TW201210354A - Intra-oral tissue conduction microphone - Google Patents

Description

201210354 · 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於偵測藉由可使用於聽力裝置、身體或健康 監測之系統或通信裝置中之可聽或生物物理聲音產生之組 織傳導振動之口内感測器之方法及設備。 此申請案主張2010年5月28曰申請之美國臨時申請案第 61/349,5 08號之優先權，該案之内容以全文引用方式併入 本文。 【先前技術】 組織接觸式振動感測器（接觸式麥克風）已廣泛使用於感 測源自人體之聲音（諸如心跳、血液流動或呼吸）之電子聽 診器中。此等感測器（或傳感器）係經放置與皮膚或軟組織 接觸並回應於生物物理程序引發之傳播通過組織之振動而 產生一電信號。廣泛使用之另一類型電子聽診器係用以偵 測使用者發聲引發之組織振動之喉式麥克風。藉由聲帶產 生之聲（振動）波通過喉頭周圍之硬組織及軟組織傳播並藉 由安裝在外部之接觸式麥克風偵測為語音（美國專利第 4607383號、3746789號本文全文所提及之所有專利或 專利申請案係以引用方式併入本文。 用於偵測使用者語音之其他組織接觸式麥克風通常係外 部安裝在前額之皮膚上、乳突骨上之耳朵後面或耳道内。 與安裝在喉似之感測器相比，此等麥克風㈣藉由傳播 通過頭蓋骨（經由骨絡傳導）且接著通過周圍皮膚組織之喉 頭及聲道之其他部分（硬顎/軟顎、舌頭、嘴唇、牙齒）之諧 156624.doc 201210354 振引發之振動。不可聽之雜音（N〇n audib丨e mUrmur， NAM)麥克風係經設計以傳導主要在口腔周圍之軟組織中 傳導之微小的聲音振動，且係被安裝在耳朵後面之頜骨附 近之軟組織上方。 用於偵測人體聲音及/或語音之外部施加之組織接觸式 • 《測器之實例包含整合至—密封隔膜中之—電容板麥克風 結構（美國專利第6498854號）、定位於—中空腔上方之一薄 膜壓電聚合物（美國專利第6261237號、第6937736號）、整 合至具有與一組織耦合器接觸之一第二隔膜之一外殼之一 駐極體麥克風（美國專利第7433484號）及麵合至—軟聚石夕氧 襯塾之一開放式電容式麥克風。 組織接觸式麥克風使用多種不同的架構，但纟等總是併 入與皮膚或組織之聲阻抗匹配之—接觸面，諸如橡膠、聚 胺甲酸酿或塑膠。匹配組織之接觸材料有效地將行進通過 。亥、=’、哉之聲壓波耦合至傳感器並使該裝置對通過空氣傳播 之聲音之敏感度降低。因此，該等感測器在減小環境噪音 方面係有效的，且在噪音環境中（諸如，工廠位置、移動 車輛或在戰場上）可適合用作雙向通信裝置。 - 一項最新的研究評估若干安裝在喉嚨及頭蓋骨之組織接 _式麥克風與- _吊式(空氣傳導)麥克風相比之效能並證 明該等接觸式麥克風之改良之信噪比。該研究亦發現語音 可懂性不如該懸吊式麥克風，理論上歸因於自諸如舌頭及 _唇之軟發音器官編碼之資訊減小。然而，隨著商業上銷 售大量接觸式麥克風系統，可容忍在過多環境噪音或裝備 156624.doc 201210354 限制（諸如全罩式頭盔、防護服及水下裝備）妨礙一空氣傳 導麥克風之使用之環境中語音可懂性明顯減小。 依賴於用於喉°龍、耳朵或骨骼傳導語音之組織接觸式麥 克風之現有系統提供大量優點，但需要安裝在外部之感測 器、電子器件及/或電池。此裝備體積大且易於察覺、干 擾諸如頭盔及防護裝置之其他裝備、可封閉耳道並不可能 用在濕及/或惡劣環境中。 組織接觸式感測器領域中之一相關發展涉及可完全植入 式助聽器，其中該麥克風部分係皮下安裝在耳朵正上方及 後面或安裝在耳道之骨壁内。與經設計以偵測使用者之語 音之上述感測器相比，所植入之助聽器麥克風係經設計以 回應於周圍環境聲音（美國專利第65丨6228號、第6626822 號、第7204799號及第7354394號）。在此等系統中，藉由 該麥克風偵測之信號可經處理 '放大並發送至用於模擬中 耳之一經植入之傳感器或模擬聽覺神經之電極。位於該經 植入之麥克風上方之皮膚之薄層用作一隔膜並將氣壓擾動 引發之機械振動耦合至嵌入式感測器，通常係一駐極體麥 克風。已量測一經植入之麥克風具有丨.5 mV/Pa上至5 kHz 以上之一平坦敏感度回應，且具有相同敏感度回應之語音 可懂性之測試已證明具有70 dB SPL之外部聲場之完美語 .彙識別。 作為一可完全植入式聽力系統之部分之一可植入麥克風 在數方面對使用者有益：該聽力系統完全察覺不到，消除 一殘疾人士之外觀；其並未封閉耳道，消除舒適/不相容 156624.doc 201210354 問題並針對部分聽力喪失之人士改良低頻聲音感知；且其 容許在與傳統助聽n不相容之環境或活動中使用。然而， 一顯著的缺陷在於需要-外科手術程序來安裂或移除該麥 克風、電池及信號調整/放大電子器#，且必須存在在外 部給該所植人之電池充電之—些構件。額外地，該所植入 之麥克風依賴於皮膚表面與處之振動與該電信號之間之若 干媒體轉換級，限制總體裝置效能。 【發明内容】 此發明試圖解決植人組織之麥克風及外部施加之組織接 觸式麥克狀上述限制以實現位於口財之-㈣但非經 卜科手術文裝(即，可移除)之麥克風中之此類型的感測器 之經指出之優點。經定位靠抵於面頻之内部表面、上顯或 齒齦該感測益用作在與大部分現有裝置不相容之環境中 操作之一不可察覺之耖六# 寬力裝置、人體聲音監測裝置或通信 裝置中之一組件。 ^ 诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)之壓電膜歸因於其高壓電電壓 常數g(將電遷相關於引發之應變）、其低機械阻抗（與組織 充分匹配)及其一般的堅固性及機械穩定性而非常適合用 作-口内組織接觸式感測器。額外地，關於壓電膜，盘依 賴於機械振動至—封閉氣腔中之壓力變化之轉換以隨後藉 由工f傳導麥克風（諸如美國專利第651 6228號及^ 7 33484號Ή田述之麥克風）偵測之接觸式感測器相比，组 織振動係藉由壓電效應直接轉換為一電信號。如前所提 及，本文全文所提及之所有專利或專利申請案係以引用方 156624.doc 201210354 式併入本文。 當PVDF膜被夾緊至- f曲開放式框架結構時，其提供 對法向之機械移位的極高敏感度，且其頻率回應在諧振以' 下操作時係平坦的。該曲率沿膜軸將法向之壓力轉化為可 能比所施加應力大得多之張應力。該引發之膜應變在該等 膜電極上產生與該所施加壓力成比例之電荷。膜厚度、曲 率半徑（RQC)及電極面積可經調適以影響電阻抗、敏感 度、諸振頻率及機械阻抗，因此容許微調至應用。 —-可移除口内組織傳導麥克風可與―可移除牙科用具附 著、黏合或整合^該牙科用絲合至牙齒⑽。，上排後 白齒）以定位該麥克風使其與口腔之某軟組織接觸（諸如， 緊密接觸）。可使用σ腔黏膜（面頰之内部表面），這係因為 該麥克風係經；t位儘可能接近外部聲源以最小化信號衰 減在替代性實例中，齒齦或上顯可用作替代位置。 【實施方式】 與傾測與一空氣傳導麥克風幾乎相同之重疊（組織）膜: 機械振動之植人皮下之麥克風相比，詩環境聲音偵測: 一口内麥克風必須回廄热如人^ 應於耦合至頭部之軟組織並通過該5 部之軟組織傳播之聲壓波。頭部之空氣/組織邊界因則 不匹配及信號散射而用作聲音傳輪之一重要的壁障… 外部聲壓能量之僅-小部分係傳輸至該嵌人式感測器。一 空氣/水邊界處之—壓力波之法向人射導致聲強度之3 dB(99.9/〇)之理命上損耗。散射效應亦開始作用，且g 机中之水之I巳圍（接近頭部）之fea模型預測稍微較高存 156624.doc 201210354 聲衰減。 因此，用於量測環境聲音之一口内組織傳導麥克風必須 具有足夠的信噪比（SNR)以克服空氣/組織介面處之損耗同 時伯測最小期望的環境聲壓級（SPL)。有效地用作—聽力 裝置中之一組件之一口内組織麥克風應根據標準度量實現 70 dB SPL極佳語音可懂性，且提供至6〇 dB spL以下之有 用的效能，這歸因於傳播損耗轉化成在該感測器處量測之 小於 30 dB SPL。 當用於偵測使用者產生（原始）之聲音（諸如語音、呼吸或 其他人體聲音）時，該口内組織麥克風感測在該使用者之 軟組織内傳播之振動，且因此並不受限於空氣/組織邊界 才貝耗。該軟組織用作一低通濾波器，衰減高頻聲音分量， 而且任意安裝在外部之組織接觸式麥克風亦如此。 與在並未附加塑形聲道之情況下感測喉頭處之振動之喉 式麥克風相比，口内組織處偵測到之語音資訊可包含來自 大部分聲道（包含咽喉、硬發聲器官（硬顆、牙齒）及軟發聲 器官（舌頭、軟顎）)之作m然嘴唇及鼻腔之影響可自口 内組織信號排％’但語音品f可顯著優於喉式麥克風之語 曰时貝。安裝在頭蓋骨或耳道之組織麥克風可提供較高信 號品質，此係歸因於引發骨骼振動之聲道分量之含量較 高’但與該口内麥克風相比該優點可能極小。本發明者已 '示與空氣傳導聲音相比口内麥克風之語音保真度更好。 諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)之壓電膜歸因於其高壓電電麗 常數g(將電屡相關於引發之應變）、其低機械阻抗（與組織 156624.doc 201210354 充分匹配）及其一般的堅固性及機械穩定性而非常適合用 作一口内組織接觸式感測器。額外地，關於壓電膜，與依 賴於機械振動至一封閉氣腔中之壓力變化之轉換以隨後藉 由一空氣傳導麥克風（諸如美國專利第65 16228號及第 7433484號中描述之麥克風）偵測之接觸式感測器相比，組 織振動係藉由壓電效應直接轉換為一電信號。 當被夾緊至一彎曲開放式框架結構時，PVdf膜1 〇提供 對法向之機械移位的極高敏感度，且其頻率回應在諧振以 下操作時係平坦的。該曲率沿該膜軸將法向之壓力或力F 轉化為可能比所施加應力大得多之張應力（圖1A)。該引發 之膜應變在該等膜電極上產生與該所施加壓力成比例之電 射膜厚度曲率半徑（ROC)及電極面積可經調適以影響 電阻抗、敏感度、譜振頻率及機械阻抗.，因此容許微調至 應用。圖1B圖解說明一法向力F可施加於組態為一懸臂樑 結構之-膜1G之-實例，其中該引導力引發沿該樑之一長 度之一張力Ft。類似地，圖1C圖解說明一法向力f可施加 於- f曲結構12之另-實例，其中該法向力？引發該彎曲 結構上方之徑向膨脹並在周圍黏合膜中產生一張力。 ,， …I，ι'τ' 〇竹用丹附著、 黏合或整合（圖4)。該牙科用具耦合至牙齒（例如，上排後 白齒Μ)歧位該麥克風2G使其與σ腔之某軟組織接觸。口 腔黏膜（面頻之内部表面）係較佳的（圖5Α)，這係因為該麥 克風20係經定位儘可能接近一外部聲源以最小化信號^ 減。齒齦（圖5C)或上顆（圖5Β)亦可組成替代位置。舉例^ 156624.doc •10- 201210354 5，如圖5B所示，頰部分1〇〇可保留電池及/或電子器件， 同時經由結構部件22耦合之一第一部分1〇2可含有藉由靠 抵於該軟顎之一部分之裝置定位之一麥克風（如本文所描 述）。圖5C展示該麥克風2〇可經定位靠抵於齒齦G之頰側而 非牙齒或牙齒表面上之另一變化。如上所示，該第二部分 104可維持在舌側上，同時該兩部分係經由該結構部件 彼此耦合在臼齒周圍。 該牙科用具可為使用牙科結構之一模型製成並使用一熱 成型程序製造之一訂製裝置（圖4)β其亦可使用可藉由（例 如）一連接線或其他結構部件22或藉由拉伸一扭力彈簧、 將其安裝在合適位置並接著釋放而夾緊至該等臼齒之一非 訂製形式。該連接線或其他結構部件22可進一步用作路由 (例如）該裝置之兩部分（例如，接觸可固持電池及/或電子 器件之内部面頰表面及該舌側部分24之頰側麥克風2〇)之 間之電力及/或信號之一導管β 2〇〇9年1〇月29曰申請之美 國專利申請案第2009/0268932號中描述之額外的安裝技術 以引用方式併入本文。該牙科用具併入可符合牙齒之一或 多個表面並改良其在牙齒上之滞留及放置之一或多個特徵 部26 〇 該牙科用具之麥克風感測器部分2〇可包含於（例如）定位 於牙齒舌側或頰側、依賴於軟組織接觸區域之一金屬、塑 膠或其他合適的外殼30中（圖2Α)。該麥克風外殼之牙齒接 觸部分可併入一正特徵部28(諸如裝配在兩個臼齒之間之 間隙空間中之一突起物）以在使用中維持位置。該麥克風 156624.doc -11 - 201210354 2 0外殼之牙齒接觸部分較佳地併入一軟塑膠或橡膠材料以 減小經由骨路傳導通過牙齒輕合至該外殼之振動。舉例而 言’該外殼30可用液態聚矽氧橡膠（LSR)包覆成型，同時 接觸該軟組織（諸如面頰之内部表面）之外殼30之部分可具 有一聚矽氧或聚胺甲酸酯接觸表面32。該外殼30之内部 38(可遮蔽（例如）信號調整電子器件）併入一導電塗料或金 屬鍍層36以減小該麥克風對電磁干擾之敏感度。 可藉由黏合（例如’用氰基丙烯酸酯、環氧樹脂或雙面 黏合劑40)或機械地夾緊一層Pvdf膜10(例如，1〇毫米Χ2〇 毫米’ 52微米厚）至一彎曲並開放式金屬框架34(圖2〇)建 構該麥克風感測器20使得該膜1〇之拉伸方向（被稱為「i」 方向44)係沿該框架34之曲面半徑（以引用方式併入之美國 專利第6937736號）。亦可使用諸如pvDF共聚物（例如， PVDF-TrFE)之其他壓電膜。 可由一生物可相容金屬（諸如3〇4或316不鏽鋼或鈦）建構 該框架34(圖2C)。為最小化非作用膜材料含量（其使至寄生 電容增加），該框架邊緣之寬度係維持在一實際最小值以 有效地夾緊該膜及抵擋偏差。在一實例中可使用丨毫米至2 毫米之一寬度❶曲面半徑直接影響麥克風敏感度及諧振頻 率（歸因於對膜柔順度之影響）。半徑為（例如）5毫米至2〇 毫米之一框架可用以提供大於主要語音頻帶（300 Hz至4 kHz)之-諧振頻率同時維持足夠的裝置敏感度。該框㈣ 係藉由(例如則緊固#或黏合劑整合至轉克風外殼3〇 中而且，3亥框架34根據期望特性可組態為許多不同的形 156624.doc 201210354 狀、橢圓形、囱形等等》額外地，在替代性變化中，可自 該外殼省略該框架及/或該壓電膜可直接固定至該外殼且 並無框架支撐’同時該壓電膜保持黏合至該外殼之接觸表 面且與該外殼之接觸表面保持振動接觸。 聚石夕氧RTV或聚胺曱酸酯橡膠（例如，NuSil Med-6015或 Dow Corning χ3·6121)之一接觸層32(水晶體（lens))係澆鑄 在該PVDF膜1〇上之合適位置中。該接觸式水晶體32併入 位於敞開之框架中心之一低輪廓突起物以確保與該軟組織 充分接觸並有效率地將振動耦合至該PVDF膜1〇之作用部 刀（圖2B)。该水晶體澆鑄程序確保該水晶體與整個表面上 之PVDF膜之間之緊密的機械接觸並用以密封該麥克風總 成之前表面以免遭液體侵入。一替代方法係使用一撓性黏 合劑使一壓電膜附著至一預先成型之橡膠接觸層。此需要 謹慎確保在該作用膜表面上方之緊密接觸及該水晶體/外 殼表面處之防水密封。為最小化機械負載效應並減小該麥 克風輪廓，該接觸式水晶體可被限制於（例如）丨毫米至2毫 米厚度。 用於一壓電膜感測器20之一替代配置使用—平坦開放式 框架34，其中該膜彼此相對（沿該卜方向44)之第一組邊緣 係夾緊的（40)，但是相對的第二組側並未失緊（圖接 觸式水晶體50上之靜態（即，「（DC」）壓力（諸如當經安裝 罪抵於该組織時）導致該膜偏離經繞直或變平扭之中立位 置52’產生上述彎曲組態54。此處，所引發之曲率54總= 係藉由所施加之DC力界定，因此該感測器之敏感度及頻 156624.doc •13· 201210354 率回應將在使用中改變。然而，此配置可導致一較輕/較 小裝置及經簡化之結構。 關於此架構，膜曲率總量可藉由憑藉經由導線42連接至 第一電極及第二電極之一Dc升壓轉換器電路施加—Dc電 場交替地電子調整/控制。 替代地，期望壓電膜曲率可藉由使用一撓性黏合劑並 (沿該1-方向）夾緊該框架34與該外殼3〇之間之邊緣黏合該 膜至具有一預先定義之曲率54之一橡膠接觸層而達成。 一壓電膜感測器10之另一實例併入一懸臂樑結構68。該 膜10係用一硬黏合劑（例如，環氧樹脂）黏合至該樑之一表 面（72)，且該樑之末端係夾緊至該麥克風框架（7〇)(圖 3C)。該橡膠接觸表面5〇併入經定位靠抵於該樑之末端之 一圓柱體部分74使得外部聲音振動傳播進入該橡膠5〇中並 被轉移至該樑68。在此配置中，作用在該樑68之末端上之 一法向力導致沿該樑68產生一 f曲力矩且沿該膜軸產生一 張應力（圖1B)。至於先前描述之該彎曲/經夾緊之膜丨❹配 置’該張力作用在該膜10之邊緣上；該膜邊緣之小的有效 面積產生比該膜之表面處量測之應力更高之—應力，造成 相同的輸入壓力產生較高電壓。 該襟尺寸及材料可經調適以提供期望諧振頻率。舉例而 言，—鋼樑與一塑膠樑相比將產生一更高的諧振頻率。具 有不同特性之多種樑結構亦可被併人該麥克風中以延伸有 效頻率回應（圖3D)。在此配置中，對該兩個樑施加-單一 纽織接觸襯塾，該兩個樑各自具有其自身頻率回應。舉例 156624.doc • 14_ 201210354 而言，各自具有安置於該等樑上之一膜10(如上所述）之一 高頻諧振樑80及一低頻諧振樑82可經固定沿框架34彼此接 近’且每一樑8〇、82可具有相同的所施加力ρ。回應於外 部振動’該等感測器產生經加總並放大以產生一寬頻頻率 回應之電壓信號（圖3E)。即，來自該高頻諧振樑8〇之回應 84及來自該低頻谐振樑82之回應％可經加總並放大以產.生 s亥寬頻頻率回應。 替代地’一壓電膜組織接觸式麥克風併入環繞在一橡膠 接觸襯墊12周圍之一膜1〇，在該橡膠接觸襯墊12中該襯墊 上之一法向力F因該橡膠襯塾之徑向膨脹而產生沿該膜1〇 之一張力（圖1C)。該橡膠接觸襯墊5〇併入經夾緊靠抵於一 相對較硬的平臺90之一圓柱段94(圖3F)。該壓電膜10係環 繞在圓柱體94周圍並用一環氧樹脂或氰丙烯酸酯或其他黏 合劑黏合至其本身。一小的經曝露之突片96容許接達底部 電極。電導線42係附著至頂部電極及底部電極並通過該平 臺90甲之孔路由至該麥克風外殼38用於信號調整及放大。 另一組織接觸式麥克風併入耦合至一橡膠接觸襯墊5〇之 一壓電陶瓷圓盤92(例如，PZT 5H)。該圓盤92係夾在該接 觸襯墊之一圓柱體部分94與該麥克風外殼内之一硬平臺9〇 之間（且與其等接觸）（圖3G)。該圓盤92係用（例如）環氧樹 脂或此項技術中習知之其他合適的黏合劑材料黏合至該平 臺90。控制該圓盤92之直徑及厚度以提供大於所關注^音 訊頻帶之-諧振頻率。該平臺9G可由（例如）諸如聚驗^ 胺（Ultem)或聚醚醚酮（PEEK)之一剛性聚合物或其他合適 I56624.doc -]5· 201210354 的聚合物材料製成以在該壓電圓盤之背後提供一不匹配之 機械阻抗並增加敏感度。電導線42係黏合或焊接至頂部及 底部壓電電極並路由至該外殼38用於至信號調整電子器件 之連接。正如該壓電膜，耦合至該陶瓷92之振動在該材料 中引發應變，產生一電何。在此配置中，該壓電陶究92 以其厚度模式（3-方向，沿極化方向）操作，且如pZT5Hi 陶瓷比此模式中之膜之效率更高。然而，該陶莞92之高聲 阻抗（〜90 MRayl)限制可自該橡膠耦合之聲能量之量。可 藉由使用一陶瓷/環氧樹脂複合物顯著地改良機械耦合以 減小聲阻抗（〜15 MRayl)。 一口内組織麥克風之一最終實例可併入基於美國專利第 7433484號中所描述之一聲振動感測器。此設計併入經定 位位於一氣腔66及隔膜6〇後面之一駐極體麥克風“，該隔 膜60係與一橡膠襯墊5〇接觸以接觸該組織（圖3B)。該駐極 體麥克風通常係用於外部使用並併入一通至外部環境之壓 力解除端口。藉由氣密密封該外殼，該感測器可整合至先 刖描述之可移除牙科用具中。該麥克風後面之腔中之密封 空氣64用作影響該裝置之諧振頻率並可抵消歸因於附加組 織層之額外的機械負荷之一勁度電抗器。 由於頻側安裝至上排㈣，該σ内組織傳導麥克風總成 係包含於不再大於（例如）2〇毫米（水平長度）χ2〇毫米（垂直 長度）χΐ〇毫米（輪廓高度）之一體積中，以改良舒適並維持 正常活動（諸如說話、吃、喝及笑）期間之隱蔽。對上顯之 替代安裝組態需要類似的尺寸約束以最小化對語音之影響 156624.doc

S 16 201210354 並避免作嘔反射。 該PVDF膜或駐極體麥克風感測器之高電容需要經定位 儘可能接近該感測器之信號調整電路以有效地驅動另外的 電階。前置放大器可併入用於阻抗轉換及信號增益之一高 輸入阻抗（例如，大於10Μ Ohm)低雜訊JFET電晶體或商用 駐極體放大器晶片，且可用該麥克風外殼中之感測器封 裝。可在k號放大之後使用帶通濾波器以強調語音頻率範 圍，諸如 300 Hz至 4000 Hz 〇 歸因於該麥克風20本身之大小約束，該牙科用具之相對 側24根據應用可併入額外的數位信號處理電子器件、傳輸 器或接收器電路（或該二者）、一天線及電池（例如，經離 子）（圖6A)。在此情況中，該麥克風感測器或前置放大器 電路係藉由連接路由在後臼齒後面之用具之頰側及舌側之 一導管22硬接線至電池電源及下游電階。 可根據預期用途或為了給密封電池再充電’必要時自口 中移除該裝置。可使用電感構件（其中該牙科用具封裝中 需要一電感線圈）或藉由所曝露之電接觸件之直接耦合完 成充電。 該可移除口内組織麥克風可用作一聽力系統之一整體部 分’諸如中耳或人工耳蝸植入。在此情況中，肖口内麥克 風將取代外部空氣傳導麥克風或植入皮下之麥克風。將對 一經植入之接收線圈使用（例如）近場磁感應（nfmi)或低功 率射頻(RF)鏈路來處理/濾波、放大及無線傳輸藉由該口内 麥克風偵測之信號用於進一步信號處理及中耳或聽覺神經 156624.doc 201210354 之模擬。該口内麥克風對一經隱蔽之中耳或人工耳蝸植入 聽力系統提供一非外科手術之解決方法。 在另-使用中，該口内麥克風可整合至一口内骨骼傳導 聽力系統中’纟中牙齒回應於-外部信號而產生振動，在 /外。IM。號中該等所引發之振動藉由骨路傳導傳播至耳 蜗’且使用者將其等感知為聲音。在此系統中，該組織麥 克風及該骨骼傳感器可併入於相同的牙科用具中，藉此將 該等麥克風料硬接線至職電子㈣。#代地，^麥克 几h定位於口之伽!上並將所接收到之聲音無線傳輸至定 位於口之相對側上之另一用具以驅動牙齒。在另一替代 中’該麥克風可定位於口之―下面或上面部分上並將所接 收到之聲音無線傳輸至以—互補方式定位於口之該相對的 下面或上面部分上夕曰 之另用具。以此方式，該口内組織麥 克風組成一經隱蔽且可移除之聽力裝置。 ' V。之。亥口内組織麥克風可用作（例如）擷取並處 理使用者5吾音且將含有該語音之信號無線傳輸至一電話 ^ 蜂巢式t邊）、無線電（例如，手持無線電）之一通 _ 〃 ’或可使用私準低功率無線通信協定接收及/或傳 輸-信號之其他通信裝置(例如，藍芽)之部分。如前所 述’該組織麥克風對外部空氣傳導聲音並不敏感，因此此 系統在高噪音環境中特別有用。 *替代地’該通信系統可使用較高功率傳輸電子器件以將 ，圍增加至10米至⑽米或更大，因此可使使用者穿戴一 完全隱蔽之麥克風並與一遠程放置之接收器通信。此情況 156624.doc 201210354 中該口内組織麥克風可用以偵測使用者語音、生物物理聲 音（例如，呼吸、心跳聲音等等）或環境聲音。 在另一應用中，該麥克風可用作監測使用者語音、生物 ㈣聲音或環境聲音之-口内記㈣來自該麥 克風20之所接收到之彳s號可儲存於一快閃記憶體或封裝在 . 該牙科用具之舌部分24中之其他合適的記憶體儲存裝置中 以供日後分析（圖6B)。 習知此項技術者明白之該等上述總成及實施本發明之方 法之修改、實際可行範圍中之不同變化之間之組合及本發 明之態樣之變化意欲在申請專利範圍之範疇内。 【圖式簡單說明】 圖1A展示-曲率沿該膜軸如何將法向之壓力轉化為可能 比所施加應力大得多之張應力之一實例。 圖職示作用在—樑之末端在該樑中產生—弯曲力矩及 在該膜轴中產生一張應力之一法向力。 圖ic展示併入圍繞在一橡膠接觸襯墊周圍之一膜之一壓 電膜組織接觸式麥克風，其中歸因於該橡膠概塾之徑向膨 脹，該襯墊上之一法向力沿該膜軸產生一張力。 • 圖2八展示包含於定位於牙齒之舌侧或頻側上之一金屬或 塑膠外殼中之—牙科用具之-麥克風感測器部分。 圖2B展示併人位於開放之框架中心上之—低輪廓突起物 以確保與該軟組織充分接觸並有效率地將振動耦合至該 PVDF膜之作用部分之一接觸式水晶體。 圖2C展不由一生物相容之金屬(諸如3〇4或w不鏽鋼或 J56624.doc -19· 201210354 鈦）構建之一框架之一實例。 圖2D展不藉由黏合（例如，黏合氰基丙烯酸酯、環氧樹 脂或雙面黏合劑）或機械夾緊一層pVDF膜（例如，1〇毫米 χ20毫米、52微米厚）至一彎曲且開放式金屬框架構建之— 麥克風感測器之一實例。 圖3A展示具有所指示之拉伸方向（1_方向）之一壓電臈， 其中該膜之邊緣（沿該丨_方向）係夾緊的但諸側並未夾緊， 且進一步展示使用-平坦開放式框架之一壓電膜感測器之 -替代配置’其中該膜之邊緣(沿該卜方向)係夾緊的 側並未夾緊，其中該膜在一中立位置中；亦展示使用—平 坦開放式框架之一壓電膜感測器，其中該膜之邊緣(沿該卜 方向）係夾緊的但諸側並未夾緊’其中該膜偏離該中立位 置。 圖3B展示併入定也於一氣腔及隔膜後面之一駐極體麥克 几之又计其中5亥隔膜係與用於接觸組織之一橡膠襯墊 接觸。 圖3C展示併入-懸臂樑結構之一壓電膜，其中該膜用— 硬黏合劑(例如’環氧樹脂)黏接至該襟之一表面，且該樑 之末端夾緊至該麥克風框架β μ 圖观示具有不同特性之併入該麥克風以延伸有效㈣ 回應之多個樑結構之一實例。 圖3Ε展示該等感測器可如何產生經加總並放大以產生_ 寬頻頻率回應之電壓信號之一實例。 圖3F展示併入經夾緊靠抵於—硬平臺並藉由一壓電膜圍 156624.doc

•20- 201210354 繞之圓柱段之一橡膠接觸襯墊。 圖3G展示夾在該接觸襯墊之一圓柱部分與該麥克風外殼 内之一硬平臺之間之一壓電陶瓷圓盤之一實例。 圖4展示具有藉由連接路由在後臼齒後面之用具之頰側 及舌側之一導管硬接線至電池電源及下游電階之前置放大 電路之一麥克風感測器。 圖5A展示耦合至牙齒（諸如上排後臼齒）以定位該麥克風 使其經定位儘可能接近一外部聲源以最小化（例如，通過 口腔黏膜）信號衰減之一牙科用具之一實例。 圖5B展示耦合至牙齒以定位該麥克風使其靠抵於（例如） 上顎之一牙科用具。 圖5C展示輕合至牙齒以定位該麥克風使其靠抵於（例如） 齒銀之一牙科用具。 圖6A展示根據應用併入額外的數位信號處理電子器件、 傳輸态或接收器電路（或該兩者）、一天線及電池（例如，鋰 離子電池）之牙科用具之相對側。 圖仙展示來自該麥克風之所接收到的信號可如何儲存於 封裝在該牙科用具中之一快閃記憶體中以供日後分析之一 實例。 【主要元件符號說明】 10 聚偏氟乙烯（PVDF)膜 12 橡膠接觸襯墊 20 口内組織傳導麥克風 22 結構部件 156624.doc -21 · 舌側部分 特徵部 正特徵部 外殼 接觸式水晶體 平坦開放式框架 導電塗料或金屬鍍層 外殼/外殼之内部 氰基丙烯酸酯、環氧樹脂或雙面黏合劑 電導線 1 -方向 接觸式水晶體/橡膠接觸表面 曲率 隔膜 駐極體麥克風 密封空氣 氣腔 懸臂樑結構 夾緊至該麥克風框架 黏合至該樑之一表面 圓柱體部分 高頻諧振樑 低頻諧振樑 回應 -22- 201210354 86 回應 90 平臺 92 壓電陶瓷圓盤 94 圓柱段 96 突片 100 頰部分 102 經由結構部件耦合之第一部分 104 經由結構部件耦合之第二部分 G 齒銀 156624.doc •23-

Claims (1)

1. 201210354 七、申請專利範圍： 一種可移除之口内用具，其包括： 内之一或多 經組態用於可移除式附著至一對象之— 個牙齒之一用具外殼；及 附芸p兄風，猎此该麥克風在該外殼 面靠抵接觸之一接觸表面， 其中該麥克風接觸表面具有與該黏膜 阻抗。 &土 4 '、有經疋位與口内之一黏膜表 面罪抵接觸之一接觸表面， 之一聲 2. 如凊求項1之用具，ΐφ兮田 '、°Λ用具外豉包括自該外殼延伸 並連接至該麥克風之一結構部件。 3. 如請求項1之用具，其中 、甲用具外敢係沿該一或多個牙 第表面疋位，且邊麥克風係沿該一或多個牙齒 之一第二相對表面定位。 '、項1之用具’其中該外殼進-步包括相對於該麥 克風之一突起物使得該突起物係經定尺寸以裝配在兩個 相鄰牙齒之間之一間隙空間中。 %长項1之用具’其中該麥克風包括藉由固定在該外 之框架支撐之一壓電膜，其中該壓電膜係與該接 觸表面振動通信。 6·如2求項5之用具，其中該壓電膜包括-PVDF膜。 如明求項1之用具，其中該麥克風包括固定至該外殼且 二㈢由―框架支撐之一壓電膜，其中該壓電膜係黏合 至°亥接觸表面並與其振動接觸。 156624.doc 201210354 8·如請求項丨之用具，其中該麥克風包括定位於一氣腔後 面並接近與該接觸表面振動通信之—隔膜之一駐極體麥 克風。 9. 如請求項丨之用具，其中該麥克風包括藉由一樑支撐之 一壓電膜，該樑之-第-端係固定在該外殼内且在該襟 之 第二端與該接觸表面振動通信。 10. 如請求項】之用具，其中該麥克風包括具有一第一頻率 諧振之一第一樑及具有不同於該第一頻率諧振之一第二 頻率諧振之一第二樑，其中該第一樑及該第二樑之各者 係在該外殼内經固定彼此接近，因此該等樑之各者係與 S亥接觸表面振動通信。 11. 士明求項丨之用具，其中該麥克風包括與該接觸表面振 動通信之一内部突起物及環繞在該突起物周圍之一壓電 膜。 12· :¾叫求項丨之用具，其中該麥克風包括與該接觸表面振 動通信之一壓電陶瓷圓盤。 13· —種口内組織傳導麥克風，其包括： 經定大小以定位於一對象之一口内並具有一組織接觸 部分之一外殼； 定位於該外殼内之一框架；及 壓電膜，其係固定至該外殼内之該框架使得藉由該 組織接觸部分之致動對該壓電膜施加一力，其中該外殼 具有與該口内之組織匹配之一阻抗。 I4· 一種口内組織傳導麥克風，其包括： 156624.doc 201210354 經定大小以定位於一對象之一口内並具有一組織接觸 部分之一外殼；及 一壓電膜，其係支撐在該外殼内使得藉由該組織接觸 部分之致動對該壓電膜施加一力，其中該外殼具有與該 口内之組織匹配之一阻抗。 15. —種偵測一對象之一口内之一聽覺信號之方法，其包 括： 定位一麥克風外殼之一組織接觸部分使其靠抵於該口 内之一組織區域，其中一外殼之組織接觸部分具有與該 組織區域匹配之一聲音阻抗； 經由該外殼之該組織接觸部分接收通過該組織區域傳 輸之一聽覺信號；及 致動該外殼内之-壓電膜使得產生代表該聽覺信號之 一電信號。 如》月求項15之方法，其中定位—組織接觸部分包括：定 位該組織接觸部分使其靠抵料對象之-面頻之-内部 表面 17.如請求項j 6之方法，里 中疋位進一步包括：定位該麥克 風外殼使其靠抵於該對象 1 牙齒或多個牙齒之一表面 使得维持靠抵於該面頰之㈣表面之接觸。 如請求項16之方法，直 '、宁疋位進一步包括：定位該麥克 風外威使其靠抵於該對象 兮二+ 之齒親表面使得维持靠抵於 6亥面頰之内部表面之接觸。 19.如請求項15之方法，其中宕 、〒疋位一組織接觸部分包括：定 156624.doc 201210354 位省組織接觸部分使其靠抵於該對象之一軟顎。 20. 21. 女咕求項1 5之方法，其中定位一組織接觸部分包括：定 位該組織接觸部分使其靠抵於該對象之-齒齦表面。 如清求項15之方法’其中接收一聽覺信號包括：賦予一 張應力於6亥壓電膜内使得產生對應於該聽覺信號之一電 信號》 其中致動一壓電膜包括：致動一 22·如請求項15之方法 PVDF 膜。 步包括傳輸代表該聽覺信號 號之一通信裝置。 步包括記錄代表該聽覺信號 23. 如請求項15之方法，其進一 之電彳δ號至可接收及/或傳輸 24. 如請求項15之方法，其進_ 之電信號。 25.如請求項15之方法，其中致動一 該外殼内之一框架之壓電膜。 壓 電膜包括致動固定至 —對象之一口内之一或多個 26. —種雙向通信口内用具，其包括 經組態 牙齒之一用具外殼； 藉由該外殼支撐之一麥支间 lL _ — 見風’藉此该麥克風在該外殼 附著至該一或多個牙齒時且右 — 、有！疋位與口内之一黏膜表 面罪抵於接觸之一接觸表面， ^ ^ ^ 且其中δ亥麥克風具有與該 黏膜表面匹配之一聲阻抗；及 傳感器’其中該傳感器係 之使用者產生之聲音，且 有該等使用者產生之聲音 與該黏膜表面振動接觸之— 經組態以偵測通過該黏膜表面 該用具係經組態以無線傳輪含 I56624.doc -4- 201210354 之一信號。 27.如請求項26之用具’其中該用具外殼係沿該一或多個牙 齒之-第-表面定位’且該麥克風係沿該一或多個牙齒 之一第二相對表面定位。 28·如請求項26之用具’其中該麥克風包括藉由固定在該外 殼内之—㈣讀之—壓電膜，其中㈣電膜係與該接 觸表面振動通信。 29·如請求項26之用具，其中該壓電膜包括一 pvDF膜。 30.如請求項26之用具，其中該麥克風包括定位於一氣腔後 面並接近於與该接觸表面振動通信之一隔膜之一駐極體 麥克風。 3 1.如請求項26之用具，其中該用具係經組態以無線傳輸該 信號至一電話或無線電。 32·如請求項26之用具，其中該無線信號係經由一低功率無 線電通信協定傳輸。 33.如請求項26之用具，其中該無線信號係在1〇米至1〇〇米 之一範圍傳輸。 34·如請求項26之用具’其中使用者產生之聲音包括使用者 產生之語音或生物物理聲音。 156624.doc