CN108886663B - 用于中耳植入物的s形联接弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加载弹簧，其具有与中耳换能器的外端接合的内端、与受体患者的中耳内的固定解剖结构接合的外端、和位于内端与外端之间的公共线上的质心。加载弹簧还具有S形，沿公共线具有弹簧中心轴线。并且加载弹簧配置成用于沿着弹簧中心轴线移动内端和外端，以使加载弹簧以一个加载力配合到换能器与固定解剖结构之间，加载力在限定范围内并且完全沿着中耳换能器的中心轴线和弹簧中心轴线方向。

Description

用于中耳植入物的S形联接弹簧

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月29日提交的美国临时专利申请62/314,429的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及医用植入物，更具体地涉及用于中耳假体系统的新型联接装置。

背景技术

如图1所示，正常耳朵通过外耳101将声音传送到鼓膜(耳膜)102，鼓膜102移动中耳103的骨头(锤骨、砧骨和镫骨)使耳蜗104的卵圆形窗口和圆形窗口振动。耳蜗104是绕耳蜗轴线螺旋地卷曲约两周半的狭长器官。耳蜗包括通过耳蜗管连接的称为前庭阶的上通道和称为鼓阶的下通道。耳蜗104形成具有称为耳蜗轴的中枢的直立螺旋锥体，听神经113的螺旋神经节细胞位于其中。响应于由中耳103传送的所接收的声音，充满液体的耳蜗104充当换能器以生成传到蜗神经113并最终传到大脑的电脉冲。

当耳朵沿着耳蜗104的神经基质将外部声音转换成有意义的动作电位的能力存在问题时，听力受损。为了改善受损的听力，已经开发了各种类型的听力假体。例如，当听力损伤与中耳103的功能有关时，可以使用传统的助听器或中耳植入(MEI)装置来向听觉系统提供声学-机械振动。

图1还示出了典型MEI装置中的一些组件，其中外部音频处理器111处理环境声音以产生通过外部发射器107经皮肤发射到植入的接收器108的植入物通信信号。接收器108包括接收器线圈，其经皮肤接收植入物通信信号，该植入物通信信号随后被解调成换能器刺激信号，该换能器刺激信号由导线109经颞骨中的手术创建的通道发送到固定在中耳103中的砧骨的浮动质量换能器(FMT)110。换能器刺激信号使FMT 110内的驱动线圈产生变化的磁场，该磁场又使悬浮在FMT 110内的磁块振动。FMT 110内的磁块的惯性质量的振动引起FMT 110的壳体相对于磁块振动。FMT 110的这种振动通常耦联到中耳103中的砧骨然后耦联到耳蜗104并且被用户感知为声音。参见美国专利6,190,305，其通过引用并入本文。

可替代地，FMT 110的接合构件可以推靠在耳蜗外表面的圆窗膜上，如图2所示。FMT 110具有通过中心轴线207连接的内端203和外端204。锥形耳蜗接合构件202位于FMT110的内端203处，其具有耳蜗接合表面，该耳蜗接合表面将机械刺激信号耦联到外耳蜗表面中的圆窗膜201。通过由软骨制成的筋膜件205将FMT 110压在圆窗膜201上，该筋膜件填充到FMT110与中耳的颞骨206之间的空间中，用作固定解剖结构。筋膜件205是生物相容的并且具有合适的阻尼特性，用于将FMT 110稳定在圆窗膜201上的适当位置并防止其偏离位置。但是这种方法在很大程度上取决于筋膜件205的填充的精确执行，其由外科医生手动切割到适当尺寸并且产生不可重复的结果。另外，在圆窗膜201上施加太大或太小的压力会使患者产生扭曲的声音感知。初步研究表明，FMT 110上预加载的力应在10到20mN之间，以便最佳地联接FMT 110和圆窗膜201。

美国专利9,191,760示出了偏心弹簧装置形式的加载弹簧302，但是在该布置中，加载弹簧302的重心304不位于FMT 110的中心轴线303和圆窗接合构件301上。此外，弹簧元件的结构组成导致加载力305不与FMT的激励力、即FMT 110的中心轴线303共线。由于这两个弹簧特性，有源FMT110不仅将沿着其中心轴线303来回移动，而且还有偏离中心轴线303的转动部件306。这减小了由振动振荡引入听觉系统的振动能量。

发明内容

本发明的实施例涉及具有可植入机电换能器的中耳植入装置，该机电换能器具有通过换能器中心轴线连接的相对端。耳蜗接合构件位于换能器的内端，具有耳蜗接合表面，该耳蜗接合表面将机械刺激信号耦联到受体患者的外耳蜗表面。加载弹簧包括与换能器的外端接合的内端、与受体患者的中耳内的固定解剖结构接合的外端、和位于内端与外端之间的公共线上的质心。加载弹簧为S形，其弹簧中心轴线沿着所述公共线设置。加载弹簧设计成内端和外端沿弹簧中心轴线移动，以产生限定范围内的加载力。力的确切值取决于换能器与位于后端上的固定解剖结构之间的距离。在该范围内发生任何移动都将保持所产生的加载力与换能器的中心轴线共线。

在更具体的实施例中，加载弹簧具有位于二维平面中的S形。并且加载弹簧可以关于弹簧的质心点对称。加载弹簧可以配置成以限定范围内的加载力使内端和外端的位移为直至200μm；例如，加载力为直至100mN，优选10-20mN。并且加载弹簧可以由镍钛诺或钛制成。

附图说明

图1示出了具有使用浮动质量换能器的中耳植入物的正常人耳的各解剖结构。

图2示出了根据现有技术将中耳换能器联接到圆窗膜的细节。

图3示出了根据现有技术的加载弹簧的示例。

图4示出了根据本发明的实施例的加载弹簧的侧视图。

图5示出了如图4中的加载弹簧与中耳换能器接合的侧视图。

具体实施方式

本发明的各实施例涉及一种中耳植入物装置，其基于用于中耳换能器的改进的加载弹簧。弹簧适于产生加载力，该加载力压靠机电换能器的一端以利用在限定范围之内并完全沿着换能器的中心轴线方向的力使该换能器牢固地抵接患者的耳蜗(例如圆窗)的外表面，换能器的中心轴线也是加载弹簧的中心轴线。例如，中耳换能器可以是如图1和2所示的FMT 110，其具有内端203和外端204。这些端通过中心轴线207连接，并且在内端203处利用耳蜗接合表面与锥形耳蜗接合构件202连接，该耳蜗接合表面将机械刺激信号耦联到外耳蜗表面中的圆窗膜201。

图4示出了一个具体实施例，其中加载弹簧具有与换能器的外端接合的内端400、与受体患者的中耳内的固定解剖结构接合的外端410、和位于内端400与外端410之间的公共线上的质心420。加载弹簧为s形，其完全处于二维平面中，沿公共线具有中心轴线430。加载弹簧还构造成内端400和外端410沿着弹簧中心轴线430移动以便使弹簧配合在换能器和固定解剖结构之间，加载弹簧的加载力处于限定范围内并且完全沿着换能器的中心轴线和弹簧中心轴线430方向。优选地，这种关系在提供所需的加载力范围、例如10-20mN的加载力的同时在直至200μm及以上的尽可能长的位移范围上被保持。

加载弹簧的s形还在质心420处具有对称点。沿弹簧中心轴线430施加直至约100mN的加载力仍大致维持点对称，并且沿着s形状曲率的绝对值保持不变。点对称特性使质心420保持在弹簧中心轴线430上。内端400和外端410处的s形的一阶导数(几乎)为零。质心420是s形的拐点，其二阶导数为零或接近零，当沿弹簧中心轴线430施加直至约100mN的加载力时该拐点也保持其位置。更具体地，如果第一弹簧部段450的曲率为某个特定值a，则第二弹簧部段460的曲率是-a，第三弹簧部段470的曲率又是a，第四弹簧部段480的曲率又是-a。换句话说，加载弹簧包括具有相同的曲率绝对值的多个弹簧部段。

如前所述，10-20mN的加载力可能是最佳的，然而，由于加载弹簧在整个S形上经历均匀变形，因此可以施加直至约100mN的任何加载力。不同弹簧部段的具体曲率之间的关系可以变化直至约10％。特别地，维持加载弹簧的所有弹簧部段的曲率关系。因此，弹簧元件的任何特定部段都不比任何其他部段更容易破裂，因此不需要引入直径不同的部段。

可以选择整体弹簧刚度，使得可以实现直至200μm或甚至更大的位移，同时确保所需的10-20mN的所需加载力。位移和加载力的实际关系还取决于弹簧的厚度。加载弹簧的总高度可以与筒形换能器壳体的直径相当；例如，约1.5mm。这是制造这种装置的便利特征。关于适用的加载力和位移的具体值取决于加载弹簧的对称点周围的实际斜率以及所用材料的厚度/直径，该材料可以是任何生物相容性材料，例如镍钛诺或钛。

图5示出了图4中的加载弹簧的侧视图，该加载弹簧抵接中耳换能器510，中耳换能器510具有连接到加载装置的外端530和指向圆窗膜的内端520。加载弹簧的内端400(直接地或例如借助于联接器元件——图中未示出)附接到换能器510的外端530，使得所产生的振动的驱动力沿弹簧中心轴线430发生作用并穿过加载弹簧的质心420。因此，如果FMT具体用作换能器510，则加载弹簧的内端400附接到筒形FMT(其中心轴线周围也有均匀的质量分布)的中心轴线500。在FMT换能器510抵靠圆窗膜振荡过程的任何阶段，所施加的力都沿着弹簧中心轴线430方向并且没有偏离轴线倾斜的旋转力分量。因此，由于弹簧中心轴线430和换能器中心轴线500的对准，换能器510或任何中耳解剖结构上没有承载扭矩。

尽管已经公开了本发明的各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的真实范围的情况下，可以进行各种改变和修改来实现本发明的一些优点。

Claims (16)

1.一种中耳植入装置，包括：

植入式机电换能器，其具有由换能器中心轴线连接在一起的换能器内端和相对的换能器外端，所述植入式机电换能器构造成将输入电刺激信号转换成相应的输出机械刺激信号；

耳蜗接合构件，其位于换能器内端，所述耳蜗接合构件具有耳蜗接合表面，所述耳蜗接合表面构造成将输出机械刺激信号耦联到受体患者的外耳蜗表面；和

加载弹簧，其具有：

i.弹簧内端，构造成与换能器外端接合，

ii.相对的弹簧外端，构造成与受体患者中耳内的固定解剖结构接合；和

iii.质心，位于弹簧内端和弹簧外端之间的第一公共线上；

其中，加载弹簧为s形，具有沿着第一公共线的弹簧中心轴线，

其中，加载弹簧构造成弹簧内端和弹簧外端沿着弹簧中心轴线移动，以便使加载弹簧以一个加载力配合在换能器和固定解剖结构之间，该加载力在限定范围内并且完全沿着换能器中心轴线和弹簧中心轴线方向，并且

其中，所述加载弹簧在所述质心处具有对称点，使得在所述加载力的施加期间所述质心保持位于所述弹簧中心轴线上。

2.根据权利要求1所述的中耳植入装置，其特征在于，所述加载弹簧具有的s形位于二维平面内。

3.根据权利要求1所述的中耳植入装置，其特征在于，所述加载弹簧关于所述质心点对称。

4.根据权利要求1所述的中耳植入装置，其特征在于，所述加载弹簧构造成用于以一个限定范围内的加载力使所述弹簧内端和所述弹簧外端的位移为直至200μm。

5.根据权利要求1所述的中耳植入装置，其特征在于，所述加载力为直至100mN。

6.根据权利要求1所述的中耳植入装置，其特征在于，所述限定范围为10-20mN。

7.根据权利要求1所述的中耳植入装置，其特征在于，所述加载弹簧由镍钛诺或钛制成。

8.根据权利要求1所述的中耳植入装置，其特征在于，所述加载弹簧包括多个弹簧部分，所述多个弹簧部分具有相等的曲率绝对值。

9.一种用于中耳植入物的加载弹簧，所述中耳植入物包括中耳换能器，所述加载弹簧包括：

弹簧内端，构造成与中耳换能器的外端接合；

弹簧外端，构造成与受体患者中耳内的固定解剖结构接合；和

质心，位于弹簧内端和弹簧外端之间的第一公共线上；

其中，加载弹簧为s形，具有沿着第一公共线的弹簧中心轴线，

其中，加载弹簧构造成弹簧内端和弹簧外端沿着弹簧中心轴线移动，以便使加载弹簧以一个加载力配合在中耳换能器和固定解剖结构之间，该加载力在限定范围内并且完全沿着中耳换能器的中心轴线和弹簧中心轴线方向，并且

其中，所述加载弹簧在所述质心处具有对称点，使得在所述加载力的施加期间所述质心保持位于所述弹簧中心轴线上。

10.根据权利要求9所述的加载弹簧，其特征在于，所述加载弹簧具有的s形位于二维平面内。

11.根据权利要求9所述的加载弹簧，其特征在于，所述加载弹簧关于所述质心点对称。

12.根据权利要求9所述的加载弹簧，其特征在于，所述加载弹簧构造成用于以一个限定范围内的加载力使所述弹簧内端和所述弹簧外端的位移为直至200μm。

13.根据权利要求9所述的加载弹簧，其特征在于，所述加载力为直至100mN。

14.根据权利要求9所述的加载弹簧，其特征在于，所述限定范围是10-20mN。

15.根据权利要求9所述的加载弹簧，其特征在于，所述加载弹簧由镍钛诺或钛制成。

16.根据权利要求9所述的加载弹簧，其特征在于，所述加载弹簧包括多个弹簧部分，所述多个弹簧部分的曲率绝对值相等。

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