SE531053C2 - Vibrator - Google Patents

Description

25 30 53% 053 Gemensamt för de hörapparater som beskrivits ovan är att de fordrar någon form av vibrationsalstrande organ, vibratorer. Olika typer av vibratorer är i och för sig väl kända inom litteraturen. Vad avser själva vibratorfunktionen finns idag ett antal lösningar. I såväl konventionella som benförankrade vanligen en vibratorfunktion som beskrevs redan av Bell 1876. En detaljerad beskrivning av denna princip applicerad på en benfórankrad benledriingshörapparat finns i ”On Direct Bone Conduction Hearing Devices”, Technical Report No. 195, Department of Applied Electronics, Chalmers University of Technology, 1990. Andra vibratorer av denna typ finns beskrivna i WO 01/93633, WO 01/93634, US 6,751,334 och PCT/SE03/00751. hörapparater används En typisk vibrator av det här slaget innefattar en magnetanordning, en vibratorplatta och en s.k. inre fjäder avsedd att upprätthålla ett luftgap mellan magnetanordningen och víbratorplattan. Hela vibratorkonstnilctionen är innesluten i ett hölje cxzh vibratorplattan är via ett vibrationsöveriörande element mekaniskt ansluten till en kopplingsdel, snäppkoppling, magnetkoppling eller liknande, ßr anslutning av den yttre hörapparatsdelen till den benförankrade delen av hörapparaten.

För att förhindra att damm och smuts skall komma in i hörapparathuset så är en tätning anordnad mellan höljet hos hörapparaten och det vibrationsövertörande elementet, exempelvis ett plastmembran.

En nackdel med denna vibratorkonstruktion är att den innefattar så många små delar så att den blir mekaniskt komplicerad att montera. Den separata upphängningen av den yttre fiädem och avfitningen av hölj et innefattar små elastiska element som måste vara tillräckligt robusta för att tåla långvarig användning av hörapparaten samtidigt som de måste vara tillräckligt klena och mjuka för att inte försämra vibrationsisolering och darnmtätning.

En annan nackdel med den kända konstruktionen är att vibrationsisoleringen inte alltid är optimal, efiersom den yttre fjädern, som används idag, är utformad som ett litet tunt metallbleck som är vek i en riktning, vinkelrätt mot fiäderns plan, men styv mot rörelser i andra riktningar som är parallella med fiäderplattarrs plan och mot vridningsrörelser.

Vibrationsrörelser i dessa ledder får helt tas upp av silikonkuddar. 10 15 20 25 30 531 053 Ett ändamål med denna uppfinning är därför att åstadkomma en ny typ av vibratorkonsnuktion för benledande hörapparater av det slag som diskuterats inledningsvis och som baseras på en annan princip för vibrationsalstringen. Det utmärkande för uppfinningen är att ett piezoelektriskt element används. Ett piezoelektriskt element är i grunden ett material som ändrar form då en elektrisk ström passerar elementet. Det piezoelektriska elementets vibrationer alstras alltså på elektrisk våg. Ett piezoelektriskt element kan utformas så att det ändrar form i bestämda riktningar, så att transversella eller longitudinella vibrationsrörelser erhålles.

Det skall också påpekas att ett piezoelektriskt element ftmgerar omvänt; då det utsättes för tryckkrafter etc, avger det en elektrisk puls.

Piezoelektriska element har tidigare använts i cochleåra hörapparater. I US-PS 3,594,5l4 beskrivs en implanterbar hörapparat som har ett piezoelektriskt keramiskt element anordnat intill hörselbanan i innerörat för att alstra vibrationer i innerörat. Det piezoeleklriska elementet är därvid monterat på ett sådant sätt att vibrationerna överförs mekaniskt direkt till hörselbenet eller ovala fönstret eller någon annan del av hörselsystemet i innerörat.

I US 2005/0020873 beskrivs en implanterbar hörselprotes som har ett vibrationselement baserat på tröghetsmoment implanterat i benet mellan de laterala och övre halvcirkulära kanalema utan att fördenskull inkräkta på kanalema. Det framgår att vibrationselementet är anordnat att generera vibrationer i kanalväggarna och i vätskor i kanalema och därmed också generera vibrationer i angränsande vätskor i hörselsnäckan och på så sätt stimulera hårceller och skapa ett hörselintryck.

Ett ytterligare ändamål med denna uppfinning år att åstadkomma ett piezoelektrískt element anordnat att generera vibrationsrörelser direkt till skallbenet bakom ytterörat vilka vibrationer leds fi-ån området bakom ytterörat via skallbenet till innerörat.

Istället för att leda ljudet via en hudgenomförande distans och en fixtur så är enligt uppfinningen det piezoelektriska elementet åtminstone delvis implanterat i skallbenet bakom ytterörat så att vibrationerna överförs direkt från vibrationselementet till skallbenet och leds i skallbenet till innerörat. 10 15 20 25 30 53% D53 Enligt en fiirdelaktig utfliringsform är det piezoelektriska elementet implanterat i en kirurgisk urborrníng i benet. Det behöver i detta fall inte vara något helt hål i skallbenet.

Enligt ytterligare en iördelaktig utflâringsform är det piezoelektriska elementet inkapslat i ett material som har förmåga att integrera med ben, exempelvis titan eller något biokompatibelt keramiskt material eller beläggningar. De ytterligare elektriska komponenterna kan antingen de också vara implanterade, eller också så kan de anordnas Externt.

Enligt ytterligare en tördelaktig utiöringsforrn är det píezoelektriska elementet skivfonnat och anordnat att expandera radiellt på en elektrisk signal. Därmed genereras longítudinella ljudvågor till skallbenet vilket är en fördel ur energisynpunkt.

I det följande skall uppfinningen beskrivas mer i detalj med hänvisning till bifogade ritningar, varvid Figur 1 visar den generella placeringen av det piezoelektriska elementet på skallbenet hos en person, Figur 2 visar ett piezoelektriskt element med ett delvis implanterat läge i skallbenet hos en person, och Figur 3 visar generellt den yttre formen hos ett piezoelektriskt element.

Figur 1 visar schematiskt den generella placeringen av en benledande hörapparat enligt uppfirmingen. Hörapparaten är förankrad i skallbenet, företrädesvis i det mastoida benet, bakom ytterörat 1 hos en person. Hörapparaten kan bestå av två separata delar, en extemt lokaliserad del, schematiskt índikerad med hänvisningsbeteckningen 2 i ñguren, och en implanterad del. Alternativt kan hela hörapparaten vara implanterad i det mastoida benet bakom ytterörat l. Den extema delen 2 fångar upp ljudet via en mikrofon för att sedan förstärkas och filtreras i en extem elektronikdel vilken är energiflirsörjd medelst ett 10 15 20 25 30 531 053 batteri. Den förstärkta signalen överförs på induktiv väg (transkutant) eller på annat känt sätt, såsom en ledningsförbindelse, genom huden (perkutant) till den implanterade delen.

Dessa delar är i och för sig väl kända för fackmannen och beskrivs därför ej närmare här.

Att använda induktiv överföring genom huden av en hörselsignal är i och för sig förut känt i andra typer av hörapparater. I vårt fall är vibratom i form av ett piezoelektriskt element åtminstone delvis implanterat i benet under huden. Den induktivt överförda signalen tas emot av det piezoelektriska elementet och den elektriska signalen omvandlas till vibrationer.

Altemativt är en elektrisk ledningsförbindelse 3 anordnad mellan de extema komponenterna 2 och det implanterade piezoelektriska elementet 4, se figur 2. En passage i form av en hudgenomföringshylsa eller liknande är då anordnad genom huden.

Som visas i figur 2 är det inkapslade, skivformade piezoelekniska elementet 4 implanterat i en kirurgisk urborming i det hårda kortikala benlagret 5 i skallbenet 6. Det behöver inte vara ett fullständigt hål eller passage genom skallbenet. Det piezoelektriska elementet är lämpligen anordnat enbart i det kortikala benlagret, med sin övre, lätt rtmdade yta i kontakt med den omgivande huden 7. Detta är ett av skälen till att elementet gjorts skivformat.

För att öka den mekaniska stabiliteten initialt hos det implanterade elementet 4 är höljet försett med perifert anordnade ríllor eller gängor 8. Gängorna kan i sådant fall vara försedda med skärande eggar. Som alternativ till gängorna kan implantatet sättas fast i den kirurgiska urborrningen medelst klämpassning, limning, fixturer eller stifi.

För att förbättra stabiliteten på sikt för det implanterade elementet 4 är ytterytan hos elementet gjord av ett biokompatibelt och benintegrerande material, exempelvis titan, titanlegering, tantal, zirkonium, niobiurn, hafiiium, vitalliurn, eller någon polymer, gel eller keramiskt material eller beläggning, såsom lhydroxylapatit eller kisel- eller kolbaserad keram. Företrädesvis har ytan modifierats genom blästring, polering, mikrobearbetning, laserbehandling, svarvning, anodisering, oxidation, kemisk etsning, sintring, eller liknande teknik. De nämnda ytbehandlingsmetodema ger ytan en viss râhet som befrämjar benintegrationsprocessen. plasma deposition någon 10 15 20 25 30 533% 053 Förutom den här typen av ytbehandlingar kan lâkernedelspreparat, biomolekyler eller andra kemiska molekyler med benvävnadsstimulerande egenskaper komma till användning.

Det andra skälet till att utforma det piezoelektriska elementet med en typisk platt, skivformad design är att elementet då genererar radiell expansion som svar på elektrisk signal. Detta inducerar i sin tur longitudinella ljudvågor, illustrerat med hänvisningsbeteckning 9 i figuren, till skallbenet, d.v.s. ljudvågor som breder ut sig i riktning längs med det jämförelsevis tunna skallbenet (istället för i någon annan riktning), vilket är fördelaktigt ur energisynpunkt.

Det inses också att utförandet med det piezoelektriska elementet implanterat direkt i benet eliminerar behovet av en motvikt vilken annars skulle erfordras vid en extern lokalisering.

Som redan nämnts arbetar ett piezoelektriskt element även i omvänd riktning, så att vibrationer kan transformeras . av elementet till elektriska pulser. Detta ger en valmöjlighet, men ingen nödvändighet, att låta det piezoelektriska elementet arbeta som en mikrofon och på så sätt erbjuda en tvåvägskommunikation vilken kan användas för inkoppling på tele eller radiokommunikationsnät.

Det piezoelektriska elementet i sig innefattar ett radiellt expanderbart piezoelektriskt material, såsom lead zirconate-titarrate eller liknande, med elektroder placerade på vardera sidan om det piezoelektriska elementet. Det piezoelektriska elementet är anordnat i ett hölje av titan genom vilket den elektriska ledníngsförbindelsen sticker ut.

En metod för att installera det piezoelektriska elementet innefattar ett kirurgiskt steg där ett hål borras i skallbenet till ett djup av cirka 2-3 mm och en bredd på cirka 10 mm.

Hålet är noggrant anpassat till det piezoelektriska elementet så att detta kan installeras med någon av de tidigare nämnda metoderna, och sedan under en inläkriingsperiod på omkring sex veckor få möjlighet att osseointegrera. Den elektriska ledningsförbindelsen ansluts till en hudgenomförande kontaktanordning, antingen en perkutan eller en 10 15 20 25 30 531 953 transkutan lösning. Efter vederbörlig tid så ansluts elektroniken till kontaktanordningen och en individuell ljudanpassning utföres så att ljudkvaliteten blir den bästa.

Uppfinningen är inte begränsad till de exempel som visas ovan utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Sålunda inses att som ett alternativ till de piezoelektriska elementen också en annan grupp av material kan komma till användning, nämligen de s.k. magnetoelastiska materialen. Denna grupp av material fungerar på liknande sätt som de piezoelektriska materialen, men skillnaden år att de magnetoelastiska materialen istället förändrar sin form under inverkan av ett magnetfält.

Detta kan erbjuda ett fullgott alternativ till piezoelektriska element. För enkelhets skull har dock endast piezoelektriska element nämnts i exemplen ovan.

De píezoelektriska eller magnetoelastíska elementen har i exemplen ovan visats i samband med en benledande hörapparat där ljudinformationen överförs mekaniskt via skallbenet direkt till innerörat hos en person. Denna typ av hörapparat används frärnst för rehabilitering av patienter med vissa typer av hörselproblem, men den kan också användas för rehabilitering av personer med stamningsproblem. Det inses att denna uppfinning även innefattar en sådan tillämpning.

Claims (8)

10 15 20 25 30 55"! 953 OG PATENTKRAV

1. Vibrator för att alstra vibrationer i en benledande hörapparat, d.v.s. en hörapparat av det slag som mekaniskt överför ljudirtformationen via skallbenet direkt till innerörat hos en person, innefattande ett píezoelektriskt eller magnetoelastiskt element (4) anordnat att generera och överföra vibrationsrörelser från området bakom ytterörat (1) via skallbenet till innerörat, k ä n n e t e c k n a d a v att det piezoelektriska eller magnetoelastiska elementet (4) är åtminstone delvis implanterat direkt i skallbenet bakom ytterörat (1) och anordnat att expandera radiellt under elektrisk respektive magnetisk inverkan, för att generera longítudinella ljudvågor (9) direkt fi-ån vibrationselementet till skallbenet mh vilka leds i skallbenet till ínnerörat.

2. Vibrator enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d a v att det piezoelektriska eller magnetoelastiska elementet (4) är anordnat att implanteras i en kirurgisk urborming i benet, företrädesvis i det mastoida benet.

3. Vibrator enligt patentkrav 2, k ä n n e t e e k n a d a v att det piezoelektriska eller magnetoelastiska elementet (4) är inkapslat i ett material som har förmåga att integrera med ben, exempelvis titan eller något biokompatibelt keramiskt material eller belâggningar.

4. Vibratorenligtpatentkravl,kännetecknad av att det piezoelektriska eller magnetoelastiska elementet (4) är skivfonnat för att generera de longitudinella ljudvågoma (9) till skallbenet.

5. Vibrator enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att inkapslingen är försedd med perifera rillor eller gängor (8)

6. Vibrator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det piezoeleklriska elementet (4) är anordnat att arbeta som mikrofon och på så sätt erbjuda en tvåvägskommtmikation vilken kan användas för inkoppling på tele- eller radiokommunikationsnät 10 531 053 01

7. Vibrator enligt patentkrav 1, piezoelektriska elementet (4) i sig innefattar ett stycke radiellt expanderbart piezoelektriskt material, såsom lead zirconate-titarmte eller liknande, att elektroder är placerade på vardera sidan om det piezoelektriska materíalstycket, att hela stycket är anordnat i ett hölje av titan och att en elektrisk ledningsflirbindelse (3) är anordnad ut ur höljet. känneteeknad avattdet

8. VibratorenligtpatentkravLkännetecknad av attdet piezoelektriska eller magnetoelastiska elementet (4) ü anordnat i en benledande hörapparat för anti-stamningsändarnâl.