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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein vollständig implantierbares
Hörhilfssystem,
und insbesondere auf ein Elektretmikrofon, das zum Einsatz in solchen,
vollständig
implantierbaren Hörhilfssystemen
ausgelegt ist, und darauf, wie ein solches Elektretmikrofon oder
eine andere Art von Mikrofon in das vollständig implantierbare Hörhilfssystem
eingebaut werden kann.
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Stand der
Technik
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Die
Patentanmeldung Nr. PCT/US96/15087, eingereicht nach dem Patentzusammenarbeitsvertrag
("PCT") am 19. September
1996 (und nachveröffentlicht
als WO97/11575), mit dem Titel "implantable hearing
aid" ("die PCT-Patentanmeldung") beschreibt ein
vollständig
implantierbares Hörhilfssystem,
das einen sehr kleinen, implantierbaren Mikroaktor einsetzt. Die
PCT-Patentanmeldung offenbart ebenso ein Kynar®-Mikrofon, das physisch
weit genug von dem implantierten Mikroaktor getrennt werden kann,
dass keine Rückkoppflung
auftritt. Das in der PCT-Anmeldung offenbarte, vollständig implantierbare
Hörhilfssystem
kann für
eine Dauer von fünf Jahren
mit einem Satz von Batterien arbeiten und erzeugt Schallpegel von
110 dB. Das in der PCT-Anmeldung beschriebene, vollständig implantierbare Hörhilfssystem
ist extrem kompakt, robust, stabil und stellt einen signifikanten
Fortschritt beim Lösen
der Probleme von gegenwärtig
verfügbaren
Hörhilfen dar.
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Während das
in der PCT-Patentanmeldung offenbarte Kynar-Mikrofon ein betriebsbereites, vollständig implantierbares
Hörhilfssystem
ermöglicht, kann
die Leistung dieses Systems durch den Einsatz eines empfindlicheren
Elektretmikrofons verbessert werden. Die US Patente Nr. 4,957,478
("das '478 Patent") und 5,015,224,
eine Teilanmeldung des '478 Patents,
offenbaren das Einbauen eines herkömmlichen Elektretmikrofons
in eine Außenohrkanaleinheit 34 eines
teilweise implantierbaren Hörhilfssystems. Das
US Patent Nr. 5,408,534 mit dem Titel "Electret Microphone Assembly, and Method
of Manufacture" offenbart
eine verbesserte Struktur und ein Verfahren zum Koppeln einer Ladungsplatte
des in einer Hörhilfe
eingesetzten Elektretmikrofons mit einem Eingabeterminal einer Impedanzabstimmungsschaltung oder
eines internen Verstärkers.
Ein Schwierigkeit beim Verwenden eines Elektretmikrofons für ein vollständig implantierbares
Hörhilfssystem,
die durch die oben genannte Patente nicht behandelt wird, ist, dass
das Mikrofon hermetisch abgedichtet sein muss, um eine Elektretdepolarisierung
zu verhindern, während
gleichzeitig Schallwellen ermöglicht wird,
auf das Mikrofon zu treffen.
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US-A-5,411,467
offenbart eine implantierbare Hörhilfe
mit einem elektromechanischen Wandler, der mechanische Vibrationen
erzeugt, die ein hydromechanisches Kopplungselement auf das Fluid
des Innenohrs überträgt. In einer
Konfiguration ist das hydromechanische Kopplungselement ein fluidgefüllter Schlauch,
der mit dem elektromechanischen Wandler verbunden ist und ein distales
Ende besitzt, das sich in das fluidgefüllte Innenohr erstreckt. Der
elektromechanische Wandler kann mit einem Gehäuse eines implantierbaren,
elektronischen Signalverarbeitungsgeräts integriert sein und kann
auf der Basis elektrodynamischer, elektromagnetischer oder bevorzugt
piezoelektrischer Prinzipien arbeiten. Ein in der implantierbaren
Hörhilfe
enthaltenes Mikrofon gibt Eingabesignale zu dem elektromechanischen Wandler über ein
elektronisches Signalverarbeitungsgerät. Das Mikrofon ist mit einem
akustischen Kopplungselement zum Aufnehmen von Schall von dem tympanischen
Hohlraum verbunden, wodurch die natürlichen Richtungsfähigkeiten
des Außenohrs vollständig genutzt
werden.
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FR-A-2
659 009 offenbart eine durch eine elektrische Zufuhr versorgte Hörhilfe,
die einen Vibrationserzeuger aufweist, der direkt mit dem Mastoidknochen
gekoppelt ist. Diese Hörhilfe
mit direkter Knochenverbindung umfasst eine Einrichtung zum Aufnehmen
und Wandeln von Schall in Analogsignale, zum anschließenden Verarbeiten
dieser Signale entsprechend den Bedürfnissen der hörgeschädigten Person,
bevor die Signale zu dem Vibrationserzeuger übertragen werden. Die Hörhilfe selbst
ist in sich abgeschlossen, kann unter der Haut implantiert und positioniert
werden, und umfasst aufladbare Batterien zusammen mit einer Induktionsspule
zum Empfangen eines wechselnden Magnetfeldes, das von Zeit zu Zeit
nahe der Hörhilfe
vorgesehen wird.
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Da
das in der obengenannten PCT-Patentanmeldung offenbarte Hörhilfssystem
vollständig
implantiert ist, wird gegenwärtig
abgeschätzt,
dass die Systembatterie nach einem Gebrauchszeitraum von fünf Jahren
mit Wahrscheinlichkeit ersetzt werden muss, was notwendigerweise
eine Operation mit sich bringt. Ein weiterer Aspekt eines vollständig implantierbaren
Hörhilfssystems
ist das Sicherstellen einer zuverlässigen elektrischen Verbindung
des Systemmikrofons und des Mikroaktors mit dem Signalverarbeitungsverstärker des
Systems über
ein Fünfjahresintervall
vor einem Ersetzen der Batterie, und anschließend nachdem die Batterie ersetzt
worden ist.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist in dem nachfolgenden Anspruch 1 definiert
und stellt darauf ab, ein Elektretmikrofon bereitzustellen, das
zum Einbau in ein vollständig
implantierbares Hörhilfssystem
ausgelegt ist, das relativ einfach ist, und das das Mikrofon in
einem implantierten Gehäuse
enthält,
welches den Verstärker
und die Batterie der Hörhilfe
enthält. Es
ist eine weitere Aufgabe, eine verbesserte Struktur zum Implantieren
eines Gehäuses,
das einen Verstärker
und eine Batterie einer vollständig
implantierbaren Hörhilfe
umschließt,
in eine Vertiefung, die chirurgisch in einen mastoiden Kortikalknochen
einer Person eingebracht ist, bereitzustellen, und es ist eine weitere
Aufgabe, eine Struktur für
ein Gehäuse einer
vollständig
implantierbaren Hörhilfe
bereitzustellen, welche einen Verstärker und eine Batterie umschließt und einen
leichten taktilen Zugriff auf Bediensteuerungen der Hörhilfe bereitstellt.
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Kurz
gesagt umfasst die vorliegende Erfindung ein abgedichtetes Mikrofon,
das zum Einbau in ein implantierbares Hörhilfssystem ausgelegt ist.
Das abgedichtete, implantierbare Mikrofon stellt ein Eingabesignal
zu einem in dem implantierbaren Hörhilfssystem enthaltenen Verstärker bereit.
Das Mikrofon umfasst eine Membran mit einer dünnen zentralen Region, die
durch einen dickeren Rand umgeben ist. Ein Elektret, das an die
Membran angehaftet ist, berührt
eine in dem Mikrofon enthaltene, aufgerauhte Platte. Der Rand der
Membran ist an einer Oberfläche
eines Gehäuses
angehaftet, um das Elektret und die Platte hermetisch zu umschließen, wobei
die Platte elektrisch von dem Gehäuse isoliert ist. Das Mikrofon
umfasst ebenso einen elektrischen Verbinder, der sowohl mit der
Platte als auch über
das Gehäuse
mit dem Elektret gekoppelt ist, um das Eingabesignal zu dem Verstärker des
implantierbaren Hörhilfssystems bereitzustellen.
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Dieses
implantierbare Mikrofon ist bevorzugt in ein hermetisch abgedichtetes
Elektronikmodul eingebaut. Zusätzlich
zu dem Mikrofon umfasst das Elektronikmodul einen Verstärker, der
das Eingabesignal von der Platte des Mikrofons und dem Elektret empfängt und
ein Ausgabesignal zu einem Mikroaktor bereitstellt, der ebenso in
dem implantierbaren Hörhilfssystem
enthalten ist. Das Elektronikmodul umfasst ebenso eine Batterie
für einen
Energieversorgungsbetrieb des implantierbaren Hörhilfssystems. Ein Gehäuse für das Elektronikmodul
nimmt die Batterie, den Verstärker,
die Platte und das Elektret auf. Die Membran des Mikrofons bildet
eine Oberfläche
des Gehäuses,
wobei der Rand der Membran an dem Gehäuse angehaftet ist, wodurch
das Elektronikmodul hermetisch abgedichtet ist. Ein mit dem Verstärker gekoppelter,
elektrischer Verbinder stellt das Ausgabesignal zu dem Mikroaktor
des implantierbaren Hörhilfssystems
bereit.
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Diese
und weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile werden dem Fachmann
anhand der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wie sie in den
verschiedenen Figuren veranschaulicht ist, verständlich oder ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische, koronale, teilweise Schnittansicht durch einen
menschlichen Temporalknochen, welche das Außen-, Mittel- und Innenohr
veranschaulicht und die Relativpositionen der Komponenten eines
vollständig
implantierbaren Hörhilfssystems
zeigt, das in der PCT-Anmeldung offenbart ist;
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2a ist
eine explosionsartige Querschnittsansicht, die ein Elektretmikrofon
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, welches eine Membran, ein Elektret, eine
Platte, welche eine Oberfläche
des Elektrets berührt,
und ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse, welches das Elektret und
die Platte aufnimmt, umfasst;
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2b ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die entlang der Linie 2b-2b in 2a geführt ist,
und den Kontakt zwischen dem Elektret und der Platte veranschaulicht;
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2c ist
eine Draufsicht, die entlang der Linie 2c-2c in 2a geführt ist
und die Membran und die Verstärkungsrippen,
welche eine verdünnte
zentrale Region der Membran aufteilen, veranschaulicht;
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3a ist
eine Draufsicht einer Struktur einer alternativen Ausführungsform
für die
in der Querschnittsansicht die in 2a gezeigte
Platte;
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3b ist
eine Querschnittsansicht, ähnlich zu
der Ansicht aus 2b, der Struktur der alternativen
Ausführungsform
für die
in der Draufsicht aus 2a gezeigte;
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4 ist
eine Querschnittsansicht, welche die Implantation in einen Hohlraum,
der in einen hinter dem Ohr gelegenen Mastoidknochen eingebracht ist,
eines Elektronikmoduls, welches ein Elektretmikrofon, einen Verstärker und
eine Batterie für
einen Energieversorgungsbetrieb des vollständig implantierbaren Hörhilfssysstems
umfasst;
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5 ist
eine Ansicht eines scheibenförmigen,
implantierbaren Elektronikmoduls, die entlang einer Linie 4-4 in 3 geführt
ist und eine bevorzugte Anordnung für das Elektronikmodul veranschaulicht,
und eine bevorzugte vertikale Stelle für dessen Implantation an dem
Mastoidknochen angibt;
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6 ist
eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines ovalförmigen implantierbaren Elektronikmoduls, ähnlich zu
dem in 5 gezeigten, scheibenförmigen Elektronikmodul, das
eine Mehrzahl von Mikrofonen umfasst;
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7 ist
eine teilweise Querschnittsansicht, die eine dauerhaft implantierte
Hülse zeigt,
die dazu ausgelegt ist, das Elektronikmodul aufzunehmen und ein
Ersetzen desselben zu erleichtern, wie die in 4, 5 und 6 gezeigten;
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8 ist
eine schematische, koronale, teilweise Schnittansicht durch einen
menschlichen Temporalknochen ähnlich
zu der teilweisen Schnittansicht aus 1, die eine
Implantation in einen dort eingebrachten Hohlraum eines Elektronikmoduls
veranschaulicht, das einen Verstärker,
eine Batterie und ein Mikrofon umfasst, welches gegen die Haut des äußeren Gehörganges
drückt;
und
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9 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
einer Hülse,
die bevorzugt zum Lagern des Elektronikmoduls verwendet wird, wenn
dieses wie in 8 gezeigt implantiert ist.
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Beste Art
zum Ausführen
der Erfindung
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I Das Gesamtsystem
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1 veranschaulicht
die relativen Orte von Komponenten einer vollständig implantierbaren Hörhilfe 10 nach
der Implantation in einem temporalen Knochen (Schläfenbein) 11 einer
menschlichen Person 12. 1 zeigt
ebenso ein an einem Ende eines äußeren Gehörganges 14,
der allgemein als der Gehörgang
bezeichnet wird, gelegenes Außenohr 13. Ein
gegenüberliegendes
Ende des äußeren Gehörganges 14 endet
an einem Trommelfell 15. Das Trommelfell 15 vibriert
mechanisch in Antwort auf Schallwellen, die sich durch den äußeren Gehörgang 14 bewegen.
Das Trommelfell 15 dient als anatomische Barriere zwischen
dem äußeren Gehörgang 14 und
einem Mittelohrhohlraum 16. Das Trommelfell 15 verstärkt die
Schallwellen, indem sie diese in einem relativ großen Bereich
sammelt und diese zu einem viel kleineren Bereich eines ovalförmigen Fensters 19 überträgt. Ein
Innenohr 17 ist in den medialen Ansichten des Schläfenbeins 11 gelegen.
Das Innenohr 17 besteht aus Ohrenkapselknochen, der die
halbkreisförmigen
Kanäle
für das
Gleichgewicht und eine Cochlea zum Hören enthält. Ein relativ großer Knochen,
der als Promontorium 18 bezeichnet wird, steht von dem
Ohrenkapselknochen unterhalb des ovalen Fensters 19 hervor,
welches eine basale Spirale der Cochlea 20 überdeckt.
Ein rundes Fenster 29 ist auf der gegenüberliegenden Seite des Promontoriums 18 des
ovalen Fensters 19 gelegen und überdeckt ein basales Ende der
Skalatympani.
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Drei
bewegliche Knochen (Malleus, Incus und Stapes), die als Ossikularkette 21 bezeichnet werden, überspannen
den Mittelohrhohlraum 16, um das Trommelfell 15 mit
dem Innenohr 17 an dem ovalen Fenster 19 zu verbinden.
Die ossikulare Kette 21 fördert mechanische Vibrationen
des Trommelfells 15 zu dem Innenohr 17, wobei
die Bewegung mechanisch um einen Faktor von 2,2 bei 1000 Hz gedämpft wird.
Vibrationen einer Stapesfussplatte 27 in dem ovalen Fenster 19 verursachen
Vibrationen in dem Perilymphfluid 20A, das in der Skalavestibuli
der Cochlea 20 enthalten ist. Diese Druckwellenvibrationen
bewegen sich durch das Perilymphfluid 20A und das Endelymphfluid
der Cochlea 20, um eine sich bewegende Welle der basilare
Membran zu erzeugen. Eine Verschiebung der Basilarmembran biegt
die "Cilia" der Rezeptorzellen 20B.
Der Schiebeeffekt der Cilia auf die Rezeptorzellen 20B verursacht
eine Depolarisierung der Rezeptorzellen 20B. Die Depolarisierung
der Rezeptorzellen 20B führt dazu, dass sich Hörsignale
auf hochgradig organisierte Weise entlang der Hörnervfasern 20C durch
den Hirnstamm bewegen, um gegebenenfalls einem Temporallappen eines
Gehirns der Person 12 zu signalisieren, die Vibrationen
als "Ton" wahrzunehmen.
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Die
Ossikularkette 21 ist durch einen Malleus 22,
einen Inkus 23 und einen Stapes 24 aufgebaut. Der
Stapes 24 ist wie ein "Bügel" mit Bögen 25 und 26 und
einer Stapesfussplatte 27, welche das ovale Fenster 19 bedeckt,
geformt. Der mobile Stapes 24 ist in dem ovalen Fenster 19 durch
eine ringförmige Verbindung
gelagert, welche die Stapesfussplatte 27 an den festen
Grenzen der Ohrenkapsel des ovalen Fensters 19 anbringt.
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1 veranschaulicht
ebenso die drei Hauptbauteile der Hörhilfe 10, ein Mikrofon 28,
einen Signalverarbeitungsverstärker 30,
der eine in 1 nicht separat gezeigte Batterie
umfasst, und einen Mikroaktor 32. Miniaturkabel oder flexible
gedruckte Schaltungen 33 und 34 verbinden jeweils
den Signalverarbeitungsverstärker 33 mit
dem Mikroaktor 32 und mit dem Mikrofon 28. Die
PCT-Patentanmeldung offbart,
dass das Mikrofon 28 aus einer sehr dünnen Schicht aus biokompatiblen
und implantierbaren Polyvinylidenfluorid ("PVDF")
besteht, das im Handel durch eine Marke KYNAR® identifiziert
wird. Das in der PCT-Patentanmeldung
offenbarte Mikrofon 28 besitzt eine Fläche von näherungsweise 0,5 bis 2,0 Quadratzentimeter
("cm2"). Die PCT-Patentanmeldung
offenbart ebenso, dass das Mikrofon 28 bevorzugt unterhalb
der Haut in dem Aurikel oder alternativ in dem postaurikularen Bereich
des Außenohrs 13 zu implantieren
ist.
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Der
Signalverarbeitungsverstärker 30 ist subkutan
hinter dem Außenohr 13 innerhalb
einer Vertiefung 38 implantiert, die chirurgisch in einen Mastoidkortikalknochen 39 der
Person 12 eingebracht ist. Der Signalverarbeitungsverstärker 30 empfängt ein
Signal von dem Mikrofon 28 über das Miniaturkabel 33,
verstärkt
und konditioniert dieses Signal und überträgt das verarbeitete Signal
wieder zu dem Mikroaktor 32 über das Miniaturkabel 34,
welches unterhalb der Haut in dem äußeren Gehörgang 14 implantiert
ist. Der Signalverarbeitungsverstärker 30 verarbeitet
das von dem Mikrofon 28 empfangene Signal, um die Eigenschaften
des verarbeiteten Signals optimal auf den Mikroaktor 32 abzustimmen,
um eine gewünschte
Hörantwort
zu erhalten. Der Signalverarbeitungsverstärker 30 kann die Signalverarbeitung
unter Einsatz entweder digitaler oder analoger Signalverabeitung
ausführen,
und kann sowohl eine nicht lineare als auch eine hoch komplexe Signalverarbeitung
einsetzen.
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Der
Mikroaktor 32 überführt das
von dem Signalverarbeitungsverstärker 30 empfangene,
elektrische Signal in Vibrationen, die entweder direkt oder indirekt
das Perilymphfluid 20A in dem Innenohr 17 mechanisch
vibrieren. Wie zuvor beschrieben, betätigen die Vibrationen in dem
Perilymphfluid 20A die Rezeptorzellen 20B, um
die Hörnervfasern 20C zu stimulieren,
welche dem Gehirn der Person 12 Signale geben, um die mechanischen
Vibrationen als Ton wahrzunehmen.
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1 zeigt
die Relativposition des Mikrofons 28, des Signalverarbeitungsverstärkers 30 und
des Mikraktors 32 in Bezug auf das Außenohr 13. Obgleich
der Signalverarbeitungsverstärker 30 subkutan
implantiert ist, kann die Person 12 den Betrieb der Hörhilfe 10 unter
Einsatz von Techniken steuern, die analog zu dem gegenwärtig zum
Steuern des Betriebes miniaturisierter, externe Hörhilfen
eingesetzt werden. Sowohl das Mikrofon 28 als auch der
Mikroaktor 32 sind derart klein, dass ihre Implantation
wenig oder keine Zerstörung
des Gewebes der Person 12 erfordert. Gleichermaßen wichtig
stören
das Mikrofon und der Signalverarbeitungsverstärker 30 nicht die
normale Schallleitung durch das Ohr, und beeinträchtigen somit nicht das Hören, wenn
die Hörhilfe 10 ausgeschaltet
ist oder nicht funktioniert.
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Die
PCT-Patentanmeldung gibt eine ausführlichere Beschreibung des
Signalverarbeitungsverstärkers 30 und
eines Mikroaktors 32, die zur Verwendung in der vorliegenden
Erfindung geeignet sind.
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II Implantierbares
Mikrofon
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2a zeigt
eine explosionsartige Querschnittsansicht eines implantierbaren
Mikrofons 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das implantierbare Mikrofon 50 umfasst eine
Membran 52, die bevorzugt aus einer Bahn aus biokompatiblem
Metallmaterial wie Titan gebildet ist, die 25 bis 50 μm (ein bis zwei
mils) dick ist. Eine zentrale Region 54 der Membran 52 ist
lithografisch auf eine Dicke von näherungsweise 5 bis 12 Mikron
geätzt.
Ein äußerer Rand 56,
der die zentrale Region 54 umgibt, ist für ein leichteres
Anbringen an einem Gehäuse 58,
das ebenso in dem implantierbaren Mikrofon 50 enthalten ist,
dicker belassen. Das Gehäuse 58 ist
ebenso bevorzugt aus einem biokompatiblen Material wie Titan hergestellt.
Eine Abdichtschicht 62 kann auf eine Oberfläche der
Membran 52 aufgebracht werden, die am nahesten zu dem Gehäuse 58 ist.
Die Abdichtschicht 62 besteht bevorzugt aus einer dünnen Schicht
zerstäubten
Chroms, mit einer Dicke von wenigen hundert Angstrom, die durch
eine dünne Schicht
aus Gold überdeckt
ist. Diese Abdichtschicht 62, die ein bis mehrere Mikron
dick ist, bedeckt jegliche mögliche
Risse oder Stiftlöcher
in der dünnen zentralen
Region 54 der Membran 52.
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Das Ätzen der
Membran 52 kann mit einem Muster ausgeführt werden, um ein Gitter von
einander schneidenden Verstärkungsrippen 64 zu
erzeugen, wie in 2c gezeigt, die von einer Oberfläche der
zentralen Region 54 hervorstehen, welche von dem Gehäuse 58 am
entferntesten ist. Die Verstärkungsrippen 64 teilen
die zentrale Region 54 in eine Mehrzahl getrennter Membranen 66 auf,
die mechanisch durch die Verstärkungsrippen 64 gelagert
sind.
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Nach
dem Herstellen der Membran 52 mit ihrer Abdichtschicht 62 wird
eine Bahn 72 aus einem Elektretmaterial mit einer metallisierten
Oberfläche, wie
ein 12,5 μm
(0,5 mil) dicker Teflonfilm, thermisch an der Abdichtschicht 62 angehaftet,
wobei die metallisierte Seite der Bahn 72 die Membran 52 berührt. Eine
Oberfläche
der Bahn 72, welche von der Membran 52 abgewandt
ist, wird dann durch eine Koronaladung oder durch ein Elektrodenbombardement
polarisiert.
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Die
durch die Membran 52, welche die angehaftete Elektretbahn 72 trägt, gebildete
Anordnung wird dann gegen eine elektrisch leitfähige Platte 82 gedrückt, die
innerhalb des Gehäuses 58 vorgesehen
ist. Eine elektrische isolierende Schicht 84 ist zwischen
der Platte 82 und dem Gehäuse 58 eingelegt.
Wie in 2b gezeigt, besitzt die Platte 82 entweder
eine aufgerauhte Oberfläche 86,
die neben die Elektretbahn 72 gelegt ist; oder die Oberfläche 86 kann
mit einer gerändelten
oder anders gesteuerten Rauhigkeit gebildet sein. Ein Kontakt 92 eines
elektrischen Verbinders 94, der das Gehäuse 58 durchdringt,
koppelt über
das Miniaturkabel 33 ein Eingabesignal von dem implantierbaren
Mikrofon 50 zu dem in der Hörhilfe 10 enthaltenen
Signalverarbeitungsverstärker 30.
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Die
Dicke der Platte 82 und der Schicht 84 sind derart
gewählt,
dass die Oberfläche 86 der
Platte 82 etwas oberhalb des Randes 98 des Randes 58 hervorsteht.
Der äußere Rand 56 der
Membran 52 ist an den Rand 98 des Gehäuses 58 angeschweißt. Da die
Oberfläche 86 der
Platte 82 oberhalb des Randes 98 des Gehäuses 58 hervorsteht,
setzt das Schweißen
des äußeren Randes 56 an
den Rand 58 die Membran 52 und die Elektretbahn 72 unter
Spannung und drückt
die Bahn 72 an vielen Stellen in Kontakt mit der Platte 82,
wie in 2b veranschaulicht. Auf die
zentrale Region 54 auftreffende akustische Wellen lenken
die Elektretbahn 72 aus, um hierdurch Ladungen an der Platte 82 zu
erzeugen, die ein Ausgabesignal von dem implantierbaren Mikrofon 50 darstellen.
Das Gehäuse 58 bildet
eine Elektrode des implantierbaren Mikrofons 50, während der
Kontakt 92 die andere bildet.
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3a und 3b zeigen
eine alternative Ausführungsform
für die
Platte 82. Die in diesen Figuren gezeigte Ausführungsform
der Platte 82 umfasst ein Feld lithografisch definierter
Posten 99, die eine gesteuerte Rauhigkeit für die Oberfläche 86 der
die Bahn 72 berührenden
Platte 82 erzeugen. Die Pfosten 99, die voneinander
von 100 bis 1000 Mikron beabstandet sind, sind durch Ätzen der
Oberfläche 86 der
Platte 82 auf eine Tiefe zwischen wenigen und 100 Mikron
gebildet.
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Der
Durchmesser des Gehäuses 58 kann
im Bereich von 5.0 mm bis 25 mm liegen, überschreitet jedoch aus akustischen
Gründen
bevorzugt nicht 10,0 mm im Durchmesser. Das hermetisch abgedichtete,
implantierbare Mikrofon 50 kann subkutan implantiert werden,
beispielsweise hinter das Außenohr 13,
wobei die zentrale Region 54 der Membran 52 in engem
Kontakt mit der den mastoiden Kortikalknochen 39 überdeckenden
Haut 108 ist, um eine minimale Schalldämpfung zu erzielen. Das implantierbare
Mikrofon 54 ist robust und kann ein direktes Blasen aufnehmen.
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Das
oben beschriebene, implantierbare Mikrofon 50 kann mit
dem Signalverarbeitungsverstärker 30 kombiniert
werden, um ein scheibenförmiges, integriertes
Modul 100 für
die Hörhilfe 10 bereitzustellen,
wie in 4 veranschaulicht. Ein Integrieren sowohl des
Signalverarbeitungsverstärkers 30 als auch
des implantierbaren Mikrofons 50 in das Elektronikmodul 10,
wie in 4 veranschaulicht, setzt das implantierbare Mikrofon 50 auf
eine Seite des Elektronikmoduls 100. An dieser Stelle vorgesehen bilden
nun das Gehäuse 58 und
die Membran 52 des implantierbaren Mikrofons 50 einen
Teil einer Wand 102 des Elektronikmoduls 100,
und das in 1 gezeigte Miniaturkabel 33 verläuft direkt
zwischen dem implantierbaren Mikrofon 50 und dem Signalverarbeitungsverstärker 30,
und zwar intern innerhalb des Elektronikmoduls 100. Das
Elektronikmodul 100 beseitigt im wesentlichen das Miniaturkabel 33,
welches das implantierbare Mikrofon 50 mit dem Signalverarbeitungsverstärker 30 verbindet,
zusammen mit jeglicher Möglichkeit
dessen Ausfalls.
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Für eine Hörhilfe 10 mit
einem integrierten Elektronikmodul 100, wie in der PCT-Anmeldung
beschrieben, kann das Elektronikmodul 100, das sowohl den
Signalverarbeitungsverstärker 30 als
auch das implantierbare Mikrofon 50 trägt, subkutan hinter dem Außenohr 13 der
Person 12 innerhalb der Vertiefung 38 implantiert
werden, die chirurgisch in den mastoiden Kortikalknochen 39 eingebracht
ist. Die Vertiefung 38, die chirurgisch eingebracht ist,
um eine biokompatible Metallhülse 132 aufzunehmen, welche
das Elektronikmodul 100 empfängt, sollte nicht mehr als
5 mm tief sein und sollte mit abgerundeten Ecken gebildet sein,
um Spannungskonzentrationen an scharfen Ecken zu vermeiden, welche
den mastoiden Kortikalknochen 39 schwächen würden. Die Hülse 132 ist dauerhaft
in der Vertiefung 38 gesichert, um ein Entnehmen und/oder
Ersetzen des Elektronikmoduls 100 zu erleichtern. Ein Vorsehen des
Elektronikmoduls 100 an dieser Stelle belässt nur
das Miniaturkabel 34, das ein Ausgabesignal von dem Signalverarbeitungsverstärker 34 mit
dem Mikroaktor 30 koppelt.
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Die
Membran 52 und das Gehäuse 58 des implantierbaren
Mikrofons 50 sowie ein scheibenförmiges Gehäuse 112 für das Elektronikmodul 100 sind typischerweise
aus biokompatiblen Metallen wie Titan, Titanlegierungen oder rostfreiem
Stahl hergestellt. Das scheibenförmige
Gehäuse 112 kann
einen Durchmesser von 1,0 bis 3,0 cm und typischerweise eine Höhe von 0,5
bis 1,0 cm besitzen, um die Elektronik des Verstärkers und die Batterie aufzunehmen. Selbst
wenn das Gehäuse 112 für das Elektronikmodul 100 ein
länglicher Zylinder
anstelle von scheibenförmig
wäre, kann
eine zylindrisch gekrümmte
Wand 102 dennoch das implantierbare Mikrofon 50 umschließen. Unter
solchen Umständen
besitzt die zentrale Region 42 der Membran 52 dieselbe
Krümmung wie
die zylindrisch gekrümmte
Wand 102.
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5 ist
eine Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform des Elektronikmoduls 100 zeigt, das
zur Implantation wie oben in Verbindung mit 4 beschrieben
ausgelegt ist. Es ist zu sehen, dass eine bevorzugte Stelle zum
Implantieren des Elektronikmoduls 100 besteht, wenn das
implantierbare Mikrofon 50 unterhalb einer Temporallinie 122 an
der Person 12 gelegen ist. Diese Stelle führt zu relativ
dünner
Haut 108 über
dem implantierbaren Mikrofon 50 in der unteren Hälfte des
Elektronikmoduls 100, und zu dickerer Haut 108 über dem
oberen Teil des Elektronikmoduls 100. Ein Ein-/Aus-Druckschalter 124 kann
an dem Gehäuse 112 des
Elektronikmoduls 100 oberhalb der Temporallinie 122 zusammen mit
einer Druck-Volumensteuerung 126 gelegen sein. Wenn er
an dieser Stelle vorgesehen ist, kann die Person den Betrieb der
Hörhilfe 10 durch
Drücken
an der Haut 108, welche den Ein-/Aus-Druckschalter 124 und
die Druck-Volumensteuerung 126 überdeckt, steuern.
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6 zeigt
eine ovalförmige,
alternative Ausführungsform
des in 5 gezeigten Elektronikmoduls 100. Die
in 6 gezeigte Ausführungsform umfasst ein akustisches
Feld 128 einzelner, implantierbarer Mikrofone 50,
die in einer horizontalen Reihe über
das Elektronikmodul 100 angeordnet sind. Wie ausführlicher
in der US-Patentanmeldung Nr. 08/801,056 mit dem Titel "Improved Biocompatible Transducers", eingereicht am
14. Februar 1997, und in der internationalen Patentanmeldung PCT/US97/02323
gemäß dem Patentzusammenarbeitsvertrag
("PCT") mit demselben Titel
und Anmeldetag (nachveröffentlicht
als WO97/30565) ("die
Patentanmeldungen "Improved
Biocompatible Transducers")
beschrieben, summiert ein geeignet ausgelegter Signalverarbeitungsverstärker 30 unabhängig erzeugte
Signale von den implantierbaren Mikrofonen 50, setzt geeignete
Gewichtungsfaktoren zu dem Signal von jedem implantierbaren Mikrofon 50 an,
um ein gewünschtes,
charakteristisches Empfindlichkeitsmuster von dem Feld 128 zu
erzeugen. Auf diese Weise kann die Hörhilfe 10 der Person 12 Richtungssinn
verleihen, den die Person 12 einsetzen kann, um die Töne von Interesse
zu verbessern, während
gleichzeitig Geräusch
zu vermindern.
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Bei
5000 Hz beträgt
die Wellenlänge
von Schall in Luft nur 6,8 cm. Das Bereitstellen eines direktionalen
Feldes, das eine halbe Wellenlänge
lang ist, erfordert bei 5000 Hz, dass das Feld 128 nur
einige Zentimeter lang ist. Die Ausgabesignale von jedem der implantierbaren
Mikrofone 50 des Feldes 128 werden dann mit dem
Signalverarbeitungsverstärker 30 gekoppelt.
Der Signalverarbeitungsverstärker 30 gewichtet
geeignet die Ausgabesignale von jedem der implantierbaren Mikrofone 50 mit
einer vorbestimmten Verteilung, um ein direktionales Muster für den durch
die Person 12 wahrgenommenen Schall zu erzeugen. Ein Implantieren
des Feldes 128 an dem mastoiden Kortikalknoche 39 der
Person 12 nahe des Außenohrs 13 stellt
ein solches direktionales Tonaufnahmemuster bereit. Durch Richten
der maximalen Empfindlichkeit des Feldes 128 zu Tönen von
Interesse, ist es leicht ersichtlich, dass die Person 12 das
Strahlungsmuster nutzen kann, um die Aufnahme solcher Töne vorteilhaft
zu verbessern und Geräusche
abzuweisen.
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Mit
den Konfigurationen für
das Elektronikmodul 100, die in 4, 5 und 6 gezeigt sind,
ist das Elektronikmodul 100 bevorzugt in der Hülse 132 aufgenommen,
die dauerhaft in den mastoiden Kortikalknochen 39 der Person 12 implantiert (beispielsweise
gebohrt) ist. Eine äußere Oberfläche der
dauerhaft implantierten Hülse 132 kann
80 bis 130 mikrontiefe Rippen enthalten, um nach der Implantation
das Wachstum von Knochen zu fördern,
um das Gehäuse 112 zu
sichern. Die dauerhaft implantierte Hülse 132 umfasst einen
zentralen Posten 134, der eine dauerhafte Verbindung für das Miniaturkabel 34 von
dem Mikroaktor 32 bereitstellt. Das Elektronikmodul 100 ist
innerhalb der Hülse 132 durch
einen Verriegelungsring 136 gehalten, und O-Ringe 138 dichten
zwischen dem Elektronikmodul 100 und sowohl der Hülse 132 als
auch dem Verriegelungsring 136 ab. Die O-Ringe 138 blockieren
das Eindringen von Körperfluids
in jeglichen Spalt 142 zwischen dem Elektronikmodul 100 und
der Hülse 132.
Darüber
hinaus kann der Spalt 142 mit einem elektrisch isolierenden,
biokompatiblen Gelmaterial gefüllt
sein, die beispielsweise bevorzugt eine Kohäsionsstärke besitzt, welche die Kohäsionsstärke des
Materials überschreitet,
und zwar zu der äußeren Oberfläche des Elektronikmoduls 100,
der Hülse 132 und
des zentralen Postens 134.
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Falls
das Elektronikmodul 100 zylinderförmig anstelle von scheibenförmig ist,
kann das implantierbare Mikrofon 50 bevorzugt an einer
anderen Stelle an dem Gehäuse 112 vorgesehen
sein. Für
einen solchen Aufbau des Elektronikmoduls 100 ist, wie
in 8 veranschaulicht, das implantierbare Mikrofon 50 bevorzug
an einem Ende des zylindrisch geformten Gehäuses 112 gelegen.
Ein solches zylindrisch geformtes Elektronikmodul 100 ist
bevorzugt subkutan implantiert, wobei das implantierbare Mikrofon 50 benachbart
zu der Haut 108 des äußeren Gehörgangs 14 oder
benachbart zu dem Ohrknorpel in dem posterioren, äußeren Gehörgang 14 gelegen
ist. Wenn es an einer solchen Stelle vorgesehen ist, drückt das
implantierbare Mikrofon 50 nach unten gegen die Haut 108 des äußeren Gehörgangs 14,
wie in 8 gezeigt, oder gegen den Ohrknorpel. Die Membran 52 des
implantierbaren Mikrofons 50 kann kuppelartig nach außen ausgebildet
sein, um den Kontakt mit der Haut 108 oder dem Ohrknorpel
zu verbessern. Ein Vorsehen des implantierbaren Mikrofons 50 in
Kontakt mit der Haut 108 oder dem Ohrknorpel des äußeren Gehörgangs 14 zieht
Nutzen von einer beträchtlichen
Verbesserung der Schallwellen an dem implantierbaren Mikrofon 50,
die durch das Außenohr 13 bereitgestellt
wird. Das Gehäuse 112 ist
lang genug ausgeführt,
so dass Steuerungen durch die Haut 108 an dem Ende des
Gehäuses 112 verfügbar sind,
das distal von dem implantierbaren Mikrofon 50 gelegen
ist. Wie in 9 veranschaulicht, ist bevorzugt
eine biokompatible, metallische Lagerhülse 152 dauerhaft
an dem mastoiden Kortikalknochen 39 verankert, um das zylindrisch
geformte Elektronikmodul 100 zu empfangen, dessen Ersetzen
zu erleichtern und eine feste Anbringung für das Elektronikmodul 100 bereitzustellen. Das
Gehäuse 112 des
Elektronikmoduls 100 ist durch einen Faltenbalg 156 umgeben,
um anatomische Differenzen durch Einstellen der Länge des Elektronikmoduls 100 auszugleichen
und das Einbauen des Elektronikmoduls 100 zu erleichtern. Wenn
es auf diese Weise implantiert ist, ist das implantierbare Mikrofon 50 vor
direktem Anblasen geschützt.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 4 kann das Elektronikmodul 100,
wenn das Elektronikmodul 100 subkutan hinter dem Außenohr 13 der
Person 12 implantiert ist, zu einer kontaktfreien Wiederaufladung
eines Energiespeichergeräts
wie einer Batterie oder gleichwertig einem Superkondensator ausgelegt
sein, welche bzw. welcher den Betrieb der Hörhilfe 10 mit Energie
versorgt. Eine derartige kontaktfreie Wiederaufladung kann durch
Vorsehen einer Induktionsspule 160 benachbart zu der Haut 108,
welche das Elektronikmodul 100 bedeckt, wie durch einen Pfeil 162 in 4 gezeigt
erzielt werden.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsform
beschrieben worden ist, ist zu beachten, dass eine derartige Offenbarung
rein beispielhaft ist und nicht als beschränkend interpretiert werden
darf. Dementsprechend werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung
abzuweichen, verschiedene Abwandlungen, Modifikationen und/oder
alternative Anwendungen der Erfindung zweifelsfrei dem Fachmann
ersichtlich, nachdem er die vorherstehende Offenbarung gelesen hat.