(57)【要約】【課題】人工内耳の着用者に，改善された時間的情報を提供する。【解決手段】本発明の両耳性人工内耳システムは着用者の蝸牛内に移植するのに適応している2つの人工内耳を含んでいる。各人工内耳は音声信号処理方法を用いる。同音声信号処理方法によると，各耳に到達する聴覚信号間の両耳間時間遅延が実質的に各耳での電気的刺激を保つように，電気的刺激を各耳で検知される上記聴覚信号の相対的タイミングと一致させる。音声信号処理方法では，聴覚信号を帯域通過フィルタ処理し，各帯域でのピークを割り出し同ピークの強度を測定し，各ピークに優先順位を付与し同ピークの相対的なタイミングに対応するバッファの時間帯に配置する。バッファ出力は刺激命令の基礎となる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工内耳で用いられる刺激を生成する音声信号処理方法であって，
聴覚信号を受信し，周波数チャンネル群の各チャンネルにおける信号を定義するように前記聴覚信号を信号処理するステップと，
各前記信号のピークを割り出し，各ピークの時間と強度を含んだ情報を測定するステップと，
予め定められた命令セットに応じて各前記信号に優先順位を付与するステップと，
各ピークを前記優先順位に応じて，前記チャンネルのピークの時間に対応するバッファの時間帯に配置するステップと，
刺激命令を生成するのに用いるデータ群を前記バッファから出力するステップと，
を含むことを特徴とする，音声信号処理方法。
【請求項２】
聴覚信号を受信し，周波数チャンネル群の各チャンネルにおける信号を定義するように信号処理を行うフィルタと，
各前記信号のピークを割り出し，各ピークの時間と強度を含んだ情報を測定し，予め定められている命令セットに応じて各前記信号に優先順位を付与する処理手段と，
を含み，
前記処理手段は，各ピークが，前記チャンネルのピークの時間に対応する時間帯に配置されるように，前記優先順位に応じて各ピークをバッファに配置し，前記バッファの出力を刺激命令の生成に用いることを特徴とする，人工内耳装置。
【請求項３】
着用者の蝸牛内に移植可能な２つの人工内耳を含み，
各前記人工内耳が音声信号処理方法を使用し，
前記音声信号処理方法は，各耳に到達する聴覚信号の両耳間時間遅延が実質的に各耳での電気的刺激として保たれるように，電気的刺激を各耳で検知される適切な聴覚信号の相対的タイミングに一致させることを特徴とする，両耳用人工内耳システム。
【請求項４】
前記予め定められた命令セットが，同一のサンプリング周期中に１つ以上のチャンネルにおいてピークが発生した場合に適用される調停方式を含み，
前記調停方式は，
予め定められた周波数チャンネル以下の周波数チャンネルにおいて，より高い周波数のチャンネルの振幅がより低い周波数チャンネルの振幅より所定量以下の場合，より低い周波数のチャンネルがより高い周波数チャンネルより優先され，
また，
予め定められた周波数チャンネルより高い周波数チャンネルにおいては，より低い周波数のチャンネルがより高い周波数チャンネルより例外無く優先され，
優先順位が低いチャンネルは，利用可能な時間帯が無い場合，ピークが削除することを特徴とする，請求項１記載の音声信号処理方法。
【請求項５】
前記予め定められた命令セットが割合制限方法を含み，
前記割合制限方法は，各チャンネルのピーク間の最短時間間隔が指定され，前記最短時間間隔内に発生するピークを削除することを特徴とする，請求項１記載の音声信号処理方法。
【請求項６】
前記出力されるデータは，電極に印加される刺激の順序が聴覚信号の前記ピークに対応するように生成されることを特徴とする，請求項１記載の音声信号処理方法。
【請求項７】
聴覚スペクトルの当該ピークのタイミングと実質的に対応する相対的タイミングで刺激を印加することを特徴とする，請求項６記載の音声信号処理方法。
【請求項８】
人工内耳で用いられる刺激を生成する音声信号処理方法であって，
聴覚信号を受信し，周波数チャンネル群の各チャンネルにおける信号を定義するように前記聴覚信号を信号処理するステップと，
各前記信号のピークを割り出し，各ピークの時間と強度を含んだ情報を測定するステップと，
同一のサンプリング周期中に一つ以上のチャンネルでピークが発生した場合に調停方式を適用するステップと，
刺激命令を生成するのに用いるデータ群を前記バッファから出力するステップと，
を含み，
前記調停方式は，
予め定められた周波数チャンネル以下の周波数チャンネルにおいて，より高い周波数のチャンネルの振幅がより低い周波数チャンネルの振幅より所定量以下の場合，より低い周波数のチャンネルがより高い周波数チャンネルより優先され，
また，
予め定められた周波数チャンネルより高い周波数チャンネルにおいては，より低い周波数チャンネルがより高い周波数チャンネルより例外無く優先され，
優先順位が低いチャンネルは，適当な利用可能な時間帯が無い場合，ピークが削除されることを特徴とする，音声信号処理方法。
【請求項９】
ピークを割り出した後，割合制限段階を適用し，
前記割合制限段階では各チャンネルのピーク間の最短時間間隔を指定し，
前記最短時間間隔内に発生するピークを削除することを特徴とする，請求項６記載の音声信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，蝸牛の神経組織へ印加する電気的刺激を生成する人工内耳の音声信号処理方法，人工内耳装置，両耳用人工内耳システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工内耳システムは，一般的に，聴覚信号を受信し，刺激の基礎として使用する情報を抽出するために受信した信号を信号処理し，人工内耳内の電極配列により伝達に必要な刺激を生成して作動する。音声信号処理方法とは，音響信号から抽出された情報のうち，どの情報が刺激の基礎として使用されるかを決定し，印加される刺激の幾つかの特性を決定するプロセスである。
【０００３】
多重チャンネルの人工内耳においては，話し手の基本周波数に刺激信号を同期させた音声信号処理方法が幾つか導入されている。これらの方式では主に消費電力への配慮から少数の電極を選択し，また，刺激は低いＦ０率（基本周波数あるいは繰返し率）で行われていた。
【０００４】
これらの方式では，基本的に，音声信号のピッチの抽出を専用のフィルタチャンネルで行っていた。音声の周期性は２つあるいは３つの電極から刺激周期性を定めていた。第２および第３のチャンネルが解析され，周波数帯内での周波数（周期性）および振幅（エネルギー）を割り出す。第２および第３のフィルタから抽出された周期性は，第２および第３チャンネルでどの電極を刺激するかを選択するのに使用される。これらのチャンネルの刺激の周期性は，全てのチャンネルで同じであり，Ｆ０フィルタからの出力チャンネルの周期性から定められていた。いずれの場合も，与えられたチャンネルに対応するフィルタからの出力信号の振幅が，上記チャンネルの刺激の振幅を決定する。
【０００５】
技術の発展に伴い，１９９０年代にはより高い刺激割合が次第に利用できるようになり，Ｆ０同期刺激法に取って代わり，各電極当たり２５０〜３０００Ｈｚ範囲の割合で刺激するＳＰＥＡＫおよびＣＩＳのような「高」割合刺激方式が導入された。
【０００６】
特許文献１に記述されているＳＰＥＡＫ方式（同方式はＣｏｃｈｌｅａｒ株式会社により製造されている幾つかの音声信号処理装置において実施されている。）は，Ｆ０同期方式と比べて，より多くの解析フィルタを使用し，解析周期毎に，より多くの電極を刺激する。ＳＰＥＡＫ方式では，各解析周期中にスペクトル解析フィルタ配列における各フィルタから出力データを取り出し，振幅が最大である選択されたフィルタに，ｔｏｎｏｔｏｐｉｃに対応する電極のみ刺激が印加される（人間の蝸牛では高周波数帯域の音声は蝸牛基部，低周波数帯域の音声は蝸牛頂で認識される。この音声の割り当てに沿って，蝸牛を刺激する事をｔｏｎｏｔｏｐｉｃな構成と言う。）。この場合，各電極の刺激の周波数は各電極に対応する信号の振幅に依存して可変である。
【０００７】
ＣＩＳ方式は特許文献２に記述されている。この方式では，ｎ個の電極が各々ｎ個のフィルタのうちの１つに接続されている。各電極は解析周期毎に１回刺激され，刺激の強度は対応するフィルタチャンネルの振幅に対応する。この方式では，解析周期が予め定められ，各電極の刺激周波数は多かれ少なかれ固定される。
【０００８】
より最近の本発明の出願人による特許文献３では，入力信号から刺激頻度を抽出し，異なる電極を異なる割合（多重割合方式）で刺激する方式が記述されている。多重割合方式では，ある選択された電極に対応するフィルタ帯域中の信号特性の測定結果により，同電極の刺激割合および振幅を設定する。更に，相反する刺激時間に対処する調停方式について記述してある。
【０００９】
多重割合方式では，零クロスが絶対的な時間でいつ発生するかを考慮する事無く，フィルタ処理した信号の正の範囲における零クロスする各点の間の間隔を測定する事により刺激割合を概算する。上記の意図は着用者に周期性の情報を提供する事である。多重割合方式において，全体の周波数は，割合概算の平滑化により限定されるので事象の絶対的な時間は捕捉されない。
【００１０】
従来の音声信号処理方法により解決されない更なる課題は，両耳聴の両耳間時間遅延である。今まで考案された方式ではフィルタバンク方法が用いられているが，同方式では各帯域のキャリア位相を削除し，最適の場合で帯域の包絡線（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）変調の情報を保存する。
【００１１】
しかしながら，正常聴力の多くの場合，少なくとも低周波数帯域に関しては，両耳間のキャリア位相差は重要なキューである。ＳＰＥＡＫおよびＣＩＳのような固定サンプリング割合方式においても，両耳での包絡線の非同期サンプリングが両耳間に一致しないレベルキューを生じる事がある。
【００１２】
両耳聴に伴う利点に関して行われた研究が幾つかあるが，非特許文献１〜１３に例示する。
【００１３】
【特許文献１】
米国特許第５，５９７，３８０号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，２０７，４４１号明細書
【特許文献３】
国際出願ＰＣＴ／ＡＵ００／００８３８
【非特許文献１】
Bronkhorst, A. W., Plomp, R. 共著, 1988 年, The effect of head-induced interaural timeand level differences on speech intelligibility in noise（頭脳により誘発された両耳間時間差および両耳間明瞭度差の，雑音の中での語音明瞭度への影響）, Journal of the Acoustical Society ofAmerica （アメリカ音響学会論文誌）, 83 巻, 1508 - 1516 頁.
【非特許文献２】
Bronkhorst, A. W., Plomp, R. 共著, 1989年, Binaural speech intelligibility in noisefor hearing-impaired listeners（雑音の中での難聴者の両耳性語音明瞭度）, Journal of the Acoustical Society ofAmerica （アメリカ音響学会論文誌）, 86巻, 1374 - 1383頁.
【非特許文献３】
Carhart, R. 著, 1965年, Monaural and binaural discriminationagainst competing sentences（競合する複数の文章に対する片耳性および両耳性音識別）, International Audiology（国際聴覚学）, 4巻, 5 - 10頁.
【非特許文献４】
Dirks, D. D., Wilson, R. H. 共著, 1969年, The effect of spatially separated soundsources on speech intelligibility（空間的に分離された音源の語音明瞭度への影響）, Journal of Speech and Hearing Research（音声と聴覚の研究論文誌）, 12巻, 538頁.
【非特許文献５】
Hausler, R., Colburn, S., Marr, E. 共著, 1983年, Sound Localization in Subjects withImpaired Hearing（聴覚障害の被験者においての音像定位）, Acta Otolaryngologica（耳鼻咽喉科研究報告）, Supplement（付録） 400頁.
【非特許文献６】
Hawley, M. L., Litovsky, R. Y., Colburn, H.S. 共著, 1999年, Speech Intelligibility and localization ina multi-source environment（多重音源環境においての語音明瞭度と音像定位）, Journal of the Acoustical Society ofAmerica （アメリカ音響学会論文誌）, 105巻, 3564 - 3448頁.
【非特許文献７】
Licklider, J. C. R. 著, 1948年, The influence of interaural phase upon themasking of speech by white noise（白色雑音による語音の遮蔽に対する両耳間位相の影響）, Journal of the Acoustical Society ofAmerica （アメリカ音響学会論文誌）, 20巻, 150 - 159頁.
【非特許文献８】
MacKeith, N. W., Coles, R. R. 共著, 1971年, Binaural advantages in hearing of speech（語音を聴くにあたり両耳聴の利点）, Journal of Laryngology and Otology（喉頭科学と耳科学の論文誌）, 85巻, 213 - 232頁.
【非特許文献９】
Peissig, J., Kollmeier, B. 共著, 1997年, Directivity of binaural noise reduction inspatial multiple noise-source arrangements for normal hearing and impairedlisteners（正常聴力および聴覚障害の聴取者のための空間的多重雑音源構成での両耳性雑音減少の指向性）, Journal of the Acoustical Society of America （アメリカ音響学会論文誌）, 105巻, 1660 - 1670頁.
【非特許文献１０】
Rayleigh, L. 著, 1907年, On our perception of sound direction（音が聞こえて来る方向の認識について）, Philosophical Magazine（哲学雑誌）, 13巻, 214 - 232頁.
【非特許文献１１】
Sayers, B. M. 著, 1964年, Acoustic-image lateralization judgementswith binaural tones（両耳性の音での音像側性化の判断）, Journal of the Acoustical Society ofAmerica （アメリカ音響学会論文誌）, 36巻, 923 - 926頁.
【非特許文献１２】
Searle, C. L., Braida,L. D., Davis, M. F., Colburn, H. S. 共著, 1976年, Model forauditory localization（音像定位のモデル）, Journal of the Acoustical Society ofAmerica （アメリカ音響学会論文誌）, 60巻, 1164 - 1175頁.
【非特許文献１３】
Wightman, F., Kistler,D. J. 共著, 1992年, The dominant role of low-frequency interauraltime differences in sound localization（音像定位においての低周波数両耳間時間差の支配的役割）, Journal of the Acoustical Society of America （アメリカ音響学会論文誌）, 91巻, 1648 - 1661頁.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
正常聴力の聴取者にとっては，１つではなく２つの耳で聞くことによって，音が来る方向をよりよく識別でき，かつ，雑音の中での語音明瞭度も改善される事が一般に認められている。正常聴力の聴取者および聴覚障害の聴取者両方を対象とした研究は，両耳明瞭度差（ｂｉｎａｕｒａｌ  ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ  ｌｅｖｅｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ＢＩＬＤと略する）が，両耳間音圧レベル差（ｉｎｔｅｒａｕｒａｌ  ｌｅｖｅｌ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，  ＩＬＤと略する）および両耳間時間遅延（ｉｎｔｅｒａｕｒａｌ  ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ，ＩＴＤと略する）の関数である事を示唆した。同様に，水平面中の音像定位は，両耳でのＩＬＤとＩＴＤのキューに依存する関数である事が示された。
【００１５】
本発明の一つの目的は，人工内耳の着用者に，改善された時間的情報を提供する音声信号処理方法，人工内耳装置，両耳用人工内耳システムを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は，概して音声信号処理方法を提供する。同方式ではある電極による刺激の時間が，同電極に対応するフィルタ出力での時間的なピークと実質的に同期される。その結果，該当する聴覚信号の振幅および周期性だけではなくタイミング情報が着用者に提供される。
【００１７】
本質的に，本発明は，検出された音を帯域通過フィルタで処理した信号において発生するピークを使用し，蝸牛へ印加される刺激を決定する。帯域通過フィルタ処理された信号に発生するピークに集中する事で，各帯域で正のピークが発生する時に刺激が印加されるように刺激の時間が定められ，検出されたピークの振幅を適切な時間に確実に提供する事により刺激の時間的精度を確実に改善する。上記は，信号の時間情報をよりよく保存し，改善された実時間の刺激を着用者に提供する。
【００１８】
採用された方法の結果，本発明は，各フィルタ帯域の多種の信号に関する情報をよりよく伝えることができる。各帯域の情報を１つの刺激割合で表現する殆どの音声信号処理方法と対照的に，本発明は，帯域の全ての信号の零クロス情報を平均化する多重割合方式を含んでいる。本方法の潜在的な利点は，たとえ複数の音源が存在し，各フィルタ帯域に異なる調和成分が混合されていても，聴取者はよりよく調和成分を分離できるという事である。これは例えば同時に話す話し手が複数いる場合，話し手を区別するのに役立つ。
【００１９】
非同期の刺激を用いた実施形態では，全ての帯域を非同期に刺激し，各電極での刺激割合を限定する事により，既存の人工内耳装置の全体的な割合制限内にとどめる事が重要である。本発明の好適な実施形態では，各帯域内の最低限許容されるピーク間の間隔を指定する事によりこれを実現する。帯域内のピークが最低限の間隔より近い場合は，最大のピークだけが保存される。
【００２０】
この制限方法では，保存されたピークの刺激が入力聴覚信号と同期した状態に確実に保たれるが，これとは対照的にその他多くの方式では刺激割合を一定の値で飽和させる。
【００２１】
非同期作動の装置で複数のチャンネルを同時に刺激するのを避けるために，２つ以上の帯域でピークが生じた場合に備えて調停方式が必要である。聴取者が，細かい時間情報（特に時間微調整での両耳間時間遅延ＩＴＤ）により敏感である周波数帯域での時間的歪みを最低限にする形で，本発明の１つの実施形態による調停方式は上記のような不調和を解決する。
【００２２】
より具体的には，本発明の好適な実施形態が用いる方式では，低周波数帯域（例えば約１５００Ｈｚ未満）では，より高周波数帯域のピークが，より低周波数帯域のピークより特定の倍数以上（例えば２倍以上）大きくない限り，より低周波数からより高周波数へ刺激の優先順位を付与する。約１５００Ｈｚ以上の周波数については，例外無く，低周波数ピークから高周波数ピークへ優先順位を付与する。不調和が生じた場合は，より低い優先順位のピークは，刺激間隔の移動可能な最も近い時間の前後に移される。より高い優先順位のピークによって既に割り当てられ，近傍の時間間隔が全て塞がっていて，必要とする時間シフトが特定のしきい値を超過する場合に限り，同方式は同ピークを削除し，刺激には使わない。注意深く帯域数と適切なしきい値を設定する事によって，より低い周波数帯域のピークは非常に正確に保存することができ，より高い周波数帯域（聴取者が時間的なキューにそれほど敏感でない帯域）でさえ全てのピークが削除される事はめったに無い。上記の代りに同時刺激を行える装置が使用される場合，複雑な問題を伴わないで本発明から調停方式を省ける事が認識されるべきである。
【００２３】
本発明は，単独の人工内耳の着用者にとっても有益になりえ，更に各耳に人工内耳を持つ両耳性人工内耳の患者への特定の用途が存在する。両耳用の場合では，両耳間の到達時間差を正確に保存するのに本発明は役に立つ。このような場合では本発明の方式を各耳に適用する必要がある。
【００２４】
現在迄に発表された両側人工内耳着用者に関する数限られた文献によると，音が来る方向を水平面内で識別する能力と，空間的に離れた雑音の中で語音を聞き取る能力の両方とも，人工内耳を１つ着用するのに比べて２つ着用する方が改善される可能性が高い事が明らかになっている（van HoeselおよびClark共著, 1999年, "Speech results with a bilateral multi-channel cochlear implant for spatially separated signal and noise" （空間的に分離された信号と雑音のための両側多重チャンネル人工内耳の語音評価）, Aust. J. Audiol.（オーストラリア聴覚学論文誌）, 21巻, 23 - 28頁; van Hoesel, Ramsden および O'Driscoll共著, 2002年, "Sound-direction identification, interaural time delay discrimination and speech intelligibility advantages in noise for a bilateral cochlear implant user"（音が来る方向の識別，両耳間時間差の認知，および語音了解度に関して両側蝸牛移植着用者にとっての利点）, Ear Hear.（耳と聴覚誌）, 2002年４月; van Hoesel および Tyler共著, "Speech perception,localization and lateralization with bilateral cochlear-implant users" （両側蝸牛移植着用者においての語音の認知，定位，および側性化）, submitted to J. Acoust. Soc. Am., 2002（2002年にアメリカ音響学会論文誌へ提出済み））。
【００２５】
しかしながら，今のところ，これらの恩恵の多くは両耳間音圧レベル差から生じているようであり，両耳間の時間情報からどれほどの付加価値が得られるかは，現段階では明らかになっていない。他方では，正常聴力を有する聴取者は明らかにＩＬＤとＩＴＤ両方から恩恵を受けている。人工内耳着用者にとっては，ＩＴＤからの潜在的な貢献は，音声符号化方式が聴覚信号を電気刺激に変換する際に情報を保存する能力，および聴取者が電気パルスにある情報を活用する能力両方に依存する。本発明は特にこれらの前者の課題に取り組む。
【００２６】
何人かの両側人工内耳用者が非常に低いＩＴＤ感度（約０．５ミリ秒以上）を持っている事をｖａｎ  Ｈｏｅｓｅｌおよびクラーク（１９９７年）による初期の研究で示したが，ｖａｎ  ＨｏｅｓｅｌおよびＴｙｌｅｒ（２００２年に提出済み）による最近の研究によると，他の着用者は１００〜１５０μｓ程度と中程度良いＩＴＤ感度，あるいは時々より良いＩＴＤ感度を実証している。これは正常聴力ほど良くないが，この程度の遅延は日常の状況の中でも，中線から約１０度以上離れた信号から発生する。
【００２７】
更に同研究は，変調されてないパルス列については，この感度が数百Ｈｚを越える刺激割合で極めて悪化する事を示した。しかしながら同研究は，８００ｐｐｓの刺激割合については，５０Ｈｚの変調を印加する事により，ＩＴＤ感度が大幅に改善できる事を示した。この場合は片耳において「キャリア」と包絡線とを同時に遅らせた。初期段階の成果としては，片耳において，キャリア（即ち刺激の時間微調整）を固定し，包絡線だけを遅らせた場合，ＩＴＤ感度は全刺激を遅らせる場合と同程度であるという事である。これは変調させていない高割合パルス列への低いＩＴＤ感度から期待される。既存の固定割合方式でさえ，聴取者が信号の包絡線に中程度のＩＴＤ感度を示すべきである事を示唆している。しかしながら，正常聴の場合，包絡線情報は高周波数帯域で重要であり，より低周波数帯域では信号の時間の微調整がより重要になる。実際に正常聴システムは，高周波数信号の包絡線ＩＴＤより，時間微調整のＩＴＤ（特に８００〜１０００Ｈｚの間）で相当敏感である。本発明は，包絡線ＩＴＤに加えて時間微調整のＩＴＤの符号化を改良する事によりこの課題を解決する事を目標とする。
【００２８】
関連した考察では，多くの被験者にとっては電気刺激割合が数百Ｈｚを超えるとモノラルピッチ知覚表象が飽和する，という価値ある観察がある。これは聴覚システムが数百Ｈｚ以上の割合で時間情報を伝達する能力を持たない事を示している可能性がある。現在迄の両側ＩＴＤ研究で，数百Ｈｚ以上の時間変動を伴う信号に関しては，被験者が低いＩＴＤ感度を示している理由がこれで説明出来るかもしれない。本発明が既存の方法より効果的なのは今のところ低周波数基準を満たしている信号だけである，ということをこの結果は示唆している。
【００２９】
従来の方法と本発明を比較した詳細な記述を続ける。
【００３０】
多重割合方式では，フィルタ処理した信号が正から零を交差する点が絶対時間としていつ発生するのかを考慮する事無く，零クロス間の間隔を測定する事により，各帯域の刺激割合を概算している。従来の多重割合方式では割合の概算を平滑化するように提言しているので，更に事象の絶対時間も失われる。本発明は，割合を概算しないで，信号の正のピークが実際に生じた時（但し信号処理による一定の遅延を考慮に入れて）に刺激を印加する。
【００３１】
更に本発明の好適な実施形態では，適切な時間に提供されるピーク強度を用いて，いかなる帯域でも全体的な刺激包絡線が確実に正確になるようにしている。例えば，ピークに窓かけがなされたｒｍｓ値（実効値）等，その他ピーク時間に関するエネルギー測定値も使用できると理解されるべきである。包絡線あるいはキャリアと，どちらのピークでも使用できる。本発明の明細書および請求の範囲に記載されているピーク強度という用語にはこれらの実施形態が含まれている。大事なのは上記測定値がピークの時間に関連するという事である。多重割合の用途では，ピーク強度パルスを零クロスに配置すると，零クロスの時は信号のエネルギーは実際的に零なので，また，任意の信号ではピークと零クロスの相対的なタイミングは一定ではないので，時間情報を歪曲する事になる。従って本発明はピーク強度パルスが実際生じた時に信号を提供する事により時間情報を改善する。
【００３２】
本発明の好適な実施形態は，各方式により伝達される同一の信号セグメントへの電気パルス数についても，従来の多重割合方式と異なる。多重割合方式は１つの測定された割合の間隔（零クロスから導出された正の範囲）に１つの電気パルスを使用するのに対し，新方式は，正のピークを用い，任意の信号の殆どは零クロスの数と正のピークの数が相違するので各信号セグメントには異なる数の電気パルスが伝達される。
【００３３】
本発明の好適な実施形態は，更に多重割合方式と比べて新規性および創造性のある割合制限方法を提供する。多重割合方式では全体的な割合は，割合の概算を平滑化して制限するが，これは前述のように事象の絶対的タイミングを失わせ，高割合においては，実際に零クロス割合と刺激割合の相関が完全に解除される。本発明の好適な実施形態では時間的識別能が最も高い周波数帯域を網羅し，また，聴覚神経の絶対不応期間に大体対応するように約７００マイクロ秒未満迄の時間間隔を許容し，帯域内のピーク間に許容される間隔を制限する。
【００３４】
本発明の好適な実施形態が従来の多重割合方式と更に異なる点は，新規性と創造性のある方法を適用し，複数の帯域で同時に生じるピークによる不調和を解決する事にある。多重割合方式は振幅に従った順序付けシステムを刺激に適用し，より低い振幅の帯域を最大５刺激間隔後に移した。本発明の好適な実施形態は，より低い周波数帯域では附帯的に振幅も考慮しながら，周波数に応じて刺激を順序付ける。この新方式を実施したのは時間情報に対する感度，特に両耳性感度，が１５００Ｈｚ未満で最高であるという考察が文献に見られるからである。例えばKlump およびEady共著，1956年，"Some measurements of interaural time difference thresholds"（両耳性時間差のしきい値のいくつかの測定），JASA（アメリカ音響学会論文誌） 28巻 ，859 - 860頁，を参照。本発明の好適な実施形態では，より低い優先順位のピークは最大２刺激間隔前後に移される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３６】
典型的な人工内耳を，図１を用いて説明する。同人工内耳は音声信号処理装置１を含む外部，および移植された受信および刺激部６と，蝸牛内配列１０を含む内部，により構成されている。外部は更に音声信号処理装置１と一体として図示されているマイクロホン２を含んでいる。この例図では音声信号処理装置がマイクロホンと一体で耳の後ろに合うように同装置を配置している。信号処理装置を身体上に着用し，別にマイクロホンに接続するか，または音声信号処理装置とマイクロホンが患者の体内に移植される等の代替の形態も想定される。本発明はこれら全ての代案に適用可能である。更にこの方式の両耳用の形態も可能である事も理解されるべきであり，一般的には２つの独立した器具を伴い，各耳の後ろにマイクロホンが設置される。
【００３７】
このような装置（複数の装置も可）では，周囲の音がマイクロホン２により検知され，周囲の音を表現する信号に変換される。その後，信号処理装置１は，幾つかの方式のうちの１つ（本発明の方式は後で詳述する）に従ってこの変換された信号を処理する。また，この処理に基づいて，蝸牛内配列１０の電極間に刺激電流が印加される。例えば，「単極」モード刺激では，電極配列１０の電極と蝸牛外の電極１１５の間に刺激電流を流すとしてもよい。基底膜８に誘発された神経放電は，聴神経９によって着用者の中枢神経系に伝達される。
【００３８】
蝸牛のｔｏｎｏｔｏｐｉｃな構成のため，刺激電流が，基底電極１０７と蝸牛外電極１１５の間に流れる場合と比べて，電極１１１のような頂端の電極と蝸牛外電極１１５の間に刺激電流が流れる場合の方が，人工器官の着用者はより低いピッチの聴覚感覚を知覚する。
【００３９】
本発明の特定の実施例に関して今から詳述する。しかしながら，課題である人工内耳システムに合った適切な修正と共に，様々な方法で本発明を実行できる事が理解されるべきである。
【００４０】
本発明によるマイクロホンから移植物までの全体的な信号フローのブロック図を図２に示す。信号処理装置の基本機能は，マイクロホン２０から聴覚信号を受け取り，特定な音声符号化方式に従って同信号に信号処理を行い，人工内耳の為の刺激情報を含有する信号を典型的にはＲＦ信号上に生成する事である。
【００４１】
以前に言及された通り，周囲の音はマイクロホン２０によって検知され，周囲の音を表現する信号に変換される。聴覚信号前処理部２１は，本質的に，マイクロホンから受信した非常に低い信号を信号処理システムの後段が容易に扱うことができる程度の音量まで増幅する。音が非常に低い場合は，大量の増幅（利得）が必要であり，また，音が大きい場合は，より小さい利得が必要である。音に適用される利得の量は，同システムで提供されるいかなる自動利得制御あるいは自動感度制御と共に，着用者による感度制御を通じて制御される。聴覚信号前処理部２１の動作は既存の技術として良く知られており，本発明を理解するのに重要ではないので詳述を省略する。
【００４２】
信号処理フロー中の次の段階はフィルタバンク２２である。フィルタバンク２２は本質的に，信号処理システムの入力周波数範囲を網羅する帯域通過フィルタ群から成る。周波数境界は臨界帯域に基づき，おおよそ１０００Ｈｚ未満は線形（比例して）間隔を置き，１０００Ｈｚ以上は対数間隔を置く。各フィルタは１本のチャンネルに割り当てられるので，フィルタの数はチャンネルの数と等しい。帯域通過フィルタは，１つの周波数帯域の信号を通過させ，他の周波数を遮断する。異なる方式では異なる数のフィルタが使用され，利用可能なチャンネル数が刺激モード（例えば単極，共通接地等）に依存する事実を考慮すると，フィルタ帯域（チャンネル）の数はプログラム可能であることが望ましい。フィルタバンクは通常，Ｎ個の並列フィルタのセットによる連続的な作用により，連続的な出力信号を供給する。
【００４３】
信号処理の次段階はサンプルおよび選択部２３である。一般的に，この段階で音声信号処理方法は各フィルタバンクの出力をサンプルし，刺激フレームの順序を決定する。本発明はこのサンプルおよび選択プロセスに関するものであり，後に詳述する。
【００４４】
信号処理の次段階は，振幅マッピングと本質的に関連する音量増大関数２４（Ｌｏｕｄｎｅｓｓ  Ｇｒｏｗｔｈ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＬＧＦと略する）によるものである。この段階は，サンプリングおよび選択部２３から情報を受け取り，患者の電極配列上にそれをマッピングする。選択された各刺激については，その周波数に割り当てられた電極を選択し，その周波数成分の音量を提供するために，着用者のしきい値と快適水準との間の水準に刺激の振幅を設定する。現代的なシステムでは，マッピング，しきい値，および快適水準は各着用者に特有であり，自動的なプロセスあるいは聴覚測定のプロセスのいずれかによって個々に決定される。
【００４５】
信号処理の最終段階はＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）エンコーダ２５であり，同エンコーダは患者の電極配列へ提供される処理済みの信号の情報を受け取り，同信号を移植された受信／刺激部へ伝達できるように符号化信号に変換する。その後，同符号化信号を用いて移植電極配列により刺激を印加する。完全に移植された実施形態あるいは有線での実施形態では後者のプロセスは多少異なる事があると理解するべきである。
【００４６】
サンプリングおよび選択部２３段階で適用される本発明の好適な実施形態の方式を，同方式における単純な片側性の形態に関して説明する。同形態ではＩＩＲ型のフィルタ帯域が１０本あり，各帯域幅は臨界帯域の約２３本分で，全部で約２００〜７０００Ｈｚにわたり，固定電極１０個のための刺激パラメータを導出するのに用いられる。前述システムのフィルタは複合リップルが２ｄＢ未満で，かつ遮断周波数を超えるとロールオフが１８ｄＢになるように設計されている。詳述したコードでのサンプリング割合は約１６０００Ｈｚである。上記パラメータは，本発明の説明に役立つように選択されたものであり，異なるパラメータおよび異なる実施形態も本発明の範囲内で実行できると理解されるべきである。
【００４７】
聴覚信号前処理２１段階に続き，信号はフィルタバンク２２を通る。同フィルタバンクはＩＩＲ型フィルタ帯域１０本により構成されており，既定の周波数境界により信号を１０本の帯域に分割する。各帯域のピークを算出するように各帯域通過フィルタからの帯域通過処理した信号を解析し，この帯域通過処理済みの信号とそれらに含まれているピークとを置換する。
【００４８】
これは，図３に示すＣＡＬＣＰＥＡＫＳ（ピーク計算）ルーチンと呼ばれるコードに従って行われる。このルーチンは更に‘ｃａｎｒｅｉｎｓｔａｔｅ’（復活できる）変数を導入する。この変数は隣接のピークが近過ぎたため一時的に空値となったピークを記憶する。この状態が生じる理由は，本発明では，割合概算を平滑化して全体的な割合を制限するのではなく，各帯域のピーク間の許容間隔に制限範囲を適用しているからである。時間識別力が最良である周波数帯域においては，約７００マイクロ秒未満の時間間隔を許容するように時間間隔を選択する。しかし，これは聴神経の絶対不応期間に大体該当する。この変数を記録する事によって，隣接のピーク自体が空値になった場合は当該ピークを復活される事ができる。
【００４９】
その後，図４Ａ，図４Ｂ，および図４Ｃに示した主要コードは‘ｔｏｔａｌ  ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ’（全体刺激）バッファを下記の方法によって充填する。最低周波数チャンネルから開始し，各チャンネルのピークを全体バッファに追加する。不調和が生じ，新しいチャンネルによって要求された時間帯が全体バッファ内で既に塞がっている場合，新しいチャンネルと古いチャンネルは，周波数および振幅が下記の規則に従って比較される。低周波数帯域１〜４（コードでは「チャンネル」）ではより高周波数ピークがより低周波数ピークより最低２倍大きくない限り，低い方から高い方へ優先順位が付与される。即ち，低周波数に高い優先順位が付与される。
【００５０】
より高い優先順位のパルスが，「全体バッファ」の正しい時間帯に配置される。より低い優先順位のパルスは，実際にパルスが発生した現在の時間帯から最大２間隔左右で，最も近く空いている間隔へ移される。上記の代わりとして，より正確だが演算時間がよりかかる可能性がある方式は，より低い優先順位のパルスを移す時に，同パルスの移動先となる空いている最近の間隔を探すだけでなく，隣接の時間帯と優先順位を比較するものである。
【００５１】
チャンネル５以上では，これらのチャンネルは両耳間時間遅延の知覚においてそれほど重要でなく，ピーク近接制限基準は低周波数以上に高周波数に影響するので，より正確ではない時間情報を含んでいる可能性もある。従って強度基準は除外され，周波数だけによる優先順位が適用される。これによって高周波数ピークが振幅において低周波数ピークより大きい場合でさえ，上記高周波数ピークが，低周波数ピークのより重要な時間情報の符号化を歪曲するのを避ける。
【００５２】
本発明の実施形態の動作の概略図を図５に示す。フィルタバンク２２は既定の帯域に該当する信号群を出力する。各帯域においてピークを検出し，ピークの時間と強度を含んだ情報を測定するためにこれらの信号を解析する（３０）。続いて，合否判定基準を満たさないピークがあるかを判定するために各帯域の出力を解析する（３１）。例えば，合否判定基準には最低の強度しきい値あるいは同一帯域内で許容されるピーク間の最近間隔を含む事ができる。これらの合否判定基準を満たさずピークのうちの１つが削除された場合は，このピークを削除した後，再計算するようにプロセスを繰り返す。
【００５３】
次に以前詳述した基準に応じて全帯域の出力に優先順位が付与される（３２）。この優先順位に基づいてピークをバッファ３３内に配置する。各ピークは，特定の時間帯ｔ１，ｔ２等に配置される。時間帯は，前述の基準に応じて選択される。次に，バッファの各ピークを，時間帯の順序通りに音量増大関数２４へ連続的に伝達し（３４），同関数は前述通りの信号処理を行う。
【００５４】
この方式の両耳性の形態も可能である事が理解されるべきであり，その場合は各耳の後ろにマイクロホンを備えた２つの独立した装置を伴う。両耳性の最適の結果のためにはサンプリングを２つのマイクロホン信号にわたって同期させることもできる。しかし同期性を保証しない場合でも，誤差は（１／サンプル割合）未満になると期待される。これは通常数十マイクロ秒であり，この誤差は非同期固定割合方式あるいは多重割合方式においての刺激時間誤差より大きく見ても１桁少ない。いかなる場合でもピーク位置および符号化方式の精度は（サンプリング１回／１時間間隔）迄である。
【００５５】
両側を同期させない利点は，両側間を接続させない耳掛け型（Ｂｅｈｉｎｄ−ｔｈｅ−ｅａｒ，ＢＴＥと略する）の形態が実現可能な事である。
【００５６】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は，蝸牛の神経組織へ印加する電気的刺激を生成する人工内耳の音声信号処理方法，人工内耳装置，両耳用人工内耳システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】典型的な人工内耳を示している。
【図２】本発明の１つの実施形態による音声信号処理方法の信号フローのブロック図を示している。
【図３】本発明の１つの実施形態による信号のピークの計算に関連するコードを示している。
【図４Ａ】本発明の１つの実施形態による，調停方法を含む主要コードを示している。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施形態による，調停方法を含む主要コードを示している。
【図４Ｃ】本発明の１つの実施形態による，調停方法を含む主要コードを示している。
【図５】図4のコードの中で実行されるプロセスを概略的に例示するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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