用于低功耗的同时刺激的制作方法

专利名称：用于低功耗的同时刺激的制作方法
技术领域：
本发明涉及电神经刺激，以及更具体地涉及基于通道特定采样序 列的神经电刺激。
背景技术：
耳蜗植入器(内耳赝复器(prostheses))是可以深切地帮助聋的 病人或听力严重受损的病人的可能。和传统的助听器不同，传统的助 听器仅仅施加放大和调节后的声音信号，而耳蜗植入器是基于听神经 的直接电刺激的。耳蜗植入器的目的是以这样的方式来对内耳中的祌 经结构进行电刺激，从而获得与正常听力最相似的听觉。
图1示出传统的耳蜗赝复器。该耳蜗赝复器本质上包括两个部件 语音处理器101，典型地位于接近耳朵的外部设置；以及植入的刺激器 105。语音处理器101包括整个系统的电源(电池)，以及被用于执行 声信号的信号处理来提取刺激参数。刺激器105生成刺激图案，并通 过电极阵列107来对神经组织执行这些刺激图案，所述电极阵列107 延伸到内耳中的鼓阶(scala tympani) 109中。通过使用初级线圈103 和刺激器105中的次级线圈的射频链接(越皮的)，或者通过在皮肤 中的插头(透皮的)，来建立语音处理器和刺激器之间的连接。
一个成功的刺激策略是由Wilson B.S.,Finley C.C.， Lawson D.T.， Wolford R.D., Eddington D.K., Rabinowitz W.M.， "Better speech recognition with cochlear implants", Nature,vol.352，236-238(1991 年 7 月)[在下文中，Wilson等,1991]描述的所谓的"连续交叉取样策略" (CIS)，其通过参考包括在这里。在语音处理器中的用于CIS的信号 处理包括以下步骤
a. 通过滤波器组，来将音频范围分解为光谱带，
b. 每个滤波器输出信号的包络检测，以及
c. 包络信号的瞬时非线性压縮(映射法则)。
根据耳蜗的音质分布(tonotopic)组织，在鼓阶中的每个刺激电 极与外部滤波器组的带通滤波器相关联。对于刺激，施加对称双相电 流脉冲。从压縮的包络信号直接地获得刺激脉冲的振幅(以上的步骤 (c))。这些信号被顺序地取样，并且以严格不交迭序列来施加刺激脉 冲。因此，作为典型的CIS-特征， 一次仅仅激活一个刺激通道。整体 刺激速度相当高。例如，假设整体刺激速度是18 kpps，并且使用12 通道滤波器组，则每个通道的刺激速度是1.5kpps。这样的每通道刺激 速度通常对于包络信号的充分瞬时表示是足够的。
利用每个脉冲的最小相位持续时间来限制最大整体刺激速度。相 位持续时间不能被选择为任意短，因为脉冲越短，电流振幅就需要越 高来引起神经元中的动作电位，并且因为多个实际原因，也限制了电 流振幅。对于18kpps的整体刺激速度，相位持续时间为27ps，该相位 持续时间在下限处。
CIS带通滤波器的每个输出可以被大体认为是在带通滤波器的中 央频率处的正弦曲线，该正弦曲线被利用包络信号进行调制。这是因 为滤波器的品质因数Q=3所导致的。在有声语音片段的情况下，这个 包络是近似周期性的，并且重复率等于音调频率。
在当前的CIS策略中，包络信号仅仅被用于进一步的处理，也就 是它们包含整个刺激信息。对于每个通道，包络被表示为采用恒定重 复率的双相脉冲序列。作为CIS的特征特性，这个重复率(典型地1.5 kpps)对于所有通道是相同的，并且这与各个通道的中央频率无关。意 图该重复率对于病人不是临时的提示(cue)，也就是重复率要足够高， 以至于病人感知不到音调具有与重复率相等的频率。通常将重复率设
置为大于包络信号的带宽的两倍(Nyquist定理)。
使用单极刺激的12通道耳蜗植入器的电极配置
图2示出如在美国专利No.6,600,955中所述的12通道耳蜗植入器 中使用的电极配置的例子。包含12个电极触头201 (黑点)的电极阵 列被放置在耳蜗的鼓阶中。这些电极201的每个被连接到电容器C203 和一对电流源205和207，从而将电流源205和207的第二端口分别地 连接到植入器接地GND 209和植入器电源Vcc 211。可以例如分别地 使用P沟道MOS场效应晶体管和N沟道MOS场效应晶体管来实现电 流源205和207。因此，为了便利，源205和207被设计为P源和N 源。参考电极213被放置在耳蜗外部，并且被连接到一对开关215和 217上，从而将开关215和217的第二端口分别地连接到植入器接地 GND和植入器电源Vcc。
在图3中示出了该配置的简化集总元件模型。阻抗Z, 301表示在 耳蜗内电极触头的金属表面和鼓阶中的流体之间的界面阻抗。阻抗 ZI>REF 303表示参考电极的界面阻抗。利用欧姆电阻器Rs 305来表示耳 蜗内流体。由于界面面积沿着鼓阶是变化的，通常假设变量Rs，如在 Kral A.， Hartmann R., Mortazavi D., and Klinke R., "Spatial Resolution of Cochlear Implants: The Electrical Field and Excitation of Auditory Afferents，" Hearing Research 121,pp. 11-28,1998中所述的，其通过参考 包括在这里。电阻器Re 307示出其中嵌入耳蜗的骨结构，并且它们也 是位置相关的。空间相关性具有较小的重要性，从而由此，为了便利， Rs和RB被假设为不变的。此外，假设无限梯形网络RS/RB。刺激电流 通过在其通往参考电极的路上的高电阻性结构。
阻抗Z,和Z,，MF通常是复杂的，并且是频率相关的。然M，阻抗 的体外测量显示，对于电极几何结构以及在耳蜗植入器应用中使用的 非常短的脉冲刺激波形来说，界面阻抗可以被假设为纯欧姆的。
如在美国专利No.6,600,955中所述，如图3所示的刺激配置可以 被用来产生或者(a)单个非同时刺激脉冲，或者(b)"符号相关"的同时 脉冲。例如，在一个电极中的单个对称双相脉冲的两个相位是通过如 下产生的首先激活与该电极相关联的P源313的一个并且闭合开关 315;然后激活相关联的N源311并闭合开关317。在该脉冲的第一相 位中，电流从该对相关联的电流源经由梯形网络流动到那对开关，而 在第二相位中，电流方向反转。如果两个相位的电流振幅和相位持续 时间相同，则脉冲是电荷平衡的，也就是说，没有网络电荷被传输到 梯形网络。
如果同时地施加多于一个的刺激脉冲，则这些脉冲经受"符号相 关(sign-correlation)"，也就是，或者多个P源被同时激活并且闭合 开关315，或者多个N源被同时激活并且闭合开关317，但是在激活的 P源和N源之间不发生混合。这确保了电流总量总是流过参考电极(也 就是阻抗Z^ef)。这样的刺激配置被指定为"分布式单极"。
通过图4的协助来解释例如在单个双相脉冲的第一相位期间发生 的电位。使得P源401产生导致电压降Up的特定振幅Ip(注意在这个相 位中，相关联的N源403是失活的)。假设电容器405在该脉冲之前被 放电，电流Ip将导致跨过电容器405的电压Uc，该电压Uc随着时间 是线性增加的。然而，假设充分高的电容，第一脉冲相位结束时跨过 电容器405将下降比较小的电压。典型地，Uc不大于几十毫伏，并且 因此与欧姆网络中的其他电压降相比通常被忽略。界面阻抗Z:导致相 当大的电压降U产Z&。电流Ip分布在由水平电阻器Rs和垂直电阻器
RB组成的梯形网络中。跨过垂直电阻器RB的电压降的分布将显示出指
数特性，其中在电阻器409中发生最大电压降UB，并且在两侧处跨过 相邻电阻器RB的电压降指数地衰减，也就是在电阻器411和413中是 aUB，在电阻器415和417中是cx2Ub，在电阻器419和421中是063118 等。因子ct仅仅是比率Rs/RB的函数，并且快捷计算获得
<formula>formula see original document page 12</formula>。所有流过电阻器RB的电流的总和再一次是
Ip,其经由阻抗ZI>REF 423和闭合开关425流回到植入器接地。跨过ZI>REF
的电压UI>REF由" 给定，并且假设开关是理想的，则跨过
闭合开关425没有电压降。对所有的电压降求和得到植入器电源电压 Vc;c，也就是
Vcc:Up+Uc+U,+Ub+U,，, ( 1)
这个电路的全部功耗是
Ptot=VccIp (2)
在当前的应用中，ptot优选尽可能小。对于给定的电流振幅Ip， 如果植入器电源被最小化，则全部功耗被最小化。
作为典型的数字例子，假设界面阻抗Z产5KD并且Z!，re产250Q， 梯形网络阻抗Rs-450Q并且RB=9KQ (导致01=0.8)，并且电流振幅 IP=800nA。这些假设得到U产4V， UB=0.8V并且U!，re产0.2V。在等式(1 ) 中插入并忽略跨过电容器的电压Uc得到Vcc-Up-Uf+UB+U^e产5V。 假设可以利用可忽略的电压Up来操作P源401，则获得最小的植入器 电源Vcc^5V。在等式(2)中插入得到全部功率pt0t-4mW。明显地， P丁ot的80%被界面阻抗Z,吸收，也就是P「U!I尸3.2mW，以及该功率 对于其自身的刺激没有贡献。因此，相对于植入器电源电压的减少和 刺激功耗的减少，电压降Q的任何减少都是期望的。
一种用于减少跨过&的电压降的方法是尝试减少Z,自身。例如， 使用较大的电极表面将减少Zz。然而，电极表面的尺寸典型地将不能 进一步增加，因为几何尺寸限制，例如已经达到电极距离。另一种方 法是基于这样的观察，也就是Z!随着时间过去不是一直稳定的，而是 在植入后几周内增加。原因是特定组织的生长覆盖电极表面。在手术 期间给予皮质激素看起来减少这种另外的组织生长，并至少将阻抗保
持在其初始值。 发明内容在本发明的第一方面，提供一种方法，用于同时激活具有单极电 极配置的多通道电极阵列中的电极。该方法包括确定相对于电极阵列 的给定位置的期望电势。确定与多通道阵列的至少两个电极相关联的 同时、符号相关的脉冲的振幅，从而提供在给定位置处的总电势，该 总电势基本上等于期望电势同时地在确定振幅的作用下将该至少两个 电极激活，从而获得在给定位置处的期望电势，其中，该至少两个电 极被激活时具有空间通道相互作用。根据本发明的相关实施例，确定振幅可以包括添加来自给定位置 处的符号相关脉冲的合成电势(resulting potential)。每个确定的振幅 可以小于使用连续交叉取样策略来激活多通道电极阵列中的电极从而 获得期望的电势所需要的振幅。使用同时符号相关脉冲来激活至少两 个电极需要的功率，可以小于使用连续交叉取样策略来激活多通道电 极阵列中的至少两个电极从而获得期望的电势所需要的功率。可以将 电极阵列植入到活体中。例如，可以使用电极阵列来刺激听神经。在本发明的另一方面，激活在多通道电极阵列中的电极的方法包 括确定顺序刺激序列，该顺序刺激序列具有顺序刺激序列脉冲率和顺 序刺激序列平均脉冲振幅，该顺序刺激序列用于产生在相对于多通道 电极阵列的给定位置处的期望电势。顺序刺激序列可以是例如连续交 叉取样(CIS)序列，并且被使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补 偿来转换为通道相互作用(CI)序列。该CI序列具有CI脉冲率和CI 平均脉冲振幅，并且该CI序列用于产生基本上等于给定位置处的期望 电势的合成电势。根据本发明的相关实施例，然后可以作为CI序列的作用来激活电 极。CI序列的平均脉冲振幅可以小于顺序刺激序列的平均脉冲振幅。CI序列需要的刺激功率可以小于顺序刺激序列需要的刺激功率。顺序 刺激序列和/或CI序列可以包括对称双相电流脉冲。多通道阵列可以使 用具有远程接地的单极电极配置。根据本发明的另外实施例，CI脉冲率可以基本上等于顺序刺激序 列脉冲率，以至于CI序列包括在脉冲之间的时间间隙。可以增加CI 脉冲率，其中减少在脉冲之间的时间间隙。可以在增加脉冲相位持续时间的同时减少CI序列的脉冲振幅，以至于每个脉冲的电荷保持基本上保持不变，其中，减少了脉冲之间的时间间隙。在本发明的又一方面，耳蜗赝复器系统包括适用于植入的刺激器， 该刺激器包括具有单极电极配置的多通道电极阵列。处理器被操作地 连接到刺激器。处理器被配置为确定与多通道阵列的至少两个电极相 关联的同时符号相关脉冲的振幅，以至于在相对于多通道电极阵列的 给定位置处的总电势等于期望电势，该至少两个电极具有空间通道相 互作用。处理器被进一步配置为在所确定振幅的作用下激活该至少两 个电极，从而获得在给定位置处的期望电势。根据本发明的相关实施例，总电势等于来自每个同时符号相关脉 冲在给定位置处的合成电势的总和。每个所确定的振幅可以小于使用 连续交叉取样策略来激活在多通道电极中的电极从而获得在给定位置 处的期望电势所需要的脉冲振幅。使用符号相关脉冲来激活该至少两 个电极所需要的功率可以小于使用连续交叉取样策略来激活至少两个 电极从而获得期望电势所需要的功率。在本发明的又一方面，耳蜗赝复器系统包括适用于植入的刺激器， 该刺激器包括具有单极电极配置的多通道电极阵列。处理器被操作地 连接到刺激器。处理器被配置为确定具有顺序刺激序列脉冲率和顺序 刺激序列平均脉冲振幅的顺序刺激序列，以至于在相对于多通道电极 阵列的给定位置处产生期望电势。此外，处理器使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿，将顺序刺激序列转换为通道相互作用(CI) 序列，该CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，该CI序列用于 在给定位置处产生基本上等于期望电势的合成电势。根据本发明的相关实施例，处理器可以被配置为在CI序列的作用 下同时地激活多通道电极阵列的至少两个电极，从而获得在给定位置处的期望电势。CI序列的平均脉冲振幅可以小于顺序刺激序列的平均 脉冲振幅。CI序列需要的刺激功率可以小于顺序刺激序列需要的刺激 功率。顺序刺激序列和CI序列可以包括对称双相电流脉冲。CI脉冲率 可以基本上等于顺序刺激序列脉冲率，以至于CI序列包括脉冲之间的 时间间隙。处理器可以被进一步配置为增加CI脉冲率，其中，减少在 脉冲之间的时间间隙。处理器可以被进一步配置为减少CI序列的脉冲振幅，同时增加脉冲相位持续时间，以至于每个脉冲的电荷基本上不 变，其中，减少脉冲之间的时间间隙。顺序刺激序列可以是连续交叉取样(CIS)序列。在本发明的另一方面，刺激系统包括刺激器，该刺激器包括具有 单极电极配置的多通道电极阵列。处理器被操作地连接到刺激器。处 理器被配置为使用连续符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互作用(CI)序列，该CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅。 该CI序列用于在相对于多通道阵列的给定位置处产生基本上等于期望电势的合成电势。根据本发明的相关实施例，刺激器可以适用于植入，并且可以是耳蜗植入器的一部分。处理器可以被配置为在CI序列的作用下同时地激活多通道电极阵列的至少两个电极，从而获得在给定位置处的期望电势。CI序列可以包括对称双相电流脉冲。根据本发明的另外相关实施例，CI序列可以包括在脉冲之间的时 间间隙。处理器可以被进一步配置为增加CI脉冲率，以至于减少在脉
冲之间的时间间隙。处理器可以被进一步配置为减少CI序列的脉冲振 幅，同时增加脉冲相位持续时间，以至于每个脉冲的电荷基本上保持 不变，并且减少在脉冲之间的时间间隙。在本发明的又一些方面，刺激系统包括刺激器，该刺激器包括具 有单极电极配置的多通道电极。控制装置控制该刺激器。控制装置使 用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互作用(CI) 序列。CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，并且产生基本上等 于在相对于多通道阵列的给定位置处的期望电势的合成电势。根据本发明的相关实施例，刺激器适用于植入，并且可以是耳蜗植入器的部分。控制装置可以在CI序列的作用下同时地激活多通道电 极阵列的至少两个电极，从而获得在给定位置处的期望电势。CI序列包括对称双相电流脉冲。根据本发明的另外相关实施例，CI序列可以包括在脉冲之间的时 间间隙。控制装置可以增加CI脉冲率，以至于减少了在脉冲之间的时 间间隙。控制装置可以被进一步配置为减少CI序列的脉冲振幅，同时增加脉冲相位持续时间，以至于每个脉冲的电荷基本上保持不变，并 且减少在脉冲之间的时间间隙。在本发明的又一方面，提供计算机程序产品，用于同时地激活在 具有单极电极配置的多通道电极阵列中的电极。计算机程序产品包括计算机可用介质，该计算机可用介质上具有计算机可读程序代码。计算机可读程序代码包括使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互作用(CI)序列的程序代码，该CI序列具有CI脉冲率 和CI平均脉冲振幅，并且该CI序列用于在相对于多通道阵列的给定位置处产生基本上等于期望电势的合成电势。根据另外相关的实施例，计算机程序产品进一步包括程序代码，
该程序代码用于在CI序列的作用下同时地激活多通道电极阵列的至少 两个电极，从而获得在给定位置处的期望电势。CI序列可以包括对称 双相电流脉冲。根据本发明的又一些实施例，CI序列包括在脉冲之间的时间间隙。 计算机产品可以进一步包括程序代码，这些程序代码用于增加CI脉冲 率。以至于减少在脉冲之间的时间间隙。计算机程序产品可以进一步包括用于减少CI序列的脉冲振幅，同 时增加脉冲相位持续时间的程序代码，以至于每个脉冲的电荷基本上 不变，并且减少在脉冲之间的时间间隙。


通过参考以下的详细描述和附图，本发明的前述特征将变得容易 理解，在这些附图中图1示出传统的耳蜗赝复器；图2示出在12通道耳蜗植入器中使用的单极电极配置的框图； 图3示出图2的电极配置的简化集总元件模型；图4示出当刺激脉冲的一个相位被抽出时的图2的电流和电压的细节。图5(a)示出由于两个顺序地施加的相等振幅的刺激脉冲所导致的 两个(标准化)鼓阶；图5(b)示出根据本发明的实施例，由于同时施加的两个CIC刺激 脉冲所导致的两个(标准化)鼓阶电势；图6(a)示出在传统CIS中的顺序脉冲；图6(b)示出根据本发明的实施例的在CI序列中的同时脉冲； 图6(c)示出根据本发明的实施例的具有增加的脉冲相位持续时间 的图6(b)的CI序列；图7示出根据本发明的实施例的增加刺激信息率的方法；以及图8示出根据本发明的实施例的减少刺激功率和电压要求的方法。
具体实施方式
在描述性的实施例中，提出了用于同时地激活在多通道电极阵列 中的电极的系统和方法。同时刺激序列包括在脉冲之间的时间间隙， 该同时刺激序列例如具有同时符号相关的脉冲和通道相互作用补偿的 通道相互作用(CI)序列。CI序列可以例如基于顺序刺激序列，以至 于CI脉冲率基本上等于顺序刺激序列脉冲率。为了实现"精细结构策 略"，通过用另外的脉冲填充脉冲之间的时间间隙来增加CI脉冲率， 从而增加信息率。在其他实施例中，CI序列的脉冲振幅可以被减少， 而不增加每秒的脉冲数，允许标准顺序刺激策略的低功率和低电压执 行。以下讨论了描述性实施例的细节。同时仿真参考图3,基于两个或多个通道的同时刺激，来减少跨过界面阻抗 Zj的电压降。如下所述，如果同时地刺激两个或多个电极，则可以开发空间通道相互作用的效果。a.空间通道相互作用当激活不同的刺激电极(位于鼓阶中)并且在易兴奋神经组织的 位置处具有电场的可观的几何交迭时，则发生空间通道交互作用。因 此，如果刺激了不同的电极，则激活了相同的神经元。相对于远程接 地电极，激活特定电极(单极刺激)导致了在鼓阶中的电势，该电势 可以利用在电极的两侧处的两个衰减指数来粗略描述，并且空间常数 (在人类中)典型地为A^10mm。在CIS策略中，通过采用时间上没有交迭(交叉取样)的脉冲， 来减少空间通道相互作用的影响。这里在鼓阶中的电导率导致在易兴 奋组织的部位处的电场的可观的扩展和散焦。然而，如果考虑相对于 远程接地电极，对于两个或多个电极的不相关同时刺激，则发生另外 的效果。这里，电导率表示在激活电极之间的分流电导，其通常导致了在神经元的位置处的电场的建设性和破坏性的叠加的混合。例如， 如果两个同时刺激通道产生具有相等振幅但是不同符号的电流，大部分电流将流过分流电导并且不到达预期(intended)的神经元。b. 符号相关脉冲本发明的优选实施例使用相对于远程参考电极，对于鼓阶中的两 个或多个电极的同时激活(单极电极配置)。此外，所有脉冲是精确 地同时的，也就是，正脉冲相位和负脉冲相位分别地在相同的时间开 始和停止。此外，所有同时的相位具有相同的符号。如在这里使用的， 这样的同时脉冲被指定为"符号相关"的脉冲。采用符号相关脉冲确保单个刺激电流的总和总是流过参考电极。 因此，在易兴奋神经元的部位处，仅仅发生电流的建设性的叠加。c. 通道相互作用补偿(CIC)如在美国专利No.6，594,525中所述的"通道相互作用补偿(CIC)" 被用来将一组顺序振幅转换为一组同时振幅，从而在激活的电极的位 置处的鼓阶中的电势是不变的。在图5(a-b)中示出使用电极的例子。图 5(a)(现有技术)示出由于顺序施加的两个相等振幅的刺激脉冲所导致 的两个(标准化)鼓阶电势。在激活电极之间的距离是12mm。每个电 势分布示出在两侧处的X40mm的指数性衰减。图5(b)示出根据本发明 的实施例的如果同时施加两个刺激脉冲并且在已经使用CIC调节振幅 之后的合成电势(实线)。注意，在电极的位置处的峰电位与上面的 图比较起来还没有被改变。这个曲线是两个单个电势(虚线)的叠加 的结果。关于单个电势的最大振幅，很清楚它们相比于图5(a)的电势被 减少。在这个例子中，减少了23%。刺激功率的减少a.使用同时刺激的刺激功率的减少作为CIC的通常特征，通过考虑到空间通道相互作用，减少了刺激脉冲振幅。因此，结合CIC使用同时刺激的任何刺激策略，如果与 每秒使用相同数量的刺激脉冲的标准CIS相比，则导致刺激功率的平 均减少。平均减少的量取决于多个参数，例如同时使用的通道的数量、 这些通道之间的距离或空间衰减常数。平均减少的量也取决于用作CIC的输入的顺序振幅的概率分布。返回参考图5(a-b)所示的例子，与刺激 振幅的减少成比例地减少功耗，也就是减少了 23%。然而，两个相同 的顺序振幅的情况表示与节电效果有关的"最佳情况"。如果两个顺 序振幅之一为零，则发生"最差情况"。然后，CIC不改变这些振幅， 由此没有节电。例如，考虑6通道耳蜗内电极阵列，其中在相邻电极之间的距离 是4mm 。在标准的CIS模式中驱动，脉冲例如根据图 案…(1)(2)(3)(4)(5)(6)(1)(2)…严格地顺序发生，如图6(a)所示。根据本 发明的实施例，在图6(b)中示出基于CIC的系统。在图6(b)中，发生 同时符号相关脉冲。更具体地，三个电极对(1,4) 、 (2,5)禾卩(3，6) 的每个是同时的，遵照该图案，并且没有...(1,4)(2,5)(3,6)(1,4)...的限制。 衰减常数可以是例如人40mm。图5(b)表示这样的电极对的一个例子。 假设两个系统每秒使用了相同数量的刺激脉冲，并且两个系统都使用 了相同的植入电源电压，可以预期刺激功率平均减少的比率在大约 15-20%的范围内。b.通过使用更长脉冲的减少如图6b所示，施加同时脉冲在同时脉冲的对之间引入间隙。在非 限制性地同时使用两个脉冲的情况下，根据本发明的实施例，如图6(c) 所示，可以通过将相位持续时间加倍来关闭该间隙。对于每个相位的 相等电荷，刺激振幅可以被减少了因子2。对于N个同时脉冲，可以将 顺序脉冲的相位持续时间乘以N，并且对于每个相的相等电荷，可以将 振幅除以因子N。可以采用这样的振幅减少，用于减少植入器电源Vcc， 也就是，可以将植入器电源除以N。由于每个相位的相等电荷被用于具 有较短相位的同时脉冲，所以将与植入器电源电压和平均刺激振幅的
乘积成比例的全部刺激功率减少因子N。尤其对于完全可以植入的耳蜗植入器(TICI)来说，刺激功率的 减少和植入器电源电压的减少表示本质的优点。而低功耗是相对于 TICI中的有限电源的通常优点，对于低电压刺激策略具有特别的兴趣， 其中，刺激在小到Vcc^3V的非常低的植入器电源电压处运行。在当今 的耳蜗植入器中，植入器电源电压典型地为大约VCC=5-6V。如果采用 了低电压刺激策略，则可以直接地使用由可再充电的电池产生的电压。 例如，使用锂钴氧化物(LiCo02)的锂聚合物二次电池产生3.65V。这 样的电源电压对于标准CIS策略的实现来说是不够的。因此，需要电 压加倍或相似的电路，并且这样的电路大大增加了 TICI的尺寸和功耗。在本发明的说明性实施例中，可以采用结合CIC，使用符号相关 脉冲来施加同时刺激的方法，来例如在采用"精细结构"刺激策略中 增加信息率。图7示出根据本发明的多个实施例的增加刺激信息率的 方法。可以利用刺激系统来非限制性地执行该方法，该刺激系统包括 具有多通道电极阵列107的刺激器105，该多通道电极阵列107使用单 极电极配置；以及控制器，例如用于控制刺激器105的处理器101，如 图1所示。控制器可以非限制性地包括多个电路，和/或存储器，并 且被适当地预编程或配置为加载有适当的程序。存储器可以包括例如 软盘、固定盘、压縮盘(CD)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程 只读存储器(EPROM)和/或随机存取存储器(RAM)。如图1所示， 系统的多个部分可以是可植入的，并且可以是刺激听神经的耳蜗植入 器的一部分。在图7的步骤702，控制器使用同时符号相关脉冲和通道相互作用 补偿，来确定通道相互作用(CI)序列。如前所述，CI序列具有CI脉 冲率和CI平均脉冲振幅，以及在相对于多通道阵列的给定位置处产生 基本上等于期望电势的合成电势。
在本发明的多个实施例中，控制器通过确定顺序刺激序列来确定 CI序列，该顺序刺激序列例如CIS序列，具有顺序刺激序列脉冲率和 顺序刺激序列平均脉冲振幅，用于在相对于多通道电极阵列的给定位 置处产生期望电势。然后，控制器将顺序刺激序列转换为通道相互作用(CI)序列，该通道相互作用(CI)序列使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿，从而产生基本上等于在给定位置处的期望电势的合成电势。如上指出，在将同时CI脉冲进行相加从而产生期望电势时， CI脉冲振幅的每一个典型地小于使用顺序刺激序列来激活多通道电极阵列中的电极所需要的振幅。这样的转换后的CI序列，或最初确定的CI序列，可以包括在脉 冲之间的时间间隙。这可以有利地例如通过增加CI脉冲率以至于减少 脉冲之间的时间间隙来由控制器利用，如图7的步骤704所示。增加 的刺激率允许执行精细结构刺激策略，如前所述。基于CI序列，然后 控制器在所确定的CI脉冲振幅的作用下激活至少两个电极，从而经由 空间通道相互作用获得在给定位置处的期望电势。如上所述，在多个实施例中，可以有利地使用在脉冲之间的时间 间隙，来允许标准CIS刺激策略的低功率和低电压实现。图8示出根 据本发明的多个实施例的减少刺激功率和电压需求的方法。在图8的 步骤802中，与图7中的步骤703相似，控制器使用同时符号相关脉 冲和通道相互作用补偿，来确定通道相互作用(CI)序列。在图8的 步骤804中，在增加脉冲相位持续时间的同时，减少CI序列的脉冲振 幅，以至于每个脉冲的电荷基本上不变，并且减少在脉冲之间的时间 间隙。在多个实施例中，所公开的方法可以被实现为与计算机系统一起 使用的计算机程序产品。这样的实现可以包括一系列指令，该一系列指令被固定在有形介质例如计算机可读介质(例如软盘、CD-ROM、 ROM或硬盘)上；或者该一系列指令，经由调制解调器或其他接口装 置例如连接到介质上的网络的通信适配器，可以被传输到计算机系统。 介质可以是有形介质(例如光学或模拟通信线)，或利用无线技术实 现的介质(例如微波、红外或其他传输技术)。该计算机指令系列实 现与系统相关的在这里之前所述的功能性的全部或部分。本领域技术 人员将知道，可以以很多种编程语言来编写这样的计算机指令，用于 和很多计算机功能结构或操作系统来一起使用。此外，这样的指令可 以被存储在任何存储装置中，例如半导体、磁性、光学或其他存储装 置，并且可以使用任何通信技术来进行传输，该任何通信技术例如光 学、红外、微波或其他传输技术。预期这样的计算机程序产品可以被 分布为附有印刷的或电子文档的可移除介质(例如紧縮套装软件(shrink wrapped software))，利用计算机系统进行预载(例如在系统 ROM或硬盘上)，或者从网络(例如互联网或环球网)上的服务器或 电子公告牌进行分发。虽然已经公开了本发明的多个示例性实施例，对于本领域技术人 员明显可以做出获得本发明的一些优点的改变和修改，而不偏离本发 明的真实范围。这些和其他明显的修改意图被所附权利要求覆盖到。
权利要求
1.一种耳蜗赝复器系统，包括刺激器，适用于植入，该刺激器包括具有单极电极配置的多通道电极阵列；处理器，被操作地连接到所述刺激器，所述处理器被配置为确定具有顺序刺激序列脉冲率和顺序刺激序列平均脉冲振幅的顺序刺激序列，所述顺序刺激序列用于在相对于所述多通道电极阵列的给定位置处产生期望电势；使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿，将所述顺序刺激序列转换为通道相互作用(CI)序列，所述CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，所述CI序列用于产生基本上等于在给定位置处的期望电势的合成电势，所述CI脉冲率基本上等于所述顺序刺激序列脉冲率，以至于所述CI序列包括在脉冲之间的时间间隙；以及在增加脉冲相位持续时间的同时，减少所述CI序列的脉冲振幅，以至于每个脉冲的电荷保持基本不变，其中减少脉冲之间的时间间隙。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器被配置为在所 述CI序列的作用下同时地激活所述多通道电极阵列的至少两个电极， 从而获得在所述给定位置处的所述期望电势。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述CI序列的平均脉冲 振幅小于所述顺序刺激序列的平均脉冲振幅。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述CI序列需要的刺激 功率小于所述顺序刺激序列需要的刺激功率。
5. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述顺序刺激序列和所述 CI序列包括对称双相电流脉冲。
6. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述顺序刺激序列是连续 交叉取样(CIS)序列。
7. —种耳蜗赝复器系统，包括刺激器，适用于植入，所述刺激器包括具有单极电极配置的多通 道电极阵列；处理器，被操作地连接到所述刺激器，所述刺激器被配置为 确定具有顺序刺激序列脉冲率和顺序刺激序列平均脉冲振幅的顺 序刺激序列，所述顺序刺激序列用于在相对于所述多通道电极阵列的 给定位置处产生期望电势；使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿，将所述顺序刺激序 列转换为通道相互作用(CI)序列，所述CI序列具有CI脉冲率和CI 平均脉冲振幅，所述CI序列用于在所述给定位置处产生基本上等于期 望电势的合成电势，所述CI脉冲率基本上等于所述顺序刺激序列脉冲率，以至于所述CI序列包括在脉冲之间的时间间隙；以及增加所述CI脉冲率，其中，减少脉冲之间的时间间隙。
8. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述处理器被配置为在所 述CI序列的作用下同时地激活所述多通道电极阵列的至少两个电极， 从而获得在所述给定位置处的期望电势。
9. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述CI序列的平均脉冲 振幅小于所述顺序刺激序列的平均脉冲振幅。
10. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述CI序列需要的刺激 功率小于所述顺序刺激序列需要的刺激功率。
11. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述顺序刺激序列和CI 序列包括对称双相电流脉冲。
12. 根据权利要求7所述的系统，其中，所述顺序刺激序列是连续交叉取样(CIS)序列。
13. —种刺激系统，包括刺激器，包括具有单极电极配置的多通道电极阵列； 处理器，被操作地连接到所述刺激器，所述处理器被配置为使用 同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互作用(CI)序 列，所述CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，所述CI序列用 于产生基本上等于在相对于所述多通道阵列的给定位置处的期望电势 的合成电势，所述CI序列包括脉冲之间的时间间隙，其中，所述处理器被进一步配置为在增加脉冲相位持续时间的同 时，减少所述CI序列的脉冲振幅，以至于每个脉冲的电荷基本上保持 不变，并且减少在脉冲之间的时间间隙。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述刺激器是耳蜗植入 器的一部分。
15. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理器被配置为在 所述CI序列的作用下激活所述多通道电极阵列的至少两个电极，从而 获得在所述给定位置处的期望电势。
16. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述CI序列包括对称 双相电流脉冲。
17. —种刺激系统，包括刺激器，包括具有单极电极配置的多通道电极阵列； 处理器，被操作地连接到所述刺激器，所述处理器被配置为使用 同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互作用(CI)序 列，所述CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，所述CI序列用 于在相对于所述多通道阵列的给定位置处产生基本上等于期望电势的 合成电势，所述CI序列包括在脉冲之间的时间间隙，其中，所述处理器被进一步配置为增加所述CI脉冲率，以至于减 少在脉冲之间的时间间隙。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述刺激器是耳蜗植入 器的一部分。
19. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器被配置为在 所述CI序列的作用下同时地激活所述多通道电极阵列的至少两个电 极，从而获得在所述给定位置处的期望电势。
20. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述CI序列包括对称 双相电流脉冲。
21. —种用于同时地激活在具有单极电极配置的多通道电极阵列 中的电极的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可用介 质，所述计算机可用介质上具有计算机可读程序代码，所述计算机可 读程序代码包括用于使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互 作用(CI)序列的程序代码，所述CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉 冲振幅，所述CI序列用于在相对于所述多通道阵列的给定位置处产生 基本上等于期望电势的合成电势，所述CI序列包括脉冲之间的时间间 隙；以及用于在增加脉冲相位持续时间的同时，减少所述CI序列的脉冲振 幅的程序代码，以至于每个脉冲的电荷基本上保持不变，并且减少在 脉冲之间的时间间隙。
22. 根据权利要求21所述的计算机程序产品，进一步包括程序代 码，该程序代码用于在所述CI序列的作用下同时地激活所述多通道电 极阵列的至少两个电极，从而获得在所述给定位置处的期望电势。
23. —种用于同时地激活具有单极电极配置的多通道电极阵列中 的电极的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可用介质， 所述计算机可用介质上具有计算机可读程序代码，所述计算机可读程 序代码包括用于使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互 作用(CI)序列的程序代码，所述CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，所述CI序列用于在相对于所述多通道阵列的给定位置处产生 基本上等于期望电势的合成电势，所述CI序列包括脉冲之间的时间间 隙；以及用于增加CI脉冲率以至于减少脉冲之间的时间间隙的程序代码。
24. 根据权利要求21所述的计算机程序产品，进一步包括程序代 码，该程序代码用于在所述CI序列的作用下同时地激活所述多通道电 极阵列的至少两个电极，从而获得在所述给定位置处的期望电势。
25. —种用于同时地激活在具有单极电极配置的多通道电极阵列 中的电极的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可用介 质，所述计算机可用介质上具有计算机可读程序代码，所述计算机可 读程序代码包括用于确定具有顺序刺激序列脉冲率和顺序刺激序列平均脉冲振幅 的顺序刺激序列的程序代码，所述顺序刺激序列用于在相对于所述多 通道电极阵列的给定位置处产生期望电势；用于使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来将所述顺序刺 激序列转换为通道相互作用(CI)序列的程序代码，所述CI序列具有 CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，所述CI序列用于在所述给定位置处产 生基本上等于期望电势的合成电势，所述CI脉冲率基本上等于顺序刺 激序列脉冲率，以至于所述CI序列包括脉冲之间的时间间隙；以及用于在增加脉冲相位持续时间的同时，减少所述CI序列的脉冲振 幅的程序代码，以至于每个脉冲的电荷基本保持不变，其中，减少在脉冲之间的时间间隙。
26. 根据权利要求25所述的计算机程序产品，进一步包括程序代 码，所述程序代码用于在所述CI序列的作用下同时地激活所述多通道 电极阵列的至少两个电极，从而获得在所述给定位置处的期望电势。
27. —种用于同时地激活在具有单极电极配置的多通道电极阵列 中的电极的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机可用介 质，所述计算机可用介质上有计算机可读程序代码，所述计算机可读 程序代码包括用于确定具有顺序刺激序列脉冲率和顺序刺激序列平均脉冲振幅 的顺序剌激序列的程序代码，所述顺序刺激序列用于在相对于所述多通道电极阵列的给定位置处产生期望电势；用于使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来将所述顺序刺 激序列转换为通道相互作用(CI)序列的程序代码，所述CI序列具有ci脉冲率和CI平均脉冲振幅，所述CI序列用于在所述给定位置处产 生基本上等于期望电势的合成电势，所述CI脉冲率基本上等于顺序刺 激序列脉冲率，以至于所述CI序列包括脉冲之间的时间间隙；以及 用于增加所述CI脉冲率的程序代码，其中，减少在脉冲之间的时间间隙。
28. 根据权利要求27所述的计算机程序产品，进一步包括程序代 码，所述程度代码用于在所述CI序列的作用下同时地激活所述多通道 电极阵列的至少两个电极，从而获得在所述给定位置处的期望电势。
全文摘要
刺激系统包括刺激器，刺激器具有使用单极电极配置的多通道电极。处理器被操作地连接到刺激器。处理器被配置为使用同时符号相关脉冲和通道相互作用补偿来确定通道相互作用(CI)序列。CI序列具有CI脉冲率和CI平均脉冲振幅，以及产生基本上等于相对于多通道阵列的给定位置处的期望电势的合成电势。CI序列可以包括脉冲之间的时间间隙，其中处理器可以被配置为增加CI脉冲率，以至于减少脉冲之间的时间间隙。此外，处理器可以被配置为减少CI序列的脉冲振幅，同时增加脉冲相位持续时间，以至于每个脉冲的电荷基本上保持不变，并且减少脉冲之间的时间间隙。
文档编号A61N1/36GK101160151SQ200680011463
公开日2008年4月9日 申请日期2006年4月6日 优先权日2005年4月7日
发明者克莱门斯·M·齐尔霍费尔 申请人:Med-El电气医疗器械有限公司