人工耳蜗装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种人工耳蜗装置，所述装置包括体外电路、体内电路和电极阵列，体内电路包括射频接收模块、数据恢复模块、核心控制模块、电流源、多路开关；射频接收模块，用于接收体外电路发送的语音数据信息；数据恢复模块，用于从语音数据信息中获取刺激电极数据和刺激电流数据；核心控制模块，用于接收刺激电流数据，并将刺激电流数据传送给电流源；电流源，用于将刺激电流数据转化为刺激电流，并将刺激电流传送给多路开关；多路开关，用于接收电流源发送的刺激电流。本发明设计了一种超低功耗的体内电路，并提供了高效的刺激电流，可以精确的捕获微弱的电诱发复合动作电位。
【专利说明】人工耳蜗装置【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电子产品，尤其是涉及一种人工耳蜗装置。
【背景技术】
[0002]人耳由外耳、中耳和内耳组成。外耳和中耳收集外界声音传导至内耳。内耳的耳蜗内有许多毛细胞会随着淋巴液的振动而摆动，毛细胞同听神经纤维相连，听神经因纤毛的运动而产生电脉冲，该电脉冲经听觉神经及听觉神经通路传递到大脑，从而可以判断声音。对于中、重度感音神经性耳聋患者，可以通过佩戴助听器将外界声音放大获得较好的听音效果，但是对于内耳毛细胞损坏的重度耳聋患者，必须通过人工耳蜗装置将外界的声音信号转换为电信号直接刺激残留的听觉神经使耳聋患者恢复部分听力。人工耳蜗系统主要由体外佩戴的语音处理器、植入体内的植入体及植入耳聋患者耳蜗内的电极阵列组成。
[0003]人工耳蜗植入体系统由体外处理器通过射频方式传输能量提供内部系统的工作所需用电，其自身不带电源系统，因此植入体系统实现低功耗是人工耳蜗系统的首要目标。此外，植入体系统需要控制施加于刺激电极的电流同时又能提供有效刺激，为了验证植入电极的有效性及听神经受电刺激时的反应，植入体系统需要从电器元器件的本地噪声中提取幅度只有级的电诱发复合动作电位用于检测电极阵列是否有效的植入到耳蜗内及获得开机调试时心理声学的物理参数如最小听阈值和最舒适度值，需要设计的系统能有效的捕获到微弱信号并进行传输。针对以上内容，本发明设计了一种超低功耗的植入体系统，具有可控电流源，提供高效的刺激电流，可以精确的捕获到微弱的电诱发复合动作电位。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决体内电路的超低功耗。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种人工耳蜗装置，所述装置包括体外电路、体内电路和电极阵列；
[0006]所述体内电路包括射频接收模块、数据恢复模块、核心控制模块、电流源、多路开关;
[0007]所述射频接收模块，与所述体外电路相连接，用于接收所述体外电路发送的数据信息，所述数据信息包括语音数据信息；
[0008]所述数据恢复 模块，与所述射频接收模块相连接，用于从所述语音数据信息中获取刺激电极数据和刺激电流数据；
[0009]所述核心控制模块，与所述数据恢复模块相连接，用于接收所述数据恢复模块发送的所述刺激电流数据，并将所述刺激电流数据传送给电流源；
[0010]所述电流源，与所述核心控制模块相连接，用于将接收到的所述刺激电流数据转化为刺激电流,并将所述刺激电流传送给多路开关；
[0011]所述多路开关，与所述核心控制模块相连接，用于接收所述电流源发送的刺激电流；[0012]所述电极阵列，与所述多路开关相连接，用于根据所述刺激电极数据接收与刺激电极匹配的刺激电流，并将所述刺激电极对人体的听觉神经进行刺激，从而获取外界传播
的声音信号。
[0013]进一步地，所述数据信息还包括时钟信息和电源信息。
[0014]进一步地，所述装置还包括时钟恢复模块，与所述射频接收模块连接，用于从所述时钟信息中获取所述体内电路的工作时钟。
[0015]进一步地，所述装置还包括数据测量模块，与所述电极阵列相连接，用于测量所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据。
[0016]进一步地，所述装置还包括数据传输模块，与所述数据测量模块相连接，用于将所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据进行传输。
[0017]进一步地，所述装置还包括调制模块，与所述数据编码模块相连接，用于对编码后的所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据进行调制；
[0018]进一步地，所述装置还包括射频发射模块，与所述调制模块相连接，用于将调制后的所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据发送给所述体外电路。
[0019]进一步地，所述多路开关包括正向工作模式和反向工作模式。
[0020]进一步地 ，所述数据信息是通过ASK方式调制的。
[0021]本发明的优点为:
[0022](I)系统运行时可以实现小于20mW的超低功耗，支持多种刺激模式和适应不同的
语音处理策略；
[0023](2)实现更高的刺激速率并支持可变速率，提供了从4~1024 μ A的刺激电流强度范围，系统具有良好的可扩展性；
[0024](3)可精确获得微弱信号电诱发复合动作电位，实现了可靠的在线测量、检测和反向传输功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例提供的人工耳蜗装置实施示意图；
[0026]图2为本发明实施例提供的人工耳蜗装置原理示意图；
[0027]图3为本发明实施例提供的人工耳蜗装置放大测量部分原理示意图；
[0028]图4为本发明实施例提供的人工耳蜗装置曼彻斯特编码示意图。
[0029]其中，图2的附图标记如下:
[0030]Ul为接收线圈；U2为谐振电容；U3为全波整流桥；U4为5V稳压器；U5为3.3V稳压器；U6为1.8V稳压器；U7A为与非门；U8为精密双单稳态电路；U7B为与非门；U9为核心控制；U10、施密特触发器；U11为多路模拟开关；U12为DAC ；U13为8通道多路转换器;U14为8通道多路转换器；U15为8通道多路转换器；U16为8通道多路转换器;U17为基准电压源；U18为运算放大器;U18为模数转换器；U19为运算放大器；U20为模拟开关；U21为电极阵列；
[0031]图3的附图标记如下:
[0032]U22为运算放大器；U23为运算放大器；U24为普通放大器；U25为基准电压源；U26为8通道SPST开关。【具体实施方式】
[0033]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0034]图1为本发明实施例提供的人工耳蜗装置实施示意图。如图1所示，该装置包括体内电路10和电极阵列18。体内电路10包括射频接收模块11、射频发射模块23、电源12、时钟恢复模块13、数据恢复模块14、核心控制模块15、电流源16、多路开关17、数据测量模块19、数据传输模块20、数据编码模块21和调制模块22。
[0035]射频接收模块11，与体外电路相连接，用于接收体外电路发送的数据信息，数据信息包括语音数据信息；数据恢复模块14，与射频接收模块11相连接，用于从语音数据信息中通过同步和解调的方式获取刺激电极和刺激电流数据；核心控制模块15，与数据恢复模块14相连接，用于接收数据恢复模块14发送的刺激电流数据，并将刺激电流数据传送给电流源16 ;电流源16，与核心控制单元15相连接，用于将接收到的刺激电流数据转化为刺激电流，并将刺激电流传送给多路开关17 ;多路开关17，与核心控制模块15相连接，用于接收电流源16发送的刺激电流，并将刺激电流传送给刺激电极；电极阵列18，与多路开关17相连接，用于根据所述刺激电极数据接收与刺激电极匹配的刺激电流，并将所述刺激电极对人体的听觉神经进行刺激，从而获取外界传播的声音信号。[0036]进一步地，该装置还包括时钟恢复模块13、数据测量模块19、数据传输模块20、调制模块22和射频发射模块23。
[0037]时钟恢复模块13，与射频接收模块11连接，用于从时钟信息中获取体内电路的工作时钟；数据测量模块19，与电极阵列18相连接，用于测量刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据；数据传输模块20，与数据测量模块19相连接，用于将刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据进行传输。调制模块22，与数据编码模块21相连接，用于对编码后的刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据进行调制；射频发射模块23，与调制模块22相连接，用于将调制后的刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据发送给体外电路。
[0038]进一步地，射频接收模块11接收体外电路发送的数据信息，该数据信息是通过ASK调制方式发送的并含有语音信息的曼彻斯特编码数据。数据信息还包括时钟信息、电源信息和语音数据信息。
[0039]进一步地，通过全波整流桥、起整流滤波作用的二极管后得到体内电路的工作电源，系统可提供5V，3.3V，1.8V电源。
[0040]从数据信息中提取出体外电路中晶振提供的13.56MHz的工作时钟作为体内电路的工作时钟，并将工作时钟传送给核心控制模块15。
[0041]核心控制模块15的输入端接收时钟恢复模块13发送的工作时钟和数据恢复模块14发送的刺激数据，核心控制模块15的输出端可以控制提供模拟开关并行数据输入，提供ADC的并行数据输入，提供正向工作时多路开关17的写入、控制信号，提供反向测量时多路开关17写入和控制信号，提供反向测量电路电流控制信号及测量数据发送信号。
[0042]多路开关17有正向和反向两种工作模式，当正向工作时，核心控制模块15的输出数据提供刺激电极；当反向工作时，选择相应的电极测量其电极阻抗、电位和电诱发复合动作电位；[0043]电流源16由电压基准、DAC和一个运放组成，它会受控产生复合要求的刺激电流，并可提供刺激电流的范围是4~1024 μ A。
[0044]图2为本发明实施例提供的人工耳蜗装置原理示意图。如图2所示，该原理的实现步骤为:
[0045]步骤201，由接收线圈Ul和谐振电容U2组成的射频接收模块接收体外电路通过ASK调制发送的曼彻斯特编码信号，此编码信号中含有选择刺激电流和刺激电极信息。
[0046]步骤202，从接收到的编码数据中通过稳压、整流、滤波和上电复位获取能量，并作为整个体内电路的工作电源。
[0047]进一步地，输入的信号通过两个并联的快速肖特基二极管进行高频整流，整流后输出信号作为一个全波整流桥U3的DC输入端，通过整流桥对信号进行整流滤波，整流桥的输出端作为提供5V电源的线性LDO稳压器U4和提供3.3V电源的线性LDO稳压器U5的ON/OFF控制信号，同时作为U5的输入电压，U4输出一路电压信号VI,同时U4的输出电压信号作为提供1.8V电源的线性LDO稳压器U6的输入电压信号，U6输入一路电压信号V2,U5输出一路电压信号V3。稳压器输出的5V，3.3V，1.8V电源作为系统工作电源。
[0048]步骤203，从编码数据中获取由体外电路提供的13.56MHz的工作时钟作为体内电路的工作时钟。
[0049]进一步地，由一个快速肖特基二极管的输出作为2个串联的施密特与非门U7A和U7B的输入信号，U7B的输出分别作为精密双单稳态电路系统U8的输入和核心控制单元U9的数据输入端。U7B的输出作为U8的触发输入信号，U8实现整流、去掉负包络的操作，从编码信号中恢复系统的工作时钟13.56MHz,U8的输出通过一个施密特触发器UlO恢复一个方波的时钟信号作为核心控制U9的时钟输入。
[0050]步骤204，从编码数据中通过同步和解调的方式获取刺激电极和刺激电流数据。
[0051]进一步地，高频整流二极管输出的信号通过一个稳压二极管作为施密特与非门U7B的输入，U7B进行包络恢复操作，输出包络信号经过一个双触发精密双单稳态多谐振荡器，从输入调制编码信号中恢复了包含有刺激电极和刺激电流数据，作为核心控制模块U9的数据输入。
[0052]步骤205，核心控制模块U9接收刺激电流数据，并将刺激电流数据传送给电流源。
[0053]进一步地，核心控制模块U9由通用CMOS单片机PIC16F882实现。此实现的优点是系统功耗小，可扩展性好。具体为，由时钟恢复系统输入的13.56MHz时钟信号和数据恢复系统得到的数据信号作为核心控制U9的信号输入部分。核心控制U9的输出部分可提供模拟开关Ull并行数据输入，ADC U12并行数据输入，提供模拟开关Ull的时钟和数据输入，正向工作时模拟开关的写入，反向测量时模拟开关的写入，DAC的写入，模拟开关的控制信号，反向测量电路电源控制信号，进行测量数据发送功能。
[0054]步骤206，电流源将接收到的刺激电流数据转化为刺激电流，并将刺激电流传送给多路开关。
[0055]进一步地，电流源由一个基准电压源U17和一个模数转换器U18及一个运算放大器U19组成。核心控制U9输出的WR和CS-DAC信号控制ADC U18的工作模式，核心控制的数据输出DO~D7提供U18的并行数据输入;U18的输出OUTl同基准电压源U17的输出OUT相连接；运算放大器U19的作用是实现电压相减。U18的参考电压输入REF同U19的正向输入端相连，U19的反向输入端连接一个电流设定电阻后接地，U19的输出端即为输出电流，通过控制电流换向的模拟开关U20提供给刺激电极U21所需的电流；
[0056]步骤207，多路开关接收电流源发送的刺激电流，并将刺激电流传送给刺激电极。
[0057]进一步地，多路模拟开关UlI由4个低功耗8通道多路转换器实现。Ull有两种工作状态，即刺激状态和测量状态。其中U13和U14用于正向刺激工作模式，U15和U16用于反向测量工作模式。核心控制U9提供了模拟开关的数据输入。工作模式时，核心控制U9通过向多路开关Ull的第一个多路控制器U13输入控制信号使能Ull正向工作状态，开始向Ull实现写入操作，Ull的第二个多路转换器U14同电流源相连接，提供刺激植入电极阵列的电流；反向工作模式时，核心控制U9向Ull的第三个多路控制器发送控制信号使能反向工作，U9向Ull进行写入操作和数据输入操作，U15同U16都与测量放大器相连接，控制电极阻抗电位和电诱发复合动作电位的测量。
[0058]图3为本发明实施例提供的人工耳蜗装置放大测量部分原理示意图。如图3所示，测量放大部分由2个仪表放大器U22、U23和一个普通放大器U24组成。
[0059]测量类型有两种，一种是施加刺激听觉神经反应信号，其中，刺激电极和测量电极不同，测试信号的幅度范围是十几μν到几十yV，系统为了得到此幅度范围内的信号，需要放大倍数为1000。
[0060]另一种是施加一个刺激电流，其中，当测量电极阻抗时，刺激电极和测量电极相同，此种测试阻抗较高，放大倍数为I ;当测量电极电位时，刺激施加一个电极，测量另一个电极的电压，此类测量信号幅度范围为十几HiV到几十mV，放大倍数为10，因此设计的放大器的增益是可变的，变化的范围是I~4000，采用放大器分级方式实现。
[0061]在放大器U22和U24的输入端加2个二极管用于限幅。U22的输出经一个电流设定电阻后作为U23的负相输入端，U23的正相输入端与一个基准电压源U25相连接，电压源提供给U23工作电压。U22的参 考电压端同U23的输出端相连接。U22和U24的正向、反向输入端同一个8通道SPST开关U26输出端相连，U22和U23的输出端同U26的输入端相连。U24的输出端即为测量得到的电极阻抗、电极电位或电诱发复合动作电位信号。测量得到的数据传输给核心控制模块U9。为便于数据传输，测量得到的数据进行曼彻斯特编码。
[0062]图4为本发明实施例提供的人工耳蜗装置曼彻斯特编码示意图。如图4所示，当原始数据为I时，经曼彻斯特编码后就变为01，当原始数据为I时，经曼彻斯特编码后就变为10。编码后的信号为便于发送，可以采用ASK调制方式通过接收/发射线圈进行发送。
[0063]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种人工耳蜗装置，其特征在于，所述装置包括体外电路、体内电路和电极阵列； 所述体内电路包括射频接收模块、数据恢复模块、核心控制模块、电流源、多路开关； 所述射频接收模块，与所述体外电路相连接，用于接收所述体外电路发送的数据信息，所述数据信息包括语音数据信息； 所述数据恢复模块，与所述射频接收模块相连接，用于从所述语音数据信息中获取刺激电极数据和刺激电流数据； 所述核心控制模块，与所述数据恢复模块相连接，用于接收所述数据恢复模块发送的所述刺激电流数据,并将所述刺激电流数据传送给电流源； 所述电流源，与所述核心控制模块相连接，用于将接收到的所述刺激电流数据转化为刺激电流，并将所述刺激电流传送给多路开关； 所述多路开关，与所述核心控制模块相连接，用于接收所述电流源发送的刺激电流；所述电极阵列，与所述多路开关相连接，用于根据所述刺激电极数据接收与刺激电极匹配的刺激电流，并将所述刺激电极对人体的听觉神经进行刺激，从而获取外界传播的声音信号。
2.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述数据信息还包括时钟信息和电源信息。
3.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述装置还包括时钟恢复模块，与所述射频接收模块连接，用于从所述时钟信息中获取所述体内电路的工作时钟。
4.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述装置还包括数据测量模块，与所述电极阵列相连接，用于测量所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据。`
5.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述装置还包括数据传输模块，与所述数据测量模块相连接，用于将所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据进行传输。
6.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述装置还包括调制模块，与所述数据编码模块相连接，用于对编码后的所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据进行调制。
7.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述装置还包括射频发射模块，与所述调制模块相连接，用于将调制后的所述刺激电极的电极阻抗数据、电位数据和电诱发复合电位数据发送给所述体外电路。
8.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述多路开关包括正向工作模式和反向工作模式。
9.根据权利要求1所述的人工耳蜗装置，其特征在于，所述数据信息是通过ASK方式调制的。
【文档编号】A61N1/36GK103815988SQ201410101454
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】孟丽, 李平, 肖灵 申请人:中国科学院声学研究所