NL1008917C2 - Stemvormende prothese. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Stemvormende prothese

In het kader van de behandeling van keelkanker komt het veelvuldig voor, dat de larynx (het strottenhoofd) inclusief de stemplooien en de strottenklep en eventueel een deel van de pharynx (de keel) wordt of worden weggenomen 5 (laryngectomie).

Teneinde het de patiënt daarna mogelijk te maken te eten en te drinken zonder dat eten of drinken in de, nu niet meer afsluitbare, luchtpijp terecht komt, wordt de luchtpijp naar buiten geleid, zodat een stoma in de hals (een 10 tracheostoma) wordt verkregen.

Teneinde ook stemvorming weer mogelijk te maken is het gebruikelijk een klep in de wand tussen de slokdarm en de luchtpijp aan te brengen. Uit de longen stromende lucht kan dan vanuit de luchtpijp door de klep naar het bovenste deel 15 van de slokdarm worden geleid, waarvan weefsel waar de lucht langs stroomt door het passeren van de lucht in trilling wordt gebracht voor het genereren van een stemgeluid of althans een geluid dat die functie moet vervullen. De patiënt kan dan praten door de tracheostoma dicht te houden, 20 zodat lucht door de klep naar de slokdarm geleid wordt.

Bezwaren van deze oplossing zijn, dat het geluid onnatuurlijk "boerend" klinkt, dat spraak van dergelijke patiënten slecht verstaanbaar is en dat de grondfrequentie van het gegenereerde geluid te laag is (40-70 Hz, tegenover 25 90-120 Hz voor gezonde mannen en 190-220 Hz voor gezonde vrouwen).

Inmiddels zijn reeds vele pogingen gedaan deze problemen te ondervangen, onder meer door het verschaffen van stemvormende prothesen in elektronische of door 30 uitgeademde lucht aangedreven vorm.

Bekende elektronische prothesen zijn voorzien van een spanningsbron en een handbediening buiten het lichaam. De trillingsbron wordt daarbij tegen de hals gedrukt of in een gebitsprothese ingebouwd. Belangrijke bezwaren van 1 0089 17 -2- dergelijke apparaten zijn de moeilijkheid de genoemde handbediening aan te leren en het robotachtige stemgeluid.

Een andere reeds bekende stemvormende prothese is ingericht voor aandrijving door lucht. Deze prothese kan 5 worden aangesloten op de tracheostoma en is voorzien van een door lucht aan te drijven tril-element en een slang om trillende lucht naar de mond te leiden voor het aldaar omvormen van de gegenereerde trilling tot verschillende klanken. Bezwaren van deze prothese zijn de matige 10 stemkwaliteit en de visuele onaantrekkelijkheid van de trillingsbron en de naar de mond leidende slang die bovendien het gebruikscomfort nadelig beïnvloeden.

Een stemvormende prothese volgens het inleidende deel van conclusie 1 is bekend uit EP-B-0 573 888. Bij deze 15 prothese is een trillingen genererend element in het shunt-ventiel in de wand tussen de luchtpijp (trachea) en de slokdarm (oesophagus) aangebracht. Ook bij deze prothese doet zich echter het probleem voor, dat de stem aanzienlijk minder natuurlijk klinkt en minder goed verstaanbaar is dan 20 dat van een persoon met gezonde intacte stembanden

De uitvinding heeft als doel een oplossing te verschaffen die het patiënten mogelijk maakt na een laryngectomie-operatie over een meer natuuurlijke en beter verstaanbare stem te beschikken dan bij toepassing de 25 besproken prothesen het geval is.

Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding bereikt door een stemvormende prothese uit te voeren overeenkomstig conclusie 1.

Door het abrupt belemmeren van bewegingen van het 30 tril-element of de tril-elementen wordt een brongeluid verkregen dat bij ontleding in sinusvormige frequenties naast een sinusvormige grondfrequentie een groot aantal boventonen bevat. Hierdoor wordt een sterk verbeterde verstaanbaarheid en een natuurlijker stemgeluid verkregen.

35 Bijzonder voordelige uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding zijn neergelegd in de afhankelijke conclusies 2- 12.

1 008917 -3-

Volgens een uitvoeringsmogelijkheid van de uitvinding wordt voorzien in een éénweg-klep volgens conclusie 13. Door opname van een stemvormende prothese volgens de uitvinding als modulair onderdeel in een dergelijke klep wordt met een 5 beperkt aantal varianten van de klep en de prothese een grote mate van aanpassing aan enerzijds de lichaamsbouw en anderzijds de oorspronkelijke vocale eigenschappen van de patiënt mogelijk gemaakt. In beginsel kan een dergelijke stemvormende prothese in elke klep tussen de trachea en de 10 oesophagus worden toegepast.

Navolgend worden verdere doelen, uitvoeringsaspecten en -details van de uitvinding beschreven en toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden, waarbij wordt verwezen naar de tekening. Daarbij is: 15 fig. 1 een geschematiseerd zijaanzicht in doorsnede van een hoofd-hals gebied van een patiënt na laryngectomie en plaatsing van een klep tussen de luchtpijp en het bovengedeelte van de slokdarm, fig. 2 een zijaanzicht in doorsnede van een klep voor 20 implantatie in de wand tussen een luchtpijp en een bovengedeelte van een slokdarm met ingebouwde stemvormende prothese, fig. 3 een bovenaanzicht van de klep volgens fig. 2, fig. 4 een serie schematische weergaven in zijaanzicht 25 van het tril-element van een stemvormende prothese volgens de figuren 2 en 3 in opeenvolgende bedrijfstoestanden, fig. 5 een zijaanzicht in doorsnede van een stemvormende prothese volgens een tweede uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding, en 30 fig. 6 een zijaanzicht in doorsnede van een stemvormende prothese volgens een derde uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding.

Allereerst wordt aan de hand van fig. 1 de situatie beschreven, waarin de voorgestelde stemprothesen kunnen 35 worden toegepast.

Bij het in fig. 1 weergegeven hoofd-hals gedeelte van een patiënt is in het kader van de behandeling van 1008917 -4- keelkanker de larynx inclusief de stemplooien en de strottenklep weggenomen. De, nu niet meer afsluitbare, luchtpijp 1 is in het gebied van de hals 2 rechtstreeks naar buiten geleid, en heeft een monding in de vorm van een 5 tracheostoma 3. Tussen een bovenuiteinde van de slokdarm 4 en de luchtpijp 1 bevindt zich een wand 5, waarin een klep 9 is aangebracht, zodat lucht door neus 6 of mond 7, en het voormalige keelgebied 8 kan worden geleid. Hiertoe dient men de tracheostoma 3 tijdelijk af te sluiten, bijvoorbeeld met 10 een vinger of door middel van het uitstoten van lucht indien een tracheostoma-klep als beschreven in de Nederlandse octrooiaanvrage 9202202 is toegepast.

In fig. 2 is de klep 9 meer in detail weergegeven. De klep 9 heeft een behuizing 10 met een doorlaat 11, een 15 bevestigingsflens 12 nabij een uiteinde van de doorlaat 11 en een integraal afsluitlichaam 13. In reactie op een overdruk in de luchtpijp 1 en de daarmee communicerende doorlaat 11, ten opzichte van de druk in de slokdarm 4 ter hoogte van de klep 9, zwenkt het afsluitlichaam 13 van die 20 doorlaat 11 af voor het vrij geven van de doorlaat 11. In rusttoestand sluit het afsluitlichaam 13 de doorlaat 11 af, zodat eten en drank niet vanuit de slokdarm 4 in de luchtpijp 1 terecht kan komen.

In de klep 9 is een stemvormende prothese 14 ingebouwd 25 die volgens dit voorbeeld is samengesteld uit een behuizing 15 een doorlaat 16 door de behuizing 15 voor het doorlaten van lucht, en twee trillend beweegbare tril-elementen 17, 18 voor het in trilling brengen van lucht. Deze prothese 14 is in fig. 3 afzonderlijk weergegeven.

30 Doordat de voorgestelde stemvormende prothese 14 nabij de plaats van de oorspronkelijke stembanden wordt gedragen, brengt het door de prothese 14 gegenereerde geluid op natuurlijke wijze de lucht in het stemkanaal van de gebruiker in trilling en kan het aldus gegenereerde 35 stemgeluid door de mond op een natuurlijke wijze worden omgevormd tot spraakklanken. Daarbij wordt de stemvormende prothese inwendig gedragen, zodat deze geen visueel storend 1 0 0 89 1 7 -5- element op het lichaam van de gebruiker vormt en een verbeterd gebruikscomfort wordt bereikt. Het inbrengen en eventueel verwijderen (bijvoorbeeld voor vervanging) van de stemvormende prothese 14 kan via het tracheostoma 3 worden 5 uitgevoerd met gebruikelijke klinische instrumenten.

De behuizing van de stemvormende prothese kan overigens ook zijn geïntegreerd in de behuizing van de klep 9. Toepassingen van afzonderlijke behuizingen voor de klep en de stemvormende prothese biedt echter het voordeel, dat 10 enerzijds voor de klep voor elke patiënt een uitvoering kan worden geselecteerd aan de hand van de dikte van de wand tussen de slokdarm en de luchtpijp en anderzijds, onafhankelijk van de buitenmaten, voor de stemvormende prothese een uitvoering kan worden geselecteerd, waarvan de 15 geluidsafgifte het best overeen komt met de oorspronkelijke stem van de patiënt. Hierdoor kan met een beperkt aantal uitvoeringen van de klep en de stemvormende prothese toch een grote mate van aanpassingen aan verschillende patiënten worden bereikt.

20 Figuur 4 toont de tril-elementen 17, 18 in een aantal opeenvolgende stadia A-H van een tril-cyclus. Daarbij vormen de tril-elementen die zijn uitgevoerd als vanaf de wand van de doorlaat 16 uitstekende lippen 17, 18 elk een aanslag voor het abrupt belemmeren van de bewegelijkheid van de 25 andere lip 18, 17, zodra deze tegen de desbetreffende lip 17, 18 aanligt. Als lucht met een geschikte snelheid door de doorlaat 16 wordt gedrongen openen en sluiten de lippen zich periodiek als gevolg van een schommelend evenwicht tussen aërodynamische en elastische krachten, waardoor deze lippen 30 17, 18 luchtpulsen produceren. In rust liggen de lippen 17, 18 met voorspanning tegen elkaar aan.

Door toepassing van lippen met geschikte geometrie en materiaaleigenschappen kan een voor mannen en vrouwen geschikte grondfrequentie worden bereikt. Door bijknippen 35 van de lippen 17, 18 kan op eenvoudige wijze een fijnafstemming van het door de prothese 14 voortgebrachte geluid aan de wensen van een patiënt worden verkregen.

1008917 -6-

De lippen 17, 18 hebben elk een vrij uiteinde 20, 21 dat in rusttoestand in een richting in hoofdzaak evenwijdig aan de doorlaat 16 is gericht. Hierdoor wordt ook als de lippen 17, 18 worden ingekort gewaarborgd, dat de lippen 17, 5 18 in rusttoestand met voorspanning tegen elkaar aanliggen.

Doordat het inkorten van de lippen 17, 18 als gevolg heeft, dat de voorspanning waarmee de lippen 17, 18 in rusttoestand tegen elkaar aanliggen wordt verminderd, wordt bij inkorten van de lippen 17, 18 een bijzonder effectieve beïnvloeding 10 van het voortgebrachte geluid verkregen.

De patiënt kan tijdens het spreken op natuurlijke wijze het geluidsvolume beheersen door harder of zachter lucht uit te stoten via het kanaal 16. Als de luchtstroom door het kanaal 16 in de met een pijl 19 aangegeven richting 15 sterker is stijgt met het geluidsvolume tevens de grondfrequentie van het voortgebrachte stemgeluid. Dit verband tussen geluidsvolume en grondfrequentie is ook aanwezig in stemvorming met behulp van gezonde stembanden en wordt als natuurlijke intonatie ervaren.

20 Doordat de lippen zijn ingericht voor trilling in reactie op een luchtstroom door de doorlaat 16, worden deze op natuurlijke wijze geactiveerd voor het afgeven van geluid en zijn geen afzonderlijke energiebronnen nodig om de lippen aan te drijven.

25 Doordat de lippen 17, 18 tijdens het trillen telkens met elkaar in aanligging komen vormen de lippen 17, 18 elk een aanslag waartegen de andere lip 18, 17 tijdens het trillen telkens stuit. Het verkregen trillingspatroon wijkt daardoor af van een sinusvormig trillingspatroon en vormt 30 een samengesteld geluid, dat is opgebouwd uit een sinusvormige grondfrequentie en hogere, sinusvormige frequenties. Deze hogere frequenties zijn van belang omdat deze in de keel-, neus- en mondholte volgens verschillende patronen selectief kunnen worden versterkt voor het 35 produceren van verschillende klanken.

De lippen vormen elk een tril-element dat vanaf een in hoofdzaak onbeweegbare verbinding met de behuizing 15 in de 1008917 -7- doorlaat 16 uitsteekt, waarbij de aanslag in de vorm van de andere lip tegenover een op afstand van deze onbeweegbare verbinding gelegen gedeelte van het tril-element is gelegen. Het is in principe ook mogelijk, een dergelijk 5 trillingspatroon te genereren door een enkele lip toe te passen die tegen een vaste aanslag trilt. Door toepassing van twee lippen die elk als aanslag voor de andere lip fungeren wordt echter op eenvoudige wijze bij een gegeven grondfrequentie en luchtverplaatsing een sterk geluid met 10 een natuurlijke klank verkregen.

Dat de als aanslagen fungerende delen 20, 21 van de lippen 17, 18 elk tegenover een nabij een vrij uiteinde van de andere lip 18, 17 gelegen gedeelte 21, 20 van die andere lip 18, 17 zijn gelegen, wordt tijdens elke cyclus een 15 bijzonder abrupte stop van de beweging van de trillende lippen 17, 18 verkregen. Dit is voordelig voor het genereren van geluid met een geringe afname van de intensiteit van de boventonen, d.w.z. waarvan boventonen een grote intensiteit hebben.

2Ó Voor dit doel is het verder voordelig, dat het tril- element in rusttoestand tegen de aanslag aanligt en meer in het bijzonder met voorspanning tegen de aanslag aanligt.

Voor een goede verstaanbaarheid van stemgeluid is het voordelig indien de prothese luchtpulsen genereert, waarvan 25 het frequentiespectrum een grondfrequentie met boventonen bevat, waarbij de afname van de intensiteit van de boventonen ten hoogste 18 dB/octaaf en bij voorkeur ten hoogste 12 dB/octaaf is. Hiertoe is het van belang, dat ten hoogste de tweede resp. de eerste afgeleide van het 30 luchtpulssignaal gedurende elke periode een discontinuïteit vertoont.

Een bijzonder goede nabootsing van natuurlijk stemgeluid wordt verkregen indien de prothese is ingericht voor het uitvoeren van verplaatsingen, waarvan de eerste 35 afgeleide discontinuïteiten vertoont. Er worden dan trillingen gegenereerd met een frequentie-spectrum van sinusoïden samengesteld uit een basis-frequentie en 1 0089 17 -8- frequenties daarboven, waarvan de sterkte 10-14 dB/octaaf en bij voorkeur ongeveer 12 dB/octaaf lager is. Dat een dergelijke geluidskarakteristiek voordelig is voor de verstaanbaarheid van synthetische of geresynthetiseerde 5 spraak is op zich bekend uit een publicatie getiteld Effect of Glottal Pulse Shape on the Quality of Natural Vowels; A.E. Rosenberg in The Journal of the Acoustical Society of America; vol. 49, no. 2 1971.

Zoals het best zichtbaar is in fig. 3, heeft de 10 prothese 14 doorgangen 22, 23 langs de lippen 17, 18, voor het in elke stand van de lippen 17, 18 doorlaten van lucht langs de lippen 17, 18. De door de doorlaten 22, 23 gevormde ruime zijdelingse speling tussen de lippen 17, 18 en de wand van de doorlaat 16, gaat kleven van de lippen 17, 18 aan de 15 wand van de doorlaat 16 tegen.

In fig. 5 is een alternatief uitvoeringsvoorbeeld van een stemprothese 44 volgens de uitvinding weergegeven. De prothese heeft een behuizing 45 met een bevestigingsflens 42. De behuizing 45 vormt tevens de behuizing van de klep 20 voor plaatsing in de doorlaat door de wand tussen de luchtpijp en de slokdarm.

Door de behuizing 45 strekt zich een luchtkanaal 46 uit, waarin een tril-element 47 is gelegen. Het tril-element 47 steekt ter plaatse van een trapvormige overgang 54 uit 25 vanaf een wand van de doorlaat 46 in een richting tegen de algemene stroomrichting aangegeven met een pijl 49 in. Voor het afsluiten van de doorlaat 46 is de behuizing voorzien van een integraal meegevormde deksel 43.

Wanneer de gebruiker lucht in een met de pijl 49 30 aangegeven richting uitademt door de doorlaat 46, wordt het tril-element 47, net als de lippen 17, 18 volgens het hiervoor beschreven voorbeeld, in een trilling gebracht die een oscillerend evenwicht vormt tussen aërodynamische uitwijkkrachten en elastische terugstelkrachten. Het tril-35 element 47 is voorzien van een buigscharnier 55 nabij de voet van het tril-element 47. Aan weerzijden van het buigscharnier 55 is het tril-element 47 voorzien van 1 0089 17 -9- aanslagen 56, 57 die tegenover bijbehorende aanslagen 58, 59 in de wand van de doorlaat 46 zijn gelegen. De aanslagen 55-59 belemmeren uitwijkingen van het tril-element 47 vanaf een bepaalde mate van uitwijking. Daarbij is het tril-element 47 5 voorzien van een aan de aanslagen 55, 56 daarvan grenzende verdikking die het tril-element 47 verstijft, waardoor de aanslagen een abrupte belemmering van de bewegingen van het tril-element 47 veroorzaken. Dit resulteert er op zijn beurt in, dat het tril-element 47 in gebruik een geluid met een 10 brede spreiding van frequenties genereert.

Het zal de deskundige duidelijk zijn, dat binnen het kader van de voorgestelde uitvinding nog vele andere uitvoeringsvormen mogelijk en concipieerbaar zijn. Zo kan bijvoorbeeld (zoals is weergegeven in fig. 6) de klep 77 van 15 een ventiel 69 voor het afsluiten van de doorgang tussen de trachea en oesophagus het trillende element voor het voortbrengen van geluid voor de stemvorming vormen. In dat geval wordt de aanslag waar het trillende element tegen aanslaat gevormd door de klepzitting 88. Bij een dergelijke 20 klep worden de afsluitfunctie en de stemgeluid vormende functie vervuld door eenzelfde element.

1 00 8917

Claims (13)

1. Stemvormende prothese, omvattende: een behuizing (15; 45) voor plaatsing in de wand (5) tussen de slokdarm (4) en een bovengebied van de luchtpijp (1) , 5 een doorlaat door genoemde behuizing (15; 45) voor het doorlaten van lucht, en ten minste een trillend bewegelijk tril-element (17, 18; 47; 77) voor het in trilling brengen van lucht gekenmerkt door ten minste een aanslag (20, 21; 56-58) 10 voor het in ten minste een stand abrupt belemmeren van de bewegelijkheid van het ten minste ene tril-element (17, 18; 47; 77) .

2. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het ten minste ene tril-element (17, 18; 47; 77) is 15 uitgevoerd als een in of voor de doorlaat (16; 46) uitstekende, buigzame lip.

3. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tril-element (17, 18) vanaf een in hoofdzaak onbeweegbare verbinding met de behuizing (15) in de doorlaat 20 (16) uitsteekt en waarbij de aanslag (20, 21) tegenover een op afstand van genoemde, onbeweegbare verbinding gelegen gedeelte van het tril-element (17, 18) is gelegen.

4. Prothese volgens conclusie 3, waarbij de aanslag (20, 21) tegenover een nabij een vrij uiteinde van het tril- 25 element (17, 18) gelegen gedeelte (21, 20) daarvan is gelegen.

5. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tril-element (17, 18) in rusttoestand tegen genoemde aanslag (20, 21) aanligt.

6. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tril-element (17, 18) in rusttoestand met voorspanning tegen genoemde aanslag (20, 21) aanligt. 1 0089 17 -11-

7. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de aanslag (20, 21) wordt gevormd door een tweede tril-element (17, 18).

8. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, 5 waarbij het tril-element (17, 18; 47) is uitgevoerd als een vanaf een wand van de doorlaat (16; 46) uitstekende lip, waarvan een vrij uiteinde in rusttoestand in een richting in hoofdzaak evenwijdig aan de doorlaat (16; 46) is gericht.

9. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, 10 omvattende tril-elementen in de vorm van twee onderling in hoofdzaak identieke lippen (17, 18) die in rusttoestand tegen elkaar aanliggen.

10. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, verder omvattende ten minste een doorgang (22, 23) langs het 15 ten minste ene tril-element (17, 18), voor het in elke stand van het tril-element (17, 18) doorlaten van lucht langs het ten minste ene tril-element (17, 18).

11. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tril-element (17, 18; 47; 77) is ingericht voor 20 het uitvoeren van verplaatsingen, resulterend in luchtpulsen, waarvan de eerste afgeleide discontinuïteiten vertoont.

12. Prothese volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tril-element (17, 18; 47; 77) is ingericht voor 25 het genereren van trillingen met een frequentie-spectrum van sinusoïden omvattende een basis-frequentie en frequenties daarboven, waarvan de sterkte 10-14 dB/octaaf lager is.

13. Eenweg-klep voor plaatsing in een wand (5) tussen de slokdarm (4) en de luchtpijp (1) van een patiënt, 30 omvattende een behuizing (12) met een doorlaat (11) en een afsluitlichaam (13) voor het afsluiten van die doorlaat (11), verder omvattende een in de doorlaat (11) gelegen prothese volgens een der voorgaande conclusies. 1 008917