人工耳蜗（Cochlear Implant）的技术新进展

什么是人工耳蜗?

人工耳蜗 (Cochlear Implant) 是一种替代生理耳蜗感音功能的电子装置，由体外声音处理器将声音转换为编码形式的电脉冲信号，通过植入体内的电极系统直接刺激、兴奋听神经来恢复或重建聋人的听觉功能。

近年来，随着电子技术、计算机技术、语音学、电生理学、材料学、耳显微外科学的发展，人工耳蜗已经广泛应用于临床，是目前运用最成功的生物医学工程装置。现在全世界已把人工耳蜗作为治疗重度聋至全聋的常规方法，迄今全世界植入者超过36万。

发展史及现状

人工耳蜗的发展历史可以追溯到1800意大利Volta发现电刺激正常耳可以产生听觉。1957法国Djourno和Eyries首次将电极植入一全聋病人的耳蜗内，使该病人感知环境声获得音感。60-70年代，欧美等国的科学家也成功地通过电刺激使耳聋病人恢复听觉。1972美国House-3M单通道人工耳蜗成为第一代商品化装置。

1977年全世界首例多通道人工耳蜗在奥地利维也纳成功植入，1991年高刺激速率编码策略CIS问世，人工耳蜗从此进入多通道高分辨率时代。现在世界上主要的人工耳蜗生产商有奥地利的MED-EL公司和美国的AB公司以及澳大利的Cochlear公司。迄今，全世界有超过36万聋人使用了人工耳蜗，其中半数以上是儿童。

多道人工耳蜗植入在我国开展已经开始于1995年，这项技术发展已经成熟。随着人工耳蜗植入工作的开展，病例数量的增加，适应证范围的扩大，一些特殊适应证的耳聋病例的人工耳蜗植入的疗效和安全性也得到了证实，使人工耳蜗植入的适应证进一步扩大。

例如：术前完全没有残余听力患者的人工耳蜗植入;内耳畸形和耳蜗骨化病例的人工耳蜗植入;合并慢性中耳炎患者的人工耳蜗植入;小龄耳聋患者的人工耳蜗植入;高龄耳聋患者的人工耳蜗植入。

人类获得正常的语言不仅需要正常的听力，还需要听觉语言中枢的正常发育。研究表明人类的听觉语言中枢在5岁左右就发育完成，0~3岁为语言发育的黄金期，因此先天性耳聋在3岁前，尤其是2岁前植入语言恢复和发育才能够达到最佳水平。

对于成人语后聋患者，耳聋原因可能是突发性耳聋、药物性耳聋或先天性内耳畸形基础上的遗传性迟发性耳聋(大前庭导水管综合征)等。这些成年耳聋患者在耳聋之前，他们曾经有正常的听力，并且获得了正常的语言，其听觉语言中枢得到了充分的发育，因此称这些耳聋患者为成人语后聋患者。

成人语后聋患者是最佳的人工耳蜗植入适应证之一，这类耳聋患者听觉语言中枢在耳聋之前得到了正常的发育，他们在接受了人工耳蜗植入后，重新获得了听力，能够唤起他们过去对语言的记忆，因此这类患者能够在较短时间内恢复语言能力。对于成人语后聋患者来说，一个重要的问题是耳聋后尽早植入人工耳蜗，会很快唤起他们过去对语言的记忆，获得更好的语言效果。

如果耳聋时间很长，患者对过去语言的记忆会淡忘，导致人工耳蜗植入效果的下降。目前老年耳聋患者的人工耳蜗植入问题越来越受到关注，老年耳聋患者多数为语后聋患者，他们耳聋的原因除上述原因外，更多的是由于老年性的渐进性的听力减退，直至使用助听器无效。随着社会经济的发展，人口寿命的延长，老年人的生活质量也更多的受到社会、家庭的关注。

恢复老年人的听觉语言能力，能增进他们的语言交流能力，改善他们的心理状态，使老年人获得自信，大大提高他们的生活质量。老年耳聋患者在接受人工耳蜗植入后，能够获得很好听力语言效果。

人工耳蜗的声音处理方案

70年代末，美国犹他大学研制成第一个成为商品的多道耳蜗植入装置，其语音处理器将声音分成4个不同频道，然后对每个频道输出的模拟信号进行压缩以适应电刺激窄小的动态范围。该言语处理方案被称为模拟压缩(compressedanalog，CA)。

80年代初，澳大利亚墨尔本大学研制成具有22个蜗内环状电极的Nucleus耳蜗植入装置。Nucleus的语音处理器的设计思想是提取重要的语音特征，如基频和共振峰，然后通过编码的方式传递到相对应的电极。Nucleus处理器的特点是双相脉冲，双极(bipolar)刺激，分时刺激不同电极且刺激频率不超过500Hz。

语音处理方案从最初的只提取基频和第二共振峰(F0F2)信息，到加上第一共振峰的WSP处理器(F0F1F2)，F0F1F2加上3个高频峰的多峰值(multipeak)处理器，到目前的只抽取22个分析频带中的任何6个最高能量频率信息的谱峰值(speatralpeak)处理器。

美国Wilson等研究的连续间隔采样(continuousinterlevedsampling，CIS)语音处理器。与Nucleus的特征提取设计思想相反，CIS处理器尽量保存语音中原始信息，仅将语音分成4～8频段及提取每频段上波形包络信息，再用对数函数进行动态范围压缩，和用高频双相脉冲对压缩过的包络进行连续采样，最后将带有语音包络信息的脉冲串间隔地送到对应的电极上。

从信息含量角度看，CIS和CA处理器基本上一样，但CIS的优点是避开了由于同时刺激多个电极带来的电场互扰问题。虽然CIS和Nucleus都使用双相脉冲间隔刺激，但它们有如下两个不同的地方：第一，CIS的每个电极都用高频(800～2000Hz)脉冲串进行恒速和连续的刺激，即使在无声时也一样，只不过其脉冲幅度降到阈值水平;

第二，CIS的分析频带和刺激电极的数目一致，目前CIS语音处理方案已被世界多数耳蜗植入公司广泛采用，并且在此基础上又作出新的改进。如美国ABC公司推出S系列处理方案，澳大利亚Nucleus公司推出CI24M型24通道装置的ACE方案及奥地利MED-EL公司推出的快速CIS方案等。

近年来人工耳蜗领域着力研究和开发声音的精细结构 (Fine Structure)主要体现在时域和频域两个方面。

在时域方面，涉及声学信号的分析和电刺激信号的释放两个过程。在基于包络提取来获得时间变化信息过程中加入精细结构的处理。如MED-EL的精细结构编码策略(Fine Structure Processing，简称FSP)，将人工耳蜗音效提高到接近正常的高清精细水平。

在频域方面，电流定向技术(Current Steering)，或者成为“虚拟通道(Virtual Channel)”，突破了物理电极数目的限制，为人工耳蜗系统提供了更多的通道，丰富了频域信息。另外，困扰人工耳蜗技术的另一个难题是低频信息(如F0)的分辨能力，它也是造成噪声环境中聆听，多人交谈，嗓音识别，声调语言识别(如汉语普通话的四声)和音乐欣赏方面诸多困难的主要原因之一。

除了电流定向技术提供更多低频信息分辨率外，MED-El在PULSAR等人工耳蜗中开始采用的精细结构策略中，在低频段以可变刺激速率来提高低频区域的分辨能力;F. G. Zeng等人提出的FAME (频率幅度调制编码Frequency Amplitude Modulation Encoding )策略也是基于频域的速率编码原理来实现同样目的。

作为改善低频分辨能力的更重要的进展，电声混合刺激(Combined Electro-Acoustic Stimulation, EAS)是近年来研究和开发的重点，它将为适用的耳聋患者提供自然的低频信息，在噪声环境中聆听和音乐欣赏方面的效果也逐渐为临床试验所验证。

现今，新型人工耳蜗如MED-EL的SONATA、CONCERTO都采用最近高清精细结构FSP编码和平行刺激编码技术，使得人工耳蜗的效果得到了进一步更大提升，也更大满足了声调语言如汉语四声学习交流的需要，同时提供250个以上的音调识别，满足绝大多数使用者音乐欣赏和噪音下言语识别率的提高。

人工耳蜗植入术的适应证

1、语前聋患者

(1)双耳重度或极重度感音神经性聋儿童的听力损失范围在1kHz及更高频率的听阈在90dB以上。对于术前无残余听力者，需要进行助听器声场测听，以帮助确定残余听力，必要时进行电刺激听性脑干诱发电位(EABR)检查。

(2)病因原因不明、先天性、遗传性、药物性、脑膜炎后听力损失，病变部位定位于耳蜗;听神经病患者病变部位定位于耳蜗，需要进行术前EABR检查，估计病变部位，鉴于目前从医学角度对听神经病认识的限制，需向患儿家长告知特殊的风险。对于多数内耳畸形，包括Mondini畸形、共同腔畸形、大前庭导水管畸形仍然是人工耳蜗植入的适应证，需向患儿家长告知特殊的风险以及家长具有合理的期望值。

(3)耳聋发生时间对于新近发生的听力下降，需要观察至少3个月以上听力变化稳定。

(4)最佳年龄为12个月～5岁;受到脑听觉、言语可塑性的限制，应该尽早植入人工耳蜗，欧洲植入最小年龄4个月，中国大陆植入最小年龄6个月。

大于5岁的儿童或青少年需要有一定的听力语言基础，自幼有助听器配戴史和听力或语言训练史。助听器无效或效果很差，是指在最好助听聆听环境下开放短句识别率≤30％或双字词识别率≤70％。

(5)助听器选配后听觉能力无明显改善配戴合适的助听器，经过听力康复训练听觉语言能力无明显改善。

(6)具有正常的心理智力发育。

(7)家庭和(或)植入者本人对人工耳蜗有正确认识和适当的期望值。

(8)有听力语言康复教育的条件。

(9)无手术禁忌证。

2、语后聋患者

(1)双耳重度或极重度感音神经性聋成人的听力损失范围在1kHz及更高频率的听阈在70dB以上。对于术前无残余听力者，需要进行助听器声场测听，以帮助确定残余听力，必要时进行EABR检查或鼓岬电刺激的心理物理学测试。

(2)各年龄段的语后聋患者高龄人工耳蜗植入候选者需要有对人工耳蜗有正确认识和适当的期望值。

(3)耳聋发生时间对于新近发生的听力下降，需要观察至少3个月以上听力变化稳定。

(4)助听器选配后言语识别能力无明显改善。

(5)具有正常的心理、精神状况及患者对人工耳蜗有正确认识和适当的期望值。

(6)无手术禁忌证。

人工耳蜗植入术的禁忌证

1、绝对禁忌证

(1)内耳严重畸形病例，如Michel畸形或耳蜗缺如;

(2)听神经缺如;

(3)严重的精神疾病;

(4)中耳乳突化脓性炎症尚未控制者。

2、相对禁忌证

(1)伴随疾病导致全身一般情况差。

(2)不能控制的癫痫。

(3)脑白质病变患者不作为人工耳蜗植入的禁忌证，但是需向患儿家长告知特殊的风险以及家长具有合理的期望值。

(4)分泌性中耳炎和胶耳并非手术禁忌证。慢性中耳炎伴有鼓膜穿孔者，如果炎症得到控制，可选择一期或分期手术。