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 - Google Patents
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Abstract
Description
本非仮出願は、米国特許出願第61/218,377号(名称「Optically Coupled Cochlear Implant Systems and Methods」、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「Transdermal Photonic Energy Transmission Device and Methods」、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。
適用なし。
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。
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。
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(Fluke 8060A)、
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)。
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。
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。
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。
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。
式中、VNoTMは、鼓膜なしで測定された電圧であり、VWithTMは、鼓膜ありで測定された電圧である。
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。
Claims (88)
- 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。
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