[发明专利]一种提高人工耳蜗音高感知能力的方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种提高人工耳蜗音高感知能力的方法及系统。

背景技术

现代人工耳蜗(Cochlear Implant,CI)采用电流直接刺激听神经的方式来帮助重度以上听力损失者恢复部分听力，其基本原理是弥补这些听力损失者耳蜗中内毛细胞缺失导致的声电转换功能丧失。现代CI系统中采用的信号处理策略的基本框架是连续间隔采样策略(Continuous Interleaved Sampling Strategy,CIS)。在CIS策略中，首先将传声器采集到的信号进行分频带滤波，然后提取每个带通滤波器输出信号的时域包络，再将时域包络进行非线性压缩，之后用压缩过的时域包络对电脉冲串进行幅度调制，最后将调制结果(以电流形式)送到不同的电极位置上,其中不同电极上的电脉冲不同时发生(即采用间隔刺激模式)。现代CI中的通道数目(即植入耳蜗内的电极阵列上的电极数目)为12-24个，可见电极数远少于正常耳蜗中的内毛细胞数量(约3500个)。然而由于语音信号中的冗余度很大，安静环境下的语音理解对于频域信息的精细程度要求不高，有研究表明三个通道以上的时域包络就已经可以提供安静环境下的语意理解。

音高(或音调)是所有声音的重要感觉因素之一。音高感知能力直接影响着声调识别、语调判断、音乐欣赏、听觉场景分析、听觉客体识别等诸多方面的声音感知能力。音高主要与声音中的周期性有关。在纯音中周期性主要表现为信号的频率，频率越高对应的音高越高。在复合音中，周期性主要表现为信号的基频(F0)和谐波成分。其中F0通常表现了声源发生源头部位物体的振动周期，而谐波成分的相对大小表现出了声源对原始振动信号的加工情况。在正常听力外周听觉神经中的对有谐波成分的复合音的音高感知机理包括：(1)低频可分辨谐波成分在基底膜上的不同位置引起响应；(3)上至约5kHz的信号有可能被听神经利用相位锁定来检测到；(2)多个高频不可分辨谐波成分构成的时域周期性被听神经检测到，而这种时域周期性往往能够反映出基频信息，典型的例子是“基频缺失”现象。目前的CI系统已经可以使得安静环境下的语音交流接近正常听力者的水平。但是由于CI系统中的频率分辨率低，且在时域上仅保留了时域包络信息而丢弃了时域精细结构信息，所以CI产品并不能提供给植入者准确的音高信息。近年来，在商用CI产品中，试图改善这一现状的技术有虚拟通道、新的电脉冲波形、在低频通道加入时域精细结构信息等。这些方法都是试图增加频域精细结构或时域精细结构。

由于音高感知主要取决于声音中的周期性信息，近十余年来，国内外多个研究组提出了多种在现有的CI时域包络中增强周期性的策略。各自的研究报告都发现CI声调或音乐音高感知得到了一定程度的增强。这种方法暂时还没有在商用人工耳蜗中得到使用。这类方法适合于那些时域波动检测能力较强的植入者。然而，对于那些时域波动检测能力较弱的植入者，这种做法的效果可能很有限或者没有效果。并且，这种方法存在影响其他方面感知能力的可能。

针对这种现状，本发明提出一种基于响度调整的人工耳蜗音高感知方法。近年来有研究发现，虽然音高感知主要取决于声音中的周期性，但是它也是与响度、音色等其他主观感知量有关的。尤其是当周期性信息较为粗糙或被人为破坏时，响度的变化可能引起音高感知的变化。例如，在CI植入者或声码器仿真声中，有研究发现响度的变化趋势会影响音乐旋律、语音语调、汉语声调等识别率的变化，然而，这些任务通常被认为是“音高”任务。现有的关于利用响度调整来提高音高感知能力方面的技术皆存在三点明显的缺点，导致至今尚未在CI系统中进行验证：第一，该方法不具有因果性；第二，该方法中采用了线性加权方式进行包络调整，这导致包络调整的动态范围较小；第三，该方法仅表现了单个音内的音高变化，而忽略了两个音之间的音高差别。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高人工耳蜗音高感知能力的方法及系统，旨在通过调整声音的响度来提高人工耳蜗植入者在音乐旋律、语音语调、汉语声调等方面的音高感知能力。

本发明是这样实现的，一种提高人工耳蜗音高感知能力的方法，包括下述步骤:

基频(F0)处理步骤：实时提取采集到的有谐波成分的声音信号中的基频(F0)，根据提取的基频(F0)生成增益函数G(F0)；

响度调整步骤：在对所采集的声音信号进行连续间隔采样过程之前或过程之中，利用增益函数G(F0)对采集的时域声信号进行响度调整。

进一步地，所述增益函数为：