SE0900372A1 - Benledningsvibratorkonstruktion med förbättrad högfrekvensrespons - Google Patents

Description

45 50 55 60 65 70 75 80 2(7) jämför med luftledningshörapparater. Det främsta målet med föreliggande uppfinning är att förbättra känsligheten för benledningsvibratorer i högfrekvensområdet.

Andra tillämpningar för benledningsvibratorer, förutom hörapparater, är kommunikationssystem, audiometriska och vibrationstestande apparater Not 1. Föreliggande uppfinning är tillämplig även i sådana applikationer.

Prior art Tvärsnitt av moderna konventionella benledningsvibratorer av variabel reluktans typ visas i figur la och lb (State of the Art). Vibratorn i figur la är av balanserad typ, medan vibratorn i figur lb är obalanserad. För en mer detaljerad beskrivning av en balanserad konstruktion se t.ex. 10/23 7, 391 och Håkansson 2003.

Båda typerna av vibratorer är avsedda att anslutas till en last (Zload) som antingen kan vara ett benförankrat implantat via en koppling av något slag eller via ett hölje, som innesluter vibratorn, som i sin tur har kontakt med benvävnaden. I tillämpningar med direkt benledning så antar man vanligtvis att belastningsimpedansen, dvs. skallens impedans, är mycket högre än vibratoms mekaniska utimpedans, dvs. lasten påverkar inte i någon väsentligt grad vibratoms kraftgenererande prestanda.

Den totala massan ml hos mothållsmassan samverkar elektromagnetiskt med den drivande sidan av vibratorn som i sin tur har en sammanlagd drivande massa m2. En eller flera upphängningsfjädrar med den totala kompliansen Cl behövs för att upprätthålla stabila luftgap mellan ml och m2 där de dynamiska krafterna skapas av de elektromagnetiska kretsarna Not 2.

Den främsta uppgiften för massan ml är att fungera som en mothållsmassa till de dynamiska krafter som skapas i luftgapen och att skapa en lågfrekvensresonans för att öka känsligheten vid låga frekvenser. Resonansfrekvensen fl fås approximativt genom ekvation 1. 1 -ízn gmlcl HZ Ekv. 1 lll fi Såsom visas i figur 1 så ingår massan hos spolen (S2) i den drivande massan m2 vid balanserad konstruktion medan massan hos spolen (S1) ingår i mothållsmassan ml vid en obalanserad konstruktion. Resonansfrekvensen kan, i enlighet med ekv. 1, sänkas genom att antingen öka den totala vikten hos mothållsmassa ml eller genom att öka den totala kompliansen Cl hos íjäderupphängningarna.

Sammanfattning av föreliggande uppfinning Den nuvarande uppfinningen består av en ny konstruktion avsedd att förbättra högfrekvensförstärkningen hos benledningsvibratorer. Den nya konstruktionen är baserad på att en andra upphängningsanordning, utgörande en komplians/fi ädring, placeras mellan vibratoms drivande massa och lasten för att därigenom skapa en resonans i det högfrekventa området. Denna resonans kommer att förbättra responsen i högfrekvensområdet.

Beskrivning av figurerna Figur la, b: Prior Art - tvärsnitt av (a) balanserad och (b) obalanserad konventionell vibrator av variabel reluktans typ som innehåller enbart en första fjädrande upphängningsanordning.

Figur 2: Tvärsnitt av ett föredraget utföringsexempel av föreliggande uppfinning som innehåller även en andra fjädrande upphängningsanordning. 85 90 95 100 105 110 115 120 3(7) Figur 3a, b, c: Elektro-mekaniska punktparameteniiodeller av (a) prior art, (b) föreliggande uppfinning och (c) en variant av föreliggande uppfinning.

Figur 4: Frekvenssvar för prior art (P) och föreliggande uppfinning (heldragen linje).

Figur Sa, b: Tvärsnitt av ett föredraget utförande av föreliggande uppfinning där vibratom ansluts med ett snäpparrangemang (a) sammankopplad internt eller (b) externt till en hudpenetrerande skallbensförankrad distans.

Figur 6a, b: Tvärsnitt av ett föredraget utförande av föreliggande uppfinning för infästning av vibratorn genom att använda en koppling som ansluts via en adapter som monterats i en hudpenetrerande distans där kompliansen/fjädringen C2 kan vara antingen (a) på vibratorsidan eller (b) placerad i distansen.

Figur 7a, b, c: Tvärsnitt av ett föredraget utförande av föreliggande uppfinning för fastsättning av en extern vibrator medelst en baj onettkoppling (a) med kompliansen/fjädringen placerad på vibratorns sida (b) eller i distansen (c).

Detaljerad beskrivning Ett första utförande enligt föreliggande uppfinning visas i figur 2. I detta utförande är vibratom (1) inkapslad i ett hölje (2) av biokompatibelt material för implantation i skallbenet (3). I detta exempel används en balanserad design (Fig. la) men en obalanserad design (Fig. lb) kan också användas.

Mothållsmassan bestående av mjukjärnsmaterial och magneter med en total vikt ml (4) är fäst till den drivande sidan bestående av mjukj ärnsmaterial och spolen (S) med den totala massan m2 (5) mellan vilka det bildas små luftspalter (6). För att åstadkomma stabila och balanserade luftgap så krävs ett första arrangemang av fjäderupphängning (7) med en total komplians Cl som i ena änden är fäst vid den seismiska massan ml (4) och i den andra änden är fäst vid den drivande massan m2 (5).

Fj äderupphängningen (7) kan nonnalt utföras av en eller flera bladfj ädrar och de kan ha dämpande material applicerat (visas ej) Not 3. Massan ml hos mothållsmassan (4) och kompliansen Cl i den första fjäderupphängningen skapar en lågfrekvensresonans fl enligt ekv. l. Denna lågfrekvensresonans är avsedd att ge en förstärkning vid låga frekvenser. Företrädesvis placeras resonanstoppen i intervallet 200 till 1000 Hz. l en konventionell vibrator så är den drivande massan m2 (5) direkt förbunden med höljet (2) medan i föreliggande uppfinning så är en andra fjäderupphängning (8) med en total komplians/f] ädring C2 placerad mellan den drivande massan m2 (5) och hölj et (2). Hölj et (2) är direkt anslutet till skallbenet (3). Dänned bildar massan m2 och kompliansen C2 en andra resonansfrekvens enligt ekv. 2. Denna resonans är ämnad att förstärka de höga frekvensema. Företrädesvis placeras resonanstoppen här i intervallet från lkHz till 7kHz. 1 fz = zm/mzcz Den andra fjäderupphängningen (8) kan ha ett dämpande material (9) fäst antingen direkt på fjädem C2 (visas inte) eller mellan massan m2 (5) och höljet såsom visas i figur 2 Not 4.

Hz Ekv. 2 I Figurema 3a, b, c visas en elektro-mekanisk analogimodell där ingående komponenter av vibratom har representerats av punktparametrar. Vissa parametrar i figur 3 har inte beskrivits ovan såsom den elektriska Ingångsimpedansen Ze, den elektromagnetiska omvandlingsfaktom g, dämpningen Rl hos den första fjäderupphängningen Cl , dämpningen R2 hos den andra fjäderupphängningen CZ, den mekaniska lastimpedansen 210m. Lastimpedansen 210m är den mekaniska impedansen hos skallbenet 125 130 135 140 145 150 155 160 165 4(7) som har beskrivits av Håkansson et al. 1986. En modell av den konventionella (prior art) vibratorn visas i figur 3a och en modell av föreliggande uppfinning visas i figur 3b där den andra upphängningskompliansen C2 har lagts till. Vid behov så kan dämpningen R2 läggas till. Not 5 Värdena m2, C2, R1 och R2 kan designas för att ge en önskad resonansfrekvens f2 och en lämplig kurvforrn av frekvensgången i högfrekvensornrådet. I figur 3c visas att ytterligare en massa m3 kan läggas till mellan den mekaniska lasten Zload och den andra kompliansen C2 för att ta hänsyn till vikten av hölj et eller för att öka den totala lastimpedansen för att därigenom undvika växelverkan mellan lasten Zload och resonanskretsen bestående av m2 och C2.

I figur 4 visas frekvenssvaret hos Prior Art (P) och frekvensgången hos föreliggande uppfinning (heldragen linje). Det är uppenbart att den föreliggande uppfinningen kan ge en högfrekvensförstärkning, vilket framgår av det korsstreckade området, med upp till 20 dB vid resonansfrekvensen f2 som här är konstruerad för att hamna vid cirka 3 kHz. I detta exempel så börjar den förbättrade känsligheten redan strax över 1 kHz och slutar strax under 5kHz. Detta frekvensområde, 1-5 kHz, är mycket viktigt för taluppfattning. Det främsta syftet med denna uppfinning är att förbättra prestanda för vibratorn i detta frekvensområde.

I figur Sa, b det visas en föredragen utformning av den föreliggande uppfinningen där en snäppkoppling modifierats för att skapa den andra resonansfrekvensen fl. I figur 5a så utgör handelen hos snäppkopplingen (10) den andra fjädrande enheten (1 1) med kompliansen C2 vilken är ansluten till den drivande massan m2 (5) hos vibratorn. Här snäpps den fjädrande enheten (1 1) in i hondelen hos den hudpenetrerande distansen (12) vilken är rigid fäst i den benförankrade titanskniven (13). I Figur 5b är snäppkomponenterna omvända, dvs. hondelen (14) utgör den andra fjädrande enheten C2 (1 1) och är i den ena änden fäst till den drivande massan m2 (5) hos vibratorn och i den andra änden snäpps den fast till den yttre delen av den hudpenetrerande distansen (12). Not 6.

I figur 6a, b visas ytterligare föredragna utföranden av föreliggande uppfinning. I figur 6a är en adapterenhet (15) fast förankrad i den inre delen av den hudpenetrerande distansen (12). Den drivande massan (5) hos vibratorn med den fjädrande enheten (1 1) ovanpå snäpps eller trycks fast på adapterenheten (15). I figur 6b är kopplingsenheterna omkastade, dvs. adapterenheten utgör kompliansenheten (1 1) och den drivande massan m2 (5) hos givaren snäpps fast eller kopplas till denna. 1 figur 7a, b, c, är kopplingen mellan den drivande massan (5) och den hudpenetrerande distansen liknande den i figur Sa, b men här är kopplingen av bajonett-typ i stället för av snäpp-typ. I figur 7a visas att den drivande massan (5) hos vibratorn med den fjädrande enheten (l 1) ovanpå utgörande bajonettens handel (16) införs i en slits i adapterenheten (15) . Såsom visas i figur 7b av pilen så erhålls ihopkopplingen och låsningen i bajonettkopplingen genom en vridande rörelse på företrädesvis 90 grader. Som framgår av Figur 7c så kan hela kopplingsanordningen göras omvänd dvs fjädringsenheten (1 1) utgörs av adapterenheten (15) och dänned utgör den drivande massan (5) handelen hos baj onetten (16).

Det framgår av utförandena i Fig. 2, 3, 5, 6, 7 var för sig eller i kombination att det finns ett antal olika möjligheter att införa fjädringsenheten C2 mellan den drivande massan m2 (5) och den mekaniska lasten Zmd. Även om de specifika lösningarna skiljer sig åt så erhålls den tekniska effekten, dvs. att ökad högfrekvensförstärkning, i alla utförandena. Detta understryks ytterligare av att de elektro- mekaniska analogimodellerna i figur 3 gäller för en mycket stor grupp av möjliga utföranden av denna uppfinning. Trots att ett begränsat antal olika utföringsexempel har lagts fram för att beskriva uppfinningen är det uppenbart att en tekniskt kunnig person inom området kan ändra, lägga till eller 170 175 180 185 190 195 5(7) reducera detaljer utan avvikelse från tillämpningsområdet och grunderna for denna uppfinning som definieras i följande patentkrav.

Referensnummerlista 1 Vibrator 2 Hölje 3 Skallben 4 Mothållsmassa ml 5 Drivande massa m2 6 Luftgap 7 Första f]äderupphängningsanordningen Cl 8 Andra f]äderupphängningsanordningen C2 9 Dämpmaterial R2 10 Snäppkopplingens handel 11 Andra fjådringsenheten C2, R2 12 Hudpenetrerande distans 13 Benforankrad skruv 14 Snäppkopplingens hondel 15 Adapterenhet 16 Bajonettkopplingens handel 17 Slits in adapterenhet - hondel Referenser Håkansson, B. Carlsson, P. and Tjellström, A., 1986. The mechanical point impedance of the human head, With and without skin penetration. Journal of the Acoustic Society of America, 80(4), 1065- 1075.

Tjellström, A., Håkansson, B. and Granström, G. (2001). The bone-anchored hearing aids - Current status in adults and children, Otolaryngologic Clinics of North America, Vol. 34, No 2, pp 337 - 364.

Håkansson, B. E. V. (2003). The balanced electromagnetic separation transducer a new bone conduction transducer. Journal of the Acoustical Society of America, 113(2), 818-825.

Håkansson, B.; Eeg-Olofsson, M.; Reinfeldt, S.; Stenfelt, S.; Granström, G. (2008). Percutaneous Versus Transcutaneous Bone Conduction Implant System: A Feasibility Study on a Cadaver Head, Otology & Neurotology: Volume 29(8). pp 1132-1139.

Claims (8)

200 205 210 215 220 225 230 5(7) PATENTKRAV

1. En benledningsvibrator bestående av en första seismisk massa ml och en andra massa m2 kopplade till varandra genom en första fjäderupphängning med kompliansen Cl, där spolen och de magnetiska kretsama är integrerade i de två massorna genererar dynamiska krafter i luftspalterna som bildas mellan den första och den andra massan när ström går genom spolen, och där den första massan ml och den första fjäderupphängningen Cl skapar en första mekanisk resonans fl i lågfrekvensområdet, kännetecknad av att en andra mekaniska resonans f2 skapas i högfrekvensorrirådet genom växelverkan mellan den andra massan m2 och en andra ÜäderupphängningCZ som applicerats mellan den andra massan m2 och lasten Zload.

2. Anordning enligt krav l, kännetecknad av att den andra mekaniska resonansen f2 har sin maximala känslighet i intervallet mellan 1 och 7 kHz.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknar! av att den andra fjäderupphängningen C2 har en integrerad dämpanordning.

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, kännetecknad av att fjäderupphängningen C2 är ansluten till skallbenet via ett biokompatibelt hölje med massan m3 inneslutande en implanterad vibrator.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att den andra fjäderupphängningen C2 utgörs av en bladfj äder som är fäst i centrum på den andra massan m2 och är förbunden med höljet i dess periferi.

6. Anordning enligt krav 2 eller 3, kännetecknad av att den andra fjäderupphängningen C2 är integrerad i kopplingsanordningen mellan vibratorn och ett benförankrat implantatsystem.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att andra massan m2 hos vibratorn ansluts till det benförankrade implantatsystemet medelst en snäppkoppling där handelen eller hondelen utgör den andra fjäderupphängningen C2 vilken är tillverkad av ett material med lämpliga inneboende egenskaper av komplians och dämpning för att skapa den andra resonansen f2.

8. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att anslutningen av den andra massan m2 hos vibratom till ett benförankrat implantatsystem görs medelst en bajonettkoppling där handelen eller hondelen utgör den andra fjäderupphängningen C2 vilken är tillverkad i ett material med lämpliga inneboende egenskaper av komplians och dämpning för att skapa den andra resonansen f2.