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Den Hauptbestandteil des Operationssystems stellt der Zugriff auf SD-Karten mit dem Dateisystem FAT16 von Microsoft dar. Für die Bedienung wurde ein Kommandozeileninterpreter implementiert. Als Ein- und Ausgabegerät dient ein PC mit einem speziellen Terminalprogramm, welcher über USB mit dem Emulationsboard des SIRIUS Softcores verbunden ist. Das System wird über die Eingabe von Befehlen am Terminal gesteuert.
Der SIRIUS Softcore kann nur vom Flash des Emulationsboards booten. Da das Betriebssystem selbst jedoch auf der SD-Karte gespeichert werden soll, ist ein Basis-Betriebssystem erforderlich, welches im Flash abgelegt ist. Das Basis-Betriebssystem lädt gleich nach dem Start das eigentliche Betriebssystem von der SD-Karte. Falls jedoch keine SD-Karte gesteckt ist, ermöglicht das Basis-Betriebssystem mit einem Kommandozeileninterpreter einige Grundfunktionen.
Der Cache-Speicher für den Softprozessor SIRIUS ist ein 4-fach assoziativer Cache-Speicher, der mit einem DDR-Interface auf einen externen Speicher zugreifen kann. Er verwaltet und beschleunigt Zugriffe vom Prozessor auf diesen Speicher. Der Cache-Speicher arbeitet intern mit 32 Bit und der doppelten Prozessortaktfrequenz und ermöglicht Systeme mit größeren Speicheranforderungen ohne signifikante Performanceverluste. Der Cache-Speicher wurde mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL erstellt und mit dem bestehenden Mikrocontrollersystem verbunden.
Das Gesamtsystem wurde zunächst simuliert und anschließend mit dem Cyclone III FPGA Starter Kit von Altera, welches ein 32 MB DDR-RAM-Modul zur Verfügung stellt, durch Ausführen eines Testprogramms erfolgreich verifiziert. Für den kompletten Cache-Speicher werden inklusive der Pins für den externen Oszillator und des Reset-Tasters 3805 Logik-Zellen, 27 M9K-Blöcke, 44 Pins und eine PLL benötigt.
BACKGROUND:
While hearing aids for a contralateral routing of signals (CROS-HA) and bone conduction devices have been the traditional treatment for single-sided deafness (SSD) and asymmetric hearing loss (AHL), in recent years, cochlear implants (CIs) have increasingly become a viable treatment choice, particularly in countries where regulatory approval and reimbursement schemes are in place. Part of the reason for this shift is that the CI is the only device capable of restoring bilateral input to the auditory system and hence of possibly reinstating binaural hearing. Although several studies have independently shown that the CI is a safe and effective treatment for SSD and AHL, clinical outcome measures in those studies and across CI centers vary greatly. Only with a consistent use of defined and agreed-upon outcome measures across centers can high-level evidence be generated to assess the safety and efficacy of CIs and alternative treatments in recipients with SSD and AHL.
METHODS:
This paper presents a comparative study design and minimum outcome measures for the assessment of current treatment options in patients with SSD/AHL. The protocol was developed, discussed, and eventually agreed upon by expert panels that convened at the 2015 APSCI conference in Beijing, China, and at the CI 2016 conference in Toronto, Canada.
RESULTS:
A longitudinal study design comparing CROS-HA, BCD, and CI treatments is proposed. The recommended outcome measures include (1) speech in noise testing, using the same set of 3 spatial configurations to compare binaural benefits such as summation, squelch, and head shadow across devices; (2) localization testing, using stimuli that rove in both level and spectral content; (3) questionnaires to collect quality of life measures and the frequency of device use; and (4) questionnaires for assessing the impact of tinnitus before and after treatment, if applicable.
CONCLUSION:
A protocol for the assessment of treatment options and outcomes in recipients with SSD and AHL is presented. The proposed set of minimum outcome measures aims at harmonizing assessment methods across centers and thus at generating a growing body of high-level evidence for those treatment options.
Die drei großen Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen ermöglichen es klinischen Audiologen, die Mikrofoneigenschaften der meisten CI-Sprachprozessoren zu prüfen. Dazu können bei diesen Sprachprozessoren Monitorkopfhörer angeschlossen und das/die Mikrofon(e) inklusive eines Teils der Signalvorverarbeitung abgehört werden. Präzise Angaben dazu, mit welchen Stimuli, bei welchem Pegel und nach welchem Kriterium diese Prüfung stattfinden soll, machen die CI-Hersteller nicht. Auf Basis dieser Prüfung soll der Audiologe dann über die Funktion der Mikrofone und damit darüber entscheiden, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht.
Zur Objektivierung der CI-Sprachprozessor-Mikrofon-Prüfung haben wir eine Testbox entwickelt, mit der alle abhörbaren aktuellen CI-Sprachprozessoren der drei großen Hersteller geprüft werden können. Die Box wurde im 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen darin verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustöne unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Mikrofonsignal wird über das Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting- and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die AD-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten DA-Wandler die Ausgabe der Sinustöne über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgen mit jeweils 38,5 kHz Samplingrate. Der für jede Frequenz über mehrere Perioden des Prüfsignals ermittelte Effektivwert wird mit dem Effektivwert, der mit einem neuwertigen Referenzprozessor für diese Frequenz gemessen wurde, verglichen. Die Messergebnisse werden graphisch auf einem Display ausgegeben.
Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. So sollen realistische Schwellen für kritische Abweichungen von den Referenz-Effektivwerten ermittelt werden. Im weiteren Verlauf sollen dann Hit und False Alarm-Raten der subjektiven Prüfung bestimmt werden.
Die Hersteller von Cochlea-Implantat (CI)-Systemen sehen für klinische Audiologen die Möglichkeit vor, die Mikrofonleistung der meisten aktuellen CI-Sprachprozessoren mittels anschließbarer Monitorkopfhörer zu prüfen. Nähere Angaben dazu, nach welchem Prozedere diese Prüfung stattfinden soll, z. B. welche Stimuli mit welchen Pegeln verwendet werden sollen, sind nach Wissen der Autoren seitens der CI-Hersteller nicht verfügbar. Auf der Basis dieser subjektiven Prüfung entscheidet dann der Audiologe, ob der betreffende Sprachprozessor an den Hersteller eingeschickt wird oder nicht. Wir haben eine Messbox entwickelt, mit der die Mikrofonleistung aller abhörbaren CI-Sprachprozessoren der Hersteller Advanced Bionics, Cochlear und MED-EL objektiv geprüft werden kann. Die Box wurde im 3-D-Druckverfahren hergestellt. Der zu prüfende Sprachprozessor wird in die Messbox eingehängt und über einen verbauten Lautsprecher mit definierten Prüfsignalen (Sinustönen unterschiedlicher Frequenz) beschallt. Das Signal des Mikronfons bzw. der Mikrofone wird über das in der Audio-/Abhörbuchse des Prozessors eingesteckte Kabel der Monitorkopfhörer herausgeführt und mit einer Shifting and Scaling-Schaltung in einen Spannungsbereich transformiert, der für die A/D-Wandlung mit einem Mikrokontroller (ATmega1280 verbaut auf einem Arduino Mega) geeignet ist. Derselbe Mikrokontroller übernimmt über einen eigens gebauten D/AWandler die Ausgabe der Prüfsignale über den Lautsprecher. Signalaufnahme und –wiedergabe erfolgt jeweils mit einer Samplingrate von 38,5 kHz. Der frequenzspezifische Effektivwert des abgegriffenen Mikrofonsignals wird mit einem Referenzwert verglichen. Die (frequenzspezifischen) Referenzwerte wurden mit einem neuwertigen Sprachprozessor gleichen Typs ermittelt und im Speicher des Mikrokontrollers abgelegt. Das Ergebnis wird nach Abschluss der Messung grafisch auf einem Touchscreen ausgegeben. Derzeit läuft eine erste Datenerhebung mit in der Klinik subjektiv auffällig gewordenen CI-Sprachprozessoren, die anschließend in der Messbox untersucht werden. Längerfristiges Ziel ist es, die hit und false alarm Raten der subjektiven Prüfung zu ermitteln.
The effect of fluctuating maskers on speech understanding of high-performing cochlear implant users
(2016)
Objective: The present study evaluated whether the poorer baseline performance of cochlear implant (CI) users or the technical and/or physiological properties of CI stimulation are responsible for the absence of masking release. Design: This study measured speech reception thresholds (SRTs) in continuous and modulated noise as a function of signal to noise ratio (SNR). Study sample: A total of 24 subjects participated: 12 normal-hearing (NH) listeners and 12 subjects provided with recent MED-EL CI systems. Results: The mean SRT of CI users in continuous noise was −3.0 ± 1.5 dB SNR (mean ± SEM), while the normal-hearing group reached −5.9 ± 0.8 dB SNR. In modulated noise, the difference across groups increased considerably. For CI users, the mean SRT worsened to −1.4 ± 2.3 dB SNR, while it improved for normal-hearing listeners to −18.9 ± 3.8 dB SNR. Conclusions: The detrimental effect of fluctuating maskers on SRTs in CI users shown by prior studies was confirmed by the current study. Concluding, the absence of masking release is mainly caused by the technical and/or physiological properties of CI stimulation, not just the poorer baseline performance of many CI users compared to normal-hearing subjects. Speech understanding in modulated noise was more robust in CI users who had a relatively large electrical dynamic range.
The ability to detect a target signal masked by noise is improved in normal-hearing listeners when interaural phase differences (IPDs) between the ear signals exist either in the masker or in the signal. To improve binaural hearing in bilaterally implanted cochlear implant (BiCI) users, a coding strategy providing the best possible access to IPDs is highly desirable. Outcomes of a previous study (Zirn, Arndt et al. 2016) revealed that a subset of BiCI users showed improved IPD detection thresholds with the fine structure processing strategy FS4 compared to the constant rate strategy HDCIS using narrowband stimuli. In contrast, little differences between the coding strategies were found for broadband stimuli with regard to binaural speech intelligibility level differences (BILD) as an estimate of binaural unmasking. Compared to normalhearing listeners (7.5 ± 1.2 dB) BILD were small in BiCI users (around 0.5 dB with both coding strategies).
In the present work, we investigated the influence of binaural fitting parameters on BILD. In our cohort of BiCI users many were implanted with electrode arrays differing in length left versus right. Because this length difference typically corresponded to the distance of two electrode contacts the first modification of bilateral fitting was a tonotopic adjustment by deactivation of the most apical electrode contact on the side with the deeper inserted array (tonotopic approach).
The second modification was the isolation of the residual, most apical electrode contacts by deactivation of the basally adjacent electrode contact on each side (tonotopic sparse approach). Applying these modifications, BILD improved by up to 1.5 dB.
The ability to detect a signal masked by noise is improved in normal-hearing (NH) listeners when interaural phase differences (IPD) between the ear signals exist either in the masker or the signal. We determined the impact of different coding strategies in bilaterally implanted cochlear implant (BiCI) users with and without fine-structure coding (FSC) on masking level differences. First, binaural intelligibility level differences (BILD) were determined in NH listeners and BiCI users using their clinical speech processors. NH subjects (n=8) showed a significant mean BILD of 7.5 dB. In contrast, BiCI users (n=9) without FSC as well as with FSC revealed a barely significant mean BILD (0.4 dB respectively 0.6 dB). Second, IPD thresholds were measured in BiCI users using either their speech processors with FS4 or direct stimulation with FSC. With the latter approach, synchronized stimulation providing an interaural accuracy of stimulation timing of 1.67 µs was realized on pitch matched electrode pairs. The resulting individual IPD threshold was lower in most of the subjects with direct stimulation than with their speech processors. These outcomes indicate that some BiCI users can benefit from increased temporal precision of interaural FSC and adjusted interaural frequency-place mapping presumably resulting in improved BILD.
Das normalhörende auditorische System ist in der Lage, interaurale Zeit- bzw. Phasendifferenzen zur verbesserten Signaldetektion im Störgeräusch zu nutzen. Dieses Phänomen wird häufig als binaurale Entmaskierung bezeichnet und ist sowohl bei einfachen Signalen wie Sinustönen, als auch bei Sprachsignalen im Störgeräusch wirksam. Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass binaurale Entmaskierung eingeschränkt auch bei bilateralen CI-Trägern beobachtbar ist (Zirn et al., 2016).
Aktuelle Ergebnisse zeigen, dass die binaurale Entmaskierung sensitiv gegenüber der bilateralen CI-Anpassung ist. So lässt sich der Effekt durch tonotopen Abgleich und Herausstellen eines apikalen Feinstrukturkanals modulieren. Steigerungen der binauralen Entmaskierung um bis zu 1,5 dB sind auf diese Weise gegenüber der konventionellen CI-Anpassung möglich. Allerdings variiert der Einfluss der CI-Anpassung interindividuell erheblich.
The ability to detect a target signal masked by noise is improved in normal-hearing listeners when interaural phase differences (IPDs) between the ear signals exist either in the masker or in the signal. To improve binaural hearing in bilaterally implanted cochlear implant (BiCI) users, a coding strategy providing the best possible access to IPD is highly desirable. In this study, we compared two coding strategies in BiCI users provided with CI systems from MED-EL (Innsbruck, Austria). The CI systems were bilaterally programmed either with the fine structure processing strategy FS4 or with the constant rate strategy high definition continuous interleaved sampling (HDCIS). Familiarization periods between 6 and 12 weeks were considered. The effect of IPD was measured in two types of experiments: (a) IPD detection thresholds with tonal signals addressing mainly one apical interaural electrode pair and (b) with speech in noise in terms of binaural speech intelligibility level differences (BILD) addressing multiple electrodes bilaterally. The results in (a) showed improved IPD detection thresholds with FS4 compared with HDCIS in four out of the seven BiCI users. In contrast, 12 BiCI users in (b) showed similar BILD with FS4 (0.6 ± 1.9 dB) and HDCIS (0.5 ± 2.0 dB). However, no correlation between results in (a) and (b) both obtained with FS4 was found. In conclusion, the degree of IPD sensitivity determined on an apical interaural electrode pair was not an indicator for BILD based on bilateral multielectrode stimulation.
BiCI users’ sensitivity to interaural phase differences for single- and multi-channel stimulation
(2016)
Objectives: Speech recognition on the telephone poses a challenge for patients with cochlear implants (CIs) due to a reduced bandwidth of transmission. This trial evaluates a home-based auditory training with telephone-specific filtered speech material to improve sentence recognition. Design: Randomised controlled parallel double-blind. Setting: One tertiary referral centre. Participants: A total of 20 postlingually deafened patients with CIs. Main outcome measures: Primary outcome measure was sentence recognition assessed by a modified version of the Oldenburg Sentence Test filtered to the telephone bandwidth of 0.3-3.4 kHz. Additionally, pure tone thresholds, recognition of monosyllables and subjective hearing benefit were acquired at two separate visits before and after a home-based training period of 10-14 weeks. For training, patients received a CD with speech material, either unmodified for the unfiltered training group or filtered to the telephone bandwidth in the filtered group. Results: Patients in the unfiltered training group achieved an average sentence recognition score of 70.0%±13.6% (mean±SD) before and 73.6%±16.5% after training. Patients in the filtered training group achieved 70.7%±13.8% and 78.9%±7.0%, a statistically significant difference (P=.034, t10 =2.292; two-way RM ANOVA/Bonferroni). An increase in the recognition of monosyllabic words was noted in both groups. The subjective benefit was positive for filtered and negative for unfiltered training. Conclusions: Auditory training with specifically filtered speech material provided an improvement in sentence recognition on the telephone compared to training with unfiltered material.
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.
Uncontrollable manufacturing variations in electrical hardware circuits can be exploited as Physical Unclonable Functions (PUFs). Herein, we present a Printed Electronics (PE)-based PUF system architecture. Our proposed Differential Circuit PUF (DiffC-PUF) is a hybrid system, combining silicon-based and PE-based electronic circuits. The novel approach of the DiffC-PUF architecture is to provide a specially designed real hardware system architecture, that enables the automatic readout of interchangeable printed DiffC-PUF core circuits. The silicon-based addressing and evaluation circuit supplies and controls the printed PUF core and ensures seamless integration into silicon-based smart systems. Major objectives of our work are interconnected applications for the Internet of Things (IoT).
The importance of obtaining simultaneous particle size and concentration values has grown up with continuing discussion of the health effects, of internal combustion engine generated particulate emissions and in particular of Diesel soot emissions. In the present work an aerosol measurement system is described that delivers information about particle size and concentration directly from the undiluted exhaust gas.
Using three laser diodes of different wavelengths which form one parallel light beam, each spectral attenuation is analysed by a single detector and the particle diameter and concentration is evaluated by the use of the Mie theory and shown on-line at a frequency of 1 Hz. The system includes an optical long-path-cell (White principle) with an adjustable path length from 2.5 to 15 m, which allows the analysis within a broad concentration range.
On-line measurements of the particulate emissions in the hot, undiluted exhaust of Diesel engines are presented under stationary and transient engine’s load conditions. Mean particle diameters well below 100 nm are detected for modern Diesel engines. The measured particle concentration corresponds excellently with the traditional gravimetrical measurements of the diluted exhaust. Additionally, measurements of particle emissions (mostly condensed hydricarbons) from a two-stroke engine are presented and discussed.
The flow field-flow fractionation (FIFFF) technique is a promising method for separating and analysing particles and large size macromolecules from a few nanometers to approximately 50 μm. A new fractionation channel is described featuring well defined flow conditions even for low channel heights with convenient assembling and operations features. The application of the new flow field-flow fractionation channel is proved by the analysis of pigments and other small particles of technical interest in the submicrometer range. The experimental results including multimodal size distributions are presented and discussed.
In the last decade, IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks (IEEE802.15.4), also known as 6LoWPAN, has well evolved as a primary contender for short range wireless communications and holds the promise of an Internet of Things, which is completely based on the Internet Protocol. The authors' team has developed a 6LoWPAN protocol stack in C language, the stack without the necessity to use a specific design environment or operating system. It is highly flexible, modular, and portable and can be enhanced by several interesting modules, like a Wake-On-Radio-(WOR) MAC layer or a TLS1.2 based security sublayer. The stack is made available as open source at https://github.com/hso-esk/emb6. It was extensively tested on the Automated Physical Testbed (APTB) for Wireless Systems, which is available in the authors' lab and allows a flexible setup and full control of arbitrary topologies. The results of the measurements demonstrate a very good stability and short-term with long-term performance also under dynamic conditions.