包括可植入部分的助听装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及助听装置及刺激听觉系统的方法，尤其涉及耳蜗神经的电刺激。本发明具体涉及包括用于电刺激用户的听觉神经的可植入部分的助听装置。
[0002]本申请还涉及助听装置的运行方法，该助听装置包括可植入部分。
[0003]本申请还涉及包括处理器和程序代码的数据处理系统，程序代码使得处理器执行本发明方法的至少部分步骤。
[0004]本发明提出的用于提供适当的刺激波形的方案通常可应用于电神经刺激。例如，本发明的实施可用在如耳蜗植入助听装置的应用中。
【背景技术】
[0005]下面的【背景技术】说明涉及本申请的应用领域之一，即用于耳蜗神经的电刺激的助听器，通常称为“耳蜗植入听力(助听)装置”或简单地称为“耳蜗植入物”(Cl)。
[0006]耳蜗植入助听装置已面市许多年并具有多种配置，但通常包括:
[0007]a)可植入在耳蜗的不同位置、使能刺激听频范围的不同频率的多个电极；
[0008]b)用于拾取和处理来自环境的声音及用于根据当前输入声音确定电极刺激的脉冲序列的外部部分；
[0009]c)用于同时传输关于刺激序列的信息及传送能量的(通常无线，如感应)通信链路；
[0010]d)使能产生刺激并将其施加到适宜电极的植入部分。
[0011]前述系统例如在US 4，207，441和US 4，532，930中描述。
[0012]耳蜗植入物电刺激耳聋患者的听觉神经以产生声音感知。Cl装置通常具有12和24之间的处理通道，其编码不同耳蜗位置处的声能级。由于鼓阶(即电极阵列位于其中的耳蜗管道)内的电流分布，谱分辨率降低，当激活通道的数量增加到高于约8-12个时，耳蜗植入物患者的语音感知性能未提高。这与正常听力听者相反，在使用语音声码器的心理声学研究中其受益于处理通道的数量增加。
[0013]该问题众所周知及已预见不同的解决方案来解决它。大多数文献已使用多极刺激干涉聚焦电流。这种电流聚焦技术依赖于使用多个源的波束形成的一般原理。波束形成在多个不同的技术中使用，如雷达或传声器阵列。由于不同原因，电流聚焦的结果令人失望。首先，功耗随使用的通道数量线性增加。其次，聚焦电场可具有来自产生聚焦的旁瓣的阈下效应。由于这些缺陷，减少兴奋分布的其它文献在不断发展中。最近，另一方法已使用通过红外范围的激光脉冲产生的光刺激。这种新的刺激技术可能不具有同样的分布水平，但其功耗在目前仍然非常高。
【发明内容】
[0014]本发明描述基于刺激波形的时间波形的用于聚焦神经兴奋的方案。
[0015]所提出的方案依赖于使用特别设计的脉冲形状，其优选与离子通道的动力学交互作用以仅激活刺激位置周围的神经元的有限区域。
[0016]通常，现有技术电刺激脉冲具有方形，这意味着电流瞬间(或受限于装置和媒介的物理性质，几乎瞬间)上升。脉冲的效果在电极前面更强，及刺激强度随到刺激电极的距离降低。应注意，从更远离神经元的角度，只有方形脉冲的振幅变化。
[0017]对于具有不同形状的脉冲，如三角形脉冲，或任何具有斜坡的脉冲，如本发明中提出的，不仅脉冲的振幅(随距离)变化，而且斜坡的斜率变化。更具体地，神经元越远，该神经元看到的刺激的上升斜率越浅。
[0018]需要了解的是，如果隔膜的去极化速率比某一“斜率阈值”慢，某些离子通道阻止神经元放电。该效应已在听觉系统的许多神经元中观察到(例如参见)。在那种情形下，该效应因(低电压激活的)钾(K+)电流Ikwa的存在引起。但其它离子通道可能以特别的方式对刺激波形的时间波形作出反应。
[0019]这种对上面提及的问题的解决方案是通过使用来自刺激波形的时间波形和离子通道的动力学交互作用来减少兴奋分布。以那种方式使兴奋场的空间范围变窄是简单且有效的，因为其不依赖于增加其它电流源，而增加其它电流源意味着额外的功耗。
[0020]此外，可对神经元进行遗传学或药理学生物工程处理以表达或产生根据所需结果增强或减小该效应的特定离子通道。
[0021]本申请的目标在于通过耳蜗植入助听装置改善耳蜗神经的电刺激。
[0022]本申请的目标由所附权利要求限定的及下面描述的发明实现。
[0023]助听装置
[0024]在本申请的一方面，本申请的目标由一种助听装置实现，其包括用于电刺激用户的听觉神经的可植入部分。该植入部分包括:
[0025]-电流源发生器；
[0026]-电极阵列，配置成位于耳蜗阶之一内或与听觉神经相邻或者位于听觉脑干处；
[0027]-助听装置配置成产生由电流源发生器传送的时变波形，所述时变波形包括正斜率正脉冲。
[0028]这具有使得通过来自特定电极的电刺激放电的神经元具有更小的空间分布的优点。
[0029]在本说明书中，术语“正斜率正脉冲”指波形包括正脉冲，其故意为非方形，因为其包括具有正斜率(或有限正切线)的段，其后为下降沿。此外，正斜率脉冲包括非线性如分段线性部分(如包括多个小的上升和平坦阶段或台阶)，或者展现(如单调)连续函数路线(如指数或对数)的部分，其宏观上使得振幅随正斜率脉冲的宽度增加。
[0030]这具有使能调制神经放电概率或神经放电时间准确度或者同时调制二者的优点。具体地，不需要额外的电流源(这要求能量“聚焦”或“导引”电场图)即可使得空间兴奋更窄可有利地通过本发明的实施实现。
[0031]在实施例中，包括正斜率正脉冲的时变波形包括(第一)上升沿和(第二)下降沿，其中下降沿的高度大于上升沿的高度。在实施例中，时变波形包括上升沿，其后为实质上单调增长的段，再其后为下降沿。在实施例中，上升沿具有比中间段的斜率大的正斜率，如至少两倍或至少5倍大。在实施例中，时变波形包括上升沿，其后为中间段，再其后为下降沿，其中第一(上升)沿的高度小于第二(下降)沿的高度。在实施例中，上升沿的高度实质上为零。在实施例中，正脉冲实质上为三角形。
[0032]在实施例中，时变波形包括二阶段斜率的对称波形刺激脉冲。在实施例中，时变波形包括负斜率负脉冲。在实施例中，负斜率负脉冲包括第一沿和第二沿，其中第一沿的高度小于第二沿的高度。
[0033]在实施例中，助听装置配置成使时变波形动态适应当前输入信号(如包括来自环境的声音或从音频源直接接收的音频信号)ο在实施例中，助听装置配置成根据当前输入信号改变正斜率正脉冲的斜率。在实施例中，多电极阵列的一些电极用包括倾斜正脉冲的时变波形刺激，而多电极阵列的其它电极用包括其它波形如方形正脉冲的时变波形刺激。在实施例中，多电极阵列的一个或多个特定电极在第一时间段用包括倾斜正脉冲的时变波形刺激而在第二时间段用包括其它波形如方形正脉冲的时变波形刺激。在实施例中，第一和第二时间段根据当前输入信号(如其特征、语音、音乐、噪声等)进行确定(如动态确定)。在实施例中，第一和第二时间段根据当前声环境进行确定。这具有使能对声音的不同性质分配不同策略以“传给”用户的优点。
[0034]在实施例中，助听装置配置成使时变波形动态适应当前输入信号，例如以相较于使用方形脉冲优化(实现更小的)功耗。
[0035]在实施例中，助听装置配置成使得时变波形刺激脉冲根据当前输入信号的频率含量进行宽度调制。换言之，当前输入信号在特定频率范围和特定时隙的能含量越大，时变波形刺激脉冲越宽。在实施例中，助听装置配置成使得时变波形刺激脉冲根据当前输入信号的频率含量进行振幅调制。换言之，当前输入信号在特定频率范围和特定时隙的能含量越大，时变波形刺激脉冲的振幅越大。在实施例中，助听装置配置成使得时变波形刺激脉冲根据当前输入信号的频率含量进行宽度和振幅调制。
[0036]在实施例中，电流源发生器配置成使用一个或多个电流源传送时空电流波形，其中时间图案适于诱发预定空间兴奋图案(即神经反应概率的空间图案或神经颤抖的空间图案)。时间图案可以在线(在助听装置运行期间)或离线方法进行调整。
[0037]在实施例中，助听装置包括多电极阵列，例如包括多个适于邻近用户的听觉神经位于耳蜗中的电极的载体形式。该载体优选为柔性载体以使能将电极适当地定位在耳蜗中从而实现电极可插入在耳蜗中。优选地，各个电极沿载体的长度方向空间分布以在载体插入在耳蜗中时提供对应的沿耳蜗中的耳蜗神经的空间分布。
[0038]当植入部分植入在人身体中时，电极优选完全或部分位于人的耳蜗中，使得电刺激信号能施加到听觉神经及使得能测量对刺激的(潜在)包括来自神经的反应的反应信号。作为备选或另外，电极可位于听觉脑干处(从而使助听装置能拾取诱发的脑干反应，例如电诱发听性脑干反应(eABR))。
[0039]在实施例中，助听装置仅由一个完全植入部分组成。
[0040]在实施例中，助听装置包括至少一外部部分及配置成使能在装置的外部部分和植入部分之间交换数据的通信链路。
[0041 ] 在实施例中，助听装置包括适于位于耳蜗外面的参考电极。在实施例中，助听装置(如控制单元)配置成使得刺激电极与记录电极一样。在实施例中，助听装置(如控制单元)配置成使得刺激电极和记录电极为两个物理上不同的实体。
[0042]在实施例中，助听装置包括一个以上电极阵列。前述情形的例子可以是I)双耳情形，其中两个阵列(同一装置内两只耳朵各一个)由同一处理器刺激；或者2)多阵列情形(对于已骨化耳蜗)，其中几个(短)电极阵列用于一个耳蜗。
[0043]在实施例中，助听装置适于提供随频率而变的增益以补偿用户的听力损失。在实施例中，助听装置包括用于增强输入信号并提供处理后的输出信号的信号处理单元。耳蜗植入助听装置的各个方面在[Clark ；2003]中描述。
[0044]在实施例中，助听装置包括用于将输入声音转换为电输入信号的输入变换器。在实施例中，助听装置包括定向传声器系统，其适于增强佩戴助听装置的用户的局部环境中的多个声源之中的目标声源。在实施例中，定向系统适于检测(如自适应检测)传声器信号的特定部分源自哪一方向。这可以例如现有技术中描述的多种不同方式实现。
[0045]在实施例中，助听装置包括用于从另一装置如通信装置或另一助听装置无线接收直接电输入信号的天线和收发器电路。在实施例中，助听装置包括用于从另一装置如通信装置或另一助听装置接收有线直接电输入信号的(可能标准化的)电接口(例如连接器的形式)。在实施例中，直接电输入信号表示或包括音频信号和/或控制信号和/或信息信号。
[0046]在实施例中，表示声信号的模拟电信号在模数(AD)转换过程中转换为数字音频信号，其中模拟信号以预定采样频率或速率fs进行采样，f」列如在从8kHz到40kHz的范围中(适应应用的特定需要)以在离散的时间点tn(或η)提供数字样本χη (或χ[η])，每一音频样本通过预定的比特数Ns表示声信号在、时的值，N 3例如在从I到16比特的范围中。数字样本X具有l/fs的时间长度，对于f s= 20kHz，如50 μ S。在实施例中，多个音频