DE102011013895B4 - Implantable sensor-actuator-converter module for hearing rehabilitation according to DE 10 2009 051 057 B4 - Google Patents
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Abstract
Implantierbarer Sensor-Aktor-Wandlerbaustein für die apparative Hörrehabilitation im Mittelohr nach DE 10 2009 051 057 B4, bestehend aus einem Sensor zur Aufnahme von Schwingungen aus der Gehörknöchelchenkette und Umwandlung in ein elektrisches Signal und einem Aktor zur Umwandlung elektrischer Signale in mechanische Schwingungen und Einleitung der mechanischen Schwingungen in die Gehörknöchelchenkette, wobei zumindest ein Teil des Sensors (11) mit zumindest einem Teil des Aktors (12) mechanisch verbunden ist, der Sensor (11) zur Verstärkung des elektrischen Signals mit einer elektronischen Verarbeitungseinheit (10) und zur Ansteuerung des Aktors (12) die elektronische Verarbeitungseinheit (10) mit dem Aktor eine elektrische Verbindung (9) aufweist, und zur Entkopplung der mechanischen Rückwirkungen des Aktors (12) auf den Sensor (11) Mittel vorgesehen sind, die eine zur Wirkung des Aktors (12) auf den Sensor (11) entgegengesetzte Wirkung erzeugen und dadurch die Wirkung des Aktors (12) auf den Sensor (11) aufheben, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylindrischer Körper (11b) vorgesehen ist, eine offene Seite des zylindrischen Körpers mit einer schwingfähigen Membran überdeckt ist, die mit einem Sensorelement (11a) verbunden ist, die Gegenseite des zylindrischen Körpers mit einem zweiten Gehäuseteil in Form eines zylindrischen Körpers (12b) verbunden ist, wobei die offene Seite des zweiten zylindrischen Körpers mittels einer weiteren schwingfähigen Membran überdeckt ist, die mit einem Aktorelement (12a) verbunden ist und zwischen den beiden zylindrischen Körpern ein aktives Element (13) angeordnet ist.Implantable sensor-actuator converter module for hearing rehabilitation in the middle ear according to DE 10 2009 051 057 B4, consisting of a sensor for recording vibrations from the ossicular chain and converting it into an electrical signal and an actuator for converting electrical signals into mechanical vibrations and initiating the mechanical vibrations in the ossicular chain, at least part of the sensor (11) being mechanically connected to at least part of the actuator (12), the sensor (11) for amplifying the electrical signal with an electronic processing unit (10) and for controlling the actuator (12) the electronic processing unit (10) has an electrical connection (9) with the actuator, and means are provided for decoupling the mechanical feedback effects of the actuator (12) on the sensor (11) which have a function of the actuator (12) produce the opposite effect on the sensor (11) and thereby the effect of the actuator (12 ) on the sensor (11), characterized in that a cylindrical body (11b) is provided, an open side of the cylindrical body is covered with an oscillatable membrane that is connected to a sensor element (11a), the opposite side of the cylindrical body is connected to a second housing part in the form of a cylindrical body (12b), the open side of the second cylindrical body being covered by a further oscillatable membrane which is connected to an actuator element (12a) and an active element ( 13) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen implantierbaren Sensor-Aktor-Wandlerbaustein für die apparative Hörrehabilitation im Mittelohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und nach
Zur Behandlung von Schwerhörigkeiten werden neben herkömmlichen Hörgeräten passive oder aktive Implantate eingesetzt, um den Hörschaden zu mindern oder zu kompensieren. Zu den aktiven Komponenten gehören in zunehmendem Maße implantierbare Hörsysteme.In addition to conventional hearing aids, passive or active implants are used to treat hearing impairments to reduce or compensate for the hearing loss. The active components increasingly include implantable hearing systems.
Teil- und vollimplantierbare Hörgeräte werden zum einen zur Versorgung von Innenohrschwerhörigkeit bzw. Schallempfindungsstörungen eingesetzt. Gegenüber konventionellen Hörgeräten bieten sie meist folgende Vorteile: kein Verschluss des Gehörgangs (Behinderung der Gehörgangssekretion und Veränderung des Hörens der eigenen Stimme); höhere Verstärkung vor allem im Hochtonbereich; keine äußerlich sichtbaren Komponenten und dadurch keine Stigmatisierung. Zum anderen sind teil- und vollimplantierbare Hörgeräte neben knochenverankerten Hörgeräten die einzige Möglichkeit zur Versorgung kombinierter Hörstörungen aus Schallleitungs- und Schallempfindungsstörungen.
Alle bekannten Systeme arbeiten mit getrennten Komponenten für den Sensor und den Aktor. Die Sensoren sind z. T. Mikrofone wie sie auch in konventionellen Hörgeräten verwendet werden (teilimplantierbare Systeme) oder Sensoren, die unter der Haut oder im Mittelohr implantiert werden (vollimplantierbare Systeme). Das verarbeitete und verstärkte Signal wird bei allen Systemen mit einem implantierten Aktor als Schwingung direkt in die Gehörknöchelchenkette eingespeist oder auf die Innenohrflüssigkeit übertragen. Die Systeme unterscheiden sich hinsichtlich der verwendeten Typen und der Platzierung der Sensoren und Aktoren.Partially and fully implantable hearing aids are used, on the one hand, to treat inner ear hearing loss and / or sound sensation disorders. Compared to conventional hearing aids, they usually offer the following advantages: no closure of the auditory canal (hindrance of the auditory canal secretion and change in hearing of one's own voice); higher gain especially in the high frequency range; no externally visible components and therefore no stigmatization. On the other hand, partially and fully implantable hearing aids, alongside bone-anchored hearing aids, are the only way to treat combined hearing disorders consisting of sound conduction and sound sensation disorders.
All known systems work with separate components for the sensor and the actuator. The sensors are z. T. microphones as used in conventional hearing aids (partially implantable systems) or sensors that are implanted under the skin or in the middle ear (fully implantable systems). In all systems with an implanted actuator, the processed and amplified signal is fed directly into the ossicular chain or transmitted to the fluid in the inner ear. The systems differ in terms of the types used and the placement of the sensors and actuators.
Aus der Druckschrift Huber, A. M.; Ball, G. R.; Veraguth, D.; Dillier, N.; Bodmer, D. & Sequeira, D. A new implantable middle ear hearing device for mixed hearing loss: A feasibility study in human temporal bones. Otol Neurotol, 2006, 27, 1104-1109 ist ein teilimplantierbares Hörgerät bekannt. Der Sensor ist ein außen am Ohr angebrachtes Luftschallmikrofon. Der Aktor ist ein elektrodynamischer Schwinger, der mit einem Klipp am langen Ambossfortsatz angebracht wird oder auf die Steigbügelfußplatte oder das runde Fenster gelegt und mit Knorpelstückchen in Position gehalten wird.From the publication Huber, A. M .; Ball, G. R .; Veraguth, D .; Dillier, N .; Bodmer, D. & Sequeira, D. A new implantable middle ear hearing device for mixed hearing loss: A feasibility study in human temporal bones. Otol Neurotol, 2006, 27, 1104-1109 a partially implantable hearing aid is known. The sensor is an airborne sound microphone attached to the outside of the ear. The actuator is an electrodynamic transducer that is attached to the long process of the incus with a clip or placed on the stapes footplate or the round window and held in position with pieces of cartilage.
Ein weiteres teilimplantierbares Hörgerät ist aus der Druckschrift Yanagihara N, Sato H, Hinohira Y, Gyo K, Hori K. Long-term results using a piezoelectric semi-implantable middle ear hearing device: the Rion Device E-type. Otolaryngol Clin North Am. Apr 2001;34(2):389-400 bekannt geworden. Der Sensor ist ein außen am Ohr angebrachtes Luftschallmikrofon. Der Aktor ist ein piezoelektrischer Wandler, der im Knochen der Paukenhöhle verschraubt wird. Das Ausgangssignal des Aktors wird über ein Koppelelement auf den Steigbügel übertragen.Another partially implantable hearing aid is from the publication Yanagihara N, Sato H, Hinohira Y, Gyo K, Hori K. Long-term results using a piezoelectric semi-implantable middle ear hearing device: the Rion Device E-type. Otolaryngol Clin North Am. Apr 2001; 34 (2): 389-400 became known. The sensor is an airborne sound microphone attached to the outside of the ear. The actuator is a piezoelectric transducer that is screwed into the bone of the tympanic cavity. The output signal of the actuator is transmitted to the stapes via a coupling element.
Ein vollimplantierbares Hörgerät ist aus der Druckschrift Zenner HP, Leysieffer H, Maassen M, Lehner R, Lenarz T, Baumann J. Human studies of a piezoelectric transducer and a microphone for a totally implantable electronic hearing device. Am J Otol. Mar 2000;21 (2):196-204 bekannt geworden. Der Sensor ist ein speziell gekapseltes Luftschallmikrofon, das in der Gehörgangswand hinter der Haut implantiert wird. Der Aktor ist ein piezoelektrischer Wandler, der im Knochen des Mastoids verschraubt wird. Das Ausgangssignal des Aktors wird über ein Koppelelement auf die Ossikel (Ambosskörper) übertragen.A fully implantable hearing aid is from the publication Zenner HP, Leysieffer H, Maassen M, Lehner R, Lenarz T, Baumann J. Human studies of a piezoelectric transducer and a microphone for a totally implantable electronic hearing device. At J Otol. Mar 2000; 21 (2): 196-204 became known. The sensor is a specially encapsulated airborne microphone that is implanted in the wall of the ear canal behind the skin. The actuator is a piezoelectric transducer that is screwed into the bone of the mastoid. The output signal of the actuator is transmitted to the ossicles (anvil body) via a coupling element.
Ein weiteres vollimplantierbares Hörgerät ist in der Druckschrift Chen DA, Backous DD, Arriaga MA, Garvin R, Kobylek D, Littman T. Phase 1 clinical trial results of the Envoy System: a totally implantable middle ear device for sensorineural hearing loss. Otolaryngol Head Neck Surg. Dec 2004;131(6):904-16 beschrieben. Sensor und Aktor sind piezoelektrische Wandler und jeweils im Knochenraum fixiert bzw. verschraubt. Das Sensorsignal wird am Hammerkopf bzw. Amboßkörper abgegriffen. Das Ausgangssignal des Aktors wird über ein Koppelelement auf den Steigbügel übertragen. Zur Reduktion von Rückkopplung wird die Ossikelkette unterbrochen.Another fully implantable hearing aid is in the publication Chen DA, Backous DD, Arriaga MA, Garvin R, Kobylek D, Littman T.
In der Druckschrift Jenkins HA, Niparko JK, Slattery WH, Neely JG, Fredrickson JM. Otologics Middle Ear Transducer Ossicular Stimulator: performance results with varying degrees of sensorineural hearing loss. Acta Otolaryngol. May 2004;124(4):391-4 wird ebenfalls ein vollimplantierbares Hörgerät beschrieben. Der Sensor ist ein speziell gekapseltes Luftschallmikrofon, das zusammen mit dem Audioprozessor unter die Kopfhaut implantiert wird. Der Aktor ist ein piezoelektrischer Wandler der am Knochen der Schädelkalotte befestigt wird. Das Ausgangssignal des Aktors wird über verschiedene Koppelelemente auf die Ossikel übertragen.In Jenkins HA, Niparko JK, Slattery WH, Neely JG, Fredrickson JM. Otologics Middle Ear Transducer Ossicular Stimulator: performance results with varying degrees of sensorineural hearing loss. Acta Otolaryngol. May 2004; 124 (4): 391-4 a fully implantable hearing aid is also described. The sensor is a specially encapsulated airborne microphone that is implanted under the scalp together with the audio processor. The actuator is a piezoelectric transducer that is attached to the bone of the skullcap. The output signal of the actuator is transmitted to the ossicles via various coupling elements.
In den Patentanmeldungen der Anmelderin
In
In
Ein dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechender Sensor-Aktor-Wandlerbaustein ist aus der
Dort wird ein implantierbarer Sensor-Aktor-Wandlerbaustein für die apparative Hörrehabilitation im Mittelohr, bestehend aus einem Sensor zur Aufnahme von Schwingungen aus der Gehörknöchelchenkette und Umwandlung in ein elektrisches Signal und einem Aktor zur Umwandlung elektrischer Signale in mechanische Schwingungen und Einleitung der mechanischen Schwingungen in die Gehörknöchelchenkette beschrieben. Der Sensor-Aktor-Wandlerbaustein ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Sensors mit zumindest einem Teil des Aktors mechanisch verbunden ist, der Sensor zur Verstärkung des elektrischen Signals mit einer elektronischen Verarbeitungseinheit und zur Ansteuerung des Aktors die elektronische Verarbeitungseinheit mit dem Aktor eine elektrische Verbindung aufweist, und zur Entkopplung der mechanischen Rückwirkungen des Aktors auf den Sensor Mittel vorgesehen sind, die eine zur Wirkung des Aktors auf den Sensor entgegengesetzte gleichgroße Wirkung erzeugen und dadurch die Wirkung des Aktors auf den Sensor aufheben.A sensor-actuator-converter module corresponding to the preamble of
There is an implantable sensor-actuator-converter module for hearing rehabilitation in the middle ear, consisting of a sensor for recording vibrations from the ossicular chain and converting it into an electrical signal and an actuator for converting electrical signals into mechanical vibrations and introducing the mechanical vibrations into the Ossicular chain described. The sensor-actuator converter module is characterized in that at least one part of the sensor is mechanically connected to at least one part of the actuator, the sensor for amplifying the electrical signal with an electronic processing unit and for controlling the actuator the electronic processing unit with the actuator is an electrical one Has connection, and means are provided for decoupling the mechanical reactions of the actuator on the sensor, which generate an opposite effect of the actuator on the sensor of the same size and thereby cancel the effect of the actuator on the sensor.
Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, für den aus der
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Wandler mit den im Anspruch 1 oder 2 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.According to the invention, the object is achieved by a converter with the features mentioned in
Nach einer ersten Variante wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass ein zylindrischer Körper vorgesehen ist, eine offene Seite des zylindrischen Körpers mit einer schwingfähigen Membran überdeckt ist, die mit einem Sensor verbunden ist, die Gegenseite des zylindrischen Körpers mit einem zweiten Gehäuseteil in Form eines zylindrischen Körpers mit gleicher Grundfläche verbunden ist, wobei die offene Seite des zweiten zylindrischen Körpers mittels einer weiteren schwingfähigen Membran überdeckt ist, die mit einem Aktor verbunden ist und zwischen den beiden zylindrischen Körpern ein aktives Element angeordnet ist.According to a first variant, the object of the invention is achieved in that a cylindrical body is provided, an open side of the cylindrical body is covered with an oscillatable membrane that is connected to a sensor, the opposite side of the cylindrical body with a second housing part in the form a cylindrical body is connected with the same base area, the open side of the second cylindrical body being covered by a further oscillatable membrane which is connected to an actuator and an active element is arranged between the two cylindrical bodies.
Nach einer zweiten Variante wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass ein zylindrischer Körper vorgesehen ist, eine offene Seite des zylindrischen Körpers mit einer schwingfähigen Membran überdeckt ist, die mit einem Sensor verbunden ist, die Gegenseite mittels einer weiteren schwingfähigen Membran überdeckt ist, die mit einem Aktor verbunden ist und innerhalb des zylindrischen Körpers ein aktives Element angeordnet ist, das mit dem zylindrischen Körper und zusätzlichen Masseelementen verbunden ist und als virtuelles Gegenlager eine dynamische Gegenkraft zum Aktorelement erzeugt.According to a second variant, the object of the invention is achieved in that a cylindrical body is provided, an open side of the cylindrical body is covered with an oscillatable membrane which is connected to a sensor, the opposite side is covered by a further oscillatable membrane which is connected to an actuator and an active element is arranged within the cylindrical body, which is connected to the cylindrical body and additional mass elements and, as a virtual counter-bearing, generates a dynamic counterforce to the actuator element.
Vorteilhaft sind aktive Elemente als Mittel zur Erzeugung einer entgegengesetzten Wirkung als piezoelektrische Elemente in Form von Biege-, Längs- und Dickenwandlern sowie Kombinationen davon sowie in Kombination mit mechanischen Umlenkelementen ausgeführt.Active elements as means for generating an opposite effect are advantageously designed as piezoelectric elements in the form of bending, longitudinal and thickness converters and combinations thereof and in combination with mechanical deflection elements.
Weiterhin vorteilhaft sind an einem oder beiden zylindrischen Körpern Beschleunigungssensoren angeordnet, die zur Ansteuerung der aktiven Elemente zur Erzeugung einer entgegengesetzten Wirkung vorgesehen sind.Furthermore, acceleration sensors are advantageously arranged on one or both cylindrical bodies, which are provided to control the active elements to generate an opposite effect.
Die aktiven Elemente werden so angesteuert, dass sie eine im Betrag um bis zu 20% abweichende entgegengesetzte Wirkung zur Wirkung des Aktors auf den Sensor erzeugen und dadurch die Wirkung des Aktors auf den Sensor mindern.The active elements are controlled in such a way that they generate an effect that is opposite to the effect of the actuator on the sensor, which differs in amount by up to 20%, thereby reducing the effect of the actuator on the sensor.
Vorteilhaft werden die aktiven Elemente so angesteuert, dass sie eine im Betrag etwa gleich große entgegengesetzte Wirkung zur Wirkung des Aktors auf den Sensor erzeugen und dadurch die Wirkung des Aktors auf den Sensor mindern.The active elements are advantageously controlled in such a way that they generate an effect that is approximately the same in magnitude opposite to the effect of the actuator on the sensor and thereby reduce the effect of the actuator on the sensor.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines implantierten Sensor-Aktor-Wandlerbausteins entsprechendDE 10 2009 051 057 B4 -
2 eine erste Ausführung eines implantierbaren Sensor-Aktor-Wandlerbausteins -
3 eine zweite Ausführung eines implantierbaren Sensor-Aktor-Wandlerbausteins -
4 eine dritte Ausführung eines implantierbaren Sensor-Aktor-Wandlerbausteins
-
1 a schematic representation of an implanted sensor-actuator-converter module accordinglyDE 10 2009 051 057 B4 -
2 a first embodiment of an implantable sensor-actuator-converter module -
3 a second embodiment of an implantable sensor-actuator-converter module -
4th a third embodiment of an implantable sensor-actuator-converter module
Der freie Schall aus der Umgebung erreicht das Trommelfell
Der Sensor-Aktor-Wandlerbaustein
The sensor-actuator-converter module
In der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1 -1 -
- GehörgangEar canal
- 2 -2 -
- Trommelfelleardrum
- 3 -3 -
- Hammerhammer
- 4 -4 -
- Ambossanvil
- 5 -5 -
- Sensor-Aktor-WandlerbausteinSensor-actuator-converter module
- 6 -6 -
- Steigbügelstirrup
- 7 -7 -
- SteigbügelfußplatteStirrup footplate
- 8 -8th -
- Flüssigkeitssäule des InnenohresFluid column of the inner ear
- 9 -9 -
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 10 -10 -
- elektronische Verarbeitungseinheitelectronic processing unit
- 11 -11 -
- Sensorsensor
- 11a -11a -
- SensorelementSensor element
- 11b -11b -
- GehäuseteilHousing part
- 11c -11c -
- LagerungsteilStorage part
- 12 -12 -
- AktorActuator
- 12a -12a -
- AktorelementActuator element
- 12b -12b -
- GehäuseteilHousing part
- 13 -13 -
- aktives Elementactive element
- 14 -14 -
- aktives Elementactive element
- 15 -15 -
- BeschleunigungsaufnehmerAccelerometer
- 16 -16 -
- MasseelementMass element
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