在混合听觉假体中的伪迹消除

摘要

描述了一种用于确定在混合声电听觉假体中的估计的神经响应的系统和方法。诸如剩余的毛发细胞和耳蜗神经组织的目标神经组织接收同步的电和声刺激信号，该同步的电和声刺激信号被记录和处理以确定消除了伪迹的估计的神经响应。

说明书

本申请要求在2008年12月11日提交的美国临时专利申请 61/121,696的优先权，其通过引用被包含在此。

技术领域

本发明涉及在混合电子和声刺激听觉假体中的伪迹消除。

背景技术

耳蜗植入物(CI)帮助全聋的或严重听力受损的人感知环境声音。 不像仅施加放大和修改后的声信号的传统助听器那样，耳蜗植入物基 于听觉神经的直接电刺激。耳蜗植入物的意图是对内耳中的神经结构 进行电刺激，使得获得与正常听力最相似的听力印象。

耳蜗植入系统包括外部语音处理器和植入刺激器。该语音处理器 包含电源，并且用于执行声信号的信号处理，以提取用于植入刺激器 的刺激参数。植入的刺激器产生刺激模式，并且通过通常设置布置在 内耳中的鼓阶中的电极阵列将它们传导到听觉神经组织。通过编码在 射频信道中的数字信息，并且使用电感耦合线圈布置来经皮耦合信号， 可以建立在语音处理器和植入刺激器之间的连接。通过射频信号的包 络检测来在植入刺激器内解码信息。

向神经组织施加刺激脉冲产生动作电位。紧接动作电位之后的时 间段被称为不应期，在此期间，神经组织还没有返回到其静息状态， 并且未准备好响应于第二刺激。其间无论所施加的刺激多大也绝对不 能启动第二动作电位的间隔被称为绝对不应期。在绝对不应期后的间 隔被已知为相对不应期，在此期间，第二动作电位被抑制，但是并非 不可能。一旦神经组织准备好使用正常的动作电位来响应于另一个刺 激，则相对不应期结束。

使用在多通道电极阵列中的高速率脉动刺激的刺激策略已经证明 在给出高语音识别水平上是成功的。一个示例是″Continuous Interleaved  Sampling(CIS)″-strategy，如由Wilson等在Better Speech Recognition  With Cochlear Implants，Nature，vol.352：236-238(1991)中所描述的，其 通过引用被包含在此。对于CIS(连续交错采样)，使用在时间上严格 地不重叠的对称双相电流脉冲。每一个通道的速率通常大于800个脉冲 /秒。其他刺激策略可以基于电极电流的同时激活。

对于高速率脉动刺激策略，通常需要确定一些病人特定参数。这 于术后几个星期在适配过程中完成。对于刺激脉冲的给定相持续时间 并且对于给定的刺激速率，对于各个刺激通道要确定的两个关键参数 包括：

1.引起听力感觉所需的双相电流脉冲的最小幅值(阈值水平或 THL)；以及

2.导致在舒适水平的听力感觉的幅值(最舒适水平或MCL)。

对于刺激，仅使用在各个通道的MCL和THL之间的幅值。在MCL 和THL之间的动态范围通常在6-12dB之间。然而，MCL和THL的绝对 位置对于不同病人来说显著变化，并且差别可以高达40dB。为了覆盖 这些绝对差别，在当前使用的植入物中的刺激的总体动态范围通常是 大约60dB。

存在设置MCL和THL的几种方法。例如，可以通过施加刺激脉冲 并且向病人询问他的/她的主观印象来在适配过程期间估计它们。这种 方法通常对于语后聋的病人没有问题地起作用。然而，对于语前聋或 先天耳聋的病人则出现问题，并且在这个组中，涉及所有的年龄—— 从小孩至成人。这些病人通常既不能解释也不能描述听力印象，并且 仅可能进行基于行为方法的MCL和THL的大致估计。特别地，在此需 要谈及先天耳聋的小孩的情况。足够的声音输入对于婴幼儿的语音和 听力发展是极其重要的，并且，在许多情况下，可以使用正确适配的 耳蜗植入物来提供这种输入。

用于MCL和THL的客观测量的一种手段基于由Gantz等在 Intraoperative Measures of Electrically Evoked Auditory Nerve Compound  Action Potentials，American Journal of Otology 15(2)：137-144(1994)中 描述的EAP(电诱发动作电位)的测量，该文通过引用被包含在此。在 这种手段中，记录电极通常被放置在内耳的鼓阶处。很接近神经刺激 的位置地测量听觉神经对于电刺激的整体响应。这种神经响应是被在 轴突膜外部的单个神经响应的叠加引起的。在测量位置处的EAP的幅值 在10μV和1800μV之间。可以首先从由下文描述的所谓的“幅值生长函 数”预期关于在特定电极位置的MCL和THL的信息：Brown et al.， Electrically Evoked Whole Nerve Action Potentials In Ineraid Cochlear  Implant Users：Responses To Different Stimulating Electrode  Configurations And Comparison To Psychophysical Responses，Journal of  Speech and Hearing Research，vol.39：453-467(June 1996)，该文通过引 用被包含在此。此函数是在刺激脉冲的幅值与EAP的峰值至峰值电压之 间的关系。另一种感兴趣的关系是所谓的“恢复函数”，其中，使用 具有变化的脉冲间的间隔的两个脉冲来实现刺激。作为第二EAP的幅值 与脉冲间间隔的关系的恢复函数允许得出关于有关听觉神经的时间分 辨率的不应属性和特定属性的结论。

除了像这样的耳蜗植入系统之外，具有一些残余听觉力(部分耳 聋)的一些病人现在受益于组合的电和声刺激(EAS)，诸如在下文中 首先描述的组合的电和声刺激(EAS)：von Ilberg et al.，Electric-Acoustic  Stimulation Of The Auditory System，ORL 61：334-340(1999)，其通过引 用被包含在此。EAS系统组合下述两者：助听(HA)装置的使用，以 向病人的鼓膜提供较低音频频率的声-机械刺激；以及，耳蜗植入物(CI) 的使用，用于向听觉神经提供较高音频频率的耳蜗内电刺激。例如， 参见Lorens et al.，Outcomes Of Treatment Of Partial Deafness With  Cochlear Implantation：A DUET Study，Laryngoscope，2008 Feb： 118(2)：288-94，其通过引用被包含在此。

发明内容

描述了用于确定在混合声电听觉假体中的估计的神经响应的系统 和方法。诸如剩余的毛发细胞和耳蜗神经组织的目标神经组织接收同 步后的电和声刺激信号，该同步后的电和声刺激信号被记录和处理以 确定消除了伪迹的估计的神经响应。

在一个特定实施例中，一种控制接口模块确定在混合声电听觉假 体中的估计的神经响应。记录由目标神经组织针对第一刺激序列的B响 应。第一刺激序列包括：向目标神经组织递送第一刺激脉冲P1，以引 起对应的动作电位，其后是相对不应期；并且，在相对不应期后，向 目标神经组织递送第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激信号。还记录由 目标神经组织针对第二刺激序列的E响应，第二刺激序列包括：向目标 神经组织递送第三刺激脉冲P3，以引起对应的动作电位，其后是相对 不应期；并且，在相对不应期内，向目标神经组织递送第四刺激脉冲 P4。记录由目标神经组织针对与第一刺激脉冲P1对应的第一基准刺激 脉冲P5的C响应。并且，记录由目标神经组织针对与第三刺激脉冲P3 对应的第二基准刺激脉冲P6的D响应。所记录的响应被处理以根据关系 Y＝(B-C)-(E-D)确定消除了伪迹的估计的神经响应Y。

在另一些特定实施例中，通过第二刺激脉冲P2来触发声刺激信号。 声刺激信号可以在第二刺激脉冲P2之前或之后。这些脉冲具有基本上 相等的幅值，在该情况下，D响应的记录可以是C响应的时移的记录。 目标神经组织可以具体地说是耳蜗神经组织和毛发细胞，并且所述记 录可以基于来自耳蜗植入电极的测量。

在另一个特定实施例中，控制接口模块确定在混合声电听觉假体 中的估计的神经响应。记录由目标神经组织针对第一刺激序列的B响 应，所述第一刺激序列包括：向目标神经组织递送第一刺激脉冲P1， 以引起对应的动作电位，其后是相对不应期；并且，在相对不应期内， 向目标神经组织递送第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激信号。还记录 由目标神经组织针对与第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激信号对应的 第一基准刺激脉冲P7的递送的A响应。声刺激信号可以在第二刺激脉冲 P2之前或之后。记录由目标神经组织针对与第一刺激脉冲P1对应的第 二基准刺激脉冲P5的递送的C响应。所记录的响应被处理以根据关系 Y＝A-(B-C)确定消除了伪迹的估计的神经响应Y。

在另一些特定实施例中，通过第二刺激脉冲P2来触发声刺激信号。 声刺激信号可以在第二刺激脉冲P2之前或之后。这些脉冲可以具有基 本上相等的幅值。目标神经组织可以是耳蜗神经组织和毛发细胞，并 且所述记录可以基于来自耳蜗植入电极的测量。

在另一个特定实施例中，控制接口模块确定在混合声电听觉假体 中的估计的神经响应。记录由目标神经组织针对第一刺激序列的B响 应，所述第一刺激序列包括：向目标神经组织提供第一刺激脉冲P1， 以引起对应的动作电位，其后是相对不应期；并且，在相对不应期内， 向目标神经组织递送第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激信号。还记录 由目标神经组织针对与第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激信号对应的 第一基准刺激脉冲P7的递送的A响应。声刺激信号可以在第二刺激脉冲 P2之前或之后。记录由目标神经组织针对与第一刺激脉冲P1对应的第 二基准刺激脉冲P5的递送的C响应。记录对于与第一和第二刺激脉冲P1 和P2相关联的一对基准刺激脉冲P8和P9的F响应。所记录的脉冲被处理 以根据关系Y＝A-(B-C)-F确定消除了伪迹的估计的神经响应Y。

在另一些特定实施例中，通过第二刺激脉冲P2来触发声刺激信号。 声刺激信号可以在第二刺激脉冲P2之前或之后。这些脉冲可以具有基 本上相等的幅值。目标神经组织可以是耳蜗神经组织和毛发细胞，并 且所述记录可以基于来自耳蜗植入电极的测量。

附图说明

图1示出根据本发明的一个特定实施例的、用于确定消除了伪迹的 估计的神经响应的系统中的各种功能块。

图2示出根据一个实施例的脉冲刺激范例。

图3示出在根据一个实施例的一种方法中的各种功能块。

图4示出在根据另一个实施例的一种方法中的各种功能块。

图5示出根据一个实施例进行的响应记录的示例。

图6示出根据另一个实施例的脉冲刺激范例。

图7示出在根据图6的一种方法中的各个功能块。

具体实施方式

本发明的实施例旨在提供用于混合电和声刺激听觉假体的客观测 量系统，所述系统协调和同步剩余毛发细胞和神经细胞的声刺激和电 刺激，并且记录和分析所得到的诱发响应。这种布置特别可用于被植 入了混合电和声刺激听觉假体的病人(例如，部分耳聋者)的诊断， 以帮助优化病人适应他们的语音处理器和耳蜗植入刺激。这些测量也 可以用于识别听觉神经的属性和听觉路径的较高水平，并且用于获取 关于在病人中的剩余听力的保留的信息。

图1示出根据本发明的一个特定实施例的、在用于确定混合声电听 觉假体的消除了伪迹的估计的神经响应的系统中的各个功能块。电刺 激模块101包含用于通过假体系统的电部分来产生用于目标神经组织 的电刺激的脉冲的软件和硬件的组合。例如，电刺激模块101可以基于 在奥地利Technology Innsbruck大学制造的Research Interface Box(RIB) II系统，该系统可以包括：个人计算机，其配备了国家仪器公司(National  Instruments)的数字输入/输出卡、RIB II隔离盒以及在输入/输出卡和 RIB II盒之间的通信电缆。从电刺激模块101通过控制接口102向听觉假 体104发送电刺激脉冲，听觉假体104经由耳蜗植入电极将那些脉冲递 送到目标神经组织。电刺激模块101也包括用于记录来自耳蜗植入电极 的近场响应的软件。电刺激模块101也向声刺激模块103提供触发器， 其向听觉假体104递送声刺激，以经由耳道插入物来递送到中耳。例如， 听觉刺激模块104可以是来自Nicolet Biomedical公司的Nicolet Spirit  2000。

图2示出脉冲刺激范例的示例，并且图3示出在根据一个实施例的 方法中的各种功能块。首先，在步骤301，记录由目标神经组织针对第 一刺激序列的B响应。如图2中所示，B响应的第一刺激序列递送第一刺 激脉冲P1，第一刺激脉冲P1引起对应的动作电位，其后是相对不应期。 在步骤302，在相对不应期后跟着是第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激 信号。声刺激信号可以具体地由第二刺激脉冲P2触发，并且可以在第 二刺激脉冲P2之前或之后。还记录针对第二刺激序列的E响应，所述第 二刺激序列基于第三刺激脉冲P3，而所述第三刺激脉冲P3引起对应的 动作电位，其后是相对不应期，在该相对不应期内，递送第四刺激脉 冲P4。在步骤303，记录由目标神经组织针对与第一刺激脉冲P1对应的 第一基准刺激脉冲P5的递送的C响应。并且，在步骤304，记录由目标 神经组织针对与第三刺激脉冲P3对应的第二基准刺激脉冲P6的递送的 D响应。所有的脉冲可以具有基本上相等的幅值，在该情况下，D响应 的记录可以有益地是C响应的时移的记录。在步骤305，所记录的响应 被处理以根据关系Y＝(B-C)-(E-D)来确定消除了伪迹的估计的神经响应 Y。

图4示出使用图2的脉冲刺激范例的另一种方法中的各种功能块。 在这个实施例中，在步骤401中，执行由目标神经组织针对第一刺激序 列的B响应的第一记录，第一刺激序列包括：向目标神经组织递送第一 刺激脉冲P1，以引起对应的动作电位，其后是相对不应期；并且，在 相对不应期后，向目标神经组织递送第二刺激脉冲P2和相关联的声刺 激信号。在步骤402，还记录由目标神经组织针对与第一刺激脉冲P2和 相关联的声刺激信号对应的第一基准刺激脉冲P7的递送的A响应。如 前，声刺激信号可以具体被第二刺激脉冲P2触发，并且可以在第二刺 激脉冲P2之前或之后。在步骤403，还记录由目标神经组织针对与第一 刺激脉冲P1对应的第二基准刺激脉冲P5的递送的C响应。在步骤404， 所记录的脉冲然后被处理以根据关系Y＝A-(B-C)来确定消除了伪迹的 估计的神经响应Y。

图5示出使用电和声刺激来建立诱发的动作电位的、根据一个实施 例完成的响应记录的示例。图5具体示出来自耳蜗植入刺激电极的近场 记录。在所示的示例中，刺激处于声和电刺激的最舒适水平处，其中， 波形A仅示出电刺激，波形B示出组合的声和电刺激，以及波形C仅示 出声刺激。

图6示出脉冲刺激范例的示例，并且图7示出在根据另一个实施例 的方法中的各种功能块。首先，在步骤701，向目标神经组织递送响应 刺激脉冲序列，包括：递送第一刺激脉冲P1，以在目标神经组织中诱 发对应的动作电位，其后是相对不应期，在该相对不应期内，向目标 神经组织递送第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激信号。该声刺激信号 可以在第二刺激脉冲P2之前或之后。在步骤702，记录由目标神经组织 针对刺激脉冲序列的B响应。在步骤703，还记录由目标神经组织针对 与第二刺激脉冲P2和相关联的声刺激信号对应的第一基准刺激脉冲P7 的递送的A响应。在步骤704，还记录由目标神经组织针对与第一刺激 脉冲P1对应的第二基准刺激脉冲P5的递送的C响应。并且，在步骤705， 记录对于与第一和第二刺激脉冲P1和P2相关联的一对基准刺激脉冲P8 和P9的F响应。在步骤706，所记录的响应被处理以根据关系 Y＝A-(B-C)-F来确定消除了伪迹的估计的神经响应Y。

可以以任何传统计算机编程语言来实现本发明的实施例。例如， 可以以过程编程语言(例如“C”)或面向对象的编程语言(例如，“C++”、 Python)来实现优选实施例。本发明的替代实施例可以被实现为预编程 的硬件元件、其他相关的部件、或硬件和软件部件的组合。

实施例可以被实现为用于与计算机系统一起使用的计算机程序产 品。这样的实施方式可以包括在诸如计算机可读介质(例如，盘、 CD-ROM、ROM或固定盘)的有形介质上固定的一系列计算机指令， 或者经由调制解调器或诸如通过介质连接到网络的通信适配器的其他 接口装置能够发送到计算机系统的一系列计算机指令。所述介质可以 是有形介质(例如，光学或模拟通信线)或使用无线技术(例如，微 波、红外线或其他传输技术)实现的介质。该一系列计算机指令包含 相对于该系统在此前述的功能的全部或一部分。本领域内的技术人员 应当明白，可以使用用于许多计算机架构或操作系统的多种编程语言 来编写这样的计算机指令。而且，这样的指令可以被存储在诸如半导 体、磁、光学或其他存储器装置的任何存储器装置中，并且可以使用 诸如光学、红外线、微波或其他传输技术的任何通信技术来传输这样 的指令。预期这样的计算机程序产品可以作为具有伴有印刷或电子文 件(例如，紧缩套装软件)的可移除的介质被分发，可以被预先加载 到计算机系统(例如，在系统ROM或固定盘上)，或可以通过网络(例 如，因特网或万维网)从服务器或电子公告牌被分发。当然，本发明 的一些实施例可以被实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件的 组合。本发明的其他实施例可以被实现为整体硬件或整体软件(例如， 计算机程序产品)。

虽然已经公开了本发明的各个示例性实施例，但是对于本领域内 的技术人员来说显然，在不偏离本发明的真实范围的情况下，可以进 行将实现本发明的一些优点的各种改变和修改。