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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201620081813.2 (22)申请日 2016.01.27 (73)专利权人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 田岚 何蓉蓉 陆小珊 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 张勇 (51)Int.Cl. A61F 2/18(2006.01) A61F 11/04(2006.01) A61N 1/05(2006.01) A61N 1/36(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申。
2、请发明专利 (54)实用新型名称 增强音乐旋律感知的耳蜗电极布置、 装置及 系统 (57)摘要 本实用新型公开了增强音乐旋律感知的耳 蜗电极布置、 装置及系统， 在每个耳蜗基底膜上， 按照音乐音符的特征频率对应关系， 将蜗顶到蜗 底对应的感音全频带分隔成响应特定音符刺激 信号的音乐响应区域； 在每个音乐响应区域中放 置一个用于传导或感知该频带信号的对应电极， 即每个电极置于音乐音符所在的对应特征频带 内， 所述电极分成两组， 双侧耳蜗中分别植入相 应的一组电极。 本实用新型因为电极布置在双侧 耳蜗实施起来相对容易， 且双侧耳蜗布置电极能 更好地感知音乐。 权利要求书2页 说明书18页 附图4页。
3、 CN 205515041 U 2016.08.31 CN 205515041 U 1.增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列， 其特征是， 包括在每个频率区域中放置的一个 该频带信号的电极， 即每个电极置于音乐音符所在的特征频带内； 所述频率区域为在每侧 耳蜗基底膜附近， 按照音乐音符的特征频率对应关系， 将蜗顶到蜗底对应的感音全频带分 隔成响应特定音符的频率区域； 利用双耳双声道的特点， 所述电极包括两组， 所述电极为对双侧耳采用均分法布置的 电极或主辅法布置的电极， 两侧耳蜗各植入相应的一组电极。 2.如权利要求1所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列构， 其特征是， 对于均分法布 置的电极， 所。
4、述电极包括均分的两组， 一组电极植入一侧耳蜗中， 另一组电极植入另一侧耳 蜗中， 在设定的频率段， 等音高间隔交错分组布局电极阵列。 3.如权利要求2所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列， 其特征是， 双侧耳蜗中除低 频区以外其余频率区分别植入相同数量33个电极； 其中一侧， 耳蜗中植入的电极布局结构 是： 第一个电极与B8音符的基波频率相对应； 第三十三个电极与G3音符的基波频率相对应， 第一个电极与第三十三个电极之间的电极按一个整音高频率间隔布置； 另一侧耳蜗中除低 频区以外其余频率区植入的33个电极布局是： 第一个电极与C9音符的基波频率相对应； 第 三十三个电极与G#/Ab3音符的基波。
5、频率相对应， 第一个电极与第三十三个电极之间的电极 同样按照一个整音高音符频率间隔布置。 4.如权利要求3所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列， 其特征是， 在低频区， ， 在双 侧耳蜗蜗顶附近相应位置分别布置有选取的设定3个代表频点； 在低频区的3个电极分别 是： 第三十六个电极与A1音符的基波频率相对应， 第三十五个电极与E2音符的基波频率相 对应， 第三十四个电极与C3音符的基波频率相对应。 5.如权利要求1所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列， 其特征是， 对于主辅法布置 的电极， 双侧耳蜗中分别植入不同数量的电极， 其中一侧耳布置的一组电极为主侧， 另一侧 耳布置的一组电极为辅侧， 。
6、在设定的频率段， 按指定频率间隔交错分组布局电极阵列， 其中 一侧耳布置的电极为主侧， 另一侧而布置的电极为辅侧。 6.如权利要求5所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列， 其特征是， 两侧耳蜗中分别 植入不同数量的电极时， 一侧对应耳蜗主要频率感应区分布 “主电极组” ， 共38个， 另一侧对 应耳蜗主要频率感应区分布 “辅电极组” ， 共27个； 其中一侧耳蜗， 分布的主电极组布局是： 第一个电极与B8音符的基波频率相对应； 第三十八个电极与G3音符的基波频率相对应， 第 一个电极与三十八个电极之间的电极按照音符频 率对应关系以设定方式布置； 另一侧耳蜗中植入辅电极组， 布局是： 第一个电极。
7、与A#/Bb8音符的基波频率相对应； 第 二十七个电极与G#/Ab3音符的基波频率相对应， 第一个电极与二十七个电极之间的电极按 照音符频率对应关系以设定方式布置。 7.如权利要求6所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列， 其特征是， 在低频区， 两侧 耳蜗分别植入有选取相应的代表频点布置的相应的电极， 两侧分布相同3个电极； 低频率 区， 3个电极分别是： 主电极组第四十一个电极与A1音符的基波频率相对应， 第四十个电极 与E2音符的基波频率相对应， 第三十九个电极与C3音符的基波频率相对应； 辅电极组第三 十个电极与A1音符的基波频率相对应， 第二十九个电极与E2音符的基波频率相对应， 第二。
8、 十八个电极与C3音符的基波频率相对应。 8.增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列装置， 其特征是， 包括多个电极， 每个电极包括多 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 205515041 U 2 个环状电极触点， 环状电极触点均通过带绝缘层的金属丝与电极回路相连， 所述电极还包 括包裹所有电极回路的柔性包层， 所述电极为构成上述权利要求1-7任一所述的增强音乐 旋律感知的耳蜗电极阵列中的电极。 9.增强音乐旋律感知的人工耳蜗系统， 其特征是， 包括植入部分和外接部分， 植入部分 和外接部分可采用无线通信连接方式或有线连接方式， 其中植入部分至少包括电极阵列装 置， 电极阵列装置采用权利要求8。
9、所述的增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列装置， 外接部分 至少包括声音处理器及与处理器相连的声音采集装置， 声音信号由声音采集装置获取， 由 处理器完成音乐信号主旋律的音符、 音程的分析和编码， 处理器根据乐器品种产生对应的 MIDI音乐编码， 转换成各侧耳蜗电极刺激编码信号， 经无线通信或专用有线接口驱动， 送达 刺激部位。 10.如权利要求9所述的增强音乐旋律感知的人工耳蜗系统， 其特征是， 对于无线通信 连接方式， 电极阵列装置与接收装置作为人工耳蜗的植入部分， 发射器、 处理器及声音采集 装置作为人工耳蜗的外接部分； 植入部分与外接部分无线通信方式可以为蓝牙通信方式、 红外通信方式或RF射。
10、频通信方式， 有线连接方式采用用柔性材料包裹的连接结构； 对于有 线连接方式， 电极阵列装置作为人工耳蜗的植入部分， 有线接口装置、 信号驱动装置、 处理 器及声音采集装置作为外接部分， 经声音采集装置采集的信号传输至处理器， 处理器对得 到的信号， 经分解、 量化产生相应的信号发送至信号驱动装置， 信号驱动装置将驱动产生的 各路信号传输至有线接 口装置， 在有线接口装置处， 各路信号与植入电极各路信号对接， 以产生相应的刺激信号。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 205515041 U 3 增强音乐旋律感知的耳蜗电极布置、 装置及系统 技术领域 0001 本实用新型涉及人工耳蜗领域。
11、， 具体涉及增强音乐旋律感知耳蜗电极布置、 装置 及系统。 背景技术 0002 听力补偿或重建主要包括助听器选配和人工耳蜗植入。 对双侧重度或极重度感音 神经性听力障碍患者， 在使用助听器3至6个月无明显效果时， 可考虑人工耳蜗植入手术重 建听力。 0003 人工耳蜗植入装置是一种模拟人的耳蜗功能的转换器。 它将声音信号通过言语处 理器转变成电信号， 传入内耳的频率感应位置电极， 以微弱的刺激方式(如电、 光、 热或机械 压力等)直接兴奋听神经， 从而产生听觉。 人工耳蜗装置主要分两大部分： 植入部分(包括接 收装置和多导电极)和外接部分(包括声音采集器、 言语处理器、 发射器等)。 0004。
12、 根据听觉感知原理， 听觉是由外耳收集传导声波、 中耳放大声波振动信号， 进而在 内耳(即耳蜗)由特定频率对应关系的若干听觉末端听细胞(又称毛细胞)组织在时间、 频率 及强度上转换成对应听神经的兴奋信号， 经听神经发放、 传导， 在脑干听区整合， 形成听觉 感知。 人工耳蜗装置正是该原理的成功应用， 目前该装置较好地解决了重建部分听觉能力， 如人类语音感知， 而对于欣赏和感知美妙音乐信息， 还存在若干问题， 有待改进。 0005 研究发现， 音乐信号的时、 频分布特性与语音信号存在较大差异， 如图1a-图1b所 示。 对语音信号来说， 发音词响亮部分的区别特征主要表现为频域包络峰值分布上， 即。
13、谱包 络的共振峰中心频率位置、 数量及强度， 通常共振峰数量较少， 主要的不超过5个， 但各个共 振峰中心频率位置不确定， 每个共振峰带宽较宽(相比音乐的谐波谱峰带宽)， 且其中包含 音调信息； 话音中不响亮的清音部分， 也主要以较宽的频谱能量集中区展现， 如图1a “语音” 所示； 在时域上， 人说话时声带振动与否、 以及快慢， 表现为对应的音调频率有无、 以及高 低， 相比音乐来说， 变化范围较小， 一般不超过500Hz， 但连续变化， 每段有区别意义的发音 片段时长没有规律。 总体来说， 语音信号主要特征频率在对接末端听神经上， 对频率分辨率 要求较低， 主要表现在共振峰分布位置， 用多。
14、少个频率分割带表达语音段的主要声音特征 是解决话音感知的关键问题。 目前的人工耳蜗电极数量一般不超过22个， 尽管各厂家产品 的电极阵列分布在频率值对应关系上略有不同， 但大致都是依据临界带或频率掩蔽关系划 分的， 用这样的电极分布传递话音中浊音共振峰和清音信息， 其分辨率基本够用， 但若传递 音乐声信息时， 由于音乐信号频谱结构与话音频谱的不同， 很多音乐音符的基波频率无法 准确通过听神经传导， 参见表1给出某种人工耳蜗产品的22个电极对应频带覆盖与音符基 波频率覆盖(或跨越)大致对应关系， 所以目前的人工耳蜗植入者很难欣赏音乐信息， 对音 乐感知不佳。 0006 表1某人工耳蜗产品电极分布。
15、及与音符基波频率大致对应关系 说 明 书 1/18 页 4 CN 205515041 U 4 0007 0008 对音乐声音来说， 其声音来自某种乐器。 凡具有旋律表现的乐器， 其声音高低由音 符决定， 这里不包括无旋律表现的打击乐器。 不同乐器演奏的同一音符其信号频谱分布是 由基本相同的基波和不同幅度分布的其它次谐波联合构成， 整个频谱包络比较平坦、 频域 跨度比语音更宽， 通常没有语音信号谱包络那样明显的多个共振峰变化， 但音乐信号谐波 数量较多， 依据音符由低到高， 其谐波次数可达几十次到几次不等， 每个谐波峰带宽较窄， 波峰间隔很有规律， 基本按基波频率整倍频分布， 如图1b音乐信号谱。
16、图所示。 其中音符的基 波谱峰最重要， 不可错位或缺失， 否则， 重建音乐信号听感知走调； 而音符对应的第2、 3、 4、 5、 等若干高次谐波峰， 若缺失个别谐波， 不会影响音符旋律感知， 不会走调， 但当缺失较 多高次谐波， 音质会有明显变化； 音乐旋律的音符从低到高， 基波频率变化范围很大， 从几 十赫兹几千赫兹， 如表2.1或表2.2中的音符频率表所示。 另外， 在时域上， 每个音符的长 短， 即音程， 按节拍是有规律的变化， 可通过信号时间编码加以控制。 因此， 对于人工耳蜗植 入者来说， 音乐声音的感知， 与听神经对接的电极分布密度有直接关系。 0009 目前， 人工耳蜗对音乐的感。
17、知存在两方面的问题： 0010 1、 对音源信号进行外部采集、 转换后应与耳蜗电极相对应的频带相匹配， 而该技 术目前存在的问题是外部转换的乐音信号通过信号分析滤波处理后， 各频带分量在传递到 耳蜗电极时， 由于目前的电极分布位置无法对准耳蜗感知音乐的频区， 使音乐频率信息错 位或丢失地传递， 是导致植入者对音乐感知失调或无法感知的主要原因。 说 明 书 2/18 页 5 CN 205515041 U 5 0011 2、 在单侧耳蜗中通过增加足够的电极数方式实现对音乐的感知， 虽然在理论上可 以实现(目前已有相关专利公开)， 但是， 限于目前的技术限制， 单侧耳蜗分布过多的电极将 导致工艺上难。
18、以实现。 实用新型内容 0012 为解决现有技术存在的不足， 本实用新型公开增强音乐旋律感知的耳蜗电极布 置、 系统及方法， 本实用新型参照音乐音符基波分布特点， 通过适当增加电极数提高耳蜗内 的频率感应密度， 采用双侧耳蜗分布方法， 对确保工艺实现和改进单、 双耳对音乐信息的感 知均有效果。 0013 为实现上述目的， 本实用新型的具体方案如下： 0014 增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列布置， 在每侧耳蜗基底膜附近， 按照音乐音符 的特征频率对应关系， 将蜗顶到蜗底对应的感音全频带分隔成响应特定音符的频率区域； 在每个频率区域中放置一个该频带信号的电极， 即每个电极置于音乐音符所在的特征频带。
19、 内， 利用双耳双声道的特点， 将电极分成两组， 对双侧耳采用均分法布置电极或主辅法布置 电极， 两侧耳蜗各植入相应的一组电极。 其中， 每个电极与不同音符的基波频率点大致对 应， 电极为传导或刺激电极。 0015 进一步的， 在电极布置时， 对于均分法布置电极， 将电极均分成两组， 一组电极植 入一侧耳蜗中， 另一组电极植入另一侧耳蜗中， 在设定的频率段， 等音高间隔交错分组布局 电极阵列。 0016 进一步的， 双侧耳蜗中除低频区以外其余频率区分别植入相同数量33个电极； 0017 其中一侧， 耳蜗中植入的电极布局是： 0018 第一个电极与B8音符的基波频率相对应； 第三十三个电极与G3。
20、音符的基波频率相 对应， 第一个电极与第三十三个电极之间的电极按一个整音高频率间隔布置。 0019 另一侧耳蜗中除低频区以外其余频率区植入的33个电极布局是： 0020 第一个电极与C9音符的基波频率相对应； 第三十三个电极与G#/Ab3音符的基波频 率相对应， 第一个电极与第三十三个电极之间的电极同样按照一个整音高音符频率间隔布 置。 0021 更进一步的， 在低频区， 由于很低的音符频率间隔小， 不易布置过多电极， 同时很 低的音符用的也较少， 故选取设定个代表频点， 分别布置在双侧耳蜗蜗顶附近相应位置， 如： 表2.1低频区附近标识的3个电极。 0022 进一步的， 在低频区的3个电极分。
21、别是： 第三十六个电极与A1音符的基波频率相对 应， 第三十五个电极与E2音符的基波频率相对应， 第三十四个电极与C3音符的基波频率相 对应。 0023 进一步的， 对于主辅法布置电极， 双侧耳蜗中分别植入不同数量的电极， 其中一侧 耳布置的一组电极为主侧， 另一侧耳布置的一组电极为辅侧， 在设定的频率段， 按指定频率 间隔交错分组布局电极阵列， 其中一侧耳布置的电极为主侧， 另一侧而布置的电极为辅侧。 0024 进一步的， 两侧耳蜗中分别植入不同数量的电极时， 一侧对应耳蜗主要频率感应 区分布 “主电极组” ， 共38个， 另一侧对应耳蜗主要频率感应区分布 “辅电极组” ， 共27个。 00。
22、25 其中一侧耳蜗， 分布的主电极组布局是： 说 明 书 3/18 页 6 CN 205515041 U 6 0026 第一个电极与B8音符的基波频率相对应； 第三十八个电极与G3音符的基波频率相 对应， 第一个电极与三十八个电极之间的电极按照音符频率对应关系以设定方式布置； 0027 另一侧耳蜗中植入辅电极组， 布局是： 0028 第一个电极与A#/Bb8音符的基波频率相对应； 第二十七个电极与G#/Ab3音符的基 波频率相对应， 第一个电极与二十七个电极之间的电极按照音符频率对应关系以设定方式 布置。 0029 进一步的， 在低频区， 选取相应的代表频点布置相应的电极， 分别植入两侧耳蜗，。
23、 两侧分布相同3个电极。 0030 进一步的， 在低频率区， 3个电极分别是： 主电极组第四十一个电极与A1音符的基 波频率相对应， 第四十个电极与E2音符的基波频率相对应， 第三十九个电极与C3音符的基 波频率相对应； 辅电极组第三十个电极与A1音符的基波频率相对应， 第二十九个电极与E2 音符的基波频率相对应， 第二十八个电极与C3音符的基波频率相对应。 0031 增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列装置， 包括多个电极， 每个电极包括多个环状 电极触点， 环状电极触点均通过带绝缘层的金属丝与电极回路相连， 所述电极还包括包裹 所有电极回路的柔性包层， 所述电极按照上述电极布置方式布置成阵列。 。
24、0032 增强音乐旋律感知的人工耳蜗系统， 包括植入部分和外接部分， 植入部分和外接 部分可采用无线通信连接方式或有线连接方式， 其中植入部分至少包括电极阵列装置， 外 接部分至少包括声音处理器及与处理器相连的声音采集装置， 声音信号由声音采集装置获 取， 由处理器完成音乐信号主旋律的音符、 音程的分析和编码， 处理器根据乐器品种产生对 应的MIDI音乐编码， 转换成各侧耳蜗电极刺激编码信号， 经无线通信或专用有线接口驱动， 送达刺激部位。 0033 进一步的， 对于无线通信连接方式， 电极阵列装置与接收装置作为人工耳蜗的植 入部分， 发射器、 处理器及声音采集装置作为人工耳蜗的外接部分。 0。
25、034 进一步的， 对于有线连接方式， 电极阵列装置作为人工耳蜗的植入部分， 有线接口 装置、 信号驱动装置、 处理器及声音采集装置作为外接部分， 经声音采集装置采集的信号传 输至处理器， 处理器对得到的信号， 经分解、 量化产生相应的信号发送至信号驱动装置， 信 号驱动装置将驱动产生的各路信号传输至有线接口装置， 在有线接口装置处， 各路信号与 植入电极各路信号对接， 以产生相应的刺激信号。 0035 进一步的， 植入部分与外接部分无线通信方式可以为蓝牙通信方式、 红外通信方 式或RF射频通信方式， 有线连接方式可以是用柔性材料包裹的连接结构； 连接结构可为光 连接结构、 热连接结构或机械连。
26、接结构。 0036 增强音乐旋律感知的耳蜗电极布置方法， 包括以下步骤： 0037 将电极分成两组， 双侧耳蜗中分别植入相应的一组电极， 每个电极置于音乐音符 所在的对应特征频带内， 电极主要集中布置在100Hz-8000Hz主要频率感应区， 在低频率区 域， 选取相应的代表频点布置电极； 0038 对于均分法， 电极分成数量相同的两组时， 在主要频率感应区域， 每侧耳蜗中电极 按音符基波特征频率左右交错、 等间隔布置； 在主辅法中， 电极分成数量不等的两组时， 每 侧耳蜗中电极按照音符基波特征频率以设定方式布置。 0039 增强音乐旋律感知的人工耳蜗系统的工作方法， 包括以下步骤： 说 明 。
27、书 4/18 页 7 CN 205515041 U 7 0040 经声音采集装置采集的信号传输至处理器， 由处理器完成音乐信号主旋律的音 符、 音程的分析和编码， 其中处理器可根据乐器品种产生对应的MIDI音乐编码， 通过与模式 对应的处理算法处理； 0041 处理器根据电极工作模式， 确定各音符有效工作电极位置， 确定每侧阵列及各个 电极编码序列； 0042 处理器通过与模式对应的处理算法处理， 转换成各侧耳蜗电极刺激编码信号， 经 无线通信或专用有线接口驱动， 送达刺激部位。 0043 本实用新型的有益效果： 0044 本实用新型给出双侧耳蜗植入电极布置方法， 按音符特征频率半音高划分， 。
28、对应 乐音和话音最常用频率段(约100Hz-8000Hz)， 等音高间隔交错(即均分法)或按指定频率交 错(即主辅法)分组在双耳布局电极阵列， 对空间尺寸不易分布过多频点的低端频率区， 只 选取代表频点， 布于主侧或双侧电极阵列中， 来重建和增强音乐及语音感知； 本实用新型因 为电极布置在双侧耳蜗， 比单侧耳蜗分布如此多电极总数容易实现， 而且这种电极分布方 法既可单侧配用、 也可双侧同时配用， 利用了双耳感音的叠加效应， 使植入者能更好地感知 音乐。 0045 优化后的电极分布， 由于考虑了乐音频点占位的分布， 每侧耳蜗都提高了电极密 度， 可增强音乐感知， 同时该方法覆盖原有语音电极频点，。
29、 即使配用任意一侧电极工作， 通 过外连声音处理器工作模式和声音编码策略的选择、 切换， 可保证该方法产生的语音感知 不低于目前的电极分布方法获得的语音感知。 所以说， 本实用新型对增强人工耳蜗感知更 丰富的音乐声音效果具有实际意义。 附图说明 0046 图1a语音信号的时、 频分布特性； 0047 图1b音乐信号的时、 频分布特性； 0048 图2a无线传输方式单侧或双侧人工耳蜗系统结构框图； 0049 图2b有线连接方式单侧或双侧人工耳蜗系统结构框图； 0050 图3各侧电极系统信号处理流程框图； 0051 图4每侧电极阵列构造示意图； 0052 图5双侧耳叠加乐音模拟合成信号波形； 00。
30、53 图6实施例子中一段音乐旋律对应的波形图， 0054 图中， 1、 环状电极触点， 2、 带绝缘层的金属丝， 3、 柔性包层， 4、 电极引导接口。 具体实施方式： 0055 下面结合附图对本实用新型进行详细说明： 0056 作为具有分析或感应频率成分功能的耳蜗， 其基底膜上的毛细胞(即听细胞)与末 端听神经相连， 在耳蜗中的拓扑位置与频率成分有对应关系。 若希望大脑听区准确重建音 乐的感知， 使人工耳蜗植入者能感受音乐旋律的美妙， 应增加电极数量与对应听神经对接。 但限于过多数量电极很难在一侧耳蜗植入， 本实用新型利用人耳有双侧耳蜗、 且双耳有叠 加感应效应， 以均分法和主辅法选定频率值。
31、， 在对应耳蜗内拓扑位置上分布刺激电极， 以对 说 明 书 5/18 页 8 CN 205515041 U 8 接末端听神经。 0057 表2.1为均分法中音符频率对应示意表， 双侧布置中， 其中一侧中高频电极对应的 音符频率为加粗部分， 另一侧中高频电极对应的音符频率为斜体部分， 双侧布置中， 低频部 分布置的共同电极对应音符频率为加粗加下划线部分。 0058 在均分法中， 双侧电极在具体布置时， 电极与音符频率的具体关系见表3.1及表 3.2。 0059 表2.2为主辅法中音符频率对应示意表， 其中， 主侧中高频电极对应的音符频率为 加粗部分； 辅侧中高频电极对应的音符频率为斜体部分； 低。
32、频部分共同的布置电极对应音 符频率为加粗加下划线部分。 0060 在主辅法中， 主辅侧电极在具体布置时， 电极与音符频率的具体关系见表3.3及表 3.4。 0061 表2.1均分方法音符频率对应表(一侧： 黑粗， 另一侧： 斜体， 低频共有： 黑体+下划 线) 0062 0063 表2.2 “主辅法” 音符频率对应表(主侧： 黑； 辅侧： 斜体； 低频共有： 黑体+下划线) 说 明 书 6/18 页 9 CN 205515041 U 9 0064 0065 0066 表3.1双侧均分法一侧电极分布 说 明 书 7/18 页 10 CN 205515041 U 10 0067 0068 0069。
33、 表3.2双侧均分法另一侧电极分布 说 明 书 8/18 页 11 CN 205515041 U 11 0070 0071 说 明 书 9/18 页 12 CN 205515041 U 12 0072 表3.3主辅法主侧电极分布 0073 说 明 书 10/18 页 13 CN 205515041 U 13 0074 0075 表3.4主辅法辅侧电极分布 0076 说 明 书 11/18 页 14 CN 205515041 U 14 0077 0078 如图4所示， 增强音乐旋律感知的耳蜗电极阵列装置， 包括多个电极， 每个电极包 括多个环状电极触点1， 环状电极触点1均通过带绝缘层的金属丝2。
34、与电极回路相连， 电极回 路包括电极引导接口4， 所述电极还包括包裹所有电极回路的柔性包层3， 在电极布置时， 将 电极分成两组， 两侧耳蜗各植入相应的一组电极， 利用双耳双声道的特点， 对双侧耳采用均 分电极布置或主辅电极布置。 其中， 每个电极与不同音符的基波频率点大致对应。 0079 如图2a-图2b所示， 本实用新型在实施时将电极用于人工耳蜗系统， 包括植入部分 及外接部分， 植入部分包括按照上述方式布置的电极阵列装置， 植入部分及外接部分无线 通信时， 电极阵列装置与接收装置相连， 外接部分包括依次连接的发射器、 处理器及声音采 集装置。 声音采集装置将采集的信号传输至处理器， 处理。
35、器对信号进一步处理后传输至发 射器， 发射器将处理后的信号通过无线的方式发送至接收装置， 接收装置根据接到的信号 触发电极的动作， 相应电极的动作从而使人耳能够听到相应的音乐信号。 0080 植入部分及外接部分有线通信时， 电极阵列装置为植入部分， 外接部分包括依次 连接的有线接口装置、 信号驱动装置、 处理器及声音采集装置。 声音采集装置将采集的信号 传输至处理器， 处理器对信号进一步处理后传输至信号驱动装置， 信号驱动装置将处理后 的信号通过有线接口装置发送至电极阵列装置， 电极阵列装置根据接收到的信号触发电极 的动作， 相应电极的动作从而使人耳能够听到相应的音乐信号。 0081 其中， 。
36、耳外的处理器可通过对音乐信号的解析， 转换为音乐的MIDI编码数据， 此格 式的数据可驱动对应各路电极的刺激信号。 显然， 更密集分布的电极方法， 不仅可以准确对 应音乐音符各频点， 使人工耳蜗植入者可以准确获取音符和谐波信息， 而且对语音特征频 率的传递， 可以根据 “就近映射” 原则， 从更密集的电极中确定工作电极， 对应采用言语处理 编码策略， 因此该电极布置方法和系统兼顾了语音信息的传递， 不会影响语音感知。 但是， 若采用原有较少的电极对音乐音符采用映射传递， 即便体外声音处理器准确解析出音乐音 符信息， 体内耳蜗电极也无法准确对应频点对接听神经， 传递给大脑， 音乐感知依然是缺失 。
37、的。 这也说明了， 为什么目前的人工耳蜗无法较好地感知音乐。 0082 实验研究还发现， 人耳有双侧耳感音叠加特性， 该特性不仅有利于分辨声源， 提高 声源定向能力， 还可整合脑干区音效， 即可增加声音的响度和叠加音乐旋律及谐波信息。 0083 在人工耳蜗系统中各侧电极的信号处理流程如图3所示： 0084 步骤一： 确定音乐各音符、 音程(类似MIDI编码信息)； 0085 步骤二： 确定各音符的基频及谐波频率； 0086 步骤三： 确定音乐音色， 调节相关系数； 0087 步骤四： 根据电极工作模式， 包括均分双侧模式， 主辅双侧模式， 均分单侧模式及 主辅单侧模式、 音乐模式/语音模式等，。
38、 确定各音符有效工作电极位置， 其中依据多种原则 或策略处理， 如临界带、 音符不分侧、 同侧就近对应及适当舍弃等。 0088 步骤五： 确定每侧工作电极位及各个电极信号编码序列； 0089 步骤六： 驱动或转换电极编码、 生成刺激脉冲信号。 说 明 书 12/18 页 15 CN 205515041 U 15 0090 在实施例子中， 对于音乐旋律多声道叠加感知效果， 我们做了专门的仿真分析， 假 设人工耳蜗最佳恢复效果可达正常人耳双耳感知， 故采用正常人耳作仿真。 如图5所示， 上、 下两波形分别为左、 右声道耳蜗所听到的声音信号时域波形， 其上部左声道波形， 为左耳电 极合成仿真音， 其。
39、中包括对应音符的基波和主要谐波的合成音信号； 其下部为右声道波形， 为右耳电极合成仿真音， 其中包括对应音符的基波和主要谐波的合成音信号。 由此左右声 道交替传递合成、 在大脑听区听到的音乐， 其曲段的旋律感知是完整的、 准确的。 0091 实验结果证明， 双声道技术可以传递音乐信号更多的子带特征， 能更准确、 方便地 传递基波和关键谐波成分， 变相地增加了人工耳蜗的电极数目。 0092 音乐音符的音调主要由基波频率决定， 而音符的音色则根据频谱特性决定， 即根 据基波与谐波比值及谐波多少来决定。 本专利的电极布置方案就是首先把所有音乐音符表 达所需要的基波频率位置分布好， 并分为两组分侧布置。
40、， 以减少单侧电极数目， 降低布置难 度， 然后对要表达的某个音符的基波和谐波频率根据某种原则映射到一侧电极阵列上， 从 而确保同一音符在一侧电极工作， 不同音符可在不同侧电极阵列表达， 以实现整个音乐曲 段采用双侧交替合成音效的旋律处理策略。 在实际对应转换、 表达中， 少数谐波中心频率可 能会 “就近落到” 另一侧电极位上， 对于这种情况， 可以采取 “同侧就近” 或 “适当舍弃” 原则 加以处理。 0093 为了更好的说明本实用新型的电极布置方式所达到的效果， 本实用新型给出了另 一实施例子： 0094 基于上述双声道耳蜗电极布置方法， 人工耳蜗音乐声音处理器根据电极工作模式 和编码策略。
41、， 按图3信号处理流程产生对应电极刺激信号， 其中音符越低， 在音乐感知频带 范围内其谐波个数越多， 对应刺激电极数应越多， 音符越高， 其谐波数越少， 有效刺激电极 数就越少。 在确定每个音符工作电极时， 依据临界带原则， 确定各有效工作电极， 即基波和 有效谐波准确或近似对应的同一侧耳蜗的各个电极， 其中可能舍弃个别谐波， 如近似到另 一侧电极的谐波。 该分析和处理工作由外接声音处理器来完成。 0095 由于不同乐器品种， 其谐波成分的幅度相互比值关系有所不同， 通常需根据乐器 品种做适当参数调整。 0096 以一段简单旋律来说明电极的工作情况： 0097 选取一段音乐旋律， 由三音符构成。
42、， 依次是A3、 G3、 C4， 假设各音符音程相等， 信号 波形如图6所示。 0098 首先确定音符的基波， 然后根据图3处理流程及编码策略(即临界带限制、 同一音 符的谐波在同侧确定工作电极、 舍弃不同侧谐波对应电极等)处理， 分配好该音符基波和各 谐波的备选电极， 如表4.1、 表4.2、 表4.3， 以刺激听神经系统， 保证同一音符的音乐信号不 分侧对接听神经刺激， 不破坏每个音符感知整体性。 这样， 每个音符在一侧确定各工作电 极， 不同的音符， 可能在同侧或不在同侧交替工作， 完整的音乐旋律是由双侧耳蜗电极阵列 刺激听神经的叠加效果获得音乐感知。 0099 若在双侧均分电极模式下工。
43、作， 对旋律段A3、 G3、 C4， 其中第1、 2音符在一侧， 第3音 符在另一侧电极工作， 如表4.1给出第1(A3)、 2(G3)音符在一侧依次工作的电极情况， 表4.2 给出第3个音符C4在另一侧电极的工作情况。 0100 若在主辅双侧电极模式下工作， 该旋律段A3、 G3、 C4， 由于基频同在主侧分布， 则三 说 明 书 13/18 页 16 CN 205515041 U 16 个音符依次在主侧耳蜗电极上工作， 具体工作情况如表4.3。 0101 表4.1第1(A3)、 2(G3)音符在均分双耳模式下依次工作电极(在一侧) 0102 说 明 书 14/18 页 17 CN 2055。
44、15041 U 17 0103 0104 表4.2第3音符(C4)在均分双耳模式下工作电极(另一侧) 说 明 书 15/18 页 18 CN 205515041 U 18 0105 0106 0107 表4.3第1(A3)、 2(G3)、 3(C4)音符在主辅法双侧模式下工作电极(依次在主侧) 说 明 书 16/18 页 19 CN 205515041 U 19 0108 说 明 书 17/18 页 20 CN 205515041 U 20 0109 0110 另外， 随着技术的发展， 当耳蜗电极布局不受实现工艺局限时， 表2.1表2.2中所有 频点均布局在单侧耳蜗中是最理想设计， 当所有电极。
45、均布置在单耳中时， 上述人工耳蜗装 置及相应的优化系统依然适用。 0111 上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述， 但并非对本实用新 型保护范围的限制， 所属领域技术人员应该明白， 在本实用新型的技术方案的基础上， 本领 域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范 围以内。 说 明 书 18/18 页 21 CN 205515041 U 21 图1a 图1b 说 明 书 附 图 1/4 页 22 CN 205515041 U 22 图2a 图2b 说 明 书 附 图 2/4 页 23 CN 205515041 U 23 图3 图4 说 明 书 附 图 3/4 页 24 CN 205515041 U 24 图5 图6 说 明 书 附 图 4/4 页 25 CN 205515041 U 25 。