CN116966427A - 一种全植入式人工耳蜗系统及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全植入式人工耳蜗系统及应用，包括外置麦克风系统、内置植入系统以及给内置植入系统供电的体外充电部；外置麦克风系统收集声信号并转化成电信号，通过无线传输部将电信号无线传输至内置植入系统；内置植入系统包括天线部、体内充电部、声音处理部以及刺激系统；天线部包括天线监控部和天线组件，天线监控部获取天线组件的工作状态信息，并将工作状态信息传递至声音处理部；本发明的全植入式人工耳蜗系统避开了麦克风植入皮下带来的信号衰减和体内噪声的干扰问题，同时使用方便，手术简单，长期可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于人工耳蜗技术领域，特别涉及一种全植入式人工耳蜗系统及应用。
背景技术
传统的人工耳蜗系统包括体内的植入体和体外的声音处理部，通过声音处理部将环境中的声信号转化为电信号，再将电信号传入植入体中，植入体以电刺激形式将信号送至耳蜗内的刺激电极，通过刺激电极刺激听神经纤维，最后由大脑将电信号识别为声音而产生听觉。
目前传统的人工耳蜗系统都是分为体内植入体和体外部分，佩戴在耳后的体外机给使用者带来诸多不便，例如： 1.植入者或其家属每天要照料、维护体外机，形成日常负担；2.体外机挂在耳后，对耳朵造成压力，特别是儿童的耳朵较软，容易引起不舒适感；3.体外机部分容易发生碰撞/跌落而造成损坏或丢失，限制了植入者参与日常活动的范围；4.体外机容易因汗水或日常的水溅而产生损坏，限制了植入者的洗澡和水中活动；5.对很多植入者特别是老年植入者来说，耳后佩戴的体外机是听力残障的表现，对他们的自尊和自信产生了不良的心理影响，妨碍正常社会交往，很多听力残障人士宁可听不到也不愿佩戴助听器或人工耳蜗。
上述人工耳蜗体外机对使用者带来的种种不便和负面影响，使得植入者迫切需要全植入人工耳蜗系统的存在。
目前，麦克风是全植入人工耳蜗的技术难点。现有的全植入人工耳蜗的麦克风一般是采用两种技术路径：一是麦克风植入在皮下，由于受到头皮皮瓣的阻碍，声信号存在严重的削弱、畸变和失真，将会产生严重的拾音信号衰减的问题。同时植入在人体内的麦克风还要受到人体发出的各种声音的干扰，比如人的血流，呼吸，心跳，甚至肌肉、关节的活动都会发出各种声音，这种噪音会极大的干扰收音的清晰度。根据发表的相关文献，上述类型的植入式麦克风的人工耳蜗言语识别率明显低于常规的人工耳蜗。第二种技术路径是将麦克风置于人体的中耳位置，拾取听小骨的振动然后转换为电信号。这种方法避开了植入于皮下麦克风的信号衰减和体内噪声干扰的缺点，但是这种麦克风在中耳道的固定方法困难，手术复杂而且耗费的时间长，同时这种麦克风的长期可靠性较差，这些劣势限制了其应用。
综上所述，目前的全植入人工耳蜗系统还存在声音干扰严重、手术困难以及长期可靠性较差的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：一种全植入式人工耳蜗系统，包括外置麦克风系统、内置植入系统以及给内置植入系统供电的体外充电部；其中，
所述外置麦克风系统包括外置麦克风和无线传输部，所述外置麦克风收集声信号并转化成电信号，通过无线传输部将电信号无线传输至所述内置植入系统；
所述内置植入系统包括天线部、体内充电部、声音处理部以及刺激系统；
所述天线部与所述声音处理部连接，接收外置麦克风系统发送的电信号，并将电信号传输至声音处理器中；
所述天线部包括天线监控部和天线组件，所述天线监控部和声音处理部连接，所述天线监控部获取天线组件的工作状态信息，并将工作状态信息传递至声音处理部；
所述体外充电部与所述体内充电部无线连接，用于给体内充电部供能；
所述刺激系统与所述声音处理部连接，用于输出电刺激。
优选地，所述外置麦克风系统还包括声音预处理单元，用于对外置麦克风收集的声信号进行降噪，并将降噪后的声信号转化成电信号，经无线传输部传输至天线部。
优选地，所述天线组件包括第一天线和备份天线，当声音处理部接收到第一天线的信息为异常信息时，声音处理部切断与第一天线的连接，并启动与备份天线的连接。
优选地，所述体内充电部包括电源管理部、充放电管理部、充电电池以及充电线圈；其中，
所述充电线圈与所述体外充电部无线充电连接；所述充放电管理部与充电电池、充电线圈以及电源管理部电连接，所述电源管理部分别与声音处理部、刺激系统电连接。
优选地，还包括体外遥控部，所述体外遥控部与所述内置植入系统双向无线通信，用于向内置植入系统发送控制信息，所述内置植入系统响应于所述控制信息，做出执行动作；所述执行动作包括开通/关闭、程序选择、音量调节、植入体电极阻抗、植入体电量中的至少一项。
优选地，所述天线部外设置有封装件。
优选地，所述外置麦克风系统与内置植入系统的无线传输工作电流不大于4mA。
一种全植入式人工耳蜗系统的应用，所述天线部与所述无线传输部分别位于鼓膜两侧，且均靠近于鼓膜设置。
本发明的有益效果在于：
1.本申请的全植入式人工耳蜗系统，与传统的全植入人体耳蜗系统相比，将麦克风外置，通过外置麦克风拾取声信号，将声信号转化成电信号；通过无线方式传至内置植入系统，避开了麦克风植入皮下带来的信号衰减和体内噪声的干扰问题，同时使用方便，手术简单，长期可靠性高。
2.本申请的全植入式人工耳蜗系统中，天线监控部件获取天线组件的工作状态信息，并将工作状态信息传递至声音处理部，并对天线组件进行调整，有效减少人体内组织液对天线部信号传输的影响，从而进一步提升信号传输效率，保证系统的长期可靠性。
3.本申请的全植入式人工耳蜗系统中，通过安装体内充电部，与体外充电部无线连接，可随时对声音处理部和刺激系统供能；体外遥控部与内置植入系统双向无线通信，用于向内置植入系统发送控制信息，可实时对内置植入系统进行控制调整，操作方便。
4. 本申请的全植入式人工耳蜗系统的应用，通过将天线部和外置麦克风安装于鼓膜两侧，并靠近鼓膜设置，进一步提升无线传输效率。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的全植入式人工耳蜗系统的整体结构示意图；
图2为本发明一具体实施例的全植入式人工耳蜗系统的详细结构示意图；
图3为本发明一具体实施例的全植入式人工耳蜗系统中刺激系统产生的相应电刺激信号的示意图；
图4为本发明一具体实施例的全植入式人工耳蜗系统中外置麦克风系统的无线部分电路图；
图5为本发明一具体实施例的全植入式人工耳蜗系统中内置植入系统的无线接收部分电路图；
附图标记说明：1、内置植入系统；10、体内充电部；110、充电线圈；120、充放电管理部；130、充电电池；140、电源管理部；20、声音处理部；210、DSP芯片；220、通信协处理部；30、刺激系统；310、刺激器；320、刺激电极；40、天线部；410、天线组件；411、第一天线；412、备份天线；420、天线监控部；50、体外充电部；60、外置麦克风系统；610、外置麦克风；620、声音预处理单元；630、无线传输部；70、体外遥控部；U21、无线芯片；U22、balun芯片；E2、发射天线；E1、接收天线；U1、无线接收芯片；U2、滤波器；U26、存储芯片。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1，一种全植入式人工耳蜗系统，包括外置麦克风系统60、内置植入系统1以及给内置植入系统1供电的体外充电部50；其中，内置植入系统1包括天线部40、体内充电部10、声音处理部20以及刺激系统30。外置麦克风系统60与天线部40无线连接，体外充电部50与体内充电部10无线连接，用于给内置植入系统1供能。体内充电部10分别与声音处理部20、刺激系统30连接，从而给声音处理部20和刺激系统30供能。天线部40与声音处理部20连接，将天线部40接收的电信号传输至声音处理器20中；刺激系统30与声音处理部20连接，用于输出电刺激。
本申请的全植入式人工耳蜗系统的工作流程如下：外置麦克风系统60收集声信号，将声信号转化成电信号，并与天线部40进行无线传输，从而将电信号传至声音处理部20中。声音处理器20将电信号进行编码，并传输至刺激系统30，刺激系统30对信号进行解码，并以电刺激的形式对听神经纤维进行刺激，最后大脑将电信号识别为声音而产生听觉。
如图1和图2所示，体内充电部10包括充电线圈110、充放电管理部120、充电电池130以及电源管理部140。其中，充电线圈110与体外充电部50无线充电连接，无线充电采用Qi标准。充放电管理部120与充电电池130、充电线圈110以及电源管理部140电连接，从而控制充电电池30的充放电进程。电源管理部140分别与声音处理部10、刺激系统30电连接，用于控制放电进程。具体地，充电线圈110接收体外充电部50提供的电信号。充放电管理部120用于控制充放电进程，充放电管理部120将充电线圈110接收的电信号整流后给充电电池130充电。在不充电时，充电电池130通过充放电管理部120和电源管理部140给电路供电，包括DSP芯片210的电路，刺激系统30的电路等。当充电电池130电量低时，可通过体外充电部50给内置植入系统1充电，充电线圈110接收体外充电部50的无线信号，充电线圈110接收到无线电压峰值一般在10-20V，经过整流后降压到5V的直流电，再通过充放电管理部120给充电电池130充电。充电电池130容量的大小根据内置植入系统1的空间大小选型，一般在200-300mAh之间。
体外充电部50可以在全植入式人工耳蜗系统未使用的情况下进行充电。具体地，体外充电部50可以为充电枕头，用户晚上睡觉时即可为内置植入系统1充电。体外充电部50也可以进行实时供电；具体地，体外充电部可以为帽式无线充电器，用户戴上该帽式无线充电器即可为内置植入系统1充电；也可以为体佩式体外无线充电器，固定在眼镜腿上或者耳背式。
外置麦克风系统60包括外置麦克风610、声音预处理单元620以及无线传输部630，外置麦克风610收集声信号，通过声音预处理单元620对声信号进行降噪预处理，并将降噪预处理后的声信号编码转化成电信号，通过无线传输部630将电信号无线传输至内置植入系统1。无线传输方式包括蓝牙、RF等传输方式。具体地，无线传输工作电流不大于4mA，从而有效减少功耗，延长电池的使用时间；无线信号传输频率可以是蓝牙2.4GHz或者其他合适的频率。外置麦克风610可以是耳道式麦克风、耳廓式麦克风等，体积较小，便于隐形。具体地，外置麦克风系统60接收声音的范围集中在100Hz到8KHz之间。
将外置麦克风610外置后，通过外置麦克风系统60拾取声信号，将声信号转化成电信号；通过无线方式传至内置植入系统1，避开了麦克风植入皮下带来的信号衰减和体内噪声的干扰问题，同时也使用方便，手术简单，长期可靠性高。
天线部40与声音处理器20连接，用于接收外置麦克风系统60的电信号，并传输至声音处理部20。天线部40包括天线监控部420和天线组件410；天线监控部420和声音处理部20连接，天线监控部420获取天线组件410的工作状态信息，并将工作状态信息传递至声音处理部20。天线组件410包括第一天线411和备份天线412，当声音处理部20接收到第一天线411的信息为异常信息时，声音处理部20切断与第一天线411的连接，并启动与备份天线412的连接。由于天线部40设置于体内，其信号容易被人体组织液干扰，因此，通过设置上述天线监控部420，能够实时监测天线组件410的工作状态，出现异常时能够对天线种类进行切换，从而保证信号的正常传输。为了进一步提升信号传输效果，天线部40外设置有封装件（图中未示出）。具体地，封装件的材料可以为生物相容性材料，比如医用硅胶。
如图2和图3所示，声音处理部20包括DSP芯片210和通信协处理部220。通信协处理部220接收到通过天线部40传来的电信号后，进一步传输给DSP芯片210，DSP芯片210将接收的电信号进行编码后传输至刺激系统30中。
如图2和图3所示，刺激系统30收到DSP芯片210的指令后产生相应的电刺激信号。刺激系统30包括刺激器310和刺激电极320。刺激器310的输入连接声音处理器20，输出连接刺激电极320。刺激器310对接收的编码信号进行解码，并通过刺激电极320以电刺激的形式对听神经纤维进行刺激，最后大脑将电信号识别为声音而产生听觉。刺激系统30也可将刺激情况反馈至声音处理部20，从而对刺激情况进行实时监控和调整。为了保证电刺激对人体组织的安全性，刺激信号一般为先负后正的、脉宽和幅度都可调的、正负相位对称的脉冲刺激信号。
如图4所示，为外置麦克风系统60的无线传输部630无线部分电路图。其中，无线芯片U21作为主控芯片发送数据或者控制命令给内置植入系统1。balun芯片U22对无线信号做滤波处理，将无线芯片U21的差分信号转为单端信号，单端信号通过发射天线E2发射。无线信号传输频率可在2.402GHz-2.480GHz之间，发射功率小于20dBm。接收灵敏度约-70 dBm至-82 dBm，最高接收灵敏度可达-95dBm。
如图5所示，为内置植入系统1的天线部40无线接收部分电路图。接收天线E1接收来自体外外置麦克风系统60发射的无线信号，滤波器U2对接收到的无线信号做滤波处理。无线接收芯片U1对接收到的无线信号做初步处理，处理完成后给DSP芯片210进一步处理后控制刺激系统30产生刺激。存储芯片U26可以存储一些私有的参数。在必要时，无线接收芯片U1也可以发送无线信号给体外的外置麦克风系统60。体外和体内的系统可以实现双向通讯。内置植入系统1无线接收部分电路工作频率可设置在2.402GHz-2.480GHz，最高接收灵敏度可达-97dBm。在必要时，内置植入系统1的电路可以发送无线信号至体外部分，体内内置植入系统1无线电路的最大发射功率小于20dBm。
体外遥控部70与内置植入系统1双向无线通信，用于向内置植入系统1发送控制信息。体外遥控部70和内置植入系统1之间通讯采用2.4GHz蓝牙或者其他合适的频率（如401-406MHz，433.92MHz等）。内置植入系统1响应于该控制信息，做出执行动作。执行动作可以包括开通/关闭、程序选择、音量调节、植入体电极阻抗、植入体电量中的至少一项。开通/关闭为激活整个内置植入系统1正常工作或进入低功耗休眠状态。程序选择是对特定的DSP工作方式做切换，DSP芯片可以存储多种刺激模式，外部遥控器70可以通过射频方式遥控切换不同的刺激模式。内置植入系统1的刺激大小（对植入者而言是音量大小）也可以通过体外遥控器70调节。植入体电极阻抗测试可以检测刺激电极工作是否正常。对内置植入系统1的电量也要做监测，避免充电电池130电量过低导致工作异常，可以提醒植入者及时充电，植入者可以随时查看植入体的电量。
另外，外置麦克风系统60还可设置于体外遥控部70内或者日常使用的手机中，均可达到使用效果，携带更加方便，不影响用户正常社交交往。
本申请的全植入式人工耳蜗系统的应用，通过将天线部40与无线传输部630分别设置于人体鼓膜的两侧，且均靠近于鼓膜设置，使得两者距离更近，更便于信号无线传输。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种全植入式人工耳蜗系统，其特征在于，包括外置麦克风系统、内置植入系统以及给内置植入系统供电的体外充电部；其中，
所述外置麦克风系统包括外置麦克风和无线传输部，所述外置麦克风收集声信号并转化成电信号，通过无线传输部将电信号无线传输至所述内置植入系统；
所述内置植入系统包括天线部、体内充电部、声音处理部以及刺激系统；
所述天线部与所述声音处理部连接，接收外置麦克风系统发送的电信号，并将电信号传输至声音处理器中；
所述天线部包括天线监控部和天线组件，所述天线监控部和声音处理部连接，所述天线监控部获取天线组件的工作状态信息，并将工作状态信息传递至声音处理部；
所述体外充电部与所述体内充电部无线连接，用于给体内充电部供能；
所述体内充电部与声音处理部、刺激系统分别电连接，为声音处理部和刺激系统供能；
所述刺激系统与所述声音处理部连接，用于输出电刺激。
2.根据权利要求1所述的一种全植入式人工耳蜗系统，其特征在于，所述外置麦克风系统还包括声音预处理单元，用于对外置麦克风收集的声信号进行降噪，并将降噪后的声信号转化成电信号，经无线传输部传输至天线部。
3.根据权利要求1所述的一种全植入式人工耳蜗系统，其特征在于，所述天线组件包括第一天线和备份天线，当声音处理部接收到第一天线的信息为异常信息时，声音处理部切断与第一天线的连接，并启动与备份天线的连接。
4.根据权利要求1所述的一种全植入式人工耳蜗系统，其特征在于，所述体内充电部包括电源管理部、充放电管理部、充电电池以及充电线圈；其中，
所述充电线圈与所述体外充电部无线充电连接；所述充放电管理部与充电电池、充电线圈以及电源管理部电连接，所述电源管理部分别与声音处理部、刺激系统电连接。
5.根据权利要求1所述的一种全植入式人工耳蜗系统，其特征在于，还包括体外遥控部，所述体外遥控部与所述内置植入系统双向无线通信，用于向内置植入系统发送控制信息；所述内置植入系统响应于所述控制信息，做出执行动作；所述执行动作包括开通/关闭、程序选择、音量调节、植入体电极阻抗、植入体电量中的至少一项。
6.根据权利要求1所述的一种全植入式人工耳蜗系统，其特征在于，所述天线部外设置有封装件。
7.根据权利要求1所述的一种全植入式人工耳蜗系统，其特征在于，所述外置麦克风系统与内置植入系统的无线传输工作电流不大于4mA。
8.一种全植入式人工耳蜗系统的应用，其特征在于，权利要求1-7中任意一项所述的天线部与所述无线传输部分别位于鼓膜两侧，且均靠近于鼓膜设置。
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