全植入式双模人工耳蜗系统关键技术研究

人工耳蜗产品正朝着集成化和微型化的全植入方向发展。系统的功耗和安全性是全植入式人工耳蜗的核心问题。本项目所提出的双模人工耳蜗系统，可以在一定程度上解决目前全植入系统的功耗和供电问题。该系统在体内芯片上集成了语音信号采集、处理电路以及无线通信接口，同时配有植入式可充电电池，而体外电路也集成语音信号采集模块和无线接口。这种双模系统可以选择工作在不带任何体外辅助装置的体内单机模式下，或者是由体内外电路协同的联机模式下。单机模式下由植入式电池供电，而联机模式下则由体外电路供电并可对植入式电池进行充电。本项目将围绕该系统开展极低功耗电路设计、处理器架构设计、射频电路设计、能量供应和管理，以及电路系统安全等方面的研究。在目前全植入式人工耳蜗研究尚处于起步阶段且未形成产品的情况下，本项目的工作将有望掌握核心技术和自主知识产权，打破国外垄断局面，为下一代国产人工耳蜗产品的开发提供关键技术支持。

本项目基于人工耳蜗的产品现状和发展趋势，提出了全新的双模人工耳蜗系统架构并对其关键技术进行了探索和研究。研究工作涵盖了极低功耗电路设计、处理器架构设计、射频电路设计、能量供应和管理，以及电路系统安全等诸多方面，在技术、论文、专利和学生培养上取得了一定的成果，达到了项目原先预定目标。.本项目研究的主要贡献包括：.1、在双模人工耳蜗的语音处理方面，利用小波包变换对语音滤波器组进行了优化，根据系统需要引进了双麦克风消噪算法，并在自主设计的低功耗数字信号处理器CIDSP上进行了人工耳蜗语音处理算法的实现。测试结果表明，基于小波包变换（WPT）的连续交织采样（CIS）算法在10MHz工作时钟频率下运行功耗低至1.54mW。.2、在无线能量传输方面，对10MHz载波条件下的能量传输效率进行了理论分析和实际测量，获得了最高40%以上的能量传输效率；在无线数据传输方面，设计并实现了基于负载调制的反向数据传输。.3、在植入式锂电池充电及电源管理方面，提出了一个基于电流过零点预测技术的整流器电路，使整流效率从80%左右提高到90%以上；提出了用于监控接收端功率信息的能量监控器电路，实现了体内负载自适应调节和基于反馈的体外功率调节；提出了“限定最大电流+限定最大电压”的无线充电策略，有效提高了无线能量不稳定情况下的充电效率。.4、完成了刺激器芯片的整体设计，测试结果表明，刺激器芯片在典型工作条件下整体总功耗不超过10mW，达到预期目标。.本项目的创新在于：提出了“双模人工耳蜗系统”并加以实现；极低功耗人工耳蜗专用语音处理算法及电路；电池“无线充电”的实用性技术解决方案。.本项目在无线数据能量传输、电池无线充电、刺激产生电路等方面的技术突破，不仅为双模人工耳蜗和全植入式人工耳蜗的实用化和产品化奠定了坚实的基础，同时也有助于推动通用植入式神经刺激器的国产化进程。