Brevet FR2581822A1 — publié le 19861114

Système de traitement de signal pour prothèse sensorielle multiélectrode La présente invention a pour objet un système de traitement de signal pour prothèse sensorielle multiélectrode. De telles prothèses mettent en oeuvre un jeu d'électrodes mis en place de façon chirurgicale, par exemple auprès des terminaisons nerveuses d'un patient et elles sont capables d'évoquer chez ce dernier des perceptions de type sonore correspondant à des hauteurs ou à des timbres différents. Mais le domaine d'application de l'invention est plus large et s'étend aussi aux prothèses mettant en jeu des phénomènes de perception tactile. L'invention a pour objet un système de traitement du signal délivré par un transducteur tel qu'un microphone, ce traitement ayant pour but l'obtention de signaux d'excitation électriques destinés à être présentés aux fibres nerveuses ou aux cellules tactiles du patient. Les moyens techniques à mettre en oeuvre sur le patient pour produire l'excitation des fibres nerveuses ou des cellules tactiles ne font pas partie de l'invention. Le rôle de telles prothèses est de fournir au patient une représentation de la structure spectrale du signal capté par le transducteur. Le système de traitement du signal est donc constitué d'un ensemble de chaînes de traitement toutes analogues, affectées chacune à une bande spectrale particulière. Le nombre de ces chaînes peut atteindre 10 ou 20. Ces chaînes reçoivent toutes le même signal qui provient du transducteur et elles délivrent sur leurs sorties des signaux en général différents. Classiquement, une telle chaîne est composée d'un filtre sélectif, apte à isoler, dans le signal provenant du transducteur, les composantes spec traIes qu'et Le est chargée de traiter, d'un étage de redressement, d'un étage de filtrage passe-bas et enfin d'un amplificateur logarithmique dont le rôle est de délivrer aux électrodes des signaux qui sont des fonctions Logarithmiques de la grandeur d'entrée. De tels systèmes, s'ils conviennent bien à certains égards, présentent néanmoins l'inconvénient de simuler imparfaitement les mécanismes physiologiques qu'ils sont censés reproduire. L'inventeur a découvert que cette simulation était de bien meilleure qualité si t'on disposait des moyens d'interconnexion entre les diverses chaînes, à des endroits appropriés. Par ailleurs, chaque chaîne est perfectionnée par t'ajout d'un circuit suppresseur de bruit. On comprendra mieux les caractéristiques de L'invention après la description qui suit. Cette description se réfère à des dessins annexés sur les- quels : - la figure 1 représente Le schéma synoptique du système, - la figure 2 montre le circuit électronique constituant une chaine. La figure 1 montre un système comprenant une pluralité de chaînes de traitement de signal CH1,...CHn-1, CHn, CHn+1, etc.. ayant des entrées E1,... En-1, En, En+1,... toutes reliées à un transducteur Tr et des sorties S1,... Sn-1, Sn, Sn+1, etc... destinées à être reliées à une pluralité d'électrodes e1,..., en-1, en,en+1, etc... appliquées à un patient. Cette structure est connue. La caractéristique essentielle de L'invention consiste dans la présence de moyens d'interconnexion entre Les chaises, comme on Le comprendra mieux en liaison avec La figure 2. Cette figure montre la structure détaillée de chaque chaîne. Comme toutes les chaînes sont analogues, on ne décrira que la chaîne CHn, de rang n, (en évoquant seulement quelques composants des chaînes adjacentes de rangs n-l et n+1). La chaîne de rang n comprend, de manière générale - un filtre d'entrée sélectif en fréquence FSn, desti né à être relié au transducteur Tr ; les filtres des diverses voies ont chacun une bande particulière centrée sur une composante spectrale, - un circuit de redressement Rn, relié au filtre d'en trée FS, - un étage de filtrage passe-bas, relié au circuit de redressement Rn, - un circuit soustracteur SSn, relié au filtre passe bas FPBn et apte à éliminer le bruit, - un amplificateur logarithmique ALn relié au sous tracteur SSn, la sortie Sn de l'amplificateur loga rithmique étant destinée à être reliée à l'une des électrodes. Les filtres d'entrée ESn sont en général des filtres passe-bande, mais on peut tout aussi bien chercher une solution plus proche de la réalité physiologique en utilisant des filtres passe-bas, ou regrouper les filtres les plus hauts en fréquence en un seul filtre passe-haut. Les fréquences de coupure de ces filtres sont réparties sur une échelle physiologique, c'est-àdire qu'ils seront au mieux à largeur absolue constante jusqu'à 1000 Hz et à largeur relative constante audelà. Pour tenir compte des propriétés statistiques du signal de parole, il est bon que leur gain s'accroisse de 6 dB par octave jusque vers 1000 Hz ou 15000 Hz pour rester plus stable au-delà-. Dans Le cas illustre, Les filtres sélectifs FSn sont obtenus par L'association d'une cellule pas se-bas 10 et d'une cellule passe-haut 20 de type SALLEN et KEY. Cette solution n'est pas optimale du point de vue des valeurs à donner aux composants, mais elLe se satisfait de l'utilisation d'ampLificateurs opérationnels de performances modestes et elle conduit à une relation entre gain et Largeur de bande satis faisant facilement Les contraintes citées plus haut. L'étage de redressement Rn est de structure classique : son affaibLissement est compensé par le gain du filtre passe-bas qui suit, FPBn. La caractéristique essentielle du système de L'invention est que Les diverses chaînes sont re Liées entre elles par un premier réseau de résistances Rn-1,n, Rn,n+1, etc... reliant entre eux Les diffé rents étages de filtrage passe-bas FPBn et un second réseau de résistances rn#1,n, rn,n+î, etc... reLiant entre eux Les différents ampLificateurs Logarithmi- ques ALn. Ces odes de liaison entre Les divers étages seront mieux compris Si L'on entre un peu dans Le dé tail des circuits utilises. IL faut comprendre que La description qui suit n'est qu'un exempLe de réalisa tion donne à titre explicatif et qu'il existe bien d'autres modes de réalisation des divers sous-ensen bleus. Tel que représenté sur La figure 2, Le fiL tre séLectif d'entrée FSn comprend un filtre passe-bas 10 suivi d'un filtre passe-haut 20. Le filtre passe bas 10 comprend une première résistance 11 reliée à L'entrée, un condensateur 12, une résistance 13, un autre condensateur 14 ayant une armature à La masse, un ampLificateur 15 monté en suiveur et fonctionnant en adaptateur d'inpedance, avec une entrée positive reliée au condensateur 14 et à la résistance 13 et une entrée négative (ou inverseuse) reliée au condensateur 12. Le filtre passe-haut 20 comprend un condensateur 21 relié à la sortie de l'amplificateur 15 du filtre passe-bas précédent, un condensateur 22, une résistance 23, une autre résistance 24 reliée à La masse et un amplificateur 25 monté en suiveur et adaptateur d'impédance, l'entrée négative de cet amplificateur étant reliée à la résistance 23 et l'entrée positive au condensateur 22. Le circuit de redressement Rn comprend un pont de résistances 31, 32, 33, 34, un amplificateur 35 ayant une entrée négative reliée au pont et deux diodes 36, 37 disposées dans la diagonale du pont. L'étage de filtrage passe-bas FPDn comprend une première résistance 41 reliée à la sortie du circuit redresseur, une deuxième résistance 42, une troisième résistance 43, un condensateur 44, un amplificateur 45 dont l'entrée négative est reliée à la résistance 43 et l'entrée positive à la résistance 42, la sortie de cet amplificateur étant rebouclée sur le point milieu situé entre les résistances 41 et 42 par l'intermédiaire d'un condensateur 46. Le circuit soustracteur SSn comprend une résistance 51, un amplificateur 52 dont l'entrée négative est reliée à la résistance 51 et L'entrée positive à la masse, une diode 53, connectée entre la sortie de l'amplificateur 52 et l'entrée négative de cet amplificateur par l'intermédiaire d'une résistance 54 ; le circuit comprend encore un condensateur 55 relié à la masse, une résistance de polarisation 56 reliée à une tension négative -V, un amplificateur 57 monté en suiveur, dont l'entrée positive est reliée à la résistance 56, deux résistances égales 58, 59, la résistance 58 étant reliée à l'amplificateur 57 et la résistance 59 à la sortie du filtre passe-bande FPBn. L'ensemble formé par l'amplificateur 52, la diode 53 et les résistances 51, 54, 56 permet de mesurer la valeur la plus faible du signal en provoquant la charge rapide du condensateur 55. L'amplificateur 57 (monté en suiveur) joue le rôle d'adaptateur d'impédance. La soustraction du signal de bruit s'effectue dans les résistances 58 et 59 La tension délivrée par ces résistances est débarrassée du bruît. Le circuit amplificateur logarithmique ALn comprend une première résistance 61 reliée à une source de tension positive +V, un amplificateur 62 dont l'entrée positive est reliée à la masse, un premier transistor 63 dont L'émetteur est relié à la sortie de l'amplificateur 62 et le collecteur à l'entrée positive de cet amplificateur, un second transistor 64 dont l'émetteur est relié à l'émetteur du transistor précédent, et dont le collecteur est relié aux résistances 58, 59 du circuit soustracteur qui précède, la base de ce second transistor étant reliée à la masse, un amplificateur 65 dont L'entrée positive est reliée à la masse et l'entrée négative est reliée aux résistances 58, 59 du circuit soustracteur qui précède, une résistance 66 avec, en parallèle, un condensateur 67, une autre résistance 68 avec, en parallèle, un autre condensateur 69, le point intermédiaire entre ces deux ensembles 66, 67 d'une part, 68, 69 d'autre part, étant relié à la base du transistor 63. La sortie de l'amplificateur logarithmique est constituée par la sortie de l'amplificateur 65 et constitue le signal d'excitation à transmettre au patient. Les condensateurs 67 et 69 dans le réseau de sortie, permettent d'augmenter Le gain de L'étage d'amplification logarithmique pour les phénomènes transitoires et de recréer ainsi, si nécessaire, le comportement d'adaptation des cellules sensorielles. Conformément à l'invention, L'étage de filtrage passe-bas FPBn est relié aux étages adjacents par des résistances qui sont connectées, dans l'e-xem- ple illustré, aux entrées négatives des divers amplificateurs 45 de ces étages. Grace à cette liaison, il est possible de diminuer le niveau d'une chaîne dans une proportion fixe qui dépend des niveaux des signaux traités sur les chaines voisines. Dans le mode de réalisation illustré, cette opération est non récursive. Mais il est possible d'obtenir un traitement récursif en ramenant la sortie d'un amplificateur d'une chaîne sur l'entrée négative des amplificateurs des chaînes voisines. Si la correction non récursive reste de portée locale entre deux chaînes voisines, la correction récursive a une influence à plus longue distance. La seconde liaison inter-chaines s'effectue au niveau des amplificateurs logarithmiques. De façon plus précise, les résistances rnnon et r n,n+1 sont connectées entre les résistances 66 et 68 disposées à la sortie de l'amplificateur 65. On notera que le circuit soustracteur SSn, est disposé après l'étage de filtrage passe-bas FPBn ou s'effectue la première connexion entre les diffé- rentes chaines, ce qui permet de supprimer le bruit sur un signal qui est déjà un signal global faisant intervenir les chaînes parallèles. Par ailleurs, le circuit de suppression de bruit se situe avant l'amplificateur logarithmique, -de- sorte que seul le signal utile se trouve amplifié. Dans les cas (fréquents) où les méthodes d'application des signaux vers Les terminaisons nerveuses interdisent la prise en compte d'excitations inhibitrices, une diode de bouclage de l'amplificateur logarithmique permet de les interdire au niveau du réseau de simulation de l'interaction. REVENDICATIONS 1. Système de traitement de signal pour prothèse sensorielle nultiélectrode, comprenant une plu raite de chaînes de traitement (CH1,... CHn,) ayant chacune une entrée (E1,..,En apte à être reliée à un transducteur (Tr) et une sortie (S1,... Sn) reliée chacune à une éLectrode particulière (e1,... en), chaque chaine de traitement comprenant : - un filtre séLectif (FSn) ayant une entrée reliée au transducteur (Tr), - un circuit de redressement (Rn) reLié au filtre sé Lectif (FSn), - un étage de fiLtrage passe-bas (FPBn) relié au cir cuit de re#-dressement, - un anplificateur Logarithmique (ALn) ayant une sor tie (Sn) apte à être reLiée à une électrode (En), ce système étant caractérisé par Le fait qu'il comprend en outre :: - un circuit soustracteur de bruit disposé entre L'étage de filtrage passe-bas (FPBn) et L'ampLifica- teur Logarithmique (ALn), - un premier réseau de résistances (...Rn-1,n/ Rn,n+1...) interconnectant Les différentes chaînes au niveau des étages de filtrage passe-bas, - un second réseau de résistances (...rn-1,n/ rn,n+1 ...) interconnectant Les différentes chaînes au niveau des ampLificateurs Logarithmiques. 2. Système seLon La revendication 1, caractérisé par Le fait que L'étage de fiLtrage passe-bas (FPBn) comprend un amplificateur différentiel (45) avec une entrée négative reliée à une résistance et une entrée positive reliée à une résistance et à un condensateur, et une sortie reboucLée sur L'entrée par un condensateur, Le premier réseau de résistances d'interconnexion reliant entre eLles les entrées néga tives des amplificateurs différentiels des différentes chaînes. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'étage de filtrage passe-bas (FPBn) comprend un amplificateur différentiel (45) avec une entrée négative reliée à une résistance et une entrée positive reliée à une résistance et à un condensateur, et une sortie rebouclée sur L'entrée par un condensateur, le premier réseau de résistances d'interconnexion reliant entre elles la sortie d'un amplificateur d'une channe avec l'entrée des amplificateurs des chaînes voisines. 4. Système selon L'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'amplificateur logarithmique comprend, à sa sortie, un amplificateur différentiel (65) dont la sortie est rebouclée sur l'entrée à travers un pont de résistances (66, 68), le second jeu de résistances d'intercon nexion