听力植入物中的瞬变声音的减小的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求于2012年8月27日提交的美国临时专利申请61/693, 356的优先权， 其通过引用并入本文。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种诸如耳蜗植入物的听力植入物系统，并且具体地涉及在其中使用 的信号处理。
【背景技术】
[0003] 正常耳朵像图1中所示出的那样通过外耳101向鼓膜（耳膜）102发送声音，所述 鼓膜102移动中耳103的骨头（锤骨、砧骨以及镫骨）使耳蜗104的卵圆窗和圆窗开口振 动。耳蜗104是螺旋地缠绕其轴以得到大约两个半匝的窄长管。它包括通过耳蜗管连接的 称为前庭阶的上部通道和称为鼓室阶的下部通道。耳蜗104形成声神经113的螺旋神经节 细胞所驻留在的具有称作蜗轴的中心的立式螺旋锥。响应于接收到的由中耳103发送的声 音，充液耳蜗104用作换能器以生成被发送到耳蜗神经113并且最终到大脑的电脉冲。
[0004] 当在沿着耳蜗104的神经基质将外部声音换能成有意义的动作电位的能力方面 存在问题时听力受损。为了改进受损听力，已开发了听觉假体。例如，当损伤与中耳103 的操作有关时，常规的助听器可以被用来以放大声音的形式提供到听觉系统的声-机械刺 激。或者当损伤与耳蜗104相关联时，具有植入刺激电极的耳蜗植入物能够采用通过沿着 电极分布的多个电极触点所递送的小电流来电刺激听觉神经组织。
[0005] 图1还示出了典型的耳蜗植入物系统的一些部件，所述耳蜗植入物系统包括将音 频信号输入提供给其中能够实现各种信号处理方案的外部信号处理器111的外部麦克风。 经处理的信号然后被转换成数字数据格式，诸如数据帧的序列，以用于发送到植入物108 中。除接收经处理的音频信息之外，植入物108还执行诸如误差校正、脉冲形成等的附加的 信号处理，并且产生通过电极引线109发送到植入电极阵列110的刺激方式（基于所提取 的音频信息）。通常，这个电极阵列110在其表面上包括提供耳蜗104的选择性刺激的多个 电极。
[0006] 现今在耳蜗植入物中，相对少量的电极各自与相对较广的频带相关联，其中每个 电极通过刺激脉冲对一组神经细胞寻址，所述刺激脉冲的电荷是从包络在该频带内的即时 振幅得到的。在一些编码策略中，以恒定速率跨越所有电极施加刺激脉冲，而在其它编码策 略中，以电极特定速率施加刺激脉冲。
[0007] 能够实现各种信号处理方案来产生电刺激信号。在耳蜗植入物的领域内众所周知 的信号处理方法包括连续交错采样（CIS)数字信号处理、信道特定采样序列（CSSS)数字信 号处理（如通过引用并入本文的美国专利No. 6, 348, 070中所描述的）、谱峰（SPEAK)数字 信号处理以及压缩模拟（CA)信号处理。例如，在CIS方法中，语音处理器的信号处理涉及 以下步骤：
[0008] (1)借助于滤波器组将音频频率范围分解成光谱带，
[0009] (2)每个滤波器输出信号的包络检测，
[0010] (3)包络信号的即时非线性压缩（映射定律）。
[0011] 根据耳蜗的拓扑组织，鼓室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。为了刺激，施加了对称二相性电流脉冲。模拟脉冲的振幅是从经压缩的包络信号直接 获得的。这些信号被顺序地采样，并且以严格地非重叠顺序施加刺激脉冲。因此，作为典型 的CSI特征，仅一个刺激信道同时活动并且总体刺激速率是比较高的。例如，假定18kpps的 总体刺激速率和12信道滤波器组，每个信道的刺激速率是I. 5kpps。每个信道的这样的刺 激速率通常对于包络信号的适当时间表示是足够的。最大总体刺激速率受每个脉冲的最小 相位持续时间限制。不能够将相位持续时间选取为任意短，因为脉冲越短，电流振幅必须越 高以将在神经细胞中引出动作电位，并且电流振幅由于各种实际原因而受限。对于ISkpps 的总体刺激，相位持续时间是27 μ s，其接近下限。CIS带通滤波器的每个输出在带通滤波 器的通过包络信号调制的中心频率下约略地可以被认为是正弦波。这是由于滤波器的品质 因数（Q~ 3)而导致的。在浊音语音段情况下，这个包络是近似周期性的，并且重复率等于 音调频率。
[0012] 在现有CIS策略中，仅包络信号被用于进一步处理，即，它们包含整个刺激信息。 对于每个信道，包络被以恒定重复率表示为二相性脉冲的序列。CIS的特有特征是该重复率 (通常为1.5kpps)对于所有信道来说相等并且不与单独信道的中心频率有关。意图是，重 复率对于患者来说不是时间线索，g卩，它应该足够高，使得患者不感知到具有等于重复率的 频率的音调。重复率通常被选取在大于包络信号的带宽的两倍（奈奎斯特定理）。
[0013] 发送精密时间结构信息的另一耳蜗植入刺激策略是通过Med-El的精密结构处 理（FSP)策略。经带通滤波的时间信号的零交叉被跟踪，并且在每个负到正零交叉处开 始信道特定采样序列（CSSS)。通常仅在前一个或两个最顶端信道上施加覆盖多达200Hz 或 330Hz 的频率范围的 SSS 序列。在 Hochmair I, Nopp P, Jolly C, Schmidt Μ, Schdfier H, Garnham C, Anderson I, MED-EL耳蜗植入物：State of the Art and a Glimpse into the Future, Trends in Amplification,第 10 卷，201-219, 2006 中进一步描述了 FSP 装置，其 通过引用并入本文。
[0014] 图2示出了现有耳蜗植入物（Cl)系统典型的信号处理装置中的主要功能块，其中 包含刺激定时和振幅信息的带通信号被分配给刺激电极。预处理器滤波器组201预处理初 始声学音频信号，例如，自动增益控制、噪声减小等。预处理器滤波器组201中的每个带通 滤波器与音频频率的特定带相关联，使得声学音频信号被滤波成一些N个带通信号&至~， 其中每个信号对应于带通滤波器中的一个的频带。
[0015] 带通信号&至B屑输入到刺激脉冲发生器202,所述刺激脉冲发生器202将信号 特定刺激信息（例如，包络信息、相位信息、请求刺激时间的定时等）提取成一组N个刺激 事件?目号Sjlj SN，其表不电极特定请求刺激事件。例如，彳目道特定米样序列（CSSS)可以用 作如美国专利6, 594, 525中所描述的那样，其通过引用并入本文。
[0016] 脉冲映射模块203对每个带通包络的振幅应用非线性映射函数（通常为对数的）。 该映射函数通常适于单独CI用户在植入物的装配期间的需要以便实现自然响度增长。这 可以具有特定形式的函数，所述函数被应用于反映患者特定感知特性的每个请求刺激事件 信号3 1至S N以产生提供声信号的最佳电表示的一组电极刺激信号A 1至A M。
[0017] 脉冲映射模块203控制响度映射函数。电脉冲的振幅是从所分配的带通滤波器输 出的包络得到的。通常可以如响度映射函数那样对刺激事件信号31至S 用具有形状因 数C的对数函数，所述响度映射函数通常跨越所有带通分析信道都是相同的。在不同的系 统中，可以使用除对数函数以外的不同的特定响度映射函数，但是仍然对所有信道应用仅 一个相同的函数以产生从脉冲映射模块203输出的电极刺激信号&至A m。
[0018] 患者特定刺激通过脉冲整形器204中的单独振幅映射和脉冲形状定义来实现，所 述脉冲整形器204将该组电极刺激信号&至A M发展成刺激相邻神经组织的植入电极阵列 中的电极的一组输出电极脉冲E1至E M。
[0019] 背景噪声削弱了助听器和耳蜗植入用户的语音可懂度。根据Hernandez 等人，An Assessment Of Everyday Noises And Their Annoyance,Hearing Review, 2006, 13(7)，16-20(通过引用并入本文），可感觉背景噪声的33%由诸如计算机 击键、使劲关上门、盘咔嗒声等的瞬变声音形成，其中的全部都是讨厌的并且减小收听舒 适（同样见，德国专利DE 102005043314)。诸如来自Unitron Connect的AntiShock和 来自Siemenshave的SoundSmoothing的现有助听器中的瞬变噪声减小算法已发现为在收 听体验上产生改进。见通过引用并入本文、如doi:10. 1044/1059-0889(2011/10-0007)于 2011 年9月 22 日首次公布的DiGiovanni 等人，Effects of Transient-Noise Reduction Algorithms on Speech Intelligibility and Ratings of Hearing Aid Users，American Journal of Audiology。瞬变噪声减小也是其它应用所探寻的。例如，可以通过减小在轮 胎击中障碍时创建的瞬变道路噪声来改进汽车乘客的声音质量。见通过引用并入本文的美 国专利7, 725, 315。同样地，在渲染音频数据的高端音频设备中，修改像鼓锤击打鼓这样的 瞬变特征的可能性期望满足音乐收听方面的不同个体偏好。见通过引用并入本文的美国专 利 7, 353, 169。
[0020] 在现有耳蜗植入物中，当发生密集瞬变时双前端自动增益控制（AGC)的并入改进 性能。见例如通过引用并入本文的Stdbich等人，Influence of Automatic Gain Control Parameter Settings on Speech Understanding of Cochlear Implant Users Employing the Continuous Interleaved Sampling Strategy, Ear&Hearing, 1999, 20, 104-116。然而 AGC增益的周期太长而不能在瞬变开始时开始减小并且减小的量是不足够的。
[0021] 瞬变信号由声音信号的快速且陡峭的上升包络来表征。因此在瞬变的发生期间， 包络在短时间间隔内有高得多的值。在德国专利DE102005043314中，考虑了声音信号的包 络的陡度和/或振幅。如果这些值中的一个或两者超过特定阈值，则声音信号衰减。
[0022] 在欧洲专利EP 1371263(通过引用并入本文）中，声音信号被变换成频域内的K 个子信号。然后，对于每个子信号，计算了两个或三个子指标，其被用来将目前声音信号分 类成类别"稳态噪声"、"准稳态噪声"、"期望语音和音乐"以及"瞬变噪声"。这些子指标分别 指代给定时间间隔期间的强度改变、调制频率以及信号的非常相似的强度的持续时间。根 据经分类的类别，计算了增益函数，其被用来在经分类的类别"稳态噪声"或"准稳态噪声" 情况下增强SNR或者