耳蜗有限公司的创新之声

人工耳蜗绕过耳朵受损部分，将声音信号直接传输到接受者的听觉神经。这是唯一一种广泛使用的用于恢复人类感觉的医疗设备。

自20多年前发布第一个人工耳蜗系统以来，耳蜗公司已经生产了五代人工耳蜗，每一代都在更小的设备中融入了更多的功能。

Cochlear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

工程师评估新设计效果的一种方法是在专门配备的研究实验室环境中收集人工耳蜗植入接受者的反馈——通常是多次测试。

开发新的人工耳蜗植入处理方法通常涉及在自定义数字信号处理器(信号处理)使用汇编代码。这个耗时的过程导致开发周期可能持续多年。

为了克服这些限制并测试更多的新想法，Cochlear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Freedom™植入物，用软件替换除植入物本身外的所有系统部件。然后，他们可以通过简单地改变软件中的处理步骤或参数来快速创建许多不同的测试用例，而不是为每个测试开发一个新的产品原型。

创建开发和测试平台

Brett Swanson是Cochlear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，可以在外部语音处理器内部复制通常由定制应用专用集成电路(asic)生成的信号。NMT连接到硬件，与接受者的植入物通信。它包括标准和专有的信号处理算法，使人工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播放刺激，他们将刺激视为声音。当研究人员调整输入时，接收器会对音质的改善或恶化进行评论。研究人员还可能测量接受者在各种客观语音测试中的表现，以更客观地比较加工变化。他们预先测试了一些设计更改，例如通过使用MATLAB检查和分析输出信号，在困难的收听环境中提高信噪比的降噪算法。这种方法通过首先消除明显的问题来帮助集中测试收件人。然而，最终，植入体接受者自己对所有设计变化的验证做出了重大贡献，以提高听力表现。

虽然NMT已经对植入技术进行了许多改进——例如，人工耳蜗的专有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声音。在测试过程中，接受者听到来自NMT的信号，但听不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寻求了一种更先进的方法。“下一步是让NMT所有有利于研究的功能实时可用，”Cochlear的首席DSP工程师迈克尔·古列维奇(Michael Goorevich)说。“那是我们开始使用的时候金宝app而且xPC目标”。

Goorevich和他的团队开发了一个实时研究平台，用于开发声音处理和语音编码算法。使用Simu金宝applink，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级别和数据格式规范，可以方便地交换输入、输出和信号处理块。Simu金宝applink模型使用xPC Target连接到植入硬件。

“通过Sim金宝appulink和xPC Target，一切都是实时运行的，所以我们可以与收件人互动。我们可以和他们交谈，他们也可以听到我们的声音，更重要的是，他们可以听到自己的声音。”

与NMT相比，新平台有许多优点。工程师可以在与NMT类似的时间框架内实现语音编码算法，但无需编写定制的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，使研究人员能够动态地对输入测试材料做出决定，并在测试过程中改变模型参数以控制响度、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)，使接收者能够自己控制参数，进一步加速测试过程。

开发和测试产品改进

人工耳蜗工程师使用他们新的Simulink和xPC Target环金宝app境来开发和测试一系列的产品改进。其中包括一种从快速傅里叶变换中提取信号信息的灵活方法(FFT)．在之前的设计中，Cochlear通过基于fft的滤波器组提取语音处理器中的频域能量。新设计支持滤波器之间的任意交叉金宝app频率和提取滤波器包络的新选项。在xPC Target对接受者进行成功测试后，该设计在新的Freedom语音处理器上实现，以在临床试验中进行进一步测试。

新的原型环境使测试想法变得很容易——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，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。“我们做了一个小调整，并使用xPC Target实现，使收件人能够开关这个新功能。”研究小组发现，参与者主观报告的音质有了微小但显著的改善，并在语音测试材料的客观测试中观察到这一点。

试验便携式系统

目前，所有使用NMT或xPC Target进行的收件人测试都是在实验室中进行的，分为几个阶段。古列维奇和他的团队正在研究开发一种接受者可以带回家的系统是否可行。便携式系统将包括一个DSP，其信号处理代码由实时车间自动生成。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。接受者报告所感知到的每个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，以及不同电极对音调的影响。我们的目标是找到改进的刺激方法，并将其纳入未来的植入物设计中。

“没有一个好的研究平台，就不可能有效地测试新方法，”Goorevich和Swanson总结道。“利用我们已经开发并将继续开发的平台，我们有机会快速尝试新的想法、功能和算法，帮助人们更好地听力。”