增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知的耳蝸電極主輔布置、裝置、系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及人工耳蝸領(lǐng)域，具體設(shè)及增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知耳蝸電極主輔布置、裝置、 系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聽(tīng)力補(bǔ)償或重建主要包括助聽(tīng)器選配和人工耳蝸植入。對(duì)雙側(cè)重度或極重度感音 神經(jīng)性聽(tīng)力障礙患者，在使用助聽(tīng)器3至6個(gè)月無(wú)明顯效果時(shí)，可考慮人工耳蝸植入手術(shù)重 建聽(tīng)力。
[0003] 人工耳蝸植入裝置是一種模擬人的耳蝸功能的轉(zhuǎn)換器。它將聲音信號(hào)通過(guò)言語(yǔ)處 理器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，傳入內(nèi)耳的頻率感應(yīng)位置電極，W微弱的刺激方式(如電、光、熱或機(jī)械 壓力等)直接興奮聽(tīng)神經(jīng)，從而產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。人工耳蝸裝置主要分兩大部分:植入部分(包括接 收裝置和多導(dǎo)電極)和外接部分(包括聲音采集器、言語(yǔ)處理器、發(fā)射器等）。
[0004] 根據(jù)聽(tīng)覺(jué)感知原理，聽(tīng)覺(jué)是由外耳收集傳導(dǎo)聲波、中耳放大聲波振動(dòng)信號(hào)，進(jìn)而在 內(nèi)耳(即耳蝸）由特定頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系的若干聽(tīng)覺(jué)末端聽(tīng)細(xì)胞(又稱毛細(xì)胞)組織在時(shí)間、頻率 及強(qiáng)度上轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)聽(tīng)神經(jīng)的興奮信號(hào)，經(jīng)聽(tīng)神經(jīng)發(fā)放、傳導(dǎo)，在腦干聽(tīng)區(qū)整合，形成聽(tīng)覺(jué) 感知。人工耳蝸裝置正是該原理的成功應(yīng)用，目前該裝置較好地解決了重建部分聽(tīng)覺(jué)能力， 如人類語(yǔ)音感知，而對(duì)于欣賞和感知美妙音樂(lè)信息，還存在若干問(wèn)題，有待改進(jìn)。
[000引研究發(fā)現(xiàn)，音樂(lè)信號(hào)的時(shí)、頻分布特性與語(yǔ)音信號(hào)存在較大差異，如圖la-圖lb所 示。對(duì)語(yǔ)音信號(hào)來(lái)說(shuō)，發(fā)音詞響亮部分的區(qū)別特征主要表現(xiàn)為頻域包絡(luò)峰值分布上，即譜包 絡(luò)的共振峰中屯、頻率位置、數(shù)量及強(qiáng)度，通常共振峰數(shù)量較少，主要的不超過(guò)5個(gè)，但各個(gè)共 振峰中屯、頻率位置不確定，每個(gè)共振峰帶寬較寬（相比音樂(lè)的諧波譜峰帶寬），且其中包含 音調(diào)信息;話音中不響亮的清音部分，也主要W較寬的頻譜能量集中區(qū)展現(xiàn)，如圖la"語(yǔ)音" 所示；在時(shí)域上，人說(shuō)話時(shí)聲帶振動(dòng)與否、W及快慢，表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的音調(diào)頻率有無(wú)、W及高 低，相比音樂(lè)來(lái)說(shuō)，變化范圍較小，一般不超過(guò)500Hz，但連續(xù)變化，每段有區(qū)別意義的發(fā)音 片段時(shí)長(zhǎng)沒(méi)有規(guī)律。總體來(lái)說(shuō)，語(yǔ)音信號(hào)主要特征頻率在對(duì)接末端聽(tīng)神經(jīng)上，對(duì)頻率分辨率 要求較低，主要表現(xiàn)在共振峰分布位置，用多少個(gè)頻率分割帶表達(dá)語(yǔ)音段的主要聲音特征 是解決話音感知的關(guān)鍵問(wèn)題。目前的人工耳蝸電極數(shù)量一般不超過(guò)22個(gè)，盡管各廠家產(chǎn)品 的電極陣列分布在頻率值對(duì)應(yīng)關(guān)系上略有不同，但大致都是依據(jù)臨界帶或頻率掩蔽關(guān)系劃 分的，用運(yùn)樣的電極分布傳遞話音中濁音共振峰和清音信息，其分辨率基本夠用，但若傳遞 音樂(lè)聲信息時(shí)，由于音樂(lè)信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)與話音頻譜的不同，很多音樂(lè)音符的基波頻率無(wú)法 準(zhǔn)確通過(guò)聽(tīng)神經(jīng)傳導(dǎo)，參見(jiàn)表1給出某種人工耳蝸產(chǎn)品的22個(gè)電極對(duì)應(yīng)頻帶覆蓋與音符基 波頻率覆蓋(或跨越)大致對(duì)應(yīng)關(guān)系，所W目前的人工耳蝸植入者很難欣賞音樂(lè)信息，對(duì)音 樂(lè)感知不佳。
[0006]表1某人工耳蝸產(chǎn)品電極分布及與音符基波頻率大致對(duì)應(yīng)關(guān)系
[0007]
[0008] 對(duì)音樂(lè)聲音來(lái)說(shuō)，其聲音來(lái)自某種樂(lè)器。凡具有旋律表現(xiàn)的樂(lè)器，其聲音高低由音 符決定，運(yùn)里不包括無(wú)旋律表現(xiàn)的打擊樂(lè)器。不同樂(lè)器演奏的同一音符，其信號(hào)頻譜分布是 由基本相同的基波和不同幅度分布的其它次諧波聯(lián)合構(gòu)成，整個(gè)頻譜包絡(luò)比較平坦、頻域 跨度比語(yǔ)音更寬，通常沒(méi)有語(yǔ)音信號(hào)譜包絡(luò)那樣明顯的多個(gè)共振峰變化，但音樂(lè)信號(hào)諧波 數(shù)量較多，依據(jù)音符由低到高，其諧波次數(shù)可達(dá)幾十次到幾次不等，每個(gè)諧波峰帶寬較窄， 波峰間隔很有規(guī)律，基本按基波頻率整倍頻分布，如圖化音樂(lè)信號(hào)譜圖所示。其中音符的基 波譜峰最重要，不可錯(cuò)位或缺失，否則，重建音樂(lè)信號(hào)聽(tīng)感知走調(diào)；而音符對(duì)應(yīng)的第2、3、4、 5、…等若干高次諧波峰，若缺失個(gè)別諧波，不會(huì)影響音符旋律感知，不會(huì)走調(diào)，但當(dāng)缺失較 多高次諧波，音質(zhì)會(huì)有明顯變化;音樂(lè)旋律的音符從低到高，基波頻率變化范圍很大，從幾 十赫茲~幾千赫茲，如表2.1中的音符頻率表所示。另外，在時(shí)域上，每個(gè)音符的長(zhǎng)短，即音 程，按節(jié)拍是有規(guī)律的變化，可通過(guò)信號(hào)時(shí)間編碼加 W控制。因此，對(duì)于人工耳蝸植入者來(lái) 說(shuō)，音樂(lè)聲音的感知，與聽(tīng)神經(jīng)對(duì)接的電極分布密度有直接關(guān)系。
[0009] 目前，人工耳蝸對(duì)音樂(lè)的感知存在兩方面的問(wèn)題：
[0010] 1、對(duì)音源信號(hào)進(jìn)行外部采集、轉(zhuǎn)換后應(yīng)與耳蝸電極相對(duì)應(yīng)的頻帶相匹配，而該技 術(shù)目前存在的問(wèn)題是外部轉(zhuǎn)換的樂(lè)音信號(hào)通過(guò)信號(hào)分析濾波處理后，各頻帶分量在傳遞到 耳蝸電極時(shí)，由于目前的電極分布位置無(wú)法對(duì)準(zhǔn)耳蝸感知音樂(lè)的頻區(qū)，使音樂(lè)頻率信息錯(cuò) 位或丟失地傳遞，是導(dǎo)致植入者對(duì)音樂(lè)感知失調(diào)或無(wú)法感知的主要原因。
[0011] 2、在單側(cè)耳蝸中通過(guò)增加足夠的電極數(shù)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)音樂(lè)的感知，雖然在理論上可 W實(shí)現(xiàn)（目前已有相關(guān)專利公開(kāi)），但是，限于目前的技術(shù)限制，單側(cè)耳蝸分布過(guò)多的電極將 導(dǎo)致工藝上難W實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知的耳蝸電極布置、系 統(tǒng)及方法，本發(fā)明參照音樂(lè)音符基波分布特點(diǎn)，通過(guò)適當(dāng)增加電極數(shù)提高耳蝸內(nèi)的頻率感 應(yīng)密度，采用雙側(cè)耳蝸分布方法，對(duì)確保工藝實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)單、雙耳對(duì)音樂(lè)信息的感知均有效 果。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0014] 增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知的耳蝸電極主輔布置，在每側(cè)耳蝸基底膜附近，按照音樂(lè)音符 的特征頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系，將蝸?lái)數(shù)轿伒讓?duì)應(yīng)的感音全頻帶分隔成響應(yīng)特定音符的頻率區(qū)域； 在每個(gè)頻率區(qū)域中放置一個(gè)該頻帶信號(hào)的電極，即每個(gè)電極置于音樂(lè)音符所在的特征頻帶 內(nèi)，利用雙耳雙聲道的特點(diǎn)，將電極分成兩組，對(duì)雙側(cè)耳采用主輔法電極分布，兩側(cè)耳蝸各 植入相應(yīng)的一組電極，雙側(cè)耳蝸中分別植入不同數(shù)量的電極，其中一側(cè)耳布置的一組電極 為主側(cè)，另一側(cè)耳布置的一組電極為輔側(cè)，在設(shè)定的頻率段，按指定頻率間隔交錯(cuò)分組布局 電極陣列。其中，每個(gè)電極與不同音符的基波頻率點(diǎn)大致對(duì)應(yīng)，電極為傳導(dǎo)電極或刺激電 極。
[0015] 進(jìn)一步的，兩側(cè)耳蝸中分別植入不同數(shù)量的電極時(shí)，一側(cè)對(duì)應(yīng)耳蝸除低頻區(qū)之外 的主要頻率感應(yīng)區(qū)分布"主電極組"，共38個(gè)，另一側(cè)對(duì)應(yīng)耳蝸主要頻率感應(yīng)區(qū)分布"輔電極 組"，共27個(gè)。
[0016] 其中一側(cè)耳蝸，分布的主電極組布局是：
[0017] 第一個(gè)電極與B8音符的基波頻率相對(duì)應(yīng);第Ξ十八個(gè)電極與G3音符的基波頻率相 對(duì)應(yīng)，第一個(gè)電極與Ξ十八個(gè)電極之間的電極按照音符頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系W設(shè)定方式布置；
[001引另一側(cè)耳蝸中植入輔電極組，布局是：
[0019] 第一個(gè)電極與A#/Bb8音符的基波頻率相對(duì)應(yīng);第二十屯個(gè)電極與G#/Ab3音符的基 波頻率相對(duì)應(yīng)，第一個(gè)電極與二十屯個(gè)電極之間的電極按照音符頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系W設(shè)定方式 布置。
[0020] 進(jìn)一步的，在低頻區(qū)，選取相應(yīng)的代表頻點(diǎn)布置相應(yīng)的電極，分別植入兩側(cè)耳蝸， 兩側(cè)分布相同3個(gè)電極。
[0021] 進(jìn)一步的，在低頻區(qū)，3個(gè)電極分別是:第四十一個(gè)電極與A1音符的基波頻率相對(duì) 應(yīng)，第四十個(gè)電極與E2音符的基波頻率相對(duì)應(yīng)，第Ξ十九個(gè)電極與C3音符的基波頻率相對(duì) 應(yīng);第Ξ十個(gè)電極與A1音符的基波頻率相對(duì)應(yīng)，第二十九個(gè)電極與E2音符的基波頻率相對(duì) 應(yīng)，第二十八個(gè)電極與C3音符的基波頻率相對(duì)應(yīng)。
[0022] 增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知的耳蝸電極主輔布置方法，包括W下步驟：
[0023] 將電極分成兩組，雙側(cè)耳蝸中分別植入相應(yīng)的一組電極，每個(gè)電極置于音樂(lè)音符 所在的對(duì)應(yīng)特征頻帶內(nèi)，電極主要集中布置在lOOHz-SOOOHz主要頻率感應(yīng)區(qū)，在低頻率區(qū) 域，選取相應(yīng)的代表頻點(diǎn)布置電極；
[0024] 在主輔法中，電極分成數(shù)量不等的兩組時(shí)，每側(cè)耳蝸中電極按照音符基波特征頻 率w設(shè)定方式布置。
[0025] 增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知的耳蝸電極陣列裝置，包括多個(gè)電極，每個(gè)電極包括多個(gè)環(huán)狀 電極觸點(diǎn)，環(huán)狀電極觸點(diǎn)均通過(guò)帶絕緣層的金屬絲與電極回路相連，所述電極還包括包裹 所有電極回路的柔性包層，所述電極按照上述電極布置方法布置成陣列。所述電極陣列裝 置，除采用上述導(dǎo)電材料W外，也可能采用傳導(dǎo)光或熱或壓力的特殊材料結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)上述電 極布置方法。
[0026] 為了更好地實(shí)施本發(fā)明的上述電極布置方式，本發(fā)明還公開(kāi)了增強(qiáng)音樂(lè)旋律感知 的人工耳蝸系統(tǒng)，包括植入部分和外接部分，植入部分和外接部分可采用無(wú)線通信連接方 式或有線連接方式，其中植入部分至少包括電極陣列裝置，外接部分至少包括聲音處理器 及與處理器相連的聲音采集裝置，聲音信號(hào)由聲音采集裝置獲取，由處理器完成音樂(lè)信號(hào) 主旋律的音符、音程的