CN104521248A - 用于骨传导听力植入物的磁装置 - Google Patents

用于骨传导听力植入物的磁装置 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于受体患者中的听力植入物的可植入式磁换能器装置。植入物壳体密闭地封装内部壳体容积并且被固定附着到患者的皮肤下面的颅骨。磁换能器位于所述壳体容积内，并且包括其中相邻磁体具有相反的磁极的多个永磁体和弹性地耦连相邻磁体以允许它们的相对移动的一个或多个悬挂元件。磁换能器与位于患者的皮肤上方的外部磁驱动部件形成耦合振动系统，以产生对于植入物壳体的机械刺激信号，用于通过颅骨的骨传导作为音频信号传送到患者的耳蜗。

Description

用于骨传导听力植入物的磁装置
本申请要求于2012年7月9日提交的美国临时专利申请61/669,161和2013年2月28日提交的美国专利申请13/780,193的优先权，其通过引用被包含到本文中。
技术领域
本发明涉及一种医疗植入物，并且更具体地涉及一种新型的经皮的听觉假体植入物系统。
背景技术
如图1所示，一般耳朵通过外耳101向移动中耳103的听小骨(锤骨、砧骨和镫骨)的鼓膜(耳膜)102传送声音，所述听小骨振动耳蜗104的卵圆窗106和圆窗107膜。耳蜗104是螺旋地绕其轴约2.5匝的狭长型通道。耳蜗104包括被称为前庭阶的上通道和被称为鼓阶的下通道，上通道和下通道通过耳蜗管连接。耳蜗104形成具有被称为蜗轴的中心的直立的螺旋锥形体，耳蜗神经105的螺旋状神经节细胞存在于所述蜗轴中。响应于接收到的由中耳103传送的声音，充满液体的耳蜗104用作生成电脉冲的换能器，电脉冲传送到耳蜗神经105并最终传送到大脑。
当沿着耳蜗104的神经基质将外部声音转换为有意义的动作电位的功能出现问题时，听力就受损。为了改进受损的听力，已经开发出了听觉假体。例如，当受损涉及到中耳103的工作时，传统的助听器或中耳植入物可用于以放大的声音的形式向听觉系统提供声学-机械刺激。或者当受损涉及耳蜗104时，具有植入的刺激电极的耳蜗植入物可以利用沿电极分布的多个电极触点传输的小电流来电刺激听觉神经组织。
中耳植入物利用电磁换能器将声音转换为中耳103的机械振动。换能器的壳体包括磁体组件，并且线圈绕组附着到中耳103内的听小骨，并且麦克风信号电流传递到该线圈绕组以产生电磁场。响应于磁场的相互作用的磁振动使中耳103的听小骨振动。参见美国专利No.6,190,305，其通过引用被包含到本文中。
美国专利文献20070191673(其通过引用被包含到本文中)公开了另一种可植入式的听力假体系统，其利用骨传导将声音信号传递到耳蜗，以提高传导性听力损失或传导性/神经性混合听力损失的人的听觉。将植入的漂浮质量传感器(FMT)固定到颞骨。响应于外部产生的电音频信号，FMT将机械刺激信号耦合至颞骨，以通过骨传导将该信号传递到耳蜗并感知为声信号。还必须将一定数量的电子电路与FMT一起植入，以便为植入装置供电并且提供将外部电信号转换为机械刺激信号以及机械驱动FMT所需的至少某些信号处理。
当患者接受核磁共振成像(MRI)时，可植入式听力假体系统的一个问题就出现了。植入磁体和施加到MRI的外部磁场之间会发生相互作用。MRI的外部磁场可以在植入磁体上产生可能将磁体或整个植入物壳体转移到不适当的位置和/或可能损害患者的邻近组织的扭矩。植入磁体还可能导致在MRI图像中产生伪影，由于MRI的外部磁场和植入装置之间的相互作用，可能在接收线圈和听力假体中感应出电压。
因此，对于具有磁装置的现有的植入系统来说，不允许使用MRI或最大限度地将MRI的使用限制在低场强中使用。其它现有的技术方案包括使用可通过外科手术移除的磁体、球形植入磁体(例如，美国专利No.7,566,296)以及各种环形磁体的设计(例如，2009年7月22日提交的美国临时专利61/277,632)。在这些不需要通过外科手术移除磁体的技术方案中，即使在非常高的场强，球形磁体设计也可能是MRI诊断的最方便并且最安全的选择。但是球形磁体装置要求远大于植入物的其它部件的厚度的相对较大的磁体，从而增加了植物物占据的空间。这反过来可以产生其自身的问题。例如，在皮肤和下面的骨头之间植入某些系统(例如，耳蜗植入物)。磁体壳体的“球形凸起”从而要求制备到下面的骨头内的凹槽。这是在该应用的植入期间的附加步骤，其非常有挑战性或者在非常年幼的儿童的情况下甚至是不可能的。
美国专利文献20120029267(其通过引用被包含到本文中)描述了具有两个通过固定到下面的颅骨的柔性连接器部件连接的平面植入磁体的可植入式听力假体。每个植入磁体是具有在一个轴向中的磁极的中心盘的特定形式。磁盘的周围是在不同的方向具有相反磁极的另一个环形磁铁。这种环形/盘状磁体装置与外部磁场(例如，MRI磁场)具有很少的磁相互作用。
发明内容
本发明的实施例针对用于受体患者中的听力植入物的可植入式磁换能器装置。植入物壳体密闭地封装内部壳体容积并且固定地附着到所述患者的皮肤下面的颅骨。磁换能器位于壳体容积内，并且包括其中相邻磁体具有相反的磁极的多个永磁体，和弹性地耦连相邻磁体以允许它们的相对移动的一个或多个悬挂元件。所述磁换能器与位于所述患者的皮肤上方的外部磁驱动部件形成耦合振动系统，以产生对于植入物壳体的机械刺激信号，用于通过所述颅骨的骨传导将所述机械刺激信号作为音频信号传送到所述患者的耳蜗。
所述磁体可以包括内部圆柱形磁体和至少一个同心地位于所述内部圆柱形磁体的外面的环形磁体；并且在某些实施例中，可以有多个同心地布置在所述内部圆柱形磁体的外面的环形磁体。在该特定的实施例中，所述悬挂元件可以包括一侧耦连到所述圆柱形磁体并且相反侧耦连到至少一个环形磁体的弹性膜。或者所述悬挂元件可以包括一对位于平行的平面内的弹性膜，所述圆柱形磁体耦连到该对弹性膜中的一个弹性膜，并且至少一个环形磁体耦连到另一个弹性膜。
或者，所述磁体可以是通过悬挂元件连接的派形部以形成圆柱形磁盘。在该特定的实施例中，每个磁体可以具有相同的尺寸和形状，或者各个磁体可以具有不同的尺寸和形状。
本发明的实施例还包括一种听力植入物系统，其具有根据前述的任意一个实施例所述的可植入式磁换能器装置。
附图说明
图1示出了典型人耳的解剖结构。
图2A-B分别示出了根据本发明的一个特定实施例的、听力植入物的磁装置的顶部平面视图和侧面截面图。
图3示出了与图2所示的磁装置相互作用的外部信号驱动线圈的磁场。
图4A-D示出了使用根据本发明的实施例的磁装置的磁换能器。
图5是频率-输出力的曲线图，其显示了适当地设计弹性系统能够获得对于语音理解最佳的频率范围。
图6示出了本发明的实施例，连同皮肤的弹性性能。
图7示出了具有交替磁极的多个同心环形磁体的实施例。
图8示出了具有两个平行弹性膜的实施例。
图9示出了具有通过弹性悬挂元件连接的多个派形部的实施例。
具体实施方式
本发明的实施例针对简单廉价并且小型的机械换能器(例如，骨传导听力植入物)的可植入式兼容MRI的磁装置。该磁装置包括多个永磁体，其中，相邻的磁体具有相反的磁极性。一个或多个悬挂元件(例如，硅树脂、膜等)弹性地耦连相邻的磁体以允许它们的相对移动。由此得到的磁换能器与位于所述患者的皮肤上方的外部磁驱动部件形成耦合振动系统，以产生对于环绕磁体的植入物壳体的机械刺激信号，用于通过颅骨的骨传导将机械刺激信号作为音频信号传送到患者的耳蜗。
图2A示出了根据一个特定实施例的听力植入物的磁装置200的顶部平面图并且图2B示出了该磁装置200的侧面截面图。内部圆柱形磁体201具有南磁极位于顶部并且北磁极位于底部的磁场极性。外部环形磁体202在外面同心地环绕内部圆柱形磁体201并且具有北磁极位于顶部且南磁极位于底部的相反的磁场极性。弹性膜203(例如，硅树脂材料)用作弹性地耦连内部圆柱形磁体201和外部环形磁体202以允许它们的相对移动的悬挂元件。一旦组装了磁体201和202并且恢复力有助于来自弹性膜203的力，磁装置200就是稳定的。
如图3所示，来自外部信号驱动线圈的磁场301导致内部圆柱形磁体201和外部环形磁体202相对于彼此在相反的方向位移。磁体201和202的几何和立体结构特性影响磁偶极矩以降低/最小化由外部磁场(例如，MRI)引起的装置上的扭矩，使得：
m＝V1H1-V2H2＝0
其中，m是磁偶极矩，V是每个磁体的体积，以及H是每个磁体的磁场强度。
该磁装置还具有依据弹性元件203的弹性特性和磁装置200的质量的可调谐的频率特性。作为悬挂元件的弹性膜203对弹簧刚性起着重要的作用-例如，软硅树脂促进了较软的弹性，较硬的硅树脂促进了较硬的弹性。
图4A-D示出了实现为封入密闭壳体401内的骨传导换能器400的上述磁装置。在该换能器400中，内部圆柱形磁体201、壳体衬套402、密闭壳体401和患者的颅骨用作一个共同的质块。由弹性膜203悬挂的外部环形磁体202在由外部信号驱动线圈301(该操作并不限于图3所示的外部信号驱动线圈301的特定形式)的外磁场驱动的推挽式配置中、在环形磁体202的外表面和密闭壳体401之间的空隙403内振动。外部信号驱动线圈301激励磁场，以使得与内部圆柱形磁体201和外部环形磁体202的磁极相反的、外部线圈装置的磁极中的各个具有相反的磁极。在另一个特定的实施例中，外部信号驱动线圈301可以包括两个或更多个线圈组件。骨传导换能器400将在外部环形磁体202、壳体衬套402和密闭壳体401用作单个共同质块的情况下，等效地工作，其中，如图4C-D所示，内部圆柱形磁体201由弹性膜203悬挂在外部环形磁体202内地，进行振动。弹性膜203可以由任何弹性材料(例如，硅树脂)制造，并且如图4A和4C所示，其可以填充内部圆柱形磁体201和外部环形磁体202之间的仅部分空隙或全部空隙。如果仅有一部分通过O形悬挂元件/弹性膜203固定到内部环形磁体201的斜面上的一端，这是有用的。这可以使制作过程容易并且允许在组装期间容易地对准(即，居中)。密闭壳体401不需要电或任何其它馈入，这与传统的有源驱动的骨传导装置相比是有利的。
除了作为磁驱动系统的一部分之外，内部圆柱形磁体201还用作外部装置的保持磁体。理想的是，外部装置的直径与内部圆柱形磁体201的直径一致，以使得外部装置受到外部环形磁体202的振动的影响尽可能的小。但是对于外部远磁场(例如，MRI设备的磁场)来说，内部磁体201和202的磁极相反并且旨在相互抵消。这种植入磁体的磁场的净最小化减少了它们的与外部MRI磁场的磁相互作用，从而最小化诸如扭力和成像伪影的副作用。
该可植入式骨传导换能器在很多重要的方面与现有技术不同。该可植入式换能器仅具有无源的植入部件并且所有的换能器的功能都在可植入式装置本身中；没有现有技术的换能器利用这种组合的优点。现有技术的仅具有无源可植入式部件的换能器还利用皮肤作为弹性元件，这具有所有的明显的缺点，这是因为皮肤的弹性阻尼特性差并且如果磁力太强则皮肤可能会受到创伤或损害。
不依赖于单独的附加装置和换能器部件(例如，施美德的Audiant助听器(Xomed Audiant))的其它现有技术的装置很可能会失败，这是因为外部装置以如此大的幅度振动。本发明的实施例可以有效地降低外部部分的振幅。这允许(但不要求)在相同的部件中实现附加装置和换能器的功能，但是同时克服了Audiant装置的缺点。
本发明的实施例形成了耦合振动系统。一个振动器是如上所述的环形或盘状磁体的可植入式装置，并且另一个振动器包括常规的外部磁体、皮肤和如现有技术的可植入式磁装置。通过弹性膜203的弹性常数和振动磁体的质量确定第一可植入式振动器的第一弹簧-质量系统的谐振频率。通过作为弹性和阻尼元件的皮肤、外部部分和振动磁体201或202的质量确定第二弹簧-质量系统的谐振频率。现有技术的一个缺点是不能准确地确定皮肤的弹性性能并且其随时间而略微改变，并且磁换能器装置200的输出力对于在整个频率范围内理解语音来说可能变得不足。例如，图5示出了这种情况。骨传导换能器的输出力随着仅稍微偏离谐振频率的频率迅速下降。耦合的谐振系统允许通过叠加两个弹簧-质量系统的谐振行为加宽谐振的期望频率范围。图5示出了输出力随频率变化的曲线图，其显示了对弹簧系统的适当设计能够获得对于语音理解最佳的频率范围。
图6示出了本发明的另一个实施例，其中一起示出了患者的皮肤的弹性和阻尼功能的表征元件。具体地，可植入式磁换能器装置600包括固定地附着到被植入的患者的皮肤608下面的颅骨609的可植入式换能器壳体604。在换能器壳体604内是弹性膜603，其一侧耦连到圆柱形磁体601，并且另一侧耦连到至少一个环形磁体602。在可替换的实施例中，磁体601和602可以都附着到弹性膜603的同一侧。外部部分605通过附着磁体606附着到位于换能器壳体604上方的患者的皮肤608上，通过其对植入的圆柱形磁体601产生的磁吸引，所述附着磁体606保持在适当的位置。通过形成动态变化的线圈磁场的外部线圈607发送通信信号，所述动态变化的线圈磁场在外部部分605、换能器壳体604内的磁装置、皮肤弹性功能611和皮肤阻尼功能612之间产生了耦合的振动器系统610。外部线圈607的动态磁场交替地吸引和排斥耦合到换能器壳体604的圆柱形磁体601，这就形成了用作机械刺激信号的振动，以由颅骨605将该机械刺激信号骨传导到耳蜗，用于感知为声音。
基于使用更多个弹簧元件可实现其它实施例，其可以导致进一步放大的谐振频率范围。图7是一个可能的实施例，其特征是具有：内部中心圆柱形磁体701；和多个同心的外部环形磁体702，其具有交替的磁场极性，并在附着到颅骨的密闭壳体中被安装到连接膜弹性悬挂元件703上。来自外部装置的动态磁场信号使磁体701和702偏转。在该装置中，相邻磁体之间的各个悬挂元件703可以具有不同的弹性常数，这可以允许多个不同的振动模式。
图8示出了具有特定形式的多个悬挂元件的可植入式磁换能器800的另一个实施例，其中，一对弹性膜803位于平行的平面内，内部圆柱形磁体801耦连到其中的一个弹性膜803，并且外部环形磁体802耦连到另一个弹性膜803。同样的，可以将这两个不同的弹性膜803选择为具有不同的弹性常数；例如，它们可以由不同的材料(例如，有机硅、铂等)制造。
图9示出了另一个可能的实施例，其特征是将圆柱形磁体900划分为安装到连接悬挂元件902的、多个单独的派形磁体901。每个派形磁体901都具有相同的尺寸和形状，或者它们可以具有多个不同的尺寸和形状。为了控制扭矩并提供可调的频率特性，可以控制悬挂元件902的特性(例如，硬/软硅树脂等)。相邻的悬挂元件902可以交替地为软和硬，从而在例如硬悬挂元件902之间形成派形磁体901组并且具有不同谐振频率。相邻的派形磁体901可以具有不同方向中的磁极，例如，如图9所示在相对的轴向方向上。
虽然已经公开了本发明的各种示例性的实施例，但是本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的真实范围的情况下，可以做出各种改变和修改，这将实现本发明的一些优点。

Claims (10)

1.一种用于在受体患者中的听力植入物的可植入式磁换能器装置，所述装置包括：
植入物壳体，所述植入物壳体密闭地封装内部壳体容积并且固定地附着到所述患者的皮肤下面的颅骨；
位于所述壳体容积内的磁换能器，具有：
i.多个永磁体，其中相邻磁体具有相反的磁极；以及
ii.一个或多个悬挂元件，所述一个或多个悬挂元件弹性地耦连相邻磁体以允许它们的相对移动；
其中，所述磁换能器与位于所述患者的皮肤上方的外部磁驱动部件形成耦合振动系统，以产生对于植入物壳体的机械刺激信号，用于通过所述颅骨的骨传导作为音频信号传送到所述患者的耳蜗。
2.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述磁体包括：
内部圆柱形磁体，和
同心地位于所述内部圆柱形磁体的外面的至少一个环形磁体。
3.根据权利要求2所述的换能器装置，其中，多个环形磁体同心地布置在所述内部圆柱形磁体的外面。
4.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述悬挂元件包括一侧耦连到所述圆柱形磁体并且相反侧耦连到所述至少一个环形磁体的弹性膜。
5.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述悬挂元件包括一对位于平行的平面内的弹性膜，其中所述圆柱形磁体耦连到该对弹性膜中的一个，并且所述至少一个环形磁体耦连到另一个弹性膜。
6.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，所述磁体是通过悬挂元件连接的派形部以形成圆柱形盘。
7.根据权利要求6所述的换能器装置，其中，各个磁体具有相同的尺寸和形状。
8.根据权利要求6所述的换能器装置，其中，所述磁体具有多个不同的尺寸和形状。
9.根据权利要求1所述的换能器装置，其中，至少一个磁体与外部保持磁体相互作用，以将所述外部驱动线圈附接到所述患者的皮肤上的适当位置。
10.一种听力植入物系统，具有根据权利要求1至9中的任意一项所述的可植入式磁换能器装置。
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