CN107041809A - 一种耳鸣治疗系统及治疗仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耳鸣治疗系统，包括音频处理模块、音频播放模块、微电流产生模块和耳机；音频处理模块接收音乐音频信号和耳鸣频率信息，对音乐音频信号进行频谱整平，再滤除以耳鸣频率为中心频率的一段频带，接着增强所述滤除的以耳鸣频率为中心频率的一段频带以外两侧的能量，再发送到音频播放模块经过耳机输出进行播放；耳机带有导电电极，微电流产生模块与耳机的导电电极连接，在音频播放模块播放音乐的同时产生微电流脉冲信号，以刺激经过耳道周边的迷走神经。相对于现有技术，本发明的耳鸣治疗系统可以针对用户自身的耳鸣情况，个性化地治疗耳鸣，效果明显，而且可以在日常音乐欣赏中进行治疗，简单方便。
Description
技术领域
本发明属于听力治疗领域，尤其是涉及一种通过音乐滤波再增强的耳鸣治疗系统及治疗仪。
背景技术
主观性耳鸣是指在没有外源声音或电刺激情况下的一种声音感觉。耳鸣是一种常见症状，许多全身和耳部的疾病均可引起耳鸣。它严重影响国民身体健康和引发多种社会问题，根据流行病学资料统计显示，约35％的成人有过耳鸣的经历，大约有3-7%的人曾经因为耳鸣耳就医，其中0.5-2.5%的人诉耳鸣对其生活造成严重影响，导致难以集中注意、正常交流、工作和睡眠，甚至严重至有自杀倾向。同时，不同年龄层次的人群都会出现耳鸣，随年龄增大耳鸣发生率逐渐增加，最新研究显示耳鸣逐渐呈低龄化趋势，有报道发病率与成人相似。由于耳鸣病因复杂，机制不清，目前临床上没有统一有效的方法治疗耳鸣。根据最新的2014年美国耳鸣临床应用指南指出，根据循证医学证据统计，不推荐将抗抑郁药、抗惊厥药、抗焦虑药、鼓室内给药以及营养神经的银杏提取物或其他膳食补充药物作为治疗耳鸣的常规方法，同时也不推荐经颅磁刺激用于治疗耳鸣。指南专家组唯一建议患者在进行听力检测了解耳鸣侧别、持续时间和听力、耳鸣情况后接受耳鸣声治疗。
目前为止，声治疗耳鸣的方法很多，包括声掩蔽治疗、耳鸣再训练治疗，但以上方法均仅仅为症状处理手段，并不直接通过疾病发病机制治疗耳鸣，获得持久的效果。例如，掩蔽治疗产生的后抑制效应仅能维持数秒至数十分钟，重复多次治疗仍难以获得持久的抑制效应，而且已有多项研究表明长期掩蔽治疗对耳鸣患者的症状及心理状况改善并无明显优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耳鸣治疗系统，先对音乐音频信号进行频谱整平，再滤掉以耳鸣频率为中心的一段频带，接着增强滤掉频带以外两侧的能量，通过播放滤波增强后的音乐配合耳道周围的迷走神经刺激，以达到在日常音乐欣赏的过程中治疗耳鸣的效果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种耳鸣治疗系统，包括音频处理模块、音频播放模块、微电流产生模块和耳机；音频处理模块接收音乐音频信号和耳鸣频率信息，对音乐音频信号进行频谱整平，再滤除以耳鸣频率为中心频率的一段频带，接着增强滤除的以耳鸣频率为中心频率的一段频带以外两侧的能量，再发送到音频播放模块经过耳机输出进行播放；耳机带有导电电极，微电流产生模块与耳机的导电电极连接，在音频播放模块播放音乐的同时产生微电流脉冲信号，以刺激经过耳道周边的迷走神经分支。
相对于现有技术，本发明的耳鸣治疗系统针对用户自身的耳鸣情况，个性化地治疗耳鸣，而且可以在日常音乐欣赏中进行治疗，当倾听愉悦的、个人喜好的歌曲时能使患者集中注意，达到调节大脑功能的效果，同时激活大脑的奖励系统诱导多巴胺的释放，对皮层重组起着重要作用，结合迷走神经刺激，可以有效增强大脑的可塑性改变，减少大脑中枢皮层的异常区域兴奋，治疗过程简单方便，效果明显。
进一步地，音频处理模块包括频谱整平模块、切迹滤波模块和能量增强模块；
的频谱整平模块以音乐音频的频率的倒数为系数乘以该频率所对应的能量，使得频率越高，能量越低，从而使较高频率区域加强对较低频率区域的中枢旁抑制作用；
切迹滤波模块对频谱整平模块输出的音乐音频信号进行滤波处理，滤波的频段为以耳鸣频率为中心频率的倍频程；
能量增强模块对切迹滤波模块输出的切迹滤波音乐音频信号的两段频带进行能量增强，增强能量的频带为切迹滤波模块滤除的以耳鸣频率为中心频率的倍频程两侧边缘以外相邻的两段频带。
进一步地，能量增强模块增强的能量为20分贝。
进一步地，能量增强模块增强能量的两段频带宽度为3/8倍频程。
进一步地，包括一交互模块，用于接收用户的输入信息，耳鸣中心频率，可由交互模块直接输入，再发送到音频处理模块。
进一步地，包括一耳鸣匹配模块，用于生成不同频率的模拟耳鸣音频信号，通过音频播放模块进行播放，用户通过交互模块选择与自身耳鸣最相似的模拟耳鸣音频信号，再发送到音频处理模块。
进一步地，交互模块用于调节音频播放模块所播放的音乐音频的响度；交互模块用于调整微电流产生模块产生的微电流脉冲的强度大小。
进一步地，耳机具有两个导电的电极，耳机内部有两条独立的电路，一条与音频播放模块相连接，为音频播放通路，另一条为电极与微电流产生模块相连接，为微电流通路。
进一步地，该系统通过网络以服务器/客户端形式实现，音频处理模块、耳鸣匹配模块设置在远端服务器上，音频播放模块、微电流产生模块、交互模块和耳机设置在本地计算机或智能终端上。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明耳鸣治疗系统的结构示意图。
图2是本发明耳鸣治疗系统的音频处理模块的结构示意图。
图3是本发明能量增强频带的功率谱示意图。
图4是本发明耳鸣治疗系统的服务器/客户端结构示意图。
具体实施方式
本发明的耳鸣治疗系统，先对音乐音频信号进行频谱整平，再滤掉以耳鸣频率为中心的一段频带，接着增强滤掉频带以外两侧的能量，通过播放滤波增强后的音乐配合耳道周围的迷走神经刺激，达到治疗效果。请参阅图1，其是本发明的耳鸣治疗系统的结构示意图。该耳鸣治疗系统包括音频处理模块1、音频播放模块2、微电流产生模块3、交互模块4、耳鸣匹配模块5和耳机6。
其中，音频处理模块1接收音乐音频信号，对音乐音频信号进行处理再通过音频播放模块2进行播放，用户经过耳机6收听音乐；微电流产生模块3可以在音频播放模块2播放音乐的同时产生微电流脉冲，通过耳机6上的独立电路刺激耳道周围的迷走神经，以提高耳鸣治疗效果；交互模块4作为该耳鸣治疗系统的输入模块，接收用户的输入信息，可以接收用户输入的自身的耳鸣频率信息并发送到音频处理模块1，也可调节音频播放模块2播放音乐的音量，还可调节微电流产生模块3产生电流的强度；耳鸣匹配模块5用于生成不同频率的模拟耳鸣音频信号，通过音频播放模块2进行播放，用户通过交互模块4选择与自身耳鸣最相似的模拟耳鸣音频信号，再发送到音频处理模块1。耳机6具有两个导电的电极，耳机内部有两条独立的电路，一条与音频播放模块2相连接，为音频信号电路，另一条为电极与微电流产生模块3相连，为微电流脉冲脉冲信号电路，通过导电电极释放微电流脉冲来刺激耳道周围的迷走神经。
具体地，如图2所示，音频处理模块1包括能量整平模块11、切迹滤波模块12和能量增强模块13:
频谱整平模块11以音乐音频的频率f的倒数为系数乘以该频率所对应的能量，使得频率越高，能量越低，较高频率区域加强对较低频率区域的中枢旁抑制作用。
该频谱整平模块11实现音乐信号从低频到高频的能量重新分配，使音乐的能量谱相等化，这个过程也叫做“整平（flattening）”。频谱用于表示单位频带内的信号能量，在该过程中，以1/f为系数补偿能量的衰减，用单位频带的频率f的倒数乘以该频率所对应的能量，从而能典型地描绘出音乐频率谱，让较高的频率区域加强对较低频率区域的中枢旁抑制作用。
切迹滤波模块12对频谱整平模块11输出的音乐音频信号进行滤波处理，滤波的频段为以耳鸣频率为中心频率的倍频程。
人耳听音的频率范围为20Hz到20KHz，在声音信号频谱分析一般不需要对每个频率成分进行具体分析。为了方便起见，人们把20Hz到20KHz的声频范围分为几个段落，每个频带成为一个频程。频程的划分采用恒定带宽比，即保持频带的上、下限之比为一常数。若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。如果在一个倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率,使4个频率之间的比值相同(相邻两频率比值为)，这样将一个倍频程划分为3个频程,称这种频程为1/3倍频程。
切迹滤波模块12接收能量整平模块11输出的音乐音频信号和交互模块4发来的用户自身的耳鸣频率f0，通过计算得出耳鸣频率f0所在倍频程频带的上下限频率，具体的计算方法为：假设每一个频带的上限频率为fu，下限频率为fl，那么这一段的中心频率为本技术方案中，令耳鸣频率f0为中心频率，则可以计算出耳鸣频率f0所在的倍频程频带，假设耳鸣频率f0的上限频率为f0u，下限频率为f0l，由f0u＝2*f0l，可以计算出： 近似取f0u＝1.414f0，f0l＝0.707f0，因此以耳鸣频率f0为中心频率的倍频程频带为[0.707f0，1.414f0]；接着对能量整平后的音乐音频进行带通滤波处理，滤掉频带为频带计算模块计算所得的下限频率f0l至上限频率f0u，播放出来的音乐在频谱上对应[f0l，f0u]这个频段是没有能量的，再发送到能量增强模块13。
能量增强模块13对所述切迹滤波模块12输出的切迹滤波音乐音频信号的两段频带进行能量增强，该增强能量的频带为切迹滤波模块滤除的倍频程两侧边缘以外相邻的两段频带，两段频带宽度为3/8倍频程，增强的能量为20dB(分贝)，如图3所示为能量增强频带的功率谱示意图，根据上述的计算，倍频程为1.41 f0-0.707 f0=0.707 f0，乘以3/8，即每侧增强能量的频带宽度为0.265 f0。选择两侧3/8倍频程，是因为切迹滤波频带两侧的这个频率范围的能量能有效增强对切迹滤波的中心频率（耳鸣频率）的旁抑制作用，对切迹滤波两边的边缘频率带只放大20dB，是因为太强的能量增强会使音乐失真，听起来缺乏愉悦感。
微电流产生模块3与耳机6连接，在音频播放模块2播放音乐的同时产生微电流脉冲脉冲信号，从而实现在听音乐的同时刺激耳道周围的迷走神经，所述的微电流脉冲为方波，频率为30Hz，脉冲宽度为100微秒，微电流强度可由交互模块4进行调节，默认为0.8毫安。滤波增强后的音乐音频信号和微电流脉冲信号同时工作，促使患者注意力集中，达到调节大脑功能的效果；这些信号能激活大脑的奖励系统诱导多巴胺的释放，多巴胺是用来帮助细胞传送脉冲的化学物质，对大脑皮层重组起着重要作用，进一步改善耳鸣症状及患者的心理状况。
用户自身的耳鸣频率，可以直接由交互模块4输入，或者通过耳鸣匹配模块5播放的不同频率的模拟耳鸣音频信号，再通过交互模块4进行选择与自身耳鸣最为相近的耳鸣频率，最后交互模块4都会将用户自身的耳鸣频率信息发送到音频处理模块1。另外，交互模块4还用于调节微电流产生模块3产生的微电流脉冲强度和音频播放模块2所播放音乐音频的响度，以使用户达到最佳的体验。交互模块可以是触摸输入屏，或者是显示屏和鼠标、键盘的组合。
本发明的耳鸣治疗系统可以作为一个完整的系统设置在计算机或智能终端上，或者单独作为一台耳鸣治疗仪。另外也可以如图4所示，通过网络以服务器/客户端形式进行治疗，音频处理模块1、耳鸣匹配模块5设置在远端服务器A上，音频播放模块2、微电流产生模块3、交互模块4设置在本地计算机或智能终端B上，用户通过交互模块4，选择音乐、匹配耳鸣频率、调整微电流脉冲强度，服务器A上的音频处理模块1、耳鸣匹配模块5对音乐音频信号进行处理，再发送到本地计算机或智能终端B，由本地计算机或智能终端的音频播放模块2进行播放，配合微电流产生模块3产生的微电流脉冲，在耳机6收听音乐的同时刺激耳道周围的迷走神经。
以下对本发明的耳鸣治疗系统的运行过程和具体应用进行描述。
第一步，用户要先确定自身的耳鸣频率，通过耳鸣匹配模块播放各种不同频率的耳鸣模拟信号，用户经耳机收听之后，通过交互模块选择与自身耳鸣最为相近的耳鸣音频，交互模块将对应的耳鸣频率f0发送到音频处理模块；另外也可以由交互模块直接输入用户自身的耳鸣频率。
第二步，用户选择听音乐，音频处理模块接收音乐音频信号，音乐音频文件可以是本地存储的音乐文件，也可以是网络或其他来源的音乐音频。接着，音频处理模块的子模块频谱整平模块以音乐音频的频率f的倒数为系数乘以该频率所对应的能量，使音乐的能量谱相等化，然后切迹滤波模块根据交互模块发送来的耳鸣频率f0，计算出滤波频带：[0.707f0，1.414 f0]，并根据这个频带进行带通滤波；最后，能量增强模块对切迹滤波模块输出的切迹滤波音乐音频信号的在滤波频段相邻边缘的两段宽度为3/8倍频程（0.265 f0）的频带增强能量20db，发送到音频播放模块进行播放。
第三步，用户通过耳机6欣赏切迹滤波增强后的音乐，同步地，微电流产生模块3产生微电流脉冲，通过耳机上的另一独立通路刺激耳送周围的迷走神经，用户可以通过交互模块4调整最适合的电流强度，达到最佳的治疗效果。
相对于现有技术，本发明的耳鸣治疗系统先对音乐音频信号进行频谱整平，再滤掉以耳鸣频率为中心的一段频带，接着增强滤掉频带以外两侧的能量，通过播放滤波增强后的音乐配合耳道周围的迷走神经刺激，针对用户自身的耳鸣情况，个性化地治疗耳鸣，而且可以在日常音乐欣赏中进行治疗，当倾听愉悦的、个人喜好的歌曲时能使患者集中注意，达到调节大脑功能的效果，同时激活大脑的奖励系统诱导多巴胺的释放，对皮层重组起着重要作用，结合迷走神经刺激，可以有效增强大脑的可塑性改变，减少大脑中枢皮层的异常区域兴奋，治疗过程简单方便，效果明显。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (9)
1.一种耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：包括音频处理模块、音频播放模块、微电流产生模块和耳机；
所述音频处理模块接收音乐音频信号和耳鸣频率信息，对音乐音频信号进行频谱整平，再滤除以耳鸣频率为中心频率的一段频带，接着增强所述滤除的以耳鸣频率为中心频率的一段频带以外两侧的能量，再发送到所述音频播放模块经过耳机输出进行播放；
所述耳机带有导电电极，所述微电流产生模块与所述耳机的导电电极连接，在音频播放模块播放音乐的同时产生微电流脉冲信号，以刺激经过耳道周边的迷走神经分支。
2.根据权利要求1所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：所述音频处理模块包括频谱整平模块、切迹滤波模块和能量增强模块；
所述的频谱整平模块以音乐音频的频率的倒数为系数乘以该频率所对应的能量，使得频率越高，能量越低，从而使较高频率区域加强对较低频率区域的中枢旁抑制作用；
所述切迹滤波模块对频谱整平模块输出的音乐音频信号进行滤波处理，滤波的频段为以耳鸣频率为中心频率的倍频程；
所述能量增强模块对所述切迹滤波模块输出的切迹滤波音乐音频信号的两段频带进行能量增强，所述增强能量的频带为切迹滤波模块滤除的以耳鸣频率为中心频率的倍频程两侧边缘以外相邻的两段频带。
3.根据权利要求2所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：所述能量增强模块增强的能量为20分贝。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：所述能量增强模块增强能量的两段频带宽度为3/8倍频程。
5.根据权利要求4所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：包括一交互模块，用于接收用户的输入信息，所述耳鸣中心频率，可由所述交互模块直接输入，再发送到音频处理模块。
6.根据权利要求5所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：包括一耳鸣匹配模块，用于生成不同频率的模拟耳鸣音频信号，通过音频播放模块进行播放，用户通过所述交互模块选择与自身耳鸣最相似的模拟耳鸣音频信号，再发送到音频处理模块。
7.根据权利要求6所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：所述交互模块用于调节音频播放模块所播放的音乐音频的响度；所述交互模块用于调整所述微电流产生模块产生的微电流脉冲的强度大小。
8.根据权利要求7所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：所述耳机具有两个导电的电极，耳机内部有两条独立的电路，一条与音频播放模块相连接，为音频播放通路，另一条为电极与微电流产生模块相连接，为微电流通路。
9.根据权利要求8所述的耳鸣治疗系统及治疗仪，其特征在于：该系统通过网络以服务器/客户端形式实现，所述音频处理模块、所述耳鸣匹配模块设置在远端服务器上，所述音频播放模块、所述微电流产生模块、所述交互模块和所述耳机设置在本地计算机或智能终端上。
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