医疗应用之电子耳蜗

2万 · 2020-2-6 20:37

电子耳蜗是一种利用微电子技术模拟人类听觉周围神经系统，将体外语音信号经
过一系列处理，转化成弱小的电流脉冲，将此电流脉冲发送至耳内预装的有限个电极
上，进而刺激和激发聋人患者耳内残留的听觉神经以达到重现耳聋患者听觉感觉机制
的一种装置。系统的核心电路之一为体外语音信号处理电路，其主要功能是利用声电
换能装置将声音信号转化为可以用来刺激人耳听神经的电信号。国内在电子耳蜗研究
方面起步较晚，包括体外语音处理电路在内的电子耳蜗关键技术有待进一步完善。本
课题对电子耳蜗体外语音处理电路的研究，有助于提高电子耳蜗的国产化水平，造福
于2000多万深度耳聋患者，产生巨大的社会效益和经济效益。

2万 · 2020-2-6 20:39

在语音信号采集、处理、发射各功能模块设计的基础上，按照系统功能以及测试
需求对体外语音处理电路进行PCB整体设计。同时，根据各模块以及整体系统所要
达到的的性能，设计模块及整体系统的测试方案，分析数据，并在实验台上进行验证，
最终进行临床实验。结果表明，系统达到设计要求，各模块功能正确，具备临床实验
条件。根据首次临床实验现象进一步对系统软件进行优化，再次临床实验时，患者首
次听音能听清约30%}40%，通过重复训练能听清60%}70%，并且实验中患者反映系
统噪声可以接受。

2万 · 2020-2-6 20:53

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电子耳蜗是模拟人类听觉周围神经系统，用弱小的电流脉冲去刺激和激发聋人患
者耳内耳残留的的听觉神经，重现耳聋患者听觉感觉机制的一种装置，因此要想更深
入地研究电子耳蜗，就必须了解听觉系统的模型以及电子耳蜗的基本组成和工作原
理。

2万 · 2020-2-6 21:15

请问一下，我们这里有做电子耳蜗系统的吗/
有些技术问题，我们可以一起探讨！

2万 · 2020-2-6 21:15

2万 · 2020-2-6 21:16

人体外耳分布在头颅两侧，它主要由耳廓和外耳道两个部分构成，它在人体听觉
系统中，不仅具有聚集外界声波能量、收集声音的功能，而且还能够判断生源的位置，
除此之外，它还可以增强某些较弱的声波。外耳道内部含有很多共振频率，与人耳能
辨别的语音频率相吻合。
中耳由鼓膜和听骨链组成。其中听骨链主要负责将声音信号放大，鼓膜则通过自
身振动将听骨链放大后的声音信号传递至内耳淋巴液。中耳将外耳收集的声音信号转
换为液体运动，它能将外界声音控制在一定强度范围内，这样能够防止声音强度过高
而损伤内耳或因强度过低而导致患者听不清外界声音。
内耳位于颅骨腔内，在人体听觉系统中占有举足轻重的地位。直观上看，虽然其
体积较小，但它内部构造极其复杂精细，从生理结构上看，它由前庭窗、圆窗和耳蜗
构成。前庭窗主要与维持身体平衡有关，它能够感知人体位置变化的情况。耳蜗位于
内耳，耳蜗上有许多与听神经相关的毛细血胞。耳蜗又由鼓阶、中阶和前庭阶组成。
耳蜗将中耳的机械震动转化成了神经信号，在传递至大脑皮层，经大脑加工整合后形
成听觉。

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外界的声音经过耳内听觉器官的协同作用传至耳蜗，耳蜗可以将声音的机械振动
转换变为可以刺激神经细胞的电信号，然后经过听神经传输至大脑的语言中枢，就形
成了听觉。在这一过程中，耳蜗起到感音换能的作用，并且将声音信号通过毛细血胞
输送至听神经，然后在传递至大脑。耳蜗中不同位置所能接受到的语音信号的频率是
不同的，从耳蜗蜗顶至蜗底所能感受到的频率依次增加。图2.3是耳蜗频谱分布图，
电子耳蜗依据耳蜗基底膜的空间频率分布，将电极分布在耳蜗不同的位置，用微弱的
电流脉冲去刺激电极附近的听神经，然后将神经冲动传输至大脑，患者便可以感受到
声音。

2万 · 2020-2-6 21:19

2万 · 2020-2-6 21:22

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如图2.5所示为经皮传输的电子耳蜗硬件框图。其工作原理为:数字麦克风负责
声音的采集，经过语音信号编码器将语音信号发送至数字信号处理芯片;语音处理芯
片负责对采集到的声音加以处理并通过接口发送至系统控制芯片;系统控制芯片负责
接收DSP处理后的语音信号并进行再次处理和编码发送以及负责与上位机通讯;编
好的语码经射频线圈发送至体内;体内解码器将接收到的信号加以解码，恢复为体外
线圈发送的信号;刺激器根据解码后产生的信号产生相应的刺激电流;微弱的刺激电
流信号传递至电极阵列，刺激耳聋患者残余听神经，使患者感受到听觉。

2万 · 2020-2-6 21:26

2万 · 2020-2-6 21:26

电子耳蜗的核心部分是语音信号处理模块，其功能是将采集到的语音信号经过一
系列处理转化为用于刺激耳蜗中电极的微弱的电流脉冲信号，当前国际上还没有人工
耳蜗语音处理方案的统一标准。目前实际应用于人工耳蜗上的语音处理算法主要可以
划分为以下两大类:一类是将语音信号频谱信息中能够代表不同语音的特征参数提取
出来，然后再进行处理的称之为基于特征提取的方案;另一类是通过将语音信号频谱
信息通过一组带通滤波器，将其分成若干个包含某些语音信号频谱信息的子频带，在
将这些子频带进行处理的算法称之为基于滤波器组的方案。本章将首先介绍语音
信号的一些基本知识，然后分析了几种不同的语音处理方案，选择频谱最大值处理方
案作为本系统语音处理方案，并在Matlab上进行实现。

2万 · 2020-2-6 21:29

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医疗应用之电子耳蜗

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