JP2012530552A

JP2012530552A - 光学的に連結された蝸牛インプラントシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2012530552A
Application number: JP2012516342A
Authority: JP
Inventors: ロドニーシー．パーキンス，; スニルプリア，; ポールシー．ラッカー，
Original assignee: サウンドビームエルエルシー
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2012-12-06
Also published as: CN102640435A; EP2443773A1; AU2016203413A1; KR20120065993A; KR101833073B1; AU2010263045A1; US10286215B2; US20110144719A1; WO2010148324A1; CN102640435B; US20190217104A1; AU2018203550B2; DK2443773T3; EP2443773B1; AU2018203550A1

Abstract

出力アセンブリは、骨の除去を低減することができるように、中耳および内耳における配置のためにサイズ決定される。出力アセンブリは、鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定される、少なくとも１つの光検出器、デマルチプレクサ、および電極アレイを備えてもよい。入力トランスデューサアセンブリは、出力アセンブリに多重化光信号を伝送するように構成される。入力アセンブリは、例えば、組織除去を低減することができ、かつ該デバイスを骨の除去なしで配置することができるように、鼓膜を通して多重化光信号を伝送するように構成することができる。多重化光信号は、光源および光検出器の非線形性の影響を低減するために、かつ使用者に質の良い音を提供するために、パルス幅変調信号を含んでもよい。

Description

（関連出願の相互参照）
本非仮出願は、米国特許出願第６１／２１８，３７７号（名称「ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｕｐｌｅｄＣｏｃｈｌｅａｒＩｍｐｌａｎｔＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓ」、２００９年６月１８日出願、代理人整理番号０２６１６６−００２９００ＵＳ）および米国仮特許出願第６１／２２０，１２４号（名称「ＴｒａｎｓｄｅｒｍａｌＰｈｏｔｏｎｉｃＥｎｅｒｇｙＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅａｎｄＭｅｔｈｏｄｓ」、２００９年６月２４日出願、代理人整理番号０２６１６６−００３３００ＵＳ）の優先権を主張し、これらの出願の全開示は、本明細書に参照により援用される。

（連邦支援の研究開発の下でなされた発明への権利に関する声明）
適用なし。

（１．発明の分野）本発明は、概して、電極を用いた組織刺激に関し、より具体的には、聴力に対する蝸牛の刺激に関する。特に蝸牛インプラントに言及するが、本発明の実施形態は、例えば、筋肉、神経、および神経組織の刺激によって組織が刺激される多くの用途、例えば、パーキンソン病の治療において使用することができる。

組織を刺激するために使用される従来のデバイスは、少なくともいくつかの場合においては、多少侵襲的であり得る。組織を刺激するために使用されるデバイスの一実施例は、蝸牛インプラントであり、それは、蝸牛の神経組織を刺激するために使用されることができる。蝸牛インプラントとともに使用される従来のデバイスのうちの少なくともいくつかは、理想よりも侵襲的であり得る。例えば、少なくともいくつかの場合においては、蝸牛インプラントは、骨の切断に依存し、切断された骨は、手術が理想よりも侵襲的であり得るため、治癒するまでに少なくともある程度の時間がかかり得る。また、骨の切断は、少なくともいくつかの場合においては、骨の脆弱化をもたらす可能性がある。また、従来の蝸牛インプラントのうちの少なくともいくつかは、除去される場合があり、切断された骨は、少なくともいくつかの場合においては、骨の中に少なくとも部分的な間隙を残し得る。また、蝸牛インプラントと関連付けられる回路は、理想よりも多少大きくなり得る。

蝸牛インプラントの外部ドライバへの連結は、多少煩雑であり得、少なくともいくつかの場合においては、あまり理想的ではない場合がある。例えば、従来の蝸牛インプラントは、一対の伝送器および受信器ＲＦコイルを通してエネルギーを伝送することができ、そのようなコイルの使用は、少なくともいくつかの場合においては、多少扱いにくく、あまり理想的ではない可能性がある。例えば、コイルは、整合を必要とする場合があり、一対の磁石がＲＦコイルを整合するために使用されてもよいが、２つの磁石のうちの１つは、側頭骨の中に半永久的に埋め込まれ、それは、少なくともいくつかの場合においては、多少侵襲的であり得る。体内に埋め込まれた磁石がＭＲＩ装置に対して禁忌であるため、磁石は、少なくともいくつかの場合においては、造影前に外科的に除去され得る。蝸牛インプラントは、１８ヵ月の小児に埋め込むことができ、かつ成人に埋め込むことができるため、少なくともいくつかの場合においては、外科的に埋め込まれた磁石がＭＲＩ前の除去、およびＭＲＩ後の再埋込のための第２の手技を必要とし得る、少なくとも合理的な可能性がある。

従来の蝸牛インプラントのうちの少なくともいくつかは、少なくともいくつかの場合においては、あまり理想的ではない知覚音質を生成し得る。例えば、音の定位キューは、人が音を定位し、雑音環境の中で聞くことを可能にし、少なくともいくつかの場合においては、従来の蝸牛インプラントデバイスは、生まれつきの聴力で存在する音の定位キューを提供しない場合がある。また、少なくともいくつかの蝸牛インプラントデバイスを用いて生成される音は、少なくともいくつかの場合においては、少なくとも多少歪んで聞こえる場合がある。

従来の蝸牛インプラントデバイスの欠点のうちの少なくともいくつかを克服する方法において、電流を用いて組織を刺激することが有益であり得る。理想的には、そのようなデバイスは、低侵襲性であり、埋込後に、音の定位キューによる改善された聴力、ならびにより少ない歪みおよびより少ない手術をもたらす。

本発明は、概して、電極を用いた組織刺激に関し、より具体的には、聴力のための蝸牛の刺激に関する。特に蝸牛インプラントに言及するが、本発明の実施形態は、例えば、筋肉、神経、および神経組織の刺激によって組織が刺激される多くの用途、例えば、パーキンソン病の治療において使用することができる。

本発明の実施形態は、従来のデバイスと関連する問題のうちの少なくともいくつかを克服する、電流を用いて組織を刺激するデバイス、システム、および方法を提供する。例えば、出力アセンブリは、骨の除去を低減することができるように、中耳および内耳における配置のためにサイズ決定することができる。また、出力アセンブリは、出力アセンブリが埋め込まれているときに、人がＭＲＩ造影を受けることができるように、実質的に非磁性の材料を備えてもよい。出力アセンブリは、鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定される、少なくとも１つの光検出器、デマルチプレクサ、および電極アレイを備えてもよい。入力トランスデューサアセンブリは、出力アセンブリに多重化光信号を伝送するように構成することができる。例えば、入力アセンブリは、組織除去を低減することができ、かつ該デバイスを骨の除去なしで埋め込むことができるように、鼓膜を通して多重化光信号を伝送するように構成することができる。多重化光信号は、光源および光検出器の非線形性の影響を低減するために、かつ使用者に質の良い音を提供するために、パルス幅変調信号を含んでもよい。例えば、パルス幅変調信号は、蝸牛がパルスを復調し、使用者に伝送される音信号の位相が実質的に維持されるように、聴覚周波数を超える、例えば、少なくとも約２０ｋＨｚを超える周波数を有する、光パルスを含んでもよい。音は、複数のチャネルに対応する複数の周波数を含んでもよく、一連の幅変調パルスは、チャネルのそれぞれに対して決定されてもよい。各チャネルの幅変調パルスは、蝸牛が高周波パルスを、維持される振幅および位相を有する、使用者が知覚可能な音に復調するように、高周波で鼓膜を通して光学的に送達することができる。

第１の側面では、本発明の実施形態は、組織を刺激する方法を提供する。組織を刺激するために、多重化光信号が伝送される。

別の側面では、本発明の実施形態は、使用者の蝸牛に音を伝送する方法を提供し、使用者は、組織を有し、該方法は、使用者が、組織に伝送される多重化光信号に応じて音を聞くように、使用者の組織を通して多重化光信号を伝送するステップを含む。

多くの実施形態では、組織は、鼓膜の組織を含む。

多くの実施形態では、多重化光信号は、中耳で支持される光学構造に伝送され、光学構造は、蝸牛を刺激するための多重化信号の波長を分離するように構成される。

多くの実施形態では、前記光学構造は、中耳に装着される。前述の光学構造は、中耳の腔における配置のために、鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定することができる。

多くの実施形態では、光学構造は、光学フィルタ、光ファイバ、回折格子、エタロン、複数の光ファイバ、導波路、複数の導波路、ミラー、またはプリズムのうちの少なくとも１つを備える。

多くの実施形態では、多重化光信号は、複数のチャネルを備え、該複数の各チャネルは、音の少なくとも１つの周波数に対応する。

多くの実施形態では、複数のチャネルは、少なくとも約１６個のチャネルに対応し、前述の少なくとも１つの周波数は、少なくとも約１６個の周波数に対応する。

多くの実施形態では、多重化光信号は、複数の光源を用いて鼓膜に伝送され、各光源は、前述の光源が前述の少なくとも１つの音の周波数に対応するように、該複数の前述のチャネルに対応する光信号を伝送するように構成される。複数の光源は、少なくとも３つの光源を備えてもよく、少なくとも３つの光源のそれぞれは、別々の光波長を放出するように構成される。

多くの実施形態では、複数のチャネルのそれぞれは、一対の電極に対応し、第１の電流は、第１の幅変調光パルスに応じて、前述の一対の電極間を移動し、第２の電流は、第２の幅変調光パルスに応じて、前述の一対の電極間を移動する。第１の電流は、第２の電流と逆である。第１の電流は、第１のパルスの第１の幅に対応する、第１の量を有し、第２の電流は、第２のパルスの第２の幅に対応する、第２の量を有する。第１のパルスの幅は、整流を阻止し、第１の電極と第２の電極との間の電荷移動の平衡を保つために、第２のパルスの幅に対応する。

多くの実施形態では、第１の光パルスは、第１の検出器に連結される第１の光波長を含み、第２の光パルスは、第２の検出器に連結される第２の光波長を含む。

多くの実施形態では、多重化光信号は、使用者の鼓膜を通して少なくとも１つの光検出器に伝送され、少なくとも１つの光検出器は、中耳に装着され、少なくとも部分的に蝸牛内に配置される電極アレイに連結される。少なくとも１つの光検出器および少なくとも１つの電極アレイは、鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定することができる。

多くの実施形態では、多重化光信号は、波長多重化光信号を含み、波長多重化光信号は、各波長がアレイの電極に対応するように、複数の波長を含む。該複数の各波長は、アレイの電極に対応してもよい。

多くの実施形態では、少なくとも１つの光検出器は、複数の光検出器を含み、該複数の各光検出器は、組織刺激電流が組織刺激波長に応じて電極を通過させられるように、アレイの対応する電極および該複数の対応する波長に連結される。

多くの実施形態では、光学構造は、各検出器に対応するように波長を分離するために、かつ各検出器に対応する各分離した波長が、波長に基づき、前述の各検出器に伝送されるように、使用者の中耳の中に配置される。

多くの実施形態では、複数の光学フィルタは、使用者の中耳の中に配置され、波長は、光学フィルタを用いて分離され、各光学フィルタは、１つの検出器を覆って配置され、前述の１つの検出器に連結される電極に対応する波長を通過させるように構成される。

多くの実施形態では、回折格子が、各電極に対応するように、各検出器の波長を選択するように構成される。

多くの実施形態では、多重化光信号は、時分割多重化信号を含む。時分割多重化信号は、複数のタイムスロットを含んでもよく、該複数の各タイムスロットは、アレイの電極に対応する。時分割多重化信号は、複数のタイムスロットおよびクロック信号を含んでもよく、回路は、各タイムスロットがアレイの少なくとも１つの電極に対応するように、アレイの電極間で、クロック信号を受信し、時分割多重化信号を分割するように、少なくとも１つの光検出器および電極アレイに連結することができる。

多くの実施形態では、各タイムスロットは、電流が、タイムスロットに対応する多重化信号の一部分に応じて、各電極を通過させられるように、音の少なくとも１つの周波数に対応する。時分割多重化信号は、該複数の各タイムスロットが、前述のタイムスロットに対応する電極を通る電流に対応する持続時間を有する、光パルスを有するように、パルス幅変調することができる。

多くの実施形態では、多重化光信号は、蝸牛の中へと延在する、少なくとも１つの光ファイバに伝送される。少なくとも１つの光ファイバは、中耳における切開部を通過するようにサイズ決定することができる。少なくとも１つの光ファイバは、蝸牛の中へと延在する複数の光ファイバを備えてもよく、各ファイバは、音の少なくとも１つの周波数に対応する。各ファイバは、音の少なくとも１つの周波数に応じて、対応する周波数範囲に対応する蝸牛の所定の位置において、蝸牛を刺激するように構成することができる。

多くの実施形態では、多重化光信号は、鼓膜における開口部または窓のうちの少なくとも１つを通して伝送される。

多くの実施形態では、電極アレイ、少なくとも１つの光検出器、およびデマルチプレクサは、使用者に埋め込まれているときのＭＲＩ造影のために構成される、実質的に非磁性の材料を備える。

多くの実施形態では、音は、位相を含み、光信号は、少なくとも約１０ｋＨｚの周波数で伝送される、幅変調光パルスを含む。各光パルスは、蝸牛が光パルスを復調し、音の位相が維持されるように、蝸牛内で電流を生成する。

多くの実施形態では、幅変調光パルスは、各チャネルに対する一連の幅変調パルスを含み、前述の各チャネルの一連の幅変調パルスは、使用者が音を聞くときに、音の位相を維持するように、少なくとも約１０ｋＨｚの周波数を含む。前述の各一連の周波数は、使用者が音を聞くときに、音の位相を維持するように、少なくとも約２０ｋＨｚを含んでもよい。複数のチャネルは、少なくとも約８つのチャネルを備えてもよく、幅変調光パルスの周波数は、少なくとも約１６０ｋＨｚを含む。

多くの実施形態では、各チャネルの一連の幅変調パルスのパルスは、パルスのパケットのシーケンスを形成するように組み合わされ、各パケットは、各一連からの１つのパルスを含む。

多くの実施形態では、少なくとも１つの光検出器は、鼓膜の後方部分を通して多重化光信号を受信するように、中耳腔の中に配置される。

別の側面では、本発明の実施形態は、組織を刺激するためのシステムを提供する。複数の電極は、少なくとも部分的に組織内の配置のために構成される。回路は、源から信号を受信するように構成される。少なくとも１つの光源は、回路に連結され、複数の光パルスを含む多重化光信号を放出するように構成される。少なくとも１つの光検出器は、組織を刺激するために、多重化光を受信し、光パルスに応じて、電極に電流を通すように構成される。

別の側面では、本発明の実施形態は、使用者に音声信号を伝送するためのシステムを提供する。電極アレイは、少なくとも部分的に使用者の蝸牛内の配置のために構成される、複数の電極を備える。回路は、音源から音声信号を受信するように構成される。少なくとも１つの光源は、回路に連結され、複数の光パルスを含む多重化光信号を放出するように構成される。少なくとも１つの検出器は、多重化光を受信し、光パルスに応じて、電極に電流を通すように構成される。

多くの実施形態では、回路は、複数の光パルスの幅を決定するように構成され、各光パルスは、アレイの電極に対応し、前述の各光パルスの幅は、アレイの前述の対応する電極を通る電流の量に対応する。

多くの実施形態では、回路は、音声信号の周波数を決定するように構成され、周波数は、アレイの電極に対応し、回路は、周波数のうちの１つ以上に応じて、各パルスの幅を決定するように構成される。

多くの実施形態では、少なくとも１つの光源は、複数の光源を備え、各光源は、アレイの１つの電極に対応する。複数の光源のそれぞれは、該複数の他の光源の波長から実質的に分離される波長を含む、光を放出するように構成することができる。

多くの実施形態では、複数の光源は、少なくとも３つの光源を備え、電極アレイは、少なくとも３つの電極を備え、少なくとも３つの光源のそれぞれは、アレイの少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する。少なくとも３つの光源のそれぞれは、少なくとも３つの光源の他から実質的に分離される波長を含む、光を放出するように構成することができ、各源の波長は、少なくとも３つのうちの１つの電極に対応する。

多くの実施形態では、少なくとも１つの検出器は、複数の検出器を備え、該複数の各検出器は、アレイの１つの電極に対応する。

多くの実施形態では、複数の光検出器は、少なくとも３つの光検出器を備え、電極アレイは、少なくとも３つの電極を備え、少なくとも３つの光検出器のそれぞれは、アレイの少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する。

多くの実施形態では、光学構造は、多重化光信号を受信するように構成され、光学構造は、中耳における配置のために構成され、光学構造は、多重化信号の波長を選択するように構成される。前述の光学構造は、中耳における配置のために、鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定することができ、電極アレイは、蝸牛の円形の窓を通して、少なくとも部分的に蝸牛の内側の配置のためにサイズ決定される。

多くの実施形態では、光学構造は、光学フィルタ、回折格子、エタロン、複数の光ファイバ、またはプリズムのうちの少なくとも１つを備える。

多くの実施形態では、多重化光信号は、複数の光チャネルを備え、該複数の各光チャネルは、音の少なくとも１つの周波数に対応する。複数の光チャネルは、少なくとも約１６個のチャネルに対応してもよく、前述の少なくとも１つの周波数は、少なくとも約１６個の周波数に対応する。

細長い光伝送構造は、少なくとも部分的に使用者の外耳道内の配置のために構成され、細長い光伝送構造は、鼓膜を通して多重化光信号を伝送するように構成される。

多くの実施形態では、多重化光信号は、使用者の鼓膜を通して、少なくとも１つの光検出器に伝送され、少なくとも１つの光検出器は、中耳に装着され、少なくとも部分的に蝸牛内に配置される電極アレイに連結される。

多くの実施形態では、少なくとも１つの光検出器および電極アレイは、鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定される。

多くの実施形態では、多重化光信号は、波長多重化光信号を含み、波長多重化光信号は、各波長がアレイの電極に対応するように、複数の波長を含む。該複数の各波長は、アレイの電極に対応してもよい。複数の波長は、少なくとも３つの波長を含んでもよく、複数の電極は、少なくとも３つの電極を備え、該複数の各波長は、少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する。

多くの実施形態では、回路は、アレイの電極に対応するように、一連の光パルスを伝送するように構成される。

多くの実施形態では、該一連は、複数のパルス含み、該複数の各パルスは、該複数のうちの１つの電極に対応する。

多くの実施形態では、複数の電極は、少なくとも３つの電極を備え、該一連は、少なくとも３つのパルスを含み、少なくとも３つのパルスの各パルスは、少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する。

多くの実施形態では、該一連は、タイミングパルスを含む。タイミングパルスは、実質的に一定の幅を含んでもよく、タイミングパルスは、複数の電極に連結される回路に電力供給するためのエネルギーを含む。スイッチング回路は、該一連の各パルスが該複数のうちの１つの電極に対応するように、タイミングパルスに応じて、該複数の各電極を少なくとも１つの検出器に連続的に連結するように、少なくとも１つの検出器に連結することができる。一連のパルスは、パルスの所定の順序およびタイミングを含んでもよく、スイッチング回路は、該一連のパルスに対応するように、スイッチを開放および閉鎖するように、スイッチに連結されるタイマを備えてもよい。

多くの実施形態では、該一連は、少なくとも３つのパルスを含み、スイッチング回路は、該一連の各パルスが該複数のうちの１つの電極に対応するように、少なくとも１つの検出器を少なくとも３つの各電極に連続的に連結するように構成される。

多くの実施形態では、複数のチャネルのそれぞれは、一対の電極に対応し、第１の電流は、第１の幅変調光パルスに応じて、前述の一対の電極間を移動し、第２の電流は、第２の幅変調光パルスに応じて、前述の一対の電極間を移動し、第１の電流は、第２の電流と逆であり、第１の電流は、第２の電流と逆であり、第１の電流は、第１のパルスの第１の幅に対応する第１の量を有し、第２の電流は、第２のパルスの第２の幅に対応する第２の量を有し、第１のパルスの幅は、整流を阻止し、第１の電極と第２の電極との間の電荷移動の平衡を保つために、第２のパルスの幅に対応する。

多くの実施形態では、第１の光パルスは、前述の一対の電極に連結される第１の検出器に連結される、第１の光波長を含み、第２の光パルスは、前述の一対の電極に連結される第２の検出器に連結される、第２の光波長を含む。第１の検出器は、第２の検出器の反対の前述の一対の電極に連結される。各チャネルは、一対の電極に対応してもよく、第１の検出器は、第２の検出器の反対の一対の電極に連結され、例えば、少なくとも約８つのチャネルは、１６個の検出器に連結される、８対の電極に対応する。

多くの実施形態では、音は、位相を含み、光信号は、少なくとも約１０ｋＨｚの周波数で伝送される、幅変調光パルスを含み、各光パルスは、蝸牛が光パルスを復調し、音の位相が維持されるように、蝸牛内で電流を生成する。幅変調光パルスは、各チャネルに対する一連の幅変調パルスを含んでもよく、前述の各チャネルの一連の幅変調パルスは、使用者が音を聞くときに、音の位相を維持するように、少なくとも約１０ｋＨｚの周波数を含む。

多くの実施形態では、前述の各一連の周波数は、使用者が音を聞くときに、音の位相を維持するために少なくとも約２０ｋＨｚを含む。

多くの実施形態では、複数のチャネルは、少なくとも約８つのチャネルを備えてもよく、幅変調光パルスの周波数は、少なくとも約１６０ｋＨｚを含む。

別の側面では、本発明の実施形態は、使用者のための人工聴覚を提供する方法を提供する。使用者の鼓膜が切開され、鼓膜は、輪を含む。電極アレイ、少なくとも１つの光検出器、およびデマルチプレクサは、切開部を通過させられる。例えば、出力アセンブリは、電極アレイ、少なくとも１つの光検出器、およびデマルチプレクサを備えてもよく、出力アセンブリは、切開部に通すことができる。

多くの実施形態では、切開部は、少なくとも部分的に輪を通って延在する。

多くの実施形態では、鼓膜は、電極アレイ、デマルチプレクサ、および少なくとも１つの光検出器を切開部に通すように、外耳道の片側に配置される。

多くの実施形態では、少なくとも１つの検出器およびデマルチプレクサは、使用者の中耳に装着される。

多くの実施形態では、電極アレイは、少なくとも部分的に円形の窓を通して配置され、少なくとも１つの検出器およびデマルチプレクサは、使用者の中耳の中に配置される。

多くの実施形態では、少なくとも１つの光検出器は、少なくとも３つの光検出器を備える。

多くの実施形態では、デマルチプレクサは、光デマルチプレクサを備える。光デマルチプレクサは、少なくとも３つの光波長を分離するために、少なくとも３つのフィルタを備えてもよい。

多くの実施形態では、デマルチプレクサは、スイッチング回路およびタイマを備える。

多くの実施形態では、切開部を通過させられる電極アレイ、少なくとも１つの光検出器、およびデマルチプレクサは、ＭＲＩ造影のために構成される実質的に非磁性の材料を備える。

多くの実施形態では、少なくとも１つの光検出器は、鼓膜の後方部分を通して伝送される光エネルギーを受信するように、中耳腔の中に配置される。

別の側面では、本発明の実施形態は、組織を刺激するためのデバイスを提供する。該デバイスは、多重化光信号を生成するための手段、および光信号に応じて、組織を刺激するための手段を備える。光信号を生成するための手段は、本明細書に記載するような多重化光信号を生成するための入力アセンブリの構造のうちの１つ以上を備えてもよく、組織を刺激するための手段は、本明細書に記載するような対応する機能を有する出力アセンブリの構造のうちの１つ以上を備えてもよい。

図１Ａは、本発明の実施形態に従う、耳後部ユニットを備える、光学的に連結された蝸牛インプラントシステムを示す。図１Ａ１は、本発明の実施形態に従う、外耳道モジュールを備える、光学的に連結された蝸牛インプラントシステムを示す。図１Ａ２は、実施形態に従う、外耳道から中耳腔の中を見る内側図から分かるように、鼓膜の後方部分を通して連結するために、中耳腔の中に配置される光検出器と、円形の窓を通して蝸牛の中へ延在する電極アレイとを有する、光学的に連結された出力トランスデューサアセンブリを示す。図１Ｂは、本発明の実施形態に従う、多重化光信号を放出するように構成される、入力トランスデューサアセンブリを示す。図２Ａは、本発明の実施形態に従う、波長多重化光信号を放出するように構成される、入力トランスデューサアセンブリを示す。図２Ａ１は、図２Ａにあるような波長多重化光信号の別々の光波長を含む、光パルスを示す。図２Ａ２は、図２Ａにあるような別々の光波長を有する、複数の光源からの光を波長多重化するように構成される、光マルチプレクサを示す。図２Ｂは、図２Ａにあるような入力トランスデューサアセンブリと連結するように構成される光デマルチプレクサを備える、出力トランスデューサアセンブリを示す。図２Ｃは、実施形態に従う、光学フィルタと、検出器のアレイとを備える光デマルチプレクサを備える、出力トランスデューサアセンブリを示す。図２Ｃ１は、実施形態に従う、第１の波長を含む第１の光パルスおよび第２の波長を含む第２の光パルスに応じて、少なくとも二相のパルスを提供するための、図２Ｃの出力トランスデューサアセンブリのチャネルの回路を示す。図３Ａは、本発明の実施形態に従う、時分割多重化光信号を放出するように構成される、入力トランスデューサアセンブリを示す。図３Ａ１は、図３Ａにあるような時分割多重化光信号の一連のパルスを含む、光パルスを示す。図３Ａ２は、図３Ａにあるような時分割多重化光信号の一連のパルスのクロックパルスを示す。図３Ｂは、図３Ａにあるような入力トランスデューサアセンブリとともに使用するために構成される、出力トランスデューサアセンブリを示す。図４は、実施形態に従う、三相パルス幅変調パルスを示す。図５Ａは、実施形態に従う、蝸牛の高周波刺激を用いた、チャネル間で音声信号の位相を実質的に維持するための、帯域通過フィルタリングおよびパルス幅変調を用いたチャネル変換への信号を示す。図５Ｂは、図５Ａにあるような音声信号の位相を実質的に維持するための、蝸牛の高周波刺激のためのチャネルのパルスを示す。図６は、実施形態に従う、鼓膜を通した光伝送を決定するための、実験的設定を示す。

ここで使用される光は、赤外光、可視光、および紫外線光を包含する。

図１Ａは、入力トランスデューサアセンブリ２０および出力アセンブリ３０を備える、光学的に連結された蝸牛インプラントシステム１０を示す。入力トランスデューサアセンブリ２０は、耳後部ユニット（以下、「ＢＴＥ」）を備えてもよい。ＢＴＥユニットは、ＢＴＥユニットが見えることを低減するために、使用者の耳介Ｐの後部に配置することができる。ＢＴＥユニットは、信号を処理および入力するために使用される電子機器を収納することができる。入力トランスデューサ、例えば、マイクロホン２２は、ＢＴＥユニットに連結され、ＢＴＥユニットに音声信号を伝送することができる。ＢＴＥは、入力信号を多重化光信号λ_Ｍに変換することができる。ＢＴＥユニットは、光源を収納してもよく、光源は、多重化光信号λ_Ｍを放出するために、光伝送構造１２に連結することができる。光伝送構造１２は、ＢＴＥから外耳道ＥＣの中へと延在することができる。光伝送構造１２は、マイクロホン２２を支持してもよい。マイクロホン２２は、音の定位キューを検出するために、多くの位置、例えば、外耳道内または外耳道開口部付近に配置することができる。あるいは、マイクロホンは、外耳道の上に配置されてもよい。入力トランスデューサは、雑音消去のために、ＢＴＥユニット上に配置される第２のマイクロホンを備えてもよい。入力される音は、ブルートゥース接続からの音を含んでもよく、ＢＴＥは、例えば、携帯電話と連結するための回路を備えてもよい。

出力アセンブリ３０は、使用者の中耳および内耳における配置のために構成される。出力アセンブリ３０は、多重化光信号λ_Ｍを受信するように構成される、少なくとも１つの検出器３４を備える。出力アセンブリは、多重化光信号λ_Ｍに応じて、蝸牛を刺激するために、少なくとも１つの検出器３４に連結される、電極アレイ３２を備える。電極アレイは、複数の電極３２Ｅ、例えば、１６対の電極を備える。出力アセンブリ３０は、光信号を逆多重化するために、少なくとも１つの検出器に連結されるデマルチプレクサを備えてもよい。多重化光信号は、例えば、時分割多重化光信号または波長多重化光信号を含んでもよい。デマルチプレクサは、光信号を逆多重化し、蝸牛の組織を刺激するための構造を備える。デマルチプレクサは、多重化光信号のパルスがアレイの電極に対応するように、アレイの電極で多重化光信号のパルスを連結するように構成することができる。

出力アセンブリ３０は、出力アセンブリ３０が患者に埋め込まれているときのＭＲＩ造影との使用のために構成されるように、多くの既知の生体適合性および実質的に非磁性の材料を備えてもよい。例えば、電極アレイ３２は、プラチナ、チタン、ニッケル、またはニチノールのうちの少なくとも１つ等、実質的に非磁性の導電性金属を備えてもよい。電極アレイは、生体適合性、実質的に非磁性の筐体材料、例えば、シリコーンエラストマー、生体適合性プラスチック、またはヒドロゲルのうちの少なくとも１つを備えてもよい。

電極アレイ３２Ｅおよび少なくとも１つの光検出器３４は、蝸牛を刺激するように、多くの方法で構成することができる。例えば、電極は、単相パルスのために光検出器に連結することができる。電極アレイは、第１の方向の第１の電流に対応する第１のパルス、および第２の方向の第２のパルスに対応する第２のパルスを有する、二相パルスを含んでもよい。第１の方向に対応する第１のパルスの光エネルギーは、第１の量の光エネルギーを含んでもよく、第２の方向に対応する第２の光パルスは、第２の量の光エネルギーを含んでもよく、第１の量の光エネルギーおよび第２の量の光エネルギーは、例えば、電極の度重なる充電を低減するために、ならびに／または整流および電極による電荷移動を阻止するために、実質的に同様であってもよい。電極アレイの対応する回路は、音声信号を伝送し、蝸牛を多くの種類のパルス、例えば、三相パルスで刺激するように構成することができる。各チャネルの光パルスは、電極の対の第１の極性に対応する第１の幅変調光パルス、および第１の光パルスと逆の電極の対の第２の極性に対応する第２の幅変調光パルスを有する、一対のパルス幅変調光パルスを含んでもよい。例えば、第１の幅変調光パルスは、第１の波長を有してもよく、第２の幅変調光パルスは、第２の波長を有してもよい。

図１Ａ１は、外耳道モジュール（以下、「ＥＣＭ」）を備える、光学的に連結された蝸牛インプラントシステムを示す。ＥＣＭは、ＢＴＥユニットの構成要素の多くを備えてもよく、逆もまた同様である。ＥＣＭは、使用者の外耳道ＥＣの型から形状決定されてもよい。回路（ＣＲ）は、マイクロホン２２に連結することができる。回路は、サウンドプロセッサを備えてもよい。ＥＣＭは、電気エネルギーを蓄積するように構成される、エネルギー蓄積デバイスＰＳを備えてもよい。蓄積デバイスは、バッテリ、再充電可能バッテリ、キャパシタ、スーパーキャパシタ、または電気化学二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）のうちの少なくとも１つ等、多くの既知の蓄積デバイスを備えてもよい。ＥＣＭは、例えば、再充電のために、または使用者の就寝中に取り外すことができる。ＥＣＭは、閉鎖を低減するために、空気を通すためのチャネル２９を備えてもよい。空気はチャネル２９を通過させられるが、フィードバックは、蝸牛の電気および非音響刺激のため、実質的に存在しない。

エネルギー蓄積デバイスＰＳは、多くの方法で再充電することが可能である、再充電可能エネルギー蓄積デバイスを備えてもよい。例えば、エネルギー蓄積デバイスは、迅速な充電のために、スーパーキャパシタに連結されるコネクタにプラグを差し込んで、充電されてもよい。あるいは、エネルギー蓄積デバイスは、誘導コイルで、または光検出器ＰＶで充電されてもよい。光検出器、検出器ＰＶは、光検出器が外耳道ＥＣに入る光に曝露されるように、ＥＣＭの近位端に配置されてもよい。光検出器ＰＶは、エネルギー蓄積デバイスＰＳを充電するために、エネルギー蓄積デバイスＰＳに連結することができる。光検出器は、多くの検出器、例えば、前述のようなブラックシリコンを備えてもよい。エネルギー蓄積デバイスＰＳが、ＥＣＭが外耳道から取り外されているときに、使用者が交換することができるバッテリを備えてもよいため、再充電可能エネルギー蓄積デバイスは、単に便宜上、提供することができる。

光検出器ＰＶは、結晶シリコン、アモルファスシリコン、マイクロモルファスシリコン、ブラックシリコン、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウムガリウム等の少なくとも１つの光起電材料を備えてもよい。いくつかの実施形態では、光検出器ＰＶは、例えば、米国特許第７，３５４，７９２号および第７，３９０，６８９号に記載され、ＳｉＯｎｙｘ，Ｉｎｃ．（Ｂｅｖｅｒｌｙ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から入手可能なブラックシリコンを備えてもよい。ブラックシリコンは、対象となる半導体を千兆分の１秒ほど短い高強度パルスに曝露するフェムト秒レーザー等、高強度レーザーによって照射される材料中で起こる原子レベルの変化を利用する半導体プロセスで製造される、浅接合フォトニクスを備えてもよい。これらの強力な局在化エネルギー事象を受ける結晶質材料は、基板が再結晶化するにつれて、原子構造が瞬時に不規則になり、新しい化合物が「閉じ込められる」ように、変換させる力のある変化を受けてもよい。シリコンに印加されるとき、結果は、従来の半導体材料より何倍も感光性のある、高度にドープされた、光学的に不透明な浅接合接触面であり得る。聴覚デバイスのための光起電トランスデューサは、「ＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＨｅａｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓＷｉｔｈＣｏｍｂｉｎｅｄＰｏｗｅｒａｎｄＳｉｇｎａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ」と題する、米国特許出願第６１／０７３，２７１号（代理人整理番号０２６１６６−００１８００米国）、および「ＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＨｅａｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈＳｅｐａｒａｔｅＰｏｗｅｒａｎｄＳｉｇｎａｌ」と題する、米国特許出願第６１／０７３，２８１号（代理人整理番号０２６１６６−００１９００米国）にも詳細に記載され、それらの全開示は、参照により本明細書にすでに組み込まれ、本明細書に記載するようないくつかの実施形態に従う組み合わせに好適であり得る。

ＢＴＥは、ＥＣＭの構成要素の多く、例えば、前述のような光検出器ＰＶ、エネルギー蓄積デバイスＰＳ、プロセッサ、および回路を備えてもよい。

図１Ａ２は、外耳道から鼓膜ＴＭを通して中耳腔の中を見る内側図から分かるように、鼓膜ＴＭの後方部分を通して光学的に連結するために、中耳腔の中に配置される、少なくとも１つの光検出器３４と、円形の窓ＲＷを通して蝸牛の中へ延在する、電極アレイ３２Ｅとを有する、光学的に連結された出力トランスデューサアセンブリ３０を示す。出力アセンブリ３０は、少なくとも１つの光検出器３４が鼓膜ＴＭの後方部分を通して伝送される光エネルギーを受信するように配向されるように、例えば、取付構造３６を用いて、岬角ＰＲ上に配置される。少なくとも１つの光検出器３４の位置および配向は、光エネルギーが、電極アレイ３２Ｅを用いて蝸牛を刺激するために、鼓膜を通して伝送されるときに、実質的に一定のままであってもよい。したがって、少なくとも光検出器３４に入射する光エネルギーの移行の光結合効率は、少なくとも１つの光検出器の動作による音響の歪みが実質的に阻止されるように、実質的に一定のままである。例えば、少なくとも１つの光検出器は、光を用いて、鼓膜ＴＭを通して電力および信号を伝送するために、光を、鼓膜ＴＭを通して外耳道ＥＣから伝送することができるように、鼓膜ＴＭを通して見える、前述のような少なくとも１つの光検出器ＰＶを備えてもよい。例えば、光エネルギーは、例えば、本明細書で以下に記載するように、結合効率を増加させるために、鼓膜の後方部分を通して、例えば、後方／下方部分を通して伝送することができる。

図１Ｂは、多重化光信号を放出するように構成される、入力トランスデューサアセンブリ２０を示す。入力トランスデューサアセンブリの構成要素は、ＢＴＥユニットもしくはＥＣＭ、またはそれらの組み合わせに収納されてもよい。マイクロホン２２は、サウンドプロセッサに連結される。サウンドプロセッサは、多くの市販のサウンドプロセッサのうちの１つ以上を備えてもよい。サウンドプロセッサは、その中に統合されるコンピュータプログラムの命令を記憶するための有形媒体を備える。サウンドプロセッサは、マルチバンド周波数／チャネル変換器を備えてもよく、またはそれに連結されてもよい。周波数／チャネル変換器は、使用者が音声信号の音を感知するように、音声信号の周波数を、電気刺激のための、蝸牛の位置に対応するフィルタリングされた音のチャネルに変換することができる。各チャネルに対するフィルタは、各チャネルの周波数が、蝸牛の長さに沿った領域を刺激するための周波数範囲に対応するように、帯域通過フィルタを備えてもよい。入力アセンブリの回路は、パルス幅変調（以下、「ＰＷＭ」）回路を備えてもよい。ＰＷＭ回路は、アレイの電極のうちの１つに対応する、各光パルスの幅を決定するように構成することができる。光パルスの幅は、光パルスに連結される電極に対応する音の周波数に応じて、決定することができる。例えば、光パルスの幅は、変調の実施形態を有する多くのパルスが使用され得るが、シグマデルタパルス幅変調を有するチャネルのそれぞれに対して決定することができる。マルチプレクサＭＵＸおよびエミッタをＰＷＭ回路に連結することができる。

エミッタは、少なくとも１つの光源を備える。少なくとも１つの光源は、ＰＷＭ回路によって決定される持続時間を有する光のパルスを放出する。パルスの幅は、パルスの持続時間を指す。連続多重化では、少なくとも１つの光源は、単一の光源を備えてもよく、パルスのタイミングは、マルチプレクサによって決定される。光多重化では、少なくとも１つの光源は、複数の光源、例えば、少なくとも３つの光源を備えてもよい。複数の光源は、実質的に同時に光パルスを放出するように構成することができる。あるいは、複数の光源は、複数の光源のピーク電力消費を減少させるために、連続的に光パルスを放出するように構成することができる。

エミッタは、光伝送構造１２に連結される。光伝送構造は、ＥＣＭの中に光ファイバ、複数の光ファイバ、窓、または開口部を備えてもよい。光は、他の組織、例えば、光を伝送するために骨の中に開口部が形成された骨を通して伝送することができるが、多重化光は、光伝送構造１２から組織、例えば、鼓膜ＴＭの組織に向かって伝送される。

図２Ａは、波長多重化光信号を放出するように構成される、入力トランスデューサアセンブリ２０を示す。サウンドプロセッサは、音声信号の周波数を決定することができる。マルチバンドのフィルタリングされた音声信号は、周波数／波長変換器を用いて、電極アレイのチャネルおよび対応する波長に変換することができる（周波数／λ）。各波長に対する各パルスの幅は、複数の波長、例えば、少なくとも３つの波長に対して決定される。１６個の波長が示されているが、さらに多くのチャネル、例えば、最大で３２個を刺激することができる。複数の光源は、第１の波長λ１を放出するように構成される、第１の光源、第２の波長λ２を放出するように構成される、第２の光源、第３の波長λ３を放出するように構成される、第３の光源、・・・および第１６の波長λ１６を放出するように構成される、第１６の光源を備える。各源からの光は、光マルチプレクサに放出される。光マルチプレクサは、多くの既知の光多重化方法を含んでもよい。例えば、光マルチプレクサは、回折格子、エタロン、プリズム、光ファイバ、導波路、ナノ構造、または複数の光ファイバのうちの少なくとも１つを備えてもよい。

サウンドプロセッサは、例えば、前述のように多くの方法で構成することができ、各チャネルの音声信号を決定するために、複数の帯域通過フィルタＢＰＦを備えてもよい。例えば、マルチバンドのフィルタリングされた音声信号は、複数の帯域通過フィルタリングされた音声信号を含んでもよく、各帯域通過フィルタリングされた音声信号は、チャネルに対して伝送される信号が帯域通過フィルタリングされたチャネルを備えるように、対応するチャネルを有する。各チャネルに対する帯域通過フィルタは、デジタル帯域通過フィルタまたはアナログ帯域通過フィルタのうちの１つ以上を備えてもよい。例えば、サウンドプロセッサは、各チャネルがチャネルの周波数に対応する、デジタル処理でフィルタリングされた周波数帯域を含むように、各チャネルに対する信号を決定するように、音信号を帯域通過フィルタリングするために、その上に統合されるコンピュータプログラムの命令を有する、有形媒体を備えてもよい。入力トランスデューサアセンブリ２０の複数の帯域通過フィルタＢＰＦは、例えば、サウンドプロセッサのサブプロセッサまたはサブルーチン等、サウンドプロセッサの構成要素を備えてもよい。あるいは、または組み合わせて、複数の帯域フィルタＢＰＦは、専用プロセッサ等の別個の回路を備えてもよい。

図２Ａ１は、図２Ａにあるような波長多重化光信号の別々の光波長を含む、光パルスを示す。第１のパルスＰ１は、第１の光波長および第１の幅Ｗ１を含む。第２のパルスＰ２は、第２の光波長および第２の幅を含む。第３のパルスＰ３は、第３の光波長および第３の幅を含む。第４のパルスＰ４は、第４の光波長および第４の幅を含む。さらなるパルス、例えば、合計で１６個以上のパルスを伝送することができる。光パルスを同時に伝送することができるが、光パルスは、例えば、本明細書で以下の図３Ａ１を参照して記載されるように、例えば、ピーク電力消費を減少させるために、連続的に伝送されてもよい。

パルスのそれぞれは、アレイの１つの電極またはアレイの一対の電極に対応するために、デマルチプレクサを用いてパルスを分離することができるように、実質的に別々の光パルスを含む。各源の波長は、レーザーの波長を含んでもよく、レーザーの波長は、レーザービームの帯域幅に対応する。

図２Ａ２は、図２Ａおよび２Ａ１にあるような別々の波長を有する、複数の光源からの光を多重化するように構成される、光マルチプレクサを示す。源からの光は、例えば、光学構造回折格子に向かって放出し、光伝送構造１２と組み合わせることができる。多重化信号は、光伝送構造１２に沿って出力アセンブリ３０に向かって移動することができる。多重化光信号の各チャネルに対する光は、光源のピーク電力消費を減少させるために、各源から連続的に放出することができる。例えば、チャネルのうちの１つに対応する光源のそれぞれが、パケットの対応するパルス幅変調光信号を放出するまで、第１の光源は、パケットの第１の光パルスを放出することができ、続いて、第２の光源が、パケットの第２の光源を放出することができる。多くの実施形態では、各光源は、光マルチプレクサの他の光源が光を放出しないとき、レーザー光を放出する。したがって、光源の連続的な使用は、電力蓄積デバイスが光源のそれぞれに十分な電気エネルギーを提供することができることを確実にすることができる。

図２Ｂは、図２Ａにあるような入力トランスデューサアセンブリと連結するように構成される、出力トランスデューサアセンブリを示す。出力トランスデューサアセンブリは、多重化光信号を受信するように構成される、少なくとも１つの検出器３４を備える。少なくとも１つの検出器は、第１の光検出器ＰＤ１、第２の光検出器ＰＤ２、第３の光検出器ＰＤ３、・・・および第１６の光検出器ＰＤ１６等、複数の検出器を備えてもよい。さらなる、またはより少ない光検出器が使用されてもよく、前述のような多くの既知の材料を備えてもよい。光マルチプレクサは、多重化信号ビームを受信し、多重化光信号を分離するように配置することができる。光デマルチプレクサは、前述のようなプリズム、回折格子、ミラー、光ファイバ、導波路、ナノ構造等の多くの既知の光学素子を備えてもよい。

多重化光信号は、組織を通して伝送することができる。例えば、多重化光信号は、使用者の鼓膜ＴＭを通して伝送することができる。あるいは、または組み合わせて、多重化光信号は、鼓膜の中に形成される窓ＷＩ、または鼓膜の中に形成される開口部ｔを通して伝送することができる。窓は、多重化光信号のコヒーレンスおよび波面特性を維持するのに有用であり得る。しかしながら、多くの実施形態は、鼓膜の中にそのような構造を有しない。

図２Ｃは、光学フィルタと、検出器のアレイとを備える光デマルチプレクサを備える、出力トランスデューサアセンブリ３０を示す。少なくとも１つの検出器３４は、検出器のアレイを備えてもよい。検出器のアレイは、第１の検出器ＰＤ１、第２の検出器ＰＤ２、第３の検出器ＰＤ３、・・・および第１６の検出器ＰＤ１６を備える。例えば、３２個の検出器等、さらなる、またはより少ない検出器をアレイの中に含むことができる。光マルチプレクサは、各検出器に伝送される光をフィルタリングするために、各検出器の前部に配置される光学フィルタを備えてもよい。光マルチプレクサは、第１の光学フィルタＦ１、第２の光学フィルタＦ２、第３の光学フィルタＦ３、・・・および第１６の光学フィルタＦ１６を備えてもよい。この構成は、光を各検出器に伝送されるチャネルに分離することができる。例えば、各フィルタは、他のフィルタによって伝送される光波長から実質的に分離する、光波長を伝送することができる。電極のアレイは、第１の電極Ｅ１、第２の電極Ｅ２、第３の電極Ｅ３、・・・および第１６の電極Ｅ１６を備える。電極のそれぞれは、一対の電極、例えば、１６対の電極を備えてもよい。

検出器のそれぞれは、電極アレイの対応する電極に連結される。第１の検出器ＰＤ１は、第１のチャネルを備えるために、第１の電極Ｅ１に連結される。第２の検出器ＰＤ２は、第２のチャネルを備えるために、第２の電極Ｅ２に連結される。第３の検出器ＰＤ３は、第３のチャネルを備えるために、第３の電極Ｅ３に連結される。出力アセンブリは、さらなるチャネルを備えてもよい。例えば、第１６の検出器Ｄ１６は、第１６のチャネルを備えるために、第１６の電極Ｅ１６に連結される。さらなる、またはより少ないチャネルを提供することができる。

電極３２Ｅを用いた蝸牛の電気刺激によるラウドネスの知覚は、蝸牛の位置、パルス幅（持続時間）、およびパルスの高さ（強度）を含む多くの要因によって決まり得る。例えば、５０ｕｓであるパルスに関して、電流は、非常に大きな音に対して、２００ｕＡくらい高くてもよい。小さい音に対しては、たった１０ｕＡのパルスが十分であり得る。パルスの幅の増加は、必要とされる電流の振幅を減少させることができる。

光検出器は、４ｍｍ^２の検出器を用いて、１ｍＡを超える電流を生成するように構成することができる。実施例としては、Ｓｉ検出器およびＩｎＧａＡｓ検出器が挙げられる。十分な電流は、検出器面積、パルス幅、検出器効率、および検出器上の光ビームの強度に基づき、対応する検出器に接続される複数の電極に対して生成することができる。本明細書に記載する教示に基づき、当業者は、小から大の音のフルスペクトルを提供するように、光検出器のサイズ、光パルスの強度および持続時間を経験的に決定することができる。

聴神経の刺激は、パルスのそれぞれの立ち上がり時間が重要ではないように、低域通過フィルタリングすることができる。各電極のコード化は、多くの種類のコード化のうちの１つ以上、例えば、Ｄ級増幅器コード化を含んでもよい。

電極アレイ３２Ｅおよび少なくとも１つの光検出器３４は、単相パルスまたは二相パルスで蝸牛を刺激するように、多くの方法で構成することができる。例えば、二相パルスのために構成される１６個の電極の対の場合、検出器は、３２個の検出器に対応する１６対の検出器を備えてもよい。例えば、各一対の電極は、２つの光検出器に連結することができ、２つの光検出器は、第１の検出器への第１の光パルスが、第１の方向の電極間に第１の電流を生成し、第２の検出器への第２の光パルスが、第１の電流と逆の２つの電極間に第２の電流を生成するように、逆極性を有する電極に連結される。電極アレイの回路は、例えば、三相パルスを送達するように構成することができる。三相パルスは、第１の極性の第１の電流パルス、第１の極性の第２の電流パルス、および第２の負極性の第３の電流パルスを含んでもよく、電流パルスおよび第２の電流パルスで送達される電荷は、３つのパルスで送達される全体の電荷がほぼ平衡であるように、第３の電流パルスの電荷に近似する。少なくとも二相の光パルスは、電極の対のそれぞれの電荷蓄積を減少させるために、移動させる電荷の量の平衡を保つことができる。

図２Ｃ１は、第１の波長を含む第１の光パルスおよび第２の波長を含む第２の光パルスに応じて、少なくとも二相のパルスを提供するための、図２Ｃの出力トランスデューサアセンブリのチャネルの回路を示す。第１のチャネルＣ１は、第１の光検出器ＰＤ１および第２の光検出器ＰＤ１を備える第１の一対の光検出器、ならびに第１の電極Ｅ１および第２の電極Ｅ２を備える第１の一対の電極を備える、および／またはそれに対応してもよい。第１の電極および第２の電極の両極性構成を備えるために、第１の光検出器ＰＤ１は、第１の極性を有する電極Ｅ１および電極Ｅ２に連結することができ、第２の光検出器ＰＤ２は、第１の極性と逆の第２の極性を有する電極Ｅ１および電極Ｅ２に連結することができる。第１の波長λ１の第１の光パルスＰ１は、第１の方向で電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に電流を生成することができ、第２の波長λ２の第２の光パルスＰ２は、第１の方向と逆の第２の方向で電極Ｅ１と電極Ｅ２との間に電流を生成することができる。光パルスの幅は、電極間の電荷の平衡を保ち、電荷移動、例えば、整流を阻止するようにサイズ決定することができる。さらなる電極を備えるさらなるチャネルを提供することができる。例えば、両極性構成で１６個の電極を備える８対を備える、８つのチャネルを提供することができ、電流は、例えば、１６個の光の波長に応じて生成することができる。例えば、さらなる、またはより少ないチャネルならびに対応する電極および検出器が提供されてもよい。

光検出器アレイは、第１のアレイを有する第１の層、および第２のアレイを有する第２の層を備えてもよい。第１のアレイおよび第２のアレイの組み合わせたアレイを減少させることができるように、第１の波長は、第１のアレイによって吸収することができ、第２の光波長は、第１のアレイを通して伝送し、第２のアレイによって吸収することができる。好適な特性を有する検出器材料の実施例は、「ＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＨｅａｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓＷｉｔｈＣｏｍｂｉｎｅｄＰｏｗｅｒａｎｄＳｉｇｎａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ」と題する、２００９年６月１７日出願の、同時係属の米国出願第１２／４８６，１００号に記載され、その全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。

検出器アレイの積層配設は、出力トランスデューサアセンブリ上に配置することができ、検出される各光出力信号に対してより大きい表面積を提供することができる。例えば、検出器の組み合わせた表面積は、外耳道の断面積よりも大きくあり得る。第１の検出器アレイは、約１ｕｍの波長を含む光に感受性があってもよく、第２の検出器アレイは、約１．５ｕｍの波長を含む光に感受性があってもよい。第１の検出器アレイは、約７００〜約１１００ｎｍの波長を有する光を実質的に吸収するように構成され、かつ約１４００〜約１７００ｎｍ、例えば、約１５００〜約１６００ｎｍの波長を有する光を実質的に伝送するように構成される、シリコン（以下、「Ｓｉ」）検出器アレイを備えてもよい。例えば、第１の検出器アレイは、９００ｎｍの光を実質的に吸収するように構成することができる。第２の検出器アレイは、第１の検出器を通して伝送され、約１４００〜約１７００ｎｍ、例えば、約１５００〜１６００ｎｍの波長を有する光を吸収するように構成される、ヒ化インジウムガリウム検出器（以下、「ＩｎＧａＡｓ」）を備えてもよい。検出器アレイの断面積は、８平方ｍｍの総検出面積が、中耳腔において、検出器アレイの４平方ｍｍの断面積を超えるように、各検出器アレイに対して、約４平方ｍｍ、例えば、２ｍｍ×２ｍｍの正方形であってもよい。検出器アレイは、円形の検出面積、例えば、２ｍｍの直径の円形の検出器面積を含んでもよい。中耳腔の断面が非円形であり得るため、検出器アレイは、非円形で丸い、例えば、それぞれ短軸および主軸に沿って２ｍｍおよび３ｍｍのサイズの楕円形であってもよい。前述の検出器アレイは、Ｈａｍａｍａｔｓｕ（日本）（ワールドワイドウェブ上で「「ｈａｍａｍａｔｓｕ．ｃｏｍ」から入手可能）およびＮＥＰｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造可能である。

入力アセンブリの光源および光マルチプレクサは、２つの重なり合う検出器アレイでの使用に好適な帯域幅を提供するように、多くの方法で構成することができる。光源およびマルチプレクサは、ＭＩＴＭｉｃｒｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓＣｅｎｔｅｒのＥＰＩＣ統合チャネライザ、およびＩｎｔｅｌから入手可能なフォトニクス構成要素等、本明細書に記載するような実施形態に従う組み込みに適した、既知の波長多重化システムと組み合わせることができる。光源は、統合フォトニクスチップおよびレーザー光源を備えるシリコン上に、統合光ＲＦチャネライザを備えてもよい。第１の光レーザー源は、第１のアレイでの吸収に好適な波長を有する光を放出するように構成することができ、第１の光源は、第１のアレイの検出器のチャネルに対応するように、第１の光ビームを変調するための第１の変調器と連結することができる。第２の光レーザー源は、第１のアレイを通した伝送、および第２のアレイによる吸収に好適な波長を有する光を放出するように構成することができ、第２の光源は、第１のアレイの検出器のチャネルに対応するように、光ビームを変調するための第２の変調器と連結することができる。変調された光信号は、例えば、伝送された光信号を逆多重化するために、マルチモード干渉スプリッタによって受信することができる。鼓膜の光学的窓または開口部を通した伝送は、伝送された光の完全性を保持することができる。

図３Ａは、時分割多重化光信号を放出するように構成される、入力トランスデューサアセンブリを示す。多重化光信号λ_Ｍは、時分割多重化光信号、例えば、連続多重化光信号を含んでもよい。音声信号５０、例えば、音は、マイクロホン２２によって受信される。音声信号は、サウンドプロセッサへの入力を含む。音声信号の周波数は、例えば、前述のような回路で決定することができる。音声信号の周波数は、アレイの各電極に対する刺激の量を決定するために使用することができ、各電極は、チャネルに対応する。各光パルスの幅は、ＰＷＭ回路で決定することができる。ＰＷＭ回路は、各電極に対するパルスを多重化するために、シリアルマルチプレクサに連結される。連続的に多重化されたパルスは、少なくとも１つの光源を含むエミッタから放出される。少なくとも１つの光源は、赤外レーザーダイオード等の単一の光源を備えてもよい。

図３Ａ１は、図３Ａにあるような時分割多重化光信号の一連のパルスを含む、光パルスを示す。多重化された連続パルスは、第１のパルスＰ１、第１のパルスＰ１、第２のパルスＰ２、第３のパルスＰ３、・・・および第１６のパルスＰ１６を含む。各パルスは、アレイの１つの電極に対応する。電流の量は、パルスの幅によって決定される。第１のパルスＰ１は、第１の幅Ｗ１を含む。第２のパルスＰ２は、第２の幅を含む。第３のパルスＰ３は、第３の幅を含む。第１６のパルスＰ１６は、第１６の幅を含む。マルチプレクサは、パルスのパケットを放出するように構成することができ、各パケットは、アレイの各電極に関するパルス情報を含む。例えば、パケットは、アレイの１６個の電極に対する１６個のパルスを含んでもよい。シリアルマルチプレクサは、パルスの所定のタイミングおよびシーケンスに対応するように、各パケットのパルスを放出するように構成することができる。

図３Ａ２は、図３Ａにあるような時分割多重化光信号の一連の光パルスのクロックパルスを示す。クロックパルスは、パルスが適切な電極に対応するように逆多重化されるように、パケットをデマルチプレクサと同期させることができる。例えば、パルスＰ１は、電極Ｅ１に対応してもよい。クロックパルスは、デマルチプレクサ回路に電力を供給する。

図３Ｂは、図３Ａにあるような入力トランスデューサアセンブリとともに使用するために構成される、出力トランスデューサアセンブリを示す。連続多重化光信号は、鼓膜ＴＭを通して伝送される。多重化光信号は、光検出器ＰＤ１によって受信される。光検出器ＰＤ１は、デマルチプレクサ回路Ｄ−ＭＵＸに連結される。回路Ｄ−ＭＵＸは、電極に対応するパルスが検出器ＰＤ１に入射するときに、検出器が電極のうちの１つに連結されるように、所定のシーケンスに従って、マルチプレクサが各電極を検出器に連続的に連結するように、タイマおよびスイッチを備えてもよい。例えば、パルスシーケンスは、前述のようなパルスのパケットを含んでもよい。パケットの第１のパルスは、回路に電力供給し、タイマをリセットするためのクロックパルスを含んでもよい。タイマは、電極に対応する光パルスが検出器に到達するときに、１つの電極に対応するスイッチが閉鎖されるように、マルチプレクサのスイッチに連結することができる。タイマおよびスイッチは、タイマおよびスイッチがクロックパルスで電力供給され得るように、低電力回路、例えば、ＣＭＯＳ回路を備えてもよい。これは、タイマおよびスイッチング回路が十分な電力を有するように、音声信号が弱いときに有用であり得る。電力回路（電力）を用いてクロックパルスからのエネルギーを蓄積するために、キャパシタおよびスーパーキャパシタ等の電力蓄積回路を検出器ＰＤ１に連結することができる。電力回路は、電極に対する光パルスが検出器ＰＤ１に到達するときに、電力蓄積キャパシタが検出器ＰＤ１から分離されるように、スイッチング回路で切り替えることができる。

連続的な光源および検出器構成要素は、前述のようなＭＩＴＭｉｃｒｏｐｈｏｔｏｎｉｃｓＣｅｎｔｅｒのシリコンフォトニクス構成要素、およびＩｎｔｅｌから市販されているフォトニクス構成要素を備えてもよい。

いくつかの実施形態では、電力回路は、別個の検出器ＰＤ２に連結することができる。タイミングおよびスイッチング回路に電力供給する貯めに、別個の電力および信号を使用することができる。

図４は、電極アレイのチャネルに対応する、三相パルス幅変調電流パルス４００を示す。チャネルのそれぞれは、一対の電極を備えてもよく、チャネルに対応する一対の電極間で、電流パルスを伝送することができる。三相電流パルス４００は、第１の正電流パルス４１２、第２の正電流パルス４１４、および第３の負電流パルス４１６を含んでもよい。第１の正電流パルス４１２および第２の正電流パルス４１０は、電流を注入するための正振幅を含み、第１の振幅および第２の振幅を含んでもよい。あるいは、または組み合わせて、第１の正電流パルス４１２および第２の正電流パルス４１４は、実質的に同様の振幅、実質的に異なる幅を含んでもよい。第３の負電流パルスは、電流の平衡を保ち、電極および電極付近の組織の劣化を低減するために、負極性を含む。第１の正電流パルスおよび第２の正電流パルスは、それぞれ、電流で第１の量の電荷および第２の量の電荷を移動させてもよく、第３の負電流パルスは、第１のパルスの電荷の平衡を保ち、電極の電荷蓄積を減少させるために、第３の量の電流を移動させてもよい。電流パルス面積が電流パルスの送達された電荷に対応するため、第１の正電流パルスおよび第２の正電流パルスの蓄積面積は、第３の負パルスの蓄積面積の面積に実質的に対応してもよい。

光検出器およびフィルタは、電極間で少なくとも二相電流を通すために、電極に連結することができる。複数のチャネルのそれぞれは、一対の電極に対応してもよく、例えば、図２Ｃおよび図２Ｃ１を参照した前述のように、第１の電流は、正電流パルス４１２に対応する第１の幅変調光パルスに応じて、前述の一対の電極間を移動することができ、負パルス４１６に対応する第２の電流は、第２の幅変調光パルスに応じて、前述の一対の電極間を移動してもよい。正パルス４１２に対応する第１の幅変調光パルスは、第１の光波長を含んでもよく、負パルス４１６に対応する第２の幅変調光パルスは、第２の光波長を含んでもよい。第２の電流パルス４１４は、例えば、第１の波長を有する第２の光パルスに対応してもよい。第１の電流は、第２の電流と逆である。第１の電流は、第１の光パルスの第１の幅に対応する第１の量を有し、第２の電流は、第２の光パルスの第２の幅に対応する第２の量を有する。第１の光パルスの幅は、整流を阻止し、第１の電極と第２の電極との間の電荷移動の平衡を保つために、第２の光パルスの幅に実質的に対応する。

第１の光パルスは、第１の検出器に連結される第１の光波長を含んでもよく、第２の検出器は、前述の一対の電極に連結される。第２の光パルスは、第２の検出器に連結される第２の光波長を含んでもよく、前述の第２の検出器は、前述の一対の電極に連結される。第１の検出器は、第２の検出器の反対の前述の一対の電極に連結される。各チャネルは、一対の電極、および第２の検出器の反対の一対の電極に連結される第１の検出器に対応してもよく、例えば、少なくとも約８つのチャネルは、１６個の検出器に連結される８対の電極に対応する。

図５Ａは、蝸牛の高周波刺激を用いた、チャネル間で音声信号の位相を実質的に維持するための、帯域通過フィルタリングおよびパルス幅変調を用いたチャネル変換への信号を示す。本明細書に記載するような実施形態と関連した研究は、電気刺激、例えば、患者の聴覚範囲を超える周波数を有する電気刺激に基づき、人が音を感知することができるように、高周波刺激を低域通過フィルタリングするために、蝸牛が高周波電気刺激に反応することができることを示している。例えば、約１０ｋＨｚを超える、例えば、約２０ｋＨｚを超える高周波の刺激により、蝸牛は、患者が音声信号の位相を有する音を聞くように、音を低域通過フィルタリングすることができる。これらの高周波が音声信号の位相コード化情報を含むとき、使用者は、対応する位相を有する音声信号を聞くことができる。約１０ｋＨｚを超える、例えば、４０ｋＨｚまたは１００ｋＨｚ等、約２０ｋＨｚを超える高周波信号は、高周波による振幅および位相コード化を有するパルス幅変調信号を含んでもよく、これらの高周波での幅変調パルスによる蝸牛の刺激は、高周波パルス幅変調信号を、帯域通過フィルタリングされたチャネルの周波数に対応する音声帯域信号に戻す、復調をもたらすことができる。高周波振幅および位相コード化信号のこの復調は、使用者によって感知される音声信号の振幅および位相の両方を維持することができる。

音に対応する音声信号５０は、多くの周波数を含んでもよく、帯域フィルタＢＰＦに入力することができる。帯域フィルタＢＰＦは、出力として、第１の周波数範囲を含む第１の帯域通過音声信号５１０Ａを含む、第１のチャネル、第２の周波数範囲を含む第２の帯域通過音声信号５１０Ｂを含む、第２のチャネル、およびＮ番目の周波数範囲を含むＮ番目の帯域通過音声信号５１０Ａを含む、Ｎ番目のチャネルを提供してもよい。信号のそれぞれは、ＢＰＦ出力の位相が実質的に維持されるように、実質的に同様の位相を含んでもよい。

各チャネルの音声信号は、元の音声信号５０の位相がチャネル間で維持されるように、変調信号を有するパルスに変換される。第１の帯域音声信号５１０Ａは、幅変調パルスの第１の一連５２０Ａに対応する。第２の帯域音声信号５１０Ｂは、幅変調パルスの第２の一連５２０Ｂに対応する。Ｎ番目の帯域音声信号５１０Ｎは、幅変調パルスのＮ番目の一連５２０Ｎに対応する。パルスのそれぞれは、元の信号の位相および振幅のそれぞれが維持されるように、実質的に同期のタイムベースに対応するように決定されてもよい。例えば、パルスのそれぞれは、前述のように、対応する光検出器を駆動するために、対応する光源に出力されてもよい。Ｎ番目のチャネルは、例えば、第８のチャネル、第１６のチャネル、第３２のチャネル、または第６４のチャネルを含んでもよい。

図５Ｂは、図５Ａにあるような音声信号の位相を維持するための、蝸牛の高周波刺激のための第１のチャネルの第１の帯域音声信号５１０Ａの第１の一連の幅変調パルス５２０Ａを示す。パルスは、各パルスの前縁の間の１０ｕｓの同期タイムベースに対応してもよい。パルスの幅は、第１の帯域通過フィルタリングされた音声信号５１０Ａの振幅に基づき異なり得る。パルスの対応する周波数は、約１００ｋＨｚであり、パルスは、使用者が維持される音の位相を有する音を感知するように、かつ使用者が音の定位キューを感知することができるように、蝸牛低域通過フィルタリングで、蝸牛によって復調される。

他のチャネルの帯域通過フィルタリングされた信号は、使用者がチャネルのそれぞれに対して維持される音の位相を有する音を感知するように、かつ使用者が結合チャネルから音の定位キューを感知することができるように、高周波信号の蝸牛低域通過フィルタリングで、同様に処理することができる。

パルス幅変調光パルスは、多くの方法で生成することができるが、音声プロセッサは、各チャネルに対するアレイとして、帯域通過フィルタリングされた信号を出力するための、デジタル帯域フィルタを含んでもよく、パルス幅変調回路は、例えば、出力に基づき、各チャネルの各パルスの幅を決定することができる。パルス幅変調回路の出力がデジタルであり、プロセッサのランダムアクセスメモリに記憶され得るため、光源へのパルスは、出力パルス変調信号の振幅および位相を実質的に維持するように送達することができる。例えば、信号のパルスのタイミングおよび／または位相は、１０ｋＨｚのパルス幅変調信号に対して約１００ｕｓ内、および１００ｋＨｚに対して約１０ｕｓ内に維持することができる。チャネル間のシリアル出力は、前述のように使用されてもよく、チャネルのパルスのそれぞれのタイミングおよび／または位相は、相互に対してわずかに変動してもよいが、チャネル間の対応するパルスのタイミングおよび／または位相は、シリアル出力で実質的に維持される。例えば、チャネル間のシリアル出力の対応する光パルスは、約１００ｕｓ内、例えば、約５０ｕｓ内、約２０ｕｓ内、または約１０ｕｓ内に維持する事ができる。チャネルの数は、例えば、２つのチャネル、４つのチャネル、８つのチャネル、１６個のチャネル、３２個のチャネル、またはそれ以上を含んでもよい。各チャネルの光パルスの周波数は、例えば、少なくとも約１０ｋＨｚ、例えば、２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、８０ｋＨｚを超えていてもよい。鼓膜にわたって伝送される多重化光信号の幅変調パルスの周波数が、例えば、４０ｋＨｚ、１６０ｋＨｚ、６４０ｋＨｚ、１２８０ｋＨｚ、またはそれ以上を含んでもよいように、前述のような各チャネルの光パルスの周波数を有するチャネルが組み合わされてもよい。本明細書に記載する教示に基づき、当業者は、例えば、音の定位キューを提供するために、かつ歪みを阻止するために、蝸牛が刺激されるときに音声信号の位相を維持するように、チャネルの数、ならびにパルスのタイミングおよび／または位相を決定することができる。

ヒト鼓膜伝送実験
鼓膜を通した赤外光の伝送を測定し、入力アセンブリ２０および出力アセンブリ３０の配設を決定するために、以下に記載する実験を行った。

目的：後方、下方、および前方位置におけるヒト鼓膜を通した光伝送損失の量、ならびに鼓膜による散乱の量を決定すること。

手順：
図６は、実施形態に従う、鼓膜を通した光伝送を決定するための、実験的設定を示す。光ファイバ結合レーザーダイオード光源をフォトダイオード光検出器と整合した。鼓膜を一列に配置し、フォトダイオードからの光出力の変化を決定した。鼓膜は、ｘ、ｙ、ｚ移動ステージに配置され、それは、光が通過する鼓膜の異なる位置への変化を可能にする。

材料：
光源−光ファイバ（直径２５０ｕｍ、芯８０ｕｍ）に連結される１４８０ｎｍのレーザーダイオード、
フォトダイオード−１４８０ｎｍのフォトダイオード（５．５ｍｍ２）、
負荷−鼓膜を通した伝送の決定に好適であり得る、ダイヤフラムに連結される平衡電機子トランスデューサと同等のＲＬＣ電気回路、
コリメーション光学系および減光フィルタ（ＮＥ２０Ｂ）、
ＤＣ電圧計（Ｆｌｕｋｅ８０６０Ａ）、
移動ステージ、および
槌骨が付着したヒト死体鼓膜（砧骨および他の内側構成要素は除去）。

結果
鼓膜なし
フォトダイオードが飽和領域にあるように、電流を設定した。ＰＤ反応を低減するために、光出力を弱めるために、減光（ＮＤ）フィルタを使用した。測定値は、ＮＤフィルタが光源を２０．５ｄＢ弱めたことを示している。これは、報告された全ての測定値が線形領域からのものであることを確実にした。

測定の開始時および実験の終わりに、鼓膜なしでコリメート光ビームに反応するフォトダイオード電圧を測定した。差異は、１％未満であった。ＴＭおよびＮＤフィルタなしで、ｍＶの出力は、３４９であった。ＮＤフィルタあり、およびＴＭなしで、この出力は、０．０９５および−２０．５ｄＢの線形変化に対応する、約３２．９〜３３．１の範囲に減少した。

鼓膜あり
鼓膜の前方、下方、および後方位置で測定を行った。フォトダイオードに対する異なる位置で、鼓膜を移動させ、その距離Ｘ（ｍｍ単位で）を近似した。表１は、異なる位置に対応する測定された電圧、および異なる鼓膜位置を示す。

後方配置は、全ての距離に対して最高電圧を示し、０．１、０．５、１、２、および３ｍｍの距離のそれぞれに対して、２８、２６．６、２５．４、２３．４、および２０．６の値を有する。
各鼓膜配置および位置に対して、ＰＤ電圧を最大にするように光ファイバを調節した。これは、光ビームがフォトダイオード表面上で最大限であり、測定された反応が伝送損失によるものであり、不整合によるものではないことを確実にした。

計算
以下のように、測定された電圧をパーセントの伝送損失（以下、「ＴＬ」）に変換した。

％ＴＬ＝（（Ｖ_NoTM−Ｖ_WithTM）／Ｖ_NoTM）＊１００
式中、Ｖ_NoＴＭは、鼓膜なしで測定された電圧であり、Ｖ_WithTMは、鼓膜ありで測定された電圧である。

以下の表２は、前述の式を使用して計算された％伝送損失を示す。

全ての位置において、後方配置は、最も少ない伝送損失、および０．１、０．５、１、２、および３ｍｍの距離のそれぞれに対して、１６、２０、２３、２９、および３８％の値を示した。

鼓膜に非常に近接したＰＤでは（約０．１ｍｍ内）、ＴＬは、約１６％である。ＴＬは、後方位置に対してのみ測定することができた。

鼓膜の３つの位置のうち、後方位置は、下方位置よりも６〜１０％、および前方位置よりも７〜１２％良好である。

鼓膜がＰＤから離れて移動するにつれて、伝送損失は、３つの位置全てに対して、直線的に増加する。平均伝送損失は、１、２、および３ｍｍの位置のそれぞれに対して、３つの異なる位置にわたって平均化され、約２９％、３５％、および４４％である。

実験の結論
鼓膜による伝送損失は、後方位置において最も低い（１６％）。損失は、鼓膜によるコリメートビームの散乱により、フォトダイオードが鼓膜から離れて移動するにつれて増加する。鼓膜から３ｍｍにおいて、平均損失は、４４％ほどであった。これらのデータは、鼓膜を通した光の伝送よりも、鼓膜によって誘発される、検出器表面から離れた角度における光散乱によって、より多くの損失が存在し、検出器およびレンズ等の結合器が、鼓膜によって散乱させられる、伝送された光を集めるように、適切に形状決定することができるという予想外の結果を示した。これらのデータはまた、光伝送が鼓膜の後方部分を通してより高いという予想外の結果も示している。

鼓膜が移動し得るため、生きている人の中の検出器は、鼓膜から少なくとも約０．５ｍｍであるべきである。データは、検出器および／またはレンズ等の構成要素が、鼓膜に適合し、改善された伝送を提供するように、例えば、傾斜面、曲面のうちの１つ以上を有する形状等の形状決定することができ、例えば、約０．５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲に配置することができることを示唆している。

前述のデータは、例えば、鼓膜の一部分の照射および照射部分付近への検出器の配置が、少なくとも約５０％（５０％の損失に対応する）、例えば、少なくとも約６０％（４０％損失のに対応する）の投影された光ビームと検出器との間の伝送結合効率を達成することができることを示している。検出器の後方配置および鼓膜の後方領域の一部分の照射では、結合効率は、少なくとも約７０％、例えば、８０％、またはそれ以上であってもよい。結合効率に対するこれらの予想外に高い結果は、鼓膜の一部分の照射および照射部分に対してサイズ決定される検出器が、少なくとも約５０％の効率を提供することができることを示している。また、下方および前方部分のそれぞれと比較して、鼓膜の後方部分に対する、予想外の実質的により低い伝送損失は、鼓膜の大部分が照射されているときに、伝送が後方配置により予想外に改善され得ることを示している。例えば、光検出器への光ファイバの伝送結合効率は、光検出器が中耳腔の後方部分、例えば、中耳腔の下後部分に配置され、光ファイバが、光が光ファイバの端部から外耳道の中へ直接放出されるように、コリメーション光学系なしで外耳道の中に配置されるときに、実質的に改善することができる。また、鼓膜を通した大量の光伝送は、鼓膜を通して光多重化光を伝送することができ、鼓膜を通して伝送される光多重化信号による音コード化のチャネルが、蝸牛のチャネルを刺激することができることを示す。

例示的な実施形態が多少詳細に、一例として、および理解の明確さのために記載されてきたが、当業者は、種々の修正、適応、および変更が採用されてもよいことを認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその同等物の全範囲によってのみ制限されるべきである。

Claims

組織を刺激する方法であって、
該組織を刺激するために多重化光信号を伝送すること
を含む、方法。
使用者の蝸牛に音を伝送する方法であって、該使用者は、組織を有し、該方法は、
該使用者が、該組織を通して伝送される多重化光信号に応じて該音を聞くように、該使用者の該組織を通して該多重化光信号を伝送すること
を含む、方法。
前記組織は、鼓膜の組織を含む、請求項２に記載の方法。
前記多重化光信号は、中耳によって支持される光学構造に伝送され、該光学構造は、該蝸牛を刺激するために該多重化信号の波長を分離するように構成される、請求項２に記載の方法。
前記光学構造は、前記中耳に装着される、請求項４に記載の方法。
前記光学構造は、中耳腔に配置するために、鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定される、請求項４に記載の方法。
前記光学構造は、光学フィルタ、光ファイバ、回折格子、エタロン、複数の光ファイバ、導波路、複数の導波路、ミラー、またはプリズムのうちの少なくとも１つを備える、請求項４に記載の方法。
前記多重化光信号は、複数のチャネルを備え、該複数のチャネルのうちの各チャネルは、前記音の少なくとも１つの周波数に対応する、請求項４に記載の方法。
前記複数のチャネルは、少なくとも約１６個のチャネルに対応し、前記少なくとも１つの周波数は、少なくとも約１６個の周波数に対応する、請求項８に記載の方法。
前記多重化光信号は、複数の光源を用いて前記鼓膜を通して伝送され、該光源が前記少なくとも１つの音の周波数に対応するように、各光源は、前記複数のチャネルのうちの前記チャネルに対応する光信号を伝送するように構成される、請求項８に記載の方法。
前記複数の光源は、少なくとも３つの光源を備え、該少なくとも３つの光源の各々は、別々の光波長を放出するように構成される、請求項１０に記載の方法。
前記複数のチャネルの各々は、一対の電極に対応し、第１の電流は、第１の幅変調光パルスに応じて該一対の電極間を移動し、第２の電流は、第２の幅変調光パルスに応じて該一対の電極間を移動し、該第１の電流は、該第２の電流と逆であり、該第１の電流は、該第１のパルスの第１の幅に対応する第１の量を有し、該第２の電流は、該第２のパルスの第２の幅に対応する第２の量を有し、該第１のパルスの幅は、整流を阻止し、第１の電極と第２の電極との間の電荷移動の平衡を保つために、該第２のパルスの幅に対応する、請求項８に記載の方法。
前記第１の光パルスは、第１の検出器に連結される第１の光波長を含み、前記第２の光パルスは、第２の検出器に連結される第２の光波長を含む、請求項１２に記載の方法。
前記多重化光信号は、前記使用者の鼓膜を通して少なくとも１つの光検出器まで伝送され、該少なくとも１つの光検出器は、中耳に装着され、少なくとも部分的に前記蝸牛内に配置される電極アレイに連結される、請求項２に記載の方法。
前記少なくとも１つの光検出器および少なくとも１つの電極アレイは、前記鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定される、請求項１４に記載の方法。
前記多重化光信号は、波長多重化光信号を含み、該波長多重化光信号は、各波長が前記アレイの電極に対応するように複数の波長を含む、請求項１４に記載の方法。
前記複数の波長のうちの各波長は、前記アレイの電極に対応する、請求項１６に記載の方法。
前記少なくとも１つの光検出器は、複数の光検出器を備え、該複数の光検出器のうちの各光検出器は、組織刺激電流が組織刺激波長に応じて前記電極を通過させられるように、前記アレイの対応する電極および前記複数の対応する波長に連結される、請求項１６に記載の方法。
各検出器に対応するように前記波長を分離するために、および各検出器に対応する各分離した波長が、該波長に基づいて該各検出器に伝送されるように、前記使用者の前記中耳の中に配置される光学構造をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
前記使用者の前記中耳の中に配置される複数の光学フィルタをさらに備え、前記波長は、該光学フィルタを用いて分離され、各光学フィルタは、１つの検出器を覆って配置され、該１つの検出器に連結される前記電極に対応する前記波長を通過させるように構成される、請求項１８に記載の方法。
各電極に対応するように、各検出器の前記波長を選択するように構成される回折格子をさらに備える、請求項１８に記載の方法。
前記多重化光信号は、時分割多重化信号を含む、請求項１４に記載の方法。
前記時分割多重化信号は、複数のタイムスロットを含み、該複数のタイムスロットのうちの各タイムスロットは、前記アレイの電極に対応する、請求項２２に記載の方法。
前記時分割多重化信号は、前記複数のタイムスロットおよびクロック信号を含み、回路は、各タイムスロットが前記アレイの前記電極に対応するように、該アレイの該電極の間で該クロック信号を受信し、該時分割多重化信号を分割するように、前記少なくとも１つの光検出器および該電極アレイに連結される、請求項２３に記載の方法。
各タイムスロットは、電流が、該タイムスロットに対応する前記多重化信号の一部分に応じて各電極を通過させられるように、前記音の少なくとも１つの周波数に対応する、請求項２４に記載の方法。
前記時分割多重化信号は、前記複数のタイムスロットのうちの各タイムスロットが、該タイムスロットに対応する前記電極を通る電流に対応する持続時間を有する光パルスを有するように、パルス幅変調される、請求項２５に記載の方法。
前記多重化光信号は、前記蝸牛の中へと延在する少なくとも１つの光ファイバに伝送される、請求項２に記載の方法。
前記少なくとも１つの光ファイバは、前記中耳における切開部を通過するようにサイズ決定される、請求項２７に記載の方法。
前記少なくとも１つの光ファイバは、前記蝸牛の中へと延在する複数の光ファイバを備え、各ファイバは、前記音の少なくとも１つの周波数に対応する、請求項２７に記載の方法。
各ファイバは、前記音の前記少なくとも１つの周波数に応じて、対応する周波数範囲に対応する前記蝸牛の所定の位置において該蝸牛を刺激するように構成される、請求項２７に記載の方法。
前記多重化光信号は、前記鼓膜における開口部または窓のうちの少なくとも１つを通して伝送される、請求項２に記載の方法。
電極アレイ、少なくとも１つの光検出器、およびデマルチプレクサは、前記使用者に埋め込まれているときのＭＲＩ造影のために構成される実質的に非磁性の材料を備える、請求項２に記載の方法。
前記音は、位相を含み、前記光信号は、少なくとも約１０ｋＨｚの周波数で伝送される幅変調光パルスを含み、各光パルスは、前記蝸牛が該光パルスを復調し、該音の該位相が維持されるように該蝸牛内で電流を生成する、請求項２に記載の方法。
前記幅変調光パルスは、各チャネルに対する一連の幅変調パルスを含み、該各チャネルの該一連の幅変調パルスは、前記使用者が前記音を聞くときに、該音の前記位相を維持するように少なくとも約１０ｋＨｚの周波数を含む、請求項３３に記載の方法。
前記各一連の幅変調パルスの前記周波数は、前記使用者が前記音を聞くときに、該音の前記位相を維持するように少なくとも約２０ｋＨｚの周波数を含む、請求項３４に記載の方法。
前記複数のチャネルは、少なくとも約８つのチャネルを備え、前記幅変調光パルスの前記周波数は、少なくとも約１６０ｋＨｚを含む、請求項３５に記載の方法。
各チャネルの前記一連の幅変調パルスのうちの前記パルスは、パルスのパケットのシーケンスを形成するように組み合わされ、各パケットは、各一連の幅変調パルスからの１つのパルスを含む、請求項３４に記載の方法。
前記少なくとも１つの光検出器は、前記中耳腔に配置されて、前記鼓膜の後方部分を通して前記多重化光信号を受信する、請求項２に記載の方法。
組織を刺激するシステムであって、該システムは、
該組織内に少なくとも部分的に配置するために構成される複数の電極と、
源から信号を受信するように構成される回路と、
該回路に連結され、複数の光パルスを含む多重化光信号を放出するように構成される少なくとも１つの光源と、
該組織を刺激するために、該多重化光を受信し、該光パルスに応じて該電極に電流を通すように構成される少なくとも１つの光検出器と
を備える、システム。
使用者に音声信号を伝送するためのシステムであって、該システムは、
該使用者の蝸牛内に少なくとも部分的に配置するように構成される複数の電極を備える電極アレイと、
音源から該音声信号を受信するように構成される回路と、
該回路に連結され、複数の光パルスを含む多重化光信号を放出するように構成される少なくとも１つの光源と、
該多重化光を受信し、該光パルスに応じて該電極に電流を通すように構成される少なくとも１つの検出器と
を備える、システム。
前記回路は、複数の光パルスの幅を決定するように構成され、各光パルスは、前記アレイの電極に対応し、該各光パルスの幅は、該対応するアレイの電極を通る電流の量に対応する、請求項４０に記載のシステム。
前記回路は、前記音声信号の周波数を決定するように構成され、該周波数は、前記アレイの電極に対応し、該回路は、該周波数のうちの１つ以上に応じて、各パルスの幅を決定するように構成される、請求項４０に記載のシステム。
前記少なくとも１つの光源は、複数の光源を備え、各光源は、前記アレイの１つの電極に対応する、請求項４０に記載のシステム。
前記複数の光源の各々は、前記複数の他の光源の波長から実質的に分離される波長を含む、光を放出するように構成される、請求項４３に記載のシステム。
前記複数の光源は、少なくとも３つの光源を備え、前記電極アレイは、少なくとも３つの電極を備え、該少なくとも３つの光源の各々は、該アレイの該少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する、請求項４３に記載のシステム。
前記少なくとも３つの光源の各々は、該少なくとも３つの光源の他から実質的に分離される波長を含む光を放出するように構成され、各源の前記波長は、該少なくとも３つのうちの１つの電極に対応する、請求項４５に記載のシステム。
前記少なくとも１つの検出器は、複数の検出器を備え、該複数の各検出器は、前記アレイの１つの電極に対応する、請求項４０に記載のシステム。
前記複数の光検出器は、少なくとも３つの光検出器を備え、前記電極アレイは、少なくとも３つの電極を備え、該少なくとも３つの光検出器の各々は、該アレイの該少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する、請求項４７に記載のシステム。
前記多重化光信号を受信するように構成される光学構造をさらに備え、該光学構造は、前記中耳における配置のために構成され、該光学構造は、該多重化信号の波長を選択するように構成される、請求項４０に記載のシステム。
前記光学構造は、前記中耳における配置のために、前記鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定され、前記電極アレイは、前記蝸牛の円形の窓を通して該蝸牛の少なくとも部分的に内側に配置するためにサイズ決定される、請求項４９に記載のシステム。
前記光学構造は、光学フィルタ、回折格子、エタロン、複数の光ファイバ、またはプリズムのうちの少なくとも１つを備える、請求項４９に記載のシステム。
前記多重化光信号は、複数の光チャネルを備え、該複数の光チャネルのうちの各光チャネルは、前記音の少なくとも１つの周波数に対応する、請求項４９に記載のシステム。
前記複数の光チャネルは、少なくとも約１６個のチャネルに対応し、前記少なくとも１つの周波数は、少なくとも約１６個の周波数に対応する、請求項５２に記載のシステム。
前記使用者の外耳道内に少なくとも部分的に配置するために構成される細長い光伝送構造をさらに備え、該細長い光伝送構造は、前記鼓膜を通して多重化光信号を伝送するように構成される、請求項５２に記載のシステム。
前記多重化光信号は、前記使用者の前記鼓膜を通して少なくとも１つの光検出器に伝送され、該少なくとも１つの光検出器は、前記中耳に装着され、少なくとも部分的に前記蝸牛内に配置される電極アレイに連結される、請求項４０に記載のシステム。
前記少なくとも１つの光検出器および前記電極アレイは、前記鼓膜における切開部を通過するようにサイズ決定される、請求項５５に記載のシステム。
前記多重化光信号は、波長多重化光信号を含み、該波長多重化光信号は、各波長が前記アレイの電極に対応するように複数の波長を含む、請求項５５に記載のシステム。
前記複数の各波長は、前記アレイの電極に対応する、請求項５７に記載のシステム。
前記複数の波長は、少なくとも３つの波長を含み、前記複数の電極は、少なくとも３つの電極を備え、前記複数の各波長は、前記少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する、請求項５７に記載のシステム。
前記回路は、前記アレイの電極に対応するように、一連の前記光パルスを伝送するように構成される、請求項４０に記載のシステム。
前記一連の光パルスは、複数のパルスを含み、該複数の各パルスは、前記複数のうちの１つの電極に対応する、請求項６０に記載のシステム。
前記複数の電極は、少なくとも３つの電極を備え、前記一連の光パルスは、少なくとも３つのパルスを含み、該少なくとも３つのパルスの各パルスは、該少なくとも３つの電極のうちの１つの電極に対応する、請求項６１に記載のシステム。
前記一連の光パルスは、タイミングパルスを含む、請求項６０に記載のシステム。
前記タイミングパルスは、実質的に一定の幅を含み、該タイミングパルスは、前記複数の電極に連結される回路に電力供給するためのエネルギーを含む、請求項６３に記載のシステム。
前記一連の光パルスのうちの各パルスが、前記複数の電極のうちの１つの電極に対応するように、前記少なくとも１つの検出器に連結されて、前記タイミングパルスに応じて該複数の電極のうちの各電極を該少なくとも１つの検出器に連続的に連結するスイッチング回路をさらに備える、請求項６３に記載のシステム。
前記一連のパルスは、該パルスの所定の順序およびタイミングを含み、前記スイッチング回路は、該一連のパルスに対応するために、スイッチを開放および閉鎖するように該スイッチに連結されるタイマを備える、請求項６５に記載のシステム。
前記一連のパルスは、少なくとも３つのパルスを含み、前記スイッチング回路は、該一連パルスのうちの各パルスが前記複数の電極のうちの１つの電極に対応するように、少なくとも１つの検出器を該少なくとも３つの電極の各電極に連続的に連結するように構成される、請求項６５に記載のシステム。
前記電極アレイ、前記少なくとも１つの光検出器、および前記デマルチプレクサは、前記使用者に埋め込まれているときのＭＲＩ造影のために構成される、実質的に非磁性の材料を備える、請求項４０に記載のシステム。
前記音は、位相を含み、前記光信号は、少なくとも約１０ｋＨｚの周波数で伝送される、幅変調光パルスを含み、各光パルスは、前記蝸牛が前記光パルスを復調し、前記音の前記位相が維持されるように、前記蝸牛内で電流を生成する、請求項４０に記載のシステム。
前記幅変調光パルスは、各チャネルに対する一連の幅変調パルスを含み、該各チャネルの該一連の幅変調パルスは、前記使用者が前記音を聞くときに、該音の前記位相を維持するために少なくとも約１０ｋＨｚの周波数を含む、請求項６９に記載のシステム。
前記各一連の幅変調パルスの前記周波数は、前記使用者が前記音を聞くときに、該音の該位相を維持するために少なくとも約２０ｋＨｚを含む、請求項７０に記載のシステム。
前記複数のチャネルは、少なくとも約８つのチャネルを備え、前記幅変調光パルスの前記周波数は、少なくとも約１６０ｋＨｚを含む、請求項７１に記載のシステム。
各チャネルの前記一連の幅変調パルスのうちの前記パルスは、パルスのパケットのシーケンスを形成するように組み合わされ、各パケットは、各一連の幅変調パルスからの１つのパルスを含む、請求項７０に記載のシステム。
前記複数のチャネルのうちの各々は、一対の電極に対応し、第１の電流は、第１の幅変調光パルスに応じて該一対の電極間を移動し、第２の電流は、第２の幅変調光パルスに応じて、該一対の電極間を移動し、該第１の電流は、該第２の電流と逆であり、該第１の電流は、該第１のパルスの第１の幅に対応する第１の量を有し、該第２の電流は、該第２のパルスの第２の幅に対応する第２の量を有し、該第１のパルスの幅は、整流を阻止し、第１の電極と第２の電極との間の電荷移動の平衡を保つために、該第２のパルスの幅に対応する、請求項７３に記載の方法。
前記第１の光パルスは、前記一対の電極に連結される第１の検出器に連結される第１の光波長を含み、前記第２の光パルスは、該一対の電極に連結される第２の検出器に連結される第２の光波長を含み、該第１の検出器は、該第２の検出器の反対の対に連結される、請求項７４に記載の方法。
使用者のための人工聴覚を提供する方法であって、該方法は、
該使用者の鼓膜を切開することであって、該鼓膜は輪を含む、ことと、
電極アレイ、少なくとも１つの光検出器、およびデマルチプレクサを該切開部に通すことと
を含む、方法。
前記切開部は、少なくとも部分的に前記輪を通って延在する、請求項７６に記載の方法。
前記鼓膜は、前記電極アレイ、前記デマルチプレクサ、および前記少なくとも１つの光検出器を前記切開部に通すように外耳道の片側に配置される、請求項７６に記載の方法。
前記少なくとも１つの検出器および前記デマルチプレクサは、前記使用者の前記中耳に装着される、請求項８０に記載の方法。
前記電極アレイは、円形の窓を通して少なくとも部分的に配置され、前記少なくとも１つの検出器および前記デマルチプレクサは、前記使用者の中耳の中に配置される、請求項７６に記載の方法。
前記少なくとも１つの検出器および前記デマルチプレクサは、前記使用者の前記中耳に装着される、請求項８０に記載の方法。
前記少なくとも１つの光検出器は、少なくとも３つの光検出器を備える、請求項７６に記載の方法。
前記デマルチプレクサは、光デマルチプレクサを備える、請求項８２に記載の方法。
前記光デマルチプレクサは、少なくとも３つの光波長を分離するために少なくとも３つのフィルタを備える、請求項８３に記載の方法。
前記デマルチプレクサは、スイッチング回路およびタイマを備える、請求項７６に記載の方法。
前記切開部を通過させられる前記電極アレイ、前記少なくとも１つの光検出器、および前記デマルチプレクサは、ＭＲＩ造影のために構成される実質的に非磁性の材料を備える、請求項７６に記載の方法。
前記少なくとも１つの光検出器は、前記鼓膜の後方部分を通して伝送される光エネルギーを受信するように前記中耳腔の中に配置される、請求項７６に記載の方法。
組織を刺激するデバイスであって、該デバイスは、
多重化光信号を生成する手段と、前記光信号に応じて組織を刺激する手段と
を備える、デバイス。