DE10030372C2 - Implantable hydroacoustic transducer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen implantierbaren hydroakustischen Wandler zum Empfangen von Nutzschall und zur Umwandlung in elektrische Signale, zum Einsatz als Mikrofon für ein implantierbares Hörgerät oder ein Cochlea Implantat, bei dem DOLLAR A a) der Wandler aus einem Hohlvolumen (1) besteht, an das ein flexibler Schlauch (2) mit einer formstabilen Hülle angeschlossen ist, dessen freies Ende von einer ausgebauchten Membran (3) abgeschlossen ist, DOLLAR A b) die Hohlvolumina von hydroelektrischem Wandler (1), Schlauch (2) und ausgebauchter Membran (3) mit einer Flüssigkeit, die Membran prall ausbauchend, gefüllt sind DOLLAR A c) und die ausgebauchte Membran an das Trommelfell, ein Gehörknöchelchen oder die runde Fenstermembran zum Empfangen von Nutzschall ankoppelbar ist.The invention relates to an implantable hydroacoustic transducer for receiving useful sound and for converting it into electrical signals, for use as a microphone for an implantable hearing aid or a cochlear implant, in which DOLLAR A a) the transducer consists of a hollow volume (1) to which a flexible hose (2) is connected with a dimensionally stable shell, the free end of which is closed by a bulged membrane (3), DOLLAR A b) the hollow volumes of the hydroelectric transducer (1), hose (2) and bulged membrane (3) with a Liquid, bulging the membrane bulging, filled DOLLAR A c) and the bulged membrane can be coupled to the eardrum, an auditory ossicle or the round window membrane for receiving useful sound.
Description
Die Erfindung betrifft einen implantierbaren hydroakustischen Wandler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an implantable hydroacoustic transducer according to the preamble of claim 1.
Nach dem Stand der Technik können implantierbare Hörgeräte in teilimplantierbare oder vollständig implantierbare Hörgeräte unterteilt werden. Bei einem teilimplantierbaren Hörgerät wird nur ein elektromechanischer Wandler implantiert. Mikrofon, Stromversorgung und Signalverarbeitung verbleiben außerhalb des Körpers, beispielsweise hinter dem Ohr zu tragen, und sind durch die intakte Haut über eine Funkübertragung mit dem Implantat verbunden. Bei einem vollständig implantierbaren Hörgerät sind auch Mikrofon, eine von außen aufladbare Batterie und die Signalverarbeitung in den Ohrbereich operativ eingepflanzt.According to the prior art, implantable hearing aids can be implanted in or fully implantable hearing aids. With a partially implantable hearing aid only an electromechanical transducer is implanted. Microphone, power supply and Signal processing remains outside of the body, for example, behind the ear, and are connected to the implant by the intact skin via radio transmission. In the case of a fully implantable hearing aid, there is also a microphone, one that can be charged from the outside Battery and signal processing surgically implanted in the ear area.
Aus der DE 39 18 329 A1 ist ein Hörgerät zur elektrischen Reizung des Innenohres über eine implantierbare Reizelektrodenanordnung, mit einer aus einer Energieversorgung gespeisten externen Signalverarbeitungselektronik zum Umsetzen von Mikrofonsignalen in für die Innenohrreizung geeignete Ausgangssignale bekannt. Bei diesem Hörgerät sind die Signalverarbeitungselektronik, ein Mikrofon und die Energieversorgung in einem hinter dem Ohr zu tragenden Gehäuse untergebracht. Bei dem Mikrofon handelt es sich um ein nichtimplantierbares herkömmliches Mikrofon, das hinter dem Ohr getragen wird. Mit dieser Lösung ist eine vollständige Implantation des Hörgerätes nicht möglich.DE 39 18 329 A1 describes a hearing aid for electrical stimulation of the inner ear via a implantable stimulation electrode arrangement, with one fed from a power supply external signal processing electronics for converting microphone signals into for Suitable output signals known to inner ear irritation. With this hearing aid they are Signal processing electronics, a microphone and the power supply in one behind the Ear housed housing. The microphone is a conventional non-implantable microphone that is worn behind the ear. With this A complete implantation of the hearing aid is not possible.
Aus der DE 40 26 766 A1 ist ein elektromagnetisches, auf das Mittelohr einwirkendes Hörgerät für eine schallinduzierte Übertragung elektromagnetischer Signale an das Mittelohr bekannt. Mikrofon, Verstärker, Stromversorgung, und Ausgangswandler sind hinter dem Ohr zu tragen. Eine zum Ausgangswandler zugehörige Vibrationseinrichtung wird zwischen Trommelfell und Hammergriff implantiert. Diese Vibrationseinrichtung ist ein Permanentmagnet mit vorgegebener Polarisierung.DE 40 26 766 A1 describes an electromagnetic hearing aid that acts on the middle ear known for a sound-induced transmission of electromagnetic signals to the middle ear. Microphone, amplifier, power supply and output converter are to be worn behind the ear. A vibration device associated with the output transducer is located between the eardrum and Implanted hammer handle. This vibration device is a permanent magnet given polarization.
Aus der US 5,411,467 ist ein implantierbares Hörgerät bekannt geworden, bei dem Mikrofon, Verstärker, Wandler und Stromversorgung implantierbar sind. Der Wandler weist einen piezoelektrischen Erreger auf, an dessen Volumen ein Schläuchlein angekoppelt ist, dessen Ende von einer Membran plan abgeschlossen ist. Dieses Ende wird durch die Membran im runden Fenster geführt, so daß die Membran des Wandlers mit der Flüssigkeit des Innenohres in Kontakt steht. Die Membran dient zur Verhinderung des Austausches der beiden Flüssigkeiten (Flüssig keit im Schläuchlein und Flüssigkeit im Innenohr).An implantable hearing aid has become known from US Pat. No. 5,411,467, in which the microphone, Amplifiers, converters and power supplies are implantable. The converter has one piezoelectric exciter, to the volume of which a tube is coupled, the end of which is completed by a membrane plan. This end is rounded by the membrane Window led so that the membrane of the transducer in contact with the liquid of the inner ear stands. The membrane serves to prevent the exchange of the two liquids (liquid in the tubing and fluid in the inner ear).
Das Mikrofon ist bei den vorgestellten Varianten ein Luftschall-Mikrofon, das den Schall über einen eigenen Schlauch aus dem Paukenraum beziehen kann.In the variants presented, the microphone is an airborne sound microphone that transmits the sound can get its own hose from the tympanic chamber.
Nachteilig sind:
Disadvantages are:
- - daß die mit dem Luftschallmikrofon empfangenen Signale hinter dem Trommelfell nur von geringer Stärke sind.- That the signals received with the airborne microphone behind the eardrum only from are of low strength.
- - daß durch Sekrete Verstopfungsgefahr für den Schlauch besteht.- That there is a risk of clogging of the hose due to secretions.
- - daß für den Wandler die Membran im runden Fenster geöffnet werden muß (Ertaubungsge fahr).- That the membrane must be opened in the round window for the transducer (Ertaubungsge driving).
Aus der US 5,176,620 ist ebenfalls ein implantierbares Hörgerät bekannt, dessen Wandler mit seinem Schlauch an alle möglichen Stellen im Innenohr ankoppelbar ist. Das Mikorphon ist hier ebenfalls ein Luftschallmikrofon.From US 5,176,620 an implantable hearing aid is also known, the transducer with its hose can be coupled to all possible places in the inner ear. The microphone is here also an airborne sound microphone.
Aus der Druckschrift H. P. Zenner, H. Leysieffer, "Aktive elektronische Hörimplantate für Mit tel- und Innenohrschwerhörige - eine neue Ära der Ohrchirurgie, Teil 1: Grundprinzipien und Nomenklaturvorschlag". HNO 10 (1997), Seiten 749-757 ist ein elektromagnetischer Wandler mit hydrodynamischer Ankopplung nach einem Vorschlag von Hudde und Hüttenbrink bekannt geworden.From the publication HP Zenner, H. Leysieffer, "Active electronic hearing implants for middle and inner ear deaf people - a new era in ear surgery, part 1 : basic principles and proposed nomenclature". HNO 10 ( 1997 ), pages 749-757, an electromagnetic transducer with hydrodynamic coupling according to a proposal by Hudde and Hüttenbrink has become known.
In K.-B. Hüttenbrink, "Implantierbare Hörgeräte für hochgradige Schwerhörigkeit", HNO 10/97, Seiten 742-744 und in H. Hudde, B. Gewert, K.-B. Hüttenbrink: "Zukünftige Möglichkeiten aktiver Mittelohrimplantate." Audiol. Akust. 31 (1992) Seiten 144-165 wird der direkte Antrieb der Innenohrflüssigkeit durch einen Vibrator beschrieben. Ein elektrodynamischer Wandler wird in der Mastoidhöhle oder in der Temporalschuppe positioniert und über ein wassergefülltes Schläuchlein werden die Vibrationen an die Membran des runden Fensters hydroakustisch über tragen. Diese hydroakustische Übertragung hat den Vorteil, daß der Wandler technisch optimal ohne Rücksicht auf die enge Mittelohranatomie und die Ausrichtung zum Innenohr gestaltet und positioniert werden kann. Auch der Ort der Einspeisung in das Innenohr kann hierdurch frei ge wählt werden.In K.-B. Hüttenbrink, "An implantable hearing aids for severe hearing loss" ENT 10/97, pages 742-744 and H. Hudde, as Amal, K.-B. Hüttenbrink: "Future possibilities of active middle ear implants." Audiol. Audible. 31 ( 1992 ) pages 144-165 describes the direct drive of the inner ear fluid by means of a vibrator. An electrodynamic transducer is positioned in the mastoid cavity or in the temporal scales, and the vibrations are transferred hydroacoustically to the membrane of the round window via a water-filled tube. This hydroacoustic transmission has the advantage that the transducer can be designed and positioned in a technically optimal manner without taking into account the narrow middle ear anatomy and the alignment with the inner ear. This also allows the location of the feed into the inner ear to be freely selected.
Für problematisch wird die Einspeisung der Wandlerenergie in die Ossikelkette angesehen. Es scheint nur die Einspeisung in die Membran des runden Fensters möglich. Dazu wurde ein Säckchen am Ende des Schlauches der Nische im runden Fenster angepaßt, so daß praktisch verlust frei die Schwingungen auf die Perilymphe übertragen werden können.Feeding the converter energy into the ossicle chain is considered problematic. It only the feed into the membrane of the round window seems possible. There was also a small bag at the end of the hose the niche in the round window adjusted so that practically loss the vibrations can be freely transferred to the perilymph.
Eine Ausgestaltung eines vollständig integrierbaren Mikrofons geht aus der Druckschrift nicht hervor.An embodiment of a fully integrable microphone does not appear from the publication out.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, den eingangs genannten Wandler mit Schlauch für ein vollständig integrierbares Hörgerät als Mikrofon nutzbar zu machen, das der Mittelohrana tomie und den vorliegenden Defekten nahezu beliebig anpaßbar ist.The object of the invention is to provide the above-mentioned transducer with a hose for to make a fully integrable hearing aid usable as a microphone, that of the middle ear tomie and the existing defects is almost customizable.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß das von hydroelektrischem Wandler, Schlauch und Membran gebildete Hohlvolumen mit einer Flüssigkeit so gefüllt ist, daß die Membran prall ausgebaucht ist.The object is in connection with the features mentioned in the preamble of claim 1 solved in that formed by the hydroelectric transducer, hose and membrane Hollow volume is filled with a liquid so that the membrane bulges bulging.
Je nach vorliegenden Defekten kann die Membran an ein beliebiges intaktes Gehörknöchelchen angekoppelt werden. Vorzugsweise erfolgt die Ankopplung an den mit dem Trommelfell- Hammer verbundenen Amboß.Depending on the defects present, the membrane can be attached to any intact ossicle be coupled. The coupling to the tympanic membrane is preferably Hammer connected anvil.
Durch die Ankopplung an ein Gehörknöchelchen wird im Gegensatz zur Aufnahme von Luft schall aus dem Paukenraum ein kraftmäßig verstärktes Signal aufgenommen, das von der Mem bran und der Flüssigkeit des hydroelektrischen Wandlers in ausreichend starke hydrodynamische Wellen umgeformt werden kann. Die weitere Signalverarbeitung kann dann in üblicher Weise erfolgen.By coupling to an ossicle is in contrast to the absorption of air sound from the tympanic chamber a force-amplified signal recorded by the mem bran and the liquid of the hydroelectric converter into sufficiently strong hydrodynamic Waves can be reshaped. The further signal processing can then in the usual way respectively.
Damit die Ankopplung und Signalabnahme ohne störende Einflüsse erfolgen kann, weist die ausgebauchte Membran eine vom Schlauchende zur Spitze abnehmende Dicke auf. Dadurch paßt sich der Bereich der Spitze ideal der Form des Gehörknöchelchens an und die Schwingungen können auf die Flüssigkeit im Schlauch übertragen werden. Die zum Schlauchende zunehmende Verdickung der Membran stabilisiert die Form, womit mit Verlust verbundene seitlich wirkende Schwingungen minimiert werden.So that the coupling and signal take-off can take place without disturbing influences, the bulged membrane has a decreasing thickness from the end of the hose to the tip. This fits the area of the tip ideally matches the shape of the ossicle and the vibrations can be transferred to the liquid in the hose. The increasing towards the end of the hose Thickening of the membrane stabilizes the shape, causing side effects associated with loss Vibrations are minimized.
Die Lage der Ausbauchung richtet sich nach dem Ankopplungsort. So ist es vorteilhaft die Aus bauchung der Membran in axialer Richtung zum Schlauchende verlaufen zu lassen oder senk recht zum Schlauchende stehend vorzusehen. The location of the bulge depends on the coupling location. So it is advantageous the end bulge the membrane in the axial direction to the hose end or lower to be provided standing to the end of the hose.
Die Membran wird vorzugsweise aus Silikon gefertigt, wodurch eine ausreichend hohe Elastizi tät erreicht wird. The membrane is preferably made of silicone, which provides a sufficiently high elasticity activity is achieved.
Zur Erhaltung einer prallen Ausbauchung der Membran wird eine Flüssigkeit eingesetzt, die einen geringfügig höheren osmotischen Druck gegenüber dem umliegenden Gewebe oder der gesättigten Luft in der Paukenhöhle aufweist, so daß sich ein Druckgradient von der Umgebung zur Flüssigkeit einstellt. Damit bleibt ein geringer vorhandener Druck stabil bestehen, wodurch die Ankopplung in ihrer Qualität nicht vermindert wird.A liquid is used to maintain a bulging bulge of the membrane a slightly higher osmotic pressure compared to the surrounding tissue or the has saturated air in the tympanic cavity, so that there is a pressure gradient from the environment to the liquid. This means that a low pressure remains stable, which means the quality of the coupling is not reduced.
Die verwendeten Flüssigkeiten müssen niedrigviskos und biokompatibel sein (z. B. Kochsalzlösungen oder Alkohol).The liquids used must be of low viscosity and biocompatible (e.g. Saline or alcohol).
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des hydroakustischen Wandlers weist dieser ein Hohlvolumen auf, an das ein flexibler Schlauch mit einer formstabilen Hülle angeschlossen ist, dessen freies Ende von einer ausgebauchten Membran abgeschlossen ist, wobei die Hohlvolumina von Wandler, Schlauch und ausgebauchter Membran mit einer Flüssigkeit die Membran aufprallend gefüllt sind, und die ausgebauchte Membran an ein Gehörknöchelchen oder das Trommelfell ankoppelbar ist.In an advantageous embodiment of the hydroacoustic transducer, this has Hollow volume to which a flexible hose with a dimensionally stable sleeve is connected, the free end of which is closed by a bulged membrane, the Hollow volumes of transducer, tube and bulged membrane with a liquid Membrane are filled with impact, and the bulged membrane to an ossicle or the eardrum can be coupled.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Ankopplung des Wandlers ohne weitere Zerstörung des Gehörknöchelchenapparates einschließlich der Cochlea und somit ohne Hörverlust möglich ist. Es erfolgt keine harte Ankopplung, die einen Knochenumbauprozeß bewirken kann, sondern eine weiche Ankopplung durch die ausgebauchte Membran und die Füllung mit einer Flüssigkeit.The advantage of the invention is that the coupling of the converter without further Destruction of the ossicular apparatus including the cochlea and therefore without Hearing loss is possible. There is no hard coupling, which is a bone remodeling process can cause, but a soft coupling through the bulged membrane and Filled with a liquid.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. In the drawings show:
Fig. 1 einen Querschnitt des Innenohrbereiches mit implantierten erfindungsgemäßen Wandler Fig. 1 shows a cross section of the inner ear area with implanted transducer according to the invention
Fig. 2 ein Schlauchende mit einer Ausbauchung der Membran in senkrechter Richtung Fig. 2 shows a hose end with a bulge of the membrane in the vertical direction
Fig. 3 ein Schlauchende mit einer Ausbauchung der Membran in axialer Richtung. Fig. 3 shows a hose end with a bulge of the membrane in the axial direction.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch das Hörorgan dargestellt. In der Mastoidhöhle sind ein Wandler 1 für ein Mikrofon, ein weiterer Wandler als Aktuator 5 und ein Verstärker 6 untergebracht. Das eigentliche Mikrofon wird von dem Wandler 1, einem damit verbundenen Schlauch 2 und einer am Schlauchende vorgesehenen ausgebauchten Membran 3 gebildet. Die Membran 3 ist hier vorzugsweise an den Amboß 7 angekoppelt. In Fig. 1 is a cross section through the auditory organ. A transducer 1 for a microphone, a further transducer as an actuator 5 and an amplifier 6 are accommodated in the mastoid cavity. The actual microphone is formed by the transducer 1 , a hose 2 connected to it and a bulged membrane 3 provided at the end of the hose. The membrane 3 is preferably coupled to the anvil 7 here.
Der Wandler 1 des Mikrofons ist elektrisch mit einem Verstärker 6 verbunden. Daran angeschlossen ist ein weiterer Wandler 5, der zur Umwandlung der verstärkten elektrischen Signale in hydrodynamische Signale ausgebildet ist. An ein im Wandler 5 vorhandenes mit einer Flüssigkeit füllbares Volumen ist ein Schlauch 2 angeschlossen. Das freie Ende des Schlauches 2 ist von einer ausgebauchten Membran 3 abgeschlossen. Die Membran 3 ist an das runde Fenster 8 angekoppelt.The transducer 1 of the microphone is electrically connected to an amplifier 6 . Connected to this is a further converter 5 which is designed to convert the amplified electrical signals into hydrodynamic signals. A hose 2 is connected to a volume that can be filled with a liquid in the transducer 5 . The free end of the hose 2 is closed by a bulged membrane 3 . The membrane 3 is coupled to the round window 8 .
In der Fig. 2 ist das Ende des Schlauches 2 mit Membran 3 dargestellt. Die Ausbauchung der Membran 3 ist hier senkrecht zur Schlauchachse angeordnet, so daß sich ein pfeifenkopfähnliches Gebilde ergibt. Mit dieser Ausbildung ist die Ankopplung des Mikrofons an den Amboß 7 in relativ einfacher Weise möglich. Der Schlauch verläuft in nahezu gestreckter Form auf den Amboß zu.In FIG. 2, the end of the tube 2 is shown with membrane 3. The bulge of the membrane 3 is arranged perpendicular to the hose axis, so that a pipe-head-like structure results. With this design, the coupling of the microphone to the anvil 7 is possible in a relatively simple manner. The tube runs towards the anvil in an almost elongated form.
Fig. 3 zeigt eine Ausbildung der Membran 3, bei der die Ausbauchung in Richtung der Schlauchachse verläuft. Dargestellt ist weiterhin die Form der Membran, die durch eine abnehmende Dicke vom Ende des Schlauches zur Spitze der Membran 4 gekennzeichnet ist. Fig. 3 shows an embodiment of the membrane 3 , in which the bulge extends in the direction of the hose axis. Also shown is the shape of the membrane, which is characterized by a decreasing thickness from the end of the hose to the tip of the membrane 4 .
11
Wandler als Mikrofon (hydroakustisches Signal → elektrisches Signal)
Converter as microphone (hydroacoustic signal → electrical signal)
22
Schlauch
tube
33
ausgebauchte Membran
bulged membrane
44
Berührungspunkt der Membran
Point of contact of the membrane
55
Wandler als Aktuator (elektrisches Signal → hydroakustisches Signal)
Converter as actuator (electrical signal → hydroacoustic signal)
66
Verstärker und elektronische Signalverarbeitung
Amplifiers and electronic signal processing
77
Amboß
Anvil
88th
Membran am runden Fenster
Membrane on the round window
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