專利名稱：：助聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種包括聽力植入體(hearingimplant)的助聽器系統(tǒng)和向聽力植入體供電的方法。
背景技術(shù)：
：感覺神經(jīng)性耳聾是目前為止最普遍類型的聽力損失。耳聾影響著英國的9百萬人，其大約95％有感覺神經(jīng)性耳聾(源失效耳聾，英國)。原因包括先天的、細(xì)菌的、高強(qiáng)度噪聲，以及尤其是老化過程，受影響的人中的30％超過了60歲。聽力損傷是影響老化群體的第三最普遍的慢性問題-并且是得到最少診斷的一種。由于暴露于喧吵的噪聲下，在一部分較年輕的年齡群體中聽力損傷的發(fā)病率也呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)前，沒有修復(fù)耳蝸或到大腦的神經(jīng)路徑的有效手段。對于大多數(shù)病人，通過用助聽器對聲音進(jìn)行足夠的放大，能夠適當(dāng)?shù)鼗謴?fù)聽力。助聽器有許多問題聲反饋(因為擴(kuò)音器非常靠近揚聲器)，不足的聲音質(zhì)量，以及由于耳道的阻塞造成的不舒適。從社會的觀點看，它們也是不希望的，因為戴助聽器的外觀會使用戶感到他們看上去有障礙。替換方案是可植入器件。中耳植入體通過振動聽骨鏈提供機(jī)械放大。它們用于患有中度到嚴(yán)重的感覺神經(jīng)性聽力損失、且仍然具有殘余聽力的病人。它們能夠潛在地使患有聽力損失的所有人中的約50％受益。作為替換方案的耳蝸植入體提供內(nèi)耳神經(jīng)的電模擬，但是只適于深度耳聾，因為在耳蝸植入體的植入期間所有的殘余聽力都被破壞了。它們不適于有替換解決方案的情況。然而，中耳或內(nèi)耳需要電源。一些植入體使用一體化的電池，該一體化的電池雖然能夠維持幾年，但是仍需要更換。這樣需要再一次對病人做手術(shù)，這是不希望的。其它植入體用線穿過頭骨，其余的使用射頻或電感耦合方法。然而，射頻調(diào)制的傳輸使用復(fù)雜的電路，不方便且成本高，并且植入的接收器模塊自身對電力的需求大。還必須在每個國家的射頻規(guī)范下進(jìn)行核準(zhǔn)。電感耦合傳輸方法使用兩個線圈或一個線圈以及位于鄰近的分開的磁鐵。然而，其問題是高功耗，信號變化，以及背景噪聲。而且，與某些部件的磁共振成像(MRI)兼容性也是一個問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是消除和/或減少上述缺點和/或問題的至少之一。概括地說，本發(fā)明基于利用光信號向中耳或內(nèi)耳供電。在第一方面，本發(fā)明提供一種包括外耳道模塊和植入體的助聽器系統(tǒng)；外耳道模塊包括擴(kuò)音器(microphone)，光源，電源，以及必需的電子電路；植入體包括有源耦合到聽力激勵器的光接收器；以及其中，在使用中，外耳道模塊的擴(kuò)音器檢測到的聲音被光源轉(zhuǎn)換為調(diào)制的光信號，并被光源發(fā)出，發(fā)出的調(diào)制光信號被植入體的光接收器檢測到，并被轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動聽力激勵器的電信號。應(yīng)該理解，植入體位于中耳或內(nèi)耳內(nèi)，即耳鼓的主體側(cè)。本發(fā)明的有利之處在于，光信號不僅足以提供聲音信息，而且還足以向耳植入體供電。這樣，耳植入體不需要其自己的內(nèi)部電源。備選的或額外的又一光源可以用于對耳植入體內(nèi)的電池充電，以便向植入體提供額外的電力。從而，在又一方面，本發(fā)明提供一種向耳植入體供電和/或發(fā)信號的方法，包括穿過病人耳鼓發(fā)射光源，以致所述光源被耳植入體接收，其中所述光源能夠向耳植入體供電和/或發(fā)信號。外耳道模塊的組成部件典型地被裝在單個外殼內(nèi)，該外殼的形狀與外耳道的內(nèi)部配合。擴(kuò)音器位于外殼內(nèi)，以便在使用中能夠容易地檢測聲音。從而，擴(kuò)音器一般被布置成朝向耳朵的外面，以便接收聲音。擴(kuò)音器收到的聲音被本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的適當(dāng)裝置轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號又被合適的調(diào)制裝置轉(zhuǎn)換成調(diào)制的信號。該調(diào)制信號然后作為調(diào)制的光信號從光源輸出。光源可以是例如發(fā)光二極管(LED)，并且光信號自身可以是可見光或優(yōu)選地為近紅外(NIR)光或紅外(IR)能量。研究顯示IR光能夠在直到30kHz的頻率下穿透超過15mm厚的組織。模塊輸出的光要被中耳植入體接收。從而，在使用把光源布置成在光接收器的方向上發(fā)出光。因此，光源向耳鼓發(fā)射光，并穿過耳鼓，以便被光接收器接收。本領(lǐng)域技術(shù)人員很了解模塊和電源所需的電路，典型地，需要電池(可再充電的或其它類型)向模塊的部件供電。雖然模塊一般被設(shè)計成與外耳道的內(nèi)部舒適地配合，以便不容易掉下，但是就方便性而言模塊不應(yīng)該完全阻塞耳道。這樣，可以在模塊中提供通道、閥等，以便提供穿過模塊的通道，由此防止耳道的阻塞。應(yīng)該理解，這種通道閥等可以與模塊的外殼關(guān)聯(lián)，例如，通道可以被切入模塊的外表面。植入體可以是集成的光接收器/激勵器單元，例如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)集成的光接收器/激勵器。光接收器/激勵器可以是單一單元，或者光接收器和激勵器可以是分開的并且通過接線電連接。光接收器可以是光敏二極管、光伏打電池或其它類型的光接收器，光接收器可以位于中耳內(nèi)的任何地方，只要它能夠接收從耳道模塊的光源產(chǎn)生的光?？梢杂蒙锵嗳莸耐繉痈采w它，包括對光接收器的覆蓋。為了使病人不遭受或最小限度地遭受殘余聽力損失，植入體可以位于聽骨鏈上，而不是使其連接到一遠(yuǎn)端固定位置，以致唯一的附加機(jī)械阻抗是由激勵器自身的小質(zhì)量引起的。使激勵器位于聽骨鏈上也有助于消除任何手術(shù)后的植入體性能改變，植入體的性能改變是由膨脹組織的愈合期間激勵器-聽小骨連接的變緊或變松造成的，以及由手術(shù)期間的躺下與后來的站起來之間的重力作用變化而產(chǎn)生的小位移造成的。激勵器可以位于例如砧骨長突(incuslongprocess)、砧鐙點(其可以被臨時斷離而不損傷，以便裝配環(huán)形激勵器)或鐙骨上。激勵器的實際設(shè)計可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)選擇的位置來確定，重要的目標(biāo)是要減小聲反饋。替換的位置可以是在內(nèi)耳例如隆突(promontory)中，在此處可以通過開窗術(shù)或利用外部錨定支撐進(jìn)行直接耦合，開窗術(shù)是一項用于在內(nèi)耳中開窗以便直接地接觸內(nèi)耳液體的外科技術(shù)?？梢酝ㄟ^如粘結(jié)、接合等方法或例如螺釘或倒刺等機(jī)械裝置，使激勵器固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。激勵器可以與聽骨鏈膠結(jié)(osseointegrate)在一起。激勵可以是機(jī)械驅(qū)動的，或者是電的。在中耳中，激勵一般是聽骨鏈或尤其是其單個骨頭的機(jī)械振動。如果激勵器位于內(nèi)耳中，可以通過例如內(nèi)耳中的外淋巴液的直接或間接振動機(jī)械地執(zhí)行激勵，或者通過使其電連接到與例如耳蝸相連的電極或電極陣列，來執(zhí)行激勵。為了驅(qū)動機(jī)械操作的激勵器，光被光接收器接收，又被轉(zhuǎn)換成電輸出，該電輸出驅(qū)動激勵器，導(dǎo)致了振動。典型地，激勵器可以是由壓電陶瓷材料如鋯鈦酸鉛(PZT)或鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)制成的薄圓盤。這是可取的，因為材料是磁共振成像(MRI)相容的，并且是高效的換能器。另外，在期望的結(jié)構(gòu)中可以另外提供不止一個圓盤，并且/或者圓盤可以超過一層厚。也可以利用例如壓電陶瓷圓盤連同例如不銹鋼、鈦或鋁的柔性膜片一起產(chǎn)生振動。此外，柔性膜片的使用允許液壓放大以增大柔性膜片的位移。例如，可以利用連接到直徑較大的圓盤激勵器的簡單充液管獲得柔性膜片的位移的增大，其中該直徑較大的圓盤激勵器位于管子的與柔性膜片相對的一端，并且可以接觸例如外淋巴。這種管結(jié)構(gòu)允許激勵器模塊位于中耳穴中，中耳穴提供了更大的調(diào)節(jié)和支撐空間。作為一個例子，現(xiàn)在在砧骨驅(qū)動的中耳植入體中使用的PZT圓盤激勵器工作在1V和100uA下?？梢詮墓鈾z測器產(chǎn)生該電力需求，而不需要進(jìn)一步的電放大。無源RC濾波可以用于解調(diào)。在需要更高的電壓或電流驅(qū)動激勵器的情況下，除了驅(qū)動激勵器之外幾乎不消耗額外功率的簡單運算放大器就足夠了。額外的電力可以來自光信號中的另一個調(diào)制源或直流頻率。將參照以下的附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施例，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的耳道模塊和耳植入體的可能位置；以及圖2是確定本發(fā)明的耳道模塊和耳植入體的部件的框圖。具體實施例方式圖1示意性地顯示了外耳道模塊1和耳植入體20的相對位置。可以看到，耳模塊1位于耳道3中。耳模塊1具有通道5，該通道5穿過模塊1以便防止耳道3的阻塞。以虛線7表示的調(diào)制的紅外(IR)光信號由發(fā)光二極管(LED)9發(fā)出并穿過耳鼓11，以便被植入體20檢測到。在該實施例中，植入體20位于砧鐙點上，以便振動鐙骨，雖然植入體可以位于其它地方，例如隆突中。圖2更詳細(xì)地顯示了本發(fā)明的耳模塊1和植入體20的組成部件。耳模塊1包括擴(kuò)音器1和相關(guān)的電子電路13，電子電路13用于把聲音轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號又被LED9轉(zhuǎn)換成調(diào)制的光信號7(如虛箭頭所示)，并被LED9發(fā)出。耳模塊的電力由電池15提供。調(diào)制的光信號7穿過耳鼓11，并被植入體20的光電二極管22檢測到。光電二極管22把光信號7轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動/振動由鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷材料制成的圓盤激勵器24的電信號。該聽力系統(tǒng)的有利特征在于外科的簡單性，安全性和長久的耐用性(不需要替換植入的電池)，信號處理(外部模塊)算法的容易更新，殘余聽力水平的最小限度退化或不退化(破壞)，最小限度的或沒有聲反饋和耳道阻塞，這些都是常規(guī)的助聽器的固有問題，還有低成本和對于外科醫(yī)生和病人兩者的可接受性。為了說明本發(fā)明的效果，發(fā)明者已測試了本發(fā)明的兩個部件即聽骨上安裝的壓電激勵器和紅外遙測系統(tǒng)的可行性。我們測試了該項目中兩個關(guān)鍵創(chuàng)新點，即聽骨上安裝的壓電激勵器和紅外遙測系統(tǒng)的可行性。(a)聽骨上安裝的壓電激勵器。聽骨上安裝的激勵器用于聲橋植入體[1]中，但是它具有帶活動塊部件的電磁激勵器，因此振動機(jī)制不可直接與目前建議的設(shè)計相比。用于初步研究的壓電激勵器是在TICA聽力植入體[2]中使用的類型的、8mm直徑的單層圓盤彎片式壓電換能器(bender)。TICA激勵器的輸出振動級已得到很好的證明，并且已在臨床上顯示出滿足聽力植入體的要求[2]。這使其適于驗證聽骨上安裝的概念?？梢栽谏虡I(yè)上獲得激勵器(美國壓電公司，AmericaPiezoCompany)。其總的厚度為0.22mm，且其質(zhì)量小于150mg。圖3顯示了測試結(jié)構(gòu)的示意圖，該測試結(jié)構(gòu)被設(shè)計成具有比實際的聽骨鏈的要求更高的負(fù)荷。銅線用于模擬聽骨鏈。銅線的一端被粘結(jié)到軟塑料套筒(聚烯烴，12.7mm口徑，0.3mm厚，0.36g重)的17mm長段上，給出了耳鼓的粗略表示。銅線重60mg，大約比聽骨鏈重10％[3]。管的另一側(cè)被粘結(jié)到固體支架上。銅線穿過激勵器的中心，并且緊配合以便被固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。突出的線重約8mg，是鐙骨重量的兩倍。為繞其外圍被貼到固體支架上的無負(fù)載激勵器獲得參考數(shù)據(jù)。用激光振動計測量振動。圖4顯示了測量的位移。據(jù)報道，TICA在2.83V峰到峰處產(chǎn)生22nm位移[2]，該值被發(fā)現(xiàn)等效于1kHz下的約100dB聲壓級(SPL)和更高頻率下的超過130dBSPL[2]。本發(fā)明的聽骨上安裝的激勵器給出了在1V激勵下4kHz以下的47nm的近乎平坦響應(yīng)(比TICA高得多)，以及7-10kHz的相似共振頻率。(b)紅外光透射。通過比耳鼓更不透光、且厚度至少為耳鼓的兩倍的雞皮，測試光透射。另外，根據(jù)LED源的可能尺寸以及光路的行程，使模擬盡可能地逼真。光電二極管檢測到的能量用于驅(qū)動圓盤彎片式壓電換能器激勵器，并且可以產(chǎn)生等效于100dBSPL的振動位移級，該振動位移級足以用于使用2.1mW光功率的植入體?？梢栽O(shè)想定制的激勵器執(zhí)行得更好。使用的紅外能量級小于根據(jù)“英國標(biāo)準(zhǔn)EN60825-11994激光產(chǎn)品安全性”的、能夠造成損害的能量級的1％。這驗證了橫過耳鼓遙測概念的能力。參考文獻(xiàn)[1]LenarzT，WeberBP，MackKF，BattmerRD，GnadebergD.TheVibrantSoundbridgeSystemanewkindofhearingaidforsensorineuralhearingloss.1Functionandinitialclinicalexperiences.Larygorhinootologie.1998；77247-55.(德文)。ZennerHP，LeysiefferH，MaassenM，etal.HumanStudiesofaPiezoelectricTransducerandaMicrophoneforaTotallyImplantableElectronicHearingDevice.AmericanJournalofOtology，2000；21196-204.KirkaeI.Thestructureandfunctionofthemiddleear.UniversityofTokyoPress，Tokyo，1960.權(quán)利要求1.一種助聽器系統(tǒng)，包括外耳道模塊(1)和植入體(20)；外耳道模塊(1)包括擴(kuò)音器(11)，光源(9)，電源(15)，以及必需的電路；植入體(20)包括有源地耦合到聽力激勵器(24)的光接收器(22)；以及其中，在使用中，外耳道模塊(1)的擴(kuò)音器(11)檢測到的聲音被光源(9)轉(zhuǎn)換為調(diào)制光信號(7)，并被光源(9)發(fā)出，調(diào)制光信號被植入體的光接收器(22)檢測到，并被轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動聽力激勵器(24)的電信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助聽器系統(tǒng)，其中調(diào)制光信號(7)提供聲音信息，并且可選地為耳植入體(20)提供電力。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的助聽器系統(tǒng)，其中提供又一個光源，以便對耳植入體(20)內(nèi)的電池充電，該電池用于向植入體(20)提供額外的電力。4.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中外耳道模塊(1)的組成部件被裝在單一外殼內(nèi)，該外殼的形狀與外耳道的內(nèi)部配合。5.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中光源(9)是發(fā)光二極管(LED)。6.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中光信號(7)是近紅外(NIR)光或紅外(IR)能量。7.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中在模塊(1)中提供通道、閥等，以便提供穿過模塊(1)的通道，由此防止耳道的阻塞。8.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中植入體(20)是集成的光接收器/激勵器單元。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的助聽器系統(tǒng)，其中集成的光接收器激勵器單元是微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)集成的光接收器/激勵器。10.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中光接收器是光敏二極管或光伏打電池。11.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中激勵器(24)在使用中被布置成接觸聽骨鏈。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的助聽器系統(tǒng)，其中激勵器(24)位于砧骨長突、砧鐙點或鐙骨上。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的助聽器系統(tǒng)，其中激勵器(24)在使用中被布置成位于中耳中。14.根據(jù)權(quán)利要求11至13任何之一所述的助聽器系統(tǒng)，其中通過粘結(jié)、接合或通過機(jī)械裝置使激勵器固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩?5.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的助聽器系統(tǒng)，其中通過機(jī)械地或通過電裝置執(zhí)行中耳或內(nèi)耳復(fù)合物的激勵。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的助聽器系統(tǒng)，其中通過機(jī)械裝置執(zhí)行激勵，以及激勵器是由壓電陶瓷材料制成的薄圓盤或圓盤樣式的形式。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的助聽器系統(tǒng)，其中壓電陶瓷材料是鋯鈦酸鉛(PZT)或PLZT。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的助聽器系統(tǒng)，其中通過機(jī)械裝置執(zhí)行激勵，以及其中激勵器包括柔性膜片。19.一種向耳植入體供電和發(fā)信號的方法，包括穿過病人耳鼓發(fā)射光源，以致所述光源被耳植入體接收，其中所述光源能夠向耳植入體供電和/或發(fā)信號。全文摘要本發(fā)明涉及一種包括聽力植入體的助聽器系統(tǒng)和向聽力植入體供電的方法，該系統(tǒng)包括外耳道模塊和植入體，其中通過從例如耳道模塊穿過耳鼓向植入體提供光信號，來向耳植入體發(fā)信號和供電。文檔編號H04R25/00GK1643981SQ03806908公開日2005年7月20日申請日期2003年1月24日優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日發(fā)明者埃里克·阿貝爾,王志鋼,羅伯特·米爾斯申請人:敦提大學(xué)校董事會