一种基于多通道光刺激的人工耳蜗装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于多通道光刺激的人工耳蜗装置，包括：多通道光刺激装置、多通道光脉冲控制电路、语音信号采集装置、语音信号处理与编码装置；它采集语音信号后编码为光刺激信号，通过植入耳蜗的多通道光脉冲输出端口刺激耳蜗听觉神经，引起神经冲动进而在中枢神经形成听觉。基于多通道光刺激的人工耳蜗避免了人工电子耳蜗中刺激电极与生物组织的相容性难题，也避免了电流在组织中扩散所引起的各刺激通道间相互干扰的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于利用光刺激修复听觉功能
，具体涉及一种利用植入耳蜗内的 多通道激光刺激器恢复听觉功能的装置。
技术介绍
由于疾病、药物或其他原因引起的耳聋逐年增多，根据卫生部公布的数据，我国现 有聋哑患者达2700万人，其中800万是重度耳聋，新生儿发病率约0. 6%，每年新增聋哑儿 童近20万人。人工耳蜗是医学界公认的唯一能使双侧重度或极重度感音性神经耳聋患者 恢复听觉的临床手段。人工耳蜗技术兴起于上世纪80年代，经历了单道人工耳蜗到多道人工耳蜗的发 展过程，有20多年的临床实践经验。同时，由于人工耳蜗所涉及技术难度高，特别是微加工 制造、神经接口、微创植入等技术，以及专利的垄断，目前国外仅有三家公司生产人工耳蜗， 包括澳大利亚的Cochlear公司、美国的Advanced Bionics公司和奥地利的MED-EL公司， 产品价格20-25万元人民币左右。我国人工耳蜗的关键技术研究开始于上世纪90年代，复旦大学较早开始了相关 技术的研究工作，先后研制成功单道脉冲式人工耳蜗和单道连续式人工耳蜗，并与上海力 声特医学科技有限公司合作开发了国产人工耳蜗样机并开展了临床实验。杭州诺尔康神经 电子科技有限公司、中科院声学所等单位也开发了人工电子耳蜗。目前进入临床应用的人工电子耳蜗基于植入式神经电刺激技术，将采集到的语音 信号编码为电流脉冲触发耳蜗内的听觉神经引起神经冲动，传入大脑听觉神经中枢进而产 生听觉。王正敏提出了一种多道程控人工耳蜗(专利公开号CN2261828)，其主要特征由接 收话筒、语音处理器、耦合器、接收刺激器与电极束组成，将语音信号编码为电刺激信号经 植入耳蜗的电极束刺激耳蜗内的听觉神经，由电刺激引起神经冲动在听觉中枢产生听觉； 周水文等提出了一种人工耳蜗内植装置(专利公开号CN1861024)，其主要特征由依次排 列的22个钼金环形成耳蜗内电极序列，刺激电流经电极作用于耳蜗内听觉神经；美国迈克 尔 法尔蒂斯提出了一种耳蜗刺激装置(专利公开号CN101001666)，其主要特征是由可 放置于耳蜗内的具有多个电极触点的电极阵列将电刺激脉冲直接刺激耳蜗的听觉神经。综上所述，目前的人工耳蜗属于人工电子耳蜗，一般由麦克风、语音处理器、电脉 冲信号发生电路及其与之相连的多通道电极等部分组成，麦克风把语音转换成电流信号并 送到语言处理器进行语音信号处理和编码，编码后的语音信号控制脉冲发生电路的输出， 刺激电流经植入耳蜗内的电极阵列直接刺激耳蜗内的听觉神经，引起神经冲动，传入大脑 听觉神经中枢进而产生听觉。。人工电子耳蜗刺激电极阵列分布于由蜗底到蜗尖的不同部 位；由于蜗底对高频声音信号敏感而蜗尖对低频声音信号敏感，人工电子耳蜗将声音高频 信息编码后通过靠近蜗底的电极输出，而声音低频信号编码后通过靠近蜗尖的电极输出。 虽然理论上沿耳蜗放置更多的刺激电极可以使频率分辨率增加，但由于各个电极输出的电 流会通过耳蜗内的外淋巴液体向各个方向扩散，这种扩散的电流会导致一个刺激电极引起其附近较大范围的听觉神经兴奋，这阻碍了刺激电极阵列密度的增加，从而限制了人工电 子耳蜗的频率分辨率的提高。另外，刺激电流经电极流入生物组织，将发生化学反应，这对 也将影响刺激电极工作的长效性，并带来相关的生物相容性、生物安全性问题。研究发现，用光刺激代替电刺激同样可以引起神经兴奋。美国西北大学的Richter 等人用光纤取代电极，用激光取代电流刺激豚鼠耳蜗内的听觉神经纤维，结果表明光刺激 成功地触发了听觉神经。激光的最显著特点是方向性好，从光纤输出的激光只能照射在光 纤输出所面对的神经纤维，而不会像电刺激中电流向各个方向扩散，因此从两个相邻光纤 输出的刺激激光束不会产生像两个相邻电极输出的刺激电流那样的相互作用。因此，利用 放置在耳蜗内的多通道激光输出装置对耳蜗不同位置的听觉神经进行刺激，为听觉功能修 复提供了一种新的技术途径，它可以极大地减少在增加刺激电极数目时可能出现的通道间 相互干扰，这为提高人工耳蜗的频率分辨率提供了有力手段；同时，由于激光对耳蜗的刺激 是非接触式刺激，避免了人工电子耳蜗中刺激电流流入耳蜗组织会发生的化学反应，保证 了激光刺激输出装置与耳蜗组织的生物相容性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有人工电子耳蜗的技术不足，提出一种基于多通道光刺激 的人工耳蜗装置，它将声音信号编码为光刺激信号，通过植入耳蜗的多通道光脉冲输出端 口刺激耳蜗听觉神经引起神经冲动进而在中枢神经形成听觉，由此避免人工电子耳蜗中刺 激电极与生物组织的相容性难题，也避免由于电流在组织中扩散所引起的通道间相互干 扰。本专利技术的技术方案如下一种基于多通道光刺激的人工耳蜗装置，可刺激耳蜗听觉神经、并引起听觉神经 兴奋，该装置包括多通道光刺激装置、多通道光脉冲控制电路、语音信号采集装置、语音信 号处理与编码装置；所述多通道光刺激装置是可植入耳蜗的光脉冲输出端口阵列，光脉冲输出端口放 置于沿耳蜗蜗底到蜗尖的不同位置，每个光脉冲输出端口可独立输出光脉冲，刺激所在位 置的耳蜗听觉神经并引起听觉神经兴奋。所述多通道光脉冲控制电路是可植入式电路模块，该模块电路可产生与上述多通 道光刺激装置的光脉冲输出端口数目相等的多通道电流信号，每个通道的电流信号独立驱 动上述多通道光刺激装置中一个通道产生光脉冲，该光脉冲经上述光脉冲输出端口刺激耳 蜗听觉神经。所述语音信号处理与编码装置是处理语音信号的模块电路，通过提取语音信号的 时频域特征，并将这些特征信息进行编码，其输出信号直接或间接传输到上述多通道光脉 冲控制电路，语音信号时频域特征将决定上述多通道光脉冲控制电路不同通道电流的输出 模式。所述语音信号采集装置是用于将声音信号进行收集并转换为电信号的传感器，以 及将电信号进行放大、滤波处理、模拟/数字转换的电路模块，其输出电信号端与上述语音 信号处理与编码装置的输入信号端连接。上述基于多通道光刺激的人工耳蜗装置的工作方式如下首先，多通道光刺激装置植入耳蜗，经光脉冲输出端口输出的光刺激信号将调控 受到光照射的耳蜗听觉神经的电兴奋模式，即利用光脉冲刺激使耳蜗听觉神经产生神经冲 动；其次，多通道光刺激装置的光脉冲输出受语音信号的时频域特征信息控制，频率 较高的语言信号将使靠近耳蜗蜗底的光脉冲输出端口输出光刺激信号，以引起对频率较高 的声音成分的感受，而频率较低的语言信号将使靠近耳蜗蜗尖的光脉冲输出端口输出光刺 激信号以引起对频率较低的声音成分的感受。本专利技术与现有技术相比，具有以下的技术效果(1)通过植入耳蜗的光脉冲输出端口阵列输出的光脉冲刺激耳蜗听觉神经，一个 光脉冲输出端口对耳蜗神经的刺激范围决定于光脉冲的照射范围，光脉冲不会刺激其照射 范围外的耳蜗听觉神经，使其具有较电刺激更好的空间分辨率。(2)光脉冲可以实现对耳蜗听觉神经的无接触刺激，还避免了电刺激耳蜗听觉神 经时出现的电极与耳蜗组织间的化学反应，这使本方案提出的光脉冲刺激耳蜗听觉神经具 有更好的生物相容性，增强耳蜗内光刺激装置工作的长效性。附图说明图1应用多通道耳蜗光刺激的人工耳蜗装置示意图；其中1-耳蜗、2-耳蜗蜗尖、3-耳蜗蜗底、4-多通道光刺激装置、5-光脉冲输出端 口、6_多通道光脉冲控制电路、7-语音信号处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多通道光刺激的人工耳蜗装置，包括：可植入耳蜗的多通道光刺激装置、多通道光脉冲控制电路、语音信号采集装置、语音信号处理与编码装置；其特征在于：所述可植入耳蜗的多通道光刺激装置是可植入耳蜗的光脉冲输出端口阵列，由分布在耳蜗蜗底到蜗尖的不同位置的光脉冲输出端口组成，各端口独立输出光脉冲刺激信号；所述各端口的光脉冲输出模式受语音信号采集装置采集的语音信号的特征控制；所述多通道光脉冲控制电路采用可植入式电路模块，产生与所述多通道光刺激装置端口数目相等的多通道电流信号，每个通道的电流信号独立驱动所述多通道光刺激装置中一个通道产生光脉冲，该光脉冲经所述光脉冲输出端口输出刺激信号；所述语音信号处理与编码装置的输出信号直接或间接传输到所述多通道光脉冲控制电路，语音信号时频域特征决定所述多通道光脉冲控制电路不同通道电流的输出模式；所述语音信号采集装置的输出电信号端与所述语音信号处理与编码装置的输入信号端连接。

【技术特征摘要】
一种基于多通道光刺激的人工耳蜗装置，包括可植入耳蜗的多通道光刺激装置、多通道光脉冲控制电路、语音信号采集装置、语音信号处理与编码装置；其特征在于所述可植入耳蜗的多通道光刺激装置是可植入耳蜗的光脉冲输出端口阵列，由分布在耳蜗蜗底到蜗尖的不同位置的光脉冲输出端口组成，各端口独立输出光脉冲刺激信号；所述各端口的光脉冲输出模式受语音信号采集装置采集的语音信号的特征控制；所述多通道光脉冲控制电路采用可植入式电路模块，产生与所述多通道光刺激装置端口数目相等的多通道电流信号，每个通道的电流信号独立驱动所述多通道光刺激装置中一个通道产生光脉冲，该光脉冲经所述光脉冲输出端口输出刺激信号；所述语音信号处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯文生，胡宁，吴小鹰，郑小林，杨军，廖彦剑，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]