包括可植入部分的助聽裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及助聽裝置及刺激聽覺系統(tǒng)的方法，尤其涉及耳蝸神經(jīng)的電刺激。本發(fā)明具體涉及包括用于電刺激用戶的聽覺神經(jīng)的可植入部分的助聽裝置。
[0002]本申請(qǐng)還涉及助聽裝置的運(yùn)行方法，該助聽裝置包括可植入部分。
[0003]本申請(qǐng)還涉及包括處理器和程序代碼的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，程序代碼使得處理器執(zhí)行本發(fā)明方法的至少部分步驟。
[0004]本發(fā)明提出的用于提供適當(dāng)?shù)拇碳げㄐ蔚姆桨竿ǔ？蓱?yīng)用于電神經(jīng)刺激。例如，本發(fā)明的實(shí)施可用在如耳蝸植入助聽裝置的應(yīng)用中。
【背景技術(shù)】
[0005]下面的【背景技術(shù)】說明涉及本申請(qǐng)的應(yīng)用領(lǐng)域之一，即用于耳蝸神經(jīng)的電刺激的助聽器，通常稱為“耳蝸植入聽力(助聽)裝置”或簡單地稱為“耳蝸植入物”(Cl)。
[0006]耳蝸植入助聽裝置已面市許多年并具有多種配置，但通常包括:
[0007]a)可植入在耳蝸的不同位置、使能刺激聽頻范圍的不同頻率的多個(gè)電極；
[0008]b)用于拾取和處理來自環(huán)境的聲音及用于根據(jù)當(dāng)前輸入聲音確定電極刺激的脈沖序列的外部部分；
[0009]c)用于同時(shí)傳輸關(guān)于刺激序列的信息及傳送能量的(通常無線，如感應(yīng))通信鏈路；
[0010]d)使能產(chǎn)生刺激并將其施加到適宜電極的植入部分。
[0011]前述系統(tǒng)例如在US 4，207，441和US 4，532，930中描述。
[0012]耳蝸植入物電刺激耳聾患者的聽覺神經(jīng)以產(chǎn)生聲音感知。Cl裝置通常具有12和24之間的處理通道，其編碼不同耳蝸位置處的聲能級(jí)。由于鼓階(即電極陣列位于其中的耳蝸管道)內(nèi)的電流分布，譜分辨率降低，當(dāng)激活通道的數(shù)量增加到高于約8-12個(gè)時(shí)，耳蝸植入物患者的語音感知性能未提高。這與正常聽力聽者相反，在使用語音聲碼器的心理聲學(xué)研究中其受益于處理通道的數(shù)量增加。
[0013]該問題眾所周知及已預(yù)見不同的解決方案來解決它。大多數(shù)文獻(xiàn)已使用多極刺激干涉聚焦電流。這種電流聚焦技術(shù)依賴于使用多個(gè)源的波束形成的一般原理。波束形成在多個(gè)不同的技術(shù)中使用，如雷達(dá)或傳聲器陣列。由于不同原因，電流聚焦的結(jié)果令人失望。首先，功耗隨使用的通道數(shù)量線性增加。其次，聚焦電場可具有來自產(chǎn)生聚焦的旁瓣的閾下效應(yīng)。由于這些缺陷，減少興奮分布的其它文獻(xiàn)在不斷發(fā)展中。最近，另一方法已使用通過紅外范圍的激光脈沖產(chǎn)生的光刺激。這種新的刺激技術(shù)可能不具有同樣的分布水平，但其功耗在目前仍然非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明描述基于刺激波形的時(shí)間波形的用于聚焦神經(jīng)興奮的方案。
[0015]所提出的方案依賴于使用特別設(shè)計(jì)的脈沖形狀，其優(yōu)選與離子通道的動(dòng)力學(xué)交互作用以僅激活刺激位置周圍的神經(jīng)元的有限區(qū)域。
[0016]通常，現(xiàn)有技術(shù)電刺激脈沖具有方形，這意味著電流瞬間(或受限于裝置和媒介的物理性質(zhì)，幾乎瞬間)上升。脈沖的效果在電極前面更強(qiáng)，及刺激強(qiáng)度隨到刺激電極的距離降低。應(yīng)注意，從更遠(yuǎn)離神經(jīng)元的角度，只有方形脈沖的振幅變化。
[0017]對(duì)于具有不同形狀的脈沖，如三角形脈沖，或任何具有斜坡的脈沖，如本發(fā)明中提出的，不僅脈沖的振幅(隨距離)變化，而且斜坡的斜率變化。更具體地，神經(jīng)元越遠(yuǎn)，該神經(jīng)元看到的刺激的上升斜率越淺。
[0018]需要了解的是，如果隔膜的去極化速率比某一“斜率閾值”慢，某些離子通道阻止神經(jīng)元放電。該效應(yīng)已在聽覺系統(tǒng)的許多神經(jīng)元中觀察到(例如參見)。在那種情形下，該效應(yīng)因(低電壓激活的)鉀(K+)電流Ikwa的存在引起。但其它離子通道可能以特別的方式對(duì)刺激波形的時(shí)間波形作出反應(yīng)。
[0019]這種對(duì)上面提及的問題的解決方案是通過使用來自刺激波形的時(shí)間波形和離子通道的動(dòng)力學(xué)交互作用來減少興奮分布。以那種方式使興奮場的空間范圍變窄是簡單且有效的，因?yàn)槠洳灰蕾囉谠黾悠渌娏髟矗黾悠渌娏髟匆馕吨~外的功耗。
[0020]此外，可對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行遺傳學(xué)或藥理學(xué)生物工程處理以表達(dá)或產(chǎn)生根據(jù)所需結(jié)果增強(qiáng)或減小該效應(yīng)的特定離子通道。
[0021]本申請(qǐng)的目標(biāo)在于通過耳蝸植入助聽裝置改善耳蝸神經(jīng)的電刺激。
[0022]本申請(qǐng)的目標(biāo)由所附權(quán)利要求限定的及下面描述的發(fā)明實(shí)現(xiàn)。
[0023]助聽裝置
[0024]在本申請(qǐng)的一方面，本申請(qǐng)的目標(biāo)由一種助聽裝置實(shí)現(xiàn)，其包括用于電刺激用戶的聽覺神經(jīng)的可植入部分。該植入部分包括:
[0025]-電流源發(fā)生器；
[0026]-電極陣列，配置成位于耳蝸階之一內(nèi)或與聽覺神經(jīng)相鄰或者位于聽覺腦干處；
[0027]-助聽裝置配置成產(chǎn)生由電流源發(fā)生器傳送的時(shí)變波形，所述時(shí)變波形包括正斜率正脈沖。
[0028]這具有使得通過來自特定電極的電刺激放電的神經(jīng)元具有更小的空間分布的優(yōu)點(diǎn)。
[0029]在本說明書中，術(shù)語“正斜率正脈沖”指波形包括正脈沖，其故意為非方形，因?yàn)槠浒ň哂姓甭?或有限正切線)的段，其后為下降沿。此外，正斜率脈沖包括非線性如分段線性部分(如包括多個(gè)小的上升和平坦階段或臺(tái)階)，或者展現(xiàn)(如單調(diào))連續(xù)函數(shù)路線(如指數(shù)或?qū)?shù))的部分，其宏觀上使得振幅隨正斜率脈沖的寬度增加。
[0030]這具有使能調(diào)制神經(jīng)放電概率或神經(jīng)放電時(shí)間準(zhǔn)確度或者同時(shí)調(diào)制二者的優(yōu)點(diǎn)。具體地，不需要額外的電流源(這要求能量“聚焦”或“導(dǎo)引”電場圖)即可使得空間興奮更窄可有利地通過本發(fā)明的實(shí)施實(shí)現(xiàn)。
[0031]在實(shí)施例中，包括正斜率正脈沖的時(shí)變波形包括(第一)上升沿和(第二)下降沿，其中下降沿的高度大于上升沿的高度。在實(shí)施例中，時(shí)變波形包括上升沿，其后為實(shí)質(zhì)上單調(diào)增長的段，再其后為下降沿。在實(shí)施例中，上升沿具有比中間段的斜率大的正斜率，如至少兩倍或至少5倍大。在實(shí)施例中，時(shí)變波形包括上升沿，其后為中間段，再其后為下降沿，其中第一(上升)沿的高度小于第二(下降)沿的高度。在實(shí)施例中，上升沿的高度實(shí)質(zhì)上為零。在實(shí)施例中，正脈沖實(shí)質(zhì)上為三角形。
[0032]在實(shí)施例中，時(shí)變波形包括二階段斜率的對(duì)稱波形刺激脈沖。在實(shí)施例中，時(shí)變波形包括負(fù)斜率負(fù)脈沖。在實(shí)施例中，負(fù)斜率負(fù)脈沖包括第一沿和第二沿，其中第一沿的高度小于第二沿的高度。
[0033]在實(shí)施例中，助聽裝置配置成使時(shí)變波形動(dòng)態(tài)適應(yīng)當(dāng)前輸入信號(hào)(如包括來自環(huán)境的聲音或從音頻源直接接收的音頻信號(hào))ο在實(shí)施例中，助聽裝置配置成根據(jù)當(dāng)前輸入信號(hào)改變正斜率正脈沖的斜率。在實(shí)施例中，多電極陣列的一些電極用包括傾斜正脈沖的時(shí)變波形刺激，而多電極陣列的其它電極用包括其它波形如方形正脈沖的時(shí)變波形刺激。在實(shí)施例中，多電極陣列的一個(gè)或多個(gè)特定電極在第一時(shí)間段用包括傾斜正脈沖的時(shí)變波形刺激而在第二時(shí)間段用包括其它波形如方形正脈沖的時(shí)變波形刺激。在實(shí)施例中，第一和第二時(shí)間段根據(jù)當(dāng)前輸入信號(hào)(如其特征、語音、音樂、噪聲等)進(jìn)行確定(如動(dòng)態(tài)確定)。在實(shí)施例中，第一和第二時(shí)間段根據(jù)當(dāng)前聲環(huán)境進(jìn)行確定。這具有使能對(duì)聲音的不同性質(zhì)分配不同策略以“傳給”用戶的優(yōu)點(diǎn)。
[0034]在實(shí)施例中，助聽裝置配置成使時(shí)變波形動(dòng)態(tài)適應(yīng)當(dāng)前輸入信號(hào)，例如以相較于使用方形脈沖優(yōu)化(實(shí)現(xiàn)更小的)功耗。
[0035]在實(shí)施例中，助聽裝置配置成使得時(shí)變波形刺激脈沖根據(jù)當(dāng)前輸入信號(hào)的頻率含量進(jìn)行寬度調(diào)制。換言之，當(dāng)前輸入信號(hào)在特定頻率范圍和特定時(shí)隙的能含量越大，時(shí)變波形刺激脈沖越寬。在實(shí)施例中，助聽裝置配置成使得時(shí)變波形刺激脈沖根據(jù)當(dāng)前輸入信號(hào)的頻率含量進(jìn)行振幅調(diào)制。換言之，當(dāng)前輸入信號(hào)在特定頻率范圍和特定時(shí)隙的能含量越大，時(shí)變波形刺激脈沖的振幅越大。在實(shí)施例中，助聽裝置配置成使得時(shí)變波形刺激脈沖根據(jù)當(dāng)前輸入信號(hào)的頻率含量進(jìn)行寬度和振幅調(diào)制。
[0036]在實(shí)施例中，電流源發(fā)生器配置成使用一個(gè)或多個(gè)電流源傳送時(shí)空電流波形，其中時(shí)間圖案適于誘發(fā)預(yù)定空間興奮圖案(即神經(jīng)反應(yīng)概率的空間圖案或神經(jīng)顫抖的空間圖案)。時(shí)間圖案可以在線(在助聽裝置運(yùn)行期間)或離線方法進(jìn)行調(diào)整。
[0037]在實(shí)施例中，助聽裝置包括多電極陣列，例如包括多個(gè)適于鄰近用戶的聽覺神經(jīng)位于耳蝸中的電極的載體形式。該載體優(yōu)選為柔性載體以使能將電極適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诙佒袕亩鴮?shí)現(xiàn)電極可插入在耳蝸中。優(yōu)選地，各個(gè)電極沿載體的長度方向空間分布以在載體插入在耳蝸中時(shí)提供對(duì)應(yīng)的沿耳蝸中的耳蝸神經(jīng)的空間分布。
[0038]當(dāng)植入部分植入在人身體中時(shí)，電極優(yōu)選完全或部分位于人的耳蝸中，使得電刺激信號(hào)能施加到聽覺神經(jīng)及使得能測量對(duì)刺激的(潛在)包括來自神經(jīng)的反應(yīng)的反應(yīng)信號(hào)。作為備選或另外，電極可位于聽覺腦干處(從而使助聽裝置能拾取誘發(fā)的腦干反應(yīng)，例如電誘發(fā)聽性腦干反應(yīng)(eABR))。
[0039]在實(shí)施例中，助聽裝置僅由一個(gè)完全植入部分組成。
[0040]在實(shí)施例中，助聽裝置包括至少一外部部分及配置成使能在裝置的外部部分和植入部分之間交換數(shù)據(jù)的通信鏈路。
[0041 ] 在實(shí)施例中，助聽裝置包括適于位于耳蝸外面的參考電極。在實(shí)施例中，助聽裝置(如控制單元)配置成使得刺激電極與記錄電極一樣。在實(shí)施例中，助聽裝置(如控制單元)配置成使得刺激電極和記錄電極為兩個(gè)物理上不同的實(shí)體。
[0042]在實(shí)施例中，助聽裝置包括一個(gè)以上電極陣列。前述情形的例子可以是I)雙耳情形，其中兩個(gè)陣列(同一裝置內(nèi)兩只耳朵各一個(gè))由同一處理器刺激；或者2)多陣列情形(對(duì)于已骨化耳蝸)，其中幾個(gè)(短)電極陣列用于一個(gè)耳蝸。
[0043]在實(shí)施例中，助聽裝置適于提供隨頻率而變的增益以補(bǔ)償用戶的聽力損失。在實(shí)施例中，助聽裝置包括用于增強(qiáng)輸入信號(hào)并提供處理后的輸出信號(hào)的信號(hào)處理單元。耳蝸植入助聽裝置的各個(gè)方面在[Clark ；2003]中描述。
[0044]在實(shí)施例中，助聽裝置包括用于將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)的輸入變換器。在實(shí)施例中，助聽裝置包括定向傳聲器系統(tǒng)，其適于增強(qiáng)佩戴助聽裝置的用戶的局部環(huán)境中的多個(gè)聲源之中的目標(biāo)聲源。在實(shí)施例中，定向系統(tǒng)適于檢測(如自適應(yīng)檢測)傳聲器信號(hào)的特定部分源自哪一方向。這可以例如現(xiàn)有技術(shù)中描述的多種不同方式實(shí)現(xiàn)。
[0045]在實(shí)施例中，助聽裝置包括用于從另一裝置如通信裝置或另一助聽裝置無線接收直接電輸入信號(hào)的天線和收發(fā)器電路。在實(shí)施例中，助聽裝置包括用于從另一裝置如通信裝置或另一助聽裝置接收有線直接電輸入信號(hào)的(可能標(biāo)準(zhǔn)化的)電接口(例如連接器的形式)。在實(shí)施例中，直接電輸入信號(hào)表示或包括音頻信號(hào)和/或控制信號(hào)和/或信息信號(hào)。
[0046]在實(shí)施例中，表示聲信號(hào)的模擬電信號(hào)在模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換過程中轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號(hào)，其中模擬信號(hào)以預(yù)定采樣頻率或速率fs進(jìn)行采樣，f」列如在從8kHz到40kHz的范圍中(適應(yīng)應(yīng)用的特定需要)以在離散的時(shí)間點(diǎn)tn(或η)提供數(shù)字樣本χη (或χ[η])，每一音頻樣本通過預(yù)定的比特?cái)?shù)Ns表示聲信號(hào)在、時(shí)的值，N 3例如在從I到16比特的范圍中。數(shù)字樣本X具有l(wèi)/fs的時(shí)間長度，對(duì)于f s= 20kHz，如50 μ S。在實(shí)施例中，多個(gè)音頻