XXXX704山东大学-海信开放日-项目研讨(田岚)

山东大学信息科学与工程学院海信开放日项目研讨2014年7月田岚（[e-mail])课题背景：人工耳蜗与听觉感知技术现状和问题金属（铂）丝电极，分布密度有限（=22）电极电场交叉，同时工作电极数受限言语感知较好，音乐感知很差如：音高、旋律感知，音乐品质辨识问题音乐对人类感知声音世界、提高生活质量，非常重要新技术研究与探索—寻找更佳的“自然计算机”传感器引入光纤，激光辐照，能够诱发听觉方向性好，定位精度高，纤芯很细；无源，非接触，可密集布局，互不干扰，多路信号可并发，……耳蜗生理结构与光学耳蜗系统“语音”与“音乐”时频信号对比“宽带谱”对比：语音音乐谱的时间间隔（基频周期-竖条）稀疏(间隔大)密集（间隔小）“窄带谱”对比：语音音乐谱峰的位置间隔（共振峰-横杠）稀疏（宽，少）密集（窄,多）音乐宽带小提琴单簧管语音宽带窄带na1na4音乐音符以半音为间隔，相邻两个八度，频率翻1倍纵列元素：对应音符在不同八度（或调型）的音符频率横行元素：对应八度音符----1、2、3、4、5、6、7的音高频率音符调类号1234567音高差016.35218.35420.60221.82724.527.530.868低频段：3—26Hz132.70336.70841.20343.65448.9995561.735265.40673.41682.40787.30797.999110123.473130.81146.83164.81174.61196220246.944261.63293.66329.63349.23392440493.88中频段：30—200Hz5523.25587.33659.26698.46783.99880987.7761046.51174.71318.51396.9156817601975.572093.02349.32637.02793.8313635203951.1高频段：300—1000Hz841864698.652745587.76271.970407902983729397.31054811175125441408015804音乐音高频率表(非线性分布）课题的主要任务和目标建立光诱发听觉激光光谱分析系统建立光诱发听觉动物实验测量系统和方法建立光诱发听觉信号仿真系统研究平台研究光学耳蜗信号处理编码策略和算法激光波长的优选—耳蜗光谱分析系统在全波段用光谱仪对耳蜗组织作光吸收分析测试方法光谱分析--测量结果基底膜与水透光谱（1100-2200nm）基底膜透光（300-1100nm）注意：•上述光谱分析结果作参考，分析测试样本采集太薄，可能导致测量结果有误差。•实际诱发听觉效果与光脉冲参数关系密切，需实测。•已实验1850nm，980nm，808nm，650nm，532nm，有选择性。光诱发听觉机理分析纳秒光脉冲：光致声波触发内毛细胞神经反应，引发听神经发放功能微秒光脉冲：光热效应或光机械效应，触发螺旋神经节细胞来产生冲动，引发听神经传导功能激光触发听神经细胞示意图参数可调脉冲激光光源--制作和调试激光光声效应物理实验和参数测试光源驱动实验---光脉冲参数可调示波器截取的可变光脉冲信号脉宽可调重复率可调幅度可调光纤阵列激光诱发听觉的动物实验系统用途：测量和分析光诱发耳蜗听神经反应特性（CAP,ABR)测量激光各项参数对诱发听觉的特：波长、激光光强、脉宽、重复率测量和分析下丘核的听神经传导反应特性（颅脑立体定位仪）动物活体耳蜗光照动物耳蜗—听觉反应测量实验动物听觉实验—测量电极与光纤位置手术切口及测量电极位置激光诱发听觉—实验结果与参数特性（脑干听区复合动作电位-ABR）声刺激ABR波形（中潜伏期波形，下同)光刺激ABR反应（微秒脉冲激光，不同脉冲能量）光刺激ABR反应（微秒脉冲激光，不同脉宽）研究结论：脉冲激光可有效刺激听神经并引发电信号，在脑干形成听觉反应其表现与声刺激非常类似，可推断：其产生机理主要是光声效应对微秒激光，听反应对光脉冲宽度不敏感，对脉冲强度反映更灵敏该效应对纳秒激光同样存在，但仅对耳蜗正常听细胞有传导功能该效应对激光波长有选择性！光纤阵列人工耳蜗信号仿真系统用途：研究各种滤波器设计方法和实验效果，对降噪算法进行仿真实验，对提高音乐感知的编码策略进行仿真验证仿真系统发送箱--激光信号的调制多路电信号转换为多路受控的光信号网口Usb1Usb2电源运行播放/接受1路2路3路4路5路6路激光驱动板FPGADSPTCP/IP网络接口FLASH计算机仿真系统接收箱--光信号检测与转换激光接受FPGADSP网络接口USB接口计算机A/D转换网口USB1USB2电源运行播放/接受1路2路3路4路5路6路各路光信号再受控转换成电信号，重构合成声音信号光阵列人工耳蜗信号仿真系统实现研究成果：申报发明专利5项，新型3项（授权）国际PCT：1项；已授权发明：1项研究论文8篇序号成果名称组织评议、鉴定单位及日期授奖单位、奖励名称及日期获准专利国别、类别及专利号1基于光纤阵列激光声效应的动物听觉测量系统和方法济南圣达专利事务所申请日：2012-10-17国家专利局发明专利（授权）中国，发明专利201210393530.82基于光纤激光阵列声效应的人工听觉仿真系统和方法济南圣达专利事务所申请日：2012-10-17国家专利局发明专利（已公开，实审中）中国，发明专利，201210393533.13一种激光诱发听觉神经的光谱分析方法济南金迪专利事务所申请日：2013-1-18国家专利局发明专利（已公开，实审中）中国，发明专利201310020423.54一种阵列光纤光声仿生耳装置及信号转换方法济南圣达专利事务所申请日：2013-7-11国际，国家专利局发明专利（已公开，实审中）国际PCT/CN2o14/000305中国，发明专利201310292453.15可感知音乐旋律的人工耳蜗听神经传导电极阵列济南圣达专利事务所申请日：2014-4-20国家专利局发明专利中国，发明专利201410264627.8进一步研究光纤阵列布局方法和固定方法是定量精确测量研究要解决的关键技术。用微细电极实施多组听神经电生理反应特性的并行测量需要专业医师娴熟的手术技能，配备专用的测量设备或显微光学表征设备。更多波长的光源需要进一步探索和尝试，确立最安全可靠的工程应用选择。利用已建立的信号处理方法和编码策略，配合光学信号的传导，试制基于光纤阵列的新型人工耳蜗系统原型机，用于动物活体实验观测。依赖昂贵高科技设备和多学科人员紧密合作。2014.07