什麼是人工耳蝸？
人工耳蝸 （Cochlear Implant） 是一種替代生理耳蝸感音功能的電子裝置，由體外聲音處理器將聲音轉換為編碼形式的電脈衝信號，通過植入體內的電極系統直接刺激、興奮聽神經來恢復或重建聾人的聽覺功能。近年來，隨著電子技術、計算機技術、語音學、電生理學、材料學、耳顯微外科學的發展，人工耳蝸已經廣泛應用於臨床，是目前運用最成功的生物醫學工程裝置。現在全世界已把人工耳蝸作為治療重度聾至全聾的常規方法，迄今全世界植入者超過36萬。
發展史及現狀
人工耳蝸的發展歷史可以追溯到1800義大利Volta發現電刺激正常耳可以產生聽覺。1957法國Djourno和Eyries首次將電極植入一全聾病人的耳蝸內，使該病人感知環境聲獲得音感。60-70年代，歐美等國的科學家也成功地通過電刺激使耳聾病人恢復聽覺。1972美國House-3M單通道人工耳蝸成為第一代商品化裝置。1977年全世界首例多通道人工耳蝸在奧地利維也納成功植入，1991年高刺激速率編碼策略CIS問世，人工耳蝸從此進入多通道高解析度時代。現在世界上主要的人工耳蝸生產商有奧地利的MED-EL公司和美國的AB公司以及澳大利的Cochlear公司。迄今，全世界有超過36萬聾人使用了人工耳蝸，其中半數以上是兒童。
多道人工耳蝸植入在我國開展已經開始於1995年，這項技術發展已經成熟。隨著人工耳蝸植入工作的開展，病例數量的增加，適應證範圍的擴大，一些特殊適應證的耳聾病例的人工耳蝸植入的療效和安全性也得到了證實，使人工耳蝸植入的適應證進一步擴大。例如：術前完全沒有殘餘聽力患者的人工耳蝸植入；內耳畸形和耳蝸骨化病例的人工耳蝸植入；合併慢性中耳炎患者的人工耳蝸植入；小齡耳聾患者的人工耳蝸植入；高齡耳聾患者的人工耳蝸植入。
人類獲得正常的語言不僅需要正常的聽力，還需要聽覺語言中樞的正常發育。研究表明人類的聽覺語言中樞在5歲左右就發育完成，0~3歲為語言發育的黃金期，因此先天性耳聾在3歲前，尤其是2歲前植入語言恢復和發育才能夠達到最佳水平。
對於成人語後聾患者，耳聾原因可能是突發性耳聾、藥物性耳聾或先天性內耳畸形基礎上的遺傳性遲發性耳聾（大前庭導水管症候群）等。這些成年耳聾患者在耳聾之前，他們曾經有正常的聽力，並且獲得了正常的語言，其聽覺語言中樞得到了充分的發育，因此稱這些耳聾患者為成人語後聾患者。成人語後聾患者是最佳的人工耳蝸植入適應證之一，這類耳聾患者聽覺語言中樞在耳聾之前得到了正常的發育，他們在接受了人工耳蝸植入後，重新獲得了聽力，能夠喚起他們過去對語言的記憶，因此這類患者能夠在較短時間內恢復語言能力。對於成人語後聾患者來說，一個重要的問題是耳聾後儘早植入人工耳蝸，會很快喚起他們過去對語言的記憶，獲得更好的語言效果。如果耳聾時間很長，患者對過去語言的記憶會淡忘，導致人工耳蝸植入效果的下降。目前老年耳聾患者的人工耳蝸植入問題越來越受到關注，老年耳聾患者多數為語後聾患者，他們耳聾的原因除上述原因外，更多的是由於老年性的漸進性的聽力減退，直至使用助聽器無效。隨著社會經濟的發展，人口壽命的延長，老年人的生活質量也更多的受到社會、家庭的關注。恢復老年人的聽覺語言能力，能增進他們的語言交流能力，改善他們的心理狀態，使老年人獲得自信，大大提高他們的生活質量。老年耳聾患者在接受人工耳蝸植入後，能夠獲得很好聽力語言效果。
人工耳蝸的聲音處理方案
70年代末，美國猶他大學研製成第一個成為商品的多道耳蝸植入裝置，其語音處理器將聲音分成4個不同頻道，然後對每個頻道輸出的模擬信號進行壓縮以適應電刺激窄小的動態範圍。該言語處理方案被稱為模擬壓縮（compressedanalog，CA）。
80年代初，澳大利亞墨爾本大學研製成具有22個蝸內環狀電極的Nucleus耳蝸植入裝置。Nucleus的語音處理器的設計思想是提取重要的語音特徵，如基頻和共振峰，然後通過編碼的方式傳遞到相對應的電極。Nucleus處理器的特點是雙相脈衝，雙極（bipolar）刺激，分時刺激不同電極且刺激頻率不超過500Hz。語音處理方案從最初的只提取基頻和第二共振峰（F0F2）信息，到加上第一共振峰的WSP處理器（F0F1F2），F0F1F2加上3個高頻峰的多峰值（multipeak）處理器，到目前的只抽取22個分析頻帶中的任何6個最高能量頻率信息的譜峰值（speatralpeak）處理器。
美國Wilson等研究的連續間隔採樣（continuousinterlevedsampling，CIS）語音處理器。與Nucleus的特徵提取設計思想相反，CIS處理器儘量保存語音中原始信息，僅將語音分成4～8頻段及提取每頻段上波形包絡信息，再用對數函數進行動態範圍壓縮，和用高頻雙相脈衝對壓縮過的包絡進行連續採樣，最後將帶有語音包絡信息的脈衝串間隔地送到對應的電極上。從信息含量角度看，CIS和CA處理器基本上一樣，但CIS的優點是避開了由於同時刺激多個電極帶來的電場互擾問題。雖然CIS和Nucleus都使用雙相脈衝間隔刺激，但它們有如下兩個不同的地方：第一，CIS的每個電極都用高頻（800～2000Hz）脈衝串進行恆速和連續的刺激，即使在無聲時也一樣，只不過其脈衝幅度降到閾值水平；第二，CIS的分析頻帶和刺激電極的數目一致，目前CIS語音處理方案已被世界多數耳蝸植入公司廣泛採用，並且在此基礎上又作出新的改進。如美國ABC公司推出S系列處理方案，澳大利亞Nucleus公司推出CI24M型24通道裝置的ACE方案及奧地利MED-EL公司推出的快速CIS方案等。
近年來人工耳蝸領域著力研究和開發聲音的精細結構 （Fine Structure）主要體現在時域和頻域兩個方面。
在時域方面，涉及聲學信號的分析和電刺激信號的釋放兩個過程。在基於包絡提取來獲得時間變化信息過程中加入精細結構的處理。如MED-EL的精細結構編碼策略（Fine Structure Processing，簡稱FSP），將人工耳蝸音效提高到接近正常的高清精細水平。
在頻域方面，電流定向技術（Current Steering），或者成為「虛擬通道（Virtual Channel）」，突破了物理電極數目的限制，為人工耳蝸系統提供了更多的通道，豐富了頻域信息。另外，困擾人工耳蝸技術的另一個難題是低頻信息（如F0）的分辨能力，它也是造成噪聲環境中聆聽，多人交談，嗓音識別，聲調語言識別（如漢語普通話的四聲）和音樂欣賞方面諸多困難的主要原因之一。除了電流定向技術提供更多低頻信息解析度外，MED-El在PULSAR等人工耳蝸中開始採用的精細結構策略中，在低頻段以可變刺激速率來提高低頻區域的分辨能力；F. G. Zeng等人提出的FAME （頻率幅度調製編碼Frequency Amplitude Modulation Encoding ）策略也是基於頻域的速率編碼原理來實現同樣目的。作為改善低頻分辨能力的更重要的進展，電聲混合刺激（Combined Electro-Acoustic Stimulation, EAS）是近年來研究和開發的重點，它將為適用的耳聾患者提供自然的低頻信息，在噪聲環境中聆聽和音樂欣賞方面的效果也逐漸為臨床試驗所驗證。
現今，新型人工耳蝸如MED-EL的SONATA、CONCERTO都採用最近高清精細結構FSP編碼和平行刺激編碼技術，使得人工耳蝸的效果得到了進一步更大提升，也更大滿足了聲調語言如漢語四聲學習交流的需要，同時提供250個以上的音調識別，滿足絕大多數使用者音樂欣賞和噪音下言語識別率的提高。
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參考資料：2016-2022中國人工耳蝸市場行情動態報告
內容審核：重慶中民耳鼻喉醫院