AT505967A2

AT505967A2 - Implantierbarer akustischer sensor

Info

Publication number: AT505967A2
Application number: AT0804704A
Authority: AT
Inventors: Robert Cowan; Anthony Klein; Peter Misha Seligman; Andy Lei Zhang
Original assignee: Hearworks Pty Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2009-05-15
Also published as: US7580754B2; AU2004229085A1; AU2004229085B2; AT505967A3; US20050177204A1; AT505967B1

Description

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Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen akustischen Sensor, und im Besonderen einen akustischen Sensor zur Verwendung mit einer Hörprothese.

Hintergrund

Implantierbare Hörprothesen werden zur Bereitstellung einer Behandlung von an Hörverlust leidenden Individuen verwendet. Hörprothesen, wie herkömmliche Hörhilfen und jüngst Innenohrimplantate wurden traditionell benötigt, um zwei verschiedene Funktionen durchzuführen, nämlich die Erfassung und Verarbeitung von Umgebungsgeräuschen in ein verarbeitetes Signal und die Verwendung des verarbeiteten Signals zur Erzeugung einer Stimulierung zur Weiterleitung an das Hörsystem.

In implantierbaren Systemen, wie Innenohrimplantaten und implantierbaren Hörhilfen, werden diese Funktionen typischerweise durch separate Teile der Systeme durchgeführt. Die Erfassung und Verarbeitung von Sprach- und Umgebungsgeräuschen findet typischerweise im äußeren Teil statt und umfasst ein Mikrofon zur "Wahrnehmung der Sprach- und Umgebungsgeräusche und eine Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Sprach- und Umgebungsgeräusche in ein Signal, welches zum implantierten Abschnitt übertragen wird. Die Weiterleitung des verarbeiteten Signals an das Hörsystem findet typischerweise im internen oder implantierten Teil des Systems statt, wobei das verarbeitete Signal von einer implantierten Stimulationseinheit empfangen wird, welche das verarbeitete Signal entschlüsselt und die geeignete Stimulierung über intracochleäre Elektroden oder elektromechanische Stimulierung an den Hörpfad weiterleitet, um dem Empfänger eine Wahrnehmung der Sprach- und Umgebungsgeräusche bereitzustellen.

Dadurch war ein üblicher Aspekt herkömmlicher Hörprothesen die Notwendigkeit, dass der Empfänger den externen Teil des Systems auf eine Art mitführt oder trägt, welche sicherstellt, dass eine konstante Verbindung zwischen dem externen Teil und dem implantierten Teil besteht. Die dauernde Anwesenheit eines externen Teils des Systems kann die Art an Aktivitäten, welche der Empfänger während des Tragens der Prothese durchführen kann, maßgeblich einschränken. Beispielsweise wurden traditionell Aktivitäten, welche mit Wasser zu tun haben, wie Schwimmen,

Duschen oder selbst dem Ausgesetztsein von Regen, wegen einer Ϊ 1 - 2 - ···· ·· ·· • · · · · ···· · ····· · · « ·· ·· ··· ··· ·· ···· möglichen Beschädigung des externen Teils nicht empfohlen. Ferner kann die optische Erscheinung des externen Teils dem Träger einen gewissen Grad an Verlegenheit bescheren, im Besonderen für Kinder, bei welchen noch ein gewisser Grad an sozialem Stigma existieren kann.

Deswegen wurden vollständig implantierbare Hörprothesensysteme vor geschlagen. In solchen Systemen sind alle Komponenten der Prothese im Empfänger implantiert, was zu einer Prothese führt, welche für den beiläufig Hinschauenden nicht sichtbar ist.

Um jedoch ein vollständig implantierbares Hörprothesensystem bereitzustellen, besteht die Notwendigkeit in der Bereitstellung eines akustischen Sensors, der in den Empfänger implantiert werden kann und trotzdem zum Erkennen von Sprach- und Umgebungs-geräuschen mit einem hohen Maß an Genauigkeit geeignet ist.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bereitstellung eines implantierbaren akustischen Sensors, der die natürlichen akustischen Funktionen des Außen- und Mittelohrs durch Erfassung der akustischen Druckschwankungen in dem natürlich vorhandenen Fluid innerhalb des Innenohrs (Perilymphe) nutzt.

In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein implantierbarer akustischer Sensor für eine Hörprothese bereitgestellt, wobei der Sensor umfasst: ein längliches Element, welches zur Implantation in ein Innenohr wirksam angepasst ist; und ein piezoelektrisches Element, welches funktionell mit dem länglichen Element zusaromenwirkt, um Druckwellen in der Pe-rilymphe des Innenohrs zu erfassen und entsprechende elektrische Signale herzustellen.

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Hörprothese bereitgestellt, umfassend: einen piezoelektrischen Sensor mit einem länglichen Teil, der zur Implantation in ein Innenohr angepasst ist; einen Signalprozessor, der mit dem Sensor in Verbindung steht; und einen Stimulator zum Durchführen einer Behandlung in Übereinstimmung mit dem Signalprozessor, wobei der Sensor während der Verwendung über den länglichen Teil Druckwellen in der Perilymphe des Innenohrs wahrnimmt und - 3 • · • · · · • · · · • · · · • · · · ·· ·· ···· ··

·· • · · · • · · ··· · • · • · · · · · entsprechende elektrische Signale an den Signalprozessor schickt, wobei der Stimulator eine Behandlung in Reaktion auf die elektrischen Signale durchführt.

Der Stimulator kann jede Form von Hörprothese sein, umfassend ein Innenohrimplantat, eine Hörhilfe oder jede andere Form von Prothese. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine besondere Stimulationsform beschränkt.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Design als vollständig implantierbares Gerät nützlich ist, kann sie auch in anderen Systemen verwendet werden, in welchen eine externe Komponente enthalten ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Beispielhaft wird nun eine Anzahl an bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines herkömmlichen Innenohr implantatsys tems;

Fig. 2 eine Ansicht eines vollständig implantierbaren Innen-ohrimplantatsystems, welches einen implantierbaren akustischen Sensor gemäß der ersten Anordnung verwendet;

Fig. 3A eine Detailansicht des implantierten akustischen Sensors von Fig. 2;

Fig. 3B eine Detailansicht eines alternativen implantierbaren akustischen Sensors;

Fig. 4a und 4b schematische Zeichnungen, welche zum Formen eines piezoelektrischen Elements gemäß dieser Offenbahrung verwendet werden;

Fig. 5 ein Schaltbild eines JFET-Sourcefolgers;

Fig. 6 eine Ansicht eines vollständig implantierbaren Innenohr implantatsystems, welches einen implantierbaren akustischen Sensor verwendet;

Fig. 7 ein Schaltbild einer Ladungsverstärker-Schaltung;

Fig. 8 eine Ansicht einer weiteren Anordnung eines implantierbaren akustischen Sensors;

Fig. 9 eine Ansicht einer weiteren Anordnung des implantierbaren akustischen Sensors;

Fig. 10 eine Ansicht einer weiteren Anordnung des implantierbaren akustischen Sensors;

Fig. 11 eine Ansicht einer Ausführungsform der Hydrofon-An-ordnung von Fig. 10; und - 4 - - 4 - • ···· ·· • · · · · · · • ··· · · · • · · · · · • · · · ·····« · · ···· • · • · · · • · · · ·· ··

Fig. 12 eine Ansicht einer Ausführungsform der Hydrofon-An-ordnung von Fig. 11.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG UND BESTER BETRIEB

Bevor die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, ist es von Vorteil die Gesamtkonstruktion und -funktion eines typischen Innenohrimplantatsystems zu beschreiben.

Mit Bezugnahme auf Fig. 1 umfasst das Innenohrimplantatsys-tem 10 zwei Hauptteile, einen externen Teil mit einem Sprachprozessor 29, und einen internen oder implantierten Teil mit einer implantierten Empfänger- und Stimulationseinheit 22.

Der externe Teil umfasst ein Mikrofon 27. In dieser Abbildung ist der Sprachprozessor 29 so hergestellt und angeordnet, dass er hinter das Außenohr 11 passt und hinter dem Außenohr 11 über eine Ohrhakenanordnung (nicht gezeigt) gehalten wird. Alternative Versionen können am Körper getragen werden. An dem Sprachprozessor 29 ist eine Sendespule 24 angeschlossen, die über eine Hochfrequenz(HF)-Verbindung elektrische Signale an die implantierte Einheit 22 überträgt.

Der implantierte Teil umfasst eine Empfängerspule 23 zum Empfang von Energie und Daten von der Sendespule 24. Ein Kabel 21 erstreckt sich von der implantierten Empfänger- und Stimulationseinheit 22 zum Innenohr 12 und endet in einem Elektroden-array 20. Die dadurch empfangenen Signale werden durch das Array 20 der Basilarmembrane 8 und den Nervenzellen innerhalb des Innenohrs 12 zugeführt, wodurch der Hömerv 9 stimuliert wird. Der Betrieb eines solchen Geräts ist in der Technik bekannt und wird beispielsweise im US-Patent Nr. 4 532 930 beschrieben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein herkömmliches Innenohr implantatsystem ziemlich sichtbar und benötigt eine Anzahl externer Komponenten, um das Geräusch aufzunehmen und zu einem kodierten Signal zur Übermittlung an die implantierte Einheit 22 zu verarbeiten. Da das Geräusch extern auf genommen wird, wurden traditionell herkömmliche Hörhilfenmikrofone verwendet, um solch eine Funktion durchzuführen.

Das natürliche menschliche Hörsystem und die natürlichen akustischen Funktionen des Außen- und Mittelohrs sind der ideale Wahrnehmungsmechanismus zur Bereitstellung eines Filters, Bündelung und Verstärkung von Umgebungsgeräuschen. Das menschliche Ohr nimmt im Wesentlichen Luftschallwellen auf und wandelt diese ·· ·· » ««·· *· ·· ······· ···· • ·· · · · ·· 4 · · • · · · · · ··· · f · · · · · I # Μ ·· ·*· ··« Μ ···« — 5 - in flüssigkeitsübertragenen Druck innerhalb des Innenohrs um.

Das Mittelohr dient als ein Impedanzwandler, um den geringen Luftwiderstand dem hohen Perilymphwiderstand (beispielsweise das Fluid in der Vorhof treppe und Paukentreppe im Innenohr) anzupassen. Dadurch beträgt das Druckübertragungsverhältnis von der Mittelohrmembran zur Paukentreppe mehr als 30 dB rund um 1 KHz und fällt auf weniger als 0 dB unter 100 Hz ab.

Ein Beispiel einer Innenohrimplantateinheit 30 mit einem implantierbaren Sensor gemäß dieser Offenbarung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Implantateinheit 30 ist in diesem Beispiel auf herkömmliche Weise angeordnet, d.h. mit einer implantierten Komponente und einer externen Steuereinheit. Obwohl die vorliegende Erfindung einen implantierbaren akustischen Sensor bereitstellt, der vorzugsweise in einer vollständig implantierten Vorrichtung verwendet sein kann, ist dieser bei der Anwendung nicht auf solch eine Vorrichtung beschränkt. Die praktische Verwendung, welche unten beschrieben wird, umfasst eine externe Komponente.

Die Implantateinheit 30 umfasst ein hermetisch verschlossenes Gehäuse 31, eine Sender-/Empfängerspule 33, ein Elektrodenarrayelement 32 und eine Leitung 34 mit einem Pe-rilymph-akustischen Sensor 38.

Das Gehäuse 31 enthält eine elektronische Schaltung, umfassend eine Stromquelle, die während der Verwendung mit dem Implantat 30 verbunden ist. Die Sender-/Empfängerspule 33 ist zum Empfang und/oder Senden von Daten von/zu einer externen Steuereinheit, wie einer in Fig. 1 beschriebenen Sprachprozessoreinheit, geeignet. Die Sender-/Empfängerspule 33 ist ferner zur Verbindung mit einer externen Energieladungsquelle zum Wiederaufladen der implantierten Stromquelle geeignet.

Das Elektrodenarray 32 ist mit dem Gehäuse 31 an seinem proximalen Ende verbunden und endet an seinem distalen Ende mit mehreren Elektrodenelementen. Das Elektrodenarray 32 ist im Innenohr zur elektrischen Stimulation positionierbar, um eine Geräuschwahrnehmung auf die zuvor beschriebene Art, und wie in der Technik allgemein verstanden, zu erzeugen.

Es sei verständlich, dass in der gezeigten Ausführung die für die akustischen UmgebungsSignale repräsentativen elektrischen Signale an die externe Komponente zur Verarbeitung gesendet werden müssen, um das Stimulationssignal für das

Elektrodenarray 32 zu erzeugen. Bestehende Innenohrimplantate umfassen Telemetrie-Übertragungsanordnungen, welche mit geeigneten Modifikationen, für diesen Zweck verwendet werden könnten. Jegliche geeignete Übertragungsanordnung könnte verwendet werden. Im Fall einer akustischen Hörhilfe könnte ein Nahbereichs -HF -Verbindungssystem bereitgestellt werden. In einem vollständig implantierten System könnten die akustischen Signale innerhalb des Implantats 30 verarbeitet werden.

Mit jetziger Bezugnahme auf Fig. 3A umfasst der Sensor 38 ein Manschettenelement 35 und ein längliches Element 36. Das Manschettenelement 35 ist zwischen dem länglichen Element 36 und der Leitung 34 angeordnet. Das Manschettenelement 35 ist im Allgemeinen geeignet, um außerhalb des Innenohrs angebracht zu werden und während der Verwendung in Verbindung mit der externen Wand des Innenohrs zu stehen, um die Perilymphe innerhalb des Innenohrs einzuschließen und den Sensor 38 zu stabilisieren. Vorzugsweise besteht die Manschette 35 aus einem biokompatiblem Material, wie Titan.

Die Manschette 35 stellt ferner in dieser Anordnung ein hermetisch abgedichtetes zylindrisches Gehäuse für ein Interface, oder einen Vorverstärker 50, bereit, wie beispielsweise in Fig. 5 als ein JFET-Trans-ImpedanzVerstärker gezeigt, dessen Betrieb weiter unten genauer beschrieben wird.

Das längliche Element 36 umfasst ein piezoelelektrisches Element 39, welches zur Wahrnehmung von Druckveränderungen in einer umliegenden Umgebung und zur Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signals geeignet ist. „Piezoelektrisch" umfasst im Zusammenhang mit dieser Beschreibung Piezo-Polymere und Piezo-Keramiken und jegliches anderes geeignetes Material, welches einen piezoelektrischen Effekt aufweist.

Der Vorverstärker 50 verringert den Quellenwiderstand des piezoelektrischen Elements 39 und minimiert das in der Leitving 34 erzeugte Rauschen. Der Vorverstärker 50 verarbeitet das von dem länglichen Element 36 empfangene elektrische Signal und gibt ein Signal zur weiteren Verarbeitung als eine Signalausgabe an das InnenohrimplantatSystem 10 aus.

Das längliche Element 36 wird operativ in die Paukentreppe eingeführt, um in Kontakt mit der Perilymphe zu stehen. Das längliche Element 36 ist so aufgebaut, dass es Veränderungen des Flüssigkeitsdrucks der Perilymphflüssigkeit erfasst, welche den 7

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Umgebungsgeräuschsignalen entsprechen. Diese Druckwellen werden durch die vorhin beschriebenen mechanischen Funktionen des Mittelohrs hervorgerufen. Die Druckveränderungen führen zu einem elektrischen Signal im piezoelektrischen Element 39 und das Signal wird entlang des länglichen Elements 36 bis zur Manschette 35 übertragen.

Sowohl das Elektrodenarray 32 als auch das längliche Element 36 werden in das Innenohr unter Verwendung gleicher Verfahren eingeführt. Im Allgemeinen wird das Elektrodenarray 32 in die Paukentreppe und das längliche Element 36 in die Vorhof treppe eingeführt, wodurch die Durchführung zweier separater Cochleo-stomien notwendig wird. Es sei verstanden, dass nur eine Coch-leostomie nötig wäre, wenn der akustische Sensor 38 in einer implantierbaren Hörhilfenanwendung verwendet werden würde.

Die vorliegende Erfindung kann jedoch in alternativen operativen Maßnahmen angewandt werden, vorausgesetzt, dass der Sensor entsprechend in oder in Verbindung mit der Perilymphe angeordnet ist.

Das längliche Element 36 umfasst einen Mittelleiter 40, eine piezoelektrische Schicht 39 und eine Oberflächenelektrode 41.

Der Mittelleiter 40 dient als Signalelektrode und die Oberflächenelektrode 41 dient als Erdungselektrode und zur Abschirmung. Die Oberflächenelektrode 41 kann jeder geeignete biokompatible Leiter sein, beispielsweise eine Ti- oder Pt-Dünnschicht.

Eine Dünnschicht-Passiviertangsschicht (nicht gezeigt) ist ebenfalls um die Oberflächenelektrode 41 angeordnet, um eine elektrische Isolierung zwischen der Elektrode und der tom-liegenden Perilymphe bereitzustellen. Jede geeignete biokompatible Isolierung kann verwendet werden. Diese Passivierungsschicht in dieser Ausführung umfasst eine Materialschicht wie Parylen oder Silikonkautschuk.

Ein piezoelektrisches Material ist jenes, in welchem die Auferlegung von mechanischer Spannung oder Dehnung eine elektrische Polarisation über das Material erzeugt. Die piezoelektrische Schicht 39 umfasst eine Schicht aus piezoelektrischem Material, so dass Druckwellen in der Perilymphe in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Die piezoelektrische Schicht 39 kann ein synthetisches Polymer mit solchen Eigenschaften sein, welche als piezoelektrische Folien oder Piezo-Fo-lien bekannt sind, wie Polyvinylidenfluoride (PVDF) und seine 8 8 • ·

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Copolymere. Solche Piezo-Folien-Wandler sind klein, günstig und ein Festkörper und deshalb stabiler als typische elektrostatische Wandler und sie haben eine große Frequenzbandbreite.

Fig. 3B zeigt eine andere Anordnung des akustischen Pe-rilymph-Sensors 38, in welchem das Manschettenelement 35 eine zylindrische Form hat und dazu geeignet ist in die Öffnung zu passen, welche in der Wand eines Innenohrs hergestellt ist, um den Sensor 38 abdichtend an dieser Stelle zu halten.

Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Fig. 4A und 4b werden einige grundlegende theoretische Aspekte in Bezug auf das Design der piezoelektrischen Schicht 39 beschrieben. Wie aus Fig. 3B ersichtlich, hat die piezoelektrische Schicht 39 eine zylindrische Form mit einer Länge L, einer wanddicke t und einem durchschnittlichen Durchmesser d, der dem Durchschnitt der Außen- und Innendurchmesser entspricht. Bei Betrieb wird die piezoelektrische Schicht 39 in das Fluid innerhalb des Innenohrs eingetaucht und ein akustischer Druck Pi wird auf seine Außenoberfläche aufgebracht. Dadurch kann, ausgehend davon, dass der Mittelleiter 40 nicht komprimierbar ist, die piezoelektrische Schicht 39 als ein piezoelektrisches Plättchen geformt werden, welches mit einer Länge L, einer Breite von πd und einer Dicke t auf einer festen Unterlage aufsitzt.

Die Oberfläche S des Plättchens ist ndL, so dass die Kapazität wie folgt gegeben ist:

(i)

Unter einem akustischen Druck Pi folgt die Ladung Q aus: Q = dhSPt = dkKdLPt wobei dh der piezoelektrische Koeffizient in pC/N ist. Dadurch ist die Leerlauf Spannung Va: 0) - 9 ···· ·· „ Q djtdLP, d. r-c-^=TF't=*·*' t wobei dh die hydrostatische Dehnungskonstante in C/N, gh die Spannungskonstante in Va/N und gh = dh/e ist.

Dadurch ist die Leerlaufsensitivität des Sensormodells:

V (4)

Mit solch einem Design und der Fähigkeit die Schichtparameter, wie die Wanddicke t und den Durchmesser d, zu verändern, ist es dadurch möglich einen Sensor bereitzustellen, der geeignete Eigenschaften hat, um bei Implantation als Mikrofonvorrichtung wirksam zu dienen, um mit der Perilymphe in Verbindung zu stehen. Es sei verstanden, dass die entsprechenden Dimensionen durch den Fachmann unter Bezugnahme auf die Eigenschaften des ausgewählten Materials bestimmt werden können. Veranschaulichende Dimensionen werden in den Figuren 3A und 10 gezeigt.

Wie zuvor beschrieben, wird das längliche Element 36 im Ein satz in die Vorhoftreppe implantiert, wo es Druckunterschieden in der Perilymphe ausgesetzt ist, welche für wahrgenommene und durch das natürliche akustische System verarbeitete Umgebungsgeräusche repräsentativ sind. Die Druckunterschiede werden durch die piezoelektrische Schicht 39 auf eine oben beschriebene Art erfasst und die daraus folgende Veränderung des elektrischen Feldes der piezoelektrischen Schicht 39 wird dann durch den Mittelleiter 40 an die Manschette 35 geleitet. Die Manschette 35 umfasst einen Vorverstärker, um das von der piezoelektrischen Schicht 39 zur Verarbeitung durch das Implantat 30 empfangene Signal zu konditionieren und zu bearbeiten. Fig. 5 zeigt einen solchen für diesen Zweck geeigneten Verstärker, und zwar einen JFET-Vorverstärker.

Da die piezoelektrische Schicht 39 eine sehr geringe Kapazi - 10 -

tät von wenigen pF hat, ist es wichtig die Streukapazität zwischen dem Sensorelement und dem JFET-Vorverstärker zu minimieren. Diesbezüglich werden die in der vorliegenden Anwendung oberflächenbefestigten Widerstände direkt auf den Anschlüssen des JFET's innerhalb der Manschette 35 befestigt.

Durch Auswahl eines geeigneten Widerstands des SMD-Widerstands, kann die Verstärkung des Vorverstärkers dementsprechend angepasst werden, wie der Fachmann erkennen wird.

Nach der Vorverstärkung wird das verarbeitete Signal an die Implantateinheit 30 über das elektrische Kabel 34 übertragen, wo das für das Umgebungsgeräusch oder die Sprache charakteristische Signal als Mikrofoneingang verwendet werden kann.

Obwohl obige Anordnung einen Vorverstärker in der Manschette 35 zur Verarbeitung des Signals vor dem Empfang des Signals durch die Implantateinheit 30 verwendet, sei es auch in Betracht gezogen, dass der Vorverstärkungsschaltkreis innerhalb des Im-plantatgehäuses 31 angeordnet sein könnte. Eine solche Anordnung wird in Fig. 6 gezeigt. Im Gegensatz zur in Fig. 2 beschriebenen Anordnung besteht keine Notwendigkeit einer zusätzlichen hermetischen Einheit zur Aufnahme eines externen Vorverstärkers. Stattdessen ist die VerstärkungsSchaltung im Implantatgehäuse 31 angeordnet, welches das Signal direkt von dem akustischen Pe-rilymph-Sensor 38 Über die Leitung 34 empfängt. Eine solche Anordnung erlaubt ein flexibleres Design des akustischen Perilymph-Sensors 38 ohne der Notwendigkeit, dass eine hermetische Einheit zur Aufnahme des Vorverstärkers vorgesehen ist.

Es führt jedoch zu einem längeren Pfad für das unverstärkte Signal zum Durchlaufen der Leitung 34 vor der Vorverstärkung.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Art von Verstärkungsschaltung, die in der Implantateinheit von Fig. 6 vorgesehen ist, wobei: C die Quellenkapazität der piezoelektrischen Schicht 39, Q die in der Mittelelektrode vorhandene elektrische Ladung, Cf die Rückkopplungskapazität darstellt, und V0ut die Ausgangs Spannung ist, welche durch Vout = Q/Cf bestimmt wird, und unabhängig von der Quellenkapazität der piezoelektrischen Schicht 39 ist.

Das System gemäß Fig. 6 und 7 wird durch Anordnung des Ladungsverstärkere innerhalb der Implantateinheit und dessen Verbindung mit dem Sensor 38 über ein abgeschirmtes Kabel 34 - 11 - 11 ··

• · · · · • · · · · · • · · · ··· • · · · · • · · · · ·· ··· ··· vereinfacht.

Die Fig. 8 bis 10 zeigen alternative Anordnungen des akustischen Perilymph-Sensors 38, in welchen der Vorverstärker innerhalb der hermetischen Einheit 35 aufgenommen ist. Alle Sensor-Anordnungen könnten entweder mit einem Vorverstärker in der Einheit 35 oder auch durch direkte Verbindung mit einem Vorverstärker in der Implantateinheit 31 verwendet werden.

Fig. 8 ist insofern Fig. 3A ähnlich, dass ein Mittelleiter 40 mit der piezoelektrischen Schicht 39 und der Oberflächen-/ Massenelektrode 41 gezeigt wird. In diesem Beispiel ist die Mittelelektrode als eine leitende Schicht 40 um einen nichtleitenden Kern 44, beispielsweise einer Silastik oder einem ähnlichen Silikonkautschuk, gebildet. Die piezoelektrische Schicht 39 ist eine PVDF-Copolymerschicht. Eine Schicht aus einer flexiblen Beschichtung 43 wird über der Oberflächen-/ Massenelektrode 40 aufgebracht. Die flexible Beschichtung ist vorzugsweise aus einem Silatik oder Parylen hergestellt, wodurch eine Passivierungsschicht um die Oberflächenelektrode 41 gebildet wird und eine elektrische Isolation der Perilymphe bereitgestellt wird.

Fig. 9 zeigt eine andere Anordnung des akustischen Pe-rilymph-Sensorelements, welche ähnlich der gemäß Fig. 8 ist. In dieser Anordnung ist jedoch die piezoelektrische Schicht 39 statt aus PVDF-Copolymer aus einem VF2-Piezofolienband mit einer spiralförmigen Umwicklung hergestellt.

Fig. 10 zeigt eine andere Anordnung für den Sensor. Statt dass der Sensor in die Vorhoftreppe eingeführt wird, ist bei dieser Anordnung vorgesehen, dass das Röhrchen 47 als eine Druckleitung zu einem in der Manschette 35 angeordneten Sensor dient. Wie in Fig. 11 deutlicher ersichtlich, ist der Sensor im Gehäuse 35 angeordnet. Der akustische Sensor 38 ist im Gegensatz zu dem in den Fig. 2 bis 9 beschriebenen Piezokabelsensor in diesem Fall ein piezoelektrisches Hydrofon. Das Röhrchen 47 ist aus biokompatiblem Material, wie Titan, hergestellt und erstreckt sich in die Vorhoftreppe und dient als ein Druckeinlass zur Leitung der Perilymphe zu den piezokeramisehen Abtastelementen des Hydrofons, welche innerhalb der Manschette 35 angeordnet sind. Da die Periylmphe eine Flüssigkeit ist, leitet sie die akustischen Signale über ihr Volumen und dadurch können die Druckwellen durch das Hydrofon außerhalb des Innenohrs über ·· ·· · ···· ·· ·· • · · · ·· · · · · · • · t · · ··· · · · • · · · · · ·♦· · ·«··· · #· ·· ·· ··· ··· ·· ···· - 12 -das Röhrchen 47 erfasst werden.

Mit Bezugnahme auf Fig. 11 besteht das Hydrofon aus einem Diaphragma 48, welches aus einem geeigneten Material wie Titan und einer piezokeramischen Scheibe 49 hergestellt ist, welche zur Bildung eines Piezo-Unimorphs kontaktiert ist. Ein Unimorph wird durch Bonden einer dünnen Schicht aus Piezomaterial auf ein Nicht-Piezomaterial hergestellt. In diesem Fall wird der auf das Diaphragma aufgebrachte Druck auf die piezokeramische Scheibe übertragen, um das benötigte elektrische Signal zu erzeugen. Das Unimorph ist hermetisch innerhalb der Manschette 35 abgedichtet, mit einer keramischen Durchführungsvorrichtung 50, welche einen elektrischen Signalpfad vom Unimorph zum Implantat bereitstellt.

Fig. 12 zeigt eine alternative Anordnung zu jener in Fig. 11 gezeigten. Die piezoelektrische Unimorph-Anordnung wird durch mehrere piezokeramische Elemente (beispielsweise Würfel oder Ringe) ersetzt, welche zwischen einem Paar Titandiaphragmen 48 angeordnet sind. Solch eine Anordnung erhöht das Volumen der Piezo-Keramik und dadurch die Empfindlichkeit des Systems auf Veränderungen des Flüssigkeitsdrucks der Perilymphe.

In jeder der obigen Hydrofonanordnungen ist der akustische Perilymph-Sensor 38 so angeordnet, dass das längliche Röhrchen 47 in Flüssigkeitsverbindung mit der Perilymphe steht, tun dadurch Veränderungen und Variationen des Flüssigkeitsdrucks zu erfassen.

Bei allen Ausführungsformen ist es wichtig, dass nach der operativen Einführung des länglichen Elements 36 und/oder des Röhrchens 47 in das Innenohr die Öffnung abgedichtet wird, um sicherzustellen, dass die hydrodynamische Natur des Innenohrs aufrechterhalten wird. Die Manschette 35 des akustischen Pe-rilymph-Sensors 38 dient zur Ausführung dieser Funktion, da sie zum Einführen in die Wand des Innenohrs ausgebildet ist und eine größere Dimension als das längliche Element 36 und das Röhrchen 47 hat. Die Abdichtungsanordnung kann ferner durch Aufbringen einer Hydroxylapatitbeschichtung auf die Manschette 35 unterstützt werden, welche eine Einbindung in die Knochenstruktur zur Erleichterung des Abdichtens fördert. Es soll auch darauf hingewiesen werden, dass ein Silikonkautschukflansch um das längliche Element 36 und/oder Röhrchen 47 angebracht werden könnte, um sowohl als Abdichtstopfen als auch als Anschlag für das operative Einführen zu dienen. - 13 ·· ·· · ···· ·· ·· ······· ···· • · · · · ··· · · · • · · · · · ··· · ····· · · · ·· ·♦ ··· ··· ·· ····

Ein implantierbarer akustischer Sensor gemäß dieser Beschreibung kann die natürlichen akustischen Funktionen des Außen- und Mittelohrs durch Erfassung des akustischen Drucks der Perilymphe innerhalb des Innenohrs nutzen. Der implantierbare akustische Sensor kann in Verbindung mit einer implantierbaren Hörprothese verwendet werden, um die Notwendigkeit eines externen Mikrofons in solch einem System überflüssig zu machen.

Ferner kann der implantierbare akustische Sensor als Teil eines Systems mit anderen Arten akustischer Sensoren verwendet werden. Beispielsweise umfasst das in der WO 02/05590 beschriebene System ein oder mehrere subkutane(s) Mikrofon(e), das/die als Teil eines vollständig implantierbaren Innenohrimplantatsystems dient(en). In dieser alternativen Anordnung ist der implantierbare akustische Sensor gemäß dieser Offenbarung so aufgebaut, dass er parallel mit, oder als alternativ zu jenem/n subkutanen Mikrofon(en) betrieben werden kann, wodurch die Bereitstellung einer Auswahl mehrerer Arten akustischer Eingänge für ein vollständig implantierbares Innenohrimplantatsystem ermöglicht wird. Diese Anordnung kann die Gesamtleistung des vollständig implantierbaren Innenohrimplantatsystems durch Bereitstellung eines zusätzlichen Mittels zur Aufnahme von Geräuschen verbessern, und dadurch muss nicht mehr auf die Leistung (eines) verwendeter(n) bestimmter(n) subkutaner(n) Mikrofoneis) geachtet werden. Das Mehrfach-Sensorsystem kann ferner die selektive Verwendung verschiedener Arten von Sensoren in verschiedenen Umgebungsbedingungen erleichtern, in welchen die Benutzer oder Steuerungssoftware unterschiedliche Einstellungen für die Empfindlichkeit, Richtcharakteristik und dergleichen auswählen können.

Der implantierbare akustische Sensor gemäß dieser Offenbarung benötigt keine beweglichen Teile oder Luftspalten, was bei Implantatdesigns äußerst wünschenswerte Eigenschaften sind. Das Überflüssigmachen komplexer Fixierungs- und Anordnungsschritte verringert die Gefahr von Komplikationen und den Ausfall der Vorrichtung.

Es ist zu begrüßen, dass die vorliegende Erfindung unter der Annahme funktioniert, dass die Perilymphe akustische Signale empfängt, die dem Umgebungsgeräusch entsprechen. Dementsprechend sind die akustischen Wahrnehmungssignale in der Perilymphe nicht wirkungsvoll, wenn die mechanischen Strukturen des Mittel- und - 14 - • ···· ·· ·· ·· · · · · · • ··· · · · • · ··· · • · · · ··· ··· ·· ····

Außenohrs beeinträchtigt sind, so dass keine oder eine unzureichende mechanische Übertragung vorhanden ist.

Selbstverständlich kann ein Fachmann eine Vielzahl an Veränderungen und/oder Modifikationen der in den speziellen Beispielen gezeigten Erfindung vornehmen, ohne vom allgemein beschriebenen Rahmen der Erfindung abzuweichen.

Claims

• ···· ·· mm • · • • · • · • ··· • · • • • ··· • • • • • ··· ··· ·· ···· ·· ·· • · · · • · · · • · · · • · · · ·· ·· - 15 -Ansprüche 1. Inplantierbarer akustischer Sensor für eine Hörprothese, wobei der Sensor umfasst: ein längliches Element, welches zur Impantation in ein Innenohr wirksam angepasst ist; und ein piezoelektrisches Element, welches funktionell mit dem länglichen Element zusammenwirkt, um Druckwellen in der Perilymphe des Innenohrs zu erfassen und entsprechende elektrische Signale zu erzeugen.
2. Sensor nach Anspruch 1, weiters umfassend ein Manschettenelement, welches nahe einem Ende des länglichen Elements angeordnet ist, wobei das Manschettenelement wirksam angepasst ist, um zur Abdichtung einer Öffnung in einer Wand des Innenohrs zu dienen.
3. Sensor nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Element wenigstens entlang eines Bereichs des länglichen Elements angeordnet ist.
4. Sensor nach Anspruch 3, wobei sich das piezoelektrische Element im Wesentlichen entlang der Länge des länglichen Elements erstreckt.
5. Sensor nach Anspruch 4, wobei das piezoelektrische Element eine Schicht um das längliche Element bildet.
6. Sensor nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Element ein Piezo-Kabelsensor ist.
7. Sensor nach Anspruch 3, wobei das piezoelektrische Element ein Polymer, wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder PVDF-Copoly-mer, ist.
8. Sensor nach Anspruch 8, wobei das piezoelektrische Element eine PVDF-Copolymerfolie ist, die auf die Oberfläche des länglichen Elements geklebt und um dieses spiralförmig gewickelt ist.
9. Sensor nach Anspruch 1, wobei das längliche Element einen Mittelleiter umfasst und das piezoelektrische Element eine Schicht um den Mittelleiter bildet.
10. Sensor nach Anspruch 9, wobei der Mittelleiter als Signalelektrode dient.
11. Sensor nach Anspruch 10, wobei die Oberflächenelektrode um die piezokeramische Elementschicht und den Mittelleiter angeordnet ist. 16 ·· ·· · · · · · ·· ·· ······· · · · · • · · · · ··· · · · • · · » · · ··· · • · · · ·· ·· ··· ··· ·· ····
12. Sensor nach Anspruch 1, wobei die Oberflächen-elektrode als Erdungsstab und zur Abschirmung dient.
13. Sensor nach Anspruch 12, wobei eine Dünnfilm-Passivations-schicht über der Oberflächenelektrode angeordnet ist, um eine elektrische Isolierung zwischen der Oberflächenelektrode und der Perilymphe bereitzustellen.
14. Sensor nach Anspruch 13, wobei die Passivationsschicht Pa-rylen oder Silikonkautschuk ist.
15. Sensor nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Element ein piezokeramisches Hydrofon ist.
16. Sensor nach Anspruch 15, wobei das längliche Element eine Leitung zur Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Innenohr und dem Hydrofon bereitstellt und das Hydrofon außerhalb des Innenohrs angeordnet ist.
17. Sensor nach Anspruch 2, wobei die Manschette zur Berührung einer Außenwand des Innenohrs angepasst ist, um das Innenohr abzudichten und den Sensor zu stabilisieren.
18. Sensor nach Anspruch 17, wobei die Manschette eine Länge entlang der Achse des länglichen Elements hat, die größer ist als die Breite der Manschette quer zur Achse.
19. Sensor nach Anspruch 2, wobei die Manschette einen Vorverstärker auf nimmt, der das vom piezoelektrischen Element empfangene elektrische Signal verarbeitet und ein verarbeitetes Signal zur weiteren Verarbeitung durch eine implantierbare Hörprothese ausgibt.
20. Sensor nach Anspruch 19, wobei die Manschette mit einem elektrischen Kabel versehen ist, um das verarbeitete Signal zur weiteren Verarbeitung durch eine implantierbare Hörprothese zu übermitteln.
21. Hörprothese, umfassend: einen piezoelektrischen Sensor mit einem länglichen Teil, der zur Implantation in ein Innenohr angepasst ist; einen Signalprozessor in Verbindung mit dem Sensor; und einen Stimulator zum Auslösen einer Behandlung in Übereinstimmung mit dem Signalprozessor; wobei der Sensor während der Verwendung über den länglichen Teil Druckwellen in der Perilymphe des Innenohrs wahrnimmt und entsprechende elektrische Signale zum Signalprozessor schickt, wobei der Stimulator eine Behandlung in Reaktion auf die elektrischen Signale auslöst. - 17 - 17
• · • · 22. Hörprothese nach Anspruch 21, wobei der Stimulator ein implantierbares Innenohrelektrodenarray ist.
23. Hörprothese nach Anspruch 21, wobei der Stimulator eine Hörhilfe ist.
24. Hörprothese nach Anspruch 22, wobei das El ektrodenarray zur Implantation in die Paukentreppe und das Mikrofon zur Implantation in die Vorhof treppe ausgebildet ist.
25. Implantierbarer akustischer Sensor für eine Hörprothese, wobei der Sensor umfasst: ein längliches Element, welches zur Implantation in ein Innenohr wirksam angepasst ist; ein piezoelektrisches Element innerhalb des länglichen Elements zur Erfassung von Druckwellen in der Perilymphe des Innenohrs und zur Erzeugung entsprechender elektrischer Signale; und Leiter, welche neben dem piezoelektrischen Element angeordnet sind, um entsprechende elektrische Signale zu empfangen.