人工耳蜗言语处理的方案介绍

2011-04-28 点击率:3775 标签:听神经/谱峰/刺激/滤波器/编码

    近年来,多导人工耳蜗的电极数目已多达24个。电极数的增加、制造工艺的改进以及不断发展的微型芯片技术的应用,使病人的言语识别率不断提高。除了人工耳蜗硬件的改善以外,其言语处理方案的改进,对疗效的提高贡献更大。
    言语处理方案又称编码策略,人工耳蜗就是在编码策略指导下进行信号的分析,并确定各个电极采取什么样的方式发放脉冲,刺激听神经。编码策略有很多,大致可分为两类。
    一类是早期应用较多的特征提取策略,比如F0/F2、F0/F1/F2和MPEAK策略,这一类编码策略是采用提取言语信号的重要特征,再把这些特征传送到电极的方法刺激听神经的
    另一类是目前应用较为普遍的波形策略,它是把言语信号的波形以不同的方式传送至电极。它又可分为模拟刺激(如SAS策略)和脉冲刺激(如SPEAK.CIS、ACE等)策略两类。
    第一类方案目前已被完全淘汰,在此不作介绍。
    第二类方案分别介绍如下:
    1.谱峰策略(spectral peak,SPEAK)
    谱峰策略是20世纪90年代中期推出的。它使用20个带通滤波器,较之以往的特征提取策略其频率范围得到了扩大;在每个运算周期,它提供多达10个刺激频道;通过适当的调整可以在很大程度上保存言语声的频谱和时间信息。
    在噪声中的言语识别测试中,这种策略明显优于第一类。它主要用于澳大利亚Cochlear公司的人工耳蜗。
    2.连续间隔采样策略( continuous interleaved sampler,CIS)
    此策略自1991年提出后,被三家公司采用并一直使用至今。各个公司应用这个策略虽有细节上的差异,但基本原理相同。声信号经过一组带通滤波器过滤后,被提取包络,各频道的包络被用于调制电脉冲序列的幅度。
    经过这种调制的电脉冲序列被送到相应的电极刺激听神经。在CIS策略中,所有电极的脉冲刺激互相不重叠,而且其刺激频率较高,三家公司的产品采用CIS策略后,各频道的刺激频率从813Hz到2400Hz不等。虽然,以后又有很多更高级的策略被应用于人工耳蜗,但在实际使用过程中,仍然有相当一部分病人喜欢采用CIS策略。
    3.高级结合编码策略(advanced confined encoding,ACE)
    该策略是在SPEAK策略基础上改进而成。它结合了CIS策略高刺激频率的特点,各频道的刺激频率由SPEAK的250Hz提高到最大2400Hz;刺激速率的增加从理论上来说可以更好的体现言语声信号的时域信息。而且ACE策略用于刺激的所选包络也由SPEAK的5~10个扩大到1~20个。
    ACE策略虽然不依赖于共振峰的提取,但与共振峰对应的频道同样得到了电刺激,辅音的高频信息也有良好体现。所以许多人工耳蜗使用者从SPEAK策略转而使用ACE策略后,其言语识别率得到进一步的提高。它主要用于澳大利亚Cochlear公司的人工耳蜗。
    4.同步模拟刺激策略( simultaneous analog stimulation,SAS)
    此策略是当前使用的人工耳蜗中惟一采用的模拟刺激策略。麦克风收集到的声信号,经过自动增益控制后分别送往8个带通滤波器,再经滤波器放大后传送至电极刺激听神经。虽然是8个通道同步放电,但SAS策略采用的双极耦合构式使电流扩散范围被局限化,有效地避免了各刺激频道之间同时放电而产生的互相干扰。而且各频道信号幅度的更新速率极快,8个通道同步输出时可以达到104kHz,更加有效地保存了声信号在时域上的变化。根据一些临床使用观察发现,SAS使用者的言语识别率高于CIS使用者。目前,只有美国Adanced Bionics公司的人工耳蜗使用了这种编码策略。
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