JP2008541560A - 改善された高周波数応答を有する聴覚システム - Google Patents

改善された高周波数応答を有する聴覚システム Download PDF

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Abstract

本発明は、改善された高周波数応答を提供する聴覚システムおよび方法を提供する。高周波数応答は、聴覚システムの信号対ノイズ比率を改善し、高周波数空間定位キューの保存および送信を可能にする。このようなシステムは、正常なまたは障害のある聴覚に対して聴覚プロセスを向上させるために使用され得る。本発明の原理に従って構成された聴覚システムは、入力トランスデューサアセンブリ、送信器アセンブリ、および出力トランスデューサアセンブリを含む。

Description

(発明の背景)
1.(発明の分野)本発明は、聴覚方法およびシステムに関する。さらに詳細には、本発明は、言語受信閾値(SRT)を改善し、高周波数空間定位キューを保存し、かつ中耳または内耳に伝達する改善された高周波数応答を有する方法およびシステムに関する。そのようなシステムは、正常なまたは障害のある聴覚に対して聴覚プロセスを向上させるために使用され得る。
これまでの研究は、言語の帯域幅がローパスフィルタがかけられた場合、その言語の了解性は約3kHzより上の帯域幅に対して改善されないことを示し(Fletcher1995)、これが、電話システムがなぜ約3.5kHzまでの帯域幅制限で設計され、また補聴器帯域幅がなぜ約5.7kHzより低い周波数に制限されているかの理由である(Killion2004)。約5kHzより高い言語には有意なエネルギーがあることが今では明らかである(非特許文献1)。さらに、聴覚障害のある被験者は、増幅された言語を使用して、静かな(Vickersら2001)および騒々しい状況(Baerら2002)において増加された帯域幅でより良い成績を示す。このことは特に、高い周波数で、蝸牛に死んだ領域を有しない被験者において当てはまる(非特許文献2)。従って、既存の5.7kHz帯域幅より大きな帯域幅を有する補聴器で、被験者は、静かなおよび拡散場騒音条件において改善された成績を有することが期待されている。
人(Shaw1974)とネコ(Musicantら1990)両方における多くの研究は、外耳道入り口における音圧は、5kHzより高い周波数に対する音源の位置で変化する。この空間的なフィルタリングは、耳介による入ってくる音波の回折が原因である。これらの回折キューは、空間定位の知覚に役立つことは十分に立証されている(非特許文献3)。従来の補聴器の制限された帯域幅が原因で、一部の空間定位キューは、中耳および/または内耳に配信される信号から除去される。従って、従来の補聴器を装着している者が、正確に話し手を客観化することは可能ではないことがしばしばである。話し手を正確に客観化するためには、5kHzより高い言語エネルギーを必要とする。
イヤドラム対外耳道入り口圧力比率は、約3.5kHzにおいて10dB共振を有する(Wienerら1966;Shaw1974)。これは、水平な平面における音源位置から独立している(BurkhardおよびSachs1975)。この比率は、イヤドラムおよび外耳道の寸法ならびに結果としての相対音響インピーダンスの関数である。従って、いったん回折された音波が外耳道の入口を過ぎて伝わると、さらなる空間フィルタリングはない。換言すれば、空間定位に対して、外耳道の入り口近くよりもさらに中間にマイクロフォンを置くことには利点はない。10dB共振は通常、マイクロフォン入力の後、たいていの補聴器に加えられる。なぜならば、このゲインは空間に依存していないならである。
複数の話し手の空間位置の相違を知覚することは、同時に起こる言語の区別に役立つという証拠が今増大している(Freymanら1999;Freymanら2001)。他の研究と整合して、非特許文献4は、両耳条件の下で−4dBの言語受信閾値(SRT)を示し、2つの耳での言語およびマスカー(masker)ノイズは同じであり、言語マスカーを有する−20dBは、空間的に30度分離している。しかし、言語信号が5kHzにローパスフィルタがかけられたとき、SRTは−15dBに低減した。これまでの単一チャンネル研究は、5kHzより高い言語での情報は、言語了解性に貢献しないことを示している一方、これらのデータは、客観化知覚対象によって与えられた5dBものアンマスキング(unmasking)が、仮想聴覚シミュレーションでの広い帯域幅提示と比較されるとき多く低減したことを示している。SRTにおける5dB改善はたいていは、中央メカニズムが原因である。しかしながら、この時点では、どれほどの5dB改善が、単一チャンネル(例えば1つの耳)の中を通る聴覚キューで達成され得るか明確ではない。
非特許文献5において、音声定位は、暗黙の音響キューの神経系の処理に依存することが最近記述されている。Hofmanらは、スペクトルのキューに基づく正確な定位は、音声スペクトルに対して拘束を課し、音声は十分なスペクトル形状情報を生じるためには、広帯域である必要があることを発見した。しかしながら、従来の聴覚システムに対しては、外耳道はしばしば完全にふさがれ、かつ従来の聴覚システムはしばしば、低い帯域幅フィルタを有しているので、そのような従来のシステムは、ユーザが、立体的な定位空間キューを受信することを可能にしない。
さらに、WightmanおよびKistler(1997)は、音声が1つの耳にのみ提示されるとき、聞き手は仮想音源を定位しないことを発見した。このことは、聴覚デバイスを介して、1つの耳に提示された高周波数スペクトルキューは有益ではあり得ないことを示唆している。Martinら(2004)は、1つの耳への信号にローパスフィルタ(2.5kHz)がかけられ、従って、音源水平角度に関しての両耳の情報を保存するとき、反対側の耳への片耳のスペクトルキューは正しく、上昇およびフロントバックヘミフィールドキューを解釈し得たことを最近示した。これは、片方の耳が有意な低周波数難聴を有していず、従って耳間の時間差キューを処理することができる場合、1つの広帯域補聴器を有する被験者はその補聴器で音声を定位し得ると言っている。Carlileら(2004)によって観察された客観化を原因とするアンマスキングの改善は、片耳の増幅で少なくとも可能である。未解決の問題は、SRTにおけるどれほどの5dB改善が片耳で、かつ外耳道を部分的に塞ぐデバイスで実現され得るかである。
頭に関する伝達関数(HRTF)は、耳介による入ってくる音波の回折が原因である。測定されるHRTFを決定する別の素子は、外耳道自体の開口部である。部分的に外耳道を塞ぎ、従ってHRTFを変える外耳道におけるデバイスは、方向に依存する耳介キューを削除し得ることは考えられる。BurkhardおよびSachs(1975)は、外耳道が塞がれるとき、空間に依存する垂直定位キューは変更されるが、それでも存在することを示している。新しいキューについての幾らかの再学習が、高周波数キューから利益を得るために必要とされ得る。非特許文献5は、この学習が45日を下回る期間にわたって行なわれることを示している。
現在では、たいていの聴覚システムは、少なくとも3つのカテゴリ:音響聴覚システム、電磁気駆動聴覚システム、および人工内耳に該当する。音響聴覚システムは、増幅され鼓膜またはイヤドラムに振動を与える音波を生み出す音響トランスデューサに依存する。電話のイヤピース、ラジオ、電話および聴覚障害者のための補助器具はすべて、音響駆動メカニズムを使用するシステムの例である。例えば電話のイヤピースは、ワイヤで送信される信号を話し手において振動エネルギーに変換し、この振動エネルギーは音響エネルギーを生成する。この音響エネルギーは、外耳道の中を伝わり、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、音声の知覚を生じる。外科的に移植された人工内耳は、重度の難聴を有する被験者内の聴覚神経神経節細胞または樹状突起を電気的に刺激する。
電磁気トランスデューサを介して耳に音声情報を配信する聴覚システムは周知である。これらのトランスデューサは、音声情報を含むように変調された電磁場を、鼓膜または中耳の部分に与えられる振動に変換する。トランスデューサは通常は磁石であり、電磁場によって移動させられ、それが取り付けられている部分に振動的な運動を与え、従ってそのような電磁気的に駆動されるシステムの装着者による音声知覚を生み出す。音声知覚のこの方法は、質、効率、および最も重要なことに、音響知覚システムに共通の問題である「フィードバック」の有意な低減の観点から、音響駆動システムよりも幾つかの利点を所有する。
音響聴覚システムにおけるフィードバックは、一部の音響出力エネルギーが入力トランスデューサ(マイクロフォン)に戻るか、または「フィードバック」し、従って自立発振を引き起こすときに起きる。フィードバックに対する可能性は一般的に、システムの増幅レベルに比例し、従って、多くの音響駆動システムの出力ゲインは、望ましいレベルを下回るまで低減され、フィードバック状況を防ぐ。この問題は、特に重度の場合における難聴を補うには不十分な出力ゲインを生じ、音響タイプ補聴器に対する大きな問題であり続ける。マイクロフォンへのフィードバックを最小にするために、多くの音響聴覚デバイスはベンティング(venting)を閉ざすか、または外耳道に最小のベンティングを提供する。フィードバックは低減され得るが、トレードオフは「閉鎖」、すなわちたいていの補聴器ユーザにとって問題であるトンネル状の聞こえ感覚である。直接的にイヤドラム駆動することにより、フィードバックを最小にし得る。なぜならば、駆動メカニズムは音響的ではなく、機械的であるからである。機械的に振動するイヤドラムが原因で、音声は、外耳道に結合され、音波の伝わりは逆方向に支持される。しかしながら、音響的結合に対する機構は効率的ではなく、この非効率は、外耳道における低減された音声の観点から利用され、増加されたシステムゲインを生じる。
非侵襲的に磁石を鼓膜に結合し、前記の問題の一部を解決する1つのシステムが、参照により本明細書に援用されている特許文献1においてPerkinsらによって開示されている。Perkinsの特許は、表面接着によって装着者の鼓膜に弱くとも十分に添付されているトランスデューサアセンブリを有する電磁信号を生み出すためのデバイスを開示している。同じく参照により本明細書に援用されている特許文献2は、個人の外耳道に対して外にある駆動手段を取り入れている電磁信号を生み出すためのデバイスを開示している。しかしながら、磁場の力は、距離の自乗の逆数(1/R)として低減するので、音声搬送磁場を生成するこれまでの方法は、非常に不十分であり、従って実用的ではない。
従来の補聴器は、聴覚を改善することにおいて比較的成功したけれども、従来の補聴器は、高周波数空間定位キューの保存を有意には改善し得ていない。これらの理由で、改善された聴覚システムを提供することが望ましい。
2.(背景技術の説明)特許文献1および特許文献2は、上に記述された。関心ある他の特許は:特許文献3;特許文献4;特許文献5;特許文献6;特許文献7;特許文献8;特許文献9;特許文献10;特許文献11;特許文献12;特許文献13;特許文献14;特許文献15;特許文献16;特許文献17;特許文献18;特許文献19;特許文献20;特許文献21;特許文献22;および特許文献23を含む。関心ある他の公開は:特許文献24、特許文献25;非特許文献6;非特許文献7;非特許文献2;非特許文献8;非特許文献5;非特許文献9;および非特許文献10を含む。会議プリゼンテーション要約:非特許文献3、および非特許文献4。
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6,473,512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6,629,922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2002/0183587号明細書 米国特許出願公開第2001/0027342号明細書 Jinら、J.Audio Eng.Soc.,Munich 2002 Moore、「Loudness perception and intensity resolution,」Cochlear Hearing Loss,Chapter 4,pp.90−115,Whurr Publishers Ltd.,London 1998 Bestら、「The influence of high frequencies on speech localization,」<www.aro.org/abstracts/abstracts.html>からのAbstract981(2003年2月24日) Carlileら、「Spatialisation of talkers and the segregation of concurrent speech,」<www.aro.org/abstracts/abstracts.html>からのAbstract1264(2004年2月24日) P.M.Hofmanら、「Relearning sound localization with new ears,」Nature Neuroscience,vol.1,no.5、1998年9月 Decraemerら、「A method for determining three−dimentional vibration in the ear,」Hearing Res.,77:19−37(1994) Puriaら、「Sound−pressure measurements in the cochlear vestibule of human cadaver ears,」J.Acoust.Soc.Am.,101(5):2754−2770(1997年5月) PuraおよびAllen「Measurements and model of the cat middle ear:Evidence of tympanic membrane acoustic delay,」J.Acoust.Soc.Am.,104(6):3463−3481(1998年12月) Fayら、「Cat eardrum response mechanics,」Calladine Festschrift(2002)Ed.S.Pellegrino,The Netherlands,Kluwer Academic Publishers Hatoら、「Three−dimensional stapes footplate motion in human temporal bones,」Audiol.Neurootol.,8:140−152(2003年1月30日)
(本発明の簡単な概要)
本発明は、言語受信閾値を改善し、かつ高周波数空間定位キューを中耳または内耳に保存する改善された高周波数応答を有する聴覚システムおよび方法を提供する。
本発明の原理に従って構成された聴覚システムは、入力トランスデューサアセンブリ、送信器アセンブリ、および出力トランスデューサアセンブリを含む。入力トランスデューサアセンブリは音声入力、通常は(聴覚障害のある個人のための補聴器の場合には)周囲の音か、または電話、携帯電話、ラジオ、デジタル音声ユニット、もしくは広く様々な他の遠隔通信および/またはエンタテインメントデバイスの内の任意の1つのような音声発生もしくは受信デバイスからの電子的音声信号のいずれかを受信する。入力トランスデューサアセンブリは、送信器アセンブリに信号を送り、送信器アセンブリは、トランスデューサアセンブリからの信号を処理して処理された信号を生み出し、この処理された信号は、入力トランスデューサアセンブリによって受信された音声入力を実質的に表す音声信号を何かの方法で表すかまたは符号化するように変調される。処理される出力信号の正確な性質は、出力トランスデューサアセンブリによって使用されるように選択され、電力と信号の両方を提供することにより、出力トランスデューサアセンブリは、機械的な振動、音響的な出力、圧力出力、(または)被験者の聴覚形質導入経路に正しく結合されるとき、元の音声入力、または少なくとも元の音声入力をかなり表すものとして被験者によって解釈される神経系のインパルスを被験者の中に誘発する(他の出力)を生み出し得る。
本発明の知覚システムの少なくとも一部のコンポーネントは、被験者の外耳道内に置かれるシェルまたは筐体内に配置される。通常、シェルは、第1の端と第2の端両方に1つ以上の開口部を有することにより、開いた外耳道を提供し、(例えば低および高周波数立体的定位キューのような)周囲の音が高いレベルで鼓膜に直接的に配信されることを可能にする。有利にも、シェルにおける開口部は、外耳道を塞がず、かつ耳の通常の加圧への干渉を最小にする。一部の実施形態においては、シェルは、入力トランスデューサ、送信器アセンブリ、およびバッテリーを収納する。他の実施形態においては、送信器アセンブリおよびバッテリーの部分は、耳(BTE)の背後に置かれ、一方、入力トランスデューサはシェルの中に配置される。
補聴器の場合には、入力トランスデューサアセンブリは通常、外耳道内に配置された筐体の中のマイクロフォンを含む。適切なマイクロフォンは、補聴器業界において周知であり、特許および技術文献に十分に記述されている。マイクロフォンは通常、電気的出力を生み出し、この電気的出力は送信器アセンブリによって受信され、送信器アセンブリは、処理された信号を生み出す。イヤピースおよび他の聴覚システムの場合、入力トランスデューサアセンブリへの音声入力は通常電子的であり、例えば電話、携帯電話、携帯可能なエンタテインメントユニットからである。そのような場合、入力トランスデューサアセンブリは通常、電子的音声入力を受信し、かつ出力トランスデューサアセンブリを駆動するために適切な、フィルタされた電子的な出力を生み出す適切な増幅器または他の電子的インターフェースを有する。
マイクロフォンを耳介の背後、眼鏡のテンプルピース、または被験者の他のどこかに配置することは可能であるが、マイクロフォンが、外耳道の中に向けられ、従って最終的なSRTを改善するより高い周波数信号を受信しかつ送信するように、マイクロフォンは外耳道内に配置する方が好ましい。
本発明の送信器アセンブリは通常、入力トランスデューサからの電気的な信号を処理し、かつ出力トランスデューサを作動させる処理された出力信号を生み出す送信器素子に信号を配信するデジタル信号プロセッサを含む。デジタル信号プロセッサはしばしば、通常6kHzよりも大きく、より好ましくは約6kHzと約20kHzとの間であり、最も好ましくは約7kHzと13kHzとの間である周波数応答帯域幅を有するフィルタを有する。そのような送信器アセンブリは、より高い帯域幅が、外耳道の入り口にまたは外耳道内に置かれるマイクロフォンに対する空間定位キューのより大きな保存を生じるという点で、見出される従来の送信器とは異なる。
一実施形態において、デジタル信号プロセッサと通信する送信器素子は、開いた内部およびコイルの開いた内部の中に嵌るような大きさのコアを有するコイルの形式である。電源がコイルに結合され、コイルに電流を供給する。コイルに配信される電流は、デジタル信号プロセッサによって処理される電気的信号に実質的に対応する。電磁気を基礎とする有用な1つのアセンブリが、「Improved Transducer for Electromagnetic Hearing Devices,」と題し、その完全な開示が参照により本明細書に援用されている、共有され、同時係属の米国特許出願第10/902,660号に記述されている。
本発明の出力トランスデューサアセンブリは、送信器アセンブリからの処理された信号を受信することができる任意のコンポーネントであり得る。出力トランスデューサアセンブリは、被験者の知覚形質導入経路における或る点と結合するようことにより、被験者によって音声として解釈される神経系のインパルスを誘発するように通常構成されている。通常、出力トランスデューサアセンブリの一部分は、鼓膜、耳小骨連鎖の中の1つの骨、またはそれが配置され、蝸牛内の流体を振動させる蝸牛に直接的に結合する。取り付けの特定の点は、前の米国特許第5,259,032号;第5,456,654号;第6,084,975号;および第6,629,922号に記述され、それらの完全な開示が、参照により本明細書に援用されている。
一実施形態において、本発明は、ユーザの外耳道内に配置可能であり、ユーザの外耳道に入る周囲の音を捕える入力トランスデューサを有する聴覚システムを提供する。送信器アセンブリは、入力トランスデューサから電気的な信号を受信する。送信器アセンブリは、6.0kHz〜20kHzの範囲で周波数応答帯域幅を有する信号プロセッサを含む。送信器アセンブリは、ユーザの中耳または内耳に配置された出力トランスデューサにフィルタされた信号を配信するように構成され、フィルタされた信号は、入力トランスデューサによって受信された周囲の音を表す。入力トランスデューサおよび送信器アセンブリの構成は、周囲の音がユーザの中耳に直接的に到達することを可能にする開いた外耳道を提供する。
別の実施形態において、本発明は、1つの方法を提供する。該方法は、ユーザの外耳道内に入力トランスデューサを配置し、かつ入力トランスデューサによって受信された周囲の音を示す入力トランスデューサからの信号を送信器アセンブリに送信することを含む。信号は、約6.0kHzよりも大きい帯域幅を有するフィルタを有する信号プロセッサで送信器アセンブリにおいて処理される(例えばフィルタされる)。フィルタされた信号は、ユーザの中耳または内耳に配信される。入力トランスデューサおよび送信器アセンブリの配置は、フィルタされていない周囲の音が、ユーザの中耳に直接的に到達することを可能にする開いた外耳道を提供する。
上記のように、好ましい実施形態において、信号プロセッサは約6kHzと約20kHzとの間の帯域幅を有することにより、高周波数空間定位キューの保存および送信を可能にする。
残りの論議は、電磁気送信器アセンブリおよび出力トランスデューサに焦点を当てるが、本発明は、そのような送信器アセンブリに制限されず、送信器アセンブリの様々な他のタイプが、本発明で使用され得ることは理解されるべきである。例えば、「Systems and Methods for Photo−mechanical Hearing Transduction,」と題し、その完全な開示が本明細書に参照により援用され、2004年10月12日に出願された同時係属かつ共有されている米国仮特許出願第60/618,408号に記述された写真製版印刷法の聴覚形質導入アセンブリは、本発明の聴覚システムと共に使用され得る。さらに、他の送信器アセンブリ、例えば光学送信器、超音波送信器、赤外線送信器、音響送信器、または流体圧送信器などは、本発明の原理を利用し得る。
(発明の詳細な記述)
本発明の上記の局面および他の局面が、添付の図面と共に、次の詳細な記述からさらに完全に理解され得る。
ここで図1を参照して、外耳10、中耳12および内耳14の一部分の断面図が示されている。外耳10は主に、耳介15および外耳道17を含む。中耳12は、1つの側で鼓膜(イヤドラム)16によって結ばれ、相互に連結された一連の3つの小さな骨:槌骨(ハンマ)18;砧骨(アンビル(anvil))20;および鐙骨(スターラップ(stirrup))22を含む。全体として、これらの3つの骨は、小骨または耳小骨連鎖として知られている。槌骨18は鼓膜16に取り付けられ、一方、耳小骨連鎖の中で最後の骨である鐙骨22は、内耳の蝸牛24に結合されている。
通常の聴覚において、外耳または外耳道17を介して伝わる音波は、鼓膜16を打ち、それを振動させる。従って、鼓膜16に接続された槌骨18も、砧骨20および鐙骨22と共に動き始める。耳小骨連鎖におけるこれら3つの骨は、鼓膜によって受取られた小さな機械的な振動のインピーダンス整合レバーのセットとして作用する。鼓膜16および骨は、聴覚装置(PurialおよびAllen、1998)の帯域幅を最大にするために伝達ラインシステムとして作用し得る。鐙骨は振動して、蝸牛24として知られている螺旋構造の前庭において流体圧力を引き起こす(Puriaら1997)。流体圧力は、基底膜(図示されず)の長手方向の軸に沿って移動する波を生じる。コルティの器官は、一列の内部有毛細胞および3列の外部有毛細胞から成る知覚上皮を含む基底膜の頂上に座っている。蝸牛における内部有毛細胞(図示されず)は、基底部の動きによって刺激される。そこでは、水圧が内耳流体を移動させ、有毛細胞における機械的エネルギーは、電気的インパルスに変形され、電気的インパルスは神経経路および脳(側頭葉)の聴覚中枢
に伝達され、音の知覚を生じる。外部有毛細胞は、内部有毛細胞への入力を増幅し、かつ圧縮すると信じられている。知覚神経に難聴がある場合、外部有毛細胞は通常損傷を受けていているので、内部有毛細胞への入力が減じ、この結果、音の知覚が減じる。聴覚システムによる増幅は、損傷がなければ外部有毛細胞によって提供される正常な増幅および圧縮を完全にまたは部分的に回復させる。
出力トランスデューサアセンブリの現在好まれている結合点は、鼓膜16の外部表面にあり、図2に示されている。例示された実施形態において、出力トランスデューサアセンブリ26は、鼓膜10の外面と接触するように配置されているトランスデューサ28を含む。トランスデューサ28は一般的に、高エネルギー永久磁石を含む。トランスデューサを配置する好ましい方法は、トランスデューサ28およびサポートアセンブリ30を含む接触トランスデューサアセンブリを使用することである。サポートアセンブリ30は、鼓膜16の一部分に取り付けられているか、または鼓膜16の一部分上で浮いている。サポートアセンブリは、トランスデューサ28を支えるために十分な表面積を有する生体適合性のある構造であり、鼓膜16に振動可能に結合されている。
好ましくは、鼓膜に取り付けられているサポートアセンブリ30の表面は、鼓膜、特に臍エリア32の対応する表面の形状に実質的に従う。一実施形態において、サポートアセンブリ30は、トランスデューサがその中に埋め込まれている円錐形状のフィルムである。そのような実施形態において、フィルムは、鼓膜の表面と解放可能に接触させられている。あるいは、表面浸潤剤、例えば鉱油が好ましくは、サポートアセンブリ30が表面接着を介して、鼓膜16に弱くとも十分に付着する能力を高めるために使用される。1つの適正な接触トランスデューサアセンブリが、前に本明細書に参照により援用された米国特許第5,259,032号に記述されている。
図3Aおよび図3Bは、トランスデューサが個人の槌骨に配置されている代替の実施形態を示している。図3Aにおいて、トランスデューサ磁石40は、下方の槌骨柄に中間側に取り付けられている。好ましくは、磁石40は、チタンまたは他の生体適合性のある材料に包まれる。例示として、槌骨に磁石40を取り付ける1つの方法が、米国特許第6,084,975に開示され、米国特許第6,084,975号は前に本明細書に参照により援用されており、磁石40は、下方の槌骨柄の後部骨膜を切開し、槌骨柄から骨膜を高め、こうして槌骨柄の側面と鼓膜10との間にポケットを作成することによって、槌骨18の槌骨柄44の中間表面に取り付けられる。ステンレススチールクリップデバイスの1つのとがった部分が、ポケットの中に配置され得、トランスデューサ磁石34はそこに取り付けられる。クリップの内部は、適切な寸法であることにより、クリップは槌骨柄をつかみ、磁石をその中間表面に配置する。
あるいは、図3Bは、クリップ36が、槌骨18のネックの周り、槌骨の槌骨柄とヘッド38との間に固定されている実施形態を示している。この実施形態において、クリップ36は延びて、トランスデューサ磁石34を鼓膜16および外耳道17の方に向けることによって、トランスデューサ磁石34が実質的に最適な位置にあり、送信器アセンブリから信号を受信するプラットフォームを提供する。
図4Aは、本発明によって取り巻かれた聴覚システム40の1つの好ましい実施形態を示す。聴覚システム40は、右の外耳道に設置され、鼓膜16上の磁気トランスデューサ28に関して向けられている送信器アセンブリ42(明確さのため断面にされたシェル44で図示)を含む。現在の発明の好ましい実施形態において、トランスデューサ28は、臍エリア32において鼓膜16に対して配置されている。トランスデューサは、槌骨18(図3Aおよび図3Bに図示)、砧骨20、および鐙骨22上の位置を含んで、中耳の他の音響部材上にも配置され得る。鼓膜16の臍エリア32に配置されるとき、トランスデューサ28は、外耳道17に関して自然に傾く。傾きの度合いは個人によって異なるが、通常は、外耳道に関して約60度である。
送信器アセンブリ42は、個人の外耳道壁の特徴に嵌合するように構成された、シェル44を有している。シェル44は好ましくは、個人の外耳道に心地よく嵌るように合わせられることにより、送信器アセンブリ42は繰り返し挿入され得、または外耳道から除去され得、個人の耳に再挿入されるとき、なおも正しく整列させられ得る。例示された実施形態において、シェル44はまた、送信器アセンブリ42が外耳道17に正しく設置されたとき、コア48の先端が、トランスデューサ28に対して正しい距離および方向に配置されるように、コイル46およびコア48を支持するように構成される。コア48は一般的にフェライトを含むが、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46は、コアの一部またはコアの全長に沿ってコアの円周に包まれている。一般的にコイルは、十分な回転数を有し、トランスデューサ28に向かって電磁場を最適に駆動する。回転数は、コイルの直径、コアの直径、コアの長さ、および個人の外耳道のサイズに基づいたコイルおよびコアアセンブリの全体的な受け入れ可能な直径に依存して変化し得る。一般的に、磁石に対して磁場によって加えられる力は増加し、従って、システムの効率を増加させ、コアの直径が増加する。しかしながら、これらのパラメータは、個人の耳の解剖学的な制限によって拘束される。図4Aに示されるように、コイル46は、コアの長さの一部分の周囲だけに包まれ、コアの先端が外耳道17の中にさらに延びることを可能にし、コアの先端は鼓膜16に到達するとき、ほぼ一点に集中する。
シェル44を外耳道の内部寸法に合わせる1つの方法は、鼓膜を含んで、外耳道空洞のインプレッションを作ることである。正のインベストメントが、負のインプレッションから作られる。シェルの外部表面は、インプレッションの外面を複製した正のインベストメントから作成される。コイル46およびコア48アセンブリは、トランスデューサ28の突き出した配置に関して望ましい向きに従って、シェル44内に配置され、かつ取り付けられ、トランスデューサ28の配置は外耳道および鼓膜の正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、送信器アセンブリ42は、コアがシェルおよび/またはコイルに関して向けられかつ配置され得るようにコイルおよびコアアセンブリを向ける微量調節能力を有する取り付けプラットフォーム(図示されず)も取り入れ得る。別の代替実施形態において、CT、MRIまたは光学スキャンが、個人に対して実行され、外耳道および鼓膜の立体モデルを生成し得る。立体モデル表現は、シェル44の外側表面を形成し、コアおよびコイルを取り付け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、送信器アセンブリ42は、シェル44の内側に配置されるデジタル信号処理(DSP)ユニットおよび他のコンポーネント50、ならびにバッテリー52も含む。シェル44の近位端53は、オープン54であり、外耳道17に入る周囲の音を直接受取るためにシェルに配置された入力トランスデューサ(マイクロフォン)56を有する。オープンチャンバ58は、シェル44およびその中に含まれた送信器アセンブリ42コンポーネントへのアクセスを提供する。プルライン60も、シェル44の中に取り入れられることにより、送信器アセンブリは外耳道から容易に除去され得る。
有利にも、多くの実施形態において、シェルの音響開口部62は、周囲の音がシェルのオープンチャンバ58に入ることを可能にする。これは、周囲の音が、オープンボリューム58の中を伝わり、送信器アセンブリ42の内部コンパートメントに沿い、かつシェル44の遠位端において1つ以上の開口部64を伝わることを可能にする。従って、周囲の音波は、鼓膜16に到達し鼓膜16を直接振動させ、鼓膜に振動を個別に与える。このオープンチャンネル設計は、多くの実質的な利益を提供する。第1に、オープンチャンネル17は、多くの音響聴覚システムに普及している閉塞効果が外耳道を塞ぐことを最小にする。第2に、オープンチャンネルは、高周波数空間定位キューが鼓膜17に直接的に送信されることを可能にする。第3に、外耳道16に入る自然な周囲の音は、電磁気的に駆動される効果的な音レベル出力が、外耳道17を塞ぐ聴覚システムよりも低いレベルで制限されるか、遮断されることを可能にする。最後に、完全にオープンシェルを有することにより、被験者の自然な耳介回析キューが保存され、従って、Hoffmanら(1998)によって記述されているように、新しい環境への順応はほとんど必要とされないし、さらには全く必要とされない。
図5に概略示されているように、動作において、耳介および外耳道17に入る周囲の音は、開いた外耳道17内に配置されているマイクロフォン56によって捕えられる。マイクロフォン56は、送信器アセンブリ42のDSPユニット68によって処理するために、音波をアナログ電気信号に変換する。DSPユニット68は、入力増幅器(図示されず)に随意的に結合され、電気信号を増幅し得る。DSPユニット68は通常、アナログ電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器66を含む。デジタル信号は次に、任意の数のデジタル信号プロセッサおよびフィルタ68によって処理される。処理は、周波数フィルタ、複数帯域圧縮、ノイズ抑圧およびノイズ低減アルゴリズムの任意の組み合わせを含み得る。デジタル的に処理された信号は次に、デジタルアナログ変換器70でアナログ信号に変換し戻される。アナログ信号は形成され、増幅され、コイル46に送られ、コイル46は、元の音声信号を表す音声情報を含む変調された電磁場を生成し、コア48と共に、トランスデューサ磁石28の方に電磁場を向ける。トランスデューサ磁石28は電磁場に応答して振動し、それが結合されている中耳音響部材(例えば図4Aの鼓膜16、または図3Aおよび図3Bの槌骨18)をそれによって振動させる。
好ましい一実施形態において、送信器アセンブリ42は、通常6kHzよりも大きく、より好ましくは約6kHzと約20kHzとの間にあり、最も好ましくは約6kHzと13kHzとの間にある周波数応答帯域幅を有するフィルタを含む。そのような送信器アセンブリ42は、より高い帯域幅は、外耳道の入り口または外耳道17内に配置されているマイクロフォン56に対して空間定位キューのより多くの保存を生じるという点で、従来の補聴器に見られる従来の送信器とは異なる。マイクロフォン56およびより高い帯域幅フィルタの配置は、干渉する言語ソースがある既存の聴覚システムよりも5dB上までの言語受信閾値改善が生じる。中央メカニズムを原因とするそのような有意なSRTの改善は、制限された帯域幅、制限されたゲインおよび耳介回析キューのない音声処理を有する既存の補聴器では可能ではない。
聴覚障害のあるたいていの被験者に対しては、より高いデシベル範囲での音声再生は必要ではない。なぜならば、彼らの自然な聴覚メカニズムはなおも、その範囲で音声を受け取ることができるからである。当技術分野に馴染のあるものにとってこれは、聴覚障害のある被験者のラウドネス知覚が、正常な聴覚を有する人の大きな音でのラウドネス知覚に「追いつく」レクルートメント現象と一般的に称される(Moore、1998)。従って、オープンチャンネルデバイスは、自然な音響聴覚が引き継ぐレベルで、スイッチが切れるか、または飽和するように構成され得る。これは、送信器アセンブリを駆動するために必要とされる電流を減じ、より小さなバッテリーおよび/またはより長いバッテリー寿命を可能にする。大きな開口部は、音響補聴器において可能ではなく、理由はフィードバックの増加、従ってデバイスの機能的なゲインを制限するからである。本発明の電磁気的に駆動されるデバイスにおいて、音響フィードバックが有意に減ぜられる。なぜならば、鼓膜が直接的に振動させられるからである。この直接的な振動は究極的に、外耳道における音声の生成を生じる。なぜならば、鼓膜は拡声器円錐体として作用するからである。しかしながら、生成された音響エネルギーのレベルは、外耳道において直接的な音響エネルギーを生成する従来の補聴器におけるよりも有意に低い。これは、開いた外耳道電磁気送信器およびトランスデューサに対して、従来の音響補聴器に対するよりもより大きな機能的ゲインを生じる。
入力トランスデューサ(例えばマイクロフォン)が、外耳道に配置されるので、マイクロフォンは、高周波数立体空間キューを受信し、かつ再送信することができる。マイクロフォンが、外耳道内に配置されなかった場合(例えば、マイクロフォンが耳掛け(BTE)に置かれた場合)、そのマイクロフォンに到達する信号は、空間的に依存した耳介キューを搬送しない。従って、空間情報が存在する可能性はほとんどない。
図4Bは、送信器アセンブリ42の代替実施形態を示し、マイクロフォン56は、シェル44上の外耳道の開口部近くに配置され、コイル46は、シェル44の内壁上に置かれている。コア62は、コイル46の内径の中に配置され、シェル44またはコイル46のいずれかに取り付けられ得る。この実施形態において、周囲の音はなおも外耳道に入り、オープンチャンバ58の中を通り、ポート68を出て、鼓膜16を直接的に振動させ得る。
ここで、図6Aおよび図6Bを参照して、代替の実施形態が示され、1つ以上のDSPユニット50およびバッテリー52が、駆動ユニット70において、外耳道に対して外に位置している。駆動ユニット70は耳フック72を介して耳介15の上端に掛けられ得る。この構成は、シェル44のオープンチャンバ58に対して追加的なクリアランスを提供し(図4B)、別の方法では個人の外耳道に嵌らないコンポーネントの包含を可能にする。そのような実施形態において、マイクロフォン56を外耳道17の開口部にまたは内に位置づけ、耳介17から高い帯域幅空間定位キューの利益を得ることがなおも好ましい。図6Aおよび図6Bに示されているように、外耳道17に入る音はマイクロフォン56によって捕えられる。信号は次に、駆動ユニット70に位置しているDSPユニット50に送られることにより、シェル44におけるジャック76に接続されたケーブル74における入力ワイヤを介して処理される。いったん信号がDSPユニット50によって処理されると、信号は、ケーブル74を通って戻る出力ワイヤによってコイル46に配信される。
図7は、効果的な出力音圧レベル(SPL)対入力音圧レベルを示すグラフである。グラフに示されるように、本発明の聴覚システム40は、開いた外耳道17を提供するので、周囲の音は、外耳道の中を通って直接的に伝達されることができ、かつ直接的に鼓膜17に伝達されることができる。グラフに示されるように、「音響」と示されているラインは、開いた外耳道の中を通って鼓膜に直接的に到達する音響信号を示している。「増幅」と示されているラインは、本発明の聴覚システムの中を通って鼓膜に向けられる信号を示している。入力折れ曲がりレベルLkの下では、出力は直線的に増加する。入力飽和レベルLsの上では、増幅された出力信号は制限され、増加する入力レベルと共にはもはや増加しない。示されているように、入力レベルLkとLsとの間では、出力は圧縮され得る。「結合、音響+増幅」と示されているラインは、音響信号と増幅信号両方の結合された効果を示している。増幅されたシステムの出力が、Lsの上で飽和されているという事実にもかかわらず、結合された効果は、効果的な音声入力が、開いた外耳道からの音響入力が原因で増加し続けることであることに留意されたい。
本発明の好ましい実施形態の前述は、例示および説明の目的で提示されている。余すところなく記述され、または開示された正確な形式に本発明を制限するとは意図されていない。多くの修正および変更が、当業者には明らかであることは明確である。本発明の範囲は、添付された特許請求の範囲およびその均等物によって定義されることが意図されている。
図1は、外耳、中耳、および内耳の一部分を含む人間の耳の断面図である。 図2は、鼓膜に結合されたトランスデューサを有する本発明の実施形態を示す。 図3Aは、槌骨に結合されたトランスデューサの代替の実施形態を示す。 図3Bは、槌骨に結合されたトランスデューサの代替の実施形態を示す。 図4Aは、開いた外耳道を提供することにより、周囲の音/音響信号が直接的に鼓膜に到達することを可能にする、本発明の聴覚システムを概略的に示す。 図4Bは、コイルがシェルの内壁に沿って置かれている、本発明の聴覚システムの代替の実施形態を示す。 図5は、本発明によって具体化された聴覚システムを概略的に示す。 図6Aは、外耳道シェルの内部表面に配置されたマイクロフォン(入力トランスデューサ)、および鼓膜に結合されているトランスデューサと通信する外耳道に配置された送信器アセンブリを有する、聴覚システム実施形態を示す。 図6Bは、マイクロフォンが入り口近くの外耳道シェル壁にある、本発明の代替の中間図を示す。 図7は、イヤドラムに到達する音響信号、およびイヤドラムにおける効果的な増幅された信号、ならびに2つの結合された効果を示すグラフである。

Claims (27)

  1. ユーザの外耳道に入る周囲の音を捕えるように該ユーザの該外耳道内に配置可能な入力トランスデューサと、
    該入力トランスデューサから電気的信号を受信する送信器アセンブリであって、該送信器アセンブリは、6.0kHz〜20kHzの範囲で周波数応答帯域幅を有する信号プロセッサを含み、該送信器アセンブリは、該ユーザの中耳または内耳に配置された出力トランスデューサにフィルタがかけられた信号を配信するように構成され、該フィルタがかけられた信号は、該入力トランスデューサによって受信された該周囲の音を表す、送信器アセンブリと
    を備え、
    該入力トランスデューサおよび該送信器アセンブリの構成は、該周囲の音が該ユーザの中耳に直接的に到達することを可能にする開いた外耳道を提供する、聴覚システム。
  2. 前記周波数応答帯域幅は、7kHz〜13kHzの範囲における高周波数定位キューを前記ユーザの中耳に配信することを可能にする、請求項1に記載の聴覚システム。
  3. 前記入力トランスデューサと前記送信器アセンブリの少なくとも一部分とを収納するオープンチャンバを有するシェルであって、該シェルの外面は前記ユーザの前記外耳道の特徴と嵌合するように構成され、
    該シェルは、該外耳道の入口に隣接して配置されるように構成された第1の端と、鼓膜の近くに配置されるように構成された第2の端とを備え、該第2の端は、該外耳道の入口の外側からの前記周囲の音が直接的に該ユーザの前記中耳に到達することを可能にする1つ以上の開口部を備えている、シェルを備えている、請求項1記載の聴覚システム。
  4. 前記送信器アセンブリは、光学送信器を備えている、請求項1に記載の聴覚システム。
  5. 前記送信器アセンブリは、音響送信器を備えている、請求項1に記載の聴覚システム。
  6. 前記送信器アセンブリは、流体圧送信器を備えている、請求項1に記載の聴覚システム。
  7. 前記送信器アセンブリは、前記信号プロセッサから信号を受信する電磁気送信器と送信素子とを備え、該電磁気送信器は該送信素子を介して前記フィルタがかけられた信号を前記出力トランスデューサに配信する、請求項1に記載の聴覚システム。
  8. 前記信号プロセッサ、前記電磁気送信器、および前記送信素子は前記ユーザの前記外耳道内に配置されている、請求項7に記載の聴覚システム。
  9. 前記信号プロセッサは、前記ユーザの耳介の背後に位置し、前記電磁気送信器、および前記送信素子は該ユーザの前記外耳道内に配置されている、請求項7に記載の聴覚システム。
  10. 前記出力トランスデューサは、前記中耳の音響部材に結合され、該トランスデューサは、前記送信素子から前記フィルタがかけられた信号を受信するように構成されている、請求項7に記載の聴覚システム。
  11. 前記フィルタがかけられた信号は、変調された電磁場の形態である、請求項10に記載の聴覚システム。
  12. 前記トランスデューサは、前記ユーザの鼓膜に結合されている、請求項11に記載の聴覚システム。
  13. 前記トランスデューサは、前記鼓膜の表面に解放可能に接触するように構成されている円錐形状のフィルムに埋め込まれている、請求項12に記載の聴覚システム。
  14. 前記トランスデューサは、永久磁石を備えている、請求項10に記載の聴覚システム。
  15. 前記入力トランスデューサは、前記シェルの前記第1の端に配置されている、請求項3に記載の聴覚システム。
  16. ユーザの外耳道内に入力トランスデューサを配置することと、
    該入力トランスデューサによって受信された周囲の音を示す信号を送信器アセンブリに送信することと、
    約6.0kHzよりも大きい帯域幅を有する信号プロセッサで該送信器アセンブリにおいて信号にフィルタをかけることと、
    該フィルタがかけられた信号を該ユーザの中耳または内耳に配信することと
    を包含し、
    該入力トランスデューサおよび該送信器アセンブリの配置は、フィルタがかけられていない周囲の音が直接的に該ユーザの該中耳に到達することを可能にする、方法。
  17. 前記信号プロセッサは、約6kHzと約20kHzとの間の帯域幅を有する、請求項16に記載の方法。
  18. 前記フィルタされた信号は、高周波数空間定位キューを備えている、請求項16に記載の方法。
  19. 前記送信器アセンブリは、前記信号プロセッサと通信する電磁気送信器および送信素子を備え、前記ユーザの前記中耳に前記フィルタがかけられた信号を配信することは、
    該信号プロセッサからの信号を該電磁気送信器に向けることと、
    該電磁気送信器からのフィルタがかけられた電磁気信号を該送信素子を介して中耳に配信することと
    を包含する、請求項16に記載の方法。
  20. トランスデューサを前記ユーザの鼓膜に結合することを包含し、
    前記電磁気送信器からの前記フィルタがかけられた電磁気信号を前記送信素子を介して前記中耳に配信することは、該フィルタがかけられた電磁気信号を、該フィルタがかけられた電磁気信号に従って機械的に振動させられる該トランスデューサに配信することによって実行される、請求項19に記載の方法。
  21. 前記電磁気送信器および前記送信素子を前記外耳道に配置すること、および
    前記信号プロセッサを該外耳道の外側に配置することを包含する、請求項19に記載の方法。
  22. 前記フィルタがかけられた信号を配信することは、フィルタがかけられた光信号を配信することを包含する、請求項19に記載の方法。
  23. 前記フィルタがかけられた信号を配信することは、フィルタがかけられた音響信号を配信することを包含する、請求項19に記載の方法。
  24. 前記信号プロセッサ、電磁気送信器、および送信素子を前記外耳道に配置することを包含する、請求項16に記載の方法。
  25. 開いた外耳道を提供することは、前記入力トランスデューサと前記送信器アセンブリの少なくとも一部とをシェルのオープンチャンバ内に配置することによって実行され、外シェルは、前記フィルタがかけられていない周囲の音が、直接的に前記ユーザの前記中耳に到達することを可能にする開口部を備えている、請求項16に記載の方法。
  26. 前記入力トランスデューサおよび前記送信器アセンブリの配置は、フィードバックを低減し、約3dB〜約8dBの信号対ノイズ比率を提供する、請求項16に記載の方法。
  27. 聴覚システムであって、
    ユーザの外耳道内に配置可能なマイクロフォン手段と、
    該マイクロフォン手段からの電気的信号を受信するための送信器手段であって、該送信器手段は約6.0kHzよりも広い周波数応答帯域幅を備え、ユーザの中耳の方にフィルタがかけられた信号を配信するように構成された、送信器手段と、
    周囲の音が直接的に該ユーザの該中耳に到達することを可能にする開いた外耳道を提供する手段と
    を備えている、聴覚システム。
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