微型壓電傳感器提取聽骨鏈聲信號及后期處理.pdf

1、目的:本研究以三維重建模型輔助，通過壓電傳感器與新鮮顳骨標(biāo)本的聽骨鏈不同位置耦合，提取聽骨鏈振動(dòng)聲學(xué)信號，并將聲學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而分析聽骨鏈不同位置振動(dòng)聲學(xué)信號的頻響特性，驗(yàn)證聽骨鏈振動(dòng)提取的可行性，研究壓電傳感器最佳耦合位置，同時(shí)研究全植入人工耳蝸后期信號處理，為全植入人工耳蝸體內(nèi)拾音提供解決方案。并根據(jù)此研究結(jié)果，進(jìn)一步改進(jìn)壓電傳感器性能，研制新型壓電傳感器。
　　方法:(1)體外實(shí)驗(yàn):在原有實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，本研究用

2、點(diǎn)焊機(jī)焊接，制造5.0mm×1.5mm×1.2mm壓電傳感器，壓電傳感器粘接于揚(yáng)聲器防風(fēng)罩。采用Cooledit軟件及NI軟件、NIDAQ采集卡，記錄進(jìn)行壓電傳感器體外模擬實(shí)驗(yàn)。(2)三維重建模型及有限元分析:三維重建中耳結(jié)構(gòu)及壓電傳感器，利用有限元分析，模擬壓電傳感器附著于聽骨時(shí)的頻響特性，為壓電傳感器體內(nèi)植入的研究提夠參考。(3)壓電傳感器提取振動(dòng)聲學(xué)信號的體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn):將壓電傳感器植入新鮮顳骨標(biāo)本，共3個(gè)位置，分別膠粘于錘骨、砧骨

3、長突，懸空于鼓室腔，共實(shí)驗(yàn)5耳（3副顳骨），分別記錄不同頻率下的頻響反應(yīng)。(4)壓電傳感器延遲時(shí)間的研究:壓電傳感器植入新鮮顳骨，測試系統(tǒng)給與Burst信號，NI儀器同步記錄壓電傳感器的輸入信號及輸出信號，從而分析傳感器系統(tǒng)的相對延遲時(shí)間。(5)研制全植入人工耳蝸樣機(jī)硬件平臺信號處理機(jī)采集語音信號，對壓電傳感器的信號進(jìn)行濾波、壓縮等后期處理，為全植入人工耳蝸提供信號處理方案。(6)在體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn)的研究基礎(chǔ)上，通過增加聲橋夾、引線管絕緣子

4、及激光封裝，改進(jìn)并制作出新型壓電傳感器，改進(jìn)壓電傳感器的固定方式及生物相容性。
　　結(jié)果:(1)體外模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與Cool edit軟件相比，采用NI軟件及NI DAQ采集卡能更好地記錄壓電傳感器提取到的250Hz-8000Hz信號。(2)三維重建模型模擬傳感器耦合，證明理論上壓電傳感器能植入聽骨鏈不同位置，且有較好的頻譜響應(yīng)。(3)新鮮顳骨標(biāo)本植入實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與懸空于鼓室腔對照(-108.59 dB rms ref1V at10

5、00Hz)，壓電傳感器與聽骨耦合后有較好的頻譜響應(yīng)（砧骨長突為-44.22 dB rms ref1V at1000Hz，錘骨為-53.33 dB rms ref1V at1000Hz），其中100Hz-6000Hz頻響反應(yīng)良好，且平坦，但8000Hz頻響較弱。(4)對壓電傳感器在不同位置的提取信號分析發(fā)現(xiàn)，壓電傳感器在砧骨長突、錘骨兩個(gè)位置的頻響趨勢相似，尤其在500 Hz和3000 kHz，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(5)比較輸入與輸出信號通

6、道的相位差，發(fā)現(xiàn)，壓電傳感器的相對延遲時(shí)間為14.85ms。(6)全植入人工耳蝸樣機(jī)硬件平臺，具有兩種編碼策略，即高頻補(bǔ)償?shù)碾p頻能量增強(qiáng)編碼策略及虛擬通道編碼策略。(7)傳感器改進(jìn)。在增加鈦夾和運(yùn)用激光封裝傳感器后，傳感器能較好地耦合在砧骨長腳，低頻干擾小，共振現(xiàn)象弱，未出現(xiàn)電流短路等現(xiàn)象。
　　結(jié)論:(1)本實(shí)驗(yàn)詳細(xì)研究了壓電傳感器提取聽骨鏈振動(dòng)的振動(dòng)聲學(xué)信號，驗(yàn)證了傳感器提取人顳骨振動(dòng)聲學(xué)信號的可行性。(2)同時(shí)，從三維重建及

7、體內(nèi)顳骨植入研究，本實(shí)驗(yàn)比較了聽骨鏈不同位置的提取信號，從而為傳感器植入位置的選擇提夠了依據(jù)。(3)隨著封裝及焊接技術(shù)的提高，為研究傳感器的長期植入效果提夠了支持，激光封裝的傳感器采用新型導(dǎo)線焊接技術(shù)，不僅密封性好，低頻干擾小，同時(shí)避免了手工焊接導(dǎo)線引起的誤差。(4)壓電傳感器提取聽骨鏈振動(dòng)聲學(xué)信號的研究，同時(shí)研制具有高頻補(bǔ)償和虛擬通道的全植入人工耳蝸樣機(jī)，為全植入人工耳蝸體內(nèi)拾音策略提供良好解決方案，但后期的信號處理及補(bǔ)償、長期植入后