CN1401395A - 压电型人工耳蜗 - Google Patents

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董人禾
王永令
鲁飞
董显林
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Abstract

本发明属生物材料和医疗器械领域，具体涉及一种人工听觉器官压电型人工耳蜗。本发明将压电材料直接融入耳蜗，制成压电型人工耳蜗。压电材料与耳蜗连成一体发挥功能，利用材料的压电效应模拟毛细胞的换能功能，接受外淋巴液波，直接将声信号转换成电信号，刺激听神经产生听觉。本发明与电子耳蜗相比价格低廉，使用方便，结构简单，体积微小，无内外装置不易故障，无需供电，听力提高明显更接近于自然，易为聋人接受，适用于治疗耳蜗Corti器损坏的重度耳聋病人，便于广泛推广使用，尤其适合中国国情。

Description

压电型人工耳蜗
技术领域
本发明属生物材料和医疗器械领域，具体涉及一种人工听觉器官压电型人工耳蜗。
背景技术
据世界卫生组织最新统计，全世界听力障碍残疾人达2亿5千万之多，中国有2800万。感音神经性耳聋绝大部分源于内耳毛细胞的损伤，以致不能将声信号转换为电信号，但其听神经及中枢听系大多存活，保持兴奋性，处理信息能力基本不减。早在二十世纪七十年代，世界发达国家就积极开展耳蜗电极的植入研究和临床实验，电子耳蜗处理声信号将其转化成电刺激，通过蜗内的电极直接刺激听神经纤维，使聋者听到声音，使不少聋人回到有声世界。但是电子耳蜗价格昂贵，且体积大、结构复杂，所有体内部件都存在失灵的可能，还需用电池，功耗大。多导电极同时送电则易产生极间电场干扰，使频率分析和语言识别提高不显著，目前国际学术界正处于研究和改进之中。全世界迄今共行电子耳蜗植入术1万5千例。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处，提供一种压电型人工耳蜗，及其制备方法。本发明将压电材料直接融入耳蜗，制成压电型人工耳蜗。压电材料与耳蜗连成一体发挥功能，利用材料的压电效应模拟毛细胞的换能功能，接受外淋巴液波，直接将声信号转换成电信号，刺激听神经产生听觉。其概念完全不同于电子耳蜗。
本发明所采用的材料是高性能锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷(上海硅酸盐研究所研制)，型号Sm-6，组成为Pb1-xSrx(Zr1-yTiy)z(Mg1/3Nb2/3)1-zO3，其中x＝0.08-0.12，y＝0.46-0.50，z＝0.7-0.8，主要电性能常数：介电常数ε＝4500，介电损耗tgδ＜2.0％，压电系数d33＝740PC/N，耦合系数kp＝0.71，k31＝0.40，频率常数Np＝1984Hz·m，机械品质因数Qm＝60，居里温度Tc＝180℃。本发明材料采用传统电子陶瓷工艺烧结而成，烧结温度1260℃，保温时间2小时。采用机械加工方法将材料减薄至0.08毫米，在表面丝网印刷银浆后烧银电极，或真空镀金电极，以4000伏/毫米的高压，在50℃的硅油中极化10分钟后，机械切割成长1.5毫米、宽0.5毫米、厚0.08毫米的薄长条，并在一侧电极表面涂以双组分液体硅橡胶，干燥后形成薄膜。
本发明植入时，在实验动物豚鼠聋耳耳蜗圆窗前上方钻洞，打开鼓阶，将上述材料植入鼓阶中，未涂硅胶薄膜一侧贴于螺旋缘蜗神经表面，封闭骨孔即可。
因所采用的植入材料表面涂层/过渡层对声电转换效率和能量损耗有影响，陶瓷和内耳外淋巴液之间的阻抗相差很大，因而能够直接进入陶瓷的声音能量很少，本发明用有机涂层覆盖在陶瓷上，通过材料表面上的耦合层，降低能量传递损耗，可以使声音的透射系数比直接植入单纯陶瓷片有显著的提高，同时它还可以减少漏电流。本发明采用不同种类的生物材料涂层，进行动物实验，筛选出最佳生物材料涂层，双组分液体硅橡胶能改善压电陶瓷和生物组织之间的声阻抗匹配，增强听神经细胞对压电陶瓷电刺激的反应。
本发明经动物实验将不同性质的压电陶瓷材料植入116侧豚鼠耳蜗。结果证实了不同电学和声学特性的压电陶瓷植入的听阈变化有显著差异，经ABR测定表明即刻听阈下降大于10dBSPL者，从22.73~90.00％(P＜0.001)，3月后可达40dB，材料的机电耦合系数k值越大、静态电容越大，声电转换能力越强，成功率越高。并证实声、电阻抗匹配是影响声、电在内耳畅通传输的关键。本发明还对2例聋人耳蜗植入即刻听阈降低20dBSPL，且至今无任何不良反应。进一步证实了压电陶瓷材料植入耳蜗可模拟毛细胞进行声电转换，刺激听神经引起听觉，提高聋耳的听力。
本发明采用新型压电材料植入耳蜗一定位置，利用材料的压电效应，替代耳蜗毛细胞，将声能转换成电能，刺激听神经，产生听觉，。本发明与电子耳蜗相比价格低廉，使用方便，结构简单，体积微小，无内外装置不易故障，无需供电，听力提高明显更接近于自然，易为聋人接受，适用于治疗耳蜗Corti器损坏的重度耳聋病人，便于广泛推广使用，尤其适合中国国情。
具体实施方式
实施例
本发明所采用高性能锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷材料，其型号是Sm-6，组成为Pb1-xSrx(Zr1-yTiy)z(Mg1/3Nb2/3)1-zO3，其中x＝0.08-0.12，y＝0.46-0.50，z＝0.7-0.8，主要电性能常数：介电常数ε＝4500，介电损耗tgδ＜2.0％，压电系数d33＝740PC/N，耦合系数kp＝0.71，k31＝0.40，频率常数Np＝1984Hz·m，机械品质因数Qm＝60，居里温度Tc＝180℃。采用机械加工方法将材料减薄至0.08毫米，在表面丝网印刷银浆后烧银电极，或真空镀金电极，以4000伏/毫米的高压，在50℃的硅油中极化10分钟后，机械切割成长1.5毫米、宽0.5毫米、厚0.08毫米的薄长条，并在一侧电极表面涂以双组分液体硅橡胶，干燥后形成薄膜后植入实验动物。在实验动物豚鼠聋耳耳蜗圆窗前上方钻洞，打开鼓阶，将上述材料植入鼓阶中，未涂硅胶薄膜一侧贴于螺旋缘蜗神经表面，封闭骨孔即可。

Claims (6)

1、一种压电型人工耳蜗，其特征在于利用高性能接收型锆钛酸铅压电陶瓷材料直接融入耳蜗，制成压电型人工耳蜗，所述压电陶瓷材料其压电效应，能模拟耳蜗毛细胞，直接将声信号转化为电信号，刺激听神经产生听觉。
2、按权利要求1所述的压电型人工耳蜗，其特征是所述的压电陶瓷材料其型号是Sm-6，组成为Pb1-xSrx(Zr1-y-Tiy)z(Mg1/3Nb2/3)1-zO3，其中x＝0.08-0.12，y＝0.46-0.50，z＝0.7-0.8，主要电性能常数：介电常数ε＝4500，介电损耗tgδ＜2.0％，压电系数d33＝740PC/N，耦合系数kp＝0.71，k31＝0.40，频率常数Np＝1984Hz·m，机械品质因数Qm＝60，居里温度Tc＝180℃。
3、按权利要求1所述的压电型人工耳蜗，其特征是所述的压电陶瓷材料是在表面丝网印刷银浆后烧银电极，或真空镀金电极后表面覆盖有机涂层耦合层。
4、按权利要求1和2所述的压电型人工耳蜗，其特征是所述的压电陶瓷材料表面一侧电极涂以双组分液体硅橡胶。
5、按权利要求1和2所述的压电型人工耳蜗，其特征是所述的压电陶瓷材料机械切割成薄长条片，长为1.5毫米，宽为0.5毫米，厚为0.08毫米。
6、按权利要求1的压电型人工耳蜗的植入方法，其特征是将所述材料植入鼓阶中，未涂硅胶薄膜一侧贴于螺旋缘蜗神经表面，封闭骨孔即可。
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