JP2003521337A - 外耳に部分的に挿入可能な移植蝸牛システム - Google Patents
外耳に部分的に挿入可能な移植蝸牛システムInfo
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Abstract
Description
波に反応しないので、蝸牛神経へ伝えるべき電気信号を生成しない場合である。
人工聴覚器官は、聴覚神経を刺激する能力のある適切な刺激電極装置を使用し得
る。現在の一つの人工器官設計は、外部トランスデューサ及びバッテリと、内部
レシーバーとを含む。そのレシーバーは、蝸牛内に外科的に配置された電極と相
互作用して、蝸牛壁の選択的刺激を可能にする(本明細書に参照により組み込ま
れたHochmairet他の米国特許第4,284,856号及び第4,357,497
号)。通常、電極は、実質的に可撓な電極キャリア内に包含されており、その電
極キャリアは所望のコイル形状で蝸牛内へ案内されるのに充分な剛性を有する(
本明細書に参照により組み込まれたHochmair-Desoyer 他のAnnals of the New Y
ork Academy of Sciences 405:173-182(1991))。
、音を外耳10を通じて鼓膜12へ伝え、鼓膜12は中耳14の骨を動かして、
蝸牛16を刺激させる。蝸牛16は、前庭階18として知られる上部通路と、鼓
室階20として知られる下部通路とを含み、これらは蝸牛管22により接続され
ている。中耳14から伝えられた受信された音に反応して、液体で満たされた前
庭階18及び鼓室階20が波を伝えて、蝸牛神経24及び最終的には脳へ伝えら
れる電気的パルスを生成するトランスデューサとして機能する。
刺激を与える。代表的なシステムは外部マイクロフォンを含み得る。このマイク
ロフォンは音響信号入力を信号処理段階(図示せず)へ与えて、ここで様々な信
号処理計画を実行できる。例えば移植蝸牛の分野でよく知られる信号処理の試み
は、連続インターリーブサンプリング(CIS)ディジタル信号処理、(本明細
書に参照により組み込まれた、2000年8月15日に出願された係属中の米国
特許出願第09/64868号に説明された如き)チャンネル指定サンプリング
シークエンス(CSSS)ディジタル信号処理、スペクトルピーク(SPEAK
)ディジタル信号処理、及び圧縮アナログ(CA)信号処理を含む。通常は、処
理された信号は、次いで一連のデータフレームなどのディジタルデータフォーマ
ットへ変換され、移植されたレシーバー39へ伝達される。
を得る他にも、システムの移植された部分の電力要求を満たすために、電力を体
外から皮膚を介して供給する必要もある。図1は要求される電力と処理された音
響情報との双方を伝達するように皮膚を介する誘電結合に基づく配置を示す。図
1に示すように1次コイル38(これは外部信号プロセッサに接続されている)
は、皮下の2次コイル34(これはレシーバー39へ接続されている)に隣接し
て外部に位置している。この配置はラジオ周波数(rf)電気信号をレシーバー
39へ誘導結合させる。
移植部分への音響情報との双方を抽出することができる。音響情報抽出の他に、
レシーバー39は、付加的な信号処理、例えばエラー補正、パルス成形などを実
行して、(抽出された音響情報に基づき)刺激パターンを生成し、これは結線ワ
イア44を通じて移植電極キャリア46へ送られる。代表的には、この電極キャ
リア46はその表面上に多数の電極を含み、これは蝸牛16の選択的な刺激を与
える。
ehind-the-ear: BTE)モジュールにより与えられる。このBTEモジュールは、
マイクロフォン及び外部信号処理装置などの他のシステム部品を包含してもよい
。このBTEモジュールは、かなり目障りなものになることがあるので、このよ
うなデバイスの着用者はその外見が不自然であることに極めて過敏になることが
知られている。
含む。デバイス本体は使用者の耳管内へ装着する。デバイス本体は、マイクロフ
ォン、信号プロセッサ、及びトランスミッタを含む。マイクロフォンは、デバイ
ス本体において表れる音響信号をこれに対応する電気信号へ変換する。信号プロ
セッサは、対応電気信号の信号処理を実行して、移植蝸牛信号を形成する。トラ
ンスミッタは、移植蝸牛信号を移植蝸牛へ伝えるために無線信号へ変換する。
システムを含む。この信号プロセッサは使用者の耳内に表れる音響信号を処理し
て、対応する無線信号を生成する。分離型パワートランスミッタは、使用者の皮
膚を介して電力信号を伝える。
音響信号に対応する電気的刺激信号を生成する。
よく、これは使用者の内耳構造へ音響信号の一部を表す機械的刺激信号を与える
。このようなデバイスにおいては、移植蝸牛信号は音響信号における周波数の第
1のサブレンジを表し、機械的刺激信号は音響信号における周波数の第2のサブ
レンジを表す。
タリングの少なくとも一つを含み得る。この信号処理は、連続インターリーブサ
ンプリング(continuous interleaved sampling: CIS)ディジタル信号処理、チ
ャンネル指定サンプリングシークエンス(channel specific sampling sequences
: CSSS)ディジタル信号、スペクトルピーク(spectral peak: SPEAK)ディジタル
信号処理、或いは圧縮アナログ(compressed analog: CA)信号処理としてもよい
。
このバッテリモジュールは伝達された電力信号に応答して再充電可能にしてもよ
い。
。これに代えて、電極に関係した蝸牛開口窓が電気的刺激信号を与えてもよい。
或いは、多重チャンネル電極アレイを使用者の蝸牛へ部分的に又は完全に挿入し
て電気的刺激信号を与えるようにしてもよい。
と、移植蝸牛とを有する移植蝸牛システムを含む。その移植蝸牛は(i)移植蝸
牛に動力を与えると共に、伝達された電力信号に応答して再充電可能なバッテリ
モジュールと、(ii)マイクロフォンを含む信号プロセッサとを含む。信号プロ
セッサは使用者の耳に表れる音響信号を処理して、使用者の聴覚神経へ音響信号
を表す電気的刺激信号を生成する。
に理解されるであろう。
、従来のシステムの耳の背後(behind-the-ear: BTE)のモジュールを耳内(in-th
e-ear: ITE)モジュールへ置き換える。この試みは、移植蝸牛への電力及び情報
伝送機能を二つの独立した伝送チャンネルへ分ける。ITEプロセッサと移植蝸
牛との間の情報伝送は、無線周波数(rf)接続を用いる。電力伝送は従来の誘
導結合コイルを用いる。伝送された電力を移植蝸牛を駆動するのに用いてもよく
、或いは移植されたバッテリを再充電可能にしてもよい。
を移植蝸牛へ交信させるrfトランスミッタにより増強される。聴覚神経の電気
的刺激のために移植蝸牛へ音響信号を与えるのに加えて、ITEモジュールは音
響機械的モジュールを与えてもよい。このモジュールは、鼓膜、中耳、その他の
標準聴覚連鎖、又は蝸牛開口からの円形窓の何れかを機械的に駆動できる。この
ような電気的と機械的との聴覚刺激の組み合わせは、例えば米国特許出願第09
/258,997号(1999年2月26日出願)に説明されており、その出願
は本願の譲受人に譲渡されて、参照により本明細書に組み込まれている。組み合
わせられた電気的及び機械的刺激は、多少の残存聴力を保っている蝸牛移植患者
に特に効果的である。典型的には、電気刺激が第1周波数レンジ(例えば高周波
数)における音響情報を与え、且つ機械的刺激が第2周波数レンジ(例えば低周
波数)における音響情報を与える。
である。ITEプロセッサ50は、図1の外耳10内で耳管に挿入される従来の
補聴器に似た外観である。テーパー状内端52は、それが鼓膜12へ機械的に係
合するまで外耳10の耳管内へ摺動する。図2ではテーパー状内端52が殆どの
使用者に適する一般的なテーパーを有するものとして示してあるが、使用者の外
耳10の耳管に合わせて誂た成型をなして、この誂た成型をテーパー状内端52
の形状として用いることも知られている。音響機械的刺激モジュールを有する実
施形態においては、機械的駆動信号はテーパー状内端52を介して与えてもよい
。これに代えて、テーパー状内端52は、蝸牛開口からの円形窓を機械的に駆動
するように適合させてもよい。
他のタスクを処理するための従来のディジタルプログラマブル補聴器処理回路を
包含する。ITEプロセッサ50の外端54は、図示のように使用者がアクセス
可能な様々な制御器を持つように適合させて、処理中の使用者による多少の制御
、更に一般的にはシステムの操作を与えるようにしてもよい。ITEプロセッサ
50のケース内にはrfトランスミッタ及びバッテリも包含されている。
トランスミッタからのrf音響情報信号を受信して抽出する信号処理回路を包含
する。抽出された音響情報は次いでレシーバー39により電極刺激信号へ処理さ
れて、その電極刺激信号は結線ワイア44を介して移植電極キャリア46と交信
して、蝸牛16へ電気的刺激を与える。
処理計画が公知である。これらの信号処理計画は、連続インターリーブサンプリ
ング(continuous interleaved sampling: CIS)ディジタル信号処理、チャンネ
ル指定サンプリングシークエンス(channel specific sampling sequences: CSSS
)ディジタル信号、スペクトルピーク(spectral peak: SPEAK)ディジタル信号処
理、及び圧縮アナログ(compressed analog: CA)信号処理を含む。他の処理及び
刺激計画も公知であり、また新たな計画も将来的に開発されるであろうが、これ
らは全て本発明の実施形態の目的の範囲内にある。
ので、ITEプロセッサ50とレシーバー39との各々がどれだけ多くの処理を
実行するかに応じて、特定の実施形態は変化する。例えば、CIS処理を用いる
一つのシステムでは、ITEプロセッサ50は、皮下レシーバー39のために最
小化処理されたアナログ音響信号を生成する。他の実施形態においては、ITE
プロセッサ50からの音響信号は依然としてアナログであるが、それに一層複雑
なアナログ信号処理、例えば自動利得制御(automatic gain control:AGC)及び
従来の補聴器で成されているようなビーム成形を実行してもよい。アナログ信号
を伝送する代表的な方法は、増幅変調(AM)又は周波数変調(FM)などの公
知技術を含む。何れの場合でもレシーバー39は、受信したアナログ音響情報を
CISディジタル信号処理技術を用いて処理して、移植電極キャリア46の電極
のために刺激信号を生成する。
のアナログ対ディジタル変換を実行し、次いでディジタル信号処理を実行しても
よい。例えばITEプロセッサ50は、アナログ音響信号の再構成に必要な情報
を包含する一連のディジタルデータフレームをレシーバー39へ送信してもよい
。ディジタル音響信号を送信する代表的な方法は、増幅シフトキーイング(ampli
tude shift keying: ASK)、周波数シフトキーイング (frequency shift keying:
FSK)、及び位相シフトキーイング (phase shift keying: PSK)などの公知技術
を含む。従ってレシーバー39は、受信されたディジタル信号のCIS処理を実
行して、受信されたディジタルデータ信号における情報に基づいて電極刺激パタ
ーンを構成してもよい。これに代えて、ITEプロセッサ50はディジタル音響
信号を更に処理してCISパルス情報を生成してもよい。このCISパルス情報
は次いで一連のディジタルフレームへ変換されてレシーバー39へ伝送される。
次いでレシーバー39は、受信した一連のディジタルフレーム内の情報を用いて
、移植電極のためのCISパルスパターンを構成する。
を他の信号処理計画に基づいて他の特定の実施形態に用いてもよい。更に、レシ
ーバー39への情報チャンネルは、ITEプロセッサ50以外のデバイスにより
使用することができる。例えば、レシーバー39のrf周波数及び適切な音響情
報フォーマットを用いると、電話、テレビ、ラジオ又は他の外部音響デバイスが
レシーバー39へ音響信号を伝送できる。
する。このような構成によれば、耳背後(behind-the-ear)モジュールを使用者が
眠る夜間に用いて、1次コイル38から皮膚を通じて2次コイル34へ電力を誘
導結合させて、使用者の睡眠中にレシーバー39内のバッテリを再充電するよう
にしてもよい。そして朝になったら、使用者はBTEモジュールを外して、その
日はレシーバー39内の再充電されたバッテリに頼って、システムの移植部分へ
電力を与えるようにすることができる。これに代えて、再充電可能バッテリモジ
ュールをレシーバー39から隔てて移植してもよい。移植されたバッテリを用い
ると、浮き立って見える外部モジュールがないので、従来の補聴器のように見え
る目立たないITEプロセッサのみとなる。
既に公知の誘電結合構成を用いてシステムの移植部分へ電力を与える。全ての信
号処理がシステムの移植部分により実行されるならば、移植レシーバーと交信す
る状態でマイクロフォンも移植することにより、ITEプロセッサを完全に省い
てもよい。従って電力伝送と情報の伝送及び処理とは依然として、個別のチャン
ネル上で伝送された個別の機能として保持される。この構成は、使用者の毛髪で
覆い隠し得る低いプロファイルのBTEモジュールを可能とし、これは単に外部
バッテリ及び電力伝送部品を包含するのみである。これらの部品は、極めて頑丈
でしかも安価になるように製作することができ、保守も相当に単純化できる。
部品に加えてもよい。このモジュール内のrfレシーバーは、ITEプロセッサ
内のトランスミッタにより送られた音響情報を受信して処理する。この処理され
た音響は次いで電力伝送信号へ変調され、これは広帯域刺激データを伝送するの
に充分なrf帯域を有する。
を上回る本発明の代表的実施形態の様々な利点について述べた。様々な実施形態
は、外部部品を持たない完全に移植された移植蝸牛を上回る顕著な利点も与える
ことに留意されたい。例えば、システムの移植部分を配置する外科医には、マイ
クロフォンを耳管内に外科的に移植する完全移植システムの場合よりも、煩雑さ
が少なくなる。またITEプロセッサ内のマイクロフォンの位置は、移植パッケ
ージ内へマイクロフォンを集積させるシステムに比べて、音響的に最適化できる
。更に、新たに出現しつつある信号処理計画は、それらが利用可能になるのに応
じて、ITEプロセッサ内へ容易に組み込める。但しこれは、処理回路が完全に
移植されている場合には可能ではない。
ら逸脱することなく、本発明の幾つかの利点を達成する様々な変形及び変更例を
なし得ることが明らかである。
面図及び側面図である。
Claims (29)
- 【請求項1】 移植蝸牛のための信号処理デバイスであり、 使用者の耳管内へ装着されるデバイスボデイを備え、 (i)デバイスボデイに現れる音響信号をそれに対応する電気信号へ変換する
マイクロフォンと、 (ii)移植蝸牛信号を形成するように前記対応電気信号の処理を実行する信号
プロセッサと、 (iii)蝸牛移植信号を移植蝸牛への伝送のための無線信号へ変換するトラン
スミッタとを含む信号処理デバイス。 - 【請求項2】 請求項1におけるデバイスにおいて、前記デバイスボデイが
、 使用者の内耳構造へ前記音響信号の一部を表す機械的刺激信号を送る機械的刺
激モジュールを更に含み、 前記移植蝸牛信号が前記音響信号における周波数の第1サブレンジを表し、且
つ前記機械的刺激信号が前記音響信号における周波数の第2サブレンジを表すデ
バイス。 - 【請求項3】 請求項1におけるデバイスにおいて、前記処理が、圧縮、ビ
ーム成形、及びフィルタリングのうちの少なくとも一つを含む前記信号プロセッ
サにより実行されるデバイス。 - 【請求項4】 請求項1におけるデバイスにおいて、前記信号処理が、連続
インターリーブサンプリング(CIS)ディジタル信号処理を含むデバイス。 - 【請求項5】 請求項1におけるデバイスにおいて、前記信号処理が、チャ
ンネル指定サンプリングシークエンス(CSSSS)を含むデバイス。 - 【請求項6】 請求項1におけるデバイスにおいて、前記信号処理が、スペ
クトラルピーク(SPEAK)ディジタル信号処理を含むデバイス。 - 【請求項7】 請求項1におけるデバイスにおいて、前記信号処理が、圧縮
アナログ(CA)信号処理を含むデバイス。 - 【請求項8】 移植蝸牛システムであり、 使用者の耳管内に装着されて、この使用者の耳に現れる音響信号を処理して前
記音響信号に対応する無線信号を生成する信号プロセッサと、 前記使用者の皮膚を通じて電力信号を伝送する電力トランスミッタと、 前記無線信号及び前記電力信号を受信して、前記使用者の聴覚神経のために前
記音響信号に対応する電気的刺激信号を生成する移植蝸牛とを備えるシステム。 - 【請求項9】 請求項8におけるシステムにおいて、前記信号プロセッサが
、 使用者の内耳構造へ前記音響信号の一部を表す機械的刺激信号を送る機械的刺
激モジュールを更に含み、前記移植蝸牛信号が前記音響信号における周波数の第
1サブレンジを表し、且つ前記機械的刺激信号が前記音響信号における周波数の
第2サブレンジを表すシステム。 - 【請求項10】 請求項8におけるシステムにおいて、 前記移植蝸牛へ電力を与え、前記伝送された電力信号に応答して再充電可能な
移植されたバッテリを更に備えるシステム。 - 【請求項11】 請求項8におけるシステムにおいて、前記処理が、圧縮、
ビーム成形、及びフィルタリングのうちの少なくとも一つを含む前記信号プロセ
ッサにより実行されるシステム。 - 【請求項12】 請求項8におけるシステムにおいて、前記信号処理が、連
続インターリーブサンプリング(CIS)ディジタル信号処理を含む前記信号プ
ロセッサにより実行されるシステム。 - 【請求項13】 請求項8におけるシステムにおいて、前記信号処理が、チ
ャンネル指定サンプリングシークエンス(CSSSS)を含む前記信号プロセッ
サにより実行されるシステム。 - 【請求項14】 請求項8におけるシステムにおいて、前記信号処理が、ス
ペクトラルピーク(SPEAK)ディジタル信号処理を含む前記信号プロセッサ
により実行されるシステム。 - 【請求項15】 請求項8におけるシステムにおいて、前記信号処理が、圧
縮アナログ(CA)信号処理を含む前記信号プロセッサにより実行されるシステ
ム。 - 【請求項16】 請求項8におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、外
部蝸牛電極を用いて前記電気的刺激信号を伝送するシステム。 - 【請求項17】 請求項8におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、電
極に関連した蝸牛開口窓を用いて前記電気的刺激信号を伝送するシステム。 - 【請求項18】 請求項8におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、前
記使用者の蝸牛内へ部分的に挿入された多チャネンル電極アレイを用いて前記電
気的刺激信号を伝送するシステム。 - 【請求項19】 請求項8におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、前
記使用者の蝸牛内へ完全に挿入された多チャネンル電極アレイを用いて前記電気
的刺激信号を伝送するシステム。 - 【請求項20】 移植蝸牛システムであり、 使用者の皮膚を通じて電力信号を連続的に伝送する電力トランスミッタと、 移植蝸牛とを備え、この移植蝸牛は、 (i)前記伝送された電力信号に応答して、この電力信号に対応する電力を
前記移植蝸牛へ連続的に与える電力処理モジュールと、 (ii)マイクロフォンを含み、前記使用者の耳内に現れる音響信号を処理し
て、前記使用者の聴覚神経のために前記音響信号に対応する電気的刺激信号を生
成する信号プロセッサとを含むシステム。 - 【請求項21】 請求項20におけるシステムにおいて、前記処理が、圧縮
、ビーム成形、及びフィルタリングのうちの少なくとも一つを含む前記信号プロ
セッサにより実行されるシステム。 - 【請求項22】 請求項20におけるシステムにおいて、前記信号処理が、
連続インターリーブサンプリング(CIS)ディジタル信号処理を含む前記信号
プロセッサにより実行されるシステム。 - 【請求項23】 請求項20におけるシステムにおいて、前記信号処理が、
チャンネル指定サンプリングシークエンス(CSSSS)を含む前記信号プロセ
ッサにより実行されるシステム。 - 【請求項24】 請求項20におけるシステムにおいて、前記信号処理が、
スペクトラルピーク(SPEAK)ディジタル信号処理を含む前記信号プロセッ
サにより実行されるシステム。 - 【請求項25】 請求項20におけるシステムにおいて、前記信号処理が、
圧縮アナログ(CA)信号処理を含む前記信号プロセッサにより実行されるシス
テム。 - 【請求項26】 請求項20におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、
外部蝸牛電極を用いて前記電気的刺激信号を伝送するシステム。 - 【請求項27】 請求項20におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、
電極に関連した蝸牛開口窓を用いて前記電気的刺激信号を伝送するシステム。 - 【請求項28】 請求項20におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、
前記使用者の蝸牛内へ部分的に挿入された多チャネンル電極アレイを用いて前記
電気的刺激信号を伝送するシステム。 - 【請求項29】 請求項20におけるシステムにおいて、前記移植蝸牛が、
前記使用者の蝸牛内へ完全に挿入された多チャネンル電極アレイを用いて前記電
気的刺激信号を伝送するシステム。
Applications Claiming Priority (3)
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