CN108028997B - 具有可调节的保持力的骨传导换能器系统 - Google Patents

具有可调节的保持力的骨传导换能器系统 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于骨传导听力植入物的外部组件。外部壳体包含电磁驱动线圈、线圈芯和至少一个间隔体容器，至少一个间隔体容器位置与线圈芯的纵向端部中的一个相邻并且被构造成保持可选的可移除间隔体件。线圈芯以及任何极件和侧部件被构造成在驱动线圈中不存在电流的情况下与骨传导换能器中的植入物磁体磁性地相互作用，以使外部壳体在骨传导换能器上方在听力植入物患者的皮肤上保持固定的附接。并且驱动线圈中的电流与线圈芯以及任何极件和侧部件磁性地相互作用以产生给植入物磁体的植入物通信信号，以在骨传导换能器中创建由患者感知为声音的机械振动信号。

Description

具有可调节的保持力的骨传导换能器系统
本申请要求2015年9月18日提交的美国临时专利申请62/220,286的优先权，其通过引用整体地并入在本文中。
技术领域
本发明涉及医疗植入物，并且更具体地，涉及一种新颖的骨传导听力植入物系统。
背景技术
正常的耳像图1中所示的那样通过外耳101将声音传送到鼓膜102，鼓膜102使中耳103的听小骨移动，这使耳蜗104的椭圆窗106和圆窗107膜振动。耳蜗104是窄长管道，绕其轴线螺旋地缠绕约两圈半。耳蜗104形成具有中心的直立螺旋锥体，其被称作耳蜗，神经105的螺旋神经节细胞存在于其中。响应于接收到的由中耳103传送的声音，充满液体的耳蜗104充当换能器(transducer)以产生由耳蜗神经105传送到大脑的电脉冲。
当在将外部声音换能成沿着耳蜗的神经基质的有意义的动作电势的能力方面存在问题时听力受损。为了改善受损听力，已开发出听觉假体。例如，当损伤与中耳的操作有关时，可以使用常规助听器、中耳植入物或骨传导植入物来以放大声音的形式向听觉系统提供声-机械刺激。或者当损伤与耳蜗相关联时，具有植入物刺激电极的耳蜗植入物可利用通过沿着电极分布的多个电极触点递送的小电流电力地刺激听觉神经组织。
美国专利公开20070191673(通过引用整体地并入在本文中)描述一种类型的骨传导植入物，该骨传导植入物为了在具有传导性或混合传导性/感觉神经性听力丧失的人中的声音感知而将机械振动信号递送到耳蜗。植入骨传导换能器被粘附在皮肤之下到颞骨。响应于外部产生的电通信信号，换能器将机械刺激信号耦合到颞骨，通过骨传导递送到耳蜗以便感知为声音信号。某一量的电子电路也与换能器一起被植入以向植入设备提供电力，并且提供将外部电通信信号转换成机械刺激信号并机械地驱动换能器所需的至少一些信号处理。
在外部设备中具有振动驱动单元的骨传导植入物系统面临被磁性保持的外部设备本身也振动的问题。这使外部设备与耳蜗植入物系统的外部部分相比变得更易于从患者身上脱落。需要使外部设备保持在植入物上方的磁吸引力的量以及听力感知所需的振动力的量的精密匹配。已经在现有技术的设备中通过在外部设备中使用可被移动得更靠近或更加远离可植入磁体以便调节总磁力量的磁体尝试了这种匹配。在其它现有技术的布置中，在外部设备中使用磁体的堆叠而不是仅仅单个磁体。取决于实际上需要的磁力，一个或多个磁体被使用。
发明内容
本发明的实施例包括一种用于骨传导听力植入物的外部组件。外部壳体可在植入骨传导换能器上方在听力植入物患者的皮肤上固定地附接。壳体内部位于外部壳体内并包含：i.电磁驱动线圈，电磁驱动线圈被固定在壳体内部内并且被构造用于传导电流以形成用于骨传导换能器的植入物通信信号，ii.固定在驱动线圈内的由非磁化铁磁材料制成的线圈芯，线圈芯包括相对的纵向端部和相对的纵向侧部，以及iii.至少一个间隔体(spacer)容器，其中，至少一个间隔体容器被构造成保持可选的第一可移除间隔体件。壳体内部还包括以下各项中的至少一个：i.位置与线圈芯的相对的纵向端部以及任何间隔体容器相邻的一对相对的极件容器，每个极件容器被构造成保持可选的可移除铁磁极件，以及ii.位于线圈芯的相对的纵向侧部处的一对相对的侧部件容器，每个侧部件容器被构造成保持由铁磁材料制成或者为永磁体的可选的可移除侧部件。线圈芯以及任何极件和侧部件被构造成在驱动线圈中不存在电流的情况下与骨传导换能器中的植入物磁体磁性地相互作用，以使外部壳体在骨传导换能器上方在听力植入物患者的皮肤上保持固定的附接。并且驱动线圈中的电流与线圈芯以及任何极件和侧部件磁性地相互作用以产生给植入物磁体的植入物通信信号，以在骨传导换能器中创建由患者感知为声音的机械振动信号。
在一些实施例中，壳体内部可以包括一对间隔体容器，在线圈芯的每个纵向端部处各一个，其中，每个间隔体容器被构造成保持可选的可移除间隔体件。此外或可替选地，可移除间隔体件可以是铁磁的或永久磁化的，使得线圈芯、可移除间隔体件以及任何极件和侧部件被构造成在驱动线圈中不存在电流的情况下与骨传导换能器中的植入物磁体磁性地相互作用，以使外部壳体在骨传导换能器上方在听力植入物患者的皮肤上保持固定的附接；并且使得驱动线圈中的电流与线圈芯、可移除间隔体件以及任何极件和侧部件磁性地相互作用，以产生给植入物磁体的植入物通信信号，以在骨传导换能器中创建由患者感知为声音的机械振动信号。
线圈芯可以具有矩形块形状，矩形块形状例如具有宽度和高度，宽度和高度两者均小于植入物磁体的直径。矩形块状可以具有长度，该长度被构造为使得该长度与极件容器和间隔体容器一起大于植入物磁体的直径。
外部组件也可以包括信号处理器，该信号处理器用于为驱动线圈产生线圈驱动信号。壳体内部可以包括极件容器，极件容器可以进一步被构造为使得任何可选的可移除铁磁极件将具有下表面，与线圈芯的对应下表面相比，该下表面更靠近听力植入物患者的皮肤。极件容器可以进一步被构造为使得任何可选的可移除铁磁极件将具有与所述线圈芯的对应上表面位于公共平面中的上表面。
在具体实施例中，外部组件可以被构造成与可自由旋转的盘形植入物磁体磁性地相互作用，可自由旋转的盘形植入物磁体具有磁偶极矩，该磁偶极矩取向为基本上平行于听力植入物患者的皮肤穿过植入物磁体的直径。
本发明的实施例也包括一种骨传导听力植入物系统，该骨传导听力植入物系统具有根据上述中的任一项所述的外部组件。
附图说明
图1示出典型人耳的解剖结构。
图2示出根据本发明的实施例的外部组件磁体布置的各种结构元件的简化透视图。
图3示出如在图2中那样使用外部设备磁体布置的骨传导听力植入物系统的侧视图。
图4示出根据本发明的另一实施例的外部组件的各种结构元件的简化透视图。
图5示出根据本发明的实施例的植入物磁体相对于外部设备的各种构造的吸引力的曲线图。
具体实施方式
在骨传导听力系统中，外部设备和系统的植入部分通过皮瓣(flap)分离，皮瓣在厚度上随患者而变化，在极端情况下，在2mm与10mm(或甚至更多)之间。本发明的实施例致力于用于骨传导听力植入物系统的外部设备的模块化磁布置，该模块化磁布置在植入部分与外部设备之间提供可调节的磁吸引力，同时维持两个组件之间的足以总体上实现系统的骨传导功能的适当的振动力。如在下面所说明的，一些结构元件可以对保持力贡献更多，而其它结构元件对振动力贡献更多。
图2示出用于骨传导听力植入物的外部设备的磁布置的一个具体实施例的各种结构元件的简化透视图。电磁驱动线圈205传导电流以形成用于植入骨传导换能器的植入物通信信号。线圈芯201由非磁化铁磁材料(例如，软铁、铁磁不锈钢变体、软铁磁复合材料等)制成，并且被固定在驱动线圈205内。在具体实施例中，线圈芯201可具有各种选择的特定形状，诸如矩形块形状，例如具有宽度和高度，宽度和高度两者均小于植入物磁体202的直径206。
各种可选的模块化结构元件可以被布置为与线圈芯201相邻，例如，在相对的纵向端部处、在相对的纵向侧部处等，以与线圈芯201本身一起形成磁轭组装件。图2示出此类可能的可选的模块化结构元件的示例，包括位于线圈芯201的相对的纵向端部中的每一个处的极件203，以及位于极件203中的一个与线圈芯201的一端之间的间隔体元件204。极件203和间隔体元件204由可以与线圈芯201材料相同的铁磁材料或不同的铁磁材料制成。通常，极件203和间隔体元件204均不是永久磁化的，尽管在一些实施例中，间隔体元件204能有用地由非磁材料或永久磁化材料制成也是可能的。
通过驱动线圈205的电流流动产生与轭组装件——圈芯201、间隔体元件204和极件203——相互作用的电磁场，以产生给植入物磁体202的植入物通信信号。线圈芯201的矩形块形状可以具有与极件203和间隔体元件204一起大于植入物磁体202的直径206的特定长度。例如，可以控制线圈芯201、极件203和间隔体元件204的总组合长度，使得极件203的下表面与植入物磁体202的外周之间的磁通尽可能短。
图3示出如在图2中那样使用外部设备磁体布置的骨传导听力植入物系统的侧视图。外部设备300包括外部壳体305，外部壳体305可在植入骨传导换能器306上方在听力植入物患者的皮肤上固定地附接。外部壳体305具有包含如图2中所示的驱动线圈205和模块化磁轭布置的壳体内部307。驱动线圈205包含可以被封装在其自身的芯容器301内的线圈芯201。在线圈芯201的相对的纵向端部处的是一对相对的极件容器303。每个极件容器303被构造成保持可选的可移除铁磁极件203。
在图3中所示的具体实施例中，也存在位于线圈芯201的一个纵向端部与对应的极件容器303之间的类似的间隔体容器304。间隔体容器304被构造成保持可选的可移除间隔体件。在其它具体实施例中，也可以存在位于线圈芯201的另一纵向端部与对应的极件容器303之间的另一间隔体容器，以用于保持另一可选的第二可移除间隔体件。
线圈芯201和任何极件203和/或间隔体件204被构造成在驱动线圈201中不存在电流的情况下与骨传导换能器306中的植入物磁体202(其可以被封装在它自己的植入物磁体容器302中)磁性地相互作用，以使外部设备300在骨传导换能器306上方在听力植入物患者的皮肤上保持固定的附接。(例如，由信号处理器和相关电子电路，未示出)在驱动线圈201中产生的电流与线圈芯201和任何极件203和/或间隔体件204磁性地相互作用，以在骨传导换能器306(其是完全无源的，无需附加电子电路)中创建由患者感知为声音的机械振动信号。
在图3中所示的具体壳体内部307中，极件容器303以及它们可以包含的可移除的可选的极件203具有下表面，与线圈芯201的对应下表面相比，该下表面更靠近听力植入物患者的皮肤和植入骨传导换能器306。相比之下，它们的上表面(以及间隔体容器304及其可移除的可选的间隔体元件204的上表面)全部位于公共平面中。
骨传导换能器306可以具有可自由旋转的盘形植入物磁体202，可自由旋转的盘形植入物磁体202具有磁偶极矩，如在美国专利8,634,909(通过引用整体地并入在本文中)中描述并在图3中示出的，其取向为基本上平行于听力植入物患者的皮肤穿过植入物磁体202的直径。
图4示出根据本发明的另一实施例的外部组件的各种结构元件的简化透视图，外部组件包括可选的可移除模块化侧部件401，模块化侧部件401被保持在它们自身的对应侧部件容器(为了清楚在图4中未示出)中。侧部件401位于线圈芯201的相对的纵向侧部处。尽管在图4的简化形式中不可见，然而可以存在使侧部元件401和线圈芯201分离的线圈间隙，这允许驱动线圈205的电线缠绕线圈芯201。线圈芯201可以采用除矩形块外的其它不同的形式，但是在任何情况下应该支持驱动线圈205中的布线的相同取向。例如，线圈芯201的各个不同面可以是正方形或凹形或凸形，并且/或者一侧可以更长或更短，并且/或者可以存在一个或更多个凹部以容纳驱动线圈205的缠绕电线。
侧部件401可以由可以与线圈芯201材料相同的非磁化铁磁材料或者不同的铁磁材料制成，或者它们可以是永久磁化铁磁材料。如果侧部件401和间隔体元件204均是永磁体，则两个组件的磁偶极应该被对准以与相同取向平行。
如图4中所示，侧部元件401的下表面和极件203的下表面可以在同一平面中，而侧部件401的上表面可以在线圈芯201的上表面之上延伸。宽度距离400——侧部件401的厚度加上线圈芯201的宽度加上它们之间的线圈间隙——通常可以大于植入物磁体202的直径206。特别地，宽度距离400可以是这样的，即侧部件401的下表面与植入物磁体202的外周之间的磁通尽可能短。
驱动线圈205(为了清楚在图4中未示出)缠绕线圈芯201，使得电流流动产生与植入物磁体201的磁场并且与可选的模块化侧部件401和/或间隔体元件204(若它们也是永磁体的话)平行或反平行的线圈磁场。用于由线圈磁场引起的振动信号的变化磁场传递主要由线圈芯201的主轭元件与间隔体元件204和极件203一起来支持，而在无电流流过驱动线圈205的情况下存在的用于使外部设备保持在位的静磁场由两个轭元件与侧部元件401的几何布置一起来支持。
上述任一项中的磁体布置允许取决于以下模块化元件的实际挑选来选择多样的不同的磁吸引力：例如仅芯元件、具有侧部元件的芯元件、具有极件和非磁间隔体元件的芯元件、具有极件和非磁化铁磁材料的间隔体元件的芯元件、具有极件和永久磁化铁磁材料的间隔体元件的芯元件、具有极件和间隔体元件(在以上构造中的一种中)加上侧部元件的芯元件等。
图5示出针对各种模块化构造的作为分离距离的函数的可植入磁体相对于外部磁体布置的磁引力。标记为类型1的最低曲线是没有可选的模块化元件只有线圈芯的情况。在此上方标记为类型2的曲线是针对具有极件和非磁间隔体元件的线圈芯。类型3曲线是针对间隔体元件为非磁化铁磁材料的相同布置，并且类型4曲线是针对具有永磁体间隔体元件的相同布置。在顶部的类型4+曲线是针对添加了由永磁体制成的侧部件的类型4构造。
尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，然而对于本领域的技术人员而言应该显而易见的是，在不脱离本发明的真实范围的情况下，可以做出将实现本发明的一些优点的各种改变和修改。

Claims (11)

1.一种用于骨传导听力植入物系统的外部组件，所述组件包括：
外部壳体，所述外部壳体用于在植入骨传导换能器上方在听力植入物患者的皮肤上固定地附接；
壳体内部，所述壳体内部位于所述外部壳体内并包含：
i.电磁驱动线圈，所述电磁驱动线圈被固定在所述壳体内部内，并且被构造用于传导电流以形成用于所述骨传导换能器的植入物通信信号，
ii.固定在所述驱动线圈内的由非磁化铁磁材料制成的线圈芯，所述线圈芯包括相对的纵向端部和相对的纵向侧部，以及
iii.一个或多个间隔体容器，所述一个或多个间隔体容器位置与所述线圈芯的所述纵向端部中的一个相邻，并且被构造成保持可移除间隔体件；
其中，所述壳体内部还包括以下各项中的至少一个：
i.位置与所述线圈芯的所述相对的纵向端部以及所述一个或多个间隔体容器中的任何一个相邻的一对相对的极件容器，每个极件容器被构造成保持可移除铁磁极件，以及
ii.位于所述线圈芯的所述相对的纵向侧部处的一对相对的侧部件容器，每个侧部件容器被构造成保持可移除铁磁侧部件；
其中，所述线圈芯以及所述可移除铁磁极件和所述可移除铁磁侧部件中的任何一个被构造成在所述驱动线圈中不存在电流的情况下与所述骨传导换能器中的植入物磁体磁性地相互作用，以使所述外部壳体在所述骨传导换能器上方在所述听力植入物患者的皮肤上保持固定的附接；并且
其中，所述驱动线圈中的电流与所述线圈芯以及任何可移除铁磁极件和可移除铁磁侧部件磁性地相互作用以产生给所述植入物磁体的所述植入物通信信号，以在所述骨传导换能器中创建由所述患者感知为声音的机械振动信号。
2.根据权利要求1所述的外部组件，其中，所述线圈芯具有矩形块状。
3.根据权利要求2所述的外部组件，其中，所述矩形块状具有宽度和高度，所述宽度和高度两者均小于所述植入物磁体的直径。
4.根据权利要求3所述的外部组件，其中，当所述壳体内部包括所述极件容器时，所述矩形块形状具有长度，所述长度被构造为使得所述长度与所述极件容器一起大于所述植入物磁体的直径。
5.根据权利要求1所述的外部组件，其中，所述一个或多个间隔体容器是一对间隔体容器，在所述线圈芯的每个纵向端部处各一个，其中，每个间隔体容器被构造成保持所述可移除间隔体件。
6.根据权利要求1所述的外部组件，其中，所述可移除间隔体件是铁磁的或永久磁化的，使得所述线圈芯、所述可移除间隔体件以及所述可移除铁磁极件和所述可移除铁磁侧部件中的任何一个被构造成在所述驱动线圈中不存在电流的情况下与所述骨传导换能器中的植入物磁体磁性地相互作用，以使所述外部壳体在所述骨传导换能器上方在所述听力植入物患者的皮肤上保持固定的附接；并且使得所述驱动线圈中的电流与所述线圈芯、所述可移除间隔体件以及任何可移除铁磁极件和可移除铁磁侧部件磁性地相互作用以产生给所述植入物磁体的所述植入物通信信号，以在所述骨传导换能器中创建由所述患者感知为声音的机械振动信号。
7.根据权利要求1所述的外部组件，还包括：
信号处理器，所述信号处理器用于为所述驱动线圈产生线圈驱动信号。
8.根据权利要求1所述的外部组件，其中，所述壳体内部包括所述极件容器，所述极件容器进一步被构造为使得任何所述可移除铁磁极件将具有下表面，所述下表面与所述线圈芯的对应下表面相比更靠近所述听力植入物患者的皮肤。
9.根据权利要求8所述的外部组件，其中，所述极件容器进一步被构造为使得任何所述可移除铁磁极件将具有与所述线圈芯的对应上表面位于公共平面中的上表面。
10.根据权利要求1所述的外部组件，其中，所述外部组件被构造成与可自由旋转的盘形植入物磁体磁性地相互作用，所述可自由旋转的盘形植入物磁体具有磁偶极矩，所述磁偶极矩取向为基本上平行于所述听力植入物患者的皮肤穿过所述植入物磁体的直径。
11.一种骨传导听力植入物系统，所述骨传导听力植入物系统具有根据权利要求1至10中的任一项所述的外部组件。
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