼트 범위는 필터들의 뱅크 내의 단일 대역 통과 필터에 의해 커버될 수 있다. 필터들의 뱅크 내의 단일 대역 통과 필터는 100Hz 내지 1000Hz의 피치 주파수 범위를 커버할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 달팽이관 임플랜트 시스템은, 전극 자극 신호들로 오디오 신경 조직을 자극하기 위한 복수의 자극 전극들을 갖는 멀티 채널 전극 어레이를 포함한다. 전처리기(preprocessor)는 음향 오디오 신호를 처리하하며, 이 처리기는 필터들의 뱅크를 포함한다. 이 필터들의 뱅크 내의 각 필터는 전극을 갖는 적어도 하나의 채널과 연관된다. 필터들의 뱅크는, 실질적으로, 100Hz 내지 400Hz의 피치 주파수 범위 및 400Hz 내지 1000Hz의 제1 포먼트 범위 중 적어도 하나를 커버하는 주파수들로 광대역 신호 b(t)를 생성하는 제1 대역 통과 필터를 포함한다. 자극 모듈은, 광대역 신호 b(t)에 적어도 부분적으로 기초하는 전극 자극 신호들로 제1 대역 통과 필터와 연관된 적어도 하나의 전극을 활성화시킨다.
본 발명의 관련 실시예에 따르면, 하나의 전극만이 제1 대역 통과 필터와 연관될 수 있다. 대안적으로, 적어도 2개의 전극들이 제1 대역 통과 필터와 연관될 수 있다. 자극 모듈은, 동일한 전극 자극 신호를 이용하여, 적어도 2개의 전극들을 동시에 활성화시킬 수 있다.
본 발명의 다른 관련 실시예들에 따르면, 필터 뱅크는, 제1 대역 통과 필터와는 다른 하나 이상의 필터들과 연관된 적어도 하나의 전극을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 필터들은 광대역 신호 b(t)보다 더 높은 주파수들을 갖는 신호들을 생성한다. 하나 이상의 필터들은 광대역 신호 b(t)보다 더 높은 주파수만을 갖는 신호들을 생성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관련 실시예들에 따르면, 자극 모듈은, 제1 대역 통과 필터와는 다른 하나 이상의 필터들와 연관된 적어도 하나의 전극을 활성화시키기 위해, 연속 인터리브드 샘플링법(CIS) 또는 채널 상호작용 보상(CIC)을 이용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관련 실시예들에 따르면, 선택 그룹(SG) 알고리즘이 사용될 수 있다. 제1 대역 통과 필터와 연관된 적어도 하나의 전극은, 실질적으로 채널 상호작용을 피하도록, 멀티 채널 전극 어레이 내의 다른 전극들과 공간적으로 떨어져서 위치될 수 있다. 광대역 신호 b(t)는 실질적으로 400Hz 보다 낮은 주파수들로 제한될 수 있다. 광 대역 신호 b(t)는 실질적으로 1000Hz보다 낮은 주파수들로 제한될 수 있다.
상기 본 발명의 특징은 첨부 도면과 함께, 후속하는 상세한 설명을 참조하면, 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 전형적인 달팽이관 임플랜트 시스템을 갖는 귀의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 달팽이관 임플랜트 시스템(201)을 나타내는 도면.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 범위[100Hz-400Hz] 내에서 필터링된 광대역 신호를 나타내는 도면.
도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3의 (a)의 광대역 신호의 반파 정류 버전(half wave rectified version)을 나타내는 도면.
도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 약 5kHz의 레이트로 샘플링된 광대역 신호의 반파 정류 버전을 나타내는 도면.
도 1은 전형적인 달팽이관 임플랜트 시스템을 갖는 귀의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 달팽이관 임플랜트 시스템(201)을 나타내는 도면.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 범위[100Hz-400Hz] 내에서 필터링된 광대역 신호를 나타내는 도면.
도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3의 (a)의 광대역 신호의 반파 정류 버전(half wave rectified version)을 나타내는 도면.
도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른, 약 5kHz의 레이트로 샘플링된 광대역 신호의 반파 정류 버전을 나타내는 도면.
본 발명의 실시예들에서, 달팽이관 임플랜트 시스템 및 방법은, 시간 미세 구조 정보(temporal fine structure information)를 포함하는 단일, 또는 최소 개수의 (광대역) 신호들을 제공하여, 시간 미세 구조 정보를 포함하는 경쟁 인접 채널들(competing neighboring channels) 사이의 왜곡이 회피될 수 있도록 한다. 이하, 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 달팽이관 임플랜트 시스템(201)을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 달팽이관 임플랜트 시스템(201)은 2개의 부분들, 즉, 외부 스피치 처리기 및 임플랜팅된 자극기(105)를 가질 수 있다(도 1 참고). 시스템(201)은, 적어도 부분적으로, 스피치 처리기 및/또는 자극기(105)에 통합된 제어기에 의해 구현될 수 있다. 제어기는 사전-프로그래밍되거나, 또는 적절한 소프트웨어 프로그램이 로딩되도록 구성될 수 있는 회로 및/또는 처리기를 포함할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.
달팽이관 임플랜트 시스템(201)은, 스피치 처리기 내에 구현될 수 있는 필터들의 뱅크(203)를 포함하는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 필터들(203) 각각은, 대역 통과 신호들의 세트를 생성하도록 오디오 주파수들의 대역과 연관되며, 대역 통과 신호들 각각은 필터들 중 하나와 연관된 주파수들의 대역에 대응한다.
필터들 각각은 전극(207)을 갖는 적어도 하나의 채널(205)과 연관된다. 채널들(205) 각각은 반파 정류기(209), 샘플링 모듈(211), 엔벨로프 검출기(envelope detector), 및/또는 압축기(compressor)를 더 포함할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 예시적으로, 이에 따라, 각 채널을 통과하는 음향 오디오 신호(202)는 대역 통과 신호를 생성하도록 필터링되고, 정류 및 샘플링되어, 채널의 연관 전극(210)에 제공되는 전극 자극 신호를 적어도 부분적으로 생성하는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 전형적으로, 기본적인 자극 파형은, 대칭적 2상(biphasic) 펄스인데, 이에 제한되는 것은 아니다. 전극들은, 원격 접지 전극이 이용되는 모노폴라 구성으로 배열될 수 있거나, 또는 각각의 액티브 전극이 대응하는 기준 전극을 갖는 바이폴라 구성으로 배열될 수 있다.
본 발명의 도시된 실시예에서, 필터들의 뱅크(203)는, 소정의 저주파수 범위를 커버링하는 광대역 신호 b(t)를 제공하는 대역 통과 필터(212)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 광대역 신호 b(t)는 다양한 실시예에서 일반적으로 수용가능한 뱅크내의 다른 필터들로부터 롤 오프(roll off)되는 최소 필터량을 갖는, 시간 미세 구조 정보(전형적으로 주파수 ≤ 1000Hz와 연관됨)와 연관된 필터 어레이 내의 유일한 신호이다. 광대역 주파수 범위는, 전형적으로 100Hz 내지 400Hz의 피치 주파수 범위를 커버할 수 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 광대역 주파수 범위는 전형적으로 400Hz 내지 1000Hz인 제1 포먼트(formant)의 범위를 커버할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광대역 주파수 범위는 전형적으로 100Hz 내지 1000Hz인, 제1 포먼트를 더한 피치의 범위를 커버한다.
b(t)의 반파 정류 버전은 전형적으로 5-10kHz 사이의 레이트로 샘플링된다. CIS와 유사하게, 자극 펄스의 진폭을 정의하기 위해, 적어도 부분적으로, 각각의 샘플이 이용된다. 전형적으로, 각각의 샘플값은 압축될 수 있고(비선형 순시 압축(nonlinear instantaneous compression), 맵 로(map law)), 그 후 임계값 및 환자에게 가장 편안한 라우드니스(loudness) 요건으로 적응된다. 시간 미세 구조 정보를 포함하는 단지 하나의 광대역 신호를 제공함으로써, 이에 따라 시간 미세 구조 정보를 포함하는 경쟁 인접 채널들 간의 왜곡이 회피된다.
광대역 신호 b(t)는, 다른 CIS 채널들과 결합하여 이용될 수 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다. 충분히 높은 시간 해상도가 예컨대 CIS 채널들과 결합된 광대역 신호 b(t)를 나타낼 수 있도록 하기 위해서는, "CIC(Channel Interaction Compensation)" 또는 "SG(Selected Group)" 알고리즘과 같은 지원 개념(supporting concept)이 이용될 수 있다. CIC를 이용하여, 전극 자극 펄스(이것은 동시에 활성화된 부호(sign) 상관 펄스가 될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아님)의 진폭들이 각각의 전극으로부터 전기장의 기하학적 오버래핑을 반영하는 공간 채널 상호작용의 파라미터들을 고려하여 계산된다. 일반적으로, SG 알고리즘을 이용하면, 높은 공간적 채널 상호작용을 갖는 전극들은 통상적으로 "SG(Selected Group)"를 구축하도록 선택된다. "SG(Selected Group)"내에서, 공간적 채널 상호작용에 의해 마스킹되는 자극 펄스들은 간단한 "최대 진폭" 기준에 기초하여 검출되고, 이들 펄스들은 인가되지 않는다. 따라서, 각각의 자극 사이클에 대해, "SG(Selected Group)" 내에서 가장 높은 진폭을 갖는 다수의 전극들(그 수는 프로그램가능함)은 자극 이전에 검출된다. 단지 이들 전극들의 자극은 하나의 특정 자극 사이클 동안 수행되고, 이러한 자극은 순차적이거나 동시가 될 수 있다. 선택된 그룹의 멤버들은 충분한 공간적 채널 상호작용을 가져야 하며, 이에 따라, 달팽이관 영역들은 충분한 자극을 얻을 수 있다. 전극 자극 신호들을 제공하는데 이용되는 알고리즘은 회로 및/또는 미리 프로그램되거나 또는 적절한 소프트웨어 프로그램이 로딩되도록 구성된 프로세서를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 광대역 신호와 연관된 처리의 예시적인 예가 도 3의 (a) 내지 도 3의 (c)에 나타난다. 도 3의 (a)는 범위 [100Hz - 400Hz]에서 필터링된 광대역 신호를 도시한다. 도 3의 (b)는 광대역 신호의 반파 정류 버전을 도시한다. 도 3의 (c)는 대략 5kHz의 레이트로 샘플링된 광대역 신호의 반파 정류 버전을 도시하고, 여기서 각각의 수직 라인은 하나의 자극 펄스를 나타낸다. 여기서 설명을 위해, 임계값(THR) 및 가장 편안한 라우드니스(MCL; most comfortable loudness) 레벨들에 대한 순시 압축 및 적응은 생략되었음을 유의한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 결과적인 광대역 시퀀스는 하나의 애피컬(apical) 저 주파수 채널 및 연관된 전극에 인가될 수 있다. 전체 자극 구성은 그 후 이러한 저 주파수 광대역 채널 및 더 높은 주파수 범위내의 CIS 채널들을 포함한다. CIS 채널들은 실질적으로 광대역 시퀀스와 연관된 것보다 더 높은 주파수들만을 어드레싱한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 결과적인 광대역 시퀀스는 하나의 애피컬 저 주파수 채널 및 연관된 전극에 인가될 수 있고, 제1 인접 CIS 채널에 대한 특정 공간적 거리가 유지되어, 광대역 채널과 CIS 채널들 간의 채널 상호작용에 의한 영향을 상당히 감소시킨다. 예컨대, 하나 이상의 전극들이 비활성으로 전환될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광대역 시퀀스는 몇몇 애피컬 저 주파수 채널 및 연관된 전극들에 동시에 인가될 수 있어서, 달팽이관 내의 전체 애피컬 영역이 단지 하나의 시퀀스에 의해 자극된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광대역 시퀀스는 몇몇 애피컬 저주파수 채널에 동시에 인가될 수 있고, 제1 인접 CIS 채널에 대한 특정 공간적 거리가 유지된다. 예컨대, 하나 이상의 전극들이 비활성으로 전환될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 임의의 통상의 컴퓨터 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 예컨대, 양호한 실시예는 절차적 프로그래밍 언어(예컨대, "C") 또는 객체 지향 프로그래밍 언어(예컨대, "C++", Python)로 구현될 수 있다. 본 발명의 대안적인 실시예는, 미리-프로그램된 하드웨어 엘리먼트, 다른 관련 콤포넌트, 또는 하드웨어 및 소프트웨어 콤포넌트들의 조합으로 구현될 수 있다.
실시예들은 컴퓨터 시스템에서 이용되는 컴퓨터 프로그램 제품으로 구현될 수 있다. 이러한 구현은 컴퓨터 판독가능 매체(예컨대, 디스켓, CD-ROM, ROM, 또는 고정 디스크)와 같은 유형(tangible)의 매체 상에 고정되거나, 매체를 통해 네트워크에 연결되는 통신 어댑터와 같은, 모뎀 또는 다른 인터페이스 장치를 통해, 컴퓨터 시스템으로 송신될 수 있는 일련의 컴퓨터 명령어들을 포함할 수 있다. 매체는 유형의 매체(예컨대, 광학 또는 아날로그 통신 라인) 또는 무선 기술(예컨대, 마이크로웨이브, 적외선, 또는 다른 송신 기술들)로 구현된 매체 중 하나가 될 수 있다. 일련의 컴퓨터 명령어들은 시스템과 관련하여 여기서 이전에 개시된 기능의 전부 또는 일부를 구현한다. 당업자는 이러한 컴퓨터 명령들이 다수의 컴퓨터 아키텍쳐 또는 운영 시스템에서 이용하기 위한 다수의 프로그래밍 언어로 기입될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 명령들은 반도체, 마그네틱, 광학 또는 다른 메모리 장치와 같은 임의의 메모리 장치에 저장될 수 있고, 광학, 적외선, 마이크로웨이브, 또는 다른 전송 기술과 같은 임의 통신 기술을 이용하여 전송될 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램 제품은 수반되는 인쇄된 또는 전자 문서(예컨대, 개별 포장 소프트웨어(shrink wrapped software))를 갖고, 컴퓨터 시스템에 프리로딩되는(예컨대, 시스템 ROM 또는 고정 디스크상에) 착탈가능 매체로서 배포될 수 있거나, 또는 네트워크(예컨대, 인터넷 또는 월드 와이드 웹)를 통해 서버 또는 전자 게시판으로부터 배포될 수 있다는 것이 예상된다. 물론, 본 발명의 몇몇 실시예들은 소프트웨어(예컨대, 컴퓨터 프로그램 제품) 및 하드웨어 양자 모두의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예는 하드웨어만으로, 또는 소프트웨어(예컨대, 컴퓨터 프로그램 제품)만으로 구현될 수 있다.
본 발명의 기술된 실시예들은 단지 예시적인 것으로 의도되고, 다양한 변형 및 수정이 당업자에게 명확하게 된다. 이러한 모든 변형 및 수정들은 부가된 특허청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범주내에 있도록 의도된다.
Claims (30)
- 달팽이관 임플랜트(cochlear implant)의 임플랜팅된 멀티 채널 전극 어레이에 대한 전극 자극 신호들을 생성하는 방법으로서,
필터들의 뱅크(a bank of filters)를 이용하여 음향 오디오 신호(acoustic audio signal)를 처리하는 단계 - 상기 필터들의 뱅크 내의 각 필터는 전극을 갖는 적어도 하나의 채널과 연관되어 있으며, 상기 필터들의 뱅크는, 100Hz 내지 400Hz의 피치(pitch) 주파수 범위와, 400Hz-1000Hz의 제1 포먼트 범위 중 적어도 하나를 실질적으로 커버(cover)하는 주파수들을 갖는 광대역 신호 b(t)를 생성하는 제1 대역 통과 필터를 포함함 -;
시간 미세 구조 정보를 보존하도록 적어도 부분적으로 상기 광대역 신호 b(t)에 기초하여 상기 제1 대역 통과 필터와 연관된 적어도 하나의 전극에 대한 전극 자극 신호를 생성하는 단계; 및
연속 인터리브드 샘플링법(Continuous-Interleaved-Sampling strategy: CIS)을 이용하여 상기 제1 대역 통과 필터와 연관되지 않은 전극들에 대한 전극 자극 신호들을 생성하는 단계 - 상기 CIS는 상기 제1 대역 통과 필터와 연관된 전극들에 대한 전극 신호들을 생성하는 것을 포함하지 않음 -
를 포함하는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 제1항에 있어서,
단지 하나의 전극만이 상기 제1 대역 통과 필터와 연관되는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 제1항에 있어서,
적어도 두 개의 전극이 상기 제1 대역 통과 필터와 연관되는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 대역 통과 필터와는 다른 하나 이상의 필터들과 연관된 적어도 하나의 전극에 대한 전극 자극 신호를 생성하는 단계를 더 포함하며,
상기 하나 이상의 필터들은 광대역 신호 b(t)보다 더 높은 주파수들을 갖는 신호들을 생성하는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 제7항에 있어서,
상기 하나 이상의 필터들은, 광대역 신호 b(t)보다 더 높은 주파수들만을 갖는 신호들을 생성하는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 삭제
- 제7항에 있어서,
채널 상호작용 보상(CIC : Channel Interaction Compensation)을 이용하는 단계를 더 포함하는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 제1항에 있어서,
선택 그룹(SG : Selected Group) 알고리즘을 이용하는 단계를 더 포함하는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광대역 신호 b(t)는 실질적으로 400Hz보다 낮은 주파수들로 제한되는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 제1항에 있어서,
상기 광대역 신호 b(t)는 실질적으로 1000Hz보다 낮은 주파수들로 제한되는, 전극 자극 신호들의 생성 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 달팽이관 임플랜트 장치로서,
전극 자극 신호들을 이용하여 오디오 신경 조직을 자극하기 위한 복수의 자극 전극들을 갖는 멀티 채널 전극 어레이;
음향 오디오 신호를 처리하기 위한 전처리기(preprocessor) - 상기 전처리기는 필터들의 뱅크를 포함하며, 상기 필터들의 뱅크 내의 각 필터는 전극을 갖는 적어도 하나의 채널과 연관되어 있으며, 상기 필터들의 뱅크는, 100Hz 내지 400Hz의 피치 주파수 범위와 400Hz-1000Hz의 제1 포먼트 범위 중 적어도 하나를 실질적으로 커버하는 주파수들을 갖는 광대역 신호 b(t)를 생성하는 제1 대역 통과 필터를 포함함 - ; 및
시간 미세 구조 정보를 보존하도록 적어도 부분적으로 상기 광대역 신호 b(t)에 기초하여 전극 자극 신호들을 이용하여 상기 제1 대역 통과 필터와 연관된 적어도 하나의 전극을 활성화시키기 위한 자극 모듈 - 상기 자극 모듈은 또한 연속 인터리브드 샘플링법(Continuous-Interleaved-Sampling strategy: CIS)을 이용하여 상기 제1 대역 통과 필터와 연관되지 않은 전극들을 활성화하고, 상기 CIS는 상기 제1 대역 통과 필터와 연관된 전극들을 활성화하는 것을 포함하지 않음 -
을 포함하는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제19항에 있어서,
단지 하나의 전극만이 상기 제1 대역 통과 필터와 연관되는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제19항에 있어서,
적어도 두 개의 전극이 상기 제1 대역 통과 필터와 연관되는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제21항에 있어서,
상기 자극 모듈은, 동일한 전극 자극 신호를 이용하여 동시에 상기 적어도 두 개의 전극을 활성화시키는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제19항에 있어서,
상기 필터들의 뱅크는 상기 제1 대역 통과 필터와는 다른 하나 이상의 필터들과 연관된 적어도 하나의 전극을 포함하며, 상기 하나 이상의 필터들은, 광대역 신호 b(t)보다 높은 주파수들을 갖는 신호들을 생성하는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제23항에 있어서,
상기 하나 이상의 필터들은, 광대역 신호 b(t)보다 높은 주파수들만을 갖는 신호들을 생성하는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 삭제
- 제19항에 있어서,
상기 자극 모듈은 채널 상호작용 보상(CIC)을 이용하는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제19항에 있어서,
선택 그룹(SG) 알고리즘을 이용하는 것을 더 포함하는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제19항에 있어서,
상기 제1 대역 통과 필터와 연관된 상기 적어도 하나의 전극은, 채널 상호작용을 실질적으로 방지하기 위해 상기 멀티 채널 전극 어레이 내의 다른 전극들로부터 공간적으로 떨어진 위치에 배치되는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제19항에 있어서,
상기 광대역 신호 b(t)는 실질적으로 400Hz보다 낮은 주파수들로 제한되는, 달팽이관 임플랜트 장치. - 제19항에 있어서,
상기 광대역 신호 b(t)는 실질적으로 1000Hz보다 낮은 주파수들로 제한되는, 달팽이관 임플랜트 장치.
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