[发明专利]用于从电刺激神经组织检测神经元动作电位信号的系统和方法

说明书

本申请要求2013年12月20日提交的美国临时专利申请61/918,915的优先权，上述申请通过引用合并于本文中。

技术领域

本发明涉及检测来自组织的响应电刺激信号的神经元动作电位信号，尤其用于听力植入物系统，如耳蜗植入物系统。

背景技术

大多数声音在正常耳朵中通过外耳101传递到鼓膜(耳膜)102，如图1中所示，鼓膜移动振动耳蜗104的卵形窗口和圆形窗口的中耳103的骨(锤骨、砧骨和镫骨)。耳蜗104是螺旋地环绕其轴线大约两个半圈的狭长导管。它包括通过耳蜗管连接的称为前庭阶的上部通道和称为鼓阶的下部通道。耳蜗104形成具有称为蜗轴的中心的直立螺旋圆锥，听神经113的螺旋神经节细胞位于所述中心处。响应由中耳103传递的接收声音，填充流体的耳蜗104用作换能器以生成电脉冲，所述电脉冲传输到听神经113，并且最终传输到大脑。

当沿着耳蜗104的神经基质将外部声音转换成有意义的动作电位的能力有问题时听力受损。为了改善受损听力，已开发听觉假体。例如，当损伤与耳蜗104关联时，具有植入刺激电极的耳蜗植入物可以用由沿着电极分布的多个电极触点输送的小电流电刺激听觉神经组织。

在一些情况下，听力损伤可以由耳蜗植入物(CI)，脑干、中脑或皮层植入物来解决，所述植入物用由沿着植入物电极分布的多个电极触点输送的小电流电刺激听觉神经组织。对于耳蜗植入物，电极阵列插入耳蜗中。对于脑干、中脑和皮层植入物，电极阵列相应地位于听觉脑干、中脑或皮层中。

图1显示典型耳蜗植入物系统的一些部件，其中外部麦克风提供输入到实现各种已知的信号处理方案中的一个的外部信号处理器111的音频信号。例如，在耳蜗植入物的领域中公知的信号处理方法包括连续交织采样(CIS)数字信号处理，通道特定采样序列(CSSS)数字信号处理(如在通过引用合并于本文中的美国专利No.6,348,070中所述)，谱峰(SPEAK)数字信号处理，精细结构处理(FSP)和压缩模拟(CA)信号处理。

经处理的信号由外部信号处理器111转换成数字数据格式，如数据帧的序列，以便由外部线圈107发射到接收刺激器处理器108。除了提取音频信息，刺激器处理器108中的接收器处理器可以执行附加信号处理，如纠错、脉冲形成等，并且产生通过电极引线109发送到植入电极阵列110的刺激模式(基于提取的音频信息)。典型地，电极阵列110包括在其表面上的多个刺激触点112，其提供耳蜗104的选择性电刺激。

为了收集关于电极-神经接口的信息，常用的客观测量基于神经动作电位(NAP)的测量，如电诱发复合动作电位(eCAP)，如通过引用合并于本文中的以下文献所述：Gantz等人，Intraoperative Measures of Electrically Evoked Auditory Nerve Compound Action Potentials，American Journal of Otology 15(2):137-144(1994)。在该方法中，记录电极通常放置在内耳的鼓阶处。典型地很靠近神经激励的位置测量听觉神经对电刺激的总响应。该神经响应由在听觉神经膜外侧的单一神经响应的叠加导致。该响应由最小电压(该峰值典型地称为N1)和最大电压(该峰值典型地称为P2)之间的幅度表征。测量位置处的eCAP的幅度典型地在10μV到1800μV之间。一种eCAP记录范式是所谓的“幅度生长函数”，如通过引用合并于本文中的以下文献所述：Brown等人，Electrically Evoked Whole Nerve Action Potentials In Ineraid Cochlear Implant Users:Responses To Different Stimulating Electrode Configurations And Comparison To Psychophysical Responses，Journal of Speech and Hearing Research，vol.39:453-467(1996年6月)。该功能是刺激脉冲的幅度和eCAP峰间电压之间的关系。另一个临床使用的记录范式是所谓的“恢复函数”，其中用具有变化脉冲间隔的两个脉冲实现刺激。作为二阶eCAP的幅度和脉冲间隔的关系的恢复函数允许关于与听觉神经的时间分辨率有关的不应性质和特定性质得出结论。