《全植入式雙模人工耳蝸系統關鍵技術研究》是依託清華大學，由麥宋平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：全植入式雙模人工耳蝸系統關鍵技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：麥宋平
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
人工耳蝸產品正朝著集成化和微型化的全植入方向發展。系統的功耗和安全性是全植入式人工耳蝸的核心問題。本項目所提出的雙模人工耳蝸系統，可以在一定程度上解決目前全植入系統的功耗和供電問題。該系統在體內晶片上集成了語音信號採集、處理電路以及無線通信接口，同時配有植入式可充電電池，而體外電路也集成語音信號採集模組和無線接口。這種雙模系統可以選擇工作在不帶任何體外輔助裝置的體內單機模式下，或者是由體內外電路協同的在線上模式下。單機模式下由植入式電池供電，而在線上模式下則由體外電路供電並可對植入式電池進行充電。本項目將圍繞該系統開展極低功耗電路設計、處理器架構設計、射頻電路設計、能量供應和管理，以及電路系統安全等方面的研究。在目前全植入式人工耳蝸研究尚處於起步階段且未形成產品的情況下，本項目的工作將有望掌握核心技術和自主智慧財產權，打破國外壟斷局面，為下一代國產人工耳蝸產品的開發提供關鍵技術支持。
結題摘要
本項目基於人工耳蝸的產品現狀和發展趨勢，提出了全新的雙模人工耳蝸系統架構並對其關鍵技術進行了探索和研究。研究工作涵蓋了極低功耗電路設計、處理器架構設計、射頻電路設計、能量供應和管理，以及電路系統安全等諸多方面，在技術、論文、專利和學生培養上取得了一定的成果，達到了項目原先預定目標。 本項目研究的主要貢獻包括： 1、在雙模人工耳蝸的語音處理方面，利用小波包變換對語音濾波器組進行了最佳化，根據系統需要引進了雙麥克風消噪算法，並在自主設計的低功耗數位訊號處理器CIDSP上進行了人工耳蝸語音處理算法的實現。測試結果表明，基於小波包變換（WPT）的連續交織採樣（CIS）算法在10MHz工作時鐘頻率下運行功耗低至1.54mW。 2、在無線能量傳輸方面，對10MHz載波條件下的能量傳輸效率進行了理論分析和實際測量，獲得了最高40%以上的能量傳輸效率；在無線數據傳輸方面，設計並實現了基於負載調製的反向數據傳輸。 3、在植入式鋰電池充電及電源管理方面，提出了一個基於電流過零點預測技術的整流器電路，使整流效率從80%左右提高到90%以上；提出了用於監控接收端功率信息的能量監控器電路，實現了體內負載自適應調節和基於反饋的體外功率調節；提出了“限定最大電流+限定最大電壓”的無線充電策略，有效提高了無線能量不穩定情況下的充電效率。 4、完成了刺激器晶片的整體設計，測試結果表明，刺激器晶片在典型工作條件下整體總功耗不超過10mW，達到預期目標。 本項目的創新在於：提出了“雙模人工耳蝸系統”並加以實現；極低功耗人工耳蝸專用語音處理算法及電路；電池“無線充電”的實用性技術解決方案。 本項目在無線數據能量傳輸、電池無線充電、刺激產生電路等方面的技術突破，不僅為雙模人工耳蝸和全植入式人工耳蝸的實用化和產品化奠定了堅實的基礎，同時也有助於推動通用植入式神經刺激器的國產化進程。
