Die Erfindung betrifft ein implantierbares Hörgerät zur Anregung des Innenohres.
Bei einem bekannten Hörgerät zur Anregung des Innenohres (DE-OS 28 25 233) wer
den die das Hörgerät bildenden Baugruppen einschließlich einer Tritiumbatterie
hermetisch gekapselt in den äußeren Gehörgang eingesetzt oder im Mastoid
implantiert, und das Hörgerät wird ausgangsseitig über eine elektrische Leitung direkt
mit dem Hörnerv verbunden. Bei einer abgewandelten Ausführungsform des bekannten
Gerätes werden akustische Schwingungen, die von dem im Mastoid implantierten
Hörgerät erzeugt werden, über den Prozessus mastoideus-Knochen in das Mittelohr
unter Ausnutzung des Umstandes übertragen, daß dieser Knochen Hohlräume aufweist,
die über das Vorhoffenster mit dem Mittelohr in Verbindung stehen.
Bei einem anderen bekannten Hörgerät (EP 02 42 038 A2) sind in einem in den äuße
ren Gehörgang einzuschiebenden Gehäuse ein Mikrophon, ein Verstärker, eine Batte
rie, ein Lautstärkeregler und eine Anregungsspule für einen Magneten untergebracht,
der an einem der Hörknöchelchen befestigt wird. Es ist ferner ein Hörgerät bekannt
(GB-PS 14 40 724), bei dem ein Mikrophon, ein Verstärker und eine Batterie in einem
Gehäuse angeordnet sind, das steckerartig in einen Sockel eingesteckt wird, der ins
Schläfenbein hinter der Ohrmuschel implantiert ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers
geht an eine im Mittelohr implantierte Erregerspule eines auf dem Steigbügel befestig
ten Magneten.
Des weiteren ist ein Hörgerät bekannt (US-PS 45 32 930), bei dem über eine im
plantierbare Elektrodenanordnung eine unmittelbare elektrische Reizung des In
nenohres mit Hilfe von Signalen erfolgt, die von einer zweckentsprechenden Signalver
arbeitungselektronik bereitgestellt werden. Die Signalverarbeitungselektronik ist dabei
in einem relativ großvolumigen Gehäuse untergebracht, das extern in einer separaten
Tasche mitgeführt wird. Die Signalverarbeitungselektronik ist über ein Verbindungska
bel an eine Sendeantenne angeschlossen, die im Bereich des betreffenden Ohres ange
ordnet wird.
Bei den bekannten Hörgeräten läßt die erzielbare Klangqualität häufig zu wünschen üb
rig. Es kann zu Anpassungsproblemen kommen, und die Anregung über einen an einem
Hörknöchelchen befestigten Magneten macht einen mit Risiken verbundenen Eingriff
in die Kette der Gehörknöchelchen erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein implantierbares Hörgerät zur Anregung
des Innenohres zu schaffen, das eine hohe Klangqualität hat sowie einen relativ einfa
chen und risikolosen Einsatz erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hörgerät ein ein
gangsseitig an einen elektromechanischen Wandler angeschlossenes hydromechanisches
Koppelelement zum Übertragen der von dem Wandler erzeugten mechanischen
Schwingungen zum Innenrohr aufweist.
Bei dem Hörgerät nach der Erfindung werden mechanische Schwingungen, die von dem
elektromechanischen Wandler erzeugt werden, über das hydromechanische Koppelele
ment - unter Umgehung der Schallübertragung der Gehörknöchelchen im Innenohr - in
Form von Druckschwankungen auf die flüssigkeitsgefüllten Innenohrräume übertragen.
Es läßt sich dadurch auf verhältnismäßig einfache Weise eine besonders wirkungsvolle
Innenohranregung mit hoher Klangqualität erzielen.
Das hydromechanische Koppelelement kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
einfach einen an den elektromechanischen Wandler angeschlossenen, flüs
sigkeitsgefüllten Schlauch aufweisen, dessen von dem Wandler abliegendes Ende im
implantierten Zustand in die flüssigkeitsgefüllten Innenohrräume reicht.
Vorteilhaft ist der elektromechanische Wandler hermetisch gekapselt zur Implantation
in der Paukenhöhle oder im Mastoid, ausgebildet. Der Schlauch ist zwecks optimaler
mechanischer Impedanzanpassung vorteilhaft mit einer lymphähnlichen Flüssigkeit ge
füllt und an dem von dem Wandler abliegenden Ende mit einer dünnen Membran ver
schlossen. Er kann mittels einer aufgeschobenen Drahtwendel oder durch einen oder
mehrere in die Schlauchwandung eingelassene Drähte entsprechend den jeweiligen
anatomischen Gegebenheiten dauerhaft geformt werden. Der elektromechani
sche Wandler kann in ein Gehäuse einer implantierbaren Signalverarbeitungselektro
nik integriert sein und auf dem elektrodynamischen, elektromagnetischen oder,
vorzugsweise, piezoelektrischen Prinzip beruhen. Insbesondere kann der Wandler
einen piezoelektrischen Biegeschwinger aufweisen, der auf einer Trägermembran
sitzt, die in dem den Wandler aufnehmenden Gehäuse eingespannt ist. Der Bie
geschwinger kann aus einer einlagigen piezoelektrischen Scheibe bestehen oder
eine zur Trägermembran symmetrische Bimorphstruktur aufweisen, und er hat
vorteilhaft einen Durchmesser, der mindestens dem 0,8fachen und vorzugsweise
mindestens dem 0,9fachen des Innendurchmessers des zugehörigen Gehäuses
entspricht. Durch ein großes Verhältnis von Wandlerscheibendurchmesser zu
Schlauchinnendurchmesser wird dabei eine Schnelltransformation erzielt, die
schon bei kleinen elektrischen Wandlerleistungen hohe Ausgangsdrücke an dem
vom Wandler abliegenden Schlauchende entstehen läßt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein den elektromechanischen Wand
ler über eine Signalverarbeitungselektronik mit Eingangssignalen versorgendes
Mikrophon mit einem akustischen Koppelelement zur Schallaufnahme aus der
Paukenhöhle verbunden, wodurch die natürliche Richtcharakteristik des Außen
ohres voll ausgenutzt wird. Das akustische Koppelelement kann einfach als an das
Mikrophon angeschlossener Schalleitungsschlauch ausgebildet sein, dessen vom
Mikrophon abgewendetes Ende im implantierten Zustand in die Paukenhöhle
hineinragt und zweckmäßig mit einer Membran verschlossen ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezug
nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein menschliches Ohr mit
implantiertem Hörgerät, sowie gleichfalls schematisch eines ex
ternen Steuersignalgeber,
Fig. 2 in größerem Maßstab einen schematischen Schnitt durch einen
elektromechanischen Wandler mit zugehörigem hydromechani
schem Koppelelement zur Übertragung von Wandlerschwin
gungen auf das Innenohr, und
Fig. 3 in größerem Maßstab einen Schnitt durch das Gehäuse der
Signalverarbeitungstechnik in welchem zugleich der elek
tromechanische Wandler untergebracht ist.
Das in Fig. 1 dargestellte Hörgerät weist ein in der näheren Umgebung des be
treffenden Ohres 10, insbesondere im Mastoid 11 implantierbares, hermetisch
dichtes Gehäuse 12 auf, in welchem, wie schematisch angedeutet, ein Mikrophon
13, eine Signalverarbeitungselektronik 14 und eine Energieversorgung, beispiels
weise eine Sekundärzellenanordnung 15 (d. h. ein oder mehrere wiederaufladbare
Akkumulatoren) untergebracht sind. Das Mikrophon 13 steht über ein akusti
sches Koppelelement in Form eines Schalleitungsschlauchs 16 mit der Pauken
höhle 17, in Verbindung. Das von dem Mikrophon 13 abgewendete Ende des
Schalleitungsschlauchs 16 reicht dabei im implantierten Zustand in die Pauken
höhle 17 und es ist mittels einer dünnen Membran 18 verschlossen.
An den Ausgang der Signalverarbeitungselektronik 14 ist über eine Wandlerzulei
tung 20 ein elektromechanischer Wandler 21 angeschlossen, der hermetisch ge
kapselt in der Paukenhöhle hinter dem Trommelfell 22 mechanisch fest fixiert ist.
Der Wandler 21 ist seinerseits mit einem hydromechanischen Koppelelement 23
verbunden. Über das Koppelelement 23 werden von dem Wandler 21 mechani
sche Schwingungen zum Innenrohr 24 übertragen. Bei dem in Fig. 1 veranschau
lichten Ausführungsbeispiel erstreckt sich dazu das Koppelelement 23 durch eine
Bohrung in der Steigbügelfußplatte 25 hindurch.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 gelangen Schallsignale über das Außen
ohr 26, den Gehörgang 27 und das Trommelfell 22 zur Paukenhöhle 17. Sie wer
den dort von dem Schalleitungsschlauch 16 hinter dem Trommelfell 22 aufge
nommen und an das in dem Gehäuse 12 sitzende Mikrophon 13 weitergeleitet.
Das Mikrophon 13 wandelt den Schall in elektrische Mikrophonsignale um. Diese
Signale werden in der Signalverarbeitungselektronik 14 in geeignete Ausgangs
signale umgesetzt und verstärkt über die Wandlerzuleitung 20 an den elektrome
chanischen Wandler 21 geführt. Der Wandler 21 setzt die elektrischen Ausgangs
signale in mechanische Schwingungen um. Die mechanischen Schwingungen wer
den über das hydromechanische Koppelelement 23 auf die flüssigkeitsgefüllten
Innenohrräume übertragen.
Die Fig. 1 läßt erkennen, daß das Hörgerät vollständig implantiert ist. Der Träger
wird durch das Gerät unter normalen Alltagsbedingungen nicht beeinträchtigt.
Zum Beispiel ist Schwimmen ohne weiteres möglich. Die natürliche Richtcharak
teristik des Außenohrs 26 wird voll ausgenutzt und nicht durch mechanische Ele
mente im äußeren Gehörgang 27 beeinträchtigt. Nach der Signalverstärkung in
der Signalverarbeitungselektronik 14 erfolgt keine Wandlung im Luftschall, wo
durch eine hohe Klangqualität möglich wird. Etwaige Rückkopplungsprobleme
lassen sich relativ einfach beherrschen. Die natürliche Übertragung über die
Gehörknöchelchenkette 28 bleibt unbeeinflußt. Damit ist das Risiko für den
Patienten minimiert.
Zum wahlweisen Einstellen eines oder mehrerer Kennwerte der Signalverarbei
tungselektronik 14 kann ein externer Steuersignalgeber 30 vorgesehen sein, an
dessen Ausgang eine Sendespule 31 angeschlossen ist. In dem Gehäuse 12 ist in
einem solchen Fall eine Empfangsspule 32 untergebracht. Auf diese Weise kann
im Bedarfsfall über die Spulen 31 und 32 eine hochfrequente induktive Daten
übertragung zwischen dem externen Steuersignalgeber 30 und der implantierten
Signalverarbeitungselektronik 14 erfolgen. Zweckmäßig kann die für die induk
tive Datenübertragung vorgesehene Hochfrequenzstrecke auch genutzt werden,
um Energie zum Aufladen der implantierten Sekundärzellenanordnung 15 zu
übertragen. Statt dessen kann für eine transkutane Datenübertragung zwischen
dem Steuersignalgeber 30 und der Signalverarbeitungselektronik 14 auch eine
lichtgebundene Infrarotstrecke vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel des elektromechanischen Wandlers 21 und des hydro
mechanischen Koppelelements 23 ist in größerem Maßstab in Fig. 2 dargestellt.
Der Wandler 21 weist ein zweiteiliges, hermetisch dichtes Gehäuse 34 auf. In
dem Gehäuse 34 ist ein vorzugsweise kreisförmiger piezoelektrischer Biege
schwinger 35 untergebracht, der auf einer Trägermembran 36 sitzt. Die vorzugs
weise aus Messing oder Aluminium bestehende Trägermembran 36 ist an ihrem
Rand in dem Gehäuse 34 etwa mittig eingespannt. Der veranschaulichte Biege
schwinger 35 hat eine zu der Trägermembran 36 symmetrische Bimorphstruktur,
deren beide Lagen mit 37 und 38 bezeichnet sind. Die Lagen 37, 38 können elek
trisch parallel oder hintereinandergeschaltet sein. Dabei werden die zwei oder
bei elektrischer Parallelschaltung drei Elektrodenflächen der Lagen 37, 38 kon
taktiert und durch Gehäusedurchführungen an die Wandlerzuleitung 20 ange
schlossen.
Es versteht sich, daß gegebenenfalls auch die eine der beiden Lagen 37, 38 weg
gelassen werden kann, so daß der Biegeschwinger 35 aus einer einlagigen piezo
elektrischen Scheibe besteht. Der Biegeschwinger 35 hat zweckmäßig einen
Durchmesser, der mindestens dem 0,8fachen und vorzugsweise mindestens dem
0,9fachen des Innendurchmessers des Gehäuses 34 entspricht. Die Trägermem
bran 36 unterteilt den Innenraum des Gehäuses 34 in zwei Kammern 39 und 40.
Die eine Kammer 39 ist mit einer Flüssigkeit 41 gefüllt, deren Dichte und Zu
sammensetzung mindestens näherungweise der Perilymphe (der Flüssigkeit im
Innenohr) entsprechen. Durch eine Wandung des Gehäuses 34 ist ein Anschluß
stutzen 42 geführt, über den durch die Wandlerschwingung erzeugte Druck
schwankungen auf einen das hydromechanische Koppelelement 23 bildenden
Schlauch 43 geleitet werden. Der Schlauch 43 ist mit der gleichen Flüssigkeit wie
die Kammer 39 gefüllt, und sein von dem Wandler 21 abliegendes Ende ist mit
tels einer dünnen Membran 44 verschlossen. Der Schlauch 43 kann zweckmäßig
aus biokampatiblem Silikon bestehen, und er hat vorteilhaft einen Außendurch
messer von 0,3 bis 1,0 mm, vorzugsweise etwa 0,6 mm, sowie eine Wandstärke
von 0,05 bis 0,3 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm. Das Wandlergehäuse 34 ist kreis
förmig oder annähernd kreisförmig ausgebildet, und es hat zweckmäßig einen
Durchmesser von 5 bis 10 mm, vorzugsweise etwa 8 mm. Das Gehäuse 34 kann
ebenso wie das Gehäuse 12 vorteilhaft aus einer biokompatiblen Keramik, z. B.
Al2O3, oder aus Titan bestehen. Die andere Kammer 40 des Gehäuses 34 ist mit
einem Edelgas, vorzugsweise Argon, gefüllt. Um den Schlauch 43 ist ein dünner
Draht 45 aus biokompatiblem Werkstoff, vorzugsweise Platin, gewendelt. Die
Drahtwendel erlaubt es, eine beständige Formung vom Biegeradien zur Anpas
sung an die jeweiligen anatomischen Gegebenheiten zu erreichen. An Stelle der
Drahtwendel können auch ein oder mehrere Drähte, vorzugsweise Platindrähte
in die Wandung des Schlauchs 43 eingelassen sein.
Die wesentliche Wirkung der in Fig. 2 veranschaulichten Anordnung beruht ei
nerseits auf dem Prinzip einer Druckkammer, durch das erreicht wird, daß bei
großem Verhältnis von Wandlerscheibendurchmesser zu Schlauchinnendurch
messer eine Schnelltransformation entsteht, die bei kleinen elektrischen Wand
lerleistungen hohe Ausgangsdrücke an der Schlauchmembran 44 ermöglicht. An
dererseits erlaubt die Füllung des Schlauchs 43 mit einer lymphähnlichen Flüssig
keit eine optimale mechanische Impedanzanpassung an das Innenohr. Dadurch
werden störende Reflexionen vermieden.
Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist der elektromechani
sche Wandler 21 mit in das Gehäuse 12 der Signalverarbeitungselektronik 14 in
tegriert. Die von der Trägermembran 36 des Biegeschwingers 35 begrenzte, in
diesem Fall gleichfalls in dem Gehäuse 12 ausgebildete, flüssigkeitsgefüllte
Kammer 39 ist analog der Fig. 2 mit dem hydromechanischen Koppelelement 23
in Form des flüssigkeitsgefüllten Schlauches 43 verbunden. Entsprechend der
Ausführungsform der Fig. 1 sind in dem Gehäuse 12 ferner das Mikrophon 13
und die Energieversorgung, beispielsweise eine Sekundärzellenanordnung 15, un
tergebracht. Der Schall wird dem Mikrophon 13 aus der Paukenhöhle 17 über
den Schalleitungsschlauch 16 zugeführt. Letzterer ist mit dem Gehäuse 12 über
einen Anschlußstutzen 46 verbunden und an seinem freien Ende mittels der dün
nen Membran 18 abgeschlossen. Um Rückkopplungen zu vermeiden, ist das
Mikrophon 13 in dem Gehäuse 12 schwingungstechnisch isoliert aufgehängt. Wie
in Fig. 3 angedeutet ist, sitzen das Mikrophon 13, die Signalverarbeitungselektro
nik 14 und die Energieversorgung 15 in einer von der gasgefüllten Kammer 40
mittels einer Trennwand 47 abgeteilten dritten Kammer 48. Gegebenenfalls kön
nen mindestens einzelne dieser Baugruppen aber auch in der Kammer 40 unter
gebracht sein.
Zur Energieversorgung kann auch eine Primärzellenanordnung vorgesehen sein,
die in einem von dem Gehäuse 12 der Signalverarbeitungselektronik 14 getrenn
ten Gehäuse untergebracht und über eine trennbare Verbindung an die Signal
verarbeitungselektronik 14 angeschlossen ist. Dadurch kann im Bedarfsfall die
Primärzellenanordnung (eine oder mehrere Batterien) ausgetauscht werden,
ohne daß ein gleichzeitiger Austausch des Gehäuses 12 bzw. ein Eingriff in dieses
Gehäuse notwendig wird.
Es ist ferner möglich, das Schall aus der Paukenhöhle 17 aufnehmende Mikro
phon 13 in einem gesonderten Gehäuse unterzubringen, das bei der Implantation
unmittelbar in der Paukenhöhle 17 fixiert wird. Das Mikrophon 13 nimmt dabei
den Schall aus der Paukenhöhle über einen durch das Gehäuse geführten Stutzen
auf, der zur Abdichtung mit einer dünnen Membran abgeschlossen ist.