JP5341507B2 - 改善された高周波数応答を有する聴覚システム - Google Patents

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^２）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 (11)

1. 聴覚システムであって、
   該聴覚システムは、
   外部表面およびオープン内部チャンバを有するシェルであって、該外部表面は、外耳道の内壁表面に従うように構成される、シェルと、
   該シェルの内側に配置される入力トランスデューサであって、該入力トランスデューサは、ユーザの外耳道に入る周囲の音を捕え、該捕えられた音を電気的信号に変換し、該周囲の音は、高周波数空間定位キューを含む、入力トランスデューサと、
   該入力トランスデューサから該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、６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲の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内あるいは該ユーザの中耳または内耳上に配置された出力トランスデューサに、フィルタリングされた信号を伝達するように構成され、該フィルタリングされた信号は、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、
   該シェル内の開口部は、周囲の音が、該オープンチャンバを通過し、該入力トランスデューサをバイパスして、該ユーザの中耳に直接到達することを可能にし、
   該シェルの該オープンチャンバは、該送信器アセンブリの少なくとも一部分を収納し、
   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該周囲の音が該ユーザの中耳または内耳に直接到達することを可能にする該開口部のうちの１つ以上を備える、聴覚システム。
2. 前記周波数応答帯域幅は、７ｋＨｚ〜１３ｋＨｚの範囲の高周波数定位キューを前記ユーザの中耳に伝達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. 前記送信器アセンブリは、光学送信器を備える、請求項１または２に記載の聴覚システム。
4. 前記送信器アセンブリは、音響送信器を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の聴覚システム。
5. 前記送信器アセンブリは、流体圧送信器を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の聴覚システム。
6. 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リングされた信号を前記出力トランスデューサに伝達する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の聴覚システム。
7. 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る、請求項６に記載の聴覚システム。
8. 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る、請求項６に記載の聴覚システム。
9. 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リングされた信号を受信するように構成され、該フィルタリングされた信号は、変調された電磁場の形態であり、該トランスデューサは、前記ユーザの鼓膜に結合され、該トランスデューサは、該鼓膜の表面に着脱可能に接触するように構成される円錐形状のフィルムに埋め込まれる、請求項６に記載の聴覚システム。
10. 前記出力トランスデューサは、永久磁石を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の聴覚システム。
11. 前記入力トランスデューサは、前記シェルの前記第１の端に配置される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の聴覚システム。

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