JP2003530960A - 人工内耳経皮電力最適化回路 - Google Patents
人工内耳経皮電力最適化回路Info
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- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
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- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
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- H—ELECTRICITY
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- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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- H04R25/60—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles
- H04R25/604—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles of acoustic or vibrational transducers
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- A61N1/37252—Details of algorithms or data aspects of communication system, e.g. handshaking, transmitting specific data or segmenting data
- A61N1/37276—Details of algorithms or data aspects of communication system, e.g. handshaking, transmitting specific data or segmenting data characterised by means for reducing power consumption during telemetry
Abstract
(57)【要約】
人工内耳システムにおいて、埋め込み刺激装置は、刺激信号、蓄積電力又は刺激信号及び蓄積電力に関連するパラメータをモニタするモニタを備える。ここで、蓄積電力は、処理装置から送信されたエネルギーを蓄積するエネルギ蓄積素子に蓄積された電力である。パラメータは分析され、1以上のフィードバック信号が生成され、処理装置に送信され戻される。処理装置は、フィードバック信号を用いて、確実に、最適電力が刺激装置に送信され、刺激信号がコンプライアンスをもつようにする。
Description
【0001】
発明の分野
本発明は人工内耳(cochlear implant)システムにおける最適化回路に関し、
例えば内部の電源レベル及び人工内耳に与えられる刺激信号のコンプライアンス
のような、埋め込み体の1つ以上のパラメータをモニタする回路に関する。これ
らのパラメータによって望ましくない状態が示されると、その回路が制御信号を
生成して、システムの内部コンポーネントと外部コンポーネント間の結合を調整
することによってその状態を修正する。
例えば内部の電源レベル及び人工内耳に与えられる刺激信号のコンプライアンス
のような、埋め込み体の1つ以上のパラメータをモニタする回路に関する。これ
らのパラメータによって望ましくない状態が示されると、その回路が制御信号を
生成して、システムの内部コンポーネントと外部コンポーネント間の結合を調整
することによってその状態を修正する。
【0002】
従来技術の説明
通常の補聴器では満足な助けにならない、内耳の聴覚障害を患っている患者が
いる。しかしながら、聴覚神経が損なわれていなければ、患者は人工内耳システ
ムで聴覚機能を回復させることができる。現在利用可能な代表的な人工内耳シス
テムは、外部コンポーネントつまり処理装置と、埋め込み刺激装置としばしば呼
ばれる内部コンポーネントとを備える。外部コンポーネントは、周囲音を受信し
、周囲音を電気信号に変換するマイクロホンと、前記電気信号を符号化信号に変
換処理する処理装置と、前記符号化信号を内部コンポーネントに送信する送信機
とを備える。
いる。しかしながら、聴覚神経が損なわれていなければ、患者は人工内耳システ
ムで聴覚機能を回復させることができる。現在利用可能な代表的な人工内耳シス
テムは、外部コンポーネントつまり処理装置と、埋め込み刺激装置としばしば呼
ばれる内部コンポーネントとを備える。外部コンポーネントは、周囲音を受信し
、周囲音を電気信号に変換するマイクロホンと、前記電気信号を符号化信号に変
換処理する処理装置と、前記符号化信号を内部コンポーネントに送信する送信機
とを備える。
【0003】
内部コンポーネントは、符号化信号を受信する受信機と、前記信号を刺激信号
に復号する復号器と、患者の蝸牛に伸びる蝸牛内電極及び任意に選択できる1つ
以上の蝸牛外(extra-cochlear)電極とを含む電極アレイを備える。刺激信号は
、処理装置によって決定される遅延及び波形を有するパルス形態で入力される。
に復号する復号器と、患者の蝸牛に伸びる蝸牛内電極及び任意に選択できる1つ
以上の蝸牛外(extra-cochlear)電極とを含む電極アレイを備える。刺激信号は
、処理装置によって決定される遅延及び波形を有するパルス形態で入力される。
【0004】
人工内耳システムの内部コンポーネントは比較的小さいので、通常それ自体の
常置の電源を備えていない。その代わりに、内部コンポーネントには、一方は外
部コンポーネントに、他方は内部コンポーネントに備わっている、2つの誘導的
に結合したコイルを用いて、外部コンポーネントから受信する高周波信号によっ
て経皮的にエネルギーを与えられる。外部コンポーネントはデータを内部コンポ
ーネントに送信する、まずデータを高周波信号に符号化し、次いでこれを経皮的
なリンクを介して送信する。内部コンポーネントは高周波信号からデータを復号
するとともに、キャパシタに受信高周波エネルギーを蓄積し、内部コンポーネン
トの電子回路に電力を与える。経皮的なリンクを介して有効な電力送信を達成す
るために、両方のコイルは、送信機の使用周波数又はその近傍の周波数で共振す
るように調整され、電磁結合するように軸の調整がされている。
常置の電源を備えていない。その代わりに、内部コンポーネントには、一方は外
部コンポーネントに、他方は内部コンポーネントに備わっている、2つの誘導的
に結合したコイルを用いて、外部コンポーネントから受信する高周波信号によっ
て経皮的にエネルギーを与えられる。外部コンポーネントはデータを内部コンポ
ーネントに送信する、まずデータを高周波信号に符号化し、次いでこれを経皮的
なリンクを介して送信する。内部コンポーネントは高周波信号からデータを復号
するとともに、キャパシタに受信高周波エネルギーを蓄積し、内部コンポーネン
トの電子回路に電力を与える。経皮的なリンクを介して有効な電力送信を達成す
るために、両方のコイルは、送信機の使用周波数又はその近傍の周波数で共振す
るように調整され、電磁結合するように軸の調整がされている。
【0005】
内部コンポーネントに伝送されるエネルギー量は、主として2つのコイル間の
誘導結合の大きさ及び各コイルの共振周波数に依存する。前者は、2つのコイル
を隔てている生体組織の厚みに依存し、この生体組織の厚みは患者人口全体にわ
たって異なる。したがって、同じ人工内耳システムに対しても、エネルギー伝送
の効率は各患者毎に異なることになる。
誘導結合の大きさ及び各コイルの共振周波数に依存する。前者は、2つのコイル
を隔てている生体組織の厚みに依存し、この生体組織の厚みは患者人口全体にわ
たって異なる。したがって、同じ人工内耳システムに対しても、エネルギー伝送
の効率は各患者毎に異なることになる。
【0006】
要求されるエネルギー量は、患者、(電極−生体組織の境界のインピーダンス
は患者特有であることによる)システムプログラミング、及び音環境によって変
動する。したがって、すべての人工内耳システムは、あらゆる状態のすべての患
者に対して、その内部コンポーネントに適切な電力が送られるように設計されて
いなければならない。コイル間の比較的小さな間隔、あるいは低い電極−生体組
織境界インピーダンスのために、患者へのリンクを通って過剰エネルギーが伝送
されることがあり、バッテリ寿命を望まれる最大寿命より短くすることになる。
は患者特有であることによる)システムプログラミング、及び音環境によって変
動する。したがって、すべての人工内耳システムは、あらゆる状態のすべての患
者に対して、その内部コンポーネントに適切な電力が送られるように設計されて
いなければならない。コイル間の比較的小さな間隔、あるいは低い電極−生体組
織境界インピーダンスのために、患者へのリンクを通って過剰エネルギーが伝送
されることがあり、バッテリ寿命を望まれる最大寿命より短くすることになる。
【0007】
この問題を解決するためにいくつかの試みがなされたが、すべて満足すべきも
のであるとはいえない。例えば、米国特許第5603726号は、埋め込み部が
、電力レベルや刺激電圧のような埋め込み部の状態を表す信号を、ウェアラブル
・プロセッサに対して生成するマルチチャネル人工内耳システムを開示する。そ
の情報は、ウェアラブル・プロセッサによって、送信される信号の特性を修正す
るために用いられる。特に、埋め込み部は、異なる公称DCレベルをもつ複数の
出力を生成可能な内部電源を備えている。さらに、埋め込み部分は、不関電極と
同様に種々の蝸牛内電極の間に単極又は双極の刺激パルスを出力することができ
る。テレメトリ送信機は、データをウェアラブル・プロセッサに送るために用い
られる。そのデータは、電源出力の電圧レベル、刺激信号の振幅及びその他のパ
ラメータを表すものである。ウェアラブル・プロセッサは、埋め込み部分に送信
される高周波信号の振幅(したがって電力)を調整するために電圧レベル信号を
用いる。しかしながら、このアプローチは、次の理由で不都合である。すなわち
、可変でプログラマブルな振幅をもつ高周波送信機を必要とし、また送信コイル
の固定同調を利用するもので、システムのコンプライアンスを保つために必要と
される電圧に追従するために、タンクキャパシタの電圧を変調するものではなか
った。明らかにそのような送信機は製造するのに高価なもので、プリセットされ
た振幅をもつ標準の高周波送信機より複雑なものである。さらに、刺激パルスが
すでに出力された後にその振幅について埋め込みセクションから情報を送ること
は、有効ではない。なぜなら、これらのパルスの1つがコンプライアンスの範囲
外にある場合、外部セクションはそのことについて何もすることができない。将
来のパルスがコンプライアンス内にあることを保証するために、電力を上昇させ
るだけである。しかしながら、何も考慮することなく、単に電力を上げるだけで
は、エネルギーを浪費することになる。
のであるとはいえない。例えば、米国特許第5603726号は、埋め込み部が
、電力レベルや刺激電圧のような埋め込み部の状態を表す信号を、ウェアラブル
・プロセッサに対して生成するマルチチャネル人工内耳システムを開示する。そ
の情報は、ウェアラブル・プロセッサによって、送信される信号の特性を修正す
るために用いられる。特に、埋め込み部は、異なる公称DCレベルをもつ複数の
出力を生成可能な内部電源を備えている。さらに、埋め込み部分は、不関電極と
同様に種々の蝸牛内電極の間に単極又は双極の刺激パルスを出力することができ
る。テレメトリ送信機は、データをウェアラブル・プロセッサに送るために用い
られる。そのデータは、電源出力の電圧レベル、刺激信号の振幅及びその他のパ
ラメータを表すものである。ウェアラブル・プロセッサは、埋め込み部分に送信
される高周波信号の振幅(したがって電力)を調整するために電圧レベル信号を
用いる。しかしながら、このアプローチは、次の理由で不都合である。すなわち
、可変でプログラマブルな振幅をもつ高周波送信機を必要とし、また送信コイル
の固定同調を利用するもので、システムのコンプライアンスを保つために必要と
される電圧に追従するために、タンクキャパシタの電圧を変調するものではなか
った。明らかにそのような送信機は製造するのに高価なもので、プリセットされ
た振幅をもつ標準の高周波送信機より複雑なものである。さらに、刺激パルスが
すでに出力された後にその振幅について埋め込みセクションから情報を送ること
は、有効ではない。なぜなら、これらのパルスの1つがコンプライアンスの範囲
外にある場合、外部セクションはそのことについて何もすることができない。将
来のパルスがコンプライアンス内にあることを保証するために、電力を上昇させ
るだけである。しかしながら、何も考慮することなく、単に電力を上げるだけで
は、エネルギーを浪費することになる。
【0008】
発明の名称を「生体組織刺激装置のための高コンプライアンス出力ステージ」
とする、同一出願人による1999年2月4日出願のS.N.09/244,3
45には、これは参照としてここに組み込まれるものであるが、人工内耳システ
ムが記載され、そこでは、刺激パルスの生成(すなわち、刺激生成回路のコンプ
ライアンス)がモニタされ、刺激パルスが所望の強度であることを確実にするた
めに、必要ならば、電圧増倍器が用いられる。この出願は、本質的に、余分な刺
激パルスを除くために内部電源を改良するシステムを取り扱っている。そういう
ものであるから、この出願には、データを外部セクションに戻すように伝送する
ための備えはない。
とする、同一出願人による1999年2月4日出願のS.N.09/244,3
45には、これは参照としてここに組み込まれるものであるが、人工内耳システ
ムが記載され、そこでは、刺激パルスの生成(すなわち、刺激生成回路のコンプ
ライアンス)がモニタされ、刺激パルスが所望の強度であることを確実にするた
めに、必要ならば、電圧増倍器が用いられる。この出願は、本質的に、余分な刺
激パルスを除くために内部電源を改良するシステムを取り扱っている。そういう
ものであるから、この出願には、データを外部セクションに戻すように伝送する
ための備えはない。
【0009】
発明の目的と要約
従来技術の上述の問題点を鑑みて、本発明の目的は、前もって選択された1以
上の基準に基づいて、誘導結合を調整することによって、内部コンポーネントに
伝送される電力を自動的かつ動的に最適化するように構成され配置される人工内
耳電力制御回路を提供することである。
上の基準に基づいて、誘導結合を調整することによって、内部コンポーネントに
伝送される電力を自動的かつ動的に最適化するように構成され配置される人工内
耳電力制御回路を提供することである。
【0010】
また、本発明の目的は、電力を浪費しないで、これによって外部コンポーネン
トバッテリの寿命を確実に延ばすために、内部コンポーネントとの誘導結合を自
動的かつ動的に調整するように構成され配置される人工内耳電力制御回路を提供
することである。
トバッテリの寿命を確実に延ばすために、内部コンポーネントとの誘導結合を自
動的かつ動的に調整するように構成され配置される人工内耳電力制御回路を提供
することである。
【0011】
さらに、本発明の目的は、外部システムと内部システムとが、誘導的に結合し
た人工内耳電力制御回路であって、内部電源電圧がモニタされ、この電圧をフィ
ードバック信号として用いて、その結合の周波数を調整し、最適電力伝送を得る
人工内耳電力制御回路を提供することである。
た人工内耳電力制御回路であって、内部電源電圧がモニタされ、この電圧をフィ
ードバック信号として用いて、その結合の周波数を調整し、最適電力伝送を得る
人工内耳電力制御回路を提供することである。
【0012】
またさらに、本発明の目的は、刺激信号のコンプライアンスがモニタされ、フ
ィードバック信号として用いられ、内部コンポーネントへの電力伝送を最適化す
る人工内耳電力制御回路を提供することである。
ィードバック信号として用いられ、内部コンポーネントへの電力伝送を最適化す
る人工内耳電力制御回路を提供することである。
【0013】
さらにまた、本発明の目的は、コンプライアンスモニタを備えた人口内耳であ
って、このコンプライアンスモニタは、それぞれの刺激パルスが完了する前にコ
ンプライアンスの範囲外となり得る条件を検出し、コンプライアンスの範囲外の
状態を避けるように、内部セクションに伝送される電力を調整するように、配置
され構成されている人口内耳を提供することである。
って、このコンプライアンスモニタは、それぞれの刺激パルスが完了する前にコ
ンプライアンスの範囲外となり得る条件を検出し、コンプライアンスの範囲外の
状態を避けるように、内部セクションに伝送される電力を調整するように、配置
され構成されている人口内耳を提供することである。
【0014】
本発明の他の目的及び効果は以下の記載から明らかとなるであろう。
【0015】
要するに、本発明に従って構成された人口内耳システムは、外部音声処理装置
及び電子回路を有する埋め込み刺激装置を備え、この両コンポーネントがそれぞ
れのコイルによってお互いに誘導結合しているものである。各コイルはタンク回
路の要素である。外部音声処理装置はこの結合を通してRF信号を送信する。埋
め込み刺激装置はこれらの信号を2つの目的のために使用する。第1は、その信
号のエネルギーをキャパシタのような蓄積素子に蓄積し、電子回路に電力を与え
るために用いることである。第2は、信号を復号し、聴覚神経に加える刺激信号
を得るために用いることである。
及び電子回路を有する埋め込み刺激装置を備え、この両コンポーネントがそれぞ
れのコイルによってお互いに誘導結合しているものである。各コイルはタンク回
路の要素である。外部音声処理装置はこの結合を通してRF信号を送信する。埋
め込み刺激装置はこれらの信号を2つの目的のために使用する。第1は、その信
号のエネルギーをキャパシタのような蓄積素子に蓄積し、電子回路に電力を与え
るために用いることである。第2は、信号を復号し、聴覚神経に加える刺激信号
を得るために用いることである。
【0016】
本発明の1実施形態では、蓄積素子の電圧を示すパラメータがモニタされ、第
2のチャネルを経由して音声処理装置に送り返される。それから、外部音声処理
装置は、タンク回路の周波数を調整し、これによって内部コンポーネントに伝送
される電力が調整され、それを最適化する。
2のチャネルを経由して音声処理装置に送り返される。それから、外部音声処理
装置は、タンク回路の周波数を調整し、これによって内部コンポーネントに伝送
される電力が調整され、それを最適化する。
【0017】
さらに、あるいはこれに代えて、刺激信号のコンプライアンスがモニタされ、
フィードバック信号として用いられ、タンクサーキットの周波数がコントロール
され、内部コンポーネントへの電力伝送を最適化する。この調整は、統計的基礎
に基づいて調整されるか、又はコンプライアンスから外れる個別で特定の状態に
応じて調整される。
フィードバック信号として用いられ、タンクサーキットの周波数がコントロール
され、内部コンポーネントへの電力伝送を最適化する。この調整は、統計的基礎
に基づいて調整されるか、又はコンプライアンスから外れる個別で特定の状態に
応じて調整される。
【0018】
発明の詳細な説明
まず最初に図1を参照すると、本発明に従って構成された人工内耳システム1
0は、外部コンポーネント12と内部コンポーネント14を備える。外部コンポ
ーネントは音声処理装置12Aを備え、周囲音を検知し、対応する電気信号を生
成するマイクロホン16と結合している。これらの信号は音声処理装置12Aに
送られ、そこで信号処理され、対応する符号化信号が生成される。符号化信号は
内部コンポーネント14への送信のために送信機(送信コイル20を含む)に与
えられる。
0は、外部コンポーネント12と内部コンポーネント14を備える。外部コンポ
ーネントは音声処理装置12Aを備え、周囲音を検知し、対応する電気信号を生
成するマイクロホン16と結合している。これらの信号は音声処理装置12Aに
送られ、そこで信号処理され、対応する符号化信号が生成される。符号化信号は
内部コンポーネント14への送信のために送信機(送信コイル20を含む)に与
えられる。
【0019】
内部コンポーネント14(埋め込み刺激装置としても引用される)は、受信コ
イル22を介して電力及びデータを受信する。RF電力信号は、内部コンポーネ
ント14に向けて電力を供給する電源24(図3参照)によって蓄積される。デ
ータ信号は内部コンポーネント14の動作を制御し、必要とされる刺激パルスを
生成し、刺激パルスは電極アレイ28を介して患者の聴覚神経に加えられる。
イル22を介して電力及びデータを受信する。RF電力信号は、内部コンポーネ
ント14に向けて電力を供給する電源24(図3参照)によって蓄積される。デ
ータ信号は内部コンポーネント14の動作を制御し、必要とされる刺激パルスを
生成し、刺激パルスは電極アレイ28を介して患者の聴覚神経に加えられる。
【0020】
外部音声処理装置12Aの構造が、図2により詳細に示されている。まず、マ
イクロホン16によって受信される音声信号が信号処理装置30に入力する。こ
の信号処理装置30は、マップメモリ31に記憶された1以上のマッピングアル
ゴリズムに従って、音声信号を励起信号へマッピングする。これらの励起信号は
、ディジタルデータ符号器34によって符号化される。符号器データはデータ及
び電力送信機36におけるRF信号と一体化され、チューナブル・タンク回路3
8を介して送信コイル20に送られる。
イクロホン16によって受信される音声信号が信号処理装置30に入力する。こ
の信号処理装置30は、マップメモリ31に記憶された1以上のマッピングアル
ゴリズムに従って、音声信号を励起信号へマッピングする。これらの励起信号は
、ディジタルデータ符号器34によって符号化される。符号器データはデータ及
び電力送信機36におけるRF信号と一体化され、チューナブル・タンク回路3
8を介して送信コイル20に送られる。
【0021】
本発明によれば、符号化されたテレメトリデータが、コイル20を介して内部
コンポーネント14から戻されて受信され、テレメトリ復号器5によって復号さ
れる。復号器のテレメトリデータは、同調調整器及び電力制御器40に送られ、
同調調整信号を形成するためにテレメトリデータが使用される。チューナブル・
タンク回路38は、以下により詳細に説明するように、同調調整信号に従って送
信コイル20の同調の調整を行う。これは、例えば、直列同調キャパシタと接続
された電気的に制御される可変キャパシタを用いることによって、実現され、ま
た、当該技術分野で公知の種々の同様な手段のうちの任意の手段によって、実現
される。システム10全体への電力は、通常バッテリを備える電源50によって
供給される。
コンポーネント14から戻されて受信され、テレメトリ復号器5によって復号さ
れる。復号器のテレメトリデータは、同調調整器及び電力制御器40に送られ、
同調調整信号を形成するためにテレメトリデータが使用される。チューナブル・
タンク回路38は、以下により詳細に説明するように、同調調整信号に従って送
信コイル20の同調の調整を行う。これは、例えば、直列同調キャパシタと接続
された電気的に制御される可変キャパシタを用いることによって、実現され、ま
た、当該技術分野で公知の種々の同様な手段のうちの任意の手段によって、実現
される。システム10全体への電力は、通常バッテリを備える電源50によって
供給される。
【0022】
次に図3を参照すると、内部コンポーネント14は、密封されているハウジン
グ(図示せず)を備えている。コンポーネント14はまた、受信コイル22及び
キャパシタ66を有する受信機用タンク回路32を備えている。このタンク回路
を通して受信される信号は電源24に入力し、出力信号Vddを生成する。この
電源は、図3に、キャパシタ70を充電するダイオード68により示される。電
源24は、キャパシタ70を充電するために、受信されたRF信号のエネルギー
を用いる。
グ(図示せず)を備えている。コンポーネント14はまた、受信コイル22及び
キャパシタ66を有する受信機用タンク回路32を備えている。このタンク回路
を通して受信される信号は電源24に入力し、出力信号Vddを生成する。この
電源は、図3に、キャパシタ70を充電するダイオード68により示される。電
源24は、キャパシタ70を充電するために、受信されたRF信号のエネルギー
を用いる。
【0023】
RF信号はまた、データ復号器60に入力する。データ復号器60は、RF信
号から、データ符号器34によって生成されたディジタル励起信号を取り出し、
対応する刺激信号を生成する。これらの信号はプログラマブル電流源62及び切
換制御回路64に入力する。これらの2つの回路は、データ復号器60からの信
号に応じて協力して動作し、本発明の範囲外の公知の方法で、電極アレイ28の
所定の電極に蝸牛刺激信号を入力する。
号から、データ符号器34によって生成されたディジタル励起信号を取り出し、
対応する刺激信号を生成する。これらの信号はプログラマブル電流源62及び切
換制御回路64に入力する。これらの2つの回路は、データ復号器60からの信
号に応じて協力して動作し、本発明の範囲外の公知の方法で、電極アレイ28の
所定の電極に蝸牛刺激信号を入力する。
【0024】
埋め込み体14はさらに、コンプライアンスモニタ66及び電源モニタ82を
備える。コンプライアンスモニタは、以下に充分説明するとおり、テレメトリ符
号器80に入力する出力を生成するものであり、電源モニタは、電源24によっ
て生成される電圧Vddをモニタするために用いられ、テレメトリ符号器80に
電圧状態信号を与えるものである。
備える。コンプライアンスモニタは、以下に充分説明するとおり、テレメトリ符
号器80に入力する出力を生成するものであり、電源モニタは、電源24によっ
て生成される電圧Vddをモニタするために用いられ、テレメトリ符号器80に
電圧状態信号を与えるものである。
【0025】
コンプライアンスモニタ66及び電源モニタ82はそれぞれ、内部コンポーネ
ントのある特定の機能を検出し、それらをテレメトリ符号器80に送る。テレメ
トリ符号器80は、この情報をテレメトリ復号器52へ送信する。このデータは
復号され、必要に応じて、コイル間の電力送信を調整するために用いられる。
ントのある特定の機能を検出し、それらをテレメトリ符号器80に送る。テレメ
トリ符号器80は、この情報をテレメトリ復号器52へ送信する。このデータは
復号され、必要に応じて、コイル間の電力送信を調整するために用いられる。
【0026】
図4A,4B,4C及び図5A及び図5Bに関連して、電圧をモニタする1実
施例を説明する。所定周期、例えば100ms毎に、あるいはこれに代えて、す
べての刺激パルスの後に、テレメトリ符号器80は第1パルスFを生成する(ス
テップ100)。このパルスは、約1ms遅延する。このパルスFは、外部音声
処理装置12Aに対して、埋め込み刺激装置14が信号を送信していることを指
示する。
施例を説明する。所定周期、例えば100ms毎に、あるいはこれに代えて、す
べての刺激パルスの後に、テレメトリ符号器80は第1パルスFを生成する(ス
テップ100)。このパルスは、約1ms遅延する。このパルスFは、外部音声
処理装置12Aに対して、埋め込み刺激装置14が信号を送信していることを指
示する。
【0027】
次いで、電源モニタ82は、電源出力電圧Vddを閾値Vtと比較し、テレメ
トリ符号器80にその結果を送る。より具体的に述べると、ステップ102から
開始して、まず電源モニタ82が、Vdd>Vtかどうかを判断する。もしそう
なら、ステップ104で、パラメータpw(パルス幅)が、例えば2msの、所
定の値Aに、テレメトリ符号器80によってセットされる。
トリ符号器80にその結果を送る。より具体的に述べると、ステップ102から
開始して、まず電源モニタ82が、Vdd>Vtかどうかを判断する。もしそう
なら、ステップ104で、パラメータpw(パルス幅)が、例えば2msの、所
定の値Aに、テレメトリ符号器80によってセットされる。
【0028】
ステップ102で、VddがVtより大きくない場合には、ステップ106で
チェックされ、VddがVtにほぼ等しいかどうか判断される。もしそうなら、
ステップ108でパラメータpwは零にセットされる。そうでなければ、Vdd
はVtより小さくなければならず、ステップ110で、パラメータpwは、例え
ば1msの、所定の値Bにセットされる。
チェックされ、VddがVtにほぼ等しいかどうか判断される。もしそうなら、
ステップ108でパラメータpwは零にセットされる。そうでなければ、Vdd
はVtより小さくなければならず、ステップ110で、パラメータpwは、例え
ば1msの、所定の値Bにセットされる。
【0029】
次に、102及び106での判断の結論に従って、ステップ112では、パル
ス幅A又はパルス幅BをもつパルスDが生成されるか、もしくはどのようなパル
スも生成されない。パルスDは、(もし存在すれば)パルスFの後の時間Tを生
成する。Tは約1msである。このステップの結果は図4A、4B、4Cに示さ
れている。
ス幅A又はパルス幅BをもつパルスDが生成されるか、もしくはどのようなパル
スも生成されない。パルスDは、(もし存在すれば)パルスFの後の時間Tを生
成する。Tは約1msである。このステップの結果は図4A、4B、4Cに示さ
れている。
【0030】
図4Aでは、Vdd>Vtであることが判断され、したがって、パルス幅Aを
もつパルスDがパルスFの約1ms後に送信される。
もつパルスDがパルスFの約1ms後に送信される。
【0031】
図4Bでは、VddはVtにほぼ等しいことが見出され、その結果パルスは存
在しない。
在しない。
【0032】
図4Cでは、Vddは、Vtより小であることが見出され、したがって、パル
ス幅BをもつパルスDがパルスFの約1ms後に送信される。パルス幅Bは、一
般にパルス幅Aより短い。例えば、パルス幅Aは2ms、パルス幅Bは1msで
もよい。
ス幅BをもつパルスDがパルスFの約1ms後に送信される。パルス幅Bは、一
般にパルス幅Aより短い。例えば、パルス幅Aは2ms、パルス幅Bは1msで
もよい。
【0033】
パルスF及び、存在するなら、パルスDは、タンク回路32に送られる。その
結果、対応する信号が送信コイル20に現れ、それからテレメトリ復号器52に
よって復号される。
結果、対応する信号が送信コイル20に現れ、それからテレメトリ復号器52に
よって復号される。
【0034】
ここでテレメトリ復号器52の動作を、図5Bに関連して説明する。ステップ
120から開始し、パルスFがまず検出される。パルスFによって、電源モニタ
82が電源24の状態について情報を送信していることが示される。次にステッ
プ122では、チェックが行われ、パルスFに続くパルスDがあるかないかを判
断する。このパルスが検出されなければ、ステップ130で以前の動作が変更さ
れずに続けられる。
120から開始し、パルスFがまず検出される。パルスFによって、電源モニタ
82が電源24の状態について情報を送信していることが示される。次にステッ
プ122では、チェックが行われ、パルスFに続くパルスDがあるかないかを判
断する。このパルスが検出されなければ、ステップ130で以前の動作が変更さ
れずに続けられる。
【0035】
ステップ122で、パルスDが検出されれば、ステップ124で、パルスDが
パルス幅Aをもつか、パルス幅Bをもつかについて判断される。テレメトリパル
スDが、パルス幅Aに対応する範囲(例えばパルスDが1.5msを超えるかど
うか)の、比較的長いパルス幅をもてば、埋め込み電源電圧は高い(即ちVdd
>Vt)ことを示している。従って、ステップ126では、同調調整器及び電力
制御器40は、チューナブル・タンク回路38を調整して、埋め込み装置に伝送
される電力を減少させる。このような作用効果を実現できる好適な方法は、タン
ク回路の共振周波数を減少させることである。
パルス幅Aをもつか、パルス幅Bをもつかについて判断される。テレメトリパル
スDが、パルス幅Aに対応する範囲(例えばパルスDが1.5msを超えるかど
うか)の、比較的長いパルス幅をもてば、埋め込み電源電圧は高い(即ちVdd
>Vt)ことを示している。従って、ステップ126では、同調調整器及び電力
制御器40は、チューナブル・タンク回路38を調整して、埋め込み装置に伝送
される電力を減少させる。このような作用効果を実現できる好適な方法は、タン
ク回路の共振周波数を減少させることである。
【0036】
テレメトリパルスが1.5msより短い場合(パルス幅B及び電源Vdd<V
tを示している場合)、ステップ128で、同調調整器及び電力制御器40は、
チューナブル・タンク回路38を調整して、伝送電力を増加させる。
tを示している場合)、ステップ128で、同調調整器及び電力制御器40は、
チューナブル・タンク回路38を調整して、伝送電力を増加させる。
【0037】
チューナブル・タンク回路38が、好ましくは電圧によって決まるキャパシタ
である同調キャパシタ(図示せず)手段を介して、同調調整器及び電力制御器4
0によって調整される。チューナブル・タンク回路38は、当業者であれば理解
できる他の公知の手段によっても調整されることは明らかである。
である同調キャパシタ(図示せず)手段を介して、同調調整器及び電力制御器4
0によって調整される。チューナブル・タンク回路38は、当業者であれば理解
できる他の公知の手段によっても調整されることは明らかである。
【0038】
同様に、上記の動作は、以下により詳細に説明するように、コンプライアンス
モニタ信号に関しても行われることができる。
モニタ信号に関しても行われることができる。
【0039】
要するに、図3を参照すると、データ復号器60からのコマンドの制御の下で
、プログラマブル電流源62が、切換制御回路64によって電極に入力される電
流パルスを生成する。図6は、2つの代表的な刺激電流波形70及び73を示す
もので、これらは信号処理装置30によって要求され得るものである。各波形は
2相であり、等振幅で逆極性である2つの電流パルスから成る。このように、比
較的低振幅の2相電流波形70は、正パルス71と負パルス72をもつ。そして
、比較的高振幅の電流波形73は、正パルス74と負パルス75をもつ。
、プログラマブル電流源62が、切換制御回路64によって電極に入力される電
流パルスを生成する。図6は、2つの代表的な刺激電流波形70及び73を示す
もので、これらは信号処理装置30によって要求され得るものである。各波形は
2相であり、等振幅で逆極性である2つの電流パルスから成る。このように、比
較的低振幅の2相電流波形70は、正パルス71と負パルス72をもつ。そして
、比較的高振幅の電流波形73は、正パルス74と負パルス75をもつ。
【0040】
次に、図7は、プログラマブル電流源62によって生成されなければならない
対応する電流波形を示す。これは、所望の刺激電流波形70及び73を生成する
ために必要である。すなわち、プログラマブル電流源62は、刺激パルス71及
び72をそれぞれ生成するために、2つの比較的低振幅の方形波76及び77を
生成しなければならず、刺激パルス74及び75をそれぞれ生成するために、2
つの比較的低振幅の方形波78及び79を生成しなければならない。パルス77
と79は、切換制御回路64によって反転される。しかしながら、電流パルス7
8及び79が電源24の能力を超える場合には、コンプライアンス条件の範囲外
となる。この問題点は、本発明では、次のようにして解決される。
対応する電流波形を示す。これは、所望の刺激電流波形70及び73を生成する
ために必要である。すなわち、プログラマブル電流源62は、刺激パルス71及
び72をそれぞれ生成するために、2つの比較的低振幅の方形波76及び77を
生成しなければならず、刺激パルス74及び75をそれぞれ生成するために、2
つの比較的低振幅の方形波78及び79を生成しなければならない。パルス77
と79は、切換制御回路64によって反転される。しかしながら、電流パルス7
8及び79が電源24の能力を超える場合には、コンプライアンス条件の範囲外
となる。この問題点は、本発明では、次のようにして解決される。
【0041】
図8を参照すると、電圧波形80は、プログラマブル電流源62の出力におけ
る電圧Vnを表している。電圧波形80の形状から、負荷は容量成分を含んでい
ることが分る。レベルVcは、プログラマブル電流源62に印加される最小電圧
を示す。これは、図7の所望の電流波形がもつコンプライアンスが保持できる最
小電圧である。電圧Vcaは、図示のとおりVcより少し高い電圧であり、安全
なマージンを与えるように選択されている。図8に示されているように、図7及
び図6の各々のパルス78及びパルス74を生成するために要するパルス83は
、Vcaより上のレベルから始まるが、最小値(P)に向かって直線的に減少し
てゆく。最小値(P)は、レベルVcよりかなり低く、それゆえ到達できないも
のである。このパルスがVcaに到達(点85)するとき、コンプライアンスモ
ニタ66は、コンプライアンス条件外であることを示すコンプライアンスモニタ
信号を生成する。この信号はテレメトリ符号器80によって符号化され、外部処
理装置に送信される。この信号は、上記のように、VddがVt以下に降下する
ときと同じ信号であってよく、また当業者によって理解されるように、異なる信
号であってもよい。これに応答して、同調調整器及び電力制御器は、チューナブ
ル・タンク回路38にコマンドを与えて、内部セクションに送信される電圧を増
加させる。
る電圧Vnを表している。電圧波形80の形状から、負荷は容量成分を含んでい
ることが分る。レベルVcは、プログラマブル電流源62に印加される最小電圧
を示す。これは、図7の所望の電流波形がもつコンプライアンスが保持できる最
小電圧である。電圧Vcaは、図示のとおりVcより少し高い電圧であり、安全
なマージンを与えるように選択されている。図8に示されているように、図7及
び図6の各々のパルス78及びパルス74を生成するために要するパルス83は
、Vcaより上のレベルから始まるが、最小値(P)に向かって直線的に減少し
てゆく。最小値(P)は、レベルVcよりかなり低く、それゆえ到達できないも
のである。このパルスがVcaに到達(点85)するとき、コンプライアンスモ
ニタ66は、コンプライアンス条件外であることを示すコンプライアンスモニタ
信号を生成する。この信号はテレメトリ符号器80によって符号化され、外部処
理装置に送信される。この信号は、上記のように、VddがVt以下に降下する
ときと同じ信号であってよく、また当業者によって理解されるように、異なる信
号であってもよい。これに応答して、同調調整器及び電力制御器は、チューナブ
ル・タンク回路38にコマンドを与えて、内部セクションに送信される電圧を増
加させる。
【0042】
リンク同調の調整又は生成されるRF電力の調整は、コンプライアンスモニタ
信号が埋め込み体から受信されるすべての場合に、実行され、所定の時間高レベ
ルに保持されることができる。その後RF電力が以前のレベルに落とされ得る。
信号が埋め込み体から受信されるすべての場合に、実行され、所定の時間高レベ
ルに保持されることができる。その後RF電力が以前のレベルに落とされ得る。
【0043】
これに代えて、コンプライアンスモニタ信号の周波数は同調調整器及び電圧制
御器40によりモニタされてもよい。このときリンク同調又は生成されるRF電
力が調整され、刺激信号に対するコンプライアンスモニタの所望の比を保持する
ようにすることができるようになる。例えば、リンク同調又は生成されるRF電
力が調整され、刺激信号に対するコンプライアンスモニタの所望の比を、例えば
5%である所望の目標に保持するようにすることができる。この目的のために、
同調調整器及び電力調整器40は、非コンプライアンス(non-compliant)のす
べての場合をカウントするカウンタを備える。所定数の刺激パルス、例えば10
00回、の後に、カウンタはチェックされ、非コンプライアンスの場合の数を決
定する。カウンタが所望の目標(即ち、5%の目標にとっては50)を超える数
を示す場合には、同調調整器及び電力調整器40は、タンク回路38を調整して
、その電力レベルを増加させる。他方、非コンプライアンスの場合の数が目標以
下である場合には、電力レベルは増加されている。もちろん、この判断はまた、
当業者にとって明らかなように、コンプライアンスモニタ自体により、埋め込み
体内部でなされることができる。
御器40によりモニタされてもよい。このときリンク同調又は生成されるRF電
力が調整され、刺激信号に対するコンプライアンスモニタの所望の比を保持する
ようにすることができるようになる。例えば、リンク同調又は生成されるRF電
力が調整され、刺激信号に対するコンプライアンスモニタの所望の比を、例えば
5%である所望の目標に保持するようにすることができる。この目的のために、
同調調整器及び電力調整器40は、非コンプライアンス(non-compliant)のす
べての場合をカウントするカウンタを備える。所定数の刺激パルス、例えば10
00回、の後に、カウンタはチェックされ、非コンプライアンスの場合の数を決
定する。カウンタが所望の目標(即ち、5%の目標にとっては50)を超える数
を示す場合には、同調調整器及び電力調整器40は、タンク回路38を調整して
、その電力レベルを増加させる。他方、非コンプライアンスの場合の数が目標以
下である場合には、電力レベルは増加されている。もちろん、この判断はまた、
当業者にとって明らかなように、コンプライアンスモニタ自体により、埋め込み
体内部でなされることができる。
【0044】
本発明に対して、特許請求の範囲に規定される範囲から離れることなく、多数
の改良がなされることは明らかである。
の改良がなされることは明らかである。
【図1】
本発明により構成された人工内耳システムを示す概略図である。
【図2】
図1の人工内耳システムの外部コンポーネントを示す概略図である。
【図3】
図1の人工内耳システムの内部コンポーネントを示す概略図である。
【図4A】
内部コンポーネント内に誘起される電力レベルを指示する、内部コンポーネン
トから外部コンポーネントへ送信される電力制御信号を示す図である。
トから外部コンポーネントへ送信される電力制御信号を示す図である。
【図4B】
内部コンポーネント内に誘起される電力レベルを指示する、内部コンポーネン
トから外部コンポーネントへ送信される電力制御信号を示す図である。
トから外部コンポーネントへ送信される電力制御信号を示す図である。
【図4C】
内部コンポーネント内に誘起される電力レベルを指示する、内部コンポーネン
トから外部コンポーネントへ送信される電力制御信号を示す図である。
トから外部コンポーネントへ送信される電力制御信号を示す図である。
【図5A】
図1〜図3の内部及び外部コンポーネントの動作を示すフローチャートである
。
。
【図5B】
図1〜図3の内部及び外部コンポーネントの動作を示すフローチャートである
。
。
【図6】
音声処理装置によって規定される、2組の代表的な2相刺激信号を示す図であ
る。
る。
【図7】
図6の刺激パルスを形成するために必要とされる電流パルスを示す図である。
【図8】
電流源に印加される対応波形を示す図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 周囲音を受信し音響信号に変換するマイクロホンと、前記音
響信号を受信し刺激信号に変換する信号処理装置と、共振周波数を有するタンク
回路を有し前記刺激信号を送信する送信機と、フィードバック信号に応じて前記
共振周波数を制御する調整回路とを有する音声処理装置、及び 前記刺激信号を受信する受信機と、聴覚神経に前記刺激信号を入力する電極と
、前記刺激信号からのエネルギーを蓄積し、前記刺激装置に前記蓄積エネルギー
を供給するエネルギー蓄積要素と、埋め込み刺激装置の要素をモニタし、前記フ
ィードバック信号を生成する状態モニタとを有する埋め込み刺激装置を備える人
工内耳システム。 - 【請求項2】 前記刺激装置は、前記フィードバック信号を符号化する符号
器を有し、前記音声処理装置は前記フィードバック信号を復号する復号器を有す
る請求項1に記載のシステム。 - 【請求項3】 前記タンク回路は、送信コイルと、前記調整回路によってキ
ャパシタンスが調整される同調キャパシタンスとを有する請求項1に記載のシス
テム。 - 【請求項4】 前記送信機及び受信機は誘導結合し、前記フィードバック信
号は、前記刺激装置から前記音声処理装置に前記誘導結合によって送信される請
求項1に記載のシステム。 - 【請求項5】 前記状態モニタは、前記電極を通して入力される前記刺激信
号をモニタするコンプライアンスモニタを有し、前記コンプライアンスモニタは
、前記刺激信号がコンプライアンス内にない場合を示す非コンプライアンス信号
の形態で前記フィードバック信号を生成する請求項1に記載のシステム。 - 【請求項6】 前記状態モニタは、前記電源の出力をモニタし、前記フィー
ドバック信号を生成して前記電源出力のレベルを示す電源モニタを有する請求項
1に記載のシステム。 - 【請求項7】 周囲音を刺激信号に変換する処理装置、フィードバック信号
により決定される可変電力レベルで、前記刺激信号を送信する送信機、及び 前記刺激信号を受信する受信機と、前記刺激信号を聴覚神経に入力する電極と
、前記刺激信号が入力されたとき前記刺激信号に関連したパラメータを検知する
検出器と、前記パラメータをモニタし、これに応答して前記フィードバック信号
を生成するモニタとを有する埋め込み刺激装置 を備える人工内耳システム。 - 【請求項8】 電力制御器を有し、前記送信機は、振幅、周波数及びデュー
ティ比を有するRF信号を生成し、前記電力制御器は、前記送信機によって生成
された前記周波数、振幅及びデューティ比のうちの1つを、前記フィードバック
信号に応じて変化させることによって調整する請求項7に記載のシステム。 - 【請求項9】 前記センサは、前記刺激信号の振幅を検知し、前記モニタは
、前記振幅の範囲に基づいて前記フィードバック信号を生成する請求項7に記載
のシステム。 - 【請求項10】 前記刺激装置は、前記パラメータを符号化して、前記処理
装置に送信される符号化信号を生成し、前記処理装置は、前記符号化パラメータ
を復号する復号器を有する請求項7に記載のシステム。 - 【請求項11】 前記送信機及び受信機は、誘導結合によって結合され、前
記符号化信号は、前記誘導結合を通して送信される請求項10に記載のシステム
。 - 【請求項12】 前記モニタは、前記刺激信号がコンプライアンス内である
ときを決定するコンプライアンスモニタを有する請求項7に記載のシステム。 - 【請求項13】 全刺激信号に対するコンプライアンス刺激信号の比を決定
する制御器をさらに有する請求項12に記載のシステム。 - 【請求項14】 前記制御器は、電力レベルを調整して、所定の目標の前記
比を保持する請求項13に記載のシステム。 - 【請求項15】 前記コンプライアンスモニタは、前記刺激信号がコンプラ
イアンス内にないとき、前記フィードバック信号を生成する請求項12に記載の
システム。 - 【請求項16】 前記処理装置は、前記フィードバック信号に続く所定の時
間前記可変電力レベルを変化させるのに適した電力制御器を有する請求項15に
記載のシステム。 - 【請求項17】 前記処理装置は、刺激信号全体の数と前記刺激信号に関連
したフィードバック信号の数とによって規定される比に基づいて、前記可変電力
レベルを変化させるのに適した電力制御器を有する請求項15に記載のシステム
。 - 【請求項18】 周囲音を刺激信号に変換する処理装置であって、共振周波
数を有するタンク回路とフィードバック信号に応じて前記共振周波数を制御する
調整回路を有し、前記刺激信号を送信する送信機とを有する処理装置、及び 前記刺激信号を受信する受信機と、前記刺激信号を聴覚神経に入力する電極と
、前記刺激信号からのエネルギーを蓄積し、前記刺激装置に前記蓄積エネルギー
を供給するエネルギー蓄積素子と、前記エネルギー蓄積素子に関連する電力パラ
メータをモニタし、前記パラメータを示す前記フィードバック信号を生成する電
力モニタを有する埋め込み刺激装置 を備える人工内耳システム。 - 【請求項19】 前記刺激装置は、前記電力パラメータを符号化し、前記処
理装置に送信される符号化信号を生成する符号化器を有し、前記処理装置は、前
記符号化パラメータを復号する復号器を有する請求項18に記載のシステム。 - 【請求項20】 前記送信機及び受信機は、誘導結合により結合され、前記
符号化信号は、前記誘導結合を通して送信される請求項19に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/AU2000/000371 WO2001080795A1 (en) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | Transcutaneous power optimization circuit for cochlear implant |
US09/654,731 US6810289B1 (en) | 2000-04-20 | 2000-09-05 | Transcutaneous power optimization circuit for cochlear implant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003530960A true JP2003530960A (ja) | 2003-10-21 |
Family
ID=33541780
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001577897A Pending JP2003530960A (ja) | 2000-04-20 | 2000-04-20 | 人工内耳経皮電力最適化回路 |
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Country | Link |
---|---|
US (3) | US6810289B1 (ja) |
EP (1) | EP1294329A4 (ja) |
JP (1) | JP2003530960A (ja) |
AU (1) | AU3949800A (ja) |
CA (1) | CA2406158A1 (ja) |
WO (1) | WO2001080795A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009503974A (ja) * | 2005-07-26 | 2009-01-29 | チザリ、アボルガセム | デジタル・ワイヤレス情報配信システム |
JP2013521687A (ja) * | 2010-03-09 | 2013-06-10 | ヴェーデクス・アクティーセルスカプ | データバスを備える2つの部分からなる補聴器,および上記部分の間の通信方法 |
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WO2002056758A1 (de) * | 2001-01-17 | 2002-07-25 | Humanoptics Ag | Implantat zur bestimmung des augeninnendrucks |
DE10305833B3 (de) * | 2003-02-12 | 2004-08-12 | Siemens Audiologische Technik Gmbh | Datenübertragungseinrichtung für Hörgeräte |
AU2003903839A0 (en) * | 2003-07-24 | 2003-08-07 | Cochlear Limited | Battery characterisation |
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WO2006045148A2 (en) | 2004-10-28 | 2006-05-04 | Cochlear Limited | Transcutaneous capacitive data link |
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