CN109805920A - 一种快速人工耳蜗神经遥测电路及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速人工耳蜗神经遥测电路及系统，电路包括刺激发生器、信号放大器、模数转换器和数据计算存储器，刺激发生器在刺激开始和结束前将神经组织内的电荷归零，并且同一电极连续两个刺激之间间隔可任意调整；信号放大器将采集电极收到的由于电刺激导致的神经冲动信号进行滤波放大；模数转换器可调节采样频率和打开时延，并与信号放大器相连，将放大后的模拟信号进行模数转换；数据计算存储器与模数转换器相连，将模数转换后的数据进行计算和存储。本发明通过对刺激电路的改进减小了神经遥测的伪迹，可以灵活控制神经遥测的关键参数，提高神经遥测引出率，通过对数据进行计算存储，极大提高了神经遥测的速度。

Description

一种快速人工耳蜗神经遥测电路及系统

技术领域

本发明属于植入式医疗器械领域，特别涉及一种快速人工耳蜗神经遥测电路及系统。

背景技术

人工耳蜗神经遥测技术是指通过在指定电极刺激后，在指定的非刺激电极上采用人工耳蜗植入体内部电路收集由于植入体产生刺激而形成的电刺激诱发电势。由于该技术不需要其他辅助设备，具有效果直接方便等优点，神经遥测目前已经成为医生手术过程中判断植入是否成功和不具备主观反馈能力的幼儿调机过程的重要参考。

在实际的实现过程中，由于神经反应信号非常微弱，很容易遭到人工电刺激伪迹和其他噪声干扰，对于采集到准确的神经反应信号有很大的困难。前向掩蔽减法是目前人工耳蜗遥测技术最常用的方法，它的主要根据神经在一次刺激后的一段时间内不会对任何电刺激产生反应的原理，引入探测刺激(A)、掩蔽+探测刺激(B)、掩蔽刺激(C)和不刺激(D)四种情况，并将四种情况的数据进行A-B+C-D的运算，再进行若干次循环平均后，得到最后的神经反应波形。该算法对人工耳蜗遥测电路要求很高，需要能够灵活控制掩蔽和探测刺激之间的时间间隔、放大电路失调消除的时间、模数转换电路的采样频率以及启动延时。另外，该算法一个比较大的缺点就是速度比较慢，特别是需要PC端到植入体大量的双向通信，对医生手术和幼儿调机造成不便。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供快速人工耳蜗神经遥测电路及系统，使用该电路可以减小了刺激产生的伪迹对神经反应的干扰，通过灵活调节两个刺激之间的间隔、电极间直流电荷归零间隔、放大器失调消除的时间和模数转换器的采样频率及打开时延，提高了神经遥测引出成功率，通过对模数转换信号按照一定规则进行加减运算，并将加减运算之后的数据进行存储，最后将数据一次发出传至体外调试设备，从而大幅提高了神经遥测的速度。

为达到上述目的，本发明提供了一种快速人工耳蜗神经遥测电路，至少包括：刺激发生器、信号放大器、模数转换器和数据计算存储器，其中，

所述刺激发生器包括刺激控制模块、刺激控制计时器、开关S1和S2和交流刺激模块，其中，

所述刺激控制模块与交流刺激模块和开关S1和S2相连，通过数字信号控制在交流刺激模块的刺激电极和回路电极之间产生交流刺激电流并在刺激结束后将两端电荷归零；

所述刺激控制计时器与刺激控制模块相连，用于为刺激控制模块对同一电极进行两个连续刺激之间的间隔进行计时；

所述开关S1与刺激电极相连，开关S2与回路电极相连，刺激开始前和刺激结束后，开关S1和S2闭合，同时连入一固定电平；

所述交流刺激模块在刺激电极与回路电极之间产生交流刺激电流，刺激电流的幅值和脉宽由刺激控制模块控制；

所述信号放大器包括低通滤波模块、失调消除放大模块和失调消除计时器，其中，

所述低通滤波模块与刺激电极和回路电极相连，将接受到的微小的神经冲动信号进行高频噪声滤除；

所述失调消除放大模块与低通滤波模块相连，将低通滤波模块的输出信号进行放大，该模块将自身失调信号进行消除；

所述失调消除计时器与失调消除放大模块消除，用于控制进行失调消除时间；

所述模数转换器包括模数转换电路、分频电路和启动计时器，其中，

所述模数转换电路与失调消除放大模块相连，将放大的信号进行模数转换；

所述分频电路与模数转换电路相连，用于控制模数转换电路的采样率；

所述启动计时器与模数转换电路相连，用于控制模数转换电路启动时延；

所述数据计算存储器包括一次数据寄存器、计算器和计算数据寄存器，其中，

所述一次数据寄存器与模数转换电路相连，将模数转换电路产生的数据进行保存；

所述计算器与一次数据寄存器和所述计算数据寄存器相连，根据人工耳蜗神经遥测的算法对一次数据寄存器和计算数据寄存器中的数据进行对应的加减运算，并将运算结果保留在计算数据寄存器中。

优选地，所述开关S1和S2在刺激开始前自动断开，并在刺激结束后自动闭合，消除电极间刺激伪迹和剩余直流电荷残余。

优选地，所述刺激控制计时器的计时范围为100～1000微秒。

优选地，所述模数转换电路采样率可以在10K到10MHz间变化。

优选地，所述模数转换电路启动延时范围为0～500微秒。

优选地，所述模数转换电路的测量精度为6～18比特。

基于上述目的，本发明还提供了一种快速人工耳蜗神经遥测系统，还包括PC应用软件、正向传输模块、命令解码模块、反向传输模块和反向解调模块，其中，

所述PC应用软件与正向传输模块和反向解调模块相连，将神经遥测的命令参数通过正向传输模块发入快速人工耳蜗神经遥测电路，和/或将反向解调模块传回的数据进行图形化显示，使使用者获得清晰的神经反应波形；

所述正向传输模块与命令解码模块通过无线传输的方式连接，将PC应用软件所设置的神经遥测参数进行编码调制发射；

所述命令解码模块与快速人工耳蜗神经遥测电路相连，用于控制刺激控制模块、刺激控制计时器、失调消除计时器、启动计时器、分频电路和计算器；

所述反向传输模块与计算数据寄存器相连，用于将计算数据寄存器里的数据进行调制，并反向传至体外；

所述反向解调模块通过无线感应方式与反向传输模块连接，将反向传输模块传出的数据进行解调并数字化，并传至PC应用软件。

本发明的有益效果在于：通过对刺激发生器电路的改进减小了刺激产生的伪迹对神经反应的干扰，通过灵活调节两个刺激之间的间隔、放大器失调消除的时间和模数转换器的采样频率及打开时延，提高了神经遥测引出成功率，通过对模数转换信号按照一定规则进行加减运算，并将加减运算之后的数据进行存储，最后将数据一次发出传至体外调试设备，从而大幅提高了神经遥测的速度。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测电路中一具体应用实例的整体框图；

图2为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测系统中一具体应用实例的具体框图；

图3为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测电路中一具体应用实例的前向掩蔽减法原理说明图；

图4为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测系统中一具体应用实例的不同刺激间隔下的神经反应信号图；

图5为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测系统中一具体应用实例的ADC启动时间和直流电荷归零控制波形比较图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

参见图1-2，所示为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测电路10的整体框图和系统100的具体框图，其中，

一种快速人工耳蜗神经遥测电路10，至少包括：刺激发生器110、信号放大器120、模数转换器130和数据计算存储器140，其中，

所述刺激发生器110包括刺激控制模块111、刺激控制计时器112、开关S1和S2和交流刺激模块113，其中，

所述刺激控制模块111与交流刺激模块112和开关S1和S2相连，通过数字信号控制在交流刺激模块112的刺激电极和回路电极之间产生交流刺激电流并在刺激结束后将两端电荷归零；

所述刺激控制计时器113与刺激控制模块111相连，用于为刺激控制模块111对同一电极进行两个连续刺激之间的间隔进行计时；

所述开关S1与刺激电极相连，开关S2与回路电极相连，刺激开始前和刺激结束后，开关S1和S2闭合，同时连入一固定电平；

所述交流刺激模块112在刺激电极与回路电极之间产生交流刺激电流，刺激电流的幅值和脉宽由刺激控制模块111控制；

所述信号放大器120包括低通滤波模块121、失调消除放大模块122和失调消除计时器123，其中，

所述低通滤波模块121与刺激电极和回路电极相连，将接受到的微小的神经冲动信号进行高频噪声滤除；

所述失调消除放大模块122与低通滤波模块121相连，将低通滤波模块121的输出信号进行放大，该模块可以将自身失调信号进行消除；

所述失调消除计时器123与失调消除放大模块122消除，用于控制进行失调消除时间；

所述模数转换器130包括模数转换电路131、分频电路132和启动计时器133，其中，

所述模数转换电路131与失调消除放大模块122相连，将放大的信号进行模数转换；

所述分频电路132与模数转换电路131相连，用于控制模数转换电路的采样率；

所述启动计时器133与模数转换电路131相连，用于控制模数转换电路启动时延；

所述数据计算存储器140包括一次数据寄存器141、计算器142和计算数据寄存器143，其中，

所述一次数据寄存器141与模数转换电路131相连，将模数转换电路131产生的数据进行保存；

所述计算器142与一次数据寄存器141和所述计算数据寄存器143相连，根据人工耳蜗神经遥测的算法对一次数据寄存器141和计算数据寄存器143中的数据进行对应的加减运算，并将运算结果保留在计算数据寄存器143中。

基于上述目的，参见图2，本发明还提供了一种快速人工耳蜗神经遥测系统100，还包括PC应用软件20、正向传输模块30、命令解码模块40、反向传输模块50和反向解调模块60，其中，

所述PC应用软件20与正向传输模块30和反向解调模块60相连，可以将神经遥测的命令参数通过正向传输模块30发入快速人工耳蜗神经遥测电路10，也可以将反向解调模块60传回的数据进行图形化显示，使使用者获得清晰的神经反应波形；

所述正向传输模块30与命令解码模块40通过无线传输的方式连接，将PC应用软件20所设置的神经遥测参数进行编码调制发射；

所述命令解码模块40与快速人工耳蜗神经遥测电路10相连，用于控制刺激控制模块111、刺激控制计时器113、失调消除计时器123、启动计时器133、分频电路132和计算器142；

所述反向传输模块50与计算数据寄存器143相连，用于将计算数据寄存器143里的数据进行调制，并反向传至体外；

所述反向解调模块60通过无线感应方式与反向传输模块50连接，将反向传输模块50传出的数据进行解调并数字化，并传至PC应用软件20。

进一步地，所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述开关S1和S2在刺激开始前自动断开，并在刺激结束后自动闭合，消除电极间刺激伪迹和剩余直流电荷残余。

进一步地，所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述刺激控制计时器113的计时范围为100～1000微秒。

进一步地，所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述模数转换电路131采样率可以在10K到10MHz间变化。

进一步地，所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述模数转换电路131启动延时范围为0～500微秒。

进一步地，所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述模数转换电路131的测量精度为6～18比特。

图3为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测电路10中一具体应用实例的前向掩蔽减法原理说明图。图中SE代表刺激电极刺激波形，RE代表接收电极接受到的波形，Probe为探测刺激波形，Mask为掩蔽刺激波形，PA为探测刺激波形造成的伪迹波形，PN为探测刺激引发的神经反应波形，MA为掩蔽刺激波形造成的伪迹，MN为掩蔽刺激引发的神经反应波形。在A情况下，人工耳蜗进行一次探测刺激；在B情况下，人工耳蜗先后进行一次掩蔽刺激和探测刺激，探测刺激的时间节点与A情况相同；在C情况下，人工耳蜗进行一次掩蔽刺激，掩蔽刺激的时间节点与B情况相同；在D情况下，人工耳蜗不进行刺激；通过分别接收四种情况下的信号，利用快速连续两个刺激下神经不会对第二个刺激产生反应的原理，进行A-B+C-D的运算并多次平均，最后可以消除PA、MA以及系统底噪对人工耳蜗神经遥测带来的影响。计算器142根据前向掩蔽减法算法对一次数据寄存器141和计算数据寄存器143进行对应的加减运算，将结果保存在计算数据寄存器143中，待多次运算完成后，一次将计算结果推出，极大提高神经遥测的速度。

图4为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测系统中一具体应用实例的不同刺激间隔下的神经反应信号图。由于不同个体神经反应时间以及对第二个刺激失能时间不同，神经遥测实践中需要对神经刺激间隔(IPI)进行灵活调节，图4展示了使用快速人工耳蜗神经遥测系统100，对于神经刺激间隔从420微秒到630微秒下所接收到的不同的神经遥测信号，其中横坐标是时间(100微秒/格)，纵坐标是电压值(50微伏/格)。从图中对比可以看到，不同的神经刺激间隔测到的神经遥测信号是不同的，在该病人中当IPI为510微秒，神经反应信号幅值达到最大值。

图5为本发明实施例的快速人工耳蜗神经遥测系统中一具体应用实例的ADC启动时间和直流电荷归零控制波形比较图，其中横坐标是时间(300微秒/格)，纵坐标是电压值(100微伏/格)。图5(a)是正常情况下所得到的小信号波形，图5(b)是将ADC启动时间延后200微秒所得到的小信号波形，与图5(a)比较，可以看到波形被截去200微秒。图5(c)是将直流电荷归零时间延长200微秒所得到的小信号波形，与图5(a)比较，在前200微秒，由于刺激电极此时与回路电极连在一起，收到的小信号波形为平线。

本发明电路减小了刺激产生的伪迹对神经反应的干扰，通过灵活调节两个刺激之间的间隔、电极间直流电荷归零间隔、放大器失调消除的时间和模数转换器的采样频率及打开时延，提高了神经遥测引出成功率，通过对模数转换信号按照一定规则进行加减运算，并将加减运算之后的数据进行存储，最后将数据一次发出传至体外调试设备，从而大幅提高了神经遥测的速度，整个电路有适应性强，易于集成等优点。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，至少包括：刺激发生器、信号放大器、模数转换器和数据计算存储器，其中，

所述刺激发生器包括刺激控制模块、刺激控制计时器、开关S1和S2和交流刺激模块，其中，

所述刺激控制模块与交流刺激模块和开关S1和S2相连，通过数字信号控制在交流刺激模块的刺激电极和回路电极之间产生交流刺激电流并在刺激结束后将两端电荷归零；

所述刺激控制计时器与刺激控制模块相连，用于为刺激控制模块对同一电极进行两个连续刺激之间的间隔进行计时；

所述开关S1与刺激电极相连，开关S2与回路电极相连，刺激开始前和刺激结束后，开关S1和S2闭合，同时连入一固定电平；

所述交流刺激模块在刺激电极与回路电极之间产生交流刺激电流，刺激电流的幅值和脉宽由刺激控制模块控制；

所述信号放大器包括低通滤波模块、失调消除放大模块和失调消除计时器，其中，

所述低通滤波模块与刺激电极和回路电极相连，将接受到的微小的神经冲动信号进行高频噪声滤除；

所述失调消除放大模块与低通滤波模块相连，将低通滤波模块的输出信号进行放大，该模块将自身失调信号进行消除；

所述失调消除计时器与失调消除放大模块消除，用于控制进行失调消除时间；

所述模数转换器包括模数转换电路、分频电路和启动计时器，其中，

所述模数转换电路与失调消除放大模块相连，将放大的信号进行模数转换；

所述分频电路与模数转换电路相连，用于控制模数转换电路的采样率；

所述启动计时器与模数转换电路相连，用于控制模数转换电路启动时延；

所述数据计算存储器包括一次数据寄存器、计算器和计算数据寄存器，其中，

所述一次数据寄存器与模数转换电路相连，将模数转换电路产生的数据进行保存；

所述计算器与一次数据寄存器和所述计算数据寄存器相连，根据人工耳蜗神经遥测的算法对一次数据寄存器和计算数据寄存器中的数据进行对应的加减运算，并将运算结果保留在计算数据寄存器中。

2.如权利要求1所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述开关S1和S2在刺激开始前自动断开，并在刺激结束后自动闭合，消除电极间刺激伪迹和剩余直流电荷残余。

3.如权利要求1所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述刺激控制计时器的计时范围为100～1000微秒。

4.如权利要求1所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述模数转换电路采样率可以在10K到10MHz间变化。

5.如权利要求1所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述模数转换电路启动延时范围为0～500微秒。

6.如权利要求1所述的快速人工耳蜗神经遥测电路，其特征在于，所述模数转换电路的测量精度为6～18比特。

7.一种采用权利要求1-6之一所述的快速人工耳蜗神经遥测电路的系统，其特征在于，还包括PC应用软件、正向传输模块、命令解码模块、反向传输模块和反向解调模块，其中，

所述PC应用软件与正向传输模块和反向解调模块相连，将神经遥测的命令参数通过正向传输模块发入快速人工耳蜗神经遥测电路，和/或将反向解调模块传回的数据进行图形化显示，使使用者获得清晰的神经反应波形；

所述正向传输模块与命令解码模块通过无线传输的方式连接，将PC应用软件所设置的神经遥测参数进行编码调制发射；

所述命令解码模块与快速人工耳蜗神经遥测电路相连，用于控制刺激控制模块、刺激控制计时器、失调消除计时器、启动计时器、分频电路和计算器；

所述反向传输模块与计算数据寄存器相连，用于将计算数据寄存器里的数据进行调制，并反向传至体外；

所述反向解调模块通过无线感应方式与反向传输模块连接，将反向传输模块传出的数据进行解调并数字化，并传至PC应用软件。