[发明专利]包络特定刺激定时

说明书

本发明要求通过引用结合于此的于2010年6月30日提交的美国临时专利申请61/360,123的优先权。

技术领域

本发明涉及耳蜗植入物，并且具体地涉及其中使用的信号处理。

背景技术

正常耳通过外耳101将如图1中所示出的声音传送到鼓室膜（鼓膜）102，鼓室膜102移动中耳103的骨骼（锤骨、砧骨以及镫骨），骨骼震动耳蜗104的卵形窗和圆窗开口。耳蜗104是狭长的管，围绕它的轴线螺旋缠绕大约两圈半。它包括通称前庭阶的上部通道和通称鼓阶的下部通道，上部通道和下部通道通过耳蜗管连接。耳蜗104以称作蜗轴的中心形成直立螺旋锥，听觉神经113的螺旋神经节细胞存在于蜗轴中。响应于由中耳103传送的接收的声音，充满流体的耳蜗104充当传感器以产生电脉冲，该电脉冲被传送到耳蜗神经113并且最终到脑。

当将外部声音转换成沿着耳蜗104的神经基质的有意义的动作电位的能力出问题时听力受损。为了改善受损的听力，已经开发了听觉假体。例如，当损伤与中耳103的作用相关时，可以使用常规的听力辅助来以放大的声音的形式将声-机械刺激提供给听觉系统。或者，当损伤与耳蜗104相关联时，具有植入刺激电极的耳蜗植入物能够利用由沿着电极分布的多个电极触点所释放的小电流来电刺激听觉神经组织。

图1还示出了典型的耳蜗植入物系统的一些部件，典型的耳蜗植入物系统包括外部麦克风，其将音频信号输入提供给其中能够实现各种信号处理方案的外部信号处理器111。处理后的信号然后被转换成诸如数据帧序列的数字数据格式，以用于传输到植入物108中。除接收经处理后的音频信息之外，植入物108还执行额外的信息处理，诸如错误校正、脉冲形成等，并且（基于所提取的音频信息）产生刺激模式，通过电极引线109将刺激模式发送到植入电极阵列110。通常，此电极阵列110在其表面上包括提供耳蜗104的选择性刺激的多个电极。

当今在耳蜗植入物中，相对少量的电极每一个与相对宽的频带相关联，每个电极通过刺激脉冲对一组神经元进行寻址（addressing），刺激脉冲的电荷源自该频带内的包络的瞬时幅度。在一些编码策略中，刺激脉冲在所有电极上以恒定的速率施加，然而在其它编码策略中，刺激脉冲被以电极特定速率施加。

能够实现各种信号处理方案来产生电刺激信号。在耳蜗植入物领域中熟知的信号处理方法包括连续交替采样（CIS）数字信号处理、通道特定采样序列（CSSS）数字信号处理（如在通过引用结合于此的美国专利No.6,348,070中所描述的）、谱峰（SPEAK）数字信号处理以及压缩模拟（CA）信号处理。例如，在CIS方法中，用于语音处理器的信号处理包括以下步骤：

（1）借助于滤波器组将音频频率范围分割成谱带，

（2）每个滤波器输出信号的包络检测，

（3）包络信号的瞬时非线性压缩（映射法则）

根据耳蜗的音质分布组织，鼓阶中的每个刺激电极都与外部滤波器组的带通滤波器相关联。对于刺激，施加了对称二相性电流脉冲。直接从经压缩的包络信号获得刺激脉冲的幅度。这些信号被顺序地采样，并且刺激脉冲被以严格非重叠的顺序施加。因此，作为典型的CIS特征，在一次仅仅一个刺激通道是激活的，并且总体刺激速率是相当高的。例如，假定18kpps的总体刺激速率和12个通道滤波器组，则每通道的刺激速率是1.5kpps。通常这样的每通道的刺激速率对于包络信号的适当的时域表示是足够的。最大总体刺激速率受到每脉冲的最小相位持续时间的限制。相位持续时间不能够被选择地任意短，因为脉冲越短，电流幅度必须越高以在神经元中引发动作电位，并且电流幅度由于各种实际的原因而受限制。对于18kpps的总体刺激速率，相位持续时间是27μs，其接近下限。CIS带通滤波器的每个输出大体上能够被认为是由包络信号调制的在带通滤波器的中心频率的正弦波。这是由于滤波器的品质因素（Q≈3）的原因。在浊音语音片段的情况下，此包络是近似周期性的，并且重复率等于基音频率。

在现有的CIS策略中，仅仅包络信号被用于进一步的处理，即，它们包含整个刺激信息。对于每个通道，包络被表示为恒定的重复率的二相脉冲序列。CIS的特性特征是这个重复率（通常为1.5kpps）对于所有通道是相等的，并且与各个通道的中心频率没有关系。意图是，重复率不是针对患者的时域提示，即，它应该是足够高的，使得患者不感知具有等于重复率的频率的音调。重复率通常被选择为大于包络信号的带宽的两倍（奈奎斯特定理）。