JP2008508039A - 電磁ヒアリングデバイスのための改善された送信機および変換機 - Google Patents

Abstract

個人に知覚可能な音声信号を発生させるためのヒアリングシステム（６０）。このヒアリングシステムは、個人の中耳聴覚器官（１０）に取り付けられるように適合された表面を有する変換機を備え、この変換機は、送信機によって発生させられる磁場の変動に応答して、この聴覚器官を直接振動させる。この送信機は、個人の外耳道（１４）内に支持される。この送信機は、コイル（６４）およびコアを有し、これらは、このコアの遠位端が、変換機に対して所定の距離および配向で位置するように、位置決めされる。

Description

１．発明の分野。本発明は、一般に、ヒアリングシステムおよびヒアリング方法に関する。より特定すると、本発明は、ヒトの耳の一部に振動を発生させるために電磁場に依存する、ヒアリングシステムおよびヒアリング方法に関する。このようなシステムは、通常のヒアリングまたは損なわれたヒアリングに対する、ヒアリングプロセスを増強するために使用され得る。

現在、ほとんどのヒアリングシステムは、少なくとも３つのカテゴリー（音声ヒアリングシステム、電磁デバイスヒアリングシステム、および蝸牛殻移植物）に入る。音声ヒアリングシステムは、増幅された音波を発生得させる音声変換機に依存し、この音波は、次に、鼓膜（ｔｙｍｐａｎｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｏｒ ｅａｒｄｒｕｍ）に振動を付与する。電話の受話器、ラジオ、テレビおよび損なわれた聴力のための補聴器は、全て、音声駆動機構を使用するシステムの例である。例えば、電話の受話器は、ワイヤ上を伝達される信号を、スピーカーにおいて振動エネルギーに変換し、このエネルギーが、音声エネルギーを発生させる。この音声エネルギーは、外耳道内を伝播し、そして鼓膜を振動させる。これらの振動は、様々な周波数および振幅で、音の知覚を生じさせる。外科手術により移植される、蝸牛殻移植物は、極度の聴覚障害を有する被験体において、蝸牛神経の神経節細胞または樹状突起を電気的に刺激する。

電磁変換機を介して、音声情報を耳に送達するヒアリングシステムは、周知である。これらの変換機は、特定の音声情報に変調された電磁場を、振動に変換し、これらの振動は、鼓膜または中耳の部分に付与される。この変換機は、代表的に、磁石であり、電磁場による置き換えに供されて、取り付けられた部分に振動運動を付与し、これによって、このような電磁駆動式システムの装着者による音の知覚を発生させる。この音知覚の方法は、「フィードバック」の質、効率、および最も重要なことには、有意な低下（音声ヒアリングシステムにおいて通常の問題）の観点で、音声駆動式システムより優れたいくらかの利点を有する。

音声ヒアリングシステムにおけるフィードバックは、音声出力エネルギーが入力変換機（マイクロホン）に戻り、すなわち、「フィードバックし」、従って、自己保持振動を引き起こす場合に発生する。フィードバックの可能性は、一般的に、そのシステムの増幅レベルに比例し、従って、多くの音声駆動式システムの出力ゲインは、フィードバックの状況を防止するために望ましいレベルより低いレベルまで低下されなければならない。この問題（この結果、出力のインピーダンスが、特に重篤な場合における聴力障害を補償する）は、音声型の補聴器に関する主要な問題になっている。マイクロホンへのフィードバックを最小にするために、多くの音声ヒアリングデバイスは、外耳道を閉鎖するか、または最小の通気を提供する。フィードバックは低減され得るが、その代償は、「閉塞」であり、これは、ほとんどの補聴器の使用者に対する問題である、トンネルのように聞こえる影響である。鼓膜を直接駆動することにより、フィードバックは最小になる。なぜなら、この駆動機構は、音声的ではなく機械的であるからである。機械的に振動する鼓膜に起因して、音は、外耳道にカップリングされ、そして波の伝播は、逆方向に支持される。しかし、音声カップリングの機構は、非効率的であり、そしてこの非効率は、外耳道内での音が減少してシステムゲインの増加を生じる点で、利用される。

磁石を鼓膜に非侵襲的にカップリングさせる１つのシステムは、Ｐｅｒｋｉｎｓらによって、特許文献１（本明細書中に参考として援用される）に開示されている。上記特許は、変換機アセンブリを有する、電磁信号を発生させるためのデバイスを開示し、このデバイスは、表面接着によって、装着者の鼓膜に、弱くであるが十分に固定される。特許文献２（これもまた、本明細書中に参考として援用される）は、個人の聴覚道の外側に駆動手段を組み込む、電磁信号を発生させるためのデバイスを開示する。しかし、磁場は、距離の二乗の逆数（１／Ｒ^２）として強度が減少するので、音声を運ぶ磁場を発生させるための以前の方法は、非常に非効率的であり、従って、実用的ではない。現在、個人の耳の聴覚器官にカップリングされた変換機を効率的に駆動させるために充分な電磁場を送達することの改善に対して、かなりの余地が存在する。

これらの理由により、個人の聴覚器官にカップリングされた変換機に、最小の電力でこの変換機を駆動させるために充分な電磁場を送達する、改善されたヒアリングシステムを提供することが望ましい。外耳道における開口チャネルを最小に閉塞させたままにするヒアリングシステムを提供することが、さらに望ましい。これらの目的のうちの少なくともいくつかは、本明細書中以下に記載される本発明によって、適えられる。

２．背景技術の説明。特許文献１および２は、上に記載された。他の興味ある特許としては、特許文献３〜２２が挙げられる。他の興味ある刊行物としては、特許文献２３および２４；論文刊行物のＤｅｃｒａｅｍｅｒら（１９９４）、Ｐｕｒｉａら（１９９７）、Ｍｏｏｒｅ（１９９８）、ＰｕｒｉａおよびＡｌｌｅｎ（１９９８）、Ｆａｙら（２００２）、ならびにＨａｔｏら（２００３）が挙げられる。
米国特許第５，２５９，０３２号明細書 米国特許第５，４２５，１０４号明細書 米国特許第５，０１５，２２５号明細書 米国特許第５，２７６，９１０号明細書 米国特許第５，４５６，６５４号明細書 米国特許第５，７９７，８３４号明細書 米国特許第６，０８４，９７５号明細書 米国特許第６，１３７，８８９号明細書 米国特許第６，２７７，１４８号明細書 米国特許第６，３３９，６４８号明細書 米国特許第６，３５４，９９０号明細書 米国特許第６，３６６，８６３号明細書 米国特許第６，３８７，０３９号明細書 米国特許第６，４３２，２４８号明細書 米国特許第６，４３６，０２８号明細書 米国特許第６，４３８，２４４号明細書 米国特許第６，４３７，５１２号明細書 米国特許第６，４７５，１３４号明細書 米国特許第６，５９２，５１３号明細書 米国特許第６，６０３，８６０号明細書 米国特許第６，６７６，５９２号明細書 米国特許第６，６９５，９４３号明細書 米国特許出願公開第２００２／１０８３５８７号明細書 米国特許出願公開第２００１／００２７３４２号明細書

（発明の簡単な要旨）
本発明によれば、個人に知覚可能な音声信号を発生させるためのヒアリングシステムは、変換機を有し、この変換機は、この個人の中耳の聴覚器官の外側表面に適合された表面を有し、この変換機は、磁場の振動に受動的に応答して、この感覚器官を直接振動させる。このシステムは、磁場を変換機に伝達するための、個人の外耳道内に支持された送信機を有する。この送信機は、コイルおよびコアを有し、このコイルは、開放内部を有し、そして外耳道内にフィットするような大きさにされており、そしてこのコアは、近位端および遠位端を有し、このコアは、このコイルの開放内部内にフィットするような大きさにされており、その結果、このコアの遠位端は、変換機に対して所定の距離および配向で位置する。このシステムは、この送信機のコイルに電流を供給するための電源を備え、この電流は、音声信号を表す。

好ましい実施形態において、この変換機は、個人の鼓膜に取り外し可能に取り付けられる。あるいは、この変換機は、中耳の別の聴覚器官（例えば、個人の槌骨、砧骨または鐙骨）に取り付けられ得る。

この変換機が鼓膜に取り付けられる場合、このシステムは、一般に、この変換機をこの鼓膜に保持するための支持手段を有する。代表的に、この支持手段は、非反応性の予め形成された生体適合性材料を備え、この材料は、この変換機を鼓膜の外側表面に取り外し可能に支持するために充分な面積および構成の接触表面を有する。この変換機は、一般に、磁石を備える。

好ましくは、上記コアおよびコイルは、送信機が、外耳道において開口チャネルを形成するような大きさにされる。ほとんどの構成において、このシステムは、内側表面および外側表面を有するシェルを備え、この外側表面は、個人の外耳道の壁に係合するような形状にされる。この内側表面は、送信機の取り付けに適合し、同時に外耳道内に開口チャネルを維持して、自然の音が鼓膜に達することを可能にするような大きさにされる。

いくつかの実施形態において、コイルは、コアの周りに巻かれ、そしてこのコイル／コアアセンブリが、シェルの内側表面に取り付けられる。あるいは、このコイルは、このシェルの内側表面に置かれ、そしてコアが、このコイル内に取り付けられる。

好ましい実施形態において、コアの遠位端は、面取りされた表面を備え、この面取りされた表面は、コアの軸に対して傾斜している。代表的に、この面取りされた表面は、送信機が外耳道内に位置決めされると、変換機に対して実質的に平行に配向される。

コアの遠位端は、円錐形状の表面、くさび形状の表面、または他の任意の形状であり得、この形状は、所定のコア直径について、コアの遠位端の表面積を最大にし、一方で、磁石の軸に対する遠位表面の適切な配向を維持する。このコアは、少なくとも部分的に鉄から構成されるか、または他の任意の適切な磁性材料から構成される。

本発明の１つの局面において、コアは、個人の外耳道の幾何学的形状に適合するように、屈曲しており、そして／または狭まっている。一般に、コアの遠位端は、変換機から１ｍｍ〜８ｍｍの範囲内に位置決めされる。好ましくは、コアの遠位端は、変換機から２ｍｍ〜６ｍｍの範囲内に位置決めされる。

本発明の別の局面において、捕捉された音声情報が発信機によって伝達されるように、マイクロホンが、アナログまたはデジタルの信号処理手段を介して送信機にカップリングされる。このマイクロホンは、外耳道の内部にか、道の入口にか、または外耳の近くに配置され得る。好ましくは、このマイクロホンは、送信機と一緒に、外耳道の入口（蝸牛殻ともまた称される）に位置する。

本発明のなお別の局面において、個人に知覚可能な音声信号を発生させるためのヒアリング方法は、以下の工程を包含する：変換機を、中耳の聴覚器官の外側表面に取り外し可能に支持する工程であって、この変換機は、磁場に応答する、工程；送信機を、個人の外耳道内に位置決めする工程であって、この送信機は、磁性コイルおよびコアを有し、このコアは、変換機から所定の距離および配向で外耳道内に延びる遠位表面を有する、工程；ならびに電流を送信機に送達して、遠位表面から磁場を発生させる工程であって、この電流が、音声信号を表す、工程。

好ましい実施形態において、変換機は、外側表面に取り外し可能に支持され、個人の鼓膜上に変換機を支持する工程を包含する。あるいは、この変換機は、個人の槌骨上に支持される。

代表的に、送信機を位置決めする工程は、個人の耳の内部輪郭に適合させてシェルをフィットさせる肯定を包含し、そしてこのシェルが、送信機を支持する。しばしば、この送信機は、最初に、個人の外耳道および鼓膜の身体的特徴を測定することによって、位置決めされ、個々で、送信機は、測定された特徴に従って、シェルに取り付けられる。多くの場合において、個人の外耳道の身体的特徴は、この個人の外耳道および鼓膜の型を作製することによって、測定される。あるいは、個人の外耳道および鼓膜の身体的特徴を測定する工程は、個人の外耳道および鼓膜の、三次元ＣＴ、マイクロＣＴ、ＭＲＩ、マイクロＭＲＩ走査、または他の任意の光学走査を作成する工程を包含する。

一般に、コアは、測定された特徴に従う大きさにされ、そしてこのコアは、個人の外耳道の測定された特徴に従って配向される。いくつかの実施形態において、このコアは、近位端および遠位端を備え、そして送信機は、コアの遠位端を変換機から所定の距離に位置決めすることによって、位置決めされる。一般に、このコアは、変換機から１ｍｍ〜８ｍｍの範囲に位置決めされる。好ましくは、コアの遠位端は、変換機から２ｍｍ〜６ｍｍの範囲に位置決めされる。

いくつかの実施形態において、送信機はまた、コアの遠位端の表面を変換機に対して実質的に平行に配向させることによって、位置決めされる。最敵意は、コアの遠位端は、このコアの遠位端の表面積を増加させるように、面取りされており、そしてこのコアの面取りされた表面は、変換機に対して実質的に平行に配向される。このコアの磁気軸は、変換機の磁気軸と最大に整列し、これによって、聴覚器官を好ましい方向に移動させる。シェル、コイルおよびコアはまた、送信機が外耳道と共に開口チャネルを形成するような大きさにされ得る。

（定義）
本明細書および特許請求の範囲において、当該分野の語句および用語が参照される。これらの語句および用語は、本明細書中で使用するために、以下のように明白に定義される：
本明細書中で使用される場合、高エネルギー永久磁石は、適切であるように、サマリウム−コバルト（ＳｍＣｏ）、ネオジム−鉄−ホウ素（ＮｄＦｅＢ）、または他の任意の希土類磁石材料を包含する。

本明細書中で使用される場合、支持手段とは、硬化接着剤（例えば、接着剤）も、鼓膜への挿入、槌骨クリップを用いる接続、または中耳の骨への配置のような外科手術手順も必要とせずに、耳の部分に変換機を非侵襲的に取り付けるために適切な面積を有する、生体適合性構造体である。逆に、支持手段は、最小の努力で個人によって容易に設置および取り外しされ得、そして使用者によって容易に装着されそして外される要素を有する。支持手段は、表面接着の現象を使用して、電磁変換機を鼓膜に弱くであるが充分に取り付け、振動する際、および個人の頭部または身体が運動または振動を受ける場合に、ずれない。

本明細書中で使用される場合、変換機とは、個人の耳の聴覚器官に振動可能にカップリングされる場合に、適切なエネルギー信号に応答して、音声情報を含む振動を発生させ、この音声情報を伝えるデバイスである。変換機は、磁石、圧電素子、受動電子構成要素または能動電子構成要素を、不連続にか、一体化されてか、または任意の単数の構成要素または構成要素の組み合わせで備え得、これらは、鼓膜または身体の他の部分に、適切に受信された信号、または信号を振動に変換するために適切な他の任意の手段に応答して、振動運動を付与する。

本明細書中で使用される場合、送信機とは、音声信号または他の意味のある信号を、変換機に電磁的に伝達する、コイルまたはコアの組み合わせを備える、任意のデバイスである。

本明細書中で使用される場合、聴覚器官とは、耳小骨連鎖に沿って音波を伝播させ、内耳の聴覚機構を刺激し得る、個人の耳の部分である。聴覚器官としては、鼓膜、槌骨、砧骨、および鐙骨のうちのいずれか１つが挙げられるが、これらに限定されない。

（発明の詳細な説明）
本発明のヒアリングシステムは、送信機および変換機アセンブリを有する電磁ヒアリングシステムを備え、この送信機は、音声情報を含む電磁信号を発生させるためのものであり、そしてこの変換機アセンブリは、これらの信号を受信して、耳に振動を付与する。電磁ヒアリングシステムは、電気信号に依存して、音声エネルギーではなく電磁エネルギーを発生させる。この電磁エネルギーは、駆動電気信号と同じ振幅および周波数の振動特徴を有する。引き続いて、これらの電磁場は、耳内の位置に取り付けられた磁石の振動を誘導し、そして元のソース信号と同じ特徴の可聴音を発生させる。送信機および変換機アセンブリは、添付の図を参照して、より詳細に記載される。

ここで図１を参照すると、外耳３０、中耳３２、および内耳３４（一部）の断面図が示されている。外耳は、主として、耳介１６および外耳道１４からなる。中耳は、片側において鼓膜１０と境界を接し、そして一連の相互接続された３つの小さい骨（槌骨１８、砧骨２０、および鐙骨２２）を備える。まとめて、これらの３つの骨は、小骨または耳小骨連鎖として公知である。槌骨は、鼓膜２２に付着しており、一方で、鐙骨（耳小骨連鎖の最後の骨）は、内耳の蝸牛殻２４に結合している。

通常のヒアリングにおいて、外耳または外耳道１４を通って伝わる音波は、鼓膜に当たり、そしてこの鼓膜を振動させる。従って、この鼓膜に接続されている槌骨もまた、砧骨および鐙骨と共に、動かされる。耳小骨連鎖のこれらの３つの骨は、鼓膜によって受けられた小さい機械的振動のレベルに適合する、インピーダンスのセットとして働く。鼓膜およびこれらの骨は、伝達ライン系として働き、ヒアリング装置の帯域幅を最大にする（ＰｕｒｉａおよびＡｌｌｅｎ、１９９８；Ｆａｙら、２００２）。鐙骨が振動し、次に、蝸牛殻２４として公知の螺旋状構造体の前庭に、流体圧力を引き起こす（Ｐｕｒｉａら、１９９７）。この流体圧力は、基庭板の長手方向軸に沿って伝わる波を生じる。コルチ器は、基庭板の上部にあり、この器官は、１列の内部毛細胞および３列の外部毛細胞からなる感覚上皮を含む。蝸牛殻内の内部毛細胞（図示せず）は、基庭板の移動によって刺激を受ける。ここで、液圧が、内耳の流体を移動させ、そして毛細胞の運動エネルギーが、電気衝動に変換され、この電気衝動が、神経経路および脳の聴覚中枢（側頭葉）に伝達され、音の知覚を生じる。外側毛細胞は、内側毛細胞への入力を増幅し、そして圧縮すると考えられる。感覚神経の聴力障害が存在する場合、外側毛細胞は、代表的に損傷されており、内側毛細胞への入力を減少させ、その結果、音の知覚が減少する。ヒアリングデバイスによる増幅は、外側毛細胞によって提供される、その他の点では正常な振幅および圧縮を回復させる。

図２は、変換機２６が鼓膜の外側表面に存在する、本発明の実施形態を図示する。表面に存在するとは、変換機２６が、鼓膜の外側表面に接触して配置されていることを意味する。この変換機は、一般に、高エネルギー永久磁石を備える。この変換機をこのように位置決めする好ましい方法は、変換機２６および支持手段２８を備える、接触変換機アセンブリを使用することである。支持手段２８は、支持手段２８の反対側の表面で、鼓膜１０の一部に取り付けられるか、または浮動される。支持手段は、生体適合性の構造体であり、この変換機を支持するために充分な表面積を有し、そして鼓膜に振動可能にカップリングされる。好ましくは、支持手段２８の、鼓膜に取り付けられる表面は、鼓膜の対応する表面（具体的には、突出領域１２）の形状に実質的に一致する。表面湿潤剤（例えば、鉱油）が、好ましくは使用されて、支持手段２８が、表面接着を介して鼓膜への弱いが充分な取り付けを形成し得る能力を増強する。適切な接触変換機アセンブリは、先に本明細書中に参考として援用された、米国特許第５，２５９，０３２号に記載されている。

図３Ａおよび図３Ｂは、変換機が個人の槌骨上に配置されている、代替の実施形態を図示する。図３Ａにおいて、変換機磁石４０が、下方の柄の部分の中間部位に取り付けられる。好ましくは、磁石４０は、チタンまたは他の生体適合性材料に包まれる。説明の目的で、槌骨に磁石４０を取り付ける１つの方法は、本明細書中に参考として援用される、米国特許第６，０８４，９７５号に開示されており、ここで、磁石４０は、下方の柄の部分の後部骨膜に切開を作製し、そしてこの骨膜を柄の部分から持ち上げ、これによって、柄の部分の横表面と鼓膜１０との間にポケットを作製することによって、槌骨１８の柄の部分４４の中間表面に取り付けられる。ステンレス鋼のクリップデバイスの１つのプロングが、磁石４０が取り付けられた状態で、このポケットの中に配置され得る。このクリップの内部は、中心表面に磁石を配置する柄の部分を、このクリップが今度は保持するように適切な寸法である。

あるいは、図３Ｂは、クリップ５０が、槌骨の柄の部分４４と頭部４６との間で、槌骨１８の頚部の周りに固定されている、実施形態を図示する。この実施形態において、クリップ５０は、磁石４０を鼓膜１０および外耳道１４の方へと配向するプラットフォームを提供するように延び、その結果、この磁石は、電磁信号を受信するために最適な位置にくる。

ここで図４Ａを参照すると、本発明の送信機アセンブリ６０（明瞭にするために、シェル６６を断面で図示する）が、右外耳道内に設置され、そして変換機２６に対して配向されているのが示されている。本発明の好ましい実施形態において、変換機アセンブリ２６は、突出部分１２において、鼓膜１０に押し付けて位置決めされる。変換機はまた、中耳の他の聴覚器官上（槌骨１８（図３Ａおよび図３Ｂに示されている）、砧骨２０、および鐙骨２２上の位置が挙げられる）に配置され得る。鼓膜１０の突出領域１２に配置される場合、変換機２６は、当然、外耳道１４に対して傾斜する。この傾斜の程度は、個人ごとに変化するが、代表的に、外耳道に対して約６０°の角度である。

送信機アセンブリ６０は、個人の外耳道の壁の特徴と嵌合するように構成された、シェル６６を有する。シェル６６は、好ましくは、個人の外耳道にぴったりはまるように適合され、その結果、送信機アセンブリ６０は、外耳道に繰り返し挿入され得、または外耳道から取り外され得、そして依然として、個人の耳に再挿入される場合に、適切に整列する。シェル６６はまた、送信機アセンブリが外耳道内に適切に設置される場合に、変換機２６に対する適切な距離および配向でコア６２の先端が位置決めされるように、コイル６４およびコア６２を支持するように、構成される。コア６２は、一般に、フェライトを含有するが、高い透磁率を有する任意の材料であり得る。

好ましい実施形態において、コイル６４は、コア６２の周囲に、このコアの長さの一部または全体にわたって、巻かれる。一般に、このコイルは、電磁場を変換機の方へと最適に駆動するために充分な巻き数を有する。この巻き数は、コイルの直径、コアの直径、コアの長さ、ならびに個人の外耳道の大きさに基づくコイルおよびコアのアセンブリの全体的な認容可能な直径に依存して、変動し得る。一般に、コアの直径の増加と共に、磁場によって磁石に適用される力は、増加し、従って、このシステムの効率を増加させる。しかし、これらのパラメータは、個人の耳の解剖学的限度によって、制限される。図４Ａに示されるように、コイル６４は、コアの長さの一部のみに巻かれ得、このコアの先端が、外耳道１４の内部（これは、鼓膜１０の方に延びるにつれて、一般に縮小する）にさらに延びることを可能にする。

シェル６６を外耳道の内部寸法に適合させるための１つの方法は、鼓膜を含めた外耳道の空洞のインプレッション（ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）を作製することである。次いで、陽のインベストメント（ｉｍｖｅｓｔｍｅｎｔ）が、この陰のインプレッションから作製される。次いで、シェルの外側表面が、インプレッションの外側表面を複製した陽のインベストメントから形成される。次いで、コイル６４およびコア６２のアセンブリが、変換機２６の計画された配置に対して望ましい配向に従って、シェル６６の内部に位置決めされ、そして設置され得る。この変換機の計画された配置は、外耳道および鼓膜の陽のインベストメントから決定され得る。代替の実施形態において、送信機アセンブリ６０はまた、設置プラットフォーム（図示せず）を組み込み得る。この設置プラットフォームは、コアがシェルおよび／またはコイルに対して配向および位置決めされ得るように、コイルおよびコアのアセンブリを配向するための、微調整能力を有する。別の代替の実施形態において、ＣＴ、ＭＲＩ、または光学走査が、個人に対して実施されて、外耳道および鼓膜の３Ｄモデルを作製し得る。次いで、デジタル３Ｄモデル表現は、シェルの外側表面を形成し、そしてコアおよびコイルを設置するために、使用され得る。

図４Ａの実施形態に示されるように、送信機アセンブリ６０はまた、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット７２、マイクロホン７４、およびバッテリ７８を備え得、これらは、シェル６６の内側に配置される。シェル６６の近位端は、フェースプレート８０を有し、このフェースプレートは、シェル６６の開口チャンバ８６およびその内部に収容される送信機アセンブリ構成要素へのアクセスを提供するように、一時的に取り外され得る。例えば、フェースプレート８０は、バッテリ７８を切り替えるため、またはコア６２の位置もしくは配向を調節するために、取り外され得る。フェースプレート８０はまた、音がマイクロホン７４に方向付けられることを可能にするための、マイクロホンポート８２を有し得る。引き線８４もまた、フェースプレート８０のシェル６６に組み込まれ得、その結果、送信機アセンブリは、外耳道から容易に取り外され得る。

操作において、耳介１６および外耳道１４に入る周囲の音は、マイクロホン７４によって捕捉され、このマイクロホンは、音波を、ＤＳＰユニット７２による処理のためのアナログ電気信号に変換する。ＤＳＰユニット７２は、入力増幅器（図示せず）にカップリングされて、信号を増幅し得、そして当該分野において通常使用されているアナログデジタルコンバータを用いて、このアナログ信号をデジタル信号に変換し得る。次いで、このデジタル信号は、当該分野において通常使用されている、任意の数のデジタル信号プロセッサによって処理される。この処理は、マルチバンド圧縮、ノイズ抑制およびノイズ減少アルゴリズムの任意の組み合わせからなり得る。次いで、デジタル処理された信号は、デジタルアナログコンバータを用いて、アナログ信号に戻るように変換される。このアナログ信号は、形作られ、そして増幅されて、コイル６４に送られ、このコイルは、音声信号を表す音声情報を含む変調された電磁場を発生させ、そしてコア６２と一緒に、この電磁場を、変換機磁石２６の方へと方向付ける。変換機磁石２６は、この電磁場に応答して振動し、これによって、この磁石がカップリングしている中耳の聴覚器官（例えば、図４Ａにおける鼓膜１０、または図３Ａおよび図３Ｂにおける槌骨１８）を振動させる。

多くの実施形態において、フェースプレート８０はまた、周囲の音がシェルの開口チャンバ８６に入ることを可能にするための、音声開口部７０を有する。これは、周囲の音が、開口容量８６を通って、送信機アセンブリの内部構成要素に沿って、シェル６６の遠位端の１つ以上の開口部６８を通って、伝わることを可能にする。従って、周囲の音波が、鼓膜１０に達し得、そして鼓膜を振動させ得、そして別に、この膜に振動を付与する。この開口チャネルの設計は、多数のかなりの利点を提供する。第一に、この開口チャネルは、外耳道を塞ぐことにより多くの音声ヒアリングシステムに起こりやすい、閉塞硬化を最小にする。第二に、外耳道に入る自然な周囲の音が、電磁駆動される有効な音レベルの出力が外耳道を遮断する設計においてのレベルよりずっと低いレベルに制限されるか、または遮断されることを可能にする。ほとんどの聴覚障害被験体について、より高いデシベル範囲の音の再生は、不必要である。なぜなら、彼らの自然な聴覚機構は、この範囲の音を依然として受容し得るからである。当業者には、このことは通常、レクルートメント現象と称され、ここで、聴覚障害の被験体がやかましいと思う知覚が、正常な聴力の人物が大きい音においてやかましいと思う知覚と対等になる（Ｍｏｏｒｅ，１９９８）。従って、開口チャネルデバイスは、自然なヒアリングが支配するレベルで、オフに切り替えられる（すなわち、飽和する）ように構成され得る。このことは、送信機を駆動するために必要とされる電流を大いに減少させ得、より小さいバッテリおよび／またはより長いバッテリ寿命を可能にする。大きい開口部は、音声補聴器において、不可能である。これは、フィードバックの増加に起因する。従って、このデバイスの機能的ゲインを制限する。本発明の電磁駆動式デバイスにおいて、音声フィードバックは、有意に低下される。なぜなら、鼓膜が直接振動させられるからである。この直接の振動は、最終的に、外耳道内での音の発生を生じる。なぜなら、鼓膜が、拡声器のコーンとして機能するからである。しかし、発生する音声エネルギーのレベルは、外耳道内に直接音声エネルギーを発生させる従来の補聴器においてよりもかなり低い。これによって、本発明の開口外耳道電磁送信機および変換機について、従来の音声補聴器を用いるよりもずっと大きい機能的ゲインが生じる。

図４Ｂは、コイル１０２がシェル６６の内壁におかれている、送信機アセンブリ１００の代替の実施形態を図示する。コア６２は、コイル１０２の内径の内部に位置決めされ、そしてシェル６６またはコイル１０２のいずれかに取り付けられ得る。この実施形態において、周囲の音は、依然として、外耳道に入り得、そして開口チャンバ８６を通ってポート８０を出、鼓膜を振動させ得る。

ここで図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、ＤＳＰユニット、バッテリ、またはマイクロホンのうちの１つ以上が、駆動ユニット９０内で、外耳道の外側に位置する、代替の実施形態が図示されている。駆動ユニット９０は、イアフック９４を介して、耳介１６の頂端部に引っかかり得る。この構成は、シェル６６（図４Ｂ）の開口チャンバ８６のための、さらなるクリアランスを提供し、そしてまた、そうでなければ個人の外耳道にフィットしない構成要素を備えることを可能にする。マイクロホン７４は、駆動ユニット９０と共に、外耳の外側に位置し得るが、マイクロホンを外耳道１４の開口部またはその内部に配置して、耳介１６からの高い帯域幅の局在化の合図の利益を得ることが、好ましい。図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、外耳道１４に入る音は、マイクロホンポート８２を通って、マイクロホン７４によって捕捉される。次いで、この信号は、処理のために、フェースプレート８０のジャック９８に接続されたケーブル９２内の入力ワイヤを介して、駆動ユニット９０内に位置するＤＳＰに送られる。一旦、この信号がＤＳＰにより処理されると、この信号は、ケーブル９２を通って戻る出力ワイヤによって、コイル６４に送達される。

図６は、変換機２６に対するコア６２の位置の図を図示する。コア６２は、個人の外耳道の寸法に従って、個々の大きさにされ得る。例えば、コアは、このコアが外耳道１４に沿って延びることを可能にし、これによって、コア６２の先端が、設置された変換機のすぐ近くに位置し、一方で、このコイルがコアの周りで、コアの近位端（ここでは、外耳道の開口部がより大きく、より大きいコイル直径に適合する）に向かって巻かれるために充分な長さを提供するような長さに切断され得る。コア６２はまた、角度γ_ｃだけ屈曲し得、ここで、角度γ_ｃは、外耳道の個々の幾何学的形状に対応し、その結果、コアの先端は、外耳道の壁と干渉することなく、変換機２６のすぐ近くに適切に配置され得る。

好ましい実施形態において、コア先端の表面Ｓ_ｃは、コアの軸に対して角度γ_ｂだけ、面取りまたは傾斜され得る。この面取りされた表面は、コア先端の表面積を増加させるのみでなく、表面Ｓ_ｃを、変換機セグメントの横表面Ｓ_ｍに対して実質的に平行に配向させることもまた補助し、これによって、コア６２の磁気軸Ａ_ｃは、磁石の表面Ｓ_ｍに対して直角であり、そして磁石２６の磁気軸Ａ_ｍと一列になる。内耳を最も刺激する方向は、鐙骨２２のピストン様の運動である（Ｈａｔｏら、２００２）。この鐙骨の運動は、鼓膜１０の突出部に対して垂直な運動が、他の方向に沿った運動と比較して最大にされる場合に、最大にされる（Ｄｅｃｒａｅｍｅｒら、１９９４）。従って、磁石２６の力が、突出部に対して垂直に方向付けられたコアおよび突出部の面に対して平行に置かれた磁石２６（鼓膜、または槌骨のような他の聴覚器官のいずれかに、取り付けられる）によって発生する磁場で最大にされるシステムが、最も効率的である。さらに、磁気軸Ａ_ｍと整列するコア磁性領域Ａ_ｃはまた、磁石支持体２８と鼓膜１０との間の接触表面に、最小のせん断力を付与し、従って、変換機アセンブリがおそらく鼓膜からデカップリングされる可能性を、最小にする。

図７Ａおよび図７Ｂに図示されるように、コア先端は、送信機によって発生する磁場を変動させるために、多数の代替の表面を有し得る。コア先端１０４は、円錐形であっても、球状であっても、凹状であっても、凸状であってもよく、これによって、コア先端の表面積を増加させる。このような代替の表面に関して、磁石は、一般に、磁場の適切な受容のために、コア先端の形状にほぼ適合する。このコアは、外耳道のセクションが、外耳道の解剖学的構造における狭小部に適合するように、減少した寸法を有し得る。この直交する方向における寸法は、コア領域を維持するために、対応して増加させられる。

理想的には、コア先端表面Ｓ_ｃは、変換機の外側表面Ｓ_ｍからある距離Ｇに位置し、このシステムから可能な最も高いゲインを生じ、一方でまた、変換機２６から充分に遠くに位置し、その結果、磁石とコアとの間の引力が、鼓膜から変換機２６を分離させない（そのように取り付けられる場合）。磁場密度は、一般に、コア先端表面と磁石表面との間のギャップ距離Ｇの二乗の関数として、減少する。従って、コイルが磁石に近いほど、磁石に対する磁力は強く、そしてこのシステムは、より効率的である。一般に、１ｍｍと８ｍｍとの間の距離が、電磁場の伝達のために有効であり、好ましくは、２ｍｍと６ｍｍとの間であることが見出された。

図８において使用される設定を使用する１つの実験室での研究において、種々の試験が、コイル／コア特徴（例えば、コアの長さおよび直径、コイルの巻き数、コアの材料、ギャップの距離、ならびに配向）を比較するために、実施された。一般に、コアの直径を増加させ、コアの長さを減少させ、コイルの巻き数を増加させると、磁場の強度が比例して増加する。しかし、これらのパラメータは、ギャップの距離およびコア先端の磁石に対する配向と比較すると、性能に対してほとんど影響を与えないことが示された。

図９は、２つの異なるギャップ距離（２．５ｍｍおよび１．５ｍｍ）で、磁石とコアとの整列が水平な「ｘ」方向で変動させて、ロードセル（図８）を用いて磁力を測定するために実施された試験を図示する。２つの異なる実行からの繰り返し測定が示されている。１．５ｍｍのギャップについての読み取りと２．５ｍｍのギャップについての読み取りとの間の３の因数まで、磁力は変動し、最も高い変動は、磁石とコアとがｘ軸において互いに並ぶ場合（０ｍｍ）、起こる。磁力はまた、コアと磁石との、ｘ方向での整列によって、かなり影響を受けた。しかし、この試験は、−０．５ｍｍと０．５ｍｍとの間の無視できる損失が存在することを示した。

図１０は、コア磁気軸Ａ_ｃが磁石表面に対して異なる角度にある場合に、磁石表面を測定するために実施された、別の試験を図示する。この試験は、コア磁気軸Ａｃが磁石表面に対して４０°傾斜した角度ではなく、磁石表面に対して９０°の角度で配向すると、磁石に対する力が、ほぼ２倍になることを示した（コアと磁石との両方が、正方形の端部を有する）。しかし、４０°傾斜した面取りされた端部のコアを用いると、９０°の角度の場合と類似のゲインが達成された。９０°の角度の場合よりもわずかに高い、面取りされた先端のゲインは、面取りに起因する表面積の増加から生じる。

本発明の好ましい実施形態の上記説明は、図示および説明の目的のために提示された。排他的でも、本発明を開示される正確な形態に限定することも、意図されない。明らかに、多くの改変およびバリエーションが、当業者に明らかである。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって規定されることが、意図される。

図１は、外耳、内耳、および内耳の一部を含む、ヒトの耳の断面図である。 図２は、変換機が鼓膜にカップリングされている、本発明の実施形態を図示する。 図３Ａおよび図３Ｂは、変換機が槌骨にカップリングされている、代替の実施形態を図示する。 図４Ａは、送信機が外耳道に設置され、そして変換機が鼓膜に設置されている、本発明の実施形態を図示する。 図４Ｂは、コイルがシェルの内壁に沿って置かれている、本発明の代替の実施形態を図示する。 図５Ａおよび図５Ｂは、外部駆動アセンブリを組み込む、本発明の実施形態の概略図である。 図６は、変換機に対するコアおよびコイルアセンブリの配置の図示である。 図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の送信機コアの代替の実施形態を示す。 図８は、コアに対して様々な位置および配向で磁石に付与される磁力を測定するための、試験設定の図示である。 図９は、様々なギャップ距離において、磁石に対して誘導された磁力の試験結果を示すグラフである（１０００回巻きコイル）。 図１０は、磁石に対するコア先端の様々な配向角度において、磁石に対して誘導された磁力の試験結果を示すグラフである（２５０回巻きコイル）。

Claims (43)

1. 個人に知覚可能な音声信号を発生させるためのヒアリングシステムであって、該ヒアリングシステムは、
   該個人の聴覚器官に取り付けられるように適合された表面を有する変換機であって、該変換機は、エネルギー場の変動に応答して、該聴覚器官を直接振動させる、変換機；
   該個人の外耳道内に支持される、該変換機への送信機であって、該送信機は、
   ｉ．開放内部を有するエネルギーエミッタであって、該エミッタは、外耳道または外耳にフィットするような大きさにされている、エネルギーエミッタ；および
   ｉｉ．近位端および遠位端を有する送信素子であって、該素子は、該エミッタの遠位端が該変換機に対して所定の距離および配向で位置するように、該エミッタの開放内部にフィットするような大きさにされている、送信素子、
   を備える、送信機；ならびに
   該送信機のコイルに電流を供給するための電源であって、該電流は、該音声信号を表す、電源、
   を備える、ヒアリングシステム。
2. 前記エネルギー場が、磁場を含み、前記エミッタが、コイルを備え、そして前記送信素子が、コアを備える、請求項１に記載のヒアリングシステム。
3. 前記変換機が、前記個人の鼓膜に取り付けられる、請求項１に記載のヒアリングシステム。
4. 前記変換機が、前記個人の槌骨に取り付けられる、請求項１に記載のヒアリングシステム。
5. 前記変換機を前記鼓膜に保持するための支持手段をさらに備える、請求項３に記載のヒアリングシステム。
6. 前記支持手段が、接触表面を有する非反応性の予備形成された生体適合性材料からなり、該接触表面は、前記変換機を前記鼓膜の外部表面に取り外し可能に支持するために充分な面積および構成を有する、請求項５に記載のヒアリングシステム。
7. 前記変換機が、磁石を備える、請求項１に記載のヒアリングシステム。
8. 前記コアおよび前記コイルが、前記送信機が前記外耳道に開口チャネルを形成するような大きさにされている、請求項１に記載のヒアリングシステム。
9. 内側表面および外側表面を有するシェルをさらに備え、該外側表面は、前記個人の外耳道の壁と係合するような形状にされており、該内側表面は、前記送信機の取り付けに適用するような大きさにされており、一方で、外耳道の開口チャネルを維持して、自然な音が鼓膜まで伝わることを可能にする、請求項８に記載のヒアリングシステム。
10. 前記コイルが、前記シェルの内側表面上に置かれており、そして前記コアが、該コイルに取り付けられている、請求項９に記載のヒアリングシステム。
11. 前記コイルが、前記コアの周りに巻かれており、そして該コイル／コアアセンブリが、前記シェルの前記内側表面に取り付けられている、請求項９に記載のヒアリングシステム。
12. 前記コアの遠位端が、面取りされた表面を備える、請求項１に記載のヒアリングシステム。
13. 前記送信機が前記外耳道内に位置決めされる場合に、前記面取りされた表面が、前記変換機に対して実質的に平行に配向する、請求項１２に記載のヒアリングシステム。
14. 前記コアの磁気軸が、前記変換機の磁気軸と整列している、請求項１２に記載のヒアリングシステム。
15. 前記コアの遠位端が、円錐形状の表面を備える、請求項１に記載のヒアリングシステム。
16. 前記コアの遠位端が、くさび形状の表面を備える、請求項１に記載のヒアリングシステム。
17. 前記コアが、任意の磁気伝導性材料から構成されている、請求項１に記載のヒアリングシステム。
18. 前記コアが、前記外耳道の幾何学的形状に適合するように屈曲している、請求項１に記載のヒアリングシステム。
19. 前記コアが、前記外耳道の幾何学的形状に適合するように狭まっている、請求項１に記載のヒアリングシステム。
20. 前記コアの遠位端が、前記変換機から１ｍｍ〜８ｍｍの範囲内に位置している、請求項１に記載のヒアリングシステム。
21. 前記コアの遠位端が、前記変換機の２ｍｍ〜６ｍｍの範囲内に位置している、請求項２０に記載のヒアリングシステム。
22. アナログまたはデジタルの信号処理手段を介して前記送信機に結合されているマイクロホンをさらに備える、請求項１に記載のヒアリングシステム。
23. 前記マイクロホンが、前記送信機と共に前記外耳道の内部に位置している、請求項２２に記載のヒアリングシステム。
24. 前記マイクロホンが、前記外耳内に位置している、請求項２２に記載のヒアリングシステム。
25. 前記マイクロホンが、前記外耳の外側に位置している、請求項２２に記載のヒアリングシステム。
26. 個人に知覚可能な音声信号を発生させるためのヒアリング方法であって、該方法は、
    変換機を、耳の聴覚器官の外側表面に取り外し可能に支持する工程であって、該変換機が、磁場に受動的に応答する、工程；
    送信機を、該個人の外耳道内に位置決めする工程であって、該送信機は、磁気コイルおよびコアを有し、該コアは、該外耳道内に、該変換機から所定の距離および配向で延びる遠位表面を有する、工程；ならびに
    該送信機に電流を送達して、該遠位表面から磁場を発生させる工程であって、該電流は、該音声信号を表す、工程、
    を包含する、方法。
27. 前記変換機を外側表面に取り外し可能に支持する工程が、該変換機を、前記個人の鼓膜に支持する工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
28. 前記変換機を外側表面に取り外し可能に支持する工程が、該変換機を、前記個人の槌骨に支持する工程を包含する、請求項２６に記載の方法。
29. 前記送信機を位置決めする工程が、前記個人の外耳同の内部輪郭に一致するようにシェルをフィットさせる工程を包含し、そして該シェルが、該送信機を支持する、請求項２６に記載の方法。
30. 前記送信機を位置決めする工程が、前記個人の外耳道の身体的特徴を測定する工程を包含し、該送信機が、該測定された特徴に従って、前記シェルに取り付けられる、請求項２９に記載の方法。
31. 前記個人の外耳道の身体的特徴を測定する工程が、該個人の外耳道の型を作製する工程を包含する、請求項３０に記載の方法。
32. 前記個人の外耳道の身体的特徴を測定する工程が、該個人の外耳道のＣＴ、マイクロＣＴ、ＭＲＩ、マイクロＭＲＩ、または光学走査を作製することを包含する、請求項３０に記載の方法。
33. 前記送信機を位置決めする工程が、前記測定された特徴に従って前記コアの大きさを決定する工程を包含する、請求項３０に記載の方法。
34. 前記送信機を位置決めする工程が、前記測定された特徴に従って前記コアを配向させる工程を包含する、請求項３０に記載の方法。
35. 前記コアが、近位端および遠位端を備え、前記送信機を位置決めする工程が、該コアの遠位端を、前記変換機から所定の距離で位置決めする工程を包含する、請求項３４に記載の方法。
36. 前記コアの遠位端が、前記変換機から１ｍｍ〜８ｍｍの範囲に位置決めされている、請求項３５に記載の方法。
37. 前記コアの遠位端が、前記変換機から２ｍｍ〜６ｍｍの範囲に位置決めされている、請求項３６に記載の方法。
38. 前記送信機を位置決めする工程が、前記コアの遠位端の表面を、前記変換機に対して実質的に平行に配向させる工程を包含する、請求項３５に記載の方法。
39. 前記コアの遠位端を面取りして、該コアの遠位端の表面積を増加させる工程をさらに包含し、前記送信機を位置決めする工程が、該コアの面取りされた表面を、前記変換機に対して実質的に平行に配向させる工程を包含する、請求項３８に記載の方法。
40. 前記送信機を位置決めする工程が、前記コアの遠位端の磁気軸を、前記変換機の磁気軸と整列させて配向させる工程を包含する、請求項３５に記載の方法。
41. 前記送信機を位置決めする工程が、該送信機が前記中耳道とともに開口チャネルを形成するように、前記シェル、コイル、およびコアの大きさを決定する工程を包含する、請求項２９に記載の方法。
42. 前記送信機を位置決めする工程が、前記シェルの内側表面に前記コイルを置く工程、および前記コアを該コイルに取り付ける工程を包含する、請求項２９に記載の方法。
43. 前記送信機を位置決めする工程が、前記コイルを前記コアの周りに巻く工程、および該コイル／コアアセンブリを、前記シェルの内側表面に取り付ける工程を包含する、請求項２９に記載の方法。

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