CN105616039A - 人工耳蜗仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人工耳蜗仿真系统及方法，仿真系统包括：用于接收声音信号并且将声音信号编码处理的人工耳蜗体外机，人工耳蜗体外机设有发射线圈；植入体模拟器，包括依次相连的接收线圈、解码器、刺激器和电极模拟显示模块，所述接收线圈与所述发射线圈信号相通，所述电极模拟显示模块包括多个电极模拟支路，每个电极模拟支路由电阻和发光二极管串联构成，电阻的大小为耳蜗植入体中电极所在人耳内周围组织的阻抗；控制开关组，包括多个控制开关，每个控制开关单独控制一个所述发光二极管的通断。本发明可以展示人工耳蜗系统的植入体电极工作状态，还可进一步恢复时域声音信号，为人工耳蜗的检测和试验带来方便。
Description
技术领域
本发明涉及人工耳蜗技术领域，特别是涉及一种人工耳蜗仿真系统及方法。
背景技术
人工耳蜗是一种电子装置，由体外言语处理器即人工耳蜗体外机将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入人体内的电极系统直接兴奋听神经来恢复或重建聋人的听觉功能。近年来，随着电子技术、计算机技术、语音学、电生理学、材料学、耳显微外科学的发展，人工耳蜗已经从实验研究进入临床应用。现在全世界已把人工耳蜗作为治疗重度聋至全聋的常规方法。
人工耳蜗利用植入内耳的电极绕过内耳受损部位，用微弱电流直接刺激残余的听神经产生兴奋，该兴奋沿听觉通路传递至大脑并被解释为声音，从而使患者获得听觉。由于患者听到的不是真正声场的声音，而是由电刺激诱发的听觉，所以简称电听觉。电听觉效果的好坏，是否真的和正常人听到声音的感觉相似，取决于电子耳蜗体外语音编码器中运行的语音编码算法的好坏。然而，不可能依靠反复在患者身上多次植入来验证和选择算法。因此，需要一种能对人工耳蜗进行仿真的平台，能反馈人工耳蜗所发出的电极刺激信号以及反馈出人工耳蜗听到的语音信号最好。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种人工耳蜗仿真系统及方法，用于解决现有技术中人工耳蜗的工作原理不能进行实际演示的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种人工耳蜗仿真系统，其包括：
用于接收声音信号并且将声音信号编码处理的人工耳蜗体外机，人工耳蜗体外机设有发射线圈；
植入体模拟器，包括依次相连的接收线圈、解码器、刺激器和电极模拟显示模块，所述接收线圈与所述发射线圈信号相通，所述电极模拟显示模块包括多个电极模拟支路，每个电极模拟支路由电阻和发光二极管串联构成，电阻的大小为耳蜗植入体中电极所在人耳内周围组织的阻抗；
控制开关组，包括多个控制开关，每个控制开关单独控制一个所述发光二极管的通断。
优选的，所述植入体模拟器上还设有用于与数据采集器相连的外界插口，外界插口由多个采集端口构成，每个采集端口单独采集一个所述电阻两端的电压。
优选的，所述人工耳蜗仿真系统还包括设于计算机内的操作系统，所述操作系统包括数据采集模块和数据仿真模块，所述数据采集模块用于采集并存储所述数据采集器采集到的数据，所述数据仿真模块用于对所述数据采集模块保存的数据进行仿真运算，并且恢复出所述人工耳蜗体外机所接收到的时域声音信号。
优选的，所述控制开关组上还设有控制所述植入体模拟器工作状态为单极刺激模式或双极刺激模式中的一种的转换开关，且所述植入体模拟器上具有对应两种工作状态的两个显示灯。
优选的，所述电极模拟支路有22条，所有电极模拟支路中的发光二极管排布成所述耳蜗植入体在人体内的状态。
优选的，所述人工耳蜗体外机为耳背式体外机或佩戴式体外机。
本发明还提供一种人工耳蜗仿真方法，所述人工耳蜗仿真方法采用如上所述的人工耳蜗仿真系统，具体仿真过程为：所述人工耳蜗体外机处于开机状态，断开所述控制开关组中的所有控制开关，所述植入体模拟器上的所有发光二极管具有亮灭显示，通过发光二极管的亮灭模拟耳蜗植入体中各电极在人体内的工作状态，以及通过发光二极管的光亮强度来表达所述发光二极管对应电极的刺激输出强度。
优选的，所述人工耳蜗仿真方法采用的所述人工耳蜗仿真系统还包括带有数据采集模块和数据仿真模块的操作系统，所述植入体模拟器上还设有采集各所述电阻两端电压的外界插口；具体仿真过程还包括：将数据采集器与所述外界插口相连，且与带有所述操作系统的计算机相连，所述人工耳蜗体外机处于开机状态，闭合所述控制开关组中的所有控制开关，操作所述操作系统通过所述数据采集器采集所述植入体模拟器上各电极模拟支路的电压数据信号，运行所述数据仿真模块，数据仿真模块根据采集到各电极模拟支路的电压数据信号，提取出电压幅度值，并且根据所述电阻的阻值得出电流幅度值，再根据人工耳蜗编码策略算法逆向合成所述人工耳蜗体外机接收的时域声音信号。
如上所述，本发明的人工耳蜗仿真系统及方法，具有以下有益效果：本发明的仿真系统及方法可以展示植入体电极工作状态，还可进一步恢复时域声音信号，为人工耳蜗的检测和试验带来方便。
附图说明
图1显示为本发明的人工耳蜗仿真系统示意图。
图2显示为本发明的植入体模拟器内部结构示意图。
图3显示为本发明的植入体模拟器外观示意图。
图4显示为本发明的人工耳蜗仿真方法的流程示意图。
元件标号说明
1人工耳蜗体外机
11发射线圈
2植入体模拟器
21接收线圈
22电极模拟显示模块
221电阻
222发光二极管
223控制开关
23外界插口
24解码器
25刺激器
26显示灯
27转换开关
3数据采集器
4计算机
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种人工耳蜗仿真系统，其包括：
用于接收声音信号并且将声音信号编码处理的人工耳蜗体外机1，人工耳蜗体外机1设有
发射线圈11；
植入体模拟器2，见图2及图3所示，包括依次相连的接收线圈21、解码器24、刺激器25和电极模拟显示模块22，接收线圈21与发射线圈11信号相通，电极模拟显示模块22包括多个电极模拟支路，每个电极模拟支路由电阻221和发光二极管222串联构成，电阻221的大小为耳蜗植入体中电极所在人耳内周围组织的阻抗；
控制开关组，包括多个控制开关，每个控制开关223单独控制一个发光二极管222的通断。
本发明的人工耳蜗仿真系统可模拟展示耳蜗植入体中的各电极工作状态，一方面，能模拟展示耳蜗的频率选择特性，即耳蜗从蜗尖至蜗底选择声音对应为低频至高频声音信号；本仿真系统的植入体模拟器会根据人工耳蜗体外机接受的声音信号特点通过发光二极管的亮灭显示出这一特性。此外，发光二极管愈亮，表示对应电极刺激输出强度愈强，即代表该发光二极管对应电极的响应频率幅度值愈大。当做此功能演示时，植入体模拟器的控制开关需全部打开。
如图1所示，上述人工耳蜗体外机1为耳背式体外机或佩戴式体外机，主要完成声音信号拾取、声音信号处理、编码发射等工作。
如图2及图3所示，植入体模拟器2主要由接收线圈21、专用集成电路(ASIC)及电极模拟显示模块22组成，专用集成电路(ASIC)主要指解码器24和刺激器25。其中，接收线圈21和ASIC与真实的耳蜗植入体相对应部分等同。接收线圈21主要作用是接收人工耳蜗体外机1上的发射线圈11发送过来的信号；解码器24主要对接收线圈所接收的信号进行解码，得出刺激电极编号及对应的刺激幅度等信息；刺激器25主要实现对相应的电极给予相应宽度和幅度的刺激脉冲信号。
上述电极模拟显示模块22由电阻阵列、发光二极管阵列和开关阵列组成。本实施例中的上述电极模拟支路有二十二条，相对应真实的耳蜗植入体中的电极数，所有电极模拟支路22中的发光二极管222排布成耳蜗植入体在人体内的状态，见图3所示，即成涡旋状，从内至外二十二个发光二极管(即LED灯)代表E1电极至E22电极。上述电极模拟显示模块22中的所有电阻221形成电阻阵列，且纯电阻R_1、R_2…R_22(阻值都为2kΩ)用来模拟耳蜗植入体中电极在人耳内周围组织的真实阻抗，所有发光二极管构成LED灯阵列，LED灯阵列用来模拟电极工作状态。以电极E1举例，电阻R_1、发光二极管D_1与开关S_1组成模拟电极E_1的电路，其余电极模拟电路类推。同时，E_1代表蜗尖电极，E_22代表蜗底电极，E_1至E_22代表植入电极由蜗尖至蜗底逐渐过渡。
为便于对耳蜗植入体各电极输出信号进行数据采集，上述植入体模拟器2上还设有用于与数据采集器3相连的外界插口23，外界插口23由多个采集端口构成，每个采集端口单独采集一个电阻两端的电压。本实施例中的采集端口L_1和H_1采集的信号为电阻R_1两端的电压，也即E_1电极输出的电压值。
上述控制开关组上还设有控制所述植入体模拟器2工作状态为单极刺激模式或双极刺激模式中的一种的转换开关27，且所述植入体模拟器2上具有对应两种工作状态的两个显示灯26。无论何种工作模式，本仿真系统均可对全部二十二个电极进行采集。本植入体模拟器2的外界插口23满足单极和多极电极刺激模式的数据采集。举例：当植入体模拟器2工作于双极刺激模式，如BP模式，只需把L_1和L_2作为电极E_1采集端即可，即采集R_1和R_2串联后的电压值；当植入体模拟器工作于单极刺激模式，如MP1模式，只需把L_1和H_1作为电极E1采集输入即可，即只采集R_1两端的电压值。
为进一步扩展本人工耳蜗仿真系统的仿真功能，使其具有电极刺激信号至声音信号的还原功能。本人工耳蜗仿真系统还包括设于计算机4内的操作系统，操作系统包括数据采集模块和数据仿真模块，数据采集模块用于存储上述数据采集器3采集到的数据，数据仿真模块用于对数据采集模块保存的数据进行仿真运算，并且恢复出人工耳蜗体外机所接收到的时域声音信号。
本发明还提供一种人工耳蜗仿真方法，其采用上述人工耳蜗仿真系统来实现，即采用上述人工耳蜗体外机1、植入体模拟器2、控制开关组和上述操作系统，并且将操作系统装入计算机4内，利用数据采集器3与植入体模拟器上的外界插口23相连，数据采集器与计算机之间采用USB数据线连接。本实施例中采用的数据采集器型号为MCC1608HS，关键参数为：①8路模拟输入；②每通道最大250kS/s采样速率；③同步采样。本实施例根据人工耳蜗体外机工作参数不同，最多需要三台此型号的数据采集器级联使用，其中数据采集器与植入体模拟器的外界插口之间采用导线连接。数据采集模块主要是配合数据采集器3来完成数据采集和保存功能；数据仿真模块主要用来对数据采集模块保存的数据进行仿真运算。
本仿真方法的具体仿真流程为：如图4所示，
上述人工耳蜗体外机1处于开机状态，根据控制开关组中所有控制开关223的工作状态来选择仿真功能，如果进行声音信号还原仿真，则需要闭合所有控制开关223，即断开所有发光二极管222，如果只进行电极工作状态演示，则将所有控制开关223断开，使所有发光二极管222处于连通状态。
电极工作状态演示：断开控制开关组中的所有控制开关223，植入体模拟器2上的所有发光二极管222具有亮灭显示功能，通过发光二极管222的亮灭模拟耳蜗植入体中各电极在人体内的工作状态，也即模拟展示耳蜗的频率选择特性，即耳蜗从蜗尖至蜗底选择声音对应为低频至高频声音信号；以及通过发光二极管的光亮强度来表达发光二极管222对应电极的刺激输出强度。发光二极管愈亮，表示对应电极刺激输出强度愈强，即代表对应电极所代表的响应频率幅度值愈大。
声音信号还原仿真：闭合所有控制开关223，操作上述操作系统通过数据采集模块采集植入体模拟器2上各电极模拟支路的电压数据信号，运行数据仿真模块，数据仿真模块根据采集到各电极模拟支路的电压数据信号，提取出电压幅度值，并且根据电阻的阻值得出电流幅度值，再根据人工耳蜗编码策略算法逆向合成所述人工耳蜗体外机接收的时域声音信号。
综上所述，本发明的人工耳蜗仿真系统及方法，其可以展示植入体电极工作状态，还可进一步还原时域声音信号，为人工耳蜗的检测和试验带来方便。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种人工耳蜗仿真系统，其特征在于，包括：
用于接收声音信号并且将声音信号编码处理的人工耳蜗体外机，人工耳蜗体外机设有发射线圈；
植入体模拟器，包括依次相连的接收线圈、解码器、刺激器和电极模拟显示模块，所述接收线圈与所述发射线圈信号相通，所述电极模拟显示模块包括多个电极模拟支路，每个电极模拟支路由电阻和发光二极管串联构成，电阻的大小为耳蜗植入体中电极所在人耳内周围组织的阻抗；
控制开关组，包括多个控制开关，每个控制开关单独控制一个所述发光二极管的通断。
2.根据权利要求1所述的人工耳蜗仿真系统，其特征在于：所述植入体模拟器上还设有用于与数据采集器相连的外界插口，外界插口由多个采集端口构成，每个采集端口单独采集一个所述电阻两端的电压。
3.根据权利要求2所述的人工耳蜗仿真系统，其特征在于：所述人工耳蜗仿真系统还包括设于计算机内的操作系统，所述操作系统包括数据采集模块和数据仿真模块，所述数据采集模块用于采集并存储所述数据采集器采集到的数据，所述数据仿真模块用于对所述数据采集模块保存的数据进行仿真运算，并且恢复出所述人工耳蜗体外机所接收到的时域声音信号。
4.根据权利要求1所述的人工耳蜗仿真系统，其特征在于：所述控制开关组上还设有控制所述植入体模拟器工作状态为单极刺激模式或双极刺激模式中的一种的转换开关，且所述植入体模拟器上具有对应两种工作状态的两个显示灯。
5.根据权利要求1所述的人工耳蜗仿真系统，其特征在于：所述电极模拟支路有22条，所有电极模拟支路中的发光二极管排布成所述耳蜗植入体在人体内的状态。
6.根据权利要求1所述的人工耳蜗仿真系统，其特征在于：所述人工耳蜗体外机为耳背式体外机或佩戴式体外机。
7.一种人工耳蜗仿真方法，其特征在于：所述人工耳蜗仿真方法采用如权利要求1所述的人工耳蜗仿真系统，具体仿真过程为：所述人工耳蜗体外机处于开机状态，断开所述控制开关组中的所有控制开关，所述植入体模拟器上的所有发光二极管具有亮灭显示，通过发光二极管的亮灭模拟耳蜗植入体中各电极在人体内的工作状态，以及通过发光二极管的光亮强度来表达所述发光二极管对应电极的刺激输出强度。
8.根据权利要求7所述的人工耳蜗仿真方法，其特征在于：所述人工耳蜗仿真方法采用的所述人工耳蜗仿真系统还包括带有数据采集模块和数据仿真模块的操作系统，所述植入体模拟器上还设有采集各所述电阻两端电压的外界插口；具体仿真过程还包括：将数据采集器与所述外界插口相连，且与带有所述操作系统的计算机相连，所述人工耳蜗体外机处于开机状态，闭合所述控制开关组中的所有控制开关，操作所述操作系统通过所述数据采集器采集所述植入体模拟器上各电极模拟支路的电压数据信号，运行所述数据仿真模块，数据仿真模块根据采集到各电极模拟支路的电压数据信号，提取出电压幅度值，并且根据所述电阻的阻值得出电流幅度值，再根据人工耳蜗编码策略算法逆向合成所述人工耳蜗体外机接收的时域声音信号。
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