增强音乐旋律感知的耳蜗电极主辅布置、装置、系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及人工耳蜗领域，具体设及增强音乐旋律感知耳蜗电极主辅布置、装置、 系统及方法。
【背景技术】
[0002] 听力补偿或重建主要包括助听器选配和人工耳蜗植入。对双侧重度或极重度感音 神经性听力障碍患者，在使用助听器3至6个月无明显效果时，可考虑人工耳蜗植入手术重 建听力。
[0003] 人工耳蜗植入装置是一种模拟人的耳蜗功能的转换器。它将声音信号通过言语处 理器转变成电信号，传入内耳的频率感应位置电极，W微弱的刺激方式(如电、光、热或机械 压力等)直接兴奋听神经，从而产生听觉。人工耳蜗装置主要分两大部分:植入部分(包括接 收装置和多导电极)和外接部分(包括声音采集器、言语处理器、发射器等）。
[0004] 根据听觉感知原理，听觉是由外耳收集传导声波、中耳放大声波振动信号，进而在 内耳(即耳蜗）由特定频率对应关系的若干听觉末端听细胞(又称毛细胞)组织在时间、频率 及强度上转换成对应听神经的兴奋信号，经听神经发放、传导，在脑干听区整合，形成听觉 感知。人工耳蜗装置正是该原理的成功应用，目前该装置较好地解决了重建部分听觉能力， 如人类语音感知，而对于欣赏和感知美妙音乐信息，还存在若干问题，有待改进。
[000引研究发现，音乐信号的时、频分布特性与语音信号存在较大差异，如图la-图lb所 示。对语音信号来说，发音词响亮部分的区别特征主要表现为频域包络峰值分布上，即谱包 络的共振峰中屯、频率位置、数量及强度，通常共振峰数量较少，主要的不超过5个，但各个共 振峰中屯、频率位置不确定，每个共振峰带宽较宽（相比音乐的谐波谱峰带宽），且其中包含 音调信息;话音中不响亮的清音部分，也主要W较宽的频谱能量集中区展现，如图la"语音" 所示；在时域上，人说话时声带振动与否、W及快慢，表现为对应的音调频率有无、W及高 低，相比音乐来说，变化范围较小，一般不超过500Hz，但连续变化，每段有区别意义的发音 片段时长没有规律。总体来说，语音信号主要特征频率在对接末端听神经上，对频率分辨率 要求较低，主要表现在共振峰分布位置，用多少个频率分割带表达语音段的主要声音特征 是解决话音感知的关键问题。目前的人工耳蜗电极数量一般不超过22个，尽管各厂家产品 的电极阵列分布在频率值对应关系上略有不同，但大致都是依据临界带或频率掩蔽关系划 分的，用运样的电极分布传递话音中浊音共振峰和清音信息，其分辨率基本够用，但若传递 音乐声信息时，由于音乐信号频谱结构与话音频谱的不同，很多音乐音符的基波频率无法 准确通过听神经传导，参见表1给出某种人工耳蜗产品的22个电极对应频带覆盖与音符基 波频率覆盖(或跨越)大致对应关系，所W目前的人工耳蜗植入者很难欣赏音乐信息，对音 乐感知不佳。
[0006]表1某人工耳蜗产品电极分布及与音符基波频率大致对应关系
[0007]
[0008] 对音乐声音来说，其声音来自某种乐器。凡具有旋律表现的乐器，其声音高低由音 符决定，运里不包括无旋律表现的打击乐器。不同乐器演奏的同一音符，其信号频谱分布是 由基本相同的基波和不同幅度分布的其它次谐波联合构成，整个频谱包络比较平坦、频域 跨度比语音更宽，通常没有语音信号谱包络那样明显的多个共振峰变化，但音乐信号谐波 数量较多，依据音符由低到高，其谐波次数可达几十次到几次不等，每个谐波峰带宽较窄， 波峰间隔很有规律，基本按基波频率整倍频分布，如图化音乐信号谱图所示。其中音符的基 波谱峰最重要，不可错位或缺失，否则，重建音乐信号听感知走调；而音符对应的第2、3、4、 5、…等若干高次谐波峰，若缺失个别谐波，不会影响音符旋律感知，不会走调，但当缺失较 多高次谐波，音质会有明显变化;音乐旋律的音符从低到高，基波频率变化范围很大，从几 十赫兹~几千赫兹，如表2.1中的音符频率表所示。另外，在时域上，每个音符的长短，即音 程，按节拍是有规律的变化，可通过信号时间编码加 W控制。因此，对于人工耳蜗植入者来 说，音乐声音的感知，与听神经对接的电极分布密度有直接关系。
[0009] 目前，人工耳蜗对音乐的感知存在两方面的问题：
[0010] 1、对音源信号进行外部采集、转换后应与耳蜗电极相对应的频带相匹配，而该技 术目前存在的问题是外部转换的乐音信号通过信号分析滤波处理后，各频带分量在传递到 耳蜗电极时，由于目前的电极分布位置无法对准耳蜗感知音乐的频区，使音乐频率信息错 位或丢失地传递，是导致植入者对音乐感知失调或无法感知的主要原因。
[0011] 2、在单侧耳蜗中通过增加足够的电极数方式实现对音乐的感知，虽然在理论上可 W实现（目前已有相关专利公开），但是，限于目前的技术限制，单侧耳蜗分布过多的电极将 导致工艺上难W实现。
【发明内容】
[0012] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开增强音乐旋律感知的耳蜗电极布置、系 统及方法，本发明参照音乐音符基波分布特点，通过适当增加电极数提高耳蜗内的频率感 应密度，采用双侧耳蜗分布方法，对确保工艺实现和改进单、双耳对音乐信息的感知均有效 果。
[0013] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0014] 增强音乐旋律感知的耳蜗电极主辅布置，在每侧耳蜗基底膜附近，按照音乐音符 的特征频率对应关系，将蜗顶到蜗底对应的感音全频带分隔成响应特定音符的频率区域； 在每个频率区域中放置一个该频带信号的电极，即每个电极置于音乐音符所在的特征频带 内，利用双耳双声道的特点，将电极分成两组，对双侧耳采用主辅法电极分布，两侧耳蜗各 植入相应的一组电极，双侧耳蜗中分别植入不同数量的电极，其中一侧耳布置的一组电极 为主侧，另一侧耳布置的一组电极为辅侧，在设定的频率段，按指定频率间隔交错分组布局 电极阵列。其中，每个电极与不同音符的基波频率点大致对应，电极为传导电极或刺激电 极。
[0015] 进一步的，两侧耳蜗中分别植入不同数量的电极时，一侧对应耳蜗除低频区之外 的主要频率感应区分布"主电极组"，共38个，另一侧对应耳蜗主要频率感应区分布"辅电极 组"，共27个。
[0016] 其中一侧耳蜗，分布的主电极组布局是：
[0017] 第一个电极与B8音符的基波频率相对应;第Ξ十八个电极与G3音符的基波频率相 对应，第一个电极与Ξ十八个电极之间的电极按照音符频率对应关系W设定方式布置；
[001引另一侧耳蜗中植入辅电极组，布局是：
[0019] 第一个电极与A#/Bb8音符的基波频率相对应;第二十屯个电极与G#/Ab3音符的基 波频率相对应，第一个电极与二十屯个电极之间的电极按照音符频率对应关系W设定方式 布置。
[0020] 进一步的，在低频区，选取相应的代表频点布置相应的电极，分别植入两侧耳蜗， 两侧分布相同3个电极。
[0021] 进一步的，在低频区，3个电极分别是:第四十一个电极与A1音符的基波频率相对 应，第四十个电极与E2音符的基波频率相对应，第Ξ十九个电极与C3音符的基波频率相对 应;第Ξ十个电极与A1音符的基波频率相对应，第二十九个电极与E2音符的基波频率相对 应，第二十八个电极与C3音符的基波频率相对应。
[0022] 增强音乐旋律感知的耳蜗电极主辅布置方法，包括W下步骤：
[0023] 将电极分成两组，双侧耳蜗中分别植入相应的一组电极，每个电极置于音乐音符 所在的对应特征频带内，电极主要集中布置在lOOHz-SOOOHz主要频率感应区，在低频率区 域，选取相应的代表频点布置电极；
[0024] 在主辅法中，电极分成数量不等的两组时，每侧耳蜗中电极按照音符基波特征频 率w设定方式布置。
[0025] 增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列装置，包括多个电极，每个电极包括多个环状 电极触点，环状电极触点均通过带绝缘层的金属丝与电极回路相连，所述电极还包括包裹 所有电极回路的柔性包层，所述电极按照上述电极布置方法布置成阵列。所述电极阵列装 置，除采用上述导电材料W外，也可能采用传导光或热或压力的特殊材料结构对应上述电 极布置方法。
[0026] 为了更好地实施本发明的上述电极布置方式，本发明还公开了增强音乐旋律感知 的人工耳蜗系统，包括植入部分和外接部分，植入部分和外接部分可采用无线通信连接方 式或有线连接方式，其中植入部分至少包括电极阵列装置，外接部分至少包括声音处理器 及与处理器相连的声音采集装置，声音信号由声音采集装置获取，由处理器完成音乐信号 主旋律的音符、音程的