技术领域
[0001] 本
发明属于利用光刺激修复听觉功能技术领域，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。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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个铂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·A·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。
[0006] 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。
[0007] 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。
发明内容
[0008] 本发明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。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 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；
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 上述基于多通道光刺激的人工耳蜗装置的工作方式如下：
[0016] 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；
[0017] 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。
[0018] 本发明与
现有技术相比，具有以下的技术效果：
[0019] (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。
[0020] (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
[0021] 图1应用多通道耳蜗光刺激的人工耳蜗装置示意图；
[0022] 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-语音信号处理及编码装置、8-语音信号采集装置；
[0023] 图2基于激光
二极管阵列刺激耳蜗的人工耳蜗装置示意图；
[0024] 其中：9-麦克风、10-语音放大电路、11-语音信号处理电路、12-22通道恒流源电路、13-
激光二极管、14-
电缆束。
[0025] 图3基于多根光纤输出光脉冲刺激耳蜗的人工耳蜗装置示意图；
[0026] 其中：9-麦克风、10-语音放大电路、11-语音信号处理电路、17-22通道
光源发生电路、15-光纤输出端、16-光纤束。
[0027] 图4拉伸后的基于多根光纤输出光脉冲刺激耳蜗的人工耳蜗示意图[0028] 其中：15-光纤输出端、16-光纤束。
具体实施方式
[0029] 如图1所示，本发明所涉及的多通道耳蜗光刺激的人工耳蜗装置是将多通道光刺激装置4植入耳蜗1，声音信号经语音信号采集装置8转换为恰当的电信号，通过语音信号处理及编码装置7提取声音信号的特征信息，这些特征信息将用于调节多通道光脉冲控制电路6的电参数，进而改变多通道光刺激装置4每个通道光脉冲的输出参数，光脉冲经输出端口5刺激耳蜗1的听觉神经以引起听觉神经兴奋形成听觉，声音信号中频率较高的成分将控制靠近耳蜗蜗底3的输出端口5的光脉冲参数，而声音信号中频率较低的成分将控制靠近耳蜗蜗尖2的输出端口5的光脉冲参数，实现声音信号中频率较高的成分引起靠近耳蜗蜗底3的听觉神经兴奋、频率较低的成分引起靠近耳蜗蜗尖2的听觉神经兴奋。
[0030] 本发明的一个
实施例如图2所示，是一种利用激光二极管阵列对耳蜗进行光刺激的人工耳蜗装置。在本实施例中，22个激光二极管13组成的阵列构成多通道光刺激装置的光脉冲输出端口，其植入耳蜗后将分布在从蜗尖到蜗底的耳蜗不同位置，外界声音信号经麦克风9(即作为语音信号采集装置)采集后转换为电信号，经语音信号放大电路10放大后传入语音信号处理电路11，实现对语音信号的A/D转换、22个频率段的特征提取和编码，语音信号处理电路11输出的22个频率段的特征编码信息将分别控制22通道恒流源电路12的电流输出，再由各通道的恒流源输出电流经电缆束14控制激光二极管13的光脉冲输出强度，进而刺激耳蜗不同位置的听觉神经引起神经冲动，形成听觉。
[0031] 本发明的另一个实施例如图3，图4所示，是一种利用光纤多根光纤输出光脉冲信号对耳蜗进行刺激的人工耳蜗装置。在本例中，22根光纤组成的光纤束16构成多通道光刺激装置的光脉冲输出端口，植入耳蜗后不同光纤的输出端口将分布在从蜗尖到蜗底的耳蜗不同位置，外界声音信号经麦克风9(即作为语音信号采集装置)采集后转换为电信号，经语音信号放大电路10放大后传入语音信号处理电路11，实现对语音信号的A/D转换、22个频率段的特征提取和编码，语音信号处理电路11输出的22个频率段的特征编码信息将分别控22通道光源发生电路17的
光信号输出，各通道输出的光脉冲经光纤束16的不同光纤输出端15传输到耳蜗的不同位置，进而刺激耳蜗不同位置的听觉神经引起神经冲动形成听觉，其中声音信号频率较高成分将控制靠近耳蜗蜗底的光纤输出，而声音信号频率较低的成分将控制靠近耳蜗蜗尖的光纤输出。
