人工耳蜗有限公司的创新之声

人工耳蜗绕过受损的耳朵部分，将声音信号直接传送到受者的听觉神经。这是唯一广泛使用的旨在恢复人类感觉的医疗设备。

自20多年前发布其首个植入系统以来，人工耳蜗已经生产了五代人工耳蜗，每一代都在更小的设备中加入了更多的功能。

人工耳蜗的工程师使用MathWorks工具进行基于模型的设计，以加速开发、原型和测试新想法。

改善听力体验

工程师评估新设计有效性的一种方法是在一个特殊装备的研究实验室环境中收集来自人工耳蜗接受者的反馈——通常是在多个测试阶段。

开发新的人工耳蜗处理方法通常需要在定制的数字信号处理器上迭代实现(信号处理)使用汇编程序代码。这个耗时的过程导致了可能持续多年的开发周期。

为了克服这些限制和测试更多的新想法，Cochlear公司决定开发几个快速原型系统。使用MathWorks工具，他们对Nucleus的外部语音处理器进行了建模和模拟^®24和自由™ 植入物，用软件替换系统的所有部分，除了植入物本身。然后，他们可以通过简单地更改软件中的处理步骤或参数而快速创建许多不同的测试用例，而不是为每个测试开发新的产品原型。

创建开发和测试平台

布雷特·斯旺森，耳蜗公司的高级DSP研究员MATLAB创建Nucleus MATLAB工具箱（NMT），这是一个开发和测试平台，用于复制定制专用集成电路（ASIC）通常生成的信号在外部语音处理器内部。NMT与与接收设备进行通信的硬件接口。它包括标准和专有的信号处理算法，使耳蜗工程师和研究人员能够快速尝试新的设计和算法改进。

世界各地的研究人员使用NMT为植入体接受者创造和回放刺激，接受者将刺激视为声音。当研究人员调整输入时，接收人会对音质的改善或恶化发表意见。研究人员还可以测量接受者在各种客观语言测试中的表现，以更客观地比较处理过程的变化。他们预先测试了一些设计上的变化，例如使用MATLAB对输出信号进行检测和分析，以提高在困难的听力环境下的信噪比的降噪算法。这种方法通过首先消除明显的问题来帮助集中接受者测试。然而，最终，植入体接受者本身对验证所有设计变化以改善听力表现做出了重大贡献。

虽然NMT使植入技术有了许多改进——例如，耳蜗公司专有的SmartSound音频处理策略——但它的局限性在于，它只能播放经过预处理的录制的声音。在测试过程中，接受者可以听到来自NMT的信号，但不能听到研究人员的指令或房间里的其他声音。

移动到实时环境

为了解决NMT的局限性，Cochlear公司寻求了一种更先进的方法。“下一步是让NMT的所有研究友好的功能实时可用，”Cochlear公司首席DSP工程师Michael Goorevich说。“那是我们开始使用的时候万博1manbetx和xPC目标．"

Goorevich和他的团队开发了一个用于开发声音处理和语音编码算法的实时研究平台。利用Simu万博1manbetxlink，该小组设计了一个定制框架，并实现了来自Nucleus Freedom系统的商业可用算法的Simulink块。该框架包括标准化的信号电平和数据格式规范，使输入、输出和信号处理块易于交换。Simu万博1manbetxlink模型使用xPC Target与植入硬件连接。

“有了Sim万博1manbetxulink和xPC Target，一切都是实时运行的，所以我们可以与接收者互动。我们可以和它们交谈，它们可以听到我们，更重要的是，它们可以听到自己的声音，”Goorevich说。

与NMT相比，新平台有许多优势。工程师可以在与NMT相似的时间框架内实现语音编码算法，但不需要编写定制的DSP汇编代码，通常需要足够的实时性能。不再需要对声音进行预处理，使研究人员能够在飞行中决定是否输入测试材料，并在测试期间改变模型参数来控制响度、压缩曲线和电极水平。该团队计划在MATLAB中创建一个图形用户界面(GUI)，使接受者能够自己控制参数，进一步加快测试过程。

开发和测试产品改进

耳蜗工程师使用他们新的Simulink和xPC目标环境来开发和测试万博1manbetx一系列产品改进。其中有一种从快速傅里叶变换(FFT）.在之前的设计中，耳蜗通过基于fft的滤波器组在语音处理器中提取频域能量。新的设计支持滤波器之间任意交叉万博1manbetx频率和提取滤波器包络线的新选项。在成功地用xPC Target对接受者进行测试后，该设计被实现在新的自由语音处理器上，以进行进一步的临床试验。

新的原型环境使测试想法变得容易——例如，它使工程师能够试验一种新方法，包括从每个滤波器的信号中提取不同的包络线，以产生增强的时间信息。

“我们真的不知道这种新方法是否会有任何好处，”Goorevich解释道。“我们做了一个小小的调整，并使用xPC Target实现了这一功能，让接受者能够开启和关闭这一新功能。”研究小组发现，参与者主观地报告了声音质量有了微小但显著的改善，用语言测试材料进行的客观测试也观察到了这一点。

试验便携式系统

目前，所有接受NMT或xPC Target测试的患者都是在实验室中进行多个阶段的测试。Goorevich和他的团队正在研究是否可以开发一种系统，让接受者可以带回家。便携式系统将包括一个DSP和实时车间自动生成的信号处理代码。这种方法将使他们能够在真实环境中测试产品改进，提高测试的有效性并减少测试时间。

心理物理测试

耳蜗继续探索先进的心理物理测试。工程师们在一个系统中使用MATLAB直接刺激电极阵列，绕过将语音处理器信号转换为刺激信号的植入硬件。在这些测试中，复杂的脉冲模式应用于阵列中的单个或多个电极。接受者报告每个感知声音的相对响度或音调，使研究人员能够确定响度如何随振幅变化，以及音调如何受到不同电极的影响。目标是找到改进的刺激方法，可以纳入未来的植入物设计。

“没有一个好的研究平台，就不可能有效地测试新的方法，”Goorevich和Swanson总结道。“利用我们开发的平台——以及继续开发的平台——我们有机会快速尝试新的想法、功能和算法，帮助人们更好地听到声音。”