耳蝸植入患者的預裝配評估的制作方法

技術領域

本發明涉及對用于耳蝸植入患者的潛在裝配技術的評估。

背景技術：

正常的耳朵如圖1所示地通過外耳101將聲音傳送到鼓膜(耳膜)102，鼓膜102移動中耳103的骨骼，中耳103又使耳蝸104的卵圓窗和圓窗開口振動。耳蝸104是繞著其軸線螺旋纏繞約兩匝半的狹長管。耳蝸104包括被稱為前庭階的上通道和被稱為鼓階的下通道，該上通道和下通道由耳蝸管連接。鼓階形成具有被稱為蝸軸的中心的直立螺旋錐體，聽神經113的螺旋神經節細胞處于該蝸軸中。響應于接收到由中耳104傳送的聲音，充液的耳蝸104充當換能器而生成被傳送到蝸神經113并最終傳送到大腦的電脈沖。當在將外部聲音沿著耳蝸104的神經基質轉換成有意義的作用電位的能力方面存在問題時，聽力就受損了。

在某些情況下，可以通過耳蝸植入物來解決聽力損傷，該耳蝸植入物利用由沿著植入電極分布的多個電極觸點輸送的小電流來對聽神經組織進行電刺激。圖1示出了典型耳蝸植入系統的某些部件，其中，外部麥克風向外部信號處理級111提供音頻信號輸入，該外部信號處理級111實現各種已知信號處理方案中的一種。已處理的信號被外部信號處理級111換換成數字數據格式，例如數據幀序列，以便發送到植入物殼體108中的接收機處理器。除了提取音頻信息之外，植入物殼體108中的接收機處理器可以執行另外的信號處理，例如糾錯、脈沖形成等，并產生通過電極引線109中的導線發送到所植入的電極陣列110的刺激模式(基于所提取的音頻信息)。

電極陣列110通過被稱為耳蝸造口的手術開口而刺入耳蝸104中。電極陣列110具有在其外表面上的或者略微凹陷而低于其外表面的多個電極觸點112，以便向耳蝸104內的目標聽神經組織施加一個或多個電刺激信號。除了可能具有接地電極之外，從植入物殼體108行進至耳蝸造口開口的耳蝸外電極引線109通常不具有電觸點，并且其內含連接導線，該連接導線向電極陣列110上的電極觸點輸送電刺激信號。

在植入之后，需要在臨床裝配過程中針對每個特定患者調整該耳蝸植入系統。需要有在使用該植入系統的同時與患者的表現有關的信息，以針對該系統的性能或患者的體驗方面的任何差異來比較多個不同的處理算法和/或處理參數。此信息可以通過來自患者的反饋以主觀方式獲得和/或通過不同的客觀測量方法獲得。

技術實現要素：

本發明的實施例包括用于為耳蝸植入患者評估潛在的裝配過程的系統和方法。測試刺激發生器向耳蝸植入患者輸送處于給定的測試頻率下的測試刺激序列。該測試刺激序列包括抖動刺激時段和非抖動刺激時段，在該抖動刺激時段中，測試頻率由于抖動變化分量而變化，在該非抖動刺激時段中，測試頻率恒定而沒有抖動變化分量。反應測量模塊并行地測量耳蝸植入患者對所述測試刺激序列的至少兩個不同的反應。該反應測量模塊包括測量客觀電生理反應的客觀測量子模塊和測量主觀心理物理反應的主觀測量子模塊。相關性評估模塊評估所述不同的反應之間的相關性，以為耳蝸植入患者確定適當的裝配過程。

在進一步的特定實施例中，所述相關性評估模塊可以包括裝配過程選擇子模塊，當所述相關性被評估為“充分”時，該裝配過程選擇子模塊將客觀電物理裝配過程確定為所述適當的裝配過程。當所述相關性被評估為“不充分”時，該裝配過程選擇子模塊可進一步將主觀心理物理裝配過程確定為所述適當的裝配過程。

所述主觀測量子模塊具體地可以基于耳蝸植入患者對抖動變化分量的感知來測量所述主觀心理物理反應。由所述客觀反應子模塊測量的客觀電物理反應可以包括聽覺穩態反應(ASSR)，例如聲誘發ASSR(AASSR)和/或電誘發ASSR(EASSR)。并且，所述測試刺激發生器具體地可以將聲測試刺激序列和/或電測試刺激序列輸送給耳蝸植入患者。

所述測試刺激發生器可以在所有的抖動刺激時段內產生測試頻率的恒定變化量，或它可以在不同的抖動刺激時段之間改變測試頻率的變化量。所述測試刺激發生器可以提供具有一致的持續時間的刺激時段或具有不同持續時間的刺激時段，和/或所述測試刺激發生器可以提供持續時間相等的抖動刺激時段和非抖動刺激時段。

附圖說明

圖1示出了人耳的各種解剖結構和與之相關的典型耳蝸植入系統的部件。

圖2A-2B示出了有抖動分量(jitter component)和無抖動分量的正弦調幅測試刺激信號的頻譜。

圖3示出了根據本發明實施例的裝配評定系統中的各種操作模塊。

圖4示出了根據本發明實施例的裝配評定過程中的各種步驟。

圖5示出了用于抖動AASSR刺激序列的示例性波形。

圖6示出了用于包含抖動刺激時段和非抖動刺激時段的測試刺激序列的記錄測試信號的實例。

圖7示出了響應于抖動刺激時段和非抖動刺激時段的示意性EEG信號。

圖8示出了FFT測試分析的示例性波形。

圖9示出了ASSR與抖動音高率辨別(JRPD)之間的相關性的示例性示意圖。

具體實施方式

本發明的實施例針對基于諸如聽覺穩態反應(ASSR)測量的客觀電物理測量進行的已接收到耳蝸植入物的患者是否可以被裝配或者是否替代地基于現有技術的心理物理技術或其它客觀裝配方法來執行裝配的裝配前評估。可以排他地使用或者除了其它標準裝配方法之外還使用電物理裝配，例如基于ASSR的電物理裝配。裝配前測試向所述測試刺激添加抖動變化分量，然后評估患者的客觀ASSR與其對心理物理測量的多個同時的主觀反應之間的相關性。

在下文中，除非明確地有不同的規定，聽覺穩態反應ASSR可以是電誘發ASSR(EASSR)和聲誘發ASSR(AASSR)中的任一種或兩者。EASSR中的抖動變化(jitter variation)是指在多個單獨脈沖之間具有變化距離(時間)的刺激脈沖序列。AASSR中的抖動變化是指上文所解釋的測試調制頻率的變化。

在ASSR測量中，在施加周期性測試刺激信號的序列之后誘發了神經反應。在聲誘發ASSR(AASSR)中，該測試刺激信號可以是具有載波頻率f_c和調制頻率f_m的正弦調幅信號(SAM)。圖2A示出了用于這種SAM測試刺激信號的相應頻譜的示例，其中，載波頻率f_c確定耳蝸內的特定刺激位置，而調制頻率f_m(邊帶)確定未分辨諧波的情況下的頻道內的時間波動。圖2B示出了針對其中向調制測試頻率f_m中引入抖動分量的情況的相應AASSR頻譜。在電誘發ASSR(EASSR)中，植入電極陣列的有源電極觸點確定耳蝸內的特定刺激位置，并且所述測試刺激信號可以是具有調制測試頻率f_m的一定重復率的周期性脈沖序列。

當聽覺系統接收到這種測試刺激信號時，神經元反應信號被鎖定到測試頻率f_m，從而允許非常頻率特定的客觀測量。(參見例如Bahmerh和Baumann發表的Recording and Online Analysis of Auditory Steady State Responses(ASSR)in Matlab，J.Neurosci.Methods.，2010，187(1)：105-13；Picton等人發表的Potentials Evoked by the Sinusoidal Modulation of the Amplitude or Frequency of a Tone，J.Acoust.Soc.Am.，1987，82：165-78；Rees等人發表的Steady State Evoked Responses to Sinusoidally Amplitude-Modulated Sounds Recorded in Man，Hear Res.1986，23：123-33；Hofmann和Wouters發表的Electrically Evoked Auditory Steady State Responses in Cochlear Implant Users，J.Assoc.Res.Otolaryngol.2010 June，11(2)：267-82；上述文獻的全部內容通過引用的方式并入本文)。因此，本發明的實施例提供了用于確定諸如ASSR的客觀電生理測試與主觀心理物理測試之間的相關性的大小。

圖3示出了裝配評定系統中的各種操作模塊，并且圖4示出了根據本發明實施例的裝配評定過程中的各種步驟。裝配評定系統303包括測試刺激發生器304，其在步驟401中以給定的測試頻率向耳蝸植入患者301輸送測試刺激序列。來自測試刺激發生器304的該測試刺激序列包括使其中測試頻率由于抖動變化分量而改變的抖動刺激和其中測試頻率在沒有抖動變化分量的情況下恒定的非抖動刺激的交替的刺激時段。

針對每個裝配評定會話，由測試刺激發生器304產生的測試刺激序列的持續時間應足夠長，以適當地在測試人體中形成生理穩態反應，它通常約30秒。然而，該值取決于各種不同的參數，所以可以是患者特定的，因此，在15秒和60秒之間的任何值或甚至超過60秒的值都是可接受的。測試刺激發生器304具體地可以向耳蝸植入患者301輸送聲測試刺激序列和/或電測試刺激序列。圖5示出了用于抖動AASSR刺激序列的示例性波形。在各種特定實施例中，由測試刺激發生器304產生的抖動變化分量可以在所有抖動刺激時段期間產生測試頻率的恒定變化量，或者它可以在不同的抖動刺激時段期間改變測試頻率的變化量，并且高斯抖動變化分量可以具體包括從0.2至0.8的標準偏差，更具體地，從0.4至0.6的標準偏差。一個具體的測試刺激序列可以包括純抖動刺激時段、純非抖動刺激時段、或者抖動刺激時段和非抖動刺激時段的任何混合。

測試刺激發生器304可以提供具有一致的持續時間的刺激時段或者具有不同持續時間的刺激時段。有利的是使測試刺激發生器304提供具有相同持續時間的抖動刺激時段和非抖動刺激時段，使得耳蝸植入患者301的聽覺系統始終具有相同的時間以適應新的測試刺激序列。在要求可以相當容易地滿足的EASSR(但不是針對AASSR)的情況下，另外滿足另一附加要求可能是有利的。在圖5所示的抖動刺激時段中，豎直短劃線將抖動刺激時段內的多個全正弦波周期分開。各個全波周期的具體長度可以根據抖動變化分量的具體大小而改變。對AASSR有利的是使僅使用包括這種全波周期的變化模式，使得整個抖動刺激時段包含多個全波周期。

裝配評定系統303中的反應測量模塊305并行地測量耳蝸植入物對測試刺激序列的至少兩個不同的反應(步驟402)。反應測量模塊305包括客觀測量子模塊，其測量耳蝸植入患者301的客觀電生理反應(例如，聽覺穩態反應(ASSR)，例如聲誘發ASSR(AASSR)和/或電誘發ASSR(EASSR))；以及主觀測量子模塊，其測量耳蝸植入患者301的主觀心理物理反應(例如，基于耳蝸植入患者301對抖動變化分量的感知)。

相關性評估模塊306評估上述不同反應之間的相關性(步驟403)，以確定用于耳蝸植入患者301的適當裝配過程(步驟404)。為此，相關性評估模塊306可以包括裝配過程選擇子模塊，該裝配過程選擇子模塊在相關性被評估為“充分”時將客觀電物理裝配過程確定為所述適當的裝配過程。當相關性評估模塊306將相關性評估為“不充分”時，該裝配過程選擇子模塊可進一步將主觀心理物理裝配過程確定為所述適當的裝配過程。

重要的是，用包括多個抖動刺激時段和非抖動刺激時段的測試刺激序列來測試耳蝸植入患者以允許患者主觀地作出反應，并且在執行客觀電生理測量的同時指示檢測到抖動刺激時段。

對于ASSR信號測量，可以響應于聲學測試刺激聲源(在AASSR的情況下)或電測試刺激聲源(在EASSR的情況下的耳蝸植入電極觸點)來記錄腦電圖(EEG)信號。可以對分析窗口進行時移，以計算ASSR信號。可以使用例如在患者的頭皮和/或前額上的可植入或不可植入的記錄電極來測量EEG信號。圖6示出了用于包含抖動刺激時段和非抖動刺激時段的測試刺激序列的、作為記錄時間(ms)的函數的ASSR反應記錄的示例。

為了從所記錄的EEG信號中導出ASSR信號，可以用長度L來定義評估窗口，其中，L至少為時間T。如果抖動刺激時段和非抖動刺激時段兩者的長度L不相等，則該評估窗口的長度應至少是所述測試刺激序列內的最短的抖動/非抖動刺激時段的長度。圖7示出了其中該評估窗口橫跨4個抖動刺激時段/不抖動刺激時段的EEG信號。可以選擇該評估窗口使得所述EEG信號中的每個第二時段T被選擇用于進一步處理(特別地，如果測試刺激序列僅包括多個相同的非抖動刺激時段)。替代地，可以僅從所述信號中選擇單個刺激時段。然后，例如可以通過對濾波數據求平均、計算該平均數據的頻譜(例如，通過FFT)并然后導出在f_c-f_m或f_c+f_m下的FFT振幅來進一步處理用于所選擇的刺激時段的濾波數據。然后，可以將所述評估窗口時移(shifted in time)，重復進行上述評估程序。

圖8示出了作為時間的函數(對應于所述分析窗口的移位)的、用于模擬EASSR值(未歸一化)的FFT測試分析的示例性波形。豎線表示抖動刺激時段與非抖動刺激時段之間的變化。如圖8中可見，在測量到的ASSR信號中將存在局部最大值和局部最小值。局部最大值對應于當評估窗口處于其丟棄所有抖動刺激時段而使得僅采用非抖動刺激時段來求平均和進行FFT分析的位置時。類似地，局部最小值對應于當評估窗口處于其丟棄所有非抖動刺激時段的位置時。可以向該EEG信號的多個特定點且進一步向其中抖動刺激時段和非抖動刺激時段已改變的該測試刺激序列分配所述ASSR信號中的局部最大值和局部最小值的序列。因此，可以識別記錄的開始，其先前由于所述測試刺激序列與開始反應信號記錄之間的未知延遲而是未知的。該知識被用于此客觀電物理測量的結果與主觀心理物理測試的結果之間的比較。

在EASSR測量的特定情況下，還需要考慮刺激偽像的抵消。由Hoffman和Wouters發表的Electrically Evoked Auditory Steady State Responses in Cochlear Implant Users，J Assoc Res Otolaryngol.2010 June，11(2)：267-82以及由Hoffman和Wouters發表的Improved Electrically Evoked Auditory Steady-State Response Thresholds in Humans，J Assoc Res Otolaryngol.2012 Aug.，13(4)：573-89提出了幾種可能的方法；上述文獻通過引用的方式整體并入本文。

在與ASSR記錄并行地執行的主觀心理物理測試中，可以要求測試的患者區別抖動刺激時段和不抖動刺激時段(所感知的信號聲音不同)。患者報告其何時感測到抖動刺激時段發生，或者患者可以對抖動刺激時段的數目進行計數。一個可能測試場景可以如下：

●向測試人呈現具有不同音高的兩個非抖動音調。

●增加音高的差異，使得此人能夠可靠地辨別這兩個音高(例如，辨別率高于90％)。

●然后為上述測試刺激序列呈現抖動刺激時段，并且測試人必須表明他是否仍能夠辨別這兩個音調。替代地，測試人的任務可以是報告他/她已將這兩個音高中的哪一個感知為較高者。

●然后，為另一測試刺激序列呈現與先前的刺激流相比增加的抖動。

●所述測試刺激序列之間的中斷是可選的。

●各種其它心理物理測試也是可行的，這些僅是一部分示例。

在主觀心理物理測試中，被測試的患者通常必須提供所謂的抖動率音高辨別(JRPD)。圖9示出了表明JRPD以增加的標準偏差減小的一組實驗結果。隨后，ASSR和JRPD的值被歸一化(例如，使最大和最小ASSR值之間的距離為1，并且，用于純不抖動刺激的JRPD是1)，然后就各種相關性進行比較，例如，一個圖形中針對抖動信號的標準偏差描繪兩個值(圖9)。可能的相關性準則可能包括公共峰值、所記錄的信號的相同單調性、多個對應點之間的距離的均方和低于特定值，等等。如果能夠示出兩個信號之間的相關性，則該相關性可以充當用于后續的電生理學測量或裝配程序的參考，例如基于作為客觀測量的ASSR。如果預先的測試并未表明兩個實體之間的相關性，則必須采用標準的心理物理裝配程序。

可以用任何常規的計算機編程語言來部分地實現本發明的實施例。例如，可以用過程編程語言(例如，“C”)或面向對象的編程語言(例如，“C++”、Python)來實現優選實施例。本發明的替代實施例可以實現為預先編程的硬件元件、其它相關部件或者作為硬件部件和軟件部件的組合。

還可以將實施例部分地實現為用于與計算機系統一起使用的計算機程序產品。這種實施方式可以包括固定在有形介質(例如計算機可讀介質(例如，磁盤、CD-ROM、ROM或固定磁盤))上或者可經由調制解調器或者其它接口設備(例如通過介質連接到網絡的通信適配器)發送到計算機系統的一系列計算機指令。上述介質可以是有形介質(例如，光學或模擬通信線路)或者用無線技術(例如，微波、紅外或其它傳輸技術)實現的介質。上述系列的計算機指令實現在本文中之前針對該系統描述的功能的全部或一部分。本領域的技術人員應認識到，可以用許多編程語言來編寫此類計算機指令，以與許多計算機架構或操作系統一起使用。此外，可以將此類指令存儲在任何存儲設備中，例如半導體存儲設備、磁存儲設備、光學存儲設備或其它存儲設備，并且可以使用任何通信技術來發送，例如光學、紅外、微波或其它傳輸技術。可預期的是，這種計算機程序產品可以作為具有伴隨的印刷文檔或電子文檔(例如，壓縮軟件包)的可移動介質分發、預先加載計算機系統(例如，在系統ROM或固定的磁盤上)或者通過網絡(例如，因特網或萬維網)從服務器或電子公告板分發。當然，可以將本發明的某些實施例實現為軟件(例如，計算機程序產品)和硬件兩者的組合。此外，本發明的其它實施例被實現為全硬件或全軟件(例如，計算機程序產品)。

雖然已經公開了本發明的各種示例性實施例，但對于本領域的技術人員而言顯而易見的是，可以在不脫離本發明的真實范圍的情況下進行各種改變和修改，其將實現本發明的某些優點。