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Cochlea-Implantate Clemens Zierhofer Christian Doppler Labor für Aktive Implantierbare Systeme Institut für Angewandte Physik Universität Innsbruck.

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Präsentation zum Thema: "Cochlea-Implantate Clemens Zierhofer Christian Doppler Labor für Aktive Implantierbare Systeme Institut für Angewandte Physik Universität Innsbruck."—  Präsentation transkript:

1 Cochlea-Implantate Clemens Zierhofer Christian Doppler Labor für Aktive Implantierbare Systeme Institut für Angewandte Physik Universität Innsbruck

2 Cochlea-Implantat (CI-) System Name: Griech. Cochlea = Schnecke Zweck: Rehabilitation von vollständig tauben oder höchstgradig schwerhörigen Personen Funktionsprinzip: Direkte elektrische Stimulation des Hörnervs (nervus acusticus)

3 Stimulationselektroden- array (implantiert) Sprachprozessor (außen) Stimulator (implantiert) Sender (außen) Komponenten eines CI-Systems

4 Elektrodenarray in Cochlea

5 Komponenten eines CI-Systems Signalverarbeitung Sprachprozessor Energieversorgung HF Implantat (Stimulator) Stimulationselektrodenarray Referenzelektrode Sender HF-Kanal (Haut) HF externintern

6 Stimulator + Elektroden

7 Stimulator

8 Stimulator implaniert

9 Standard Stimulationsstrategie "Continuous Interleaved Sampling (CIS)"

10 Frequenz-Ortsabbildung (Tonotopieprinzip)

11 CIS - Signal Processing A/D envelopelog(e)*A+K channel coding envelopelog(e)*A+K envelopelog(e)*A+Kenvelopelog(e)*A+K to rf-sender multiplexer N = 1 N = 2 N = 3 N = 12

12 Continuous-Interleaved-Sampling Strategy (CIS) E1 E2 E3 E4 E11 E12

13 Application Specific Integrated Circuit (ASIC) * Technology: standard 0.8 m CMOS * Number of gates: N g ~ * Chip size: A ~ 6 x 5 mm 2 * Power consumption: P < 6 mW

14 TEMPO+ HDO-Sprachprozessor mit Sender

15 Psychometrische Funktionen Psychometrische Funktionen mit verschiedenen CIs und von Normalhörenden Sprachmaterial: HSM-Sätze dB 5 dB Signal/Rauschverhältnis in dB Prozent korrekt C40+ einseitig C40+ beidseitig Einkanal analog Normalhörende

16 Wirtschaftliche Relevanz Stimulatoren C40/C40+/PULSAR mit HDO-Sprachprozessor TEMPO+: > Patienten weltweit Umsatz Fa. MED-EL: > 40 Mio. EURO/Jahr

17 Verbesserungspotential bei CI's - Sprachverständnis bei Störgeräusch - Musik - Tonale Sprachen (chinesisch, vietnamesisch, etc.) - Lokalisation (bilateral)

18 Standard CIS-Strategie - In erster Linie: Kodierung von tonotoper Information - Zeitliche Information: nur Sprachgrundfrequenz - Sehr erfolgreich bei "westlichen" Sprachen (ohne Störgeräusch)

19 Ziel: Repräsentation von "Feinstrukturinformation" - Zeitliche Information bis max. 1kHz

20 Beispiel Band Filter Ausgang [550Hz - 880Hz] 5 ms

21 Beispiel Band Filter Ausgang [550Hz - 880Hz] 5 ms 1.5kpulses/s

22 Beispiel Band Filter Ausgang [550Hz - 880Hz] 5 ms 1.5kpulses/s Neuer Ansatz: Abtastung mit "Kanalspezifischen Abtastsequenzen" (CSSS)

23 Hüllkurven Information - Repräsentiert in Gewichten der einzelnen Abtastsequenzen Feinstruktur Information - Repräsentiert in exakter zeitlicher Position der einzelnen Abtastsequenzen CSSS - Konzept

24 Allgemeine Eigenschaft - Repräsentation von Feinstruktur erfordert "mehr" Pulse Feinstruktur Konzepte Grundlegende Frage - Ist CIS-Paradigma (i.e., auschließlich sequentielle Stimulation) ausreichend zur Repräsentation von Feinstruktur Information?

25 Äquivalente Pulse

26 T Parallele Stimulation

27 T mehr Information Parallele Stimulation

28 geringere Versorgunsspannung T Parallele Stimulation

29 KANAL- NEBENSPRECHEN!

30 Bisher: - Höhere räumliche Konzentration des elektrischen Feldes (Elektrodenkonfigurationen: bipolar, tripolar, etc.) - Nachteil: Sehr hoher Leistungsverbrauch ! Neuer Ansatz: - Kontrolle über Potentialverteilung in Scala Tympani - Ausgleichsrechnung bei gegebener (meßbarer) räumlicher Impulsantwort Maßnahmen gegen Kanalnebensprechen

31 "Interaktionsmatrix" bei exponentieller Impulsantwort 1ee...eee e1e eee ee1 eee eee 1ee eee e1e eee ee1 dd2d)3N(d)2N(d)1N( ddd)4N(d)3N(d)2N( d2dd)5N(d)4N(d)3N( d)3N(d)4N(d)5N(dd2 d)2N(d)3N(d)4N(dd d)1N(d)2N(d)3N(d2d H Prinzip der Ausgleichsrechnung

32 Inverse Interaktionsmatrix H ba aba 000 0ab ba0 000 aba 000 0ab 1- H Prinzip der Ausgleichsrechnung

33 Beispiel: Potentialverteilung in Scala Tympani bei Repräsentation eines Vokals Enfernung von Basis 5ms Enfernung von Basis


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