基于光纤激光技术的仿生耳系统研究

发布时间：2017-10-06 14:54

  本文关键词：基于光纤激光技术的仿生耳系统研究

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【摘要】：耳蜗是动物类(包括高级动物人类)听觉系统接收声音信息的重要感应器官,由于种种原因致使该器官或与该器官关联的功能组织失去感应功效,便患上重度以上感音性耳聋,以致无法正常听音和完成正常语言交流功能。 针对此类耳聋,可采用电极式人工耳蜗(即电子仿生耳)植入术恢复部分听觉,传统的电子耳蜗根据耳蜗的感音机理和功能,将体外的声信号经采集、变换和编码,以无线方式送给埋入耳蜗内的各电极,有选择地依次触发对应的听神经(或神经束),将外来声信息阵列传给大脑听中枢,以恢复聋者的部分听力。尽管该装置已取得显著成效,但是在感应音乐旋律、辨别乐器品种或话者等更丰富细致的声信息方面明显不足,表明人工听觉康复装置还有待深入研究和继续改良。电子耳蜗中一个很难逾越的障碍就是电流的扩散,电流在神经组织内的扩散限制了可植入的电极的数目,导致听神经的选择性受限。 为了更有效地传递乐音品质和旋律等信息,更密集的电极阵列是必要,同时抽取更合理的(保持正确、同步的)声频阵列信号时序关系,准确传递乐音的声频包络变化和乐音旋律音符变化编码表征,使听觉中枢处获得正确叠加和感知音效。激光具有更好的方向性,而且研究已证明脉冲激光具有诱发声效应的物理特性,而且研究证实,光纤脉冲激光能触发听神经发放功效。与金属电极相比,光纤易组成密集阵列,有取代金属电极传导丰富声谱信息的潜质,其中涉及若干基础实验和关键技术研究。 本文提出并设计了一种基于激光声效应的光纤阵列人工听觉实验装置以及利用该装置进行信号编码仿真实验的方法。该系统装置具有通道设置灵活、扩展性强、数据采集方便、组成部件可接插更换、各项参数可调节控制等特点。通过硬件设计与计算机可视化分析软件设计相结合,我们可以方便地分析与验证光声效应中的电、声、光信号转换控制及相关编码算法的实验效果。本文围绕该研究,分别从激光光声效应、多通道脉冲光生物耳蜗活性组织刺激以及多通道光纤阵列触发仿真三个方面论述了激光光学耳蜗方案原理和设计过程。通过与电极式人工耳蜗在相同编码方案条件下进行的仿真对比,初步证明光纤激光在人工听觉应用的可行性,初步验证激光光学耳蜗设计方案的有效性。 本文最后对论文中所做的工作进行了总结,简要阐述了实验方案的特点,同时指出了实验中的不足以及下一步所要研究的方向。
【关键词】：仿真系统 电子耳蜗 激光 光致声波 光纤
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.18;TN24
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• ~.略语简表12-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-17
• 1.1.1 听觉系统概述13-14
• 1.1.2 耳蜗的概述14-15
• 1.1.3 耳聋的病理学概述15-16
• 1.1.4 人工耳蜗技术发展现状16-17
• 1.2 选题意义17-20
• 1.3 本文的工作和章节安排20-21
• 第二章 光纤人工耳蜗系统设计方案21-30
• 2.1 已有研究成果及发现21-22
• 2.2 光纤人工耳蜗实验系统设计方案22-26
• 2.2.1 实验系统整体构成22-24
• 2.2.2 光信号调制方法24
• 2.2.3 人耳的听觉频率特性24-25
• 2.2.4 语音信号临界带的划分25-26
• 2.3 语音质量的评价方法26-29
• 2.3.1 主观评价方法26-27
• 2.3.2 客观评价方法27-29
• 2.4 小结29-30
• 第三章 光致声波物理实验30-38
• 3.1 已有的研究方法及发现30-32
• 3.2 实验方法及原理32-34
• 3.2.1 脉冲激光器32-33
• 3.2.2 实验方法33-34
• 3.3 实验结果及分析34-37
• 3.4 小结37-38
• 第四章 动物听觉光声效应听感知实验38-44
• 4.1 常用测量方法38-39
• 4.2 实验方法及结果分析39-42
• 4.3 深入实验及其后续工作42-43
• 4.4 小结43-44
• 第五章 光纤人工耳蜗系统信号仿真实验平台44-59
• 5.1 系统整体构成44
• 5.2 硬件设计44-48
• 5.2.1 整体介绍44-46
• 5.2.2 发送部分46-47
• 5.2.3 接受部分47-48
• 5.3 软件设计48-51
• 5.3.1 发送部分48-50
• 5.3.2 接收部分50-51
• 5.4 相关算法与编码方案51-55
• 5.4.1 电子耳蜗CIS编码方案51-52
• 5.4.2 语音增强算法52-54
• 5.4.3 语音合成部分54-55
• 5.5 实验结果和分析55-58
• 5.6 小结58-59
• 第六章 总结和展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 攻读学位期间发表的学术论文及申请的专利65-66
• 附件66

【参考文献】

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本文编号：983380