专利名称：基于峰值选取的电子耳蜗虚拟通道信号处理系统和方法
技术领域：
本发明涉及电子耳蜗领域，特别是指一种基于峰值选取的电子耳蜗虚拟通道信号处理系统和方法。
背景技术：
人的耳蜗毛细胞是接收声音的感觉细胞。当耳蜗毛细胞损伤严重时，就会出现严重的听力损伤。电子耳蜗就是替代已损伤毛细胞，通过电刺激听觉神经重新获得声音信号的一种电子装置。
图1显示的是电子耳蜗的结构示意图。电子耳蜗由体外机部件和植入体部件两部分组成，体外机部件主要包括传声器(如麦克风等)、言语处理器和发射线圈，植入体部件主要包括接收线圈、刺激器及多通道电极阵列组成。在系统连接正常的情况下，麦克风接收声信号，通过言语处理器，将声信号进行分析处理并编码，通过头件(发射线圈)透过皮肤传送到植入体部件的接收线圈，经过刺激器的解码处理后，产生相应频率及电流强度的脉冲信号并传送到各个刺激电极。通过电极刺激听神经，将脉冲信号传到听觉中枢从而为使用者产生听觉。耳蜗位于骨前庭的前内侧，形似蜗牛壳，其尖朝向前外侧，称蜗顶。底朝向后内侧称蜗底。基底膜是一个贯穿耳蜗底部自顶部的膜状结构。外淋巴的机械振动，在基底膜形成一个行波，行波在基底膜的不同部位形成不同的共振幅度。基底膜的机械特性决定了不同频率声音在基底膜相应位置产生最大位移，从而导致支配该部位的听神经纤维所受的刺激最大。高频声引起耳蜗底回的听神经兴奋最强，顶回的神经兴奋则由低频声引起。听觉信息编码的部位编码理论认为声音的频率信息是通过基底膜不同部位神经纤维发放冲动来传递的。即，声音不同频率的信息由不同的听觉通道传输。部位编码反映了耳蜗将原声刺激分解成独立的子带信号的滤波能力。这些不同子带信号的中心频率与耳蜗上的不同位置相对应。电子耳蜗通过植入电极的位置来模拟正常耳蜗的部位编码植入的电极在鼓阶由蜗底向蜗尖依次排列，刺激由高到低不同频率敏感的听神经。植入电极的不同位置，对应于信号处理策略中划分的不同的频段。“电极-频率”对应关系受到电极插入深度，扭结程度和神经元存活情况等因素影响。正常人的耳蜗中有大约3000个左右的纤毛细胞，分别被调谐在从20到20，OOOHz之间的不同频率上，同时，每一个纤毛细胞中有10到20个刺激听觉的神经纤维，它们将信息传向中枢神经系统。根据部位编码，声音的不同频率信息由不同的听觉通道传输。假设每个神经纤维为一条频率传输通道，较之现在电子耳蜗有限数目的电极所能提供的频率传输通路，正常人耳能提供频率分辨力比电子耳蜗要高出几个数量级。由于目前电极制造技术及如何在耳蜗中放置电极技术的限制，很难再增加植入电极的数量。在此背景下，美国Advanced Bionics公司率先实现了“虚拟通道”这项创新的处理方案。“虚拟通道”利用相邻电极间产生同时电流“虚拟”出一个新的刺激点，在不增加电极数的前提下，增加实际刺激的通道数。随后，奥地利的MED-EL公司也在其新一代产品中实现了“虚拟通道”技术。Advanced Bionics和MED-EL公司的刺激器电流源数目和电极
4数一致。从当前的研究结果来看，两家公司的“虚拟通道”技术并未在统计上被证明大幅提高植入者的听音能力和效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于峰值选取的电子耳蜗虚拟通道信号处理系统和方法，提升电子耳蜗使用者的听音能力，改善在噪声背景下的言语识别效果。基于上述目的本发明提供的一种基于峰值选取的电子耳蜗虚拟通道信号处理系统，包括分析单元、选取单元和处理单元，其中所述的分析单元，用于对传输的声信号通过分解模块进行预处理，把信号分解为A 个频段，并根据可用电极的数目，将A个频段合并为M个通道，同时保存A个频段的能量；所述的选取单元，用于分别计算该M个通道的能量，选择能量最大的N个通道且N 小于M，峰值选取模块根据每个通道所含频段能量的不同，在每个所选通道内再进行峰值选取，然后映射电流刺激参数；所述的处理单元，用于根据电子耳蜗使用者对每个电极电刺激舒适阈值和感知阈值调整电流刺激参数，并根据此参数控制两个相邻电极产生同时刺激，依次在该N个通道上实现虚拟通道。可选的，所述的电子耳蜗能够提供至少2组独立电流源。可选的，所述的分解模块对声信号进行预处理，是对输入的信号通过高通滤波，对低于12kHZ的信号做每十倍频程有6dB衰减的预加重处理。可选的，所述的分解模块采用快速傅里叶变换(FFT)方法，把信号分解为A个频段。可选的，所述的分解模块利用Greenwood公式将A个频段合并为M个通道。可选的，所述的选取单元是直接将通道内包含的频段能量相加来分别计算该M个通道的能量。可选的，所述的峰值选取模块映射电流刺激参数是根据每个通道中峰值的相对位置，确定用刺激产生该峰值时两个独立电流源上电流强度的比例。可选的，所述的峰值选取模块根据电子耳蜗使用者对电子耳蜗每个电极电刺激舒适阈值和感知阈值调整电流刺激参数，将计算得到的电流刺激参数经对数函数y = AloglO(X)+B进行压缩，压缩到电刺激动态范围[^lin，，其中常数A，B可通过如下公式得到
权利要求
1.一种基于峰值选取的电子耳蜗虚拟通道信号处理系统，其特征在于，包括分析单元、 选取单元和处理单元，其中所述的分析单元，用于对传输的声信号通过分解模块进行预处理，把信号分解为A个频段，并根据可用电极的数目，将A个频段合并为M个通道，同时保存A个频段的能量；所述的选取单元，用于分别计算该M个通道的能量，选择能量最大的N个通道且N小于 M，峰值选取模块根据每个通道所含频段能量的不同，在每个所选通道内再进行峰值选取， 然后映射电流刺激参数；所述的处理单元，用于根据电子耳蜗使用者对每个电极电刺激舒适阈值和感知阈值调整电流刺激参数，并根据此参数控制两个相邻电极产生同时刺激，依次在该N个通道上实现虚拟通道。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的电子耳蜗能够提供至少2组独立电流源。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的分解模块对声信号进行预处理，是对输入的信号通过高通滤波，对低于12kHZ的信号做每十倍频程有6dB衰减的预加重处理。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的分解模块采用快速傅里叶变换 (FFT)方法，把信号分解为A个频段。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的分解模块利用Greenwood公式将A 个频段合并为M个通道。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的选取单元是直接将通道内包含的频段能量相加来分别计算该M个通道的能量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的峰值选取模块映射电流刺激参数是根据每个通道中峰值的相对位置，确定用刺激产生该峰值时两个独立电流源上电流强度的比例。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的峰值选取模块根据电子耳蜗使用者对电子耳蜗每个电极电刺激舒适阈值和感知阈值调整电流刺激参数，将计算得到的电流刺激参数经对数函数y = AloglO(X)+B进行压缩，压缩到电刺激动态范围[xmin，Iax]，其中常数A，B可通过如下公式得到Λ MCL - THR-r~^^ ‘ B = MCL-AloglOxmaxIoglOxmax -IoglOxmm其中THR是电子耳蜗使用者的每个电极的电刺激感知阈值，MCL是电子耳蜗使用者的每个电极的电刺激舒适阈值。
9.一种基于峰值选取的电子耳蜗虚拟通道信号处理的方法，其特征在于，包括以下步骤对传输的声信号进行处理并把信号分解为A个频段，根据可用电极的数目，将A个频段合并为M个通道，传送M个通道和能量；分别计算该M个通道的能量，选择能量最大的N个通道且N小于M,根据每个通道所含频段能量的不同，在每个所选通道内再进行峰值选取，映射电流刺激参数；根据电子耳蜗使用者对每个电极电刺激舒适阈值和感知阈值调整电流刺激参数，并控制两个相邻电极产生同时刺激，依次在N个通道上实现虚拟通道。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的电子耳蜗能够提供至少2组独立电流源。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的对信号进行处理是通过高通滤波，对低于12kHZ的信号做每十倍频程有6dB衰减的预加重处理。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的信号分解为A个频段，采用快速傅里叶变换(FFT)方法。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的将A个频段合并为M个通道，是禾丨J用Greenwood公式。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的计算该M个通道的能量是直接将通道内包含的频段能量相加。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的映射电流刺激参数是根据每个通道中峰值的相对位置，确定用刺激产生该峰值时两个独立电流源上电流强度的比例。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的根据电子耳蜗使用者对每个电极电刺激舒适阈值和感知阈值调整电流刺激参数，是将计算得到的电流刺激参数经对数函数y = AloglO(X)+B进行压缩，压缩到电刺激动态范围kmin，、ax]，其中常数A，B可通过如下公式得到Λ MCL - THR-r~^^ ‘ B = MCL-AloglOxmaxIoglOxmax-IoglOxmm其中THR是电子耳蜗使用者的每个电极的电刺激感知阈值，MCL是电子耳蜗使用者的每个电极的电刺激舒适阈值。
全文摘要
本发明公开了一种基于峰值选取的电子耳蜗虚拟通道信号处理系统和方法，包括；分析单元对信号进行处理以及分解为A个频段，并根据可用电极的数目，将A个频段合并为M个通道，传送M个通道和能量给选取单元；选取单元分别计算该M个通道的能量，选择能量最大的N个通道，在每个所选通道内再进行峰值选取，映射电流刺激参数并传送给处理单元；处理单元根据电子耳蜗使用者对每个电极电刺激舒适阈值和感知阈值调整电流刺激参数，并控制两个相邻电极产生同时刺激，依次在N个通道上实现虚拟通道。通过本发明提升了电子耳蜗使用者的听音能力，改善了在噪声背景下的言语识别效果。
文档编号A61F11/04GK102525734SQ20121004260
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者平利川, 陈洪斌 申请人:杭州诺尔康神经电子科技有限公司