专利名称：载波和包络引发的耳蜗刺激的制作方法图1显示了在典型耳蜗植入系统中的功能性信号处理块，其中K-信道滤波器组 101预处理最初声学音频信号x[n]，例如，施加自动增益控制、降噪等。K-信道滤波器组101 中每个带通滤波器与特定的音频频带相关，使得声学音频信号χ [η]被过滤成某些K个带通信号，Xl[n]至&[11]，其中，每个信号对应一个带通滤波器的频带。例如，最初声学音频信号 χ [η]可以从频谱上被分解成12个时域带通信号。然后，所述带通信号X1 [η]至&[11]输入到信道处理器102，所述信道处理器102提取反映特定刺激信息的分量信号——例如，含有精细时间结构信息的载波信号和调制器包络信号。例如，在一个具体的系统中，可以使用希尔伯特(Hilbert)变换(不相干分解)来计算调制器包络信号。基于这些带通信号的信号，信道处理器102对每个带通信道产生包络加权的刺激事件信号的序列P1 [η]至1^[11]，其代表特定请求的刺激事件。例如，如美国专利6，594，525所述，包络加权的刺激事件信号的序列P1 [η]至&[11]可以基于信道特异性采样序列(CSSS)，所述专利合并在此作为参考。脉冲加权模块103还根据反映患者特定知觉特征的刺激幅度加权矩阵来加权每个请求的包络加权刺激事件信号P1 [η]至1^[11]，以产生提供声信号的最佳音质电表现的一组信道刺激信号Cl1 [η]至％[η]。方程1显示了大小为M χ N的典型加权矩阵刺激脉冲的矩阵加权在2008年4月22日提交的美国专利申请61/046，832中进一步描述，所述申请合并在此作为参考。在一些实施例中，滤波器组通道的数量可以大于电极信道的数量(例如128 12)。按照例如2009年1月20日提交的美国专利申请61/145，805 所述，在这样的布置中，刺激事件信号可以汇集成数量较少的重叠的宏频带，对于给定的采样间隔选择每个宏带内具有最高包络的信道，所述申请合并在此作为参考。最后，刺激信号的患者特异性适配还可以通过在脉冲整形器104中进行独立的幅度映射和脉冲形状限定而进一步优化，所述脉冲整形器104将一组电极刺激信号qi[n]至qL[n]转换为去往植入的电极阵列中的刺激电极的一组输出电极脉冲ei[n]至^[11]，以刺激邻近的靶神经组织。例如，这可以包括映射规则(maplaw)、缩放、和/或脉冲整形功能。耳蜗的最顶端区域与低频感知相关联。在这个区域，现有的耳蜗植入系统中的相应电极刺激图案通常利用载波信号的精细时间结构信息和带通信号的调制器包络信号二者来确定电极刺激图案。所述调制器包络信号限定刺激强度(电流，电荷)，所述精细时间结构信息确定刺激发生时的时刻。载波信号中的其他精细时间结构信息可以由内耳中的神经结构用于例如跟踪基频(Fo)的变化。这可能对于更好的语音理解、更好的声调语言和韵律特征的感知、以及更好的音乐感知是有用的。例如，只要检测到带通载波信号的过零，就可以产生信道特异性采样序列(CSSS)，并且所述CSSS由调制器包络信号加权，从而提供调制器信息和精细时间结构信息二者。包络采样不以规律的时间栅格方式进行，而是无规律的，并与载波信号同步。耳蜗的中部和底部区域与中到高频声音的感知相关联。在这些区域，时域带通信号的调制器包络信号以不依赖载波信号的规律时间栅格采样。与低频区域一样，神经刺激 (电流，电荷)的量通过调制器包络信号的幅度来确定。因此，带通信号调制器包络信号的采样在低频刺激信道中是无规律的和载波同步的，在中至高频刺激信道中是有规律的和载波不同步的。因此，内耳的神经结构接受这两种不同类型的刺激图案。生成无规律的连续交错刺激图案的算法记载于Sit等人所著的“A Low-Power Asynchronous Interleaved Sampling Algorithm For Cochlear Implants That Encodes Envelope And Phase Information (用于对包络和相位信息进行编码的耳蜗植入物的低功率不同步交错采样算法)”，IEEE Trans. Biomed. Eng. ,vol. 54,no. 1，ρρ· 138-149，Jan. 2007 中；所述文献在此引为参考。所描述的算法包括以下步骤1)所述系统从带通分析滤波器组接收半波整流电流作为输入。其可以是真实的电流，例如由模拟处理机产生的电流，或是例如由数字信号处理器产生的数字版本。2)每个刺激信道与积分发放神经元相关联，所述积分发放神经元从该信道接收电流输入以将其神经元电容从基态(ground state)充电。这开始了所谓的“到尖峰赛跑 (race-to-spike)，，。3)达到固定电压阈值的第一个神经元“获胜”并将所有电容器重置回零。这确保了满足交错刺激要求，因为只能有一个胜利者。4)获胜的神经元然后在其电极上发射电流尖峰(其是不同步的定时事件)，该电流尖峰由信道包络能量进行缩放。5) 一旦神经元获胜，其输入电流通过弛豫时间常数而在一定时间内被抑制(即削弱)，防止它重复获胜。6)获胜的神经元已经发射其尖峰之后，再次开始神经元的“到尖峰赛跑”(步骤 2)。在美国专利7，310，558中，介绍了另一种电极刺激策略，其在所有信道上产生无规律的刺激。算法描述如下1)处理收到的音频信号，以限定一组频率信道中的信号，2)确定用于每个频率信号中一个或多个峰中的每一个峰的时间和强度，3)根据预定的指令集来对每个峰进行优先级排序，4)指定每个频率信号的峰之间的最小时间间隔，5)丢弃在最小时间间隔内发生的峰，6)将未丢弃的峰按照优先级的次序布置到对应于信号中发生未丢弃峰的时间的缓冲器的时隙中，和7)从所述缓冲器输出一组数据，以用于生成刺激指令。
本发明描述了用于植入的电极阵列的电极刺激信号的产生。处理声学音频信号， 以产生包含精细结构载波信号和调制器包络信号的带通信号。对于每个带通信号，从所述载波信号提取精细时间结构信息来确定刺激事件信号的序列。对于一个或多个低频带通信号，与载波信号同步地对调制器包络信号进行采样，以产生包络加权的刺激事件信号。对于一个或多个较高频带通信号，当且仅当调制器包络信号超过采样阈值时，则才与载波信号同步地对所述调制器包络信号进行采样，以产生包络加权的刺激事件信号。然后处理所述包络加权的刺激事件信号，以产生用于植入的电极阵列的电极刺激信号。处理所述包络加权的刺激事件信号可以包括下述步骤中的一种或多种将所述包络加权的刺激事件信号映射到一组电极刺激信道，以产生电极刺激信号；针对个体患者的感知优化所述包络加权的刺激信号；和/或为所述电极刺激信号生成期望的脉冲形状(例如，双相脉冲)。可以根据带通信号的过零来提取精细时间结构信息。对于每个带通信号，如果发生一种或多种生理状态考虑因素，例如，靶神经组织的不应状态和/或相邻信道刺激行为， 则可以抑制所述包络加权的刺激信号。在一些实施例中，采样阈值可以依赖于信道信号品质、一种或多种生理标准、和/或调制器包络信号的一种或多种时域特征。本发明的实施例还包括一种计算机程序产品，其在计算机可读存储介质中实现， 用于根据上述任何内容来产生用于植入的电极阵列的电极刺激信号。实施例还包括根据以上任何内容操作的耳蜗植入系统。图1显示了在典型耳蜗植入系统中的功能性信号处理块。图2显示了关于在耳蜗植入系统的典型实施例中的所述信号处理块的进一步细节。图3显示了第k个带通信道中信号处理的进一步功能性细节。图4显示了示出载波信号(细曲线)和调制器包络信号(粗曲线)的带通信号的实例。图5显示了调制器包络信号(细曲线)和采样阈值信号(粗曲线)的实例。图6显示了带通载波信号(细曲线)和超阈值(门控)调制器包络信号(粗曲线)的实例。图7显示了门控带通信号(细曲线)和刺激时间点(三角形标志)的实例。
本发明描述了用于植入的电极阵列的电极刺激信号的产生。处理声学音频信号，以产生包含精细结构载波信号和调制器包络信号的带通信号。对于每个带通信号，从所述载波信号提取精细时间结构信息来确定刺激事件信号的序列。对于一个或多个低频带通信号，与载波信号同步地对调制器包络信号进行采样，以产生包络加权的刺激事件信号。对于一个或多个较高频带通信号，当且仅当调制器包络信号超过采样阈值时，则才与载波信号同步地对所述调制器包络信号进行采样，以产生包络加权的刺激事件信号。然后处理所述包络加权的刺激事件信号，以产生用于植入的电极阵列的电极刺激信号。
载波和包络引发的耳蜗刺激制作方法
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