植入式悬浮压电传声器优化与耳内拾取噪音处理策略

研究目的：优化植入式悬浮压电传声器，显著提升声学性能，达到微型化、生物相容性好、易手术安装、生理结构干扰少等目的；分析基于鼓膜听骨链系统振动拾音中生理性与环境性噪音，探求最佳降噪方案及预处理平台。研究内容：①研制微型悬浮压电传声器及其微固定件，制成一体化结构。②体内外实验测试传声器性能。③搭建生理性与环境性噪音投射平台。④模拟多种语噪环境进行动物及新鲜人体颞骨植入实验。⑤对拾取噪音进行降噪处理。⑥信号处理平台研制及验证实验。预试验：①前期研制压电传声器耦合听骨链上可拾取全频段声学信号，但低频响应欠佳，无微型安装件，需进一步改善，相关结果已向国外投稿。②【植入式压电陶瓷传声器及其制备方法】申请了国家发明专利。③语音增强算法可以选择性降噪。④多种语噪处理软件已开始编制。研究意义：提升植入式传声器拾音性能，对拾取噪音降噪并研制预降噪硬件，为全植入人工听觉装置的实现提供关键支持。

研究背景：全植入人工耳蜗及人工中耳主要瓶颈问题之一是体内高保真拾取体外声学信号，本项目拟采用MEMS技术并结合有限元仿真技术、体内外测试实验来优化植入式微型悬浮传声器尺寸与性能，对拾取的测试测试声学信号进一步处理，以补偿其畸变失真和耗损，尽量还原测试声信号，从而为解决体内拾音难题提供优选方案，加快全植入人工听觉设备的研制，造福广大听障者。.主要研究内容.1. 悬浮传声器优化：本项目先后试制了三种型号传声器，采取逐一推进方式来优化试制微型悬浮传声器，解决了三个关键技术难题：传声器及耦合固定件为一体化的结构、生物相容性与电磁屏蔽全封装。.2. 悬浮传声器性能体内外拾音测试实验：采用体外（扬声器直接投射拾取）、体内（新鲜颞骨标本中耳、猫或兔中耳听骨链）试验，来实际验证传声器安装固定与拾音效能、信号畸变程度，为进一步优化传声器提供了数据和方向上的支持。.3. 拾取声信号处理：搭建测试软硬件平台，采用分频段、WDRC等多种声学信号处理模式来补偿拾音过程中声学信号丢失和畸变频段，以还原体外投射的测试声学信号。.重要结果：第一，悬浮传声器尺寸、结构及性能得到大幅优化；第二，体内外实验证实优化后的传声器可以较好拾取体外测试声学信号，受限于质量较大因素，低频段失真与信号耗损较大；第三，对于拾取声信号，可以通过多种方式进行补偿放大、显著纠正畸变与失真。.关键数据及科学意义：已研制成功的最佳微型可植入悬浮传声器总质量约38mg，矩形截面，尺寸为5.0x1.5x1.2mm，微型固定件与传声器激光焊接成一体化结构，并进行了生物相容性与电磁屏蔽封装。体内外测试数据显示除1.0kHz及以下低频段外，拾取声学信号具有频响曲线平坦、灵敏度高的特点，但可通过进一步缩微与优化悬浮传声器克服低频相应不足。对于拾取的声学信号的畸变与耗损可以通过后续声学信号处理来还原测试声学信号。本项目通过上述研究，为全植入人工听觉装置实现高效能体内拾音难题提供了良好的解决方案。.存在不足及下一步计划：因MEMS加工技术存在极大困难且靡费巨大，制约传声器进一步缩微工作，目前的最佳型号尚未达到理想状态。下一步拟组织联合攻关团队，申请大额专项经费，引入气相沉积封装和前置放大器一次集成技术，最终优化缩微悬浮传声器，其总质量小于25mg、小于5.0x1.2x0.6mm，以更好满足体内拾音要求，攻克全植入听觉装置关键技术难题。