CN102291663B - 向人体颅骨施加振动信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种向人体颅骨施加振动信号的装置和方法。人的外耳或中耳缺陷导致的听力下降可以通过将接收到的声音转换为振动并将振动传输到颅骨(2)得到补偿。骨导助听装置(27)可以经皮或经皮肤地传输这种振动。在两种情况下，需要精确确定施加到颅骨(2)的振动的大小以用于确定人的骨导听力阈值以及校正助听装置(27)。本发明提供了一种装置(1，27，37)和方法，允许以比现有的装置和方法更精确地确定施加的振动力。这通过在生成振动信号的振动器(1)的计数器块(11)上设置加速度计(21)来实现。加速度计(21)由此提供代表计数器块(11)的加速度的加速度信号，由该加速度信号可以精确和可复验地确定振动力。

Description

向人体颅骨施加振动信号的装置和方法

技术领域

本发明涉及向人体颅骨施加信号的装置和方法，特别的，本发明涉及允许确定施加的振动力的上述的装置和方法。

本发明可以例如应用于确定骨导听力阈值以及校准和/或操作骨导助听装置(bone-conductionhearingdevices)。

背景技术

本领域内已知可以通过将接收到的声音转换为振动(vibration)然后将振动传送到人耳来补偿主要由人的外耳或中耳缺陷引起的听力下降。头颅的骨骼结构将振动引导到人的内耳，由此使得人能够感觉到声音。还已知可以利用相同的原理通过将接收声音的传声器靠近人的聋耳并使颅骨将振动引导到对面未损伤的内耳，来补偿单侧耳聋。

一种已知类型的骨导助听装置包括振动器，它通过弹簧或弹性束带贴着人脑袋的皮肤，并将振动透过皮肤和皮下组织传送到颅骨(经皮的传送(transcutaneoustransmission))。另一种已知类型的骨导助听装置包括可拆卸的振动器，其连接到植入(骨融合(osseointegrated))颅骨的固定装置上。振动器通过上述固定装置将振动传送(经皮肤的传送(percutaneoustransmission))到颅骨。

对于两种类型的骨导装置，都需要精确确定施加到颅骨的振动的大小以便于确定人的骨导听力阈值以及便于校正助听装置。因此，已经进行了各种尝试以开发用于确定振动力和/或振动加速度的装置和方法。

专题论文“ContributionstoabetterunderstandingoffittingproceduresforBaha”作者Hodgetts，WilliamE.，Ph.D.，UNIVERSITYOFALBERTA，2008，NR45445，公开了一种测量振动加速度的装置。该装置包括一种具有硬(stiff)振动元件的振动器，该振动元件位于外壳内，并且也作为计数器工作。振动元件包括外壳一侧上的植入固定部件和外壳相对侧上的突出物之间的连接器，在此处一加速计连接到振动元件上。由此，加速计与振动元件一起振动，加速计的输出信号代表振动元件的加速度。但是，由于连接器的机械阻抗或导纳并不是已知的，而且还可能变化，例如由于使用的材料和/或人的组织和骨骼结构的老化引起变化，加速计的输出和施加到颅骨的振动力之间的关系缺少需要的精度。

发明内容

本发明的目标是提供一种向人体颅骨施加振动信号的装置和方法，该装置和方法能够比现有的装置和方法更加精确地确定施加的振动力。

本发明的该目标和其他目标将通过所附独立权利要求以及以下内容中叙述的发明来实习。本发明的进一步目标将通过从属权利要求限定的和在具体实施方式中描述的实施例来实现。

在本申请中，“助听装置(hearingdevice)”指的是适于改进或提高个人听力能力的装置，例如助听器等。“骨导助听装置(bone-conductionhearingdevice)”指的是适于从人周围接收声音信号、处理接收的信号、将处理的信号转换成振动并将振动传送到人体头部骨骼结构的助听装置。上述处理可以包括放大、缩小、频率滤波、强度压缩、强度扩大、噪声降低、反馈降低和/或任何其他关于助听装置(例如助听器)的现有已知的处理技术，或它们的任意组合。

在“具体实施方式”的具体描述、“本发明的特征”、“发明内容”和权利要求中描述的系统和装置的结构特征，意图在被对应处理替代时，可以与方法相结合。方法的实施例具有与对应系统相同的优点。

本发明的进一步目标通过所附权利要求和发明的详细说明中限定的实施例来实现。

在此使用的，单数形式“一”和“该”、“所述”意图也包括复数形式(即具有“至少一个”的含义)，除非明确地进行了不同说明。还应当理解，术语“具有”、“包括”、“包含”、“含有”在说明书中使用时，指明了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合的存在或增加。应当理解，当一个元件被提及为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，或者可以存在中间的元件，除非明确地相反说明。此处使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的列举项目的任意或全部的组合。此处公开的任何方法的步骤并非必须完全按照公开的顺序执行，除非明确地进行了不同的说明。

附图说明

以下将更加详细地结合优选实施例和参考所附附图解释本发明，其中：

图1示出了根据本发明的振动器的实施例的使用；

图2示出了图1的振动器的截面；

图3示出了图1所示位置中图2的振动器的等效机械线路图；

图4示出了根据本发明的骨导助听装置的实施例的框图；

图5示出了根据本发明的听度计的实施例的框图。

附图是示意性的并且为了清楚进行了简化，它们仅仅示出了理解本发明必要的细节，而省略了其他细节。附图中，相同的附图标记或名称用于同样的或对应的部分。

本发明进一步的应用范围将通过之后给出的详细说明变得更加清楚。但是，应当理解详细说明和具体实施例，尽管指示了本发明的优选实施例，但仅是通过示例的方式给出，因为通过详细描述本发明精神和范围内的各种变化和修改对于本领域技术人员将变得清楚。

具体实施方式

图1示出了振动器1，其通过骨融合到颅骨2中的固定部件4连接到人头部3的颅骨2。固定部件4穿过覆盖颅骨2的组织5和皮肤突出出来。振动器1中产生的振动通过固定部件传递到颅骨2并进一步传递到邻近的内耳6中。这使人能够感知到振动作为声音，即使是在外耳7或中耳(未示出)有缺陷导致声音信号减弱的情况，假设振动足够强。振动还传递到远侧的内耳8，这进一步使得人能够在邻近的内耳6完全聋的情况下感知到振动作为声音，假定振动足够强。

图2上部示出的振动器1基本上相对于线9旋转对称，并包括振动部件10、计数器块11以及电磁马达，电磁马达包括永磁体12和电线圈13，永磁体12机械地连接到计数器块11的径向外部分14，电线圈13机械地连接到计数器块11的径向内部分15。硬(即，相对非可塑性的)环形弹簧16连接振动部件10和计数器块11，并将它们保持在被径向外空气间隙17和径向内空气间隙18分隔开的相对位置上。软(即，相对可塑性的)环形弹簧19连接振动部件10和外壳20，形成了振动器1的外部护罩。加速度计21机械地连接到计数器块11，并提供代表加速度计21、也即是计数器块11沿着线9的加速度的电子加速度信号。振动部件10的部分22穿过环形弹簧16，19的中心突出并且具有表面23，其适于抵靠在固定部件4对应的突出部分25的表面24上，如图2下部详细示出的。弹性环形耦合部件26机械地连接到振动部件10并适配地形成了连接到固定部件4突出部分25的可拆卸耦合。当耦合部件26耦合到固定部件4的突出部分25时，耦合部件26作为保持部件工作，将振动器1保持在它的工作位置上，即振动部件10的表面23抵靠在固定部件4的对应表面24上。计数器块11、永磁体12、电线圈13和加速度计21的组合质量的大小基本上大于振动部件10、外壳20、耦合部件26和固定部件4的总质量。

图3示出了表示在工作位置的振动器1振动部分的机械线路的导纳模拟(admittanceanalogy)。质量M1表示计数器块11、永磁体12、电线圈13和加速度计21的组合质量，它们全都机械地彼此连接，并因此一起移动，如同实质的刚性部件一般。力生成器F1表示马达12，13生成的振动力。可塑性(compliance)C1表示连接计数器块11和振动部件10的硬环形弹簧16的可塑性。质量M2表示振动部件10的质量。可塑性C3表示连接外壳20和振动部件10的软环形弹簧19的可塑性。质量M3表示外壳20的质量。机械导纳(admittance)Y4表示连接振动部件10和颅骨2的耦合部件26和固定部件4的组合机械导纳。机械导纳(admittance)Y5表示颅骨2的机械导纳。力F3表示施加到软环形弹簧19的振动力。力F5表示施加到固定部件4的振动力。速度V1表示包括计数器块11、马达部分12和13以及加速度计21的刚性元件的振动速度。全部的力F1、F3和F5以及速度V1方向都沿着图2所示的线9。

以下结合图1到3解释振动器1的功能。假设耦合部件26将振动1保持在工作位置上，即振动部件10的表面23抵靠在固定部件4的对应表面24上，且机械力足够强保证表面23和24的抵靠，即使是在振动部件10振动时。

计数器块11、内空气间隙18、振动部件10、外空气间隙17和磁体12一起形成闭合的磁回路。电信号发生器(未示出)向电线圈13的线圈提供振荡电信号，由此在计数器块11的内部分15以及因此在整个磁回路11、18、10、17、12中感应出振荡磁通。振荡磁通使得振动力F1穿过空气间隙17、18，从而在沿着线9并对着硬环形弹簧16的回复力的方向上，使振动部件10和计数器块11相对彼此振动。振动力F1穿过振动部件10前进，振动力F1的部分F3作用在软环形弹簧19上，而另一部分F5作用在耦合部件26和固定部件4上。作用在耦合部件26和固定部件4上的振动力F5传递到颅骨2，并由此向颅骨2施加对应于电信号的振动信号。因此，固定部件4作为中间元件作用，将振动信号从振动器1传递到颅骨2。

振动力F1、F3和F5的流程及它们之间的关系可从图3所示的机械线路中获得，图中可以看到振动力F1作用在质量M1上，等于振动力F3和F5的总和。进而，可以看到振动力F5全部作用在颅骨Y5，2上。作用在颅骨Y5，2上的振动力F5由此可以通过从作用在质量M1上的振动力F1减去作用在外壳M3，20上的振动力F3确定。作用在质量M1上的振动力F1可以通过用质量M1乘以质量M1的振动加速度精确地确定。质量M1的振动加速度可以从加速度计21的电加速度信号获得，质量M1可以通过对质量M1代表的部件11、12、13和21称重确定。

外壳20的质量M3和软环形弹簧的可塑性C3的大小保证作用在软环形弹簧19上的振动力F3是小于作用在颅骨2上的振动力F5的数量级。由此，作用在外壳M3，20上的振动力F3在确定作用在颅骨Y5，2上的振动力F5时可以忽略，因此F5基本上等于作用在质量M1上的振动力F1。为了保证作用在软环形弹簧19上的振动力F3相对小，外壳M3，20和软环形弹簧C3，19大小使得它们的谐振频率大大低于声音频率范围，进而使得软环形弹簧C3，19的机械导纳数量级大于耦合部件26、固定部件4和颅骨2的组合机械导纳Y4+Y5。即使机械导纳Y4+Y5不是已知的，这也是现有技术的确定振动信号大小的方法精度相对较低的部分原因，机械导纳Y4+Y5的统计学上的安全上限也可以根据人体代表样本的测量建立。

或者，可以连接另一个加速度计(未示出)到外壳20，作用在软环形弹簧19上的振动力F3可以类似于确定作用在质量M1上的振动力F1那样确定，并如上所述的那样从其中减去。在这种情况下，作用在颅骨2上的振动力F5可以精确地确定，并且实质上并不需要知晓机械导纳Y4+Y5。

作为软环形弹簧19将外壳20连接到振动部件10的替代，可以用类似的弹簧(未示出)将外壳20连接到计数器块11，这种情况下可用如上所述相同的计算方式确定作用在颅骨2上的振动力F5。然而，由于颅骨2的质量相对更高，计数器块11通常在高于振动部件10的速度V1上振动，这种连接可能导致外壳20也在更高的速度振动，这可能降低确定颅骨2上作用的振动力F5的方法的精度。

振动器1的优点在于，它实现了振动信号(即，颅骨2上作用的振动力F5)的有关大小的参数的精确和可重复的确定。这种可重复确定的参数可以用于确定例如调整或校正振动器1自身的输出和/或测量可复验的骨导听力阈值的参考值。振动器1由此可以有利地集合到骨导助听装置27(见图4)或听度计37(见图5)中。

图4所示的骨导助听装置27包括传声器28、信号处理器29、功率放大器30、振动器1(对应以上详细叙述和图1-3所示的振动器1)以及电池31。传声器28设置为从人周围接收声音信号并适于通过第一连接32向信号处理器29提供对应的收入信号。信号处理器29适于处理该输入信号并通过第二连接33向功率放大器30提供对应的经处理的信号。功率放大器30适于放大经过处理的信号并通过第三连接34向振动器1的电线圈13提供对应的放大信号。振动器1通过骨融合到颅骨2的固定物4连接到人头部3的颅骨2，基本上如以上结合图2所述的。在振动器1的工作位置上，振动器1适于将放大信号转换为振动信号并将振动信号通过固定部件4传递到颅骨2，即经皮肤的(percutaneously)。振动器1还适于通过第四连接35向信号处理器29提供代表计数器块11的加速度的加速度信号。电池31连接上用于通过配电网络向信号处理器29和功率放大器30提供电能。传声器28、信号处理器29、功率放大器30和电池31机械地连接到印刷电路板(未示出)，印刷电路板由振动器的外壳20罩住并相连。

骨导助听装置27接收声音信号，并基于声音信号的大小和频率确定所需大小的振动信号。可以考虑各种设置，其可以在安装骨导助听装置27的过程中编程和/或由佩戴骨导助听装置27的人控制。信号处理器29处理输入的信号，以提供具有期望大小的振动信号。信号处理器29监视加速度信号以便确定振动器1是否实际上形成了期望大小的振动信号，如果偏差，则相应地调整上述经处理的信号和/或放大信号。由此，骨导助听装置27能够提供具有声音信号和振动之间校正的增益的振动信号。骨导助听装置27的设置可以包括依赖于声音信号的大小和频率规定振动力。在这种情况下，信号处理器29可以适配于确定声音信号的大小和频率，由加速度信号计算当前施加的振动力，并调整处理信号和/或放大信号以得到对应于规定的振动力的施加振动力。

图5所示的听度计37包括具有信号生成器(未示出)的计算机38、显示器39、键盘40、振动器1(实质上对应如上详细叙述和在图1-3中示出的振动器1)、连接计算机38和振动器1的电缆41、以及弹性头带42，其替代了耦合部件26。头带42机械连接到振动器1的振动部件10并通过在头部周围施加夹持力将振动部件10压靠在覆盖人头部颅骨2的皮肤和组织5上，从而头带42作为保持部件起作用。在振动器1的该工作位置上，振动部件10的表面23抵靠在皮肤对应部分上，因此皮肤和组织5作为中间元件工作，将振动信号从振动部件10传递到颅骨2，即经皮地传递。计算机38被编程从而帮助例如听力矫正专家，通过经由电缆41向振动器1的电线圈13提供大小、频率变化的振荡电信号以及记录人对形成的振动信号的反应，确定人的骨导听力阈值。振动器1提供代表计数器块11的加速度的加速度信号并通过电缆41将其传导到计算机38。计算机38监视加速度信号并调整振荡电信号的大小从而获得预定的，即矫正的，振动力大小。一旦确定骨导听力阈值，计算机38计算对应的振动力并将计算得到的振动力值存储为绝对骨导阈值。该决定骨导阈值随后可被骨导助听装置27使用，用于调整以上结合图4说明的它的振动信号的大小。

作为振动器1的替代，听度计37可以包括基本对应以上结合图4描述的那样的骨导助听装置27，计算机38可以通过电缆41命令骨导助听装置27生成特定频率和大小的振动信号。在这种情况下，骨导助听装置27如上所述地控制振动信号大小的精度。计算机38和骨导助听装置27之间的通信可替代为无线的；这需要计算机38和骨导助听装置装备对应的无线电或光学收发器。

如上所述，听度计37包括适配于经皮传输振动信号到颅骨2的振动器1，因为该种类型的振动器1可以容易地应用到没有骨融合固定部件的人身上。但是，听度计37可以替代的-或者额外的-包括适配于在有骨融合固定部件4的人身上经皮肤地传输的振动器1，因为这允许更加可复验和精确地相对于颅骨2定位振动器1。

如上所述，骨导助听装置27包括适配于经皮肤传输振动信号到颅骨2的振动器1，因为该类型的振动器1允许更加可复验的相对于颅骨2定位振动器1。但是，作为替代，骨导助听装置27可以包括适配于经皮传输的振动器1，例如用于那些不适合或者不希望安装骨融合固定部件4的人。这可以例如应用到初始测试期间，其中收集了确定是否需要植入固定部件4。

以上示出了一些优选实施例，但是应当认识到本发明并不限于这些实施例，而是可以在所附权利要求中限定的主题内以任何其他方式实施。例如，描述的实施例的特征可以任意组合。

在不背离本发明的精神和范围内对本领域内技术人员而言可以对公开的方法和装置进行进一步的修改。在本说明书内，任何这样的修改都以非限制性的方式提及。

权利要求中的任何附图标记意图为非限制它们的范围。

本发明的特征

以下描述的本发明的特征可以任意组合，以便本发明的方法和/或系统可以适于特定需要。

向人体颅骨2施加振动信号的装置1，27，37包括振动部件10、马达12和13、计数器块11、保持部件26，42和加速度计21。振动部件10适配于通过中间元件4，5将振动传输到颅骨2。振动部件10具有表面23，其适配于在装置1的工作位置时抵靠在中间元件4，5。马达12，13适配于使振动部件10和计数器块11相对于彼此振动。保持部件26、42可以适配于保持装置1在其工作位置上。加速度计21机械地连接到计数器块11，并且适配于提供代表计数器块11的加速度的加速度信号。这使得能够实现精确和可复验的振动信号大小的确定。

中间元件4，5可以包括骨融合到颅骨2的固定部件4。这实现了相对于颅骨2振动部件10的精确和可复验的定位。

保持部件26，42可以包括可拆卸的耦合26，其适配于保持振动部件10与固定部件4抵靠。这实现了装置1在其工作位置上的快速和简单的定位。

中间元件4，5可以包括覆盖颅骨2的皮肤和组织5的部分。这允许在没有植入固定部件4时向人体3传输振动信号。

保持部件26，42可以包括弹簧和/或弹性头带42，其适配于保持振动部件10与皮肤抵靠。这实现了装置1在其工作位置上的快速简单定位。

骨导助听装置27可以包括如上所述的向人体颅骨2施加振动信号的装置1。这使得骨导助听装置27能够生成具有预定或校正大小的振动信号。

听度计37可以包括如上所述的向人体颅骨2施加振动信号的装置1。这使得听度计能够生成具有预定或校正大小的振动信号。

听度计37可以包括如上所述的骨导助听装置27。这使得听度计能够使用已经安装的骨导助听装置27用于生成具有预定或校正大小的振动信号。

通过中间元件4，5向人体颅骨2施加振动信号的方法可以包括：在振动器1中，使振动部件10和计数器块11相对于彼此振动；保持振动器1在其工作位置上，其中振动部件10抵靠着中间元件4，5；将振动从振动部件10传输到中间元件4，5；以及提供代表计数器块11的加速度的加速度信号。这实现了振动信号大小的精确和可复验的确定。

该方法还可以进一步包括基于加速度信号确定振动力。这使得能够确定振动信号的目标的关于大小的参数。

该方法还包括根据加速度信号调整振动信号的大小。这使得能够生成具有预定和校正大小的振动信号。

该方法还包括根据加速度信号确定听力阈值。这使得能够精确和可复验的确定骨导听力阈值。

本发明的优点在于，使用经皮传输振动信号的振动器1获得的骨导听力阈值基本上等于对应的使用经皮肤传输的振动器1获得的骨导听力阈值。这使得听力专家能够准确评估通过安装经皮肤传输的骨导助听装置27，听力缺陷的人可以获得的好处，即使是在植入固定部件4之前。

Claims (12)

1.一种向人体颅骨(2)施加振动信号的装置(1，27，37)，该装置包括

振动部件(10)、马达(12，13)、计数器块(11)、保持部件(26)和加速度计(21)，

振动部件(10)适于将振动传输到骨融合在颅骨(2)中的固定部件(4)，

振动部件(10)具有表面(23)，其适于在装置(1)的工作位置上抵靠在固定部件(4)，

马达(12，13)适于使振动部件(10)和计数器块(11)相对于彼此振动，

保持部件(26)适于保持装置(1)在其工作位置上，

其中，加速度计(21)机械地连接到计数器块(11)，使其与计数器块(11)一起移动，并且适于提供代表计数器块(11)的加速度的加速度信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中保持部件(26)包括可拆卸的耦合部件(26)，其适于保持振动部件(10)与固定部件(4)抵靠。

3.一种向人体颅骨(2)施加振动信号的装置(1，27，37)，该装置包括

振动部件(10)、马达(12，13)、计数器块(11)、保持部件(42)和加速度计(21)，

振动部件(10)适于将振动传输到覆盖颅骨(2)的皮肤(5)，

振动部件(10)具有表面(23)，其适于在装置(1)的工作位置上抵靠在皮肤(5)，

马达(12，13)适于使振动部件(10)和计数器块(11)相对于彼此振动，

保持部件(42)适于保持装置(1)在其工作位置上，

其中，加速度计(21)机械地连接到计数器块(11)，使其与计数器块(11)一起移动，并且适于提供代表计数器块(11)的加速度的加速度信号。

4.根据权利要求3所述的装置，其中保持部件(42)包括弹簧和/或弹性头带(42)，其适于保持振动部件(10)与皮肤(5)抵靠。

5.一种骨导助听装置(27)包括前述任一权利要求所述的向人体颅骨(2)施加振动信号的装置。

6.一种听度计(37)包括根据前述任一权利要求所述的向人体颅骨(2)施加振动信号的装置。

7.一种向骨融合到人体颅骨(2)的固定部件(4)施加振动信号的方法，该方法包括：

-在振动器(1)中，使振动部件(10)和计数器块(11)相对于彼此振动，其中加速度计(21)连接到该计数器块(11)，使其与计数器块(11)一起移动；

-保持振动器(1)在其工作位置上，其中振动部件(10)抵靠着固定部件(4)；

-将振动从振动部件(10)传输到固定部件(4)；以及

-通过加速度计(21)提供代表计数器块(11)的加速度的加速度信号。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括基于加速度信号确定振动力。

9.根据权利要求7或8所述的方法，进一步包括根据加速度信号调整振动信号的大小。

10.一种向人体颅骨(2)施加振动信号的方法，该方法包括：

-在振动器(1)中，使振动部件(10)和计数器块(11)相对于彼此振动，其中加速度计(21)连接到该计数器块(11)，使其与计数器块(11)一起移动；

-保持振动器(1)在其工作位置上，其中振动部件(10)抵靠着覆盖颅骨(2)的皮肤(5)；

-将振动从振动部件(10)传输到皮肤(5)；以及

-通过加速度计(21)提供代表计数器块(11)的加速度的加速度信号。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括基于加速度信号确定振动力。

12.根据权利要求10或11所述的方法，进一步包括根据加速度信号调整振动信号的大小。