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Signal Processing Design for Cochlear Implant System Using Piezoelectric Sensor
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dc.contributor.advisor Choi, Ji Woong -
dc.contributor.author Cho, Jae Wook -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:50:45Z -
dc.date.available 2016-05-18T00:00:00Z -
dc.date.issued 2014 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002262559 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1366 -
dc.description.abstract Today, the cochlear implant system is the most successful auditory prosthesis for the patients suffering hair cell loss or damage. The current cochlear implant system consists of an implantable electrode array for the stimulation and an external signal processor includ-ing a microphone and a battery. However, the conventional cochlear implant system is composed of a heavy signal processor. Furthermore, the exposure of an external signal processor causes a cosmetic problem to the patients. Therefore, the cochlear implant sys-tem is required to reduce size and power consumption.
In the thesis, to realize the implementation of an entirely implantable cochlear sys-tem, the signal processing system is studied when a piezoelectric sensor is employed. When a mechanical stress is applied, the piezoelectric sensor produces an electrical charge. The acoustic sounds picked up by the piezoelectric sensor are amplified and transmitted to the microprocessor. The microprocessor used the CC430F6137. This system is a multi-channel system and applied the continuous interleaved sampling (CIS) algorithm to make a charge-balanced biphasic pulse. Also, this system is referred to as miniaturized system comprised of sensing, processing, and actuating functions which are combined on-to a single board. Building a complete printed circuit board (PCB) involves hardware (H/W) and software (S/W) design. The proposed signal processing system embedded with PCB has been tested and verified for future animal experiment. ⓒ 2014 DGIST
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dc.description.tableofcontents Ⅰ. Introduction 1
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Ⅱ. Backgrounds 3
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2.1 Auditory System 3
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2.2 Hearing Loss 6
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2.3 History of Cochlear Implant Systems 8
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Ⅲ. Cochlear Implant System 10
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3.1 Typical Cochlear Implant System 11
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3.1.1 Microphone & Signal Processor 11
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3.1.2 Transmission Link 12
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3.1.3 Electrode Array 13
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3.2 Biphasic Pulse 13
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3.2.1 Continuous Interleaved Sampling Algorithm 14
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3.3 Entirely Implantable Cochlear System 16
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3.3.1 Piezoelectric Sensor 17
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3.3.2 Proposed System 19
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Ⅳ. System Implementation 20
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4.1 Block Diagram 20
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4.2 MATLAB Simulation 21
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4.3 System Development 23
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4.3.1 Component Selection 24
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4.3.2 Hardware Design 26
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4.3.3 Software Design 30
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4.4 Result of Printed Circuit Board (PCB) 31
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4.5 Experiment of Signal Processing Board 32
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Ⅴ. Conclusion & Future Work 34
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Ⅵ. References 35
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Korean Abstract 38
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Acknowledgement 40
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dc.format.extent 40 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject cochlear implant -
dc.subject piezoelectric sensor -
dc.subject signal processing -
dc.subject small size -
dc.subject low power consumption -
dc.subject 인공와우 -
dc.subject 압전센서 -
dc.subject 신호처리 -
dc.subject 소형 -
dc.subject 저전력 -
dc.title Signal Processing Design for Cochlear Implant System Using Piezoelectric Sensor -
dc.title.alternative 압전센서를 사용한 인공와우시스템 신호처리설계 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2262559 -
dc.description.alternativeAbstract 감각신경성 난청질환은 인간의 내이에 있는 청각세포가 손상되어 발생되는 증상으로써 현재 가장 적절한 치료법으로는 인공와우 시술이 있다. 인공와우는 청각신경에 직접 전기적 자극을 주는 방식으로 난청을 해결한다. 이와 같은 인공와우 시스템은 외부의 소리를 전기적 자극의 형태로 변환해주는 외부 신호처리부가 핵심이다. 하지만 인공와우를 사용하고 있는 환자들은 외부 신호처리부가 쉽게 노출되는 것을 꺼리며, 자주 배터리를 교체하는 것에 불편함을 느낀다.
인공와우 연구에서 외부 신호처리부를 작고 저전력으로 동작하게 하려는 연구가 활발히 진행 중이다. 최근 압전소자를 활용한 인공와우 시스템이 제안되었으며, 본 연구에서도 압전센서를 사용한 완전삽입형 인공와우 시스템을 다루었다. 제안된 시스템에서 압전효과는 외부의 물리적 힘에 의해 압전소자가 기계적 변형을 일으키면서 전기적 신호를 발생시키는 원리이다. 이와 같은 압전소자는 기존 시스템에서 많은 비중을 차지하고 있는 마이크로폰 및 외부 신호처리부의 소형화뿐만 아니라 저전력동작을 가능하게 한다.
본 연구에서 사용된 압전센서는 미세전자기계시스템 (micro electro me-chanical systems, MEMS)을 통해 제작되며, 인공와우 신호처리에서 주파수 분리 기능을 수행한다. 따라서 완전삽입형 인공와우 시스템에서 신호처리는 압전센서의 주파수 분리 기능을 제외한 나머지 역할을 처리한다. 현재 제작된 압전센서는 주파수 대역별로 여러 채널이 존재하며, 해당 대역의 신호가 인가되면 특정 빔이 반응하여 전기적 신호를 발생시킨다. 이에 신호처리부는 이 신호를 사용하여 청각신경이 자극 받을 수 있는 형태로 변환해주는 것이 목적이다.
본 연구의 목표는 기존 마이크로폰의 역할을 대체하는 압전센서를 사용한 신호처리부의 구현이며, 향후 동물 청각인지 실험에서 사용 될 프로토타입 (prototype) 형태의 신호처리 보드의 제작이다. 개발된 신호처리 보드는 다 채널 시스템에서 성능이 입증된 CIS (continuous interleaved sampling) 알고리즘을 적용하였다. 다만 기존의 CIS 알고리즘과 비교하였을 때, 본 시스템에서는 압전센서가 대역 통과 필터 역할을 수행하는 차이점이 있다. 결론적으로 완전삽입형 인공와우 시스템에서 압전센서를 적용한 현재의 보드는 신호처리의 기능적 구현이었다. 향후 제작될 신호처리 보드에서는 ASIC (applica-tion specific integrated circuit)을 적용하여 현재 시스템의 크기 및 전력소모량을 개선시킬 것이다.

ⓒ 2014 DGIST
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Information and Communication Engineering -
dc.identifier.bibliographicCitation Cho, Jae Wook. (2014). Signal Processing Design for Cochlear Implant System Using Piezoelectric Sensor. doi: 10.22677/thesis.2262559 -
dc.contributor.coadvisor Cho, Hui Sup -
dc.date.awarded 2014. 2 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2016-05-18 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 정보통신융합공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Cho, Jae Wook -
dc.contributor.affiliatedAuthor Choi, Ji Woong -
dc.contributor.affiliatedAuthor Cho, Hui Sup -
dc.contributor.alternativeName 조재욱 -
dc.contributor.alternativeName 최지웅 -
dc.contributor.alternativeName 조희섭 -
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