[发明专利]人工电子耳蜗以及一种双刺激速率言语处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及助听设备技术领域，尤其涉及一种人工电子耳蜗、一种言语 处理器以及一种双刺激速率言语处理方法。

背景技术

人的耳蜗毛细胞是接受声音的感觉细胞。当耳蜗毛细胞损伤严重时，就 会出现严重的听力损伤。人工耳蜗就是替代已损伤毛细胞，通过电刺激听觉 神经重新获得声音信号的一种电子装置。图1显示的是人工耳蜗的工作模式 图。人工耳蜗由体外和体内装置两部分组成，体外部分包括麦克风、言语处 理器、发射线圈；体内的部分包括接收线圈、处理器、刺激电极及参照电极 组成。

如图2所示，麦克风接受声信号，通过言语处理器，将声信号进行数字 编码等处理，通过头件跨皮肤传送到植入人体内的接收线圈，再经过刺激器 的解码处理后，产生相应频率及电流强度的脉冲信号并传送到各个刺激电 极，通过电极刺激听神经，将脉冲信号传到听觉中枢从而产生听觉。

其中，言语处理器是整个系统最重要的一个组成部分。言语处理器会决 定声学信号如何转换成电信号。目前言语处理器采用连续间隔采样处理策略 (CIS策略；Wilson et al，1991)或者波谱峰值采样策略(例如SPEAK或 者ACE策略)。

连续间隔采样处理策略是目前人工耳蜗系统最常用的言语处理策略之 一。使用连续间隔采样处理策略的言语处理器，首先把采集的语音信号通过 特定数目的带通滤波器，再使用半波整流以及低通滤波器的方法提取出每个 通道的包络幅度；再使用一个非线性函数(例如，对数)将每个通道的包络 幅度转换到适合患者电刺激的电流幅度并刺激一个对应的电极。

一般来说，频谱的精度是通过刺激电极的数目来决定的，而时域的精度 是通过刺激速率来决定的。越多的刺激电极就可以提供更好的频谱精度，而 更快的刺激速率可以提高语音信号的采样率。

使用波谱峰值采样策略的言语处理器，与使用连续间隔采样处理CIS策 略的言语处理器一样，使用波谱峰值采样策略的言语处理器，首先把采集的 语音信号通过特定数目的带通滤波器(例如SPEAK策略中使用20个)，再 使用半波整流以及低通滤波器的方法提取出每个通道的包络幅度；再比较所 有通道的包络幅度的大小，选择具有最大包络幅度的几个通道(一般6-8 个)；之后，再把这些选择出的包络幅度用非线性函数转换成适合患者电刺 激的电流幅度并刺激相对应的电极。

在人工耳蜗言语处理中，语音包络信号一般是在每一个频段利用半波整 流和低通滤波的方法来提取的。在包络提取滤波器的截止频率和刺激速率限 制了能传输给植入电极的时间波动信号。许多研究结果表明，缓慢变化的包 络信号(小于20赫兹)对人工耳蜗患者以及具有正常听力的听者提供了言 语理解最有用的语音信息。最近的研究结果也表明，比较高频(50-500 赫兹)的时间波动信号对超音段信息的识别有很重要的作用，特别是讲话者 性别识别或者声调识别。

许多研究对人工耳蜗患者的言语理解能力与他们检测时域波动能力进 行了比较。结果表明，人工耳蜗患者之间调制检测能力有很大的差异。对一 些人工耳蜗患者来说，他们检测幅度调制的能力与具有正常听力的人没有太 大的差别。然而对其他一些人工耳蜗患者来说，他们检测幅度调制的能力比 具有正常听力的人差很多。

研究结果进一步还显示，人工耳蜗患者在不同的响度下平均的幅度调制 检测能力与他们的语音识别能力有非常高的相关性。最近的数据还显示，虽 然刺激速率在中等或者比较高的刺激响度下对幅度调制检测并没有太多的 影响。但是在比较低的响度下，刺激速率对幅度调制检测阈值有很大的影响。 但是在比较低的响度下，人工耳蜗患者在低刺激速率下(例如250赫兹) 下的幅度调制检测能力比在高刺激速率下(例如2000赫兹)下的幅度调 制检测能力好很多。

因而，上述结果表明，具有较高包络幅度的通道使用高刺激速率可以使 患者获取最多的信息(高采样率和较好的幅度调制检测能力)。然而，在包 络幅度较小的通道，高刺激速率下所引起的较差幅度调制检测能力使人工耳 蜗患者并不能有效地感知高频周期信号或者重要的低幅度包络信号。

在这种情况下，在包络幅度较小的通道，具有较好幅度调制检测能力的 较低刺激速率更为可取。这种在幅度调制检测能力的优势也可以让人工耳蜗 患者在比较嘈杂的背景噪声下更好地提取相对较弱的时域包络信号(大部分 的噪声信号被映射到动态范围的较低部分)。

目前使用的CIS策略和ACE策略具有一定的局限性。