CN103300941A - 一种光控人工耳蜗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光控人工耳蜗装置包括语音采集装置、语音处理装置、传输装置和可植入耳蜗的光刺激装置，特点是光刺激装置为包含蓝色和黄色光源的微小LED灯及与微小LED灯连接的柔性光纤输出端；语音处理装置将接收的电信号进行编码，编码后的电信号控制微小LED灯的灯源开关，光的频率、脉宽和强度以及蓝色和黄色两种光源的交替时间；微小LED灯将接收的电信号用于驱动微小LED灯并产生相应的光刺激信号，光刺激信号通过柔性光纤输出端传输到预先表达有对蓝色和黄色敏感的光基因的螺旋神经节细胞并驱动螺旋神经节细胞产生一定频率及一定方式的兴奋、抑制间歇性听觉神经冲动，优点是伤小，手术简化，手术成功率高，声音还真度高。

Description

一种光控人工耳蜗装置
技术领域
本发明涉及一种人工耳蜗，主要是涉及一种光控人工耳蜗装置。
背景技术
人工耳蜗，是一种替代人耳蜗功能的装置，它可以帮助患有重度耳聋（残留有部分功能正常的螺旋神经节细胞）的成人和儿童恢复听觉。人工耳蜗技术经过几十年的发展，特别是随着近年来生物医学工程等高新技术的出现，已经从实验研究进入临床广泛应用，成为目前全聋患者恢复听觉的有效的治疗方法。据统计，全球现在约有5万多耳聋患者使用了人工耳蜗。人工耳蜗是由耳蜗内的植入电极、言语处理器、方向性麦克风及传送装置所组成。声音由方向性麦克风接收后转换成电信号再传送至语言处理器将信号放大、过滤，并由传送器传送到接收器，产生的电脉冲送至相应的电极，从而刺激听神经纤维兴奋并将声音信息传入大脑，产生听觉。由于人工耳蜗是利用电刺激产生的听觉，因此植入者听到的不是自然声，而是一种畸变的声音（像听机器人说话），需要经过言语训练才能理解别人讲话。人工耳蜗的效果与体外携带的言语处理器的编码方案有关，目前应用的多通道电极能够传递多种频率信息并选择性地刺激不同组的听神经纤维，可传递较多的语言信息。现有的人工耳蜗技术主要是将电极植入耳蜗内，刺激残存功能正常的螺旋神经节细胞。通过体外的言语处理器的编码方案，使产生的不同形式的电流通过电极信号在螺旋神经节细胞上的导入，来实现模拟声音信号的传入，是目前治疗重度耳聋行之有效的方法。
但是人工耳蜗植入电极的缺点主要有：1、植入的电极数量有限，加之体外言语处理器在有限电极数目上的编码方案有限，使之植入者接受的听觉信号有限，不能完全的替代自然声音的传入；2、在实际手术操作过程中，植入电极的方式比较复杂，电极植入的成功与否直接关系到植入者的手术成功与否；3、手术中，电极的植入对残存的螺旋神经节细胞亦是一种损伤，有可能造成残存螺旋神经节细胞的再次破坏；4、电极刺激的方式不能精准到细胞水平的刺激，仅仅局限于细胞群水平的刺激，因而已有的编码方案在对个体植入者的实施上，要根据具体情况加以调整。
光感基因神经调控技术（Optogenetics Technology）是近几年发展起来的可以调节特定细胞类型的崭新技术。用病毒载体将光敏感通道蛋白基因导入某一特定的细胞亚群中表达，其中一种光敏感型通道蛋白(Channelrhodopsin-2, ChR2) 对蓝光（473nm波长）敏感，蓝光可激活该通道，而使Na+ 、K+等阳离子进入细胞内而兴奋细胞，另一种光敏感性通道蛋白(Halorhodopsin, NphR )对黄光 (593nm波长)敏感，黄光将使Cl- 进入细胞而抑制细胞，这样利用交替的蓝光或黄光就可以在特定细胞亚群水平上控制细胞活性。这项技术具有空间上的细胞特异性（应用特定启动子诱导相应基因在特定细胞群中表达）和时间上毫秒水平上的精确性。因此，利用该技术通过光在毫秒水平上调控某种特定细胞亚群的活性，可以干预动物特定的神经通路甚至调节其行为模式。
目前，国内外还没有公开任何关于利用光感基因神经调控技术制备光控人工耳蜗植入的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可通过光刺激产生听觉的损伤小，手术简化，手术成功率高，声音还真度高的光控人工耳蜗装置。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种光控人工耳蜗装置，包括语音采集装置、语音处理装置、传输装置和可植入耳蜗的光刺激装置，所述的语音采集装置将声音转换成电信号并输入所述的语音处理装置；
所述的光刺激装置为包含473nm波长的蓝色光源和593nm波长的黄色光源的微小LED灯及连接在所述的微小LED灯背面的柔性光纤输出端；
所述的语音处理装置将接收的电信号进行编码，编码后的电信号控制微小LED灯的灯源开关，光的频率、脉宽和强度以及蓝色和黄色两种光源的交替时间；编码后的电信号通过所述的传输装置输入所述的微小LED灯；
所述的微小LED灯将接收的电信号用于驱动微小LED灯的灯源开关，调控光的频率、脉宽和强度以及蓝色和黄色两种光源的交替时间，产生相应的光刺激信号并将所述的光刺激信号通过柔性光纤输出端传输到预先表达有对蓝色和黄色敏感的光基因的螺旋神经节细胞并驱动所述的螺旋神经节细胞产生一定频率及一定方式的兴奋、抑制间歇性听觉神经冲动。
所述的对蓝色和黄色敏感的光基因病毒为整合有光感通道蛋白的病毒载体。
所述的微小LED灯固定于砧骨长脚，所述的光纤输出端经圆窗膜植入耳蜗鼓阶充分环抱蜗轴。
所述的光纤直径为60-100μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种采用光基因调控技术设计的人工耳蜗装置，将整合有光感通道蛋白的病毒载体（AVV病毒，已被批准可以用于人体）注射入植入者的鼓阶内，此光感通道蛋白为：其中一种光敏感型通道蛋白对蓝光（473nm波长）敏感，蓝光可激活该通道，而使Na+ 、K+等阳离子进入细胞内而兴奋细胞，另一种光敏感通道蛋白对黄光 (593nm波长)敏感，黄光将使Cl- 进入细胞而抑制细胞。注射后的1-2周，光敏感通道蛋白在螺旋神经节细胞上可稳定表达，在手术过程中，LED光源固定于砧骨长脚，光纤输出端经圆窗膜植入耳蜗鼓阶。语音处理装置通过对自然声音的模拟来进行编程，编程后的电信号控制微小LED光刺激装置的刺激方式和频率，通过蓝光和黄光的交替刺激，间接的使螺旋神经节细胞产生不同方式的兴奋和抑制间歇性神经冲动，并将此神经冲动传至中枢神经系统，经过中枢信号的处理和整合，产生听觉，从而传入不同的模拟自然声音的信号，再通过后期同样的手术和训练，来达到治疗耳聋的目的。
综上所述，本发明一种光控人工耳蜗装置，采用病毒注射来代替传统的电极植入，损伤小，手术简化，且手术成功率大为提高，几乎达到没有再次创伤的目的；LED灯的光刺激方式易编程易控制，且刺激效率高；实现了光刺激产生听觉的人工耳蜗装置。
附图说明
图1为本发明光控人工耳蜗装置的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
具体实施例
本发明一种光控人工耳蜗装置，如图1所示，包括语音采集装置、语音处理装置、传输装置和可植入耳蜗的光刺激装置，语音采集装置将声音转换成电信号并输入语音处理装置，光刺激装置为包含473nm波长的蓝色光源和593nm波长的黄色光源的微小LED灯及设置在微小LED灯背面的柔性光纤输出端；语音处理装置将语音采集装置实时传输至的电信号进行编码，编码后的电信号控制微小LED灯的灯源开关，光的频率、脉宽和强度以及蓝色和黄色两种光源的交替时间；编码后的电信号通过传输装置输入微小LED灯；微小LED灯将接收的电信号用于驱动微小LED灯的灯源开关，调控光的频率、脉宽和强度以及蓝色和黄色两种光源的交替时间，产生相应的光刺激信号并将光刺激信号通过柔性光纤输出端传输到预先表达有对蓝色和黄色敏感的光基因病毒的螺旋神经节细胞并驱动螺旋神经节细胞产生一定频率及一定方式的兴奋、抑制间歇性听觉神经冲动。
在此具体实施例中，对蓝色和黄色敏感的光基因病毒为整合有光感通道蛋白的病毒载体；微小LED灯固定于砧骨长脚，光纤输出端经圆窗膜植入耳蜗鼓阶充分环抱蜗轴；光纤直径为60-100μm。
主要手术过程为：取耳后切口，循现行人工耳蜗径路，经面神经隐窝途径，开放后鼓室后，经圆窗膜向耳蜗鼓阶注入光基因病毒。同时，光刺激装置包括微小LED灯及柔性光纤输出端（光纤直径<100um），其中微小LED灯用微小银夹固定于砧骨长脚，与微小LED灯连接的柔性光纤输出端经圆窗膜植入耳蜗鼓阶，充分环抱蜗轴。
工作过程：如图1所示，人工耳蜗语音采集装置，其接受声音信号后，产生相应的电信号并输入语音处理装置，语音处理装置可程序性控制光刺激装置（包含473nm 波长的蓝色光源和593nm波长的黄色光源），包括微小LED灯的光源开关，光的频率、脉宽和强度，两种光源的交替等参数。上述光刺激信号经柔性光纤输出，可以直接刺激螺旋神经节细胞，此前，鼓阶内已经注射入光基因病毒，对蓝色和黄色敏感的两种光敏感通道蛋白已经表达于螺旋神经节细胞上，螺旋神经节细胞接受光刺激后，产生一定频率及一定方式的兴奋、抑制间歇性神经冲动，并将此神经冲动传至中枢神经系统，经过中枢信号的处理后，产生听的感觉。图中，箭头方向为信号传出方向。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.  一种光控人工耳蜗装置，包括语音采集装置、语音处理装置、传输装置和可植入耳蜗的光刺激装置，所述的语音采集装置将声音转换成电信号并输入所述的语音处理装置，其特征在于：
所述的光刺激装置为包含473nm波长的蓝色光源和593nm波长的黄色光源的微小LED灯及连接在所述的微小LED灯背面的柔性光纤输出端；
所述的语音处理装置将接收的电信号进行编码，编码后的电信号控制微小LED灯的灯源开关，光的频率、脉宽和强度以及蓝色和黄色两种光源的交替时间；编码后的电信号通过所述的传输装置输入所述的微小LED灯；
所述的微小LED灯将接收的电信号用于驱动微小LED灯的灯源开关，调控光的频率、脉宽和强度以及蓝色和黄色两种光源的交替时间，产生相应的光刺激信号并将所述的光刺激信号通过柔性光纤输出端传输到预先表达有对蓝色和黄色敏感的光基因病毒的螺旋神经节细胞并驱动所述的螺旋神经节细胞产生一定频率及一定方式的兴奋、抑制间歇性听觉神经冲动。
2.根据权利要求1所述的一种光控人工耳蜗装置，其特征在于：所述的对蓝色和黄色敏感的光基因病毒为整合有光感通道蛋白的病毒载体。
3. 根据权利要求1所述的一种光控人工耳蜗装置，其特征在于：所述的微小LED灯固定于砧骨长脚，所述的光纤输出端经圆窗膜植入耳蜗鼓阶充分环抱蜗轴。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的一种光控人工耳蜗装置，其特征在于：所述的光纤直径为60-100μm。
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