способ генерации сигналов стимуляции для имплантируемой матрицы электродов кохлеарного имплантата (варианты) и система кохлеарного имплантата

Формула изобретения

1. Способ генерации сигналов стимуляции для имплантируемой многоканальной матрицы электродов кохлеарного имплантата, включающий обработку акустического сигнала слуховой частоты группой фильтров, каждый из которых связывают с по крайней мере одним каналом, имеющим электрод, содержащей первый полосовой фильтр, посредством которого генерируют широкополосный сигнал b(t) с частотами, выбранными из группы, включающей частоты основного тона голоса в диапазоне 100 Гц-400 Гц или частоты первой форманты гласных в диапазоне 400 Гц-1000 Гц, и активирование по крайней мере одного электрода, связанного с первым полосовым фильтром, посредством сигналов стимуляции, которые подают на электроды и формируют по крайней мере, частично, из широкополосного сигнала b(t) для представления временной информации тонкой структуры.

2. Способ по п.1, в котором только один электрод связан с первым полосовым фильтром.

3. Способ по п.1, в котором активируют по крайней мере два электрода.

4. Способ по п.3, в котором при активировании по крайней мере двух электродов стимулируют всю апикальную область улитки.

5. Способ по п.3, в котором при активировании по крайней мере двух электродов одновременно используют одинаковые сигналы стимуляции, которые подают на электроды.

6. Способ по п.1, в котором по крайней мере один электрод устанавливают в апикальной области улитки.

7. Способ по п.1, который дополнительно включает активирование по крайней мере одного электрода, связанного с по меньшей мере одним фильтром, другим в сравнении с первым полосовым фильтром, посредством которого генерируют сигналы более высоких частот, чем частоты широкополосного сигнала b(t).

8. Способ по п.7, в котором посредством указанного по меньшей мере одного фильтра генерируют сигналы только более высоких частот, чем частоты широкополосного сигнала b(t).

9. Способ по п.7, в котором при активировании по крайней мере одного электрода используют стратегию обработки речи CIS.

10. Способ по п.7, который в котором дополнительно используют стратегию внутриканального глубокого погружения CIC.

11. Способ по п.1, в котором дополнительно используют стратегию алгоритма выбранной группы.

12. Способ по п.1, в котором располагают по крайней мере один электрод, который связывают с первым полосовым фильтром на заранее определенном расстоянии от других электродов многоканальной матрицы электродов для избежания, в основном, взаимовлияния каналов.

13. Способ по п.1, в котором широкополосный сигнал b(t) в основном ограничивают частотами, меньшими 400 Гц.

14. Способ по п.1, в котором широкополосный сигнал b(t) в основном ограничивают частотами, меньшими 1000 Гц.

15. Способ генерации сигналов стимуляции для имплантируемой матрицы электродов, включающий использование группы фильтров, каждый из которых связывают с по крайней мере одним каналом, имеющим электрод, и с полосой пропускания слуховых частот, в которой генерируют группу полосовых сигналов, обработку акустического сигнала слуховой частоты группой фильтров, по каждому электроду извлечение информации из полосового сигнала с генерацией группы сигналов, определение в ней сигналов стимуляции, подаваемых на электроды, и преобразование сигналов стимуляции, подаваемых на электрод в группу выходных импульсов электрода имплантируемой матрицы электродов, при этом устанавливают фильтры и связанные с ними полосовые сигналы с возможностью избежания взаимовлияния электродов каналов на низких частотах.

16. Способ по п.15, в котором в группе фильтров используют один полосовой фильтр, охватывающий диапазон частот основного тона голоса 100 Гц-400 Гц.

17. Способ по п.15, в котором в группе фильтров используют один полосовой фильтр, охватывающий диапазон частот первой форманты гласных 400 Гц-1000 Гц.

18. Способ по п.15, в котором в группе фильтров используют один полосовой фильтр, охватывающий диапазон частот 100 Гц-1000 Гц.

19. Система кохлеарного имплантата, включающая многоканальную матрицу электродов, содержащую набор электродов стимуляции и установленную с возможностью стимуляции ткани слухового нерва сигналами стимуляции, подаваемыми на электроды, препроцессор обработки акустического сигнала слуховой частоты, содержащий группу фильтров, каждый из которых связан с по крайней мере одним каналом, имеющим электрод, снабженную первым полосовым фильтром, генерирующим широкополосный сигнал b(t) с диапазоном частот, выбранным из группы, включающей частоты основного тона голоса в диапазоне 100 Гц-400 Гц и частоты первой форманты гласных в диапазоне 400 Гц-1000 Гц, и модуль стимуляции, установленный с возможностью активирования по крайней мере одного электрода, связанного с первым полосовым фильтром и сигналами стимуляции, подающимися на электроды и сформированными по крайней мере, частично, из широкополосного сигнала b(t) для представления временной информации тонкой структуры.

20. Система по п.19, в которой только один электрод связан с первым полосовым фильтром.

21. Система по п.19, в которой по крайней мере два электрода связаны с первым полосовым фильтром.

22. Система по п.21, в которой модуль стимуляции установлен с возможностью активирования одновременно по крайней мере двух электродов с одинаковым сигналом стимуляции, подаваемым на электроды.

23. Система по п.19, в которой группа фильтров дополнительно содержит по крайней мере один электрод, связанный с по меньшей мере одним фильтром, другим в сравнении с первым полосовым фильтром и выполненным с возможностью генерирования сигналов более высоких частот, чем частоты широкополосного сигнала b(t).

24. Система по п.23, в которой по меньшей мере один фильтр выполнен с возможностью генерирования сигналов только более высоких частот, чем частоты широкополосного сигнала b(t).

25. Система по п.23, в которой модуль стимуляции является модулем стимуляции со стратегией обработки речи CIS при активировании по крайней мере одного электрода, связанного с по меньшей мере одним фильтром, другим в сравнении с первым полосовым фильтром,

26. Система по п.19, в которой модуль стимуляции является модулем со стратегией внутриканального погружения CIC.

27. Система по п.19, в которой дополнительно используется стратегия алгоритма выбранной группы.

28. Система по п.19, в которой по крайней мере один электрод, связанный с первым полосовым фильтром, установлен на расстоянии от других электродов многоканальной матрицы электродов для избежания, в основном, эффектов взаимовлияния каналов.

29. Система по п.19, в которой широкополосный сигнал b(t), в основном, ограничен частотами, меньшими 400 Гц.

30. Система по п.19, в которой широкополосный сигнал b(t), в основном, ограничен частотами, меньшими 1000 Гц.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к электростимуляции нервов и, более конкретно, к системе кохлеарного имплантата, включающей широкополосный низкочастотный фильтр, связанный с электродом стимуляции.

Уровень техники

Кохлеарные имплантаты и другие протезы внутреннего уха позволяют осуществить один из способов помощи пациентам, страдающим серьезным снижением или нарушением слуха. В отличие от обычных слуховых аппаратов, в которых используется лишь усиленный и преобразованный звуковой сигнал, кохлеарный имплантат осуществляет непосредственную электростимуляцию слухового (преддверно-улиткового) нерва. Обычно кохлеарный имплантат электрически стимулирует невральные структуры внутреннего уха таким способом, что восприятие звука в наибольшей мере сходно с восприятием звука при нормальном слухе.

Из уровня техники известна типичная система кохлеарного имплантата, размещенная в ухе и представленная на Фиг.1. Нормально звуки передаются через наружное ухо к барабанной перепонке, которая приводит в движение косточки среднего уха, которые в свою очередь возбуждают колебания в улитке. В улитке имеется верхний канал, называемый вестибулярной лестницей, или лестницей преддверия, и нижний канал, называемый барабанной лестницей; эти каналы соединены каналом улитки. При восприятии звука, передаваемого через среднее ухо, жидкость, заполняющая вестибулярную лестницу и барабанную лестницу и являющаяся преобразователем звука, передает акустические волны, возбуждающие электрические импульсы, которые передаются на нерв улитки и, наконец, идут к мозгу. Преобразование частот, как считается, изменяет характер при переходе от базальной области улитки, где преобразуются самые высокочастотные составляющее звука, к апикальным областям улитки, где анализируются самые низкочастотные составляющие.

У некоторых пациентов частично или полностью утрачено нормальное нейросенсорное слуховое восприятие. Системы кохлеарных имплантатов были разработаны для компенсации этих нарушений путем непосредственной стимуляции улитки. Типичный кохлеарный протез включает, в основном, две части - речевой процессор и имплантированный стимулятор. Речевой процессор обычно включает микрофон, блок питания (батареи) для всей системы и процессор, который служит для обработки акустических сигналов и получения параметров стимуляции. При данном уровне техники речевой процессор протеза помещается за ухом (заушный слуховой аппарат). Имплантированный стимулятор генерирует последовательности сигналов, применяемые при стимуляции, и передает их на нервную ткань через матрицу электродов, которая обычно устанавливается в барабанной лестнице внутреннего уха. Связь между речевым процессором и стимулятором обычно осуществляется в радиочастотном (РЧ) диапазоне. Отметим, что с помощью РЧ связи передаются как энергия, так и информация для стимуляции. Обычно используются протоколы передачи цифровых данных со скоростями передачи информации (в битах), составляющими несколько сотен кбит/с.

Один из примеров стандартной стратегии стимуляции для кохлеарных имплантатов называют стратегией обработки речи или стратегией высокочастотной непрерывной выборки, далее CIS. Она разработана Б. Уилсоном (см., например, публикацию Wilson B.S., Finley С.С., Lawson D.T., Wolford R.D., Eddington D.K., Rabinowitz W.M., "Улучшение распознавания речи при применении кохлеарных имплантатов", Nature, vol. 352, 236-238, July 1991, в полном объеме включаемую сюда по ссылке). Обработка сигналов при стратегии CIS в речевом процессоре обычно предусматривает следующие операции:

1. Разделение диапазона звуковых частот на спектральные полосы с помощью группы фильтров;

2. Детектирование огибающей, или прямое детектирование выходных сигналов каждого фильтра;

3. Немедленное (в реальном времени) нелинейное сжатие сигнала огибающей (закон отображения); и

4. Адаптация к порогу чувствительности и наиболее комфортным уровням громкости.

В соответствии с пространственной организацией улитки, обеспечивающей проведение тонов определенныхчастот, или тонотопической организацией улитки, каждый электрод стимуляции в барабанной лестнице связан с полосовым фильтром внешней группы фильтров. Для стимуляции применяются симметрические двухфазные импульсы тока. Амплитуды импульсов стимуляции получаются непосредственно по сжатому сигналу огибающей (операция 3, упомянутая выше). Выборка этих сигналов осуществляется последовательно и импульсы стимуляции подаются в виде строго неперекрывающихся последовательностей. Таким образом, характерной особенностью CIS является то, что в каждый момент времени активен только один канал стимуляции. Суммарная частота возбуждающих сигналов является сравнительно высокой. Например, суммарная частота возбуждающих сигналов равна 18 тысяч импульсов в секунду, и в системе применяется 12-канальная группа фильтров, частота возбуждающих сигналов на один канал равна 1,5 тысячи импульсов в секунду. Такая частота возбуждающих сигналов в канале обычно достаточна для адекватного отслеживания во времени (временного представления) сигнала огибающей.

Максимальная суммарная частота возбуждающих сигналов ограничена минимальной длительностью фазы на один импульс. Длительность фазы не может быть выбрана сколь угодно малой, так как чем короче импульс, тем выше должна быть амплитуда тока, чтобы активные потенциалы оказали действие на нейроны, но амплитуда тока ограничена в силу различных практических причин. Для 12-канальной системы с суммарной частотой возбуждающих импульсов, равной 18 тысяч импульсов в секунду, длительность фазы равна 27 мкс, что близко к нижнему пределу.

При стратегии CIS информация об огибающей, по сути, отображается в отдельных каналах. Изменяющиеся во времени сигналы, например вариация огибающей сигнала, имеющая частоту, характерную для основной частоты голоса, до некоторой степени представлены в сигналах отдельных каналов. Если применяется стратегия индивидуальной низкочастотной выборки для каждого канала последовательностей, далее CSSS (см., например, патент U.S. No. 6594525 "Электростимуляция нерва с применением индивидуальных для каналов последовательностей дискретизации", целиком включенный сюда по ссылке), то количество временной информация существенно увеличивается. Временные вариации выходных сигналов в полосе пропускания (иногда называемые временной информацией тонкой структуры) представлены в более низком диапазоне частот, обычно в диапазоне примерно до 1 кГц. Таким образом, типичное устройство стимуляции может представлять собой сочетание низкочастотных CSSS-каналов и высокочастотных CIS-каналов. Для каждого CSSS-канала определяется конкретная нормализованная последовательность сверхвысокочастотных импульсов стимуляции. При стимуляции детектируется прохождение через нуль выходного сигнала от соответствующего полосового фильтра для некоторой полосы пропускания, и каждое прохождение через нуль активирует такую заранее определенную последовательность, причем последовательность взвешивается коэффициентом, зависящим от мгновенного значения огибающей выходного сигнала для данной полосы пропускания. Таким образом, в CSSS-последовательности импульсов стимуляции представлены как огибающая, так и временная информация тонкой структуры.

Чтобы обеспечить при стратегии CSSS возможность достичь достаточно высокой разрешающей способности по времени, могут применяться некоторые вспомогательные стратегии, такие как стратегия внутриканального глубокого погружения, далее - CIC, применяемая при одновременной стимуляции несколькими электродами (см., например, патент U.S. No 6594525, озаглавленный "Электростимуляция нерва на основе CSSS, полностью включенный сюда по ссылке), или алгоритм "Выбранной группы" (см., например, заявку на патент U.S. No. 20050203589, озаглавленную "Электростимуляция слухового нерва на основе алгоритма выбранных групп", полностью включенную сюда по ссылке). Однако пространственное взаимовлияние каналов может привести к такому распределению электрических потенциалов, которое может вызывать случайные эффекты восприятия звука. Предположим, например, что два смежных электрода стимуляции (1 и 2) генерируют последовательности импульсов с CSSS-частотами следования импульсов, равными 100 Гц и 200 Гц соответственно. Из-за пространственного взаимовлияния каналов последовательность, имеющая частоту 200 Гц, исказит последовательность, имеющую частоту 100 Гц, вблизи электрода 1, что может, например, вызвать слуховое ощущение, соответствующее частоте 200 Гц (искажение на октаву). Наоборот, последовательность, имеющая частоту 100 Гц, может исказить последовательность, имеющую частоту 200 Гц, вблизи электрода 2, что может создать дополнительный тон с частотой 100 Гц, который может быть слышен. Количественная мера взаимных помех зависит отточного соотношения между фазами обеих последовательностей и от взаимовлияния каналов.

Раскрытие изобретения

В соответствии с одним вариантом изобретения предлагается способ генерации подаваемых на электроды сигналов стимуляции для имплантированной многоканальной матрицы электродов кохлеарного имплантата. Способ предусматривает обработку акустического сигнала слуховой частоты группой фильтров. Каждый фильтр группы фильтров связан по крайней мере с одним каналом, имеющим электрод. Группа фильтров включает первой полосовой фильтр, который генерирует широкополосный сигнал b(t) с диапазоном частот, который в основном охватывает по крайней мере один из следующих диапазонов: диапазона частот основного тона голоса (от 100 Гц до 400 Гц) и диапазон первой форманты гласных звуков (400 Гц-1000 Гц). По крайней мере один электрод, связанный с первым полосовым фильтром, активируют подаваемыми на электроды сигналами стимуляции, зависящими, по крайней мере частично, от широкополосного сигнала b(t).

В соответствии с вариантами осуществления изобретения по крайней мере один электрод может быть установлен в апикальной области улитки. Только один электрод связан с первым полосовым фильтром. Альтернативно, по крайней мере два электрода могут быть связаны с первым полосовым фильтром. Упомянутые по крайней мере два электрода могут быть активированы одновременно с использованием, например, импульсов, коррелированных со знаком. Указанные по крайней мере два электрода могут быть активированы одновременно с использованием одного и того же подаваемого на электроды сигнала стимуляции. Активирование указанных по крайней мере двух электродов может включать стимуляцию всей апикальной области улитки.

В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения способ может, кроме того, включать активирование по крайней мере одного электрода, связанного с одним или более фильтрами, другими в сравнении с первым полосовым фильтром; указанные один или более фильтров генерируют на выходе сигналы, верхние частоты которых выше частот широкополосного сигнала b(t). Один или более фильтров могут генерировать сигналы, в которых присутствуют только частоты, более высокие, чем частоты широкополосного сигнала b(t). Активирование по крайней мере одного электрода, связанного с одним или более фильтрами, другими в сравнении с первым полосовым фильтром, может предусматривать использование стратегии обработки речи (CIS) и/или стратегии внутриканального глубокого погружения (CIC).

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения способ может, кроме того, предусматривать использование алгоритма выбранной группы. По крайней мере один электрод многоканальной матрицы электродов, связанный с первым полосовым фильтром, может быть помещен на заранее определенном расстоянии от других электродов, чтобы в значительной мере избежать взаимовлияния между каналами. Широкополосный сигнал b(t) может быть ограничен частотами, существенно меньшими 400 Гц. Широкополосный сигнал b(t) может быть ограничен частотами, существенно меньшими 1000 Гц.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения предлагается способ генерации на электродах сигналов стимуляции для матрицы имплантированных электродов. Способ предусматривает наличие группы фильтров. Каждый фильтр связан по крайней мере с одним каналом, имеющим электрод. Кроме того, каждый фильтр соответствует некоторой полосе звуковых частот, генерируя группу сигналов, находящихся в полосе пропускания. Акустический сигнал на звуковых частотах обрабатывается группой фильтров. Для электрода каждого канала информация для стимуляции извлекается из связанного с электродом и каналом сигналом в полосе пропускания, чтобы генерировать на выходе группу сигналов, соответствующих актам стимуляции, что определяет подаваемые на электроды сигналы стимуляции. Сигналы стимуляции для электродов преобразуются в группы выходных импульсов, подаваемых на электроды матрицы имплантированных электродов выходных импульсов. Обеспечение группы фильтров предусматривает определение фильтров и связанных с ними полосовых сигналов таким образом, что устраняется взаимовлияние каналов, обусловленное взаимодействием электродов.

В соответствии с вариантами осуществления изобретения диапазон частот основного тона голоса (100 Гц-400 Гц) может охватываться одним полосовым фильтром группы фильтров. Диапазон первой форманты гласных (400 Гц-1000 Гц) может охватываться одним полосовым фильтром группы фильтров. Один полосовой фильтр группы фильтров может охватывать диапазон частот основного тона голоса от 100 Гц до 1000 Гц.

В соответствии с другим вариантом изобретения система кохлеарного имплантата включает многоканальную матрицу электродов, содержащую группу электродов стимуляции, служащих для стимуляции ткани слухового нерва подаваемыми на электроды сигналами стимуляции. Компилятор обрабатывает акустический сигнал слуховой частоты; процессор включает группу фильтров. Каждый фильтр группы фильтров связан по крайней мере с одним каналом, имеющим электрод. Группа фильтров включает первый полосный фильтр, который дает на выходе широкополосный сигнал b(t) с диапазоном частот, который в основном охватывает по крайней мере один из двух диапазонов частот - диапазон основного тона голоса 100 Гц-400 Гц или диапазон первой форманты гласных 400 Гц-1000 Гц. Модуль стимуляции активирует по крайней мере один электрод, связанный с первым полосовым фильтром, с помощью подаваемых на электроды сигналов, которые зависят, по крайней мере частично, от широкополосного сигнала b(t).

В соответствии с вариантами осуществления изобретения только один электрод может быть связан с первым полосовым фильтром. Альтернативно, по крайней мере два электрода могут быть связаны с первым полосовым фильтром. Модуль стимуляции может активировать по крайней мере два электрода, используя один и тот же подаваемый на электроды сигнал стимуляции.

В соответствии другими вариантами осуществления изобретения группа фильтров может включать по крайней мере один электрод, связанный с одним или более фильтрами, другими в сравнении с первым полосовым фильтром, с одним или более фильтрами, дающими на выходе сигналы с верхними частотами, которые являются более высокими, чем частоты широкополосного сигнала b(t). Один или более фильтров могут давать на выходе сигналы, имеющие только такие частоты, которые являются более высокими, чем частоты широкополосного сигнала b(t).

В соответствии с дополнительными вариантами осуществления изобретения в модуле стимуляции может использоваться стратегия обработки речи (CIS) или стратегия внутриканального глубокого погружения (CIC), чтобы активировать по крайней мере один электрод, связанный с одним или более фильтрами, другими в сравнении с первым полосовым фильтром.

В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения может применяться алгоритм выбранной группы. По крайней мере один электрод, связанный с первым полосовым фильтром, может быть установлен на некотором расстоянии от других электродов многоканальной матрицы электродов, чтобы в значительной мере избежать взаимовлияния между каналами. Широкополосный сигнал b(t) может быть в основном ограничен частотами, меньшими 400 Гц. Широкополосный сигнал b(t) может быть в основном ограничен частотами, меньшими 1000 Гц.

Краткое описание чертежей

Указанные выше признаки изобретения станут более ясными благодаря следующему далее подробному описанию в сочетании со ссылками на следующие сопровождающие чертежи:

На Фиг.1 представлено в разрезе ухо, в котором находится типичная система кохлеарного имплантата;

На Фиг.2 показана система 201 кохлеарного имплантата, соответствующая одному варианту осуществления изобретения;

На Фиг.3 показан широкополосный сигнал, отфильтрованный в некотором диапазоне (100 Гц-400 Гц), в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

На Фиг.4 показана модификация широкополосного сигнала Фиг.3, выпрямленного в виде полуволн, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения; и

На Фиг.5 показана модификация широкополосного сигнала, выпрямленного в виде полуволн и дискретизируемого по времени с частотой примерно 5 кГц, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

В приведенных для иллюстрации вариантах осуществления изобретения система и способ кохлеарной имплантации обеспечивают один (широкополосный) сигнал или минимальное число таких сигналов, содержащих временную информацию тонкой структуры; способ позволяет избежать искажений, обусловленных взаимовлиянием одновременно работающих смежных каналов, содержащих временную информацию тонкой структуры. Детали обсуждаются ниже.

На Фиг.1 показано в разрезе ухо, в котором размещена типичная система кохлеарного имплантата. Нормально звуки передаются через наружное ухо 101 к барабанной перепонке 102, которая приводит в движение косточки среднего уха 103, которые в свою очередь возбуждают колебания в улитке 104. В улитке 104 имеется верхний канал, называемый вестибулярной лестницей, или лестницей преддверия 105, и нижний канал, называемый барабанной лестницей 106; эти каналы соединены каналом 107 улитки. При восприятии звука, передаваемого через среднее ухо 103, жидкость, заполняющая вестибулярную лестницу 105 и барабанную лестницу 106 и функционирующая как преобразователь звука, передает акустические волны, возбуждающие электрические импульсы, которые передаются на нерв 113 улитки и, наконец, идут к мозгу. Преобразование частот, как считается, изменяет характер при переходе от базальной области улитки, где преобразуются самые высокочастотные составляющее звука, к апикальным областям улитки, где анализируются самые низкочастотные составляющие.

Типичный кохлеарный протез включает, в основном, две части - речевой процессор и имплантированный стимулятор 108. Речевой процессор (не показан на Фиг.1) обычно включает микрофон, блок питания (батареи) для всей системы и процессор, который служит для обработки акустических сигналов и получения параметров стимуляции. При данном уровне техники речевой процессор протеза помещается за ухом (заушный слуховой аппарат). Имплантированный стимулятор генерирует последовательности сигналов, применяемые при стимуляции, и передает их на нервную ткань через матрицу электродов 110, которая обычно устанавливается в барабанной лестнице внутреннего уха. Связь между речевым процессором и стимулятором обычно осуществляется в радиочастотном (РЧ) диапазоне. Отметим, что с помощью РЧ связи передаются как энергия, так и информация для стимуляции. Обычно используются протоколы передачи цифровых данных со скоростями передачи информации (в битах), составляющими несколько сотен кбит/с.

На Фиг.2 показана система 201 кохлеарного имплантата, соответствующая одному варианту осуществления изобретения. Как описано выше, система 201 кохлеарного имплантата может включать две части: внешний речевой процессор и имплантируемый стимулятор 105 (см. Фиг.1). Система 201 может быть реализована, по крайней мере частично, контроллером, интегрированным в речевой процессор и/или стимулятор 105. Контроллер может содержать, не ограничиваясь этим схему и/или процессор, которые могут быть заранее запрограммированы или же выполнены так, чтобы в них могла быть загружена соответствующая программа.

Система кохлеарного имплантата 201 включает группу фильтров 203, которая может быть реализована (не ограничиваясь этим) в речевом процессоре. Каждый фильтр 203 соответствует некоторой полосе звуковых частот и служит для генерации групп сигналов, находящихся в полосе пропускания, и каждый сигнал в полосе пропускания соответствует полосе частот, соответствующей одному из фильтров.

Каждый фильтр связан по крайней мере с одним каналом 205, имеющим электрод 207. Каждый канал 205 может, далее, включать (не ограничиваясь этим) однополупериодный выпрямитель 209, модуль 211 дискретизации во времени, детектор огибающей и/или модуль сжатия. Дадим иллюстрацию, которая не накладывает ограничений. Акустический сигнал 202 слуховой частоты, проходя через каждый канал, может при этом фильтроваться так, чтоб на выходе получается сигнал, находящийся в полосе пропускания, который выпрямляется и дискретизируется по времени для того, чтобы по крайней мере влиять на генерацию подаваемого на электроды сигнала стимуляции, который далее подается на электрод 210, связанный с каналом. Обычно (ограничения здесь не налагаются) основной формой волны для сигналов стимуляции является симметричный двухфазный импульс. Электроды могут быть упорядочены в виде однополярной конфигурации, в которой используется электрод отдаленного заземления, или же в виде биполярной конфигурации, в которой для каждого активного электрода имеется соответствующий электрод сравнения.

В иллюстративных вариантах изобретения группа фильтров 203 включает фильтр 212 полосы пропускания, который дает на выходе широкополосный сигнал b(t), диапазон частот которого охватывает заранее заданный низкочастотный диапазон. В различных вариантах широкополосный сигнал b(t) является единственным сигналом, поступающим к группе фильтров, которые несет информацию о тонкой временной структуре (обычно ассоциируемую с частотами меньше 1000 Гц), обладает минимальным временем релаксации по сравнению с другими фильтрами группы, обычно приемлемыми в различных вариантах. Широкий диапазон частот может охватывать (здесь не накладываются ограничения) диапазон частот основного тона голоса (обычно 100-400 Гц). В другом варианте широкий диапазон частот может охватывать диапазон первой форманты (обычно от 400 Гц до 1000 Гц). В еще одном варианте широкий диапазон частот охватывает диапазон основного тона голоса плюс диапазон первой форманты (обычно от 100 Гц до 1000 Гц).

Полуволновая модификация сигнала b(t) дискретизируется по времени с частотой, находящейся обычно между 5 и 10 кГц. Аналогично тому, что происходит при стратегии CIS, каждое замеренное в дискретные моменты времени значение (отсчет) используется, по крайней мере частично, для определения амплитуды импульсов стимуляции. Обычно каждая величина отсчета может быть сжата (нелинейное мгновенное сжатие, закон отображения) и затем адаптирована к порогу чувствительности и наиболее комфортному для пациента уровню громкости. Представление только одного широкополосного сигнала, который включает временную информацию тонкой структуры, позволяет избежать искажений, обусловленных одновременно работающими смежными каналами, содержащими временную информацию тонкой структуры.

Широкополосный сигнал b(t) может использоваться (что не налагает ограничений) в сочетании с другими каналами CIS. Чтобы обеспечить высокую разрешающую способность во времени, достаточную для представления широкополосного сигнала b(t) в сочетании, например, с каналами CIS, могут применяться вспомогательные стратегии, такие как стратегия внутриканального глубокого погружения (CIC) или алгоритм выбранной группы. При применении CIC вычисляются амплитуды подаваемых на электроды импульсов стимуляции (которые могут представлять собой, без ограничения общности, одновременно активируемые, коррелированные знаком импульсы) с учетом параметров пространственного взаимовлияния каналов; эти параметры отражают геометрию перекрытия электрических полей электродов. Обычно при использовании алгоритма выбранной группы для создания "выбранной группы" выбирают электроды с сильным пространственным взаимным влиянием каналов. В "выбранной группе" импульсы стимуляции, маскируемые пространственным взаимным влиянием каналов, детектируются на основе простого критерия максимальной амплитуды, и указанные импульсы не применяются. Поэтому при каждом цикле стимуляции перед стимуляцией детектируется группа электродов, имеющих в "выбранной группе" самые высокие амплитуды (их число является программируемым параметром). В каждом конкретном цикле стимуляции выполняется стимуляция только этих электродов, и такая стимуляция может быть последовательной или одновременной (параллельной). Каналы выбранной группы должны достаточно сильно влиять друг на друга, чтобы области улитки получали достаточную стимуляцию. Алгоритмы, используемые для подачи на электроды сигналов стимуляции, могут быть реализованы с использованием электронной схемы и/или процессора, которые могут быть заранее запрограммированы или же выполнены так, что в них можно загрузить соответствующую программу.

Иллюстрирующий пример обработки сигнала, относящийся к широкополосным сигналам, представлен на Фиг.3-5, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. На Фиг.3 показан широкополосный сигнал, отфильтрованный в диапазоне 100 Гц-400 Гц. На Фиг.4 показана модификация широкополосного сигнала, выпрямленного в виде полуволн. На Фиг.5 показана модификация широкополосного сигнала, выпрямленного в виде полуволн и дискретизируемого по времени (отсчитываемого) с частотой примерно 5 кГц; каждая вертикальная линия представляет один импульс стимуляции. Заметим, что здесь для целей иллюстрации не отражены мгновенное сжатие и адаптация к порогам чувствительности и наиболее комфортному уровню громкости.

В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения результирующая широкополосная последовательность может подаваться на один апикальный низкочастотный канал и связанный с ним электрод. Полная конфигурация для стимуляции состоит в таком случае из данного низкочастотного широкополосного канала и каналов CIS для более высоких диапазонов частот. Каналы CIS могут, в основном, предназначаться для обработки только частот, более высоких, чем частоты, соответствующие широкополосной последовательности.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения результирующая широкополосная последовательность может подаваться на один апикальный низкочастотный канал и связанный с ним электрод, а конкретное расстояние до первого из смежных каналов CIS поддерживается таким, чтобы существенно уменьшить эффекты взаимного влияния между широкополосным каналом и каналами CIS. Например, один или более электродов могут быть переключены в неактивное состояние.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения широкополосная последовательность может подаваться на группу апикальных низкочастотных каналов и связанные с ними электроды одновременно таким образом, что вся апикальная область улитки будет стимулироваться только одной последовательностью.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения широкополосная последовательность может подаваться на несколько апикальных низкочастотных каналов одновременно, и соблюдается некоторая конкретная дистанция до первого из смежных каналов CIS. Например, один или более электродов могут быть переключены в неактивное состояние.

Варианты изобретения могут быть реализованы на любом из обычных языков программировании. Например, предпочтительные варианты могут быть реализованы на процедурном языке программирования (например, "С") или объектно-ориентированном языке программирования (например, "C++", Питон). Альтернативные варианты изобретения могут быть реализованы как программируемые аппаратные элементы, как другие аналогичные компоненты или как сочетания аппаратных и программных элементов.

Варианты могут быть реализованы как программные продукты, предназначенные для применения совместно с компьютерной системой. Такая реализация может включать последовательность компьютерных команд, сохраняемую на материальном носителе, например в компьютере, на считываемом носителе (например, дискете, CD-ROM, ROM или жестком диске) или загружаемую в компьютерную систему через модем или другое интерфейсное устройство, например связной адаптер, подключенный к компьютерной сети через промежуточные средства передачи данных. Промежуточными средствами передачи данных могут быть как материальные среды (например, оптоволоконные или аналоговые линии), так и беспроводные каналы (например, использующие электромагнитные волны длиной от дециметров до миллиметров, инфракрасное излучение и другие средства передачи информации). Последовательность компьютерных команд реализует все или часть функциональных возможностей, описанных выше применительно к системе. Специалисты в данной области смогут оценить, что такие компьютерные команды могут быть написаны на многих языках программирования и использоваться совместно со многими вычислительными системами и операционными системами, имеющими различные архитектуры. Кроме того, указанные команды могут храниться в памяти любого типа, например в полупроводниковых, магнитных, оптических и других запоминающих устройствах, и могут передаваться с использованием любой технологии связи, например по оптическим, инфракрасным, микроволновым, и другим линиям связи. Ожидается, что такой программный продукт может распространяться на съемных носителях вместе с печатной или электронной документацией (например, как программные пакеты без раскрытия внутренней структуры), как предварительно установленное на компьютерной системе программное обеспечение (например, на системном устройстве ROM или жестком диске) или как распространяемый через серверы или электронные табло по сетям (таким как Internet или www). Разумеется, некоторые варианты изобретения могут быть реализованы как сочетания программного обеспечения (например, программных продуктов) и аппаратных средств. Другие варианты изобретения могут быть реализованы как полностью аппаратные или полностью программные (например, как программный продукт).

Описанные варианты осуществления изобретения использовались лишь как примеры, и специалистам в данной области будут очевидны многочисленные вариации и модификации. Имеется в виду, что все такие вариации и модификации находятся в области, охватываемой данным изобретением, как оно определено прилагаемой формулой изобретения.