JP2009544425A - 中耳インプラント用可動コイルアクチュエータ - Google Patents

Abstract

聴覚強化は、電気可聴信号を生成し、該信号をコイルに送信するオーディオプロセッサを含む。コイルは、それが空間的に移動されるとき、機械的な刺激が結果的に内耳に送信される位置において患者に移植される。永久磁石がコイルの近位に配置され、その結果、コイルがプロセッサから電気可聴信号を受信するとき、コイルにおける誘導コイルの磁界は、永久磁石からの磁界と相互に作用し、コイルを空間的に移動させ、その結果、機械的な刺激を内耳に送信する。

Description

本出願は、２００６年７月２４日に出願の米国仮特許出願第６０／８３２，８２１号からの優先権を主張し、その内容は、本明細書に参考として援用される。

（発明の分野）
本発明は、聴覚障害者のために聴覚を向上させることに関する。

図１は、正常な人間の耳の解剖学的構造を示す。正常な耳は、外耳１０１を通って鼓膜１０２に音を伝え、鼓膜１０２は中耳１０３の骨を動かし、中耳１０３は次に、蝸牛１０４を刺激する（ｅｘｃｉｔｅ）。蝸牛（または内耳）１０４は、前庭階１０５として公知の上部通路と鼓室階１０６として公知の下部通路とを含み、該上部通路および下部通路は蝸牛管１０７によって接続される。受信音に応答して、中耳１０３の骨である、あぶみ骨は、卵円窓（ｆｅｎｅｓｔｒａ ｏｖａｌｉｓ）（卵円窓（ｏｖａｌ ｗｉｎｄｏｗ））を介して、蝸牛１０４の外リンパに振動を伝える。その結果、コルティ器官の毛細胞は刺激され、電気化学的パルスを起こし、該電気化学的パルスは、蝸牛神経１１３に、そして最後には脳に伝えられる。

一部の患者は、周囲の騒音に対する長期間の曝露、先天的欠陥、病気（ｄｉｓｅａｓｅ）または疾患（ｉｌｌｎｅｓｓ）による損傷、アミノ配糖体などの特定の薬物の使用、または身体的外傷を含む理由により、部分聴覚障害または全聴覚障害を有し得る。聴覚障害は、伝導型、感覚神経型、または組合せ型であり得る。

インプラントは、しばしばアクチュエータ、センサ、および／またはスイッチとして機能を果たし得る様々な電磁トランスデューサを含む。電磁アクチュエータを有するインプラントの例示は、耳小骨連鎖を機械的に駆動する中耳インプラントである。浮遊体トランスデューサを含むそのような中耳インプラントは、Ｇｅｏｆｆｒｅｙ Ｂａｌｌらによって開発された（特許文献１〜８を参照されたい。それらの特許文献の各々は、本明細書に参考として援用される）。

磁気共鳴像（ＭＲＩ）検査は、そのような聴覚（蝸牛または中耳）の人工器官の着用者にとって禁忌であり得る。なぜなら、移植された電磁トランスデューサと適用される外部のＭＲＩ磁界との間の起こりうる相互作用は、高い磁界強度（すなわち、約１テスラ超）において、下記の３つの起りうる有害な影響を生じさせ得る：
１．移植された磁石はトルク（Ｔ＝ｍ×Ｂ）を受け、該トルクは、電磁トランスデューサをねじってその位置からはずし、それによりインプラントの着用者を傷つけ、かつ／または機械的な固定を破壊し得る。
２．外部の磁界により、移植された磁石は部分的に消磁され、このことが、ＭＲＩ場に曝露後に、電磁トランスデューサの損傷または少なくともその出力効率の減少に導き得る。
３．ＭＲＩ装置によって放射される無線周波数（ＲＦ）パルス（ＭＲＩにおける磁界Ｂ_１）は、電磁トランスデューサのコイルにおいて電圧を誘導し得、このことがトランスデューサを破壊し得かつ／または患者を傷つけ得る。

これらのリスクのために、一般的に、電磁トランスデューサ付きのインプラントを有する患者は（少なくとも高い磁界の）ＭＲＩ検査を受けることが禁止され得る。このことが、特定の重要な診断法から患者を排除し得る。

米国特許第５，９１３，８１５号明細書 米国特許第５，８９７，４８６号明細書 米国特許第５，６２４，３７６号明細書 米国特許第５，５５４，０９６号明細書 米国特許第５，４５６，６５４号明細書 米国特許第５，８００，３３６号明細書 米国特許第５，８５７，９５８号明細書 米国特許第６，４７５，１３４号明細書

（発明の概要）
本発明の第１の局面において、聴覚強化のためのシステムは、電気可聴信号を生成し、該信号をコイルに送信するオーディオプロセッサを含む。コイルは、それが空間的に移動されるとき、機械的な刺激が結果的に内耳に送信される位置において患者に移植される。永久磁石がコイルの近位に配置され、その結果、コイルがプロセッサから電気可聴信号を受信するとき、コイルにおける誘導コイルの磁界は、永久磁石からの磁界と相互に作用し、コイルを空間的に移動させ、その結果、機械的な刺激を内耳に送信する。

永久磁石は、チタン、ニオブ、タンタル、またはステンレス鋼などの生物適合性材料の外部層を含み得る。また、入力音響信号をプロセッサに出力される代表的信号に変換するマイクロホンをシステムに含み得る。

本発明の別の局面は、患者の聴力を向上させる方法であり、該方法は、患者の耳にコイルを移植し、コイルに近位の位置において永久磁石を患者の骨に確実に付着させ、その結果、磁石およびコイルの磁界は、相互に作用し、電気可聴信号の制御の下に、コイルを空間的に移動させ、その結果、機械的な刺激を内耳に送信することを含む。

コイルは、つち骨、きぬた骨、あぶみ骨、卵円窓、正円窓、または耳に近位の骨に直接または間接的に機械的に結合され得る。従って、機械的刺激は、中耳を通って伝わり、内耳に到達し得る。永久磁石を配置および付着させるために骨に凹部が作られ得る。患者のＭＲＩ検査を可能にするために、永久磁石が患者の体軸線に平行である方向に配置され得る。マイクロホンは、入力音響信号をプロセッサに出力される代表的信号に変換するために患者に付着され得る。

図１は、正常な人間の耳の構造を示す。 図２は、本発明の実施形態に従った、聴覚強化システムの様々な構成要素のブロック図を示す。 図３は、図２のシステムの移植された構成要素を有する人間の耳を示す。

（特定の実施形態の詳細な説明）
本発明の例示的な実施形態は、患者の聴覚を強化する移植システムに関する。移植システムの全体的な機能レイアウトは、図２のブロック図に示される。静的磁界構成要素２３０および動的磁界構成要素２２０は、互いに磁気的に近位に位置する。さらに、構成要素の１つ（ここに示されるような動的構成要素）は、蝸牛と機械的な信号の連絡をする解剖学的構造に機械的に結合される。例えば、動的構成要素は、中耳の解剖学的構造または中耳もしくは内耳のうすい層に付着され得る。オーディオプロセッサ２１０は、音声源２００から可聴信号を受信し、動的磁界構成要素２２０を作動させる電気可聴信号を生成し、変化する磁界を生成する。動的磁界構成要素２２０によって生成される動的磁界は、静的磁界構成要素２３０によって生成される静的磁界と相互に作用し、動的磁界構成要素２２０を空間的に移動させ、結果として生じる振動は、蝸牛１０４に機械的に伝達され、音声源の聴覚認識を達成する。

より特定の実施形態において、インダクタンスコイル３２０が動的磁界構成要素２２０として用いられ、永久磁石３３０が静的磁界構成要素２３０として用いられる。図３は、これらが患者の中に移植され得る方法の例示を示す。

インダクタンスコイル３２０および永久磁石３３０は、磁気的に近位となるように外科医によって位置決定される。コイル３２０は、蝸牛に直接または間接のいずれかで機械的に結合される解剖学的構造に付着（例えば、セメントで接着）され得る。そのような構造は、つち骨、きぬた骨、あぶみ骨、卵円窓、正円窓、または耳に近位の骨を含む。

永久磁石３３０は、例えば、ネオジム磁石またはサマリウムコバルト磁石であり得、コイルの近位の骨に堅く付着（例えば、頭蓋骨の部位に付着）され得る。磁石を移植する１つの方法は、骨の部位を除去し、凹部内に磁石を付着することである。磁石３３０は、腐食を防ぐ、チタン、ニオブ、タンタル、もしくはステンレス鋼などの生物適合材料の外部層またはコーティングを有し得る。あるいは、磁石は、例えば、チタン、ニオブ、タンタル、またはステンレス鋼のケース内に包まれ得る。あるいは、磁石３３０が十分な長さである場合、磁石は、内部に移植されるよりはむしろ患者の外部に付着され得る。

コイル３２０は、オーディオプロセッサ２１０に付着され、それによって駆動され得る。オーディオプロセッサ２１０は、音声入力を受け付け、適切に調整された代表的電子出力をコイル３２０に提供し、動的磁界を誘導する。誘導された動的磁界は、永久磁石３３０によって生成される静的場と相互に作用し、コイル３２０の動きを引き起こす。その結果、振動は、コイル３２０が付着されている解剖学的構造に直接伝達され、蝸牛１０４に到達し、そこで振動は、神経聴力インパルスに変換される。その結果、患者は、音声入力を代表する音声を聞く。コイル３２０は、コイル３２０内の振動を最小限にする方法で組立てられ得、例えば、コイル３２０は、堅いが磁気的に透過可能なコアを有し得る。

オーディオプロセッサ２１０は、音声源からの音声入力を受容する電子構成要素を含む。様々な実施形態において、プロセッサ２１０は、アナログ信号、デジタル信号またはその両方を受容する。音声入力は、マイクロホン、電話、テレビ、ステレオシステム、ｍｐ３プレーヤ、無線受信器、コンピュータ、Ｖｏｉｃｅ Ｏｖｅｒ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＶＯＩＰ）ネットワーク、または他のデバイスからのアナログ出力またはデジタル出力であり得る。音声入力は、有線接続または無線接続を介して受容され得る。プロセッサ２１０は、Ａｕｄｉｏ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ Ｆｉｌｅ Ｆｏｒｍａｔ（ＡＩＦＦ）、ＷａｖｅＦｏｒｍ（ＷＡＶ）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） Ｍｅｄｉａ Ａｕｄｉｏ（ＷＭＡ）、Ｔｒｕｅ Ａｕｄｉｏ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ Ｃｏｄｅｃ（ＴＴＡ）、Ｆｒｅｅ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｅｃ（ＦＬＡＣ）、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ（ＡＡＣ）、Ｏｇｇ Ｖｏｒｂｉｓ、Ａｐｐｌｅ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｅｃ（ＡＬＡＣ）またはＳｈｏｒｔｅｎ（ＳＨＮ）を含む様々なタイプのデジタル音声情報を受容するように装備され得る。

可聴信号を受容すると、プロセッサ２１０は次いで、様々なデジタルまたはアナログ増幅器、フィルタ、変換器、デジタルメモリおよびマイクロプロセッサ、または他の回路を用い、可聴信号を調整し、必要に応じ、静的磁界２３０が存在する場合、コイル２３０を駆動するのに適したアナログ電気信号に可聴信号を変換し得る。信号調整は、様々な振幅および周波数の特定な音声の増幅および減衰を含み、聴音体験（ｌｉｓｔｅｎｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ）を強化し得る。調整された信号は、プロセッサ２１０からリード線３００を介して患者の片耳または両耳に出力される。プロセッサ２１０は、完全に外部にあり得るか、または患者の中に移植され得る。移植された場合、プロセッサ２１０は、静的磁界２３０を提供し得る（例えば、永久磁石３３０の組込みによって）。もちろんプロセッサ２１０は、使い捨て電池または再充電可能電池などの、リチウムポリマー電池または空気亜鉛電池を含む電源を含み得る。

本発明の実施形態において、聴力強化システムは、患者が磁気共鳴像を受けることを可能にするのを助ける方法で患者に移植される。プロセッサ２１０が結像処置の前に停止状態に切り替えられる場合、コイル３２０はＭＲＩ磁界において移動されない。高磁界ＭＲＩスキャナの磁界は典型的には、体軸線の方向に向けられる。従って体軸線に平行である永久磁石３３０の方向を選ぶことは、永久磁石３３０に対するトルクを減少させるかまたは除去し、磁石の消磁化も減少または除去し得る。消磁化に対する電位の減少は、磁石３３０の形状要因の適切な選択によっても達成され得、例えば、長い円柱形または角柱形は、反対の外部場による消磁化に対する抵抗の増加を提供する。磁石３３０がＭＲＩによって実際に消磁化される場合、磁石は、ＭＲＩ処置後に外科的に交換され得る。従って、磁石３３０の配置は、除去および交換に対して容易な外科的アクセスを可能にするように選ばれ得る。

代替の実施形態において、聴覚を強化する開示された方法は、コンピュータシステムと共に用いられるためのコンピュータプログラム製品としてインプリメントされ得る。そのようなインプリメンテーションは、コンピュータ読取り可能媒体（例えば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、または固定ディスク）などの有形の媒体上に固定されるか、またはモデムもしくはモデムを介してネットワークに接続される通信アダプタなどの他のインタフェースデバイスを介してコンピュータシステムに送信可能であるかのいずれかである一連のコンピュータ命令を含み得る。媒体は、有形の媒体（例えば、光通信線もしくはアナログ通信線）か、または無線技術（例えば、マイクロ波、赤外線もしくは他の伝送技術）によってインプリメントされる媒体のいずれかであり得る。一連のコンピュータ命令は、本システムに関して本明細書に前述された機能性のすべてまたは一部を具体化する。当業者は、そのようなコンピュータ命令が多くのコンピュータアーキテクチャまたはオペレーティングシステムと共に用いるための多数のプログラミング言語で書かれ得ることを理解すべきである。

さらにそのような命令は、半導体、磁気デバイス、光デバイスまたは他のメモリデバイスなどの任意のメモリデバイスに格納され得、光、赤外線、マイクロ波、または他の伝送技術などの任意の通信技術を用いて伝送され得る。そのようなコンピュータプログラム製品は、プリント文書または電子的文書（例えば、収縮包装ソフトウェア）を伴うリムーバブル媒体として販売されるか、コンピュータシステムにプレロードされるか（例えば、システムＲＯＭまたは固定ディスク上に）、またはネットワーク（例えば、インターネットもしくはワールドワイドウェブ）を介してサーバもしくは電子掲示板から販売され得ることが予期される。もちろん本発明の一部の実施形態は、ソフトウェア（例えば、コンピュータプログラム製品）およびハードウェアの両方の組合せとしてインプリメントされ得る。本発明のさらに他の実施形態は、全部がハードウェアまたは全部がソフトウェア（例えば、コンピュータプログラム製品）としてインプリメントされる。

本発明の説明された実施形態は単に例示的であることが意図され、多数の変形および修正は当業者にとって明らかである。そのような変形および修正のすべては、添付の特許請求の範囲に定義されるように、本発明の範囲内であることが意図される。

Claims (14)

1. 可聴電気信号を生成するオーディオプロセッサと、
   関係する永久磁界を有する永久磁石であって、該磁石は患者の耳の近位の骨に付着する、永久磁石と、
   該患者の内耳に機械的に結合可能である移植可能な刺激コイルであって、該可聴電気信号を受信し、応答して、該永久磁界と相互に作用するコイル磁界を生成し、その結果、該コイルを移動させ、該可聴電気信号に対応する可聴機械信号によって該内耳を機械的に刺激する、移植可能な刺激コイルと
   を備えている、聴覚強化システム。
2. 前記磁石は、生物適合性材料の外部層を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記生物適合性材料は、チタンニオブ、タンタル、およびステンレス鋼からなる群から選択される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記磁石は、該磁石の腐食を防ぐために、材料の外部層を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 入力音響信号を前記プロセッサに出力される代表的マイクロホン電気信号に変換するマイクロホンをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
6. 患者の耳にコイルを移植することであって、該コイルは患者の蝸牛に機械的に結合される、ことと、
   磁界を有する永久磁石を該コイルに近位の位置において患者の骨に確実に付着させることとを包含し、
   その結果、該磁界は、該コイルにおいて電気可聴信号によって生成されるコイル磁界と相互に作用し、その結果、該コイルを空間的に移動させ、それによって内耳への機械的な刺激を提供する、患者の聴力を向上させる方法。
7. 前記コイルは、つち骨、きぬた骨、あぶみ骨、卵円窓、正円窓、および前記耳に近位の骨からなる群から選択される構造に機械的に結合される、請求項６に記載の方法。
8. 前記コイルは、つち骨、きぬた骨、あぶみ骨、卵円窓、正円窓、および前記耳に近位の骨からなる群から選択される構造に直接付着される、請求項７に記載の方法。
9. 前記永久磁石を付着することは、骨に凹部を作り、該凹部内に該磁石を付着することをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
10. 前記磁石を付着することは、該磁石の磁界が前記患者の体軸線に平行である方向に該磁石を付着することをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
11. 前記機械的な信号は、中耳を介して送信され内耳に到達する、請求項６に記載の方法。
12. 入力音響信号をプロセッサに出力される代表的信号に変換するために患者にマイクロホンを付着することを包含する、請求項６に記載の方法。
13. （ａ）患者の耳の近位に静的磁界を提供する手段と、
    （ｂ）該静的磁界と相互作用するために電子可聴信号を対応する動的磁界に変換し、それによって機械的な信号を該患者の内耳に送信する手段と
    を備えている、聴覚強化デバイス。
14. 入力音響信号を電子可聴信号に変換する手段を備えている、請求項１３に記載のデバイス。

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