具有优化的帧编码的耳蜗植入系统的制作方法

1.本技术涉及耳蜗植入系统。更具体地，本技术涉及处理器单元，其包括配置成针对将多个刺激脉冲帧编码为一个或多个刺激帧而在使用固定的刺激帧起始与使用可变的刺激帧起始之间切换的切换模块。


背景技术：

2.已知的多通道耳蜗植入物(ci)将环境声音直接编码到多个刺激脉冲内，其然后使用特定波形策略如连续交错采样(continuous interleaved sampling，cis)帧编码为一个或多个刺激帧。帧编码的多个刺激脉冲之后通过电刺激传到内耳。电刺激通过包括多个电极的电极阵列提供。连续交错采样(cis)策略目标在于通过根据电极阵列的多个电极中的每一电极的置放将环境声音分解为谱带而依次刺激耳蜗。每一电极根据其相应的带通滤波的包络产生固定速率的电荷调制的电流。提出这种随时间的调制来再现神经刺激模式(时间编码)。
3.在cis类实施方案中，时间编码可能不被理想地传递。说明这种情形的感知例子为音高，即使大量证据表明时间编码在音高感知中扮演重要角色，音高被认为与位置编码有关。例如，在时间编码中，已知在帧编码期间使用可变的刺激帧起始而不是固定的刺激帧起始，音高鉴别力被更强地传递。帧编码的目标在于产生一个或多个刺激帧，其将表征环境声音的最可能且内在的预先选择的特征或音频分量作为具有固定刺激帧起始或可变刺激帧起始的电刺激脉冲进行传输。
4.cis波形策略基于以时间交错方式传到对应电极的帧编码的刺激脉冲。这些脉冲将依次从最底部电极到最顶部电极(帧)进行刺激。因此，该策略需要固定的时间段用于重新刺激同一电极。cis波形策略依赖于固定的刺激帧起始。
5.在已知的耳蜗植入系统中，信息和能量在同一经调制的射频(radio frequency，rf)载体上在外部单元与可植入单元之间经皮传输。提供给可植入单元的能量可与rf传输的功率水平和活跃时间成正比。为提供稳定的控制，外部单元对每帧rf传输提供恒定不变的活跃时间。rf帧由传输信息或控制刺激的一系列脉冲或者传输能量的脉冲建立。
6.仅具有恒定不变的rf长度，(由于帧长度的可变特性)最佳的帧起始策略并不提供稳定的能量控制。
7.因此，需要提供一种解决至少部分上面提及的问题的解决方案。


技术实现要素：

8.本发明的一方面是提供一种改进的帧编码，用于获得改善的、经听觉神经纤维的电刺激提供的时间信息。
9.本发明的另一方面是提供可植入单元的稳定的能量控制。
10.本发明的一方面由耳蜗植入系统实现，其可包括配置成接收声学信号并基于该声学信号传输音频信号的接收单元。接收单元可设置在外部单元和/或可植入单元中。外部单
元可设置在用户皮肤上如用户的头上或耳朵上，可植入单元可设置在用户的皮肤下面如头部的皮肤与颅骨之间。接收单元可包括一个或多个传声器和/或配置成与辅助装置无线通信的射频接口。无线通信可基于蓝牙、低功率蓝牙或者任何短/长程通信协议。
11.耳蜗植入系统还可包括处理器单元，其配置成接收声学信号并将该音频信号分为多个频带有限的音频信号并基于多个频带有限的音频信号的采样产生多个刺激脉冲，其中，多个频带有限的音频信号中的每一个用时间起始进行采样。针对采样的多个刺激脉冲中的每一个，确定一个或多个音频分量。
12.处理器单元可配置成产生多个频带有限的音频信号中的每一个的事件序列，其中，事件序列中的每一事件在频带有限的音频信号的相位超出相位阈值时检测，其中相位阈值可以是0到2π之间的任何值。时间起始可等于事件序列的事件速率。在每一事件，基于从音频信号和/或从采样的多个频带有限的音频信号中的每一个提取的一个或多个音频分量产生刺激脉冲，其中采样基于波形策略、特征提取策略或者波形策略与特征提取策略的混合。
13.处理器单元可包括滤波器组，其包括多个带通滤波器，每一带通滤波器配置成产生包括音频信号的一频带的频带有限的音频信号，其中该频带包括音频信号的一频率范围。滤波器组可包括覆盖从80hz到10000hz的频率的、20个以上的带通滤波器。每一滤波器可被分配给电极阵列的一电极，每一电极可被分配给特定频率范围。
14.多个频带有限的音频信号的采样可基于波形策略如连续交错采样(cis)或者谱峰法(spectral peak，speak)，或者基于包括音频信号的时间精细结构(tfs)的确定的特征提取策略，或者基于cis和特征提取策略的混合。
15.特征提取策略可配置成提取音频信号的全带宽的特征，这使能识别特征而不限制对各个频道频带的分析。在该例子中，处理器单元可配置成接收音频信号并基于一个或多个频带有限的音频信号的采样产生音频信号的一个或多个频带有限的音频信号，其中，一个频带包括音频信号的全带宽。
16.从而，相较于音频信号首先通过滤波器组分为多个频带有限的音频信号然后对每一感兴趣的频带有限的音频信号进行特征提取，所提取的特征被更准确地确定。
17.一个或多个音频分量可包括所提取的特征，其理想地表征接收单元接收的声学信号。所提取的特征可以是基频、相对于音频信号的基频的谐频、音频信号的基频和谐频时和左右的能量、和/或音频信号的基频和谐频时和左右的相位。
18.波形策略可提取多个频带有限的音频信号中的一频带有限的音频信号的振幅、相位、基频或谐频。在该例子中，处理器单元可配置成接收音频信号并产生音频信号的一个或多个频带有限的音频信号或者多个频带有限的音频信号。一个或多个频带有限的音频信号或者多个频带有限的音频信号中的每一个可包括振荡包络。振幅、相位、基频或谐频可通过整流和低通滤波而从振荡包络得出。提取的振幅、相位、基频和/或谐频可以是理想地表征传声器单元接收的声学信号的一个或多个音频分量的一部分。
19.一个或多个音频分量可包括理想地表征声学信号的振荡包络的多个振幅、相位、基频和/或谐频，和/或一个或多个音频分量可包括所提取的表征声学信号的特征。
20.音频分量可包括基频、相对于音频信号的基频的谐频、音频信号的基频和谐频时和左右的能量、和/或音频信号的基频和谐频时和左右的相位。
21.处理器单元可配置成针对多个频带有限的音频信号中的每一个产生事件序列，其中事件序列的每一事件在带通音频信号的相位超出相位阈值时确定。相位阈值可以是0到2π之间的任何值。时间起始可等于事件序列的事件速率。
22.耳蜗植入系统还可包括包含多个电极的电极阵列。电极阵列可有线连接到可植入单元并植入到耳蜗植入系统用户的耳蜗内，电极阵列配置成将刺激脉冲作为电刺激传给耳蜗的听觉神经纤维。
23.声学信号可以是包括用户周围的声学信息的声波。
24.为获得根据声学信号通过刺激脉冲提供的最佳时间信息，处理器单元可包括切换模块，配置成为了将多个刺激脉冲帧编码到一个或多个刺激帧内而在使用固定刺激帧起始和使用可变刺激帧起始之间切换。切换模块配置成基于一个或多个音频分量在固定刺激帧起始和可变刺激帧起始之间切换，其中电极阵列配置成基于帧编码的多个刺激脉冲刺激耳蜗植入系统的用户的听觉神经。
25.帧编码的目的在于对帧编码的多个刺激脉冲向可植入单元的传送进行定时，使得用户的听觉神经纤维接收尽可能多的、刺激脉冲提供的时间信息。帧编码产生电刺激频谱图，其包括电极阵列的哪些电极将被激活以及何时将被激活而用刺激脉冲刺激听觉神经纤维的信息。
26.时间信息可包括一个或多个音频分量，例如从声学信号或者从所提取的表征声学信号的包络信息提取的特征。
27.在一个或多个刺激帧中的一刺激帧内，电极阵列的一电极可仅被激活一次，这意味着该刺激帧对每一电极可仅包括一个刺激脉冲。
28.为将多个刺激脉冲传给耳蜗植入系统的可植入单元然后传给电极阵列，多个刺激脉冲需要被组织为通过帧编码提供的一个或多个刺激帧，多个刺激脉冲则可按刺激帧内确定的顺序依次传给可植入单元。例如，多个刺激脉冲可按多个刺激脉冲中的每一个的频率含量按升序或降序进行组织。例如，将在刺激帧内激活的电极的最底部电极或者最顶点电极将被首先激活。
29.切换模块可配置成基于一个或多个音频分量在固定刺激帧速率和可变刺激帧速率之间切换，一个或多个音频分量可包括包络信息和/或从音频信号提取的特征。例如，切换模块可配置成在刺激脉冲的基频高于频率阈值且基频能量高于能量阈值时切换到固定刺激帧起始，及切换模块可配置成在刺激脉冲的基频低于频率阈值且基频能量高于能量阈值时切换到可变刺激帧起始。
30.切换模块可配置成基于一个或多个音频分量在固定刺激帧速率和可变刺激帧速率之间切换，一个或多个音频分量可包括包络信息和/或从音频信号提取的特征。例如，切换模块可配置成在刺激脉冲的基频高于频率阈值时切换到固定刺激帧起始，及切换模块可配置成在刺激脉冲的基频低于频率阈值时切换到可变刺激帧起始。
31.切换模块可配置成在按db计的能量高于能量阈值时切换到固定刺激帧起始，及切换模块可配置成在按db计的能量低于能量阈值时切换到可变刺激帧起始。
32.如果多个刺激脉冲中的至少一刺激脉冲具有高于能量阈值的基频能量且基频低于频率阈值，多个刺激脉冲全部使用可变刺激速率进行帧编码。
33.如果多个刺激脉冲中的一组刺激脉冲的至少一刺激脉冲具有高于能量阈值的基
频能量且基频低于频率阈值，该组刺激脉冲全部使用可变刺激速率进行帧编码。
34.频率阈值可以在100hz到4000hz、300hz到3500hz或者30hz到3000hz之间。
35.能量阈值可以在-40db到-20db、-20db到-30db或者-25db到-30db之间。
36.切换模块可配置成在音频分量与无话音语音有关时切换到固定刺激帧起始，或者在音频分量与有话音语音有关时切换到可变刺激帧起始。处理器单元配置成基于从多个频带有限的音频信号的采样提取的一个或多个音频分量以及频谱的分析确定声学信号是否包括话音或无话音语音。例如，如果音频信号包括话音语音，一个或多个刺激帧的多个刺激脉冲包括低于频率阈值的基频，切换模块则配置成切换到可变刺激帧起始，然而，如果音频信号与无话音语音有关，一个或多个刺激帧的多个刺激脉冲包括高于频率阈值的基频，切换模块则配置成切换到固定刺激帧起始。从而，耳蜗植入系统能根据音频信号的内容优化提供给听觉神经纤维的时间信息的量。
37.处理器单元可配置成针对固定刺激帧起始和可变刺激帧起始分别提供用于将多个刺激脉冲帧编码到一个或多个刺激帧内的第一帧编码方案和第二帧编码方案。对固定刺激帧起始和可变刺激帧起始具有不同的帧编码方案更进一步地改善了提供给听觉神经纤维的时间信息。
38.第一帧编码方案可在多个刺激脉冲的一组刺激脉冲的时间起始等于或几乎等于一个或多个刺激帧的固定刺激帧起始时提供该组刺激脉冲到一个或多个刺激帧的一刺激帧的帧编码。在该例子中，处理器单元配置成在时间t
fr
以固定速率开始刺激帧，刺激脉冲在时间t
sp
到达时，该刺激脉冲被帧编码到t
fr
和t
sp
之间的时间差最小的刺激帧。
39.例如，多个刺激脉冲中的一组刺激脉冲可包括随后的刺激脉冲和在前的刺激脉冲，随后的刺激脉冲在时间上在在前的刺激脉冲后面。第二帧编码方案可包括提供在前的刺激脉冲的第一帧编码到一个或多个刺激帧的第一刺激帧内，其中帧编码的在前的刺激脉冲在偏移时间结束，及在第二帧时间，当第二帧时间在分析窗口之后时提供随后的刺激脉冲的第二帧编码到一个或多个刺激帧的第二刺激帧内，分析窗口在偏移时间时开始并具有刺激帧的最大可能的时间长度。
40.第二帧编码方案导致可变刺激帧起始，因为每一刺激帧基于刺激脉冲的到达时间产生。
41.通过能够以可变刺激帧起始进行帧编码，耳蜗植入系统将能够安排刺激帧以更明确地编码包括话音声音的声学信号的时间信息而不需要语音检测算法。通过避免语音检测算法，由处理器单元执行的信号处理变得更简单，耳蜗植入系统的功耗藉此降低。
42.处理器单元配置成在使用波形采样策略、特征提取策略、和/或波形采样策略与特征提取策略的混合之间切换。
43.切换模块可配置成在一个或多个音频分量包括时间精细结构(tfs)信息时切换到可变刺激帧起始，和/或切换模块可配置成在一个或多个音频分量包括包络信息时切换到固定刺激帧起始。
44.帧时间段可在一个或多个刺激帧的两个随后的刺激帧的起始之间定义。当帧编码具有可变刺激帧起始时，帧时间段在一个或多个刺激帧的至少两个随后的刺激帧之间变化。当帧编码具有固定刺激帧起始时，帧时间段在一个或多个刺激帧之间固定。
45.多个刺激帧中的一刺激帧以及一个或多个刺激帧中的每一个之间可满足下述条
件：
[0046]-一个或多个刺激帧可按升序或降序进行组织，使得分配给最底部电极的刺激帧将总是被首先传给可植入单元；
[0047]-分配给eafx(顶部前电极，electrode apical first)将总是被放在分配给eafy(电极阵列的另一特定电极)的前面，如果x《y。当到达分配给最顶部电极的刺激帧时，下一帧可被产生；
[0048]-对于帧间停歇时间tf(t
fmin
《tf《t
fmax
)，有上限和下限。tf定义为一刺激帧的最后刺激脉冲的结束与下一帧中的第一刺激脉冲的开始之间的时间；
[0049]-对于帧内停歇时间t
p
(t
pmin
《t
p
《t
pmax
)，有上限和下限。t
p
定义为同一刺激帧中一刺激脉冲的结束与随后的刺激脉冲的开始之间的时间。
[0050]
在一刺激帧中，如果eafy具有刺激脉冲而eafx不具有刺激脉冲(x《y)，在eafy(分配有刺激脉冲的最底部电极)的相应脉冲之前应插入持续时间为ts的通知脉冲，以通知植入物eafx被跳过。如果在eafy之前有多个未被分配有刺激脉冲的电极，对于其中的每一电极，将应用同样的规则。
[0051]
可变刺激帧起始可等于分配有刺激脉冲的最底部电极的时间起始。例如，第一刺激帧可以分配给最顶部电极即分配给最低频率范围的电极的刺激脉冲开始。该刺激脉冲到达一刺激帧内的最底部电极的时间被记为t0。此外，如果刺激脉冲出现在eafx中而先前的刺激脉冲在eafy中(x《y)以及eafx被分配给比eafy低的频率范围，则第一刺激帧在先前的刺激脉冲结束，插入第二刺激帧以将该刺激脉冲编码在eafx中。重复这种处理，直到多个刺激脉冲中的所有刺激脉冲均已被帧编码为止。可变刺激帧起始可在在前刺激帧结束与随后刺激帧开始之间确定，随后的帧的开始通过在前刺激帧内的最底部电极的刺激脉冲的偏移时间tf确定。
[0052]
分析窗口可定义成从tf开始并具有ta的时间长度，其中ta可以是刺激帧的最大可能时间长度，tf为在前刺激帧内的刺激脉冲的偏移时间即该刺激脉冲关的时间。
[0053]
多个刺激脉冲中的那些在时间t
sp
到达的刺激脉冲按从最顶部电极开始的升序依次进行帧编码并按从刺激帧内的最底部电极开始的降序传给电极阵列，t
sp
在第一分析窗口内。
[0054]
低频组可包括电极阵列的几个电极，这些电极中的每一个被分配给在主要低频范围内的频率范围。例如，电极eaf0到eaf7可以是低频组的一部分，因为它们均被分配给在主要低频范围内的频率。
[0055]
高频组可包括电极阵列的几个电极，这些电极中的每一个被分配给在主要高频范围内的频率范围。例如，电极eaf8到eaf19可以是高频组的一部分，因为它们均被分配给在主要高频范围内的频率。首先，低频组中所有被分配有刺激脉冲的电极被编码，当低频组的所有分配的电极已在分析窗口内编码时，高频组中所有被分配有刺激脉冲的电极将在该分析窗口内进行编码。然而，如果高频组的分配的电极不能够在该分析窗口内进行帧编码，则其要不被删除，要不在下一分析窗口内被帧编码在下一刺激帧中。
[0056]
在多个刺激脉冲可能同时进行帧编码的情形下，处理器单元可配置成对刺激脉冲的帧编码进行排序(优先化)以避免刺激脉冲之间的冲突。处理器单元可配置成对多个刺激脉冲中的将要进行帧编码的刺激脉冲进行排序，处理器单元可配置成选择具有最高优先级
的那些刺激脉冲进行帧编码。处理器单元可配置成基于多个刺激脉冲中的每一刺激脉冲的频率含量或能量水平对刺激脉冲进行排序。通过基于频率含量和/或能量水平建立优先化，被传给听觉神经的时间信息将最适合获得用户听觉能力的最好的可能改善。
[0057]
多个刺激脉冲中的第一刺激脉冲的频率含量包括第一频率范围，多个刺激脉冲中的第二刺激脉冲的频率含量包括第二频率范围，第一频率范围包括比第二频率范围的频率低的频率，处理器单元配置成将第一刺激脉冲排序在第二刺激脉冲的前面。通过将低频排序在前面，当刺激脉冲之间可能出现冲突时，处理器单元获得最好的音高时间信息的能力将不被降级。
[0058]
第一频率范围和/或第二频率范围可包括基频。
[0059]
处理器单元可配置成在多个刺激脉冲的第一刺激脉冲的能量水平高于多个刺激脉冲的第二刺激脉冲时使第一刺激脉冲的优先级高于第二刺激脉冲。从而，使话音语音优先于声学信号中的噪声的可能性将通过前述优先化进行改善。
[0060]
处理器单元可配置成在多个刺激脉冲的在前刺激脉冲的开始与随后刺激脉冲的结束之间的样本时间段等于或低于样本时间阈值时对多个刺激脉冲的在前刺激脉冲进行时移。从而，在两个刺激脉冲之间将不出现冲突，然而，时移仅在时移量低于预定阈值时允许。
[0061]
耳蜗植入系统可包括动态能量控制器，其在帧编码基于可变刺激帧起始时提供从外部单元到可植入单元的稳定的能量供应。
[0062]
一个或多个刺激帧可包括预充电脉冲，其可通过动态能量控制器进行修正以使可植入单元内的电荷水平在最小和最大电荷水平之间。和/或，动态能量控制器配置成在预充电脉冲的修正不足以获得最小电荷水平时在两个刺激帧之间插入预充电帧。预充电帧包括一个或多个预充电脉冲。
[0063]
在另一方面，处理器单元配置成基于具有时间起始的音频信号的全频率范围的采样产生多个刺激脉冲，针对该音频信号的全频率范围的采样，确定一个或多个音频分量。一个或多个音频分量被更精确地确定为该音频信号中的不同基频之间正发生的声学相互作用，因为未正发生不同基频的分离。通过包括声学相互作用，由一个或多个音频分量提供的时间信息变得更接近接收单元接收的声学信号。
[0064]
众所周知，如果给定电极以不同速率进行刺激，耳蜗植入物患者报告不同的音高音阶。如果某一电极的刺激速率增加，则音高音阶也将线性地增加直到某一频率例如约1000hz。通过改变电极的位置，再次观察到同样的趋势，然而，音高音阶的绝对值将不同。这意味着位置编码(耳蜗深度)和时间编码(刺激速率)确定耳蜗植入物患者最后评估的音高音阶。
[0065]
音高音阶对低刺激速率的灵敏度高于对高刺激速率的灵敏度。例如，如果频率从100hz增加到200hz，音高音阶从0增加到30。然而，当频率从200hz增加到300hz时，音高音阶仅增加10。
[0066]
现在，假设tfs编码策略中的两个最低频道的中心频率分别为约60hz和120hz。这些频道中的每一个传递与基于频道滤波的音频信号的相位和频率对应的非常精确的脉冲事件(例如，60.2hz和120.5hz的瞬时频率)。然而，当两个频道被激活时，对应于第一频道(即中心频率60hz)的耳蜗区域将不真地观察到精确的脉冲事件(即62.2hz)，而是两个频道
的总和。
[0067]
这种总和的音高感知后果非常大，因为音高音阶对低刺激速率脉冲的梯度变化非常敏感。
[0068]
如前面部分中提及的，将约60hz的音高传到耳蜗植入物患者可能有某些技术限制：例如，对音高变化的高灵敏度以及频道之间的相互作用。如果在耳蜗的不同深度的不同插入的电极以不同的速率进行刺激，可能使用它们获得同样的音高音阶。在所有这些不同的配置之中，仅有一个将符合正常耳朵的生理学，但由于技术限制，我们可能选择另一配置并与正常听力听者感知音高稍微不同的方式将音高传到耳蜗植入物患者。
[0069]
实际上，为给予耳蜗植入物患者进行音高感知的可能性，不必像正常听力听者中那样在音高的基频和多个频率编码电极的脉冲事件。而是，音高感知能力可通过按音高的函数以类似方式修改ci装置的所有(或部分)通道的脉冲速率而提供给耳蜗植入物患者。这可通过包括可变刺激速率的、修改的cis编码策略实现。
[0070]
在基于cis的策略中，所有通道以同一速率准确地进行刺激。因此，在这样的编码策略中，相邻通道之间的干扰不修改总体感知的音高。在基于cis的策略中，通道具有同样的刺激速率，因而，在基于cis的策略中总体感知的音高构成鲁棒的音高感知，其对输入信号的内容不敏感。然而，经典的cis策略的问题在于，由于通道总是以固定速率进行刺激，感知的音高在不同情形下几乎保持恒定不变。
[0071]
具有鲁棒但可变的音高感知的一种方法是将经典cis改变为包括可变刺激速率的、修正的cis编码策略。在修正的cis编码策略中，所有通道或电极一直以同样的速率进行刺激，然而，该速率用时间调制为音高的函数。通过该手段，位置和时间编码信息均被传给患者。
[0072]
处理器单元可包括音高估计器，配置成接收包括音频信号的输入信号并估计该输入信号的音高值。基于估计的音高值，确定目标刺激速率函数，该刺激速率函数可以是可为了最佳性能针对患者进行调整的指数函数。由于第一帧编码方案(例如cis)的刺激速率随音高变化，对通过第一帧编码方案产生的脉冲可能有一些响度影响。处理器单元则可包括响度补偿器，其配置成基于刺激速率补偿响度影响。
[0073]
在一例子中，刺激速率随估计的音高的降低/增大而降低/增大。两个通道可具有相同的刺激速率，因而，由于音高估计器和响度补偿器，从一电极传到另一电极的电流对感知的音高不引起任何问题。
[0074]
处理器单元配置成将通道或者电极阵列的电极分离为两个主要的组，第一组包括分配给低于或等于200hz的频率的通道或电极，第二组包括分配给高于200hz的频率的通道或电极。两组电极可以两个不同的刺激速率工作。例如，第二组的刺激速率可总是为第一组电极的两倍。在该情形下，第一组的刺激将更接近生理刺激速率。例如，当第二组电极将刺激速率从400pps增大到500pps时，第一组电极将其频率从200pps增大到250pps。
[0075]
如果第二组的刺激速率不是第一组的倍数，电极阵列上的物理距离可在这两组之间产生。这减少了两组电极之间的电流相互作用。
附图说明
[0076]
本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起
见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：
[0077]
图1示出了耳蜗植入系统；
[0078]
图2a和2b示出了耳蜗植入系统；
[0079]
图3a-3d示出了帧编码的不同例子；
[0080]
图4a和4b示出了话音语音和无话音语音的声谱的例子；
[0081]
图5示出了耳蜗植入系统的例子。
具体实施方式
[0082]
下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。装置和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。
[0083]
助听器可以是或包括适于改善或增强用户的听觉能力的装置，其通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。改善或增强用户的听觉能力可包括补偿个体用户的具体听力损失。“助听器”还可指适于以电子方式接收音频信号的装置如可听戴设备、耳麦或耳机，其可能修改音频信号及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵。可听见的信号可以下述形式提供：向用户的外耳中辐射的声学信号、或者作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过用户的中耳部分向用户的内耳传递的声学信号、或者直接或间接地向用户的耳蜗神经和/或听觉皮层传递的电信号。
[0084]
助听器适于以任何已知的方式佩戴。这可包括：i)将助听器的单元安排在耳后(具有将空传声信号导入耳道的管或者具有设置成靠近耳道或位于耳道中并通过导线(或无线)连接到耳后单元的接收器/扬声器)，如耳后型助听器；和/或ii)将助听器整个或部分设置在用户的耳廓和/或耳道中，如耳内式助听器或耳道式/深耳道式助听器；或iii)将助听器的单元设置成连接到植入到颅骨内的固定装置，如骨锚式助听器或者耳蜗植入物；或iv)将助听器单元设置为整个或部分植入的单元，如骨锚式助听器或耳蜗植入系统。助听器可实施在单一单元(壳体)中或者彼此个别连接的多个单元中。
[0085]“听力系统”指包括一个或两个助听器的系统，并且“双耳听力系统”是指包括两个助听器的系统，其中，助听器适于以协作的方式向用户的两个耳朵提供音频信号。听力系统或双耳听力系统还可包括与至少一助听器通信的一个或多个辅助装置，该辅助装置影响助听器的运行和/或受益于助听器的功能。在至少一助听器和辅助装置之间建立有线或无线通信链路以使信息(如控制和状态信号，可能音频信号)能在其间进行交换。辅助装置可至少包括下述之一：遥控器、远程传声器、音频网关设备、无线通信设备如移动电话(例如智能电话)或平板电脑或另一设备(例如包括图形界面)、广播系统、汽车音频系统、音乐播放器或其组合。音频网关设备可适于如从娱乐装置例如tv或音乐播放器，从电话装置例如移动
电话，或从计算机例如pc接收多个音频信号。辅助装置还可适于(例如使用户能)选择和/或组合所接收音频信号(或信号组合)中的适当信号以传给至少一助听器。遥控器适于控制至少一助听器的功能和运行。遥控器的功能可实施在智能电话或其它(如便携)电子设备中，该智能电话/电子设备可能运行控制至少一助听器的功能的应用程序(app)。
[0086]
一般地，助听器包括i)诸如传声器的接收单元，用于接收来自用户周围的声学信号，并且提供对应的输入音频信号，和/或ii)用于以电子方式接收输入音频信号的接收单元。助听器还包括用于对输入音频信号进行处理的信号处理单元和用于依据处理后的音频信号向用户提供可听信号的输出单元。
[0087]
接收单元可以包括多个输入传声器，例如用于提供依赖于方向的音频信号处理。这种定向传声器系统适于(相对地)增强用户环境中的大量声学源中的目标声学源和/或衰减其它声源(如噪声)。在一个方面，定向系统适于检测(例如自适应地检测)传声器信号的特定部分源自哪个方向。这可以通过使用传统上已知的方法来实现。信号处理单元可以包括放大器，放大器适于对输入音频信号施加依赖于频率的增益。信号处理单元还可以适于提供诸如压缩、噪声降低等其它相关功能。输出单元可包括输出转换器，例如用于透皮或经皮地向颅骨提供空气传播的声学信号的扬声器/接收器，或者用于提供结构传播的或液体传播的声学信号的振动器。在一些助听器中，输出单元可包括诸如人工耳蜗中的用于提供电信号的一个或多个输出电极。
[0088]
耳蜗植入件通常包括：i)用于从环境拾取并处理声音及根据当前输入声音确定用于电极刺激的脉冲序列的外部部分；ii)(通常无线例如感应)通信链路，用于同时传输关于刺激序列的信息及传输能量给植入部分；iii)使能产生刺激并施加到多个电极的植入部分，这些电极可植入在耳蜗的不同位置，从而使能刺激听频范围的不同频率。这样的系统例如在us 4,207,441和us 4,532,930中描述。
[0089]
一方面，助听器包括多电极阵列，例如包含适于位于耳蜗中并靠近用户听觉神经的多个电极的载体形式。该载体优选由柔性材料制成，以使能将电极适当地定位在耳蜗中，使得电极可被插入在接受者的耳蜗中。优选地，各个电极空间上沿载体的长度方向分布，从而在载体被插入到耳蜗中时提供对应的、沿耳蜗中的耳蜗神经的空间分布。
[0090]
现在参考图1，其示出了耳蜗植入系统1，该耳蜗植入系统1包括能够通过耳蜗植入系统1的用户的皮肤经皮通信的外部单元2和可植入单元4。可植入单元4连接到电极阵列5，电极阵列5配置成插入到用户的耳蜗6内。电极阵列可包括多个电极7。
[0091]
图2a和2b示出了耳蜗植入系统1的不同例子，其包括配置成接收声学信号并基于该声学信号传输音频信号的接收单元10，在该具体例子中，接收单元包括传声器。在图2a中，系统1还包括处理器单元12，其配置成接收音频信号并经滤波器组14将音频信号分为多个频带有限的音频信号(fb1、fb2、fb3和fbn)并基于多个频带有限的音频信号(fb1、fb2、fb3和fbn)的采样16产生多个刺激脉冲。多个频带有限的音频信号(fb1、fb2、fb3和fbn)中的每一个用时间起始(onset)进行采样，并经采样针对多个频带有限的音频信号中的每一个确定一个或多个音频分量24。处理器单元12连接到包括多个电极7的电极阵列5，其中处理器单元12包括配置成对于将多个刺激脉冲帧编码为一个或多个刺激帧而在使用固定刺激帧起始20与使用可变刺激帧起始22之间切换的切换模块18，其中切换模块18配置成基于一个或多个音频分量24在固定刺激帧起始20与可变刺激帧起始22之间切换，其中电极阵列
5配置成基于帧编码的多个刺激脉冲刺激耳蜗植入系统1的用户的听觉神经。一个或多个音频分量通过采样过程16确定，其中一个或多个音频分量可包括至少下述之一：基频、相对于音频信号的基频的谐频(谐波频率)、音频信号的基频和谐频时和左右的能量、和/或音频信号的基频和谐频时和左右的相位。
[0092]
作为备选，切换模块18配置成在一个或多个音频分量包括声学信号的时间精细结构(temporal fine structure，tfs)信息时切换到可变刺激帧起始，和/或，切换模块配置成在一个或多个音频分量包括声学信号的包络信息时切换到固定刺激帧起始。
[0093]
在图2b中，滤波器组包括包含快速傅里叶变换单元30的滤波器组14，快速傅里叶变换单元30配置成进行音频信号的全频率范围的傅里叶变换，这导致全频率范围音频信号的采样，其中，一个或多个音频分量基于音频信号的全频率范围的采样确定。
[0094]
图3a-3d示出了由处理器单元12进行的帧编码的不同例子。在图3a中，切换模块18从多个频带有限的音频信号(fb1-fbn)接收多个刺激脉冲32并将多个刺激脉冲32帧编码为刺激帧f0。在该具体例子中，最顶点的电极eaf1以及电极eaf2、eaf3和eafn通过接收多个刺激脉冲32中的刺激脉冲(p1
–
p4)激活。eaf1首先刺激，eafn在刺激帧f0结束时刺激。刺激脉冲(p1
–
p4)被传给电极阵列5使得最底部电极eafn将总是被首先传给可植入单元，在刺激脉冲之间具有同样的定时，如电刺激频谱图19所示。
[0095]
图3b示出了切换模块18使用可变刺激帧起始22用于帧编码多个刺激脉冲32的例子。处理器单元12将第一组刺激脉冲(p1-p4)帧编码为第一刺激帧f0，当将被帧编码的下一刺激脉冲p5的频率相较先前帧编码的刺激脉冲p4更顶点时，产生第二刺激帧f1。处理器单元12在第二刺激帧f1内帧编码包括p5和p6的第二组刺激脉冲，当下一刺激脉冲p7的频率相较先前帧编码的刺激脉冲p6更顶点时，产生第三刺激帧f2。处理器单元12在第三刺激帧f2内帧编码包括p7-p9的第三组刺激脉冲，然而，在第三刺激帧f2的所有三个刺激脉冲之间看到冲突。处理器单元配置成将随后的刺激p8时移到p8a，使得在前的刺激脉冲p8的开始与随后的刺激脉冲p7的结束之间的脉冲时间差高于最大时间差或者低于最小时间差。在该具体例子中，p8被时移到p8a，p9被时移到p9a。多个刺激脉冲32的帧编码结果是一个或多个刺激帧(f0,f1,f2)之间变化的帧时间段(33a和33b)。
[0096]
图3c示出了切换模块18使用固定刺激帧起始20用于帧编码多个刺激脉冲32的例子。处理器单元12将第一组刺激脉冲(p1-p4)帧编码为第一刺激帧f0，当将被帧编码的下一刺激脉冲p5的频率相较先前帧编码的刺激脉冲p4更顶点时，产生第二刺激帧f1。处理器单元12在第二刺激帧f1内帧编码包括p5和p6的第二组刺激脉冲，当下一刺激脉冲p7的频率相较先前帧编码的刺激脉冲p6更顶点时，产生第三刺激帧f2。由于一个或多个音频分量已指示切换模块切换到固定刺激帧起始20，处理器单元需要对刺激脉冲p7进行时移使得刺激帧(f0,f1,f2)之间的帧时间段(33a,33b)保持固定(33b)，此外，处理器单元必须时移p8和p9以在其它刺激脉冲p8和p9之间保持正确的定时使得最底部电极将总是被首先传给可植入单元。
[0097]
在可变和固定刺激帧起始例子中，分析窗口49确定哪些刺激脉冲32将被帧编码在下一刺激帧f1内。在图3d中，分析窗口在前一刺激帧f0的最底部刺激脉冲p3的偏移时间tf时开始，并具有刺激帧的最大可能的时间长度。在该例子中，刺激脉冲p1-p3被帧编码在第一刺激帧f0内，在分析窗口40内的刺激脉冲被帧编码在第二刺激帧f1内，在分析窗口40外
面的刺激脉冲p7将被帧编码在下一刺激帧(未示出)中。
[0098]
图4a和4b示出了话音语音和无话音语音的声谱的例子，其包括用于决定音频信号以及一个或多个音频分量24是与话音语音有关还是与无话音语音有关的频率阈值f
th
和能量阈值e
th
。在两个例子中，能量阈值e
th
被设定为归一化语音能量信号的-30db，频率阈值被f
th
设定为2000hz，在图4a中，可以看出，对于有话音的语音，高于e
th
的能量峰值在低于频率阈值的频率出现，在图4b中，可以看出，对于无话音的语音，高于e
th
的能量峰值在高于频率阈值的频率出现。在多个频带有限的音频信号中的每一个的采样期间，针对多个刺激脉冲中的每一个，确定一个或多个音频分量，在该例子中，多个刺激脉冲中的至少一个刺激脉冲具有多个音频分量，包括基频和在基频时的能量。在基频时的能量高于e
th
且基频低于f
th
时，多个音频分量与有话音的语音有关，从而，切换模块确保由处理器单元提供的帧编码使用可变刺激帧起始。
[0099]
在另一例子中，如果多个刺激脉冲中的至少一个在基频时具有高于e
th
的能量及低于f
th
的基频，则多个刺激脉冲全部使用可变刺激速率进行帧编码。
[0100]
在又一例子中，如果多个刺激脉冲中的一组刺激脉冲的至少一个刺激脉冲在基频时具有高于e
th
的能量及低于f
th
的基频，则该组刺激脉冲全部使用可变刺激速率进行帧编码。
[0101]
图5示出了耳蜗植入系统的例子。由于刺激速率连同一个或多个音频分量24的内容如音高一起变化，将对所得的刺激脉冲具有一定响度影响。在该例子中，处理器单元包括响度补偿器30，配置成基于一个或多个音频分量24的测度补偿响度影响。例如，处理器单元12配置成测量一个或多个音频分量，并基于该测量，处理器单元12配置成确定响度影响(即因刺激速率变化引起的响度变化)的补偿并确定可变刺激帧起始22的刺激速率。在图5中，响度补偿器接收一个或多个音频分量24并向多个刺激脉冲的帧编码31提供响度影响的补偿。在该例子中，可变刺激帧起始22基于一个或多个音频分量24确定刺激速率。
[0102]
除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间插入元件。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必须精确按所公开的顺序执行。
[0103]
应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。
[0104]
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。