增強音樂旋律感知的耳蝸電極均分布置、裝置、系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及人工耳蝸領域，具體設及增強音樂旋律感知耳蝸電極均分布置、裝置、 系統及方法。
【背景技術】
[0002] 聽力補償或重建主要包括助聽器選配和人工耳蝸植入。對雙側重度或極重度感音 神經性聽力障礙患者，在使用助聽器3至6個月無明顯效果時，可考慮人工耳蝸植入手術重 建聽力。
[0003] 人工耳蝸植入裝置是一種模擬人的耳蝸功能的轉換器。它將聲音信號通過言語處 理器轉變成電信號，傳入內耳的頻率感應位置電極，W微弱的刺激方式(如電、光、熱或機械 壓力等)直接興奮聽神經，從而產生聽覺。人工耳蝸裝置主要分兩大部分:植入部分(包括接 收裝置和多導電極)和外接部分(包括聲音采集器、言語處理器、發射器等）。
[0004] 根據聽覺感知原理，聽覺是由外耳收集傳導聲波、中耳放大聲波振動信號，進而在 內耳(即耳蝸）由特定頻率對應關系的若干聽覺末端聽細胞(又稱毛細胞)組織在時間、頻率 及強度上轉換成對應聽神經的興奮信號，經聽神經發放、傳導，在腦干聽區整合，形成聽覺 感知。人工耳蝸裝置正是該原理的成功應用，目前該裝置較好地解決了重建部分聽覺能力， 如人類語音感知，而對于欣賞和感知美妙音樂信息，還存在若干問題，有待改進。
[0005] 研究發現，音樂信號的時、頻分布特性與語音信號存在較大差異，如圖la-圖lb所 示。對語音信號來說，發音詞響亮部分的區別特征主要表現為頻域包絡峰值分布上，即譜包 絡的共振峰中屯、頻率位置、數量及強度，通常共振峰數量較少，主要的不超過5個，但各個共 振峰中屯、頻率位置不確定，每個共振峰帶寬較寬（相比音樂的諧波譜峰帶寬），且其中包含 音調信息;話音中不響亮的清音部分，也主要W較寬的頻譜能量集中區展現，如圖la"語音" 所示；在時域上，人說話時聲帶振動與否、W及快慢，表現為對應的音調頻率有無、W及高 低，相比音樂來說，變化范圍較小，一般不超過500Hz，但連續變化，每段有區別意義的發音 片段時長沒有規律。總體來說，語音信號主要特征頻率在對接末端聽神經上，對頻率分辨率 要求較低，主要表現在共振峰分布位置，用多少個頻率分割帶表達語音段的主要聲音特征 是解決話音感知的關鍵問題。目前的人工耳蝸電極數量一般不超過22個，盡管各廠家產品 的電極陣列分布在頻率值對應關系上略有不同，但大致都是依據臨界帶或頻率掩蔽關系劃 分的，用運樣的電極分布傳遞話音中濁音共振峰和清音信息，其分辨率基本夠用，但若傳遞 音樂聲信息時，由于音樂信號頻譜結構與話音頻譜的不同，很多音樂音符的基波頻率無法 準確通過聽神經傳導，參見表1給出某種人工耳蝸產品的22個電極對應頻帶覆蓋與音符基 波頻率覆蓋(或跨越)大致對應關系，所W目前的人工耳蝸植入者很難欣賞音樂信息，對音 樂感知不佳。
[0006] 表1某人工耳蝸產品電極分布及與音符基波頻率大致對應關系
[0007]
[0008] 對音樂聲音來說，其聲音來自某種樂器。凡具有旋律表現的樂器，其聲音高低由音 符決定，運里不包括無旋律表現的打擊樂器。不同樂器演奏的同一音符其信號頻譜分布是 由基本相同的基波和不同幅度分布的其它次諧波聯合構成，整個頻譜包絡比較平坦、頻域 跨度比語音更寬，通常沒有語音信號譜包絡那樣明顯的多個共振峰變化，但音樂信號諧波 數量較多，依據音符由低到高，其諧波次數可達幾十次到幾次不等，每個諧波峰帶寬較窄， 波峰間隔很有規律，基本按基波頻率整倍頻分布，如圖化音樂信號譜圖所示。其中音符的基 波譜峰最重要，不可錯位或缺失，否則，重建音樂信號聽感知走調；而音符對應的第2、3、4、 5、…等若干高次諧波峰，若缺失個別諧波，不會影響音符旋律感知，不會走調，但當缺失較 多高次諧波，音質會有明顯變化;音樂旋律的音符從低到高，基波頻率變化范圍很大，從幾 十赫茲~幾千赫茲，如表2.1中的音符頻率表所示。另外，在時域上，每個音符的長短，即音 程，按節拍是有規律的變化，可通過信號時間編碼加 W控制。因此，對于人工耳蝸植入者來 說，音樂聲音的感知，與聽神經對接的電極分布密度有直接關系。
[0009] 目前，人工耳蝸對音樂的感知存在兩方面的問題：
[0010] 1、對音源信號進行外部采集、轉換后應與耳蝸電極相對應的頻帶相匹配，而該技 術目前存在的問題是外部轉換的樂音信號通過信號分析濾波處理后，各頻帶分量在傳遞到 耳蝸電極時，由于目前的電極分布位置無法對準耳蝸感知音樂的頻區，使音樂頻率信息錯 位或丟失地傳遞，是導致植入者對音樂感知失調或無法感知的主要原因。
[0011] 2、在單側耳蝸中通過增加足夠的電極數方式實現對音樂的感知，雖然在理論上可 W實現（目前已有相關專利公開），但是，限于目前的技術限制，單側耳蝸分布過多的電極將 導致工藝上難W實現。
【發明內容】
[0012] 為解決現有技術存在的不足，本發明公開增強音樂旋律感知的耳蝸電極布置、系 統及方法，本發明參照音樂音符基波分布特點，通過適當增加電極數提高耳蝸內的頻率感 應密度，采用雙側耳蝸分布方法，對確保工藝實現和改進單、雙耳對音樂信息的感知均有效 果。
[0013] 為實現上述目的，本發明的具體方案如下：
[0014] 增強音樂旋律感知的耳蝸電極均分布置，在每側耳蝸基底膜附近，按照音樂音符 的特征頻率對應關系，將蝸頂到蝸底對應的感音全頻帶分隔成響應特定音符的頻率區域； 在每個頻率區域中放置一個該頻帶信號的電極，即每個電極置于音樂音符所在的特征頻帶 內，利用雙耳雙聲道的特點，對雙側耳采用均分法，將電極均分成兩組，一組電極植入一側 耳蝸中，另一組電極植入另一側耳蝸中，在設定的頻率段，等音高間隔交錯分組布局電極陣 列。其中，每個電極與不同音符的基波頻率點大致對應，電極為傳導電極或刺激電極。
[0015] 進一步的，雙側耳蝸中除低頻區W外其余頻率區分別植入相同數量的33個電極；
[0016] 其中一側，耳蝸中植入的電極布局是：
[0017] 第一個電極與B8音符的基波頻率相對應;第Ξ十Ξ個電極與G3音符的基波頻率相 對應，第一個電極與第Ξ十Ξ個電極之間的電極按一個整音高頻率間隔布置；
[0018] 另一側耳蝸中除低頻區W外其余頻率區植入的33個電極布局是：
[0019] 第一個電極與C9音符的基波頻率相對應;第Ξ十Ξ個電極與G#/Ab3音符的基波頻 率相對應，第一個電極與第Ξ十Ξ個電極之間的電極同樣按照一個整音高音符頻率間隔布 置。
[0020] 更進一步的，在低頻區，由于很低的音符頻率間隔小，不易布置過多電極，同時很 低的音符用的也較少，故選取設定3個代表頻點，分別布置在雙側耳蝸蝸頂附近相應位置， 如:表2.1低頻區附近標識的3個電極。
[0021] 在低頻區的3個電極分別是:第Ξ十六個電極與A1音符的基波頻率相對應，第Ξ十 五個電極與E2音符的基波頻率相對應，第Ξ十四個電極與C3音符的基波頻率相對應。
[0022] 增強音樂旋律感知的耳蝸電極均分布置方法，包括W下步驟：
[0023] 將電極分成兩組，雙側耳蝸中分別植入相應的一組電極，每個電極置于音樂音符 所在的對應特征頻帶內，電極主要集中布置在lOOHz-SOOOHz主要頻率感應區，在低頻率區 域，選取相應的代表頻點布置電極；
[0024] 對于均分法，電極分成數量相同的兩組時，在主要頻率感應區域，每側耳蝸中電極 按音符基波特征頻率左右交錯、等間隔布置。
[0025] 增強音樂旋律感知的耳蝸電極陣列裝置，包括多個電極，每個電極包括多個環狀 電極觸點，環狀電極觸點均通過帶絕緣層的金屬絲與電極回路相連，所述電極還包括包裹 所有電極回路的柔性包層，所述電極按照上述電極布置方法布置成陣列。所述電極陣列裝 置，除采用上述導電材料W外，也可能采用傳導光或熱或壓力的特殊材料結構對應上述電 極布置方法。
[0026] 為了更好地實施本發明的上述電極布置方式，本發明還公開了增強音樂旋律感知 的人工耳蝸系統，包括植入部分和外接部分，植入部分和外接部分可采用無線通信連接方 式或有線連接方式，其中植入部分至少包括電極陣列裝置，外接部分至少包括聲音處理器 及與處理器相連的聲音采集裝置，聲音信號由聲音采集裝置獲取，由處理器完成音樂信號 主旋律的音符、音程的分析和編碼，處理器根據樂器品種產生對應的MIDI音樂編碼，通過相 應的處理算法處理，轉換成各側耳蝸電極刺激編碼信號，經無線通信或專用有線接口驅動， 送達刺激部位。
[0027] 進一步的，對于無線通信連接方式