CN104349261A - 电开关设备 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于可植入助听器的电开关设备。当外部声音处理器安装于患者时，该设备自动地直接地或间接地激活用于可植入助听器的电源消耗，并且当声音处理器移除时关闭/降低功率消耗。

Description

电开关设备
技术领域
本文涉及一种电开关设备，当外部声音处理器附接至患者时，该电开关设备自动地、直接地或间接地激活用于可植入的助听器的电源，并且当声音处理器移除时关闭/降低功率消耗。
背景技术
可植入的助听器用于多种应用，用来恢复不同类型的听力损伤(其中常规的空气传导助听器不能给出较为成功的治疗结果或不可行)。一种类型的可植入助听器是骨传导助听器(直接刺激颅骨的振子完全植入皮肤之下)。这种类型的助听器只涉及患有一侧或两侧慢性耳感染或外耳和/或中耳先天/后天畸形或单侧耳聋的患者。这种类型的可植入骨传导助听器常称为骨传导植入器(BCI)，参见Hakansson等人2010年和图1。
另一种类型的可植入助听器还是如图1所示，是耳蜗植入器(CI)。耳蜗植入器用于患有神经功能显著降低伴有内耳听毛细胞实质减少的患者。耳蜗植入器通过沿底膜引入这些细胞所在的内耳腔的电极矩阵而在内耳内电刺激底膜(BM)基细胞(例如参见US4063048)。类似的种类的可植入助听器称为听觉脑干植入器(ABI)，还是如图1所示。当从内耳向大脑传导听觉信息的声音神经(HN)受损时，使用听觉脑干植入器，然后将电极施加至脑干(例如参见US7,797,029)。
最后，有一种类型的可植入助听器，其具有连接至中耳小骨之一或连接至圆窗(RW)膜的机械扬声器(T)，还是如图1所示。这种类型的助听器常称为中耳植入器(MEI)，并且只涉及不适用普通空气传导助听器的患者(例如参见US5,624,376)。
其它植入器(其直接或间接地机械刺激内耳液)也属于MEI类，例如DACS(源自澳大利亚Cochlear公司的直接听觉耳蜗刺激器)和MET(源自美国先前的Otologics的中耳传感器)，它们经由穿过完好皮肤的感应链路而进行操作(DACS和MET未在图1中示出)。
这些类型的可植入助听器的共性是它们具有有时表示为“声音处理器”或“音频处理器”的外部单元(EU)以及植入单元(IU)，并且声音能量经由允许覆盖在植入物上方的皮肤和软组织保持完好的感应链路而从外部单元发送至植入单元。感应链路由位于外部单元中的圆形发送器线圈(TC)和位于植入单元中的类似圆形接收器线圈(RC)组成。当患者使用助听器时，为了使可植入助听器中的外部单元稳固地保持在正确的位置，通常使用两块保持磁体。一块外部保持磁体(EM)通常安装在外部单元内的发送线圈(TC)的中心处，并且一块植入的保持磁体(IM)安装在植入单元内的接收线圈(RC)的中心处，使得线圈因此相对于彼此而沿轴向居中。在某种情况下，多个磁体可分别用在皮肤的每一侧，并且在一些拓扑结构中，它们可具有不同的磁极性轴，但基本功能是用于将外部单元保持至植入单元，并且关于彼此而居中，用来提供可能达到的最好的声音能量感应传输。图1还示出了信号，该信号由接收线圈接收，并且在信号最终驱动致动单元之前分别在电子单元(E)内处理。在BCI内，电子单元(E)可以有益地集成在致动单元内，与振动传感器单元一起封装在钛外壳中。
外部单元除了发送器线圈和保持磁体之外还有活动部件，譬如麦克风(M)，信号处理器(SP)，用于感应链路的驱动电路(D)以及用做电源的电池(B)。如图1所示，电池可轻松拆卸/替换(参见双箭头)，并且当电池移除时，电源也中断了，否则经由双极电池触点(BC)将电力导向有源的电子电路。当助听器没有处于使用中时，为了不消耗功率，还具有机械开关(S)，患者可通过该机械开关关闭电源，或患者必须从电池触点移除电池。
可植入助听器的一个缺点是，由于在穿过完好的皮肤发送能量期间感应链路存在不可避免的损耗，因而具有高电功率消耗。由于感应链路载波必须在不处理声级的全部时间内维持最大程度，电池的使用寿命相较于常规助听器的电池寿命表现得更短。对于BCI和MEI，外部单元内的电池维持5-7天(取决于设备每天使用多少小时)，而对于CI和ABI，电池的使用寿命甚至更短一些，因为其还具有植入电路，该植入电路实质上具有功率消耗。因此最重要的是，当设备没有处于使用中时关闭设备，例如在夜间，或当没有必要经由植入物聆听时临时关闭，从而不消耗不必要的电池容量。
同样重要的是，使用调谐感应链路发送信号和能量的可植入助听器如果没有位于植入单元上方则显著地消耗更多能量。这是由于，当将其从患者头部移除时，用于在外部单元内产生的载波的调谐电路不再与真实的负载阻抗调谐。由于感应链路阻抗条件的变化，输出级将因此需要比其附接至患者头部时更多的能量。外部单元可分为两个部分，仅有发送线圈(TC)和外部保持磁体(EM)位于植入单元顶部原位(参见图1中将外部单元分为两部分的平行虚线)。外部单元的剩余部分有益地位于佩戴在外耳翼上(通常像是耳后设备)的不同的外罩内。该解决方案通常用在CI和ABI当中，因为其具有多于一块的电池，并且因此比由保持磁体承载(需要更强的磁体，该磁体在软组织内引起环流问题，使软组织暴露于更高的压力之下)时更加沉重。
植入助听器经常使用手动机械开关(S)来打开/关闭功率消耗，如图1所示(现有技术)。由于手动激活开关需要相对较大的空间并且可能难以控制，一些可植入助听器替代地使用电池可移除或充分移动至切断穿过电池触点(BC)的电源的方案，参见图1的双箭头。两种方法均需要患者努力打开/关闭功率消耗。与传统的空气传导助听器和骨锚固助听器相比，患者不会获得外部设备关闭的指示(如果其没有关闭并且没有安装至患者，常规的助听器会发送刺耳的声音)。很多上了年纪的人灵活性减退，并且对于使用小的手动激活电开关可能有肌肉运动困难，或者视觉问题，无论是“打开”还是“关闭”机械开关。
一种实现自动打开/关闭电源的方法是利用当外部单元附接时产生的静态磁通密度的变化。在该解决方案中，磁激活的“簧片继电器”可放置在某一位置，使得当外部单元固定在其位置时激活该继电器，并且当外部单元移除时，使继电器失活，例如参见US2005/0033383。采用“簧片继电器”意味着继电器由超过或跌落至某一水平的静态磁场激活。当外部单元固定在其位置时，磁通密度将在某些区域内局部增加，并且“簧片继电器”因此有益地位于该区域，使得继电器检测到磁通密度的这种变化，并且因此打开功率消耗。作为簧片继电器的一种替代，静态磁通密度的变化能够通过使用霍尔传感器测得。该传感器因此感测到静态磁通，并且产生成比例的电压。控制电路然后放大相对小的该电压，并且在来自霍尔传感器的适当选择的电压水平上，该控制电路激活继电器，该继电器切换电源开和关，例如参见US2011/0112607A1或US2005/0105752A1。所有这些控制功率消耗的方法已经被认为是相对灵敏的，特别是当外部单元具有位于合适位置的永磁体时(尽管该单元已经从患者移除)。这意味着继电器仅能使用静态磁通变化将外部单元连接至植入单元，以激活电源。同样，使用霍尔传感器的方案需要额外的电子部件，用来激活用于切换开/关来自电池的能量的继电器。该解决方案可能因此既笨重又昂贵。
因此，需要更加廉价和可靠的替代性设备，当该设备安装至患者时，该设备能够自动地、直接地或间接地激活外部单元内的电源，并且当外部单元从患者移除时使功率消耗失活或关闭/降低。
发明内容
公开了用于自动且可靠打开/关闭可植入助听器(具有磁体作为其保持系统)的功率消耗的技术。当设备安装在合适的位置时，通过由保持磁体之间产生的静态机械力激活机械电开关设备，当助听器固定在合适的位置时，自动打开功率消耗，并且当助听器移除时，自动关闭功率消耗。
根据实施例，公开了一种可植入助听器，该可植入助听器包含位于皮下的用于电、机械、或听觉声音刺激的植入单元，以及位于皮肤之外的外部单元。外部单元容置于外罩内，该外罩完全或部分地被壳环绕。外部单元包含：声音处理器，该声音处理器包含用于读入声音的麦克风、用于处理声音信息的信号处理器、用于调制和控制输出信号的调制器、和用做电源的电池；用于将声音信号感应发送至植入单元的发送线圈；和一个或多个外部磁体。一个或多个外部磁体与植入单元内的一个或多个保持磁体产生相互的静态机械保持力，该保持力将所述外罩保持在所述植入单元顶部合适的位置。所产生的该静态机械保持力因此作用于电开关设备，使得当所述外罩安装在植入单元顶部时，电开关设备直接或间接激活用于声音处理器的电源，并且当所述外罩移除时直接或间接关闭/降低电源。
在实施例中，电开关设备是压力或拉力激活的电开关触点，该电开关触点位于一个或多个外部磁体与外罩的壳之间，使得机械压力或拉力产生于所述电开关触点顶部上，当所述外罩安装在植入单元顶部时，该机械压力或拉力足够大，以激活电开关设备。
在实施例中，电开关触点位于一个或多个外部保持磁体的面对皮肤的侧部与壳之间，使得当外部单元安装至植入单元的顶部时，由于一个或多个外部保持磁体朝外罩的壳按压电开关触点而进行压力激活。
在实施例中，电开关触点固定至壳的后壁，或与外罩内壁一体化，例如印刷电路板，在一个或多个外部保持磁体的侧部上，即，离皮肤最远的一个或多个外部磁体的侧部，从而，当外部单元安装至植入单元的顶部时，由于一个或多个外部保持磁体与一个或多个植入的保持磁体紧密接触而产生拉力。
在一个实施例中，可植入助听器可以是骨传导植入器(BCI)，其中植入单元包含接收线圈，该接收线圈从声音处理器感应地接收声音信息，并且声音能量驱动与颅骨相连的骨传导振动器。
在另一实施例中，植入助听器可以是耳蜗植入器或脑干植入器，其中植入单元包含一接收线圈，该接收线圈从声音处理器感应地接收声音信息，并且声音能量被转换为电脉冲，该电脉冲刺激听觉神经或脑干或大脑的其它部分。
在另一实施例中，植入助听器可以是中耳植入器，其中植入单元包含一接收线圈，该接收线圈从声音处理器感应地接收声音信息，并且声音能量被转换为机械振动，该机械振动直接或间接刺激中耳骨或内耳液。
附图说明
本文的实施例连同其有益效果可以从连同附图一起给出的以下详细描述中得到最好的理解，其中：
图1：现有技术-可植入助听器的横截面，其中功率消耗通过外部转换开关(S)而激活，或电池(B)从电池触点(BC)充分移除。还示出了若干不同的应用，包含具有与颅骨直接接触的振子的可植入的骨传导植入器(BCI)，具有内耳中的电极的耳蜗植入器(CI)，具有脑干内的电极的脑干植入器(ABI)和具有中耳内的振子/扬声器的中耳植入器(MEI)；
图2示出了本文一个实施例的横截面，其中电开关设备是由在保持磁体之间形成的压力激活的电开关触点；
图3示出了本文一个实施例的横截面，其中电开关设备包含压力激活的片弹簧；
图4示出了本文的另一实施例的横截面，其中电开关设备由拉力激活；
图5示出了本文的一个实施例的横截面，其中电开关设备包含微开关；以及
具体实施例
在图2中示出了本发明的一个应用，其实现了可植入助听器中的功率消耗的自动激活/失活。可植入助听器的外部单元1包含在由壳2完全或部分环绕的外罩内。外部单元1位于植入单元3的顶部，该植入单元3位于皮下，即完好的皮肤和表面软组织4下方。简单起见，图2中的植入单元3仅示出了可植入的保持磁体5(图1中的IM)和接收植入线圈6(图1中的RC)，而未示出电子单元(E)和致动器(BCI，MEI，CI或ABI)。外部单元1包含外部保持磁体7和发送线圈8，当外部单元1安装至患者时，保持磁体7和发送线圈8邻近植入单元3的植入保持磁体5和接收线圈6而直接居中。
此外，外部单元1包含电子单元9，该电子单元9包含典型的助听器部件，也如图1所示(现有技术)，譬如麦克风，信号处理器和驱动电子设备。供应合适电压(V)的一个或多个电池10用做电子单元9的电源。当已经通过沿(图2)箭头的方向从电池触点11移除电池时，它们是比较容易更换的。
为了安全地打开/关闭可植入助听器中的功率消耗，助听器的外部单元1进一步包含电开关设备12，当助听器安装至患者时，该电开关设备12自动激活电源，并且当助听器从患者移除时自动使电源失活。电开关设备12优选地是使用导电金属片的电开关触点13，如图2、3、4和5所示。电开关触点13位于外部单元外罩1的壳2与外部保持磁体7的任一侧之间，使得电开关触点13能够通过当外部保持磁体7与植入保持磁体5靠拢时产生的压力或拉力而被激活。
在这点上，如果外部保持磁体7没有受到由植入保持磁体5产生的相互作用力的影响，即，当外部单元1没有安装至患者时，电开关触点13处于断开状态。为了使电开关设备12实现该功能，电开关触点13的金属片具有弹性悬架14，当外部单元1没有使用时，该弹性悬架14将电开关触点13置于断开状态(OFF)，并且当外部单元1位于植入单元3的顶部，处于磁体(参见图2的放大部分)的相互吸引作用力影响之下时，将电开关触点13置于闭合状态(ON)。
在一个实施例中，电开关触点13位于外部保持磁体7的面对皮肤的侧部与壳2(参见图2和3a与b)之间，使得当外部单元安装至植入单元的顶部时，由于外部保持磁体7朝外罩的壳2按压电开关触点13而产生压力。
在选定的示例实施例中，为了使电开关设备12在轴向方向获得最小尺寸，外部保持磁体7安装在薄且导电的具有弹性臂16的片弹簧15上，并且该导电片弹簧15还具有第一金属片，该第一金属片具有触点17，如图3a所示。当外部保持磁体7受到来自植入保持磁体5的吸引力F时，在第一导电金属片的触点17与第二导电金属接收片18之间获得电接触，通过该电接触，穿过电开关设备12形成导电，如图3b箭头所示。当电开关设备12闭合电路(ON)时的情况被用于连接电池10与电子单元9时，该电子单元9随后激活，参见图2。当外部单元1再次从植入单元3移除时，力F消失，并且电开关设备12断开电路，电池10不连接，即，电子单元9失活(OFF)。
电开关设备12的电开关功能还能够用于停用/启用声音处理器本身内的功率下降功能。当声音处理器“停用”时，功率消耗降低至最低，通常称之为“功率下降”。在该应用中，电开关设备12执行逻辑功能，用来使功率消耗激活/失活。当例如电开关设备12处于闭合状态时，在计算机芯片上的端子上产生高电压(通常大约等于电池电压)，该高电压导致来自电池10的功率消耗的激活，并且相应的断开状态产生低电压(通常在零伏左右)，该低电压使功率消耗失活，反之亦然。
值得注意的是，已经在图3中放大了导电弹性片弹簧15的弯曲，用来示出电开关设备12的原理，而在实践中，电开关设备12具有大约为0.5mm的厚度，该厚度或多或少地影响保持力。此外，值得注意的是，导电弹性片弹簧15的弹性臂16能够成型而使得相对小的力(通常0.1-0.6N)也能激活电开关设备12，这可以使电开关设备12对于不同的皮肤厚度对于磁体的保持力的变化的敏感性更小。
在另一个实施例中(如图4所示)，电开关触点13固定至壳的后壁22或与外罩一体化的其它壁，例如印刷电路板在外部保持磁体7的侧部，即，离皮肤最远的侧部(参见图4)，从而，当外部单元安装至植入单元的顶部时，由于外部保持磁体7与植入保持磁体5紧密接触而产生拉力。在该实施例中，电开关触点13的金属片防护件被外部保持磁体7拉拽，使得电开关设备12闭合。
在不同的实施例中，预制的所谓的微开关19能够用做电开关设备12(如图5所示)。该开关在市场上可以买到，并且能够以常开20或常闭21状态获得。采用这些可获得的微开关的劣势在于，它们是针对采用大约1牛顿激活力的手动激活而制造，这与可植入助听器的保持力是相同的量级或比可植入助听器的量级更大。在这些应用中使用该类微开关需要采用一定的力F0预压微开关19，从而使得加到F0的保持力F能够激活电开关设备12。一般地，这些微开关厚于0.5mm，其还需要更强的保持磁体以补偿磁体间的更长的距离，该如上所述产生了某些医疗劣势。
从图2，3，4，5当中的任一幅展示的内容中可以看出，或当存在大量不同可能性以实现本发明时可以看出。尽管已经给出了有限数量不同的实施例用来展示本发明，但显而易见的是，所属领域的技术人员在不脱离由附加的权利要求所限定的应用领域和本发明的基础的情况下能够替代，增加或减少细节。
参考
B.，Sabine Reinfeldt，Eeg-Olofsson，PerHamidreza Taghavi，Johannes Adler，John Gabrielsson，Stefan Stenfelt，2009，A novel bone conduction implant(BCI)-engineeringaspects and preclinical studies，International journal of audiology2010；49(3)：203-15.
附图标记列表
1 外部单元(EU)
2 用于外罩的壳
3 植入单元(IU)
4 完好的皮肤
5 植入保持磁体(IM)
6 植入接收线圈(RC)
7 外部保持磁体(EM)
8 发送线圈(TM)
9 电子单元
10 电池(B)
11 电池触点(BC)
12 电开关设备
13 电开关触点
14 弹性悬架
15 导电片弹簧
16 弹性臂
17 第一金属片防护件上的触点
18 第二接收金属片防护件
19 微开关
20 常开开关
21 常闭开关
22 外部单元上的壳的后(侧)部

Claims (7)

1.一种可植入助听器，包含：位于皮肤(4)之下的植入单元(3)，用于电、机械、或听觉声音刺激；以及外部单元(1)，其位于皮肤(4)外部，所述外部单元容置于由壳(2)完全或部分环绕的外罩内并且包含：声音处理器，该声音处理器包含用于读入声音的麦克风、用于处理声音信息的信号处理器、用于调制并且控制输出信号的调制器；电池(10)，该电池(10)用作电源；发送线圈(8)，该发送线圈用于将声音信号感应发送至植入单元(3)；和一个或多个外部磁体(7)，所述一个或多个外部磁体(7)与植入单元(3)中的一个或多个保持磁体(5)产生相互的静态机械保持力，并且该相互的静态机械保持力将所述外罩保持在所述植入单元(3)顶部适当位置，其特征在于，所产生的所述相互的静态机械保持力作用于电开关设备(12)，从而使得当所述外罩安装于植入单元(3)的顶部时，所述电开关设备12直接地或间接地激活用于声音处理器的电源，并且当所述外罩移除时直接地或间接地关闭/降低电源。
2.根据权利要求1的可植入助听器，其特征在于，电开关设备(12)是压力或拉力激活的电开关触点(13)，该电开关触点(13)位于所述一个或多个外部磁体(7)与外罩的壳(2)之间，使得机械压力或拉力产生于所述电开关触点(13)上，当所述外罩安装在植入单元(3)顶部时，该机械压力或拉力足够大，以使电开关设备(12)激活/失活。
3.根据权利要求2的可植入助听器，其特征在于，电开关触点(13)位于所述一个或多个外部保持磁体(7)的面对皮肤的侧部与外罩的壳(2)之间，并且当外部单元(1)安装在植入单元(3)顶部时，由于所述一个或多个外部保持磁体(7)朝外罩的壳(2)按压电开关触点(13)而使电开关触点(13)被压力激活。
4.根据权利要求2的可植入助听器，其特征在于，电开关触点(13)固定至壳(2)的后壁(22)，或在所述一个或多个外部保持磁体(7)的侧部上与外罩内另一个壁结合在一起，使得当外部单元(1)安装在植入单元(3)的顶部时，由于所述一个或多个外部保持磁体(7)与所述一个或多个植入保持磁体(5)紧密接触而产生拉力。
5.根据权利要求1-4当中任一项的可植入助听器，其特征在于，可植入助听器是骨传导植入器，其中，植入单元(3)包含接收线圈(6)，该接收线圈(6)从声音处理器感应接收声音信息，并且声音能量驱动与颅骨连接的骨传导振动器。
6.根据权利要求1-4当中任一项的可植入助听器，其特征在于，植入助听器是耳蜗植入器或脑干植入器，其中，植入单元(3)包含接收线圈(6)，该接收线圈(6)从声音处理器感应接收声音信息，并且声音能量被转换为电脉冲，该电脉冲刺激听觉神经或脑干或大脑的其它部分。
7.根据权利要求1-4当中任一项的可植入助听器，其特征在于，植入助听器是中耳植入器，其中，植入单元(3)包含接收线圈(6)，该接收线圈(6)从声音处理器感应接收声音信息，并且声音能量被转换为机械振动，该机械振动直接或间接刺激中耳骨或内耳液。
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