专利名称：处理耳鸣的定制声音治疗系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及医疗仪器，尤其涉及用于耳鸣治疗的系统和方法，并且更特别地 涉及用于减轻和处理耳鸣的定制声音治疗(CST)的应用。
背景技术：
耳鸣是被定义为在没有外部剌激的情况下"在耳中嗡鸣"的感觉的一种虚弱状况。 美国耳鸣协会报告，大约3600万美国人具有某种形式的耳鸣，超过1200万美国人遭受严重 的耳鸣以至于他们的生活质量受到严重损害。单就美国退役军人管理局就每年花费超过5 亿美元用于前美国军队人员的与耳鸣相关的残疾津贴。超过三分之一的65岁以上的美国 人受到耳鸣的影响，因此耳鸣也是最初保健护理中排名第十的、在老人中最常出现的抱怨。 给出美国的年龄老化人口统计图，预计这种情况的流行在未来几年只会上升。
多年以来，研究者专注于研究作为耳鸣的主要病因的边缘神经系统听觉系统的永 久改变。然而，近期的研究提出，虽然耳鸣可能是由边缘神经系统事件所触发，但是将耳鸣 转换成持续虚弱的状况的机构位于中枢神经系统。这意味着治疗应该针对中枢听觉功能 来医治耳鸣。此外，耳鸣病人通过消极强化使自己无意识地适应。已经证明，例如与不愉 快感觉相关的音调的大脑皮层表示被放大由Gonzalez-Lima和Scheich撰写的Neural Substrates for Tone_ConditionedBradycardia Demostrated With 2_Deoxyglucose. II.Auditory Cortex Plasticity. Behav. Brain Res. 1986 ;第20 (3)期，第281-293页。 已经显示，在沙鼠的主要听觉皮层中的神经元改变它们对和厌恶的无限制剌激关联的音调 的响应特征0hl和Scheich， 1996。基于动物研究的耳鸣的计算模型显示，脑边缘系统是 稳定耳鸣感知的必要部分。该模型也解释了导致减少的听觉输入的边缘神经系统听觉缺陷 如何能够引起特定的耳鸣音高。授予Viirre等人的名为"EEG feedback controlled sound ther即y for
ti皿us"的7， 801， 085号美国专利教导了一种通过使用神经反馈由适应医治耳鸣的方法，
该方法包括通过一副附带的耳机将对象连接到电子声音的步骤。然而本专利没有教导在集
成系统背景下的耳鸣治疗和处理，以便于耳鸣治疗被更普遍地应用到病人。 具有一种医治、减轻和处理耳鸣症状的方法是有利的。更加有利的是具有一种新
的医治、减轻和处理耳鸣症状的仪器和系统，该仪器和系统将提供整体解决方案。
发明内容
本发明针对一种用于医治、减轻和处理耳鸣症状的系统。 在本发明的一个方面，为实施定制声音治疗(CST)开发一种集成系统。CST系统包括医治、减轻和处理耳鸣的仪器、装置、组件、过程和方法。CST系统被人们(例如有资格的 医疗保健专业人员，诸如耳鼻喉科医师、听觉学专家、或其他有资格的专业人员、或经过足 够训练的各个病人本身)用来测试和医治病人。本发明的一个实施例包括一种系统，该系 统包括(l)声音匹配站(SMS)，所述声音匹配站是具有处理系统的专用电子装置，该处理 系统包括CST应用程序、用于产生CST声音的声音编辑器、图形用户界面(GUI)和用于高 质量数字音频文件输出的输出；(2)用于向病人回放CST声音的音频装置。在一个实施例 中，音频装置包括便携式声音播放器(PSP)。使用立体声回放的所述PSP将数字音频文件转 换为CST声音，该CST声音可以通过提供给病人的一对高保真耳机和一个给测试人员的高 保真耳机被接听。
为了更完全地理解本发明的范围和本质，以及优选使用方式，应该参考下列详细 描述并结合附图来理解。在下列附图中，全部附图中相同的参考数字指定相同的或相似的 部分。 图1图解说明依据本发明一个实施例的CST系统的示意框图。
图2图解说明依据本发明一个实施例的CST系统的另一个示意图。
图3是依据本发明的一个实施例与CST系统有关的病人经历的图示说明。
图4是依据本发明的一个实施例用于声音匹配站的图形用户界面的屏幕显示。
图5是依据本发明的一个实施例的示意图，其图解说明声音匹配站的功能组件。
图6是依据本发明的一个实施例的示意流程图，其图解说明在CST系统中使用的 音频装置的操作。 图7是在CST系统中使用的音频装置的透视图，依据本发明的一个实施例图解说 明其部件。 图8和图9是图7中音频装置的不同附加视图。 图10依据本发明的一个实施例，图解说明I型噪声(a)由相邻点之间具有线性 插值的随机值组成的波形；(b)相关的(标准化的)右半振幅谱。 图11依据本发明的一个实施例图解说明I型噪声(a)来自图10的频谱，通过与 正弦波频谱巻积；(b)与图10相似的频谱。 图12依据本发明的一个实施例，图解说明双极滤波器的依赖于频率的增益。
具体实施例方式
本说明书是关于目前最好的实施本发明的预期模式。本说明书的目的是说明本发 明的一般原理并且不应当作为限制。本发明的范围参考随附的权利要求最佳地确定。
本发明的过程的详细描述按照本发明的示意图、功能组件、方法或过程、操作的符 号或示意性表示、功能和特征来给出。这些描述和表示是本领域技术人员所使用的最有效 地将其工作的实质传达给本领域其他技术人员的手段。这里，软件实现的方法和过程通常 被构想为导致期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤要求对物理量的物理处理。常常 但不是必须的，这些量采用电信号或磁信号的形式，能够被存储、传递、组合、比较和其他处 理。
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用于执行本发明的软件实现的操作和功能的有用装置包括(但不限于)通用或 专用目的的数据处理和/或计算装置，这些装置可以是独立的装置或是更大型系统的一部 分。这些装置可以由存储在装置中的程序、子程序和/或指令和/或逻辑序列选择性地激 活或是再配置。简而言之，对这里描述和建议的方法的使用都不限于特定的处理配置。
出于说明而不是限制本发明的原理的目的，下面通过参考由Ti皿itusOtosound Products, Inc开发的示例性CST系统在此描述本发明。然而，应当理解的是，本发明同样 适用于体现本发明的其他配置系统而不脱离本发明的范围和精神。 CST包括向病人提供录制的合成声音，该合成声音尽可能严密地匹配病人的内部 耳鸣感觉。通过病人与医师、听觉学专家或其他经过训练的人(例如使用CST声音匹配站 (SMS)的人)的互动创建这一"定制声音"。 一旦匹配的声音被识别，那么该声音就被复制 并且经由播放器(例如便携式声音播放器(PSP))使病人可以使用。病人从此携带PSP，在 其舒服的前提下每天在尽可能多的小时内听低音频水平的定制声音(一种适应治疗的形 式)。在这期间，病人不断地调节定制声音的回放音量以匹配其内部耳鸣感觉的感知水平。 已经发现，在大部分情况下，PSP上所需的用以匹配内部耳鸣感觉的感知水平的音频水平将 在几天或几星期后降低。这就是CST研究的原理性结果并且构成耳鸣感觉的"平息"。通过 用由例如便携式数字声音装置传递的定制产生的特定频率声音来准确复制病人的耳鸣体 验，并且通过在一段时间内选择性地并连续地使用CST激励相同量的、受到耳鸣影响的神 经元，快速而有效地发生矫正的适应。
CST系统概述 CST系统包括用于医治、减轻和处理耳鸣的仪器、装置、组件、过程和方法(这其中 的一项或多项可以是应用到病人的耳鸣治疗的一部分)。该CST系统被人(例如有资格的 医疗保健专业人员，例如耳喉鼻科医师、听觉学专家或其他有资格的专业人员或者经过充 分训练的各个病人本身)用于测试、医治病人或向病人提供治疗。本发明的一个实施例包 括一种系统，该系统包括(l)声音匹配站(SMS)，该声音匹配站是具有处理系统的专用电 子装置，该处理系统包括CST应用程序、用于产生CST声音的声音编辑器、图形用户界面 (GUI)和用于高质量数字音频文件输出的输出；(2)用于向病人回放CST声音的音频装置。 在一个实施例中，音频装置包括便携式声音播放器(PSP)。使用立体声回放的所述PSP将数 字音频文件转换为CST声音，该CST声音可以通过提供给病人的一对高保真耳机和给测试 人员的一个高保真耳机被接听。 CST系统的目标病人群是有耳鸣的成年人(18岁及18岁以上，但是年龄不作为限 制)，耳鸣可以伴随或不伴随在更高频率的听力损失，并且该患有耳鸣的成年人参与到耳鸣 处理计划。该CST系统包括向病人提供录制的合成声音，该声音尽可能严密地与内部耳鸣 感觉匹配。这个"定制声音"在CST SMS通过病人与医师、听觉学专家或其他经过训练的人 员的互动创建。这使得有资格的医疗保健专业人员能够借助病人的口头输入识别出最严密 匹配病人的耳鸣的声音。 一旦匹配的声音被识别，那么该声音经由PSP可供病人使用。从 此病人携带PSP，在其舒服的前提下通过高质量耳机每天在尽可能多的小时内倾听低音频 水平的该定制声音(一种适应治疗的形式)。在这期间，病人不断地调节定制声音的回放音 量以匹配内部耳鸣感觉的感知水平。已经发现，在大部分情况下，PSP上所需的用以匹配内 部耳鸣感觉的感知水平的音频水平将在几天或几星期后降低。这就是CST的原理性结果并
6且构成耳鸣感觉的"平息"。 参考在图1和图2中说明的实施例，CST系统10包括SMS 12或提供声音匹配站 功能的电子装置以及PSP 14。 CST系统10的预计用户包括听觉学专家或其他经过训练的专业人员或使用GUI 20并通过使用被迫选择程序的独特匹配过程识别病人的音频频率的个人。病人是唯一可 以听到耳鸣声音并且可以判断匹配的人。在SMS 12中软件实现的CST应用程序16独特地 识别病人听见的耳鸣频率，并且cmusic ( —种音频编辑语言)编辑器创建病人耳鸣的声音 拷贝。人的耳鸣的多个分量(例如多达20种音频分量)可以被混合到一起以产生供病人 使用的CST声音。最终的CST声音通常持续3分钟/180秒(依据计划的治疗这个值可以 改变)，并且当由病人播放时其自动地重复。使用例如PSP 14进行匹配的人可以与病人一 起听CST软件产生的匹配声音，并且病人进行比较。当进行可接受的匹配后，专业人员使用 cmusic编辑器编辑选出的声音并且将其存储到病人的数字声音文件中，并且也将其复制以 嵌入到PSP 14中。图5是依据本发明的一个实施例图解说明SMS 12的功能组件的示意图， 这些功能组件产生数字声音文件13。声音匹配或拟合会话可以被保存在独特的文件名15 下(符合HIPAA(健康保险携带和责任法案)和任何相关的病人隐私法案的医疗记录数字 /识别符)用以在以后的日子再调用。 图3是引发产生CST声音的CST会话的图示表示。在图3(a)中，耳鸣病人来到提 供CST治疗的诊所。病人被提供耳机/头戴式耳机，该耳机/头戴式耳机连接到给出多种 声音和促使病人反馈的交互式"声音匹配站"或SMS。在超过一个小时的时间内，听觉学专 家使用匹配站成功地复制病人的精确耳鸣齿形谱。(在图3(a)中，SMS被图示说明为可操 作地连接到音频播放器的台式计算机)。 每个人的耳鸣经历都是独特的并且CST为每个病人单独编程。图3 (b)显示典型
的CST耳鸣适应性剌激的声谱图，其显示了两个空间上靠近的、中心点在2800Hz和3225Hz
的窄带噪声以及中心在7417Hz的极窄带噪声，该极窄带噪声比前两个强约40dB。 在图3(c)中，独特的声音文件然后被下载到PSP 14装置中，病人在几个星期的时
间段内每天佩戴该PSP 14装置多个小时。随着时间的过去，大部分病人会经历其耳鸣强度
的显著降低并且在某些个案中，病症消除。 CST——声音匹配站 SMS 12可以是数字处理装置的形式(例如，笔记本、台式计算机或其他便携式或
非便携式数字处理装置，这些装置可以专用于声音匹配功能和特征，或包括其他功能和特 征，例如那些作为声音匹配和耳鸣治疗的补充的功能和特征)。SMS 12包括数字处理器(例 如，中央处理单元(CPU)、大容量存储装置(例如硬盘)、合适的硬件和/或软件操作系统 (例如Windows))和必要的驱动器。安装在CST系统10中的包括CST应用模块16 (例如由 软件实现)、c-music声音编辑器18 (在下面进行讨论，该声音编辑器有时在本领域中被称 为"pcmusic"， pcmusic是cmusic用于基于Windows的个人计算机的版本)，以及被设计用 来方便用户与SMS 12和相关CST应用程序16进行交互的GUI 20。从本质上来说，cmusic 声音编辑器18是一种为耳鸣治疗合成CST声音的引擎并且GUI 20是一种用于设计或开发 这些声音的工具。CST应用程序16、cmusic编辑器18和GUI 20中的一个或更多个可以依 据SMS12的装置集成水平被嵌入到软件、硬件和/或固件19中。该cmusic声音编辑器18可以是CST应用程序16的一部分或者可以是和CST应用程序16接口和/或可操作地耦合到CST应用程序16的独立模块。除了诸如显示器21、键盘22(或触摸屏)、粗略指向装置23(例如鼠标)的标准输入/输出(I/O)装置(或控制装置25)以外，它还具有能够播放数字音频文件(例如.wav文件)的高质量声音输出装置。由于外部噪音可能干扰声音匹配过程，所以期望SMS 12硬件中的移动部件(例如散热风扇)(如果存在的话)尽可能地安静，并且来自这些装置的噪声应当优选地被隔离开。 声音匹配站(SMS 12)必须能够在CST操作人员(医师、听觉学专家或其他有资格的操作人员)的控制下为CST产生备选声音。 图5是依据本发明的一个实施例图解说明SMS 12(例如计算机)的功能组件的示意图，该SMS 12为病人产生数字声音文件13。根据本发明的一个实施例，下面是SMS12的示例应用程序代码File|New Session-initialize the whole session File|Load Session :load existing session file(must end with" . ses〃 )
File I Save :save session information(including all components and
status of the current" Match Test" module)into a" .ses" file
File I Save As :save session as File I Save Wave File :copy the already generated wave file(mix. wav
located in the program folder)into desired locationFile || Session Info :notes for the current session, or patient
File I Exit :exit program ------------------------------------------------------------------- pcmusicScore I Edit Score :directly edit the current pcmusic
score" mix. sc" located in
the program folderpcmusicScoreI Load Score : load score file(must end with" . sc〃 )
pcmusicScoreI Save Score As :stored" mix. sc" to desired locations andfilenames pcmusicScoreI Run From Score :call pcmusic to run loaded or modifiedscore(〃 mix sc" in the program folder) 病人听这些备选声音并且回应CST操作人员/测试人员关于如何改进与病人的内部耳鸣感觉的近似程度的询问。在这个意义上，本CST匹配过程类似于配眼镜(例如对于配眼镜来说是"哪个看起来更好，这个或这个？"，而对于CST来说是"哪个听起来更近，A或B ")。 通常来说，病人有耳鸣感觉，这些耳鸣感觉由具有一个或更多个"分量"的声音来匹配。这种分量的数量在病人和病人之间是不同的，但是典型地为一个或两个，尽管也遇到过半打或更多的声音分量。在两个耳朵里经历的耳鸣极少是相等的——典型地，在一侧耳 朵中要强于另一侧。每个个体分量按照其左-右位置被不同地感觉到。典型地，在一侧的 分量"多于"另一侧，而不是必然地只独占在一侧。因此，通常来说，每个分量被典型地感觉 到在两侧是不同强度的。 到目前为止，病人所经历和描述的耳鸣分量可以被归结到三种类别之一音调和
两种类型的窄带噪声。十分常见的音调类别由适当频率的纯正弦波很好地匹配。应当注意
的是，显著的困难在于以至少两种方式来匹配正弦波的频率和内部感觉。 最显著的困难是八度音错误。频率不是太极端的正弦波具有良好定义的音乐音
高(例如Bb，Fft等)，并且即使音高低(或高) 一个或更多个音乐八度音，病人也常常将具
有相同音乐音级(即音符名)的正弦波判断为是相同的。因此，有可能的话，对于CST操作
人员来说重要的是通过用被判断为在音高上低于和高于内部耳鸣感觉的声音将该感觉"包
围"起来以检查八音度错误。 匹配正弦波和音调耳鸣感觉的第二个显著的困难在于"常规"频率匹配提示(诸 如敲打)并不在正弦波的频率靠近内部感觉的时候出现。典型地，病人在正弦波非常近地 接近内部感觉的时候表示出轻微的混淆，通常通过声音描述一种感觉闭塞，或者反过来也 是一样。在备选声音匹配或者非常近地接近内部耳鸣感觉时，有时内部耳鸣感觉一起消失， 至少是暂时地。 在正弦波类型分量匹配过程中对SMS 12的重要要求是产生具有精确的、可指明 的频率和幅值的一个或多个正弦波的序列的能力。这些正弦波由CST操作人员来调节直到 病人无法觉察到正弦分量和内部耳鸣感觉的分量在频率上的区别。如果耳鸣感觉由多个正 弦分量组成，那么通常的实际做法是从最显著的正弦分量到不那么显著的正弦分量的顺序 来处理。当病人不能够就给定正弦波的频率给出进一步改进的建议时，每个分量被认为已 经匹配。对于大多数病人来说，这包括将合成声音的频率调节为与在相关频率附近的一个 或两个刚刚能够看出来的差异一样小。 耳鸣感觉常常与窄带噪声声音而不是正弦波匹配。对于病人来说，同样不常发生 的是经历与正弦波声音和混合在一起的窄带噪声声音都相匹配的耳鸣感觉。就SMS12而 言，这样的感觉由与第二窄带噪声分量混合的正弦分量来匹配。 经常遇到两种类型的窄带噪声分量。"I型"噪声使用在计算机音乐声音合成的背 景下开发的特殊随机算法产生(参见图11)。 "II型"噪声是由下面描述的二阶标准化数字 滤波器滤波的简单白噪声。 I型噪声的噪声源是由波形组成的数字信号，该波形具有每隔tau( t )秒选择的 随机值，其中线性插值用于填充随机值之间的样本。这将导致具有这样频谱的信号中心 为0Hz，并且旁瓣在谐波频率为1/ Ji Hz处跌落到振幅为零。第一旁瓣具有近似低于中心值 24dB的振幅峰值。接下去的旁瓣在振幅上以每八度音大约12dB的速度衰减。因此，t值 控制噪声信号的带宽。 噪声频谱通过在fc Hz将其频谱与正弦频谱进行巻积很容易移位到任意中心频 率，fc Hz，这种巻积通过波形相乘(四相调制)很容易完成。这种技术为I型噪声提供带 宽和中心频率控制，这两者都必须被调整以匹配病人的内部耳鸣感觉。 I型噪声(见图10和图11)具有比经过简单带通滤波的白噪声更"粗糙的"质量。该噪声的用途是，其经常被病人判断为在质量上接近他们的内部耳鸣感觉的噪声分量。图 10(a)图示说明由每隔O. 5ms (即速率为2000Hz)在+1和_1范围内选择的随机值组成的波 形，该波形在相邻点之间具有线性插值。图10(b)图示说明相关的(标准化的)右半部分 振幅谱，显示在OHz的中心和相继的旁瓣。图11(a)图示说明由图10的中心频率为5000Hz 的频谱与5000Hz的正弦波进行频谱巻积得到的频谱。图11 (b)与图10相似地图示说明， 其中= 200Hz，中心在5000Hz。 II型噪声是经过带通滤波的白噪声。其相比于I型噪声具有"更光滑的"质量。带
宽可以被调整到足够窄，以提供像音调的声音和像噪声的声音之间的连续区。这通过将白
噪声源(典型地，伪随机数的线性同余源)连接到具有标准化增益的二阶滤波器产生。增
益标准化是必须的，因为简单双极滤波器在带宽变窄时(对应于将极对(pole-pair)移动
到靠近在复平面上的单位圆)在中心频率处的峰值增益有明显的增加。图12图示说明双
极滤波器在极半径为0. 0、0. 7、0. 8和0. 9时的依赖于频率的增益。该滤波器的中心频率被
设为奈奎斯特率(Nyquist rate)的一半。 图12所示的简单双极滤波器具有下列滤波等式 y(n) = a0-biy(n-l)-b2y(n-2) 其传递函数为
//(Z) =-^~~^
l-2及cospz-'+及22—2 其中，滤波器的中心频率由极角CP确定，并且带宽由极半径R(《1)确定。为了将 该滤波器的峰值增益标准化到在最大频率的单位元素(unity)，可能在分别对应于0Hz和 奈奎斯特率的z = -1和z = 1处分别引入两个反谐振(零)Smith和Angel 1， 1982。将
结果传递函数用系数(1-R)扩展以将滤波器的峰值增益标准化到单位元素，表达式如下
1 一 / Z_2
//(Z) = (1 _ i )-~"^
l-2及cospz—'+i 2z—2 这对应于滤波等式 y (n) = G [x (n) -Rx (n_2) ] +bj (n_l) _b2y (n_2) 其中 R e-"B/s G = 1-R b丄=2Rcos (2 Ji fc/S) b2 = -R2 这里，S是采样率，/; = ^ /(2;r)Hz是中心频率，并且B -Sln(R/ "Hz是带宽。
尽管经滤波的噪声的整体振幅在非常窄的带宽下趋于急剧地减少，但该二阶滤波器允许中 心频率和带宽改变而不考虑滤波器增益。 总结起来，SMS 12必须能够产生任意数量的分量，每一个分量是音调噪声或者是 I型噪声或II型噪声。每个分量应当在左右立体声道之间任意地平衡。最终，结果声音应 当由病人和CST操作人员通过PSP 14直接监控，以确保被病人使用的治疗声音与在CST拟
10合期间获取的声音匹配。 CST——便携式声咅播放器 PSP 14具有几种要求(例如音量限制，回放会话记录)，这些要求是典型的音频播 放器没有的。不同于普通的音频播放器，PSP 14不需要产生在高音级的声音，例如那些适 合普通音乐聆听的声音。事实上，因为病人将每次聆听许多个小时的定制声音，所以就非常 期望PSP 14被限制为产生在相当低的倾听水平的声音。为了发生有效的适应，定制声音应 该是可以听到的，但也不大到足以掩盖耳鸣声音本身。因此，耳鸣主体在其PSP 14上使用 的音量设定给出了对耳鸣强度的估计。所包含的音频功率高度地依赖于功率，但是在任何 情况下都不应该超越病人的极限(例如近似80dB SL(感觉水平，也就是在病人的极限之上 的dB))。已经发现，大多数耳鸣感觉都由大约3kHz-10kHz频率范围内的声音很好地匹配。 然而，已经观察到低至50Hz和高于14kHz的耳鸣感觉匹配声音。因此，PSP 14需要能够产 生在低失真下覆盖整个可听见范围(约20-20000Hz)的频率。 参考图2，可分离的/便携的PSP 14经由合适的接口 26(例如USB接口 )可操 作耦合至SMS 12站，并且在匹配会话期间与病人和CST操作人员的音频输出转换器28和 29 (例如耳机)有线或无线连接，接着在适应疗法期间被分给病人使用。SMS 12可以被配 置，以支持多个PSP。 在图7、8和9图解说明的实施例中，PSP 14包括下列结构、特征和功能
——方便的开关控制，以保持电池寿命。
——多功能显示。 ——电池寿命长，在充电之间至少回放8小时。
——方便的播放_暂停按钮。 ——控制保持(锁定)按钮以避免意外的设定改变。 ——在预设持续时间(例如至少是5分钟的持续时间)内连续重复地回放单个录 制的声音。 ——立体声回放，以允许在每个耳朵中不同的回放。
——平衡控制，以允许调整每个耳朵中的相对响度。
——方便的音量控制和显示，给出数字化的音量水平读数。
——被限制在特定音量水平的回放音量限制。 ——内部日时钟的日期和时间，以允许内部记录回放时间和音量。
——内部监控软件，以记录回放的日期、时间、音量等。 —USB或其他到SMS的方便接口 ，允许交换声音和记录数据，所述数据应该包括
回放时间和音量以及其他病人数据，例如ID和任意的文本记录，例如声音规格。 ——用于一个或两个耳朵的转换器，其优选地无线连接到PSP。 ——供应与多个转换器的连接，其目的是允许由SMS操作人员在声音定制期间或
其他时间监控。 ——音频要求声音的回放应该是高质量的，例如必须最小符合标准红皮书CD音 频，即在每个声道每秒44100个样本采样的16位线性PCM(脉冲编码调制)立体声。模拟 音频输出线路需要是高质量的，并且具有那些高质量数字音乐播放器，例如MP3播放器(例 如苹果公司的iPod播放器)或更好的播放器等级的噪声和失真特性。模拟音频输出需要能够驱动至少两套转换器，这些转换器具有独立音量设定(例如显示在图7中的左右音量 控制VC)，允许由病人和CST操作人员同时进行声音监控。 ——存储器要求假设声音以16位线性PCM立体声音频(1. 411Mbs)标准录制，音
频存储要求是64MB量级的。额外的用于软件和数据记录的存储可能是其两倍或四倍。固
件存储器要求是依赖于硬件的，并且优选地为可更新的以允许以后的改进。—配合颈圈的系索，以提供方便性，便于病人轻松地"佩戴'TSP装置并且较小地
干扰病人的日常事务。 图6是示意性流程图，图解说明依据本发明的一个实施例的在CST系统10中使用 的PSP的操作。 当病人使用PSP 14时，其自动记录病人的使用情况，即其(通过建立一条记录) 记录PSP被打开和关闭的日期和时间以及在那时使用的声音音量。这些信息可以在下次访 问时被下载到SMS 12上并且可以被查看。
声音编辑器 这里称为"cmusic"的音频编辑是由F. Richard Moore设计和实现的，并且其完全 地记录在他的书Elements of Computer Music (Prentice-Hall, 1990)中。该"cmusic，，声 音编辑器18是软件实现的应用，其具有适合于在本发明CST系统10中使用的声音编辑器 的特征和功能。声音编辑器已经被用在计算机音乐合成领域几十年了。通过限定，声音编 辑器将使用其定义的"源"语言编写的描述转换成相应的数字音频信号，该数字音频信号可 以被储存在合适的计算机文件中并且然后使用标准的数字音频回放方法(典型地为在标 准计算机上的声卡或更专用的回放系统，例如便携式声音播放器)被回放为一种可听见的 声音。cmusic声音编辑器18定义了一种对于其领域尽可能灵活通用的源语言。该源语言 提供了不同的"构建块"，由这些"构建块"可以指定几乎任何声音，并且因此可以合成声音。
更加具体地，声音编辑器将包括一个或多个声音的文本描述的输入数字文件认为 是要合成的。该文本描述以由正在使用的特定声音编辑器定义的输入语言(在本例中为 cmusic输入语言)编写。该语言中的语句描述要被合成的声音信号的具体特征，例如其分 量内容，其中每个组成分量可以具有诸如频率、相对振幅、相位、波形等参数。该声音编辑器 接着通过产生相应的声音信号，将结果储存在数字音频数据文件上来"实现"输入。数字音 频数据文件本质上是指定声音的数字"录音"。该数字音频文件接着使用数模转换系统被转 换成声音，该数模转换系统可以被合并到计算机本身或者位于其他地方，例如在外部数字 音频播放器中。 不同的编辑器通常根据其方便规范的声音类型进行区分(就如Fortran和C编辑 器使不同类型的算法处理更方便或更不方便指定)。cmusic声音编辑器可以被用作在SMS 12中的应用程序或其他类型的独立式计算机中的应用程序。在说明性实施例中，为CST使 用的特殊版本使用PC版本的cmusic声音编辑器，该编辑器被实现为控制台应用(命令行) 程序，其在Microsoft Windows下通过命令窗口运行。 声音编辑器，即cmusic应用程序被CST提供者(典型地为听觉学专家)使用以合 成声音，这些声音作为匹配病人耳鸣感觉的候选声音。每次声音的规范由提供者改变时，就 创建一个新的文本输入文件。接着运行cmusic应用程序以将该文本描述转换成相应的声 音信号。在多次尝试、被迫选择的过程(类似于选择镜片)后，确定最优匹配。接着使用
12cmusic应用程序来合成更长持续时间(典型地为大约3分钟)的信号，该信号可以被下载到病人携带的便携式声音播放器中。接着病人能够使用音频播放器的自动重复特征反复地听该声音，从而接受CST治疗。
CST图形用户界面 cmusic编辑器原本被指定来对正弦音调和已经被发现为有利于治疗耳鸣的两种类型噪声进行说明。但是，cmusic源语言非常复杂，而且也不适合于非专业的人员使用。在说明性实施例中，根据CST的需要特定设计的GUI 20为不熟悉声音编辑器的人(诸如典型的听觉学专家)提供了一种运行cmusic的简化方法。因此已经设计了一种或多种版本的GUI以使适合于耳鸣治疗形式的这些声音的规范可以由那些是耳鸣治疗专家却不是使用声音编辑器的专家的用户使用。该GUI 20只是代表用户运行cmusic应用程序，但不会影响下层的声音合成过程。在CST中，用户操纵GUI 20以集中在与病人的耳鸣感觉匹配的声音上。该GUI 20产生cmusic源语言的语句17 (参见图5)，该语句被内部馈送到cmusic程序，该程序接着产生对应于期望的声音的指定数字音频信号。 一旦确定该声音完全地"符合"病人的耳鸣感觉，该声音就被下载到便携式播放器中供病人使用。
参考图4， GUI 40被分为4个主要的部分
1."匹配测试" 这个GUI部分30被用于将声音与病人耳鸣的单独分量进行匹配(取决于病人，有可能只有一种分量)。分量的信号类型、频率、带宽(如果适当的话)和水平(振幅)可以被控制。在说明性实施例中，GUI允许最多4个不同的测试声音以相当迅速的顺序被比较。
按钮 a."运行测试"29产生合成的声音"test. wav"文件并且如在"回放"部分中指示的那样回放。 b."重新开始"31将整个GUI带回到其初始设置。 在每次测试之后，可以使用向下箭头33将结果转换成声音的最终混音的一个选
定分量。如果多于一个频率被启用，那么它们之中最右侧的频率将被转换成选定的分量。
2."回放" 这个GUI部分32被用于控制最新合成的声音的回放。
3."分量" 这个GUI部分34每次显示混音声音的一个分量。被显示的特定分量由在"主"部分36中的单选按钮来指示。每个分量的性质包括信号类型、频率、带宽、水平和声道分配(左声道、双声道或右声道)。 具有上箭头的按钮35使得用户能够将选定的分量转回"匹配测试"部分，用于进
一步的测试和调整。
4."主体" 这个GUI部分36提供人的耳鸣的所有分量的混音器。其允许混合多个分量(例如，最多为20个分量)。可以指定分量混合的持续时间(以秒为单位)。
"混音"按钮37合成所有分量的混合物，并且产生位于程序文件夹或用户指文件夹的数字声音文件(例如，"mix. wav"文件)。 混音器为每个分量轨道(例如最多20个分量轨道)提供音量水平开/关(即无声或非无声)控制。在混音器最右列的选择框决定哪个分量将作为"当前分量"显示在"分 量"GUI部分。"防限幅"38准许用户指定极限水平的持续时间，以避免限幅。
说扁輔你l 匹配过程开始于取得预筛选的目标病人的常规听力方面的病史，以确定他们的耳 鸣感觉的大体本质。获取该病史具有几个目的为匹配过程建立初始点，将病人引入该匹 配过程和作为用于指示活动耳疾的另一初选(初步医疗评估必须始终在启动CST之前进行 并且评估的结果应该是听觉学专家/执行CST步骤的专业人员可以获取的)。活动耳疾的 指示可以包括，但不限于在频率或强度上广泛不同的耳鸣，敲打性耳鸣或不寻常的耳鸣音 调。贯穿该病史，可能有助于匹配过程的附加信息也可以被发觉(例如，就声音的描述来看 病人的熟练程度)
个案研究1 :单咅调耳鸣 在最简单的案例中，病人将具有一种耳鸣感觉，该耳鸣感觉由在特定频率的纯音 调/正弦波精确匹配。匹配这种耳鸣感觉只需要发现最接近病人的耳鸣频率的纯音调/正 弦波的频率。使用图4所示的GUI 20，在SMS 12中的CST应用程序16允许生产多达4个 测试音调。CST用户/提供者可以将这些音调设置成任何频率(提供频率粗调和精调控制 并且任意频率可以只是键入到频率子窗口 )。 CST匹配过程是基于两个样本"强迫选择"， 其中提供者为病人播放两种音调，并且询问其中哪个音调在音高上"最接近"病人的耳鸣感 觉。所使用的测试音调的选择是基于提供者根据来自于执行的任何耳鸣评估的现有信息和 病人所描述的耳鸣("非常高的音高"、"像蟋蟀叫"、"像电视发出的声音一样"等等)的判断。 如果病人能够将测试音调描述成比给出的测试音调在音高上"更高"或"更低"，或者更好的 是如果耳鸣感觉位于测试音调"之间"，那么这是有帮助的。病人的"之间(in between)"判 断在避免音高的八度音错误时尤其有用。无论何时进行这种基音高确定，特别重要的是在 两个测试音调之间"包围"该耳鸣感觉以避免八音度错误。 —旦已经使用测试音调包围耳鸣感觉的音高，那么一种有用的技术是逐渐地减低 两种音调之间的间距(ambitus)(音高差)直到达到准确的(或无法再改进的)匹配。依 据频率范围和病人比较测试音调和耳鸣感觉的音高的能力，这种过程可以被重复，直到达 到准确的匹配或者病人不能在两种测试音调之间作判定。后一种情况可能在当两种音调存 在于在给出频率附近的几乎是刚刚能够看出来的频率差异之中(典型地小于约0. 5%的频 率变化)时发生。 —旦发现了好的候选测试音调，该测试音调可以被传递到分量窗口用于进一步的 调整。多达20个分量可以被混合到一起以产生CST声音供病人使用。最终的CST声音通 常应当在保存之前被设为180秒的持续时间。拟合会话应当被保存在独特的文件名下(例 如符合病人隐私法案(Patient Privacy Act))用于以后的再调用。所有的文件都被保存 在CST程序的安装目录下。所有的声音文件都以文件名"test. wav"或"mix. wav"保存，除 非该声音文件被保存在其他名称下(典型地与会话名相同且扩展名为".wav")
在分量子窗口 34中，CST提供者可以通过选择选项39之一选择使音调在两个声道 中相同地播放或者只在左声道或右声道中播放。如果期望在两个声道中播放音调，但是在 左声道或右声道更响，那么两个分量可以使用相同的声音，一个在左声道一个在右声道。两个分量的响度水平可以被分别调整。这种调整可以使用5或10秒的Master Mixdown(主混 音)持续时间进行，直到达到正确的左右平衡。接着可以通过将持续时间设为180秒(典 型值)并合成音调来制造治疗的音调。依据在最后混音中的分量的数量，各个分量的水平 需要被降低，以防止在混音期间振幅限幅。如果只使用一个或两个分量，那么各个分量的振 幅可以被设为例如-6dB或更小(在任何情况中振幅通常将远远小于该值)。如果更多分量 被使用，那么每当分量的数量加倍时，最大可允许的分量水平应当被降低预定的水平，例如 6db。 所有显示在GUI 20上的设置可以被保存在会话名下(会话名应当符合HIPAA和 任何相关的病人隐私法案)，以用于以后的再调用。这允许声音匹配过程被中断和在以后的 时间继续，或者允许之前的设置被再调用以进一步调整，该调整可以被保存在新版本名字 下(例如Ptl ver2或"病人l，版本2")。 在任何情况下，最终混音的声音通过将其保存为名称对应于File(文件)菜单下 的会话的.wav文件而被存储。 一旦.wav文件被创建，其就可以被传递给PSP14供病人使 用。 治疗声音文件被复制到PSP 14，然后病人就可以反复地听该声音文件。由于期望 刚好匹配耳鸣感觉所需的音量水平将随着时间降低，所以达到这种匹配的开始水平应当介 于PSP 14上的半尺度和满尺度之间(混音的分量振幅可以被调整以确保这一点)。
CST提供者应当向病人提供详细的指示，同样也使病人获取任何必要的版本或其 他的形式。在声音匹配会话的最后，病人应该拥有包含尽可能严密地匹配其耳鸣感觉的声 音的PSP 14。 个案研究2 :噪音波段和多分暈耳鸣感觉 不是所有的耳鸣病人都经历单音调感觉。 一些病人经历的耳鸣感觉更充分地由窄 带或宽带噪声匹配，并且一些病人具有一种或多种纯音调感觉与一种或多种噪声波段分量 组合的组合感觉。CST程序提供两种类型的噪声波段分量，I型噪声(限制波段)和II型 噪声(经滤波的白噪声)。在本质上，I型噪声听起来更"粗糙"一点而II型噪声听起来更 "光滑"一点。病人有时把I型噪声描述成更加"碎的"或"像蟋蟀的叫声"，而II型噪声更 像"嘶嘶声"或"急流声"。这两种噪声都可以由在SMS 12中的CST应用程序产生。除了基 频率或中心频率，每个这些噪声都具有改变其声音质量的"带宽"调整。非常小(或"窄") 的带宽使得这些噪声更像音调(即更像之前讨论过的纯音调/正弦波音调)，而更大(或 "更宽")的带宽使得这些噪声更像"急流声"、"风声"或"流水声"。 将噪声波段匹配到病人的耳鸣感觉的过程实质上与之前为纯音调/正弦波描述 的匹配过程是相同的，除了有一个额外的带宽参数要调整。I型或II型噪声可以以和用于 纯音调/正弦波相同的方式被传递到分量子窗口。如果病人的耳鸣中存在多于一个分量或 左右耳具有不同的耳鸣感觉，那么该I型或II型噪声可被分配分量数量。
发现病人的耳鸣感觉由一个或多个纯音调/正弦波音调和一个或更多个I型或II 型噪声的噪声波段声音的组合组成并不是罕见的。CST应用程序提供多达20个混合在一起 的分量，以产生最匹配病人耳鸣感觉的声音。如上所述，当多个分量必须被混合到一起时， 就变得必须降低所有分量声音的振幅，其目的是避免由于"限幅"造成的声音失真。
本发明的过程和系统按照功能模块已经在上文中被描述。应当理解的是，除非其他与此相反的声明，否则一项或多项功能可以被集成到单个物理装置或软件产品的软件模 块中，或者功能可以在分开的物理装置或软件模块中实现，而不背离本发明的范围和精神。 进一步值得注意的是，在硬件、固件和软件之间的界限通常不是明显的。 值得注意的是，包括过程的每一步的实际实施的详细讨论对于使本发明能够被理 解来说不是必须的。给出在这里公开的系统属性、功能和系统中不同软件和硬件组件的相 互关系，那么实际实施在程序员和计算机工程师的常规技能范围内。本领域技术人员使用 普通技能就能够实践本发明而不需要不适当的试验。 虽然根据所描述的与其相关的实施例已经描述了本发明，但是对于本领域技术人 员来说明显的是，可以在不违背本发明范围和精神的情况下进行不同的修改和改进。相应 地，应当理解的是，本发明并不受限于特定说明的实施例，而是仅受限于随附的权利要求的 范围。
权利要求
一种用于对病人进行耳鸣治疗的系统，所述系统包括被配置以产生定制声音的声音匹配站，其中所述定制声音与所述病人的耳鸣感觉相匹配；以及接收和存储来自所述声音匹配站的定制声音拷贝的音频装置，该定制声音拷贝要被回放给所述病人。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述声音匹配站包括 被配置为创建所述定制声音的定制声音治疗应用程序；以及图形用户界面，便于对所述定制声音治疗应用程序进行用户输入，从而为所述病人创 建定制声音。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述定制声音治疗应用程序包括被配置为合成 声音信号以创建所述定制声音的声音编辑器。
4. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述图形用户界面被配置，以便于对下列至少一项进行用户输入(a) 匹配测试部分，便于用户控制以开发测试声音，从而匹配所述病人的耳鸣感觉的各 个分量；(b) 回放部分，便于用户控制合成声音的回放；(c) 分量部分，便于用户控制要被合成的测试声音的测试分量的特性；以及(d) 主体部分，便于用户选择要被合成为所述测试声音的一个或多个测试分量。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述匹配测试部分被配置，以便于用户控制所 述测试声音的特性，所述特性包括所述分量的信号类型、频率、带宽和振幅水平中的至少一 项。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述匹配测试部分被进一步配置，以便于用户控 制每次开发多个测试声音，使得所述测试声音可以按顺序与比较的分量作匹配。
7. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述分量部分被配置，以便于用户控制信号类 型、频率、带宽、水平和声道选择中至少一项。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述音频装置是便携式的，并且其在与所述声音 匹配站断开连接后存储要被用户回放的所述定制声音的数字拷贝，并且其中所述音频装置 被配置以反复地回放特别存储的定制声音。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述音频装置被配置以保持所述定制声音的病 人回放的记录，所述记录包括回放使用的声音音量水平。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中，当所述音频装置下次与所述声音匹配站再连接 时，所述记录被传输到所述声音匹配站。
11. 一种向病人提供耳鸣治疗的方法，所述方法包括使用声音匹配站产生定制声音和将所述定制声音与所述病人的耳鸣感觉匹配； 在音频装置中接收和存储来自所述声音匹配站的所述定制声音的拷贝；以及 向所述病人回放所述定制声音。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，通过以下步骤产生和匹配所述定制声音 合成声音信号，以创建所述定制声音；以及与图形用户界面交互，以提供用户输入来控制为所述病人创建定制声音。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中声音信号由定制的声音治疗应用程序来合成， 所述定制的声音治疗应用程序包括声音编辑器，所述声音编辑器被配置以合成声音信号来 创建所述定制声音。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述图形用户界面被进行交互，以为下列至少 一项提供用户输入(a) 用户控制测试声音的开发，以匹配所述病人的耳鸣感觉的单个分量；(b) 用户控制合成声音的回放；(c) 用户控制要被合成的所述测试声音的测试分量的性质；以及(d) 用户选择要被合成为所述测试声音的一个或多个测试分量。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，步骤(a)包括用户控制所述测试声音的性质， 所述性质包括所述分量的信号类型、频率、带宽和振幅水平中的至少一项。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，步骤(a)进一步包括用户控制每次进行多个测 试声音的开发，使得所述测试声音可以按顺序与用于比较的分量匹配。
17. 根据权利要求14所述的方法，其中，步骤(c)包括用户控制信号类型、频率、带宽、 水平和声道选择中的至少一项。
18. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述音频装置是便携式的，并且在所述音频装 置与所述声音匹配站断开连接后其存储要被所述用户回放的所述定制声音的数字拷贝，并 且其中所述音频装置被配置以反复地回放特别存储的定制声音。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中，所述音频装置被配置以保持所述定制声音的 病人回放的记录，包括回放使用的声音音量水平。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中，当所述音频装置下次与所述声音匹配站再连 接时，所述记录被传输到所述声音匹配站。
全文摘要
一种用于为耳鸣提供治疗的系统。开发一种集成系统用于实施定制声音治疗(CST)。该CST系统被有资格的人员用以测试和医治病人。本发明的一个实施例包括一种系统，该系统包括(1)声音匹配站(SMS)，该声音匹配站是具有处理系统的专用电子装置，该处理系统包括CST应用程序、用于产生CST声音的声音编辑器、图形用户界面(GUI)和用于高质量数字音频文件输出的输出；(2)用于向病人回放CST声音的音频装置。在一个实施例中，音频装置包括便携式声音播放器(PSP)。使用立体声回放的所述PSP将数字音频文件转换为CST声音，该CST声音可以通过提供给病人的一对高保真耳机和一个给测试人员的高保真耳机被接听。
文档编号A61B5/12GK101784231SQ200880104175
公开日2010年7月21日 申请日期2008年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者A·T·玛特纳, E·威尔瑞, F·R·莫里, J·A·品达 申请人:提耐特斯奥托桑德产品有限公司