DE69815666T2

DE69815666T2 - Implantierbares mikrofon

Info

Publication number: DE69815666T2
Application number: DE69815666T
Authority: DE
Inventors: Eric Jaeger; Jerod Goldstein; S. Harry ROBBINS
Original assignee: Symphonix Devices Inc
Current assignee: Vibrant Med El Hearing Technology GmbH
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: CA2284876A1; US6174278B1; US5888187A; EP0971632B1; CA2284876C; EP0971632A4; WO1998043540A1; EP0971632A1; AU743288B2; ATE243000T1; DE69815666D1; AU6565598A; ES2201464T3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Einrichtungen und Verfahren zur Verbesserung der Klangwiedergabe und -verstärkung für stimmbehinderte Personen und insbesondere das Gebiet der implantierbaren Mikrofone. Außerdem liefert die vorliegende Erfindung Einrichtungen zur Verbesserung der Klangwiedergabe und -verstärkung, die sich für Diagnosezwecke eignen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
An der Erzeugung von Stimmklängen (z. B. Sprache) sind das Respirationssystem sowie Sprachsteuerzentralen in der Hirnrinde, Respirationszentralen des Hirnstamms und die Artikulations- und Resonanzstrukturen der Mund-, Nasen- und Brustkorbhöhlen beteiligt. Das "Stimmorgan" ist jedoch der Larynx, ein speziell angepaßtes Organ, das sich im oberen Luftweg befindet. Der Larynx hat die Form eines dreieckigen Kastens mit abgeflachtem Rücken und abgeflachten Seiten und einem ausgeprägten vertikalen Kamm auf der Vorderseite; die Oberseite ist breiter als die Unterseite. Einfache schematische Darstellungen des Larynx sind in 1 gezeigt ( 1A ist eine Seitenansicht und 1B ein vertikaler Querschnitt des Larynx und der oberen Trachea). Der Larynx besteht aus Knorpeln, die durch Bänder und zahlreiche Muskeln miteinander verbunden sind; er wird durch eine Schleimhaut ausgekleidet, die mit der die Pharynx und die Trachea auskleidenden Schleimhaut zusammenhängt. Die Stimmbänder sind entlang den Seitenwänden des Larynx liegende Falten, die durch mehrere Muskeln gespannt und positioniert werden. Der Larynx enthält neun Knorpel (d. h. Schilddrüse, Cricoides, Epiglottis und jeweils zwei von Arytaenoideus, Corniculatus und Cuneiformis). Der Schilddrüsenknorpel ist der größte Knorpel des Larynx und besteht aus zwei seitlichen Lamellen, die in einem spitzen Winkel vorne vereinigt sind, um einen vertikalen Vorsprung in der Mittellinie (d. h. den "Adamsapfel") zu bilden.
Beim Sprechen bewegen verschiedene Larynxmuskeln die Stimmbänder in den seitlichen Larynxwänden. Wenn die Stimmbänder zusammengebracht werden und Luft ausgeatmet wird, drückt der Luftdruck von unten (d. h. dem unteren Respirationstrakt) zuerst die Stimmbänder auseinander, woraufhin ein schneller Luftstrom zwischen ihren Rändern möglich wird. Der schnelle Luftstrom erzeugt dann sofort einen Unterdruck zwischen den Stimmbändern, wodurch diese wieder zusammengezogen werden. Dadurch wird die Luftströmung gestoppt und Luftdruck hinter den Bändern aufgebaut, und die Bänder öffnen sich nochmals, um das Vibrationsmuster fortzusetzen. Für die normale Atmung ziehen die Muskeln Larynxknorpeln nach vorne und auseinander. Kontraktionen der kleinen zahlreichen Muskellippen, aus denen die Thyroarytenoidmuskeln bestehen, steuern die Form der Stimmbänder (d. h. dick oder dünn, mit scharfen oder stumpfen Rändern) während verschiedener Lautbildungstypen. Die Tonhöhe des emittierten Klangs kann durch Spannen oder Lockern der Stimmbänder oder durch die Form und Masse der Stimmbandränder verändert werden. Die an den Außenflächen des Larynx angebrachten Muskeln können gegen die Knorpel ziehen und dadurch das Spannen oder lockern der Stimmbänder unterstützen. Zum Beispiel wird der gesamte Larynx durch die externen Larynxmuskeln nach oben bewegt, wodurch die Stimmbänder gespannt werden, um sehr hochfrequente Klänge zu erzeugen, und der Larynx wird nach unten bewegt (d. h. die Stimmbänder werden gelockert), um sehr tiefe (d. h. niederfrequente) Klänge zu erzeugen.
Die Larynxfunktion kann durch verschiedene Ursachen behindert werden, darunter Obstruktion des oberen Luftwegs, Lähmung, Laryngektomie usw. Eine teilweise Obstruktion des oberen Luftwegs (d. h. des Wegs vom hinteren Larynx bis zur distalen Trachea) ist potentiell eine ernsthafte Störung, da der Einzelperson ausreichende Respirationskapazität für ununterstütztes Atmen oder Sprechen fehlen kann. Obstruktion kann durch zahlreiche Ursachen bedingt werden, darunter extrinsische Kompression (z. B. mediastinale Geschwulst, retrosternaler Kropf, retropharyngealer Abszeß, fibrose Mediastinitis oder Thorax-Aorta-Aneurysma), intraluminale Obstruktion (z. B. Fremdkörperaspiration), intrinsische strukturelle Abnormitäten, die durch Infektionskrankheiten verursacht werden (z. B. Epiglottis, Krupp, Lepra, Syphilis und Diphtherie), neoplastische Krankheiten (z. B. oropharyngeale, laryngeale und tracheale Tumore), Entzündungs- und degenerative Krankheiten (z. B. vergrößerte Mandeln und Nasenpolypen, laryngeales oder tracheales Granulationsgewebe, Abduktorarthritis, tracheobronchiale Amyloidosis, Sarkoidosis, Laryngomalacia, Tracheomalacia, tracheale oder laryngeale Stenosis und Rückfall-Polychondritis) oder neurologische Krankheiten (z. B. bilaterale Stimmbandlähmung und funktionaler Larynxkrampf).
Hals-Nasen-Ohrenärzte finden häufig eine bilaterale periodische laryngeale Nervenlähmung, die zu einer Luftwegbeeinträchtigung führt. Häufig ist sie eine folge einer Thyroidektomy, obwohl es andere Ursachen gibt (z. B. idiopathische, neurogene und traumatische). Traditionell wurden Patienten mit bilateraler, periodischer laryngealer Nervenlähmung chirurgisch durch Tracheotomie behandelt (d. h. Erzeugung einer Öffnung in die Trachea durch den Hals, wobei die tracheale Schleimhaut mit der Haut in Durchgängigkeit gebracht wird; der Ausdruck wird auch als Bezeichnung für die Öffnung verwendet und auch als Bezeichnung für eine Tracheotomie, die durchgeführt wird, um eine Röhre einzuführen und eine Obstruktion des oberen Luftwegs zu beseitigen oder die Atmung zu erleichtern).
Die Tracheotomie liefert einen ordnungsgemäßen Luftweg und bewahrt etwas Stimme. Diese Lösung war jedoch suboptimal, da die meisten Prozeduren die Stimme für den Luftweg aufopfern. Andere Behandlungswege, wie zum Beispiel periodische Nervendekomprimierung, Untersuchung und Neurorrhaphie (d. h. Nähen eines geteilten Nervs), Nerv- und Muskelnahtlappenprozedur und verschiedene neuronale Reanastamoseprozeduren wurden ebenfalls versucht, obwohl sie nur einen begrenzten Erfolg erzielt haben (siehe z. B. Otto et al., "Electrophysiologic pacing of vocal cord abductors in bilateral recurrent laryngeal nerve paralysis", Am. J. Surg., 150: 447–451 [1985]). Die Reanastomose abgetrennter periodischer laryngealer Nerven bleibt gewöhnlich erfolglos oder unzufriedenstellend; die Tracheotomie ist nicht schön anzusehen, nicht physiologisch, und ihr folgen häufig Langzeitkomplikationen; die Arytenoidektomie wird häufig durch Aspiration verkompliziert und führt immer zu einer Domdiminuition der Stimme; Nerv-Muskel-Nahtlappen sind häufig erfolgreich, obwohl der behinderte Luftweg nicht immer erfolgreich wiederhergestellt wird. Wie von Otto et al. festgestellt "ist es ersichtlich, daß noch keine adäquate physiologische Lösung gefunden worden ist und das ursprüngliche Dilemma ungelöst bleibt, d. h. die Verbesserung des Luftwegs verschlechtert die Stimmqualität und kann zu Aspiration führen. Die ideale Lösung wäre, einen adäquaten Luftweg wiederherzustellen, die normale Lautbildung zu erhalten und die Schutzfunktion der Stimmbänder zu erhalten, so daß die Aspiration verhindert wird." (Otto et al., siehe oben, auf 447). Diese Eindrücke werden in der Literatur über die Rehabilitation von Patienten mit bilateraler Stimmbeandlähmung oft wiederholt. (Siehe z. B. Broniatowski et al., "Laryngeal pacemaker. Part I. Electronic pacing of reinnervated strap muscles in the dog", Otolaryngol.
Head Neck Surg., 94: 41–44 [1986]; Broniatowski et al., "Laryngeal pacemaker. II. Electronic pacing of reinnervated posterior cricoarytenoid muscles in the canine", Laryngoscope 95: 1194–1198 [1985]; und Otto et al., "Coordinated electrical pacing of vocal cord abductors in recurrent laryngeal nerve paralysis", Otolaryngol. Head Neck Surg., 93: 634–638 [1985]).
Andere Situationen, in denen die Stimme und/oder die Atmung kompromittiert werden, betreffen u. a. Patienten, die aufgrund von Krebs oder anderen Ursachen einer Laryngektomie unterzogen wurden. Um zu sprechen, müssen diese Patienten die Zeichensprache, Schrift, ösophageale Sprache oder eine Hilfseinrichtung benutzen. Es wurden verschiedene Einrichtungen entwickelt, um diesen Patienten zu helfen, darunter elektrolaryngeale und andere Einrichtungen zur Erzeugung von Sprache. (Siehe z. B. die US-Patente Nr. 4,473,905, 4,672,673, 4,550,427 und 4,539,699 für Katz et al.; das US-Patent Nr. 4, 547, 894 für Benson et al.; das US-Patent Nr. 5,326,349 für Baraff; das US-Patent Nr. 4,821,326 für MacLeod; das US-Patent Nr. 4,706,292 für Torgeson; das US-Patent Nr. 4,691,360 für Bloomfield, III; und das US-Patent Nr. 4,571,739 für Resnick). Viele Elektrolarynxeinrichtungen sind jedoch dafür ausgelegt, in der Hand gehalten zu werden, wodurch nach der Laryngektomie für einen Patienten, der keine ösophageale Sprache entwickeln kann und beide Hände verwenden will, ein Hindernis entsteht. Einrichtungen wie zum Beispiel der pneumatische Larynx, der erfordert, daß der Patient ausreichend Respirationskapazität hat, damit die Einrichtung funktioniert, gibt es zusätzlich. Die Entwicklung alternativer Methoden, wie zum Beispiel des intraoralen Elektrolarynx, hat eine Verbesserung dargestellt. Speichel kann jedoch den intraoralen Larynx blockieren. Andere Einrichtungen sind zum Beispiel der extralaryngeale Elektrolarynx, der für Patienten mit beträchtlicher Fibrose des Halses nach der Bestrahlung von begrenztem Wert ist. Bei einer weiteren Einrichtung werden der Wandler und das intraorale Rohr an Brillenrahmen angebracht, der Aktivierungsschalter wird an den medialen Aspekt des oberen Arms angeschnallt, und der Batteriepack wird in der Tasche eines Hemds oder einer Jacke getragen. (Siehe z. B. McRae und Pillsbury, "A modified intraoral electrolarynx", Arch. Otolaryngol., 105: 360–361 [1979]).
Es ist klar, daß verbesserte Mittel zur Bereitstellung des Sprechens für Patienten mit Stimmbandabnormitäten, Laryngealer Lähmung oder Laryngektomie benötigt werden.
Aus US-A-5,301,679 ist ein Verfahren und ein System zur Bewertung einer menschlichen Krankheit durch Aufzeichnen von Körpergeräuschen durch ein Mikrofon, das in Kontakt mit dem Körper des Patienten gebracht wird, und Verwendung von Computerverarbeitung von Körpergeräuschdaten zur Bereitstellung von Frequenzbereichs- und Zeitbereichs-Klangamplituden bekannt.
Aus US-A-5,318,502 ist ein Hörgerät für die chirurgische Implantation in das Ohr eines Patienten bekannt. Eine mit Gel oder Paste gefüllte Röhre wird zwischen eine Öffnung des Innenohrs und einen subkutanen Verstärker positioniert.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Einrichtungen zur Verbesserung der Klangwiedergabe und -verstärkung für stimmbehinderte Einzelpersonen und insbesondere das Gebiet der implantierbaren Mikrofone. Außerdem liefert die vorliegende Erfindung Einrichtungen zur Verbesserung der Klangwiedergabe und -verstärkung, die sich für Diagnosezwecke eignen.
Die vorliegende Erfindung liefert zweistufige implantierbare Mikrofoneinrichtungen. Die Erfindung wird in den Ansprüchen definiert. Bei einer Ausführungsform weist das implantierbare Mikrofon der vorliegenden Erfindung Stufen auf, die die Auswahl des Mikrofonfrequenzgangs und der -empfindlichkeit ermöglichen. Die implantierbaren Mikrofone der vorliegenden Erfindung liefern exzellente Audioeigenschaften und sind sehr dünn, wodurch sie besonders für die Implantation geeignet sind. Der folgende Text beschreibt bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gemäß Anspruch 1.
In einer Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine implantierbare Mikrofoneinrichtung mit einem Gehäuse, einschließlich einer Membran, wobei das Gehäuse und die Membran eine Kammer einschließen; einem an das Gehäuse angekoppelten Mikrofon und einem Durchgang, der das Mikrofon mit der Kammer verbindet, so daß Vibrationen der Membran durch die Kammer und den Durchgang zu dem Mikrofon übertragen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wandler in dem Mikrofon ein Elektretmikrofon. Bei anderen Ausführungs-formen ist der Wandler ein Piezo oder elektromagnetisch. Es ist also nicht beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung auf einen bestimmten in dem Mikrofon enthaltenen Wandler beschränkt wird.
In einer alternativen Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine implantierbare Mikrofoneinrichtung mit einem Gehäuse, einschließlich einer Membran, wobei das Gehäuse und die Membran eine Kammer einschließen; einem akustischen Widerstand zwischen der Membran und einer gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuses; einem an das Gehäuse angekoppelten Mikrofon und einem Durchgang, der das Mikrofon mit der Kammer verbindet, so daß Vibrationen der Membran durch die Kammer und den Durchgang zu dem Wandler übertragen werden.
In einer weiteren Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine implantierbare Mikrofoneinrichtung mit einem Gehäuse, einschließlich einer Membran, wobei das Gehäuse und die Membran eine Kammer einschließen; einem an das Gehäuse angekoppelten Mikrofon und einem Durchgang, der das Mikrofon mit der Kammer verbindet, so daß Vibrationen der Membran durch die Kammer und den Durchgang zu einer Oberfläche des Mikrofons übertragen werden.
In einer weiteren Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung eine implantierbare Mikrofoneinrichtung mit einem Gehäuse, einschließlich einer Membran mit mehreren Bälgen, wobei das Gehäuse und die Membran eine Kammer einschließen; einem akustischen Widerstand zwischen der Membran und einer gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuses; einem an das Gehäuse anngekoppelten Mikrofon und einem Durchgang, der das Mikrofon mit der Kammer verbindet, so daß Vibrationen der Membran durch die Kammer und den Durchgang zu dem Mikrofon übertragen werden.
In einer alternativen Ausführungsform umfaßt das Verstärkungsmittel weiterhin ein Filtermittel. In einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Verstärkungsmittel weiterhin ein Verarbeitungsmittel. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weiterhin ein Modulationsmittel, in dem das verstärkte Signal moduliert wird, und ein Demodulationsmittel, in dem das rundgesendete Signal demoduliert wird. Es wird in Betracht gezogen, daß das modulierte Signal aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: AM, FM und Baßband. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform besteht das Rundsendemittel aus einer Sendespule, einer Empfangsspule, einem Verstärker und mindestens einem Lautsprecher. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Sendespule in den Patienten implantiert, und die Empfangsspule kann extern oder chirurgisch in den Patienten implantiert angeordnet werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Lautsprecher ein Zimmerlautsprecher, während bei anderen der Lautsprecher ein persönlicher Lautsprecher ist. Um stimmbehinderten Patienten zu helfen, wird das implantierte Mikrofon vorzugsweise in nächster Nähe der Stimmbänder des Patienten implantiert. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das implantierte Mikrofon hermetisch verschlossen.
Es wird in Betracht gezogen, daß die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Überwachung verschiedener Körperfunktionen verwendet wird, darunter u. a. Herzfrequenz, Respiration und intestinale Bewegungen. Weiterhin wird in Betracht gezogen, daß die vorliegende Erfindung für Diagnosezwecke verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Patient unter einer Krankheit oder einer beliebigen anderen pathologischen Erscheinung eidet.
Weiterhin wird in Betracht gezogen, daß der Patient ein Mensch ist, obwohl auch in Betracht gezogen wird, daß die vorliegende Erfindung bei Tieren zur Überwachung sowie für Diagnosezwecke verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein vertikales Querschnittsdiagramm des Larynx und des oberen Teils der Trachea.
2 zeigt verschiedene Positionen, an denen das implantierbare Mikrofon plaziert werden kann.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweistufigen implantierbaren Mikrofons.
4 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines zweistufigen implantierbaren Mikrofons.
5 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines zweistufigen implantierbaren Mikrofons ohne Schutzabdeckung.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines zweistufigen implantierbaren Mikrofons quer zu der Ansicht von 2.
7A–7C zeigen eine alternative Ausführungsform zweistufiger Mikrofone.
8 ist ein Schaltbild der verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein Diagramm der in dem System verwendeten Einrichtung und Verbindungen, die zum Prüfen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
10 ist ein Graph der Leistungsfähigkeit einer Ausführungsform eines implantierbaren Mikrofons.
11 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Einrichtungen zur Verbesserung der Klangwiedergabe und -verstärkung für stimmbehinderte Personen und insbesondere das Gebiet der implantierbaren Mikrofone. Die vorliegende Erfindung liefert außerdem Einrichtungen zur Verbesserung der Klangwiedergabe und -verstärkung, die sich für Diagnosezwecke eignen.
In einer Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung ein implantierbares Mikrofon, das chirurgisch in die Mundhöhle (z. B. im Larynx oder in der Nähe der Stimmbänder) von stimmbehinderten Personen plaziert wird. Es wird in Betracht gezogen, daß ein Vokalstimulator in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Weiterhin wird in Betracht gezogen, daß Laryngektomiepatienten die vorliegende Erfindung zur Verstärkung esophagealer Sprache verwenden werden. Es ist also beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung entweder allein (d. h. ohne Implementierung etwaiger zusätzlicher Einrichtungen) oder in Verbindung mit anderen Verfahren und/oder Einrichtungen zur Verbesserung und/oder Verstärkung von Sprache von stimmbehinderten Patienten verwendet wird.
Wenn die Person spricht, wird das Mikrofonsignal zu einem in dem Vokalelektronikgehäuse angeordneten Elektronikgehäuse gesendet. Dieses Elektronikgehäuse verarbeitet das Mikrofonsignal durch Formen oder Verändern des Frequenzgangs und verstärkt das resultierende Signal. Das verarbeitete Signal wird dann zu einer Sendespule gesendet und von dort aus in FM, AM oder anderen Frequenzen rundgesendet. Die Sendespule kann sich an verschiedenen Orten befinden, zum Beispiel als ein in dem Patienten plaziertes Implantat. Zur Verstärkung des Signals wird dann ein zweites Empfänger-(Verstärker-)/Lautsprechersystem verwendet, so daß die Stimme der Person von Zuhörern oder einem Zuhörer laut und deutlich gehört werden kann. In einer Ausführungsform sendet der zweite Verstärker zu einem Zimmerverstärkungssystem, während der zweite Verstärker in anderen Ausführungsformen zu einem persönlichen Lautsprecher sendet (d. h. einem Lautsprecher, der vom Patienten getragen wird). 8 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform des implantierbaren Mikrofonsystems. In dieser Figur sind der Modulator (830) und der Demodulator (860) wahlweise vorhanden (d. h. in manchen Ausführungsformen sind der Modulator und der Demodulator enthalten, während dies für andere nicht gilt). Bei dieser Ausführungsform erfaßt das Mikrofon (810) den vom Patienten erzeugten Klang (800) und wandelt ihn in ein elektrisches Signal um und sendet ihn zu einem Verstärker (820), der bei einigen Ausführungsformen Mittel zur Verarbeitung und/oder Filterung des Signals enthält und es zu einer Sendespule (840) sendet, die das Signal aus dem Modulator oder Verstärker aufnimmt und es zu einer Empfängerspule (850) rundsendet. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Sendespule (840) implantiert, während die Empfängerspule (850) extern ist. Die Empfängerspule (850) sendet das Signal dann zu einem Demodulator (860), wenn einer vorgesehen ist, oder zu einem anderen Verstärker (870), der das Signal verstärkt, um einen verstärkten Klang (890) zu erzeugen, der durch mindestens einen Lautsprecher (880) wiedergegeben wird. Diese Elemente werden unten ausführlicher beschrieben.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Elektronikgehäuse in dem zweiten Empfänger-/Lautsprechersystem so ausgelegt, daß es Signale empfängt, demoduliert und/oder vor Spitzen schützt. Das Schaltungsgehäuse besteht aus einem maschinenbearbeiteten, geformten oder gezogenen Gehäuse aus Titan (bevorzugt) oder einem beliebigen anderen biokompatiblen Metall oder einer solchen Keramik, das mit einem Raum konfiguriert ist, der groß genug ist, um elektronische Schaltkreise aufzunehmen. Die elektronischen Schaltkreise sind auf Keramik- (bevorzugt), Polyimid- oder Leiterplattentechnologie aufgebaut und enthalten aktive und/oder passive elektronische Bauelemente. Die aktiven und/oder passiven elektronischen Bauelemente können so konfiguriert sein, daß sie als ein Empfänger wirken, wenn sie mit einer Empfangsantenne oder -spule gekoppelt sind. In alternativen Ausführungsformen sind sie so konfiguriert, daß sie als eine Demodulationsschaltung wirken, wodurch das interessierende Signal von dem zur Ermöglichung der Übertragung verwendeten Trägersignal getrennt wird. In weiteren Ausführungsformen ist die Schaltung so konfiguriert, daß sie Schutz vor Spitzen aus empfangenen Signalen liefert, so daß sichergestellt wird, daß die Maximalamplitude jedes Signals einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
In bestimmten Ausführungsformen werden, sobald die lektronischen Schaltkreise in dem Gehäuse untergebracht sind, die Eingänge und Ausgänge der Schaltung mit hermetisch abgeschlossenen Durchführungen verbunden, die je nach Bedarf aus dem Gehäuse austreten. Diese hermetisch abgeschlossenen Durchführungen bestehen aus biokompatiblen Materialien (z. B. Gold, Keramik, Platin usw.). Der Durchführungsisolator besteht aus einem biokompatiblen Dielektrikum, vorzugsweise Keramik, Saphir oder Glaslegierung. Der elektrische Anschlußstift besteht aus einem biokompatiblen Metall oder einer biokompatiblen Legierung (vorzugsweise Platin oder Platinlegierung). Der Anschluß, der Isolator und das Gehäuse werden hermetisch mit einem biokompatiblen Edelmetall (vorzugsweise Gold) verschlossen. Der Verschlußprozeß kann mit Wärme (z. B. Löten oder Laser) eingeleitet werden. Bei einer Ausführungsform ist das die elektronischen Schaltkreise enthaltende Gehäuse selbst hermetisch verschlossen (z. B. durch Löten oder Schweißen), ein Deckel oder Verschluß auf dem Gehäuse, wodurch die Elektronik von der Außenumgebung sollständig abgeschlossen wird. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines in der vorliegenden Erfindung nützlichen zweistufigen implantierbaren Mikrofons.
Wie in 2 gezeigt, befindet sich bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das implantierbare Mikrofon unter der Haut und in darunterliegenden Geweben, wie zum Beispiel dem Larynx oder der Mundhöhle. In dieser Figur stellen die schattierten rechteckigen Kästen das Mikrofon dar. Bei alternativen Ausführungsformen ist das implantierbare Mikrofon an dem Knorpel angebracht, obwohl bei anderen Ausführungsformen das implantierbare Mikrofon am Knochen angebracht ist (d. h. durch Verwendung von Knochenschrauben zur Befestigung des Mikrofons am Knochen), wird chirurgisch in einer Gewebetasche angeordnet oder chirurgisch an einer beliebigen für den weck geeigneten Struktur angebracht. Ein stoßdämpfendes Material (z. B. Silikon oder Polyurethan) kann zwischen dem implantierbaren Mikrofon und dem Knorpel zur Vibrationsisolation angeordnet werden. Es wird in Betracht gezogen, daß das implantierte Mikrofon an verschiedenen Orten plaziert wird, zum Beispiel kann es an einer beliebigen Stelle in dem nasopharyngealen Hohlraum, dem Laryngopharynx, dem Hals oder Larynx implantiert werden.
Das impantierbare Mikrofon enthält ein Gehäuse (200) und eine Membran (202). Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Membran etwas flexibel. Bei alternativen bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Membran und das Gehäuse beide Titan und werden miteinander laserverschweißt. Bei anderen Ausführungsformen kann das Gehäuse Keramikmaterial enthalten, und die Membran kann Gold, Platin oder rostfreien Stahl enthalten. Um Flexibilität zu fördern, kann die Membran Bälge oder Kämme enthalten.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen enthält das implantierbare Mikrofon eine Schutzabdeckung (203). Die Schutzabdeckung schützt das implantierbare Mikrofon und die Membran vor Beschädigung (d. h. während einer unabsichtlichen Beschädigung des Kehlbereichs). Die Schutzabdeckung enthält Einlaßports, durch die Klänge die Membran erreichen können. Die Schutzabdeckung kann aus einer Anzahl von Materialien bestehen, darunter Titan und Keramik.
Bei einer Ausführungsform umschließen das Gehäuse und die Membran eine Kammer (204), die ein Gas enthält z. B. Sauerstoff, Argon, Helium, Stickstoff usw.). Ein Durchlaß (206) ist mit der Kammer verbunden und ermöglicht eine Übertragung von Vibrationen der Membran durch die Kammer und den Durchgang zu einem Wandler (208). Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mikrofon ein handelsübliches Electret-Kondensatormikrofon (Knowles). Es ist jedoch beabsichtigt, daß verschiedene Mikrofonausführungsformen in der vorliegenden Erfindung nützlich sind. Zum Beispiel ist beabsichtigt, daß implantierbare Mikrofone, die Komponenten anderer implantierbaren Einrichtungen, wie zum Beispiel implantierbarer elektromagnetischer Hörwandler, sind. (Siehe z. B. die US-Patente Nr. 5,554,096 und 5,456,654 für Ball; und das US-Patent Nr. 5,085,628 für Engebretson et al., auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird und die verwendet oder je nach Bedarf modifiziert werden, um in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden). Weiterhin wird in Betracht gezogen, daß andere Einrichtungen, wie zum Beispiel der Elektret-Druckwandler, der von Crites in dem US-Patent Nr. 3,736,436 offengelegt wird, sowie der integrierte elektroakustische Wandler von Lindenberger et al. (US-Patent Nr. 5,524,247) und die von Iwata (US-Patent Nr. 4,591,668) und Creed et al. (US-Patent Nr. 2,702,354) offengelegten Mikrofone, je nach Bedarf verwendet oder zur Verwendung in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung modifiziert werden können.
Die Kammer und der Durchgang bilden zwei Stufen, durch die Klänge von der Membran zu dem Wandlermikrofon übertragen werden können. Durch Vergrößern der Oberfläche der Membran, die die Klangwellen erzeugt, und Vergrößern der Oberfläche des Mikrofons, das die Klangwellen empfängt, kann die Empfindlichkeit des implantierbaren Mikrofons vergrößert werden. Um die Oberfläche der Membran zu maximieren und das implantierbare Mikrofon dennoch dünn zu halten, wird die Kammer durch die Membran und eine gegenüberliegende Seite des Gehäuses definiert oder eingeschlossen. Durch die Konfiguration des Mikrofons kann das implantierbare Mikrofon äußerst empfindlich und dennoch sehr dünn sein, was für implantierbare Einrichtungen ein wichtiger Gesichtspunkt ist.
Der Frequenzgang und die Empfindlichkeit des implantierbaren Mikrofons können durch Auswahl der relativen Kammer- und Durchgangsvolumen unter anderen Faktoren (z. B. Auswahl des Mikrofons) gesteuert werden. Bei weniger bevorzugten Konfigurationen kann die verschlossene Kammer stehende Wellen und Interferenzmuster einrichten, wodurch Resonanzwellenerzeugung entsteht (z. B. der "Muscheleffekt"). Dementsprechend kann in der Kammer zwischen der Membran und den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses ein akustischer Widerstand (210) plaziert werden. Der akustische Widerstand kann aus einem beliebigen nachgiebigen Material bestehen, darunter u. a. antistatischem, offenzelligem Schaum und porösem Schaumgummi.
Klangwellen, die durch die Kammer und den Durchgang Laufen, erzeugen Vibrationen auf einer Oberfläche des Mikrofons (208). Das Mikrofon transformiert diese Vibrationen in elektrische Signale (d. h. das Mikrofon ist ein Wandler). Leitungen (212) von dem Mikrofon verlaufen durch eine Platte (214). Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das implantierbare Mikrofon durch die Platte zusammen mit den Membran-/Gehäuseverbindungen hermetisch abgeschlossen.
4 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines zweistufigen implantierbaren Mikrofons. Wie gezeigt umfassen die Schutzabdeckung (203) und die darunterliegende Membran den Hauptteil des oberen Fächeninhalts des implantierbaren Mikrofons. Es liegen sechs Einlaßports vor, durch die Klang die darunterliegende Membran (202) erreichen kann. Am Ende des Gehäuses (200) senden Leitungen (212) elektrische Signale aus dem internen Mikrofon.
5 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines zweistufigen Mikrofons ohne die Schutzabdeckung. Die Differenzschattierung in dieser Figur zeigt die Bälge in der Membran.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines zweistufigen implantierbaren Mikrofons quer zu der Ansicht von 3. Ein akustischer Widerstand (210) befindet sich in dem Gehäuse (200). Wie gezeigt, kann der akustische Widerstand rohrförmig sein. Zusätzlich sind drei Platten (214) vorgesehen, die es drei Leitungen (212) gestatten, von dem Wandler in dem Gehäuse nach außen zu verlaufen. In dieser Ausführungsform sind die Platten verlötet, um das implantierbare Mikrofon hermetisch abzuschließen. Die Leitungen führen elektrische Signale, die der Biegung und Bewegung der Membran als Reaktion auf Klänge entsprechen.
7A–7C zeigen eine andere Ausführungsform zweistufiger implantierbarer Mikrofone. Dieselben Bezugszahlen werden verwendet, um Strukturen anzuzeigen, die in vorherigen Ausführungsformen ähnlichen Strukturen entsprechen. In 7A enthält das implantierbare Mikrofon (100) eine Membran (202), eine Schutzabdeckung (203) und einen Wandler (208).
7B zeigt die Schutzabdeckung mit Einlaßports, die chemisch durch die metallische Schutzabdeckung hindurchgeätzt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Schutzabdeckung aus chemisch geätztem Titan.
7C zeigt eine Membran, die chemisch geätzte Einprägungen enthält. Die Einprägungen werden teilweise (z. B. zur Hälfte) durch die Membran geätzt, um die Flexibilität der Membran zu erhöhen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Schutzabdeckung aus chemisch geätztem Titan.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden auf vielfältige Weise getestet, und es hat sich erwiesen, daß sie hervorragende Klangqualität liefern. Anfänglich wurden die Ausführungsformen im Dreien getestet, wobei ein Testgerät des Typs Fonix 6500 (Fryes Electronics) verwendet wurde. Die Freilufttests wurden durchgeführt, um Grundlinienwerte für das Testen implantierbarer Mikrofonausführungsformen bei mehreren Frequenzen zu erzeugen. Die implantierbaren Mikrofonausführungsformen wurden dann in einem FonixTestgerät getestet, das physiologische Salzlösung (d. h. 0,7% NaCl) oder Wasser enthielt. Diese Tests wurden durchgeführt, um die Plazierung der implantierbaren Mikrofone in einer Körperhöhle zu simulieren. Die implantierbaren Mikrofone wurden in verschiedene Tiefen eingetaucht, in einem Bereich von ungefähr 10–15 mm.
Die implantierbaren Mikrofonausführungsformen wurden euch in Gewebe von einem Schweinekörper, plaziert in einem Fonix-Testgerät, getestet. Bei jedem Test wurde das implantierbare Mikrofon in eine Tasche in dem Schweinegewebe in einer Tiefe von ungefähr 10 mm plaziert. Das Schweinegewebe mit dem Mikrofon wurde dann in ein Salzlösungsbad eingetaucht, um die Bedingungen der Implantation in weichem Gewebe zu simulieren.
Vergleiche des Ausgangssignals des implantierbaren Mikrofons aus dem Bad und dem Schweinegewebe mit dem Grundlinien-Freilufttest zeigten, daß bestimmte Ausführungsformen des implantierbaren Mikrofons eine gute hinearität und einen guten Frequenzgang besaßen. Zusätzlich wurde Sprache und Musik abgespielt, so daß Zuhörer das implantierbare Mikrofon unter diesen drei getesteten Bedingungen (d. h. Freiluft, im Bad und in Schweinegewebe) subjektiv bewerten konnten. Diese Experimente bestätigten, daß bestimmte Ausführungsformen der implantierbaren Mikrofone hervorragende Audioeigenschaften liefern.
Es wird weiter in Betracht gezogen, daß das implantierbare Mikrofon zur Überwachung von Lebensgeräuschen verwendet wird, darunter u. a. Herzfrequenz, Blutfluß, Respirationsklänge (z. B. inspirational und Expiration), intestinale Bewegungen usw. Bei diesen Ausführungsformen kann das implantierbare Mikrofon eine beliebige Größe aufweisen, die für seine beabsichtigte Verwendung geeignet ist, obwohl bei bevorzugten Ausführungsformen das Mikrofon klein ist (z. B. 2 mm × 5 mm oder 3 mm × 15 mm). Bei einigen Ausführungsformen wird das Mikrofon an einer beliebigen Stelle in einer beliebigen der Körperhöhlen implantiert. Bei anderen Ausführungsformen wird das Mikrofon unter der Haut plaziert (d. h. subkutane Implantation). Es ist wichtig, daß subkutan implantierte Mikrofone ambulant und in der Praxis des Arztes implantiert werden können, so daß die Notwendigkeit und Kosten einer Krankenhauseinweisung vermieden werden. Somit wird in Betracht gezogen, daß die Einrichtung und die Verfahren der vorliegenden Erfindung an einer solchen Stelle befindlich sein sollen, daß die Einrichtung auf einem optimalen Niveau funktioniert. Es wird in Betracht gezogen, daß die Einrichtung in nächster Nähe des Larynx oder eines zu überwachenden Organs angeordnet wird. Es wird in Betracht gezogen, daß die exakte Positionierung der Einrichtung abhängig von der Anatomie jeder Einzelperson unterschiedlich sein wird. Für "nächste Nähe" ist lediglich erforderlich, daß das implantierbare Mikrofon oder die andere Einrichtung in ausreichender Nähe zu den Stimmbändern oder dem Organ usw., das überwacht werden soll, angeordnet wird, so daß Klänge von den Stimmbändern oder dem Organ erkannt und durch das Mikrofon übertragen werden können.
Obwohl bei den meisten Ausführungsformen beabsichtigt wird, daß das implantierbare Mikrofon auf permanenter Basis verwendet wird, wird auch in Betracht gezogen, daß die Mikrofone auf vorübergehender Basis verwendet werden. Zum Beispiel kann man die Einrichtung für einen kurzen Zeitraum implantieren und die Lebensgeräusche überwachen, um nützliche Diagnoseinformationen zu erhalten. Insbesondere ist beabsichtigt, daß das Mikrofon zur Überwachung von Herzklängen über die Zeit hinweg verwendet wird. Bei diesen Ausführungsformen wird weiterhin in Betracht gezogen, daß die Klänge durch Übertragen der Klänge zu einer Aufzeichnungseinrichtung, die entweder ebenfalls in dem Patienten implantiert wird, in der Umgebung vorhanden ist oder an der Person angebracht ist, überwacht werden. Dadurch kann der Arzt über die Zeit hinweg Daten sammeln und dadurch nützliche Informationen bezüglich des überwachten Organs erhalten, während es entweder während normaler Aktivität oder unter Belastung (z. B. anstrengender physischer Aktivität) funktioniert. Somit können die implantierbaren Mikrofone der vorliegenden Erfindung für Diagnose- und Forschungszwecke verwendet werden.
Es ist nicht beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt wird. Es wird beabsichtigt, daß verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente verwendet werden können. Außerdem ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf verschiedene Verwendungszwecke anwendbar ist. Zum Beispiel können das implantierbare Mikrofon und der Audioprozessor (d. h. die anderen Komponenten des Systems) separat oder in eine Einrichtung integriert sein. Die Beschreibungen sollen den Schutzumfang der Erfindung also nicht beschränken.
DEFINITIONEN
Der Larynx ist das Stimmorgan. Er besteht aus dem Luftweg zwischen dem unteren Pharynx und der Trachea, die die Stimmbänder enthalten, und wird durch Knorpel gebildet (d. h. Schilddrüsen-, Cricoides-, Epiglottis- und die gepaarten Arytaenoideus-, Corniculatus- und Cuneiformis-Knorpel).
Der Laryngopharynx ist der Teil des Pharynx unter dem oberen Rand der Epiglottis und öffnet sich in den Larynx und Esophagus.
Der Pharynx ist der gewöhnlich als die "Kehle" bezeichnete Bereich. Dieser Bereich umfaßt die Muskelschleim hauthöhle hinter den Nasenhöhlen, dem Mund und Larynx und dem Esophagus.
Der Nasopharynx ist der Teil des Pharynx über dem Gaumen.
Der Begriff "Patient" bedeutet hier einen Menschen oder ein Tier. Es ist beabsichtigt, daß der Begriff Patienten wie zum Beispiel stimmbehinderte Patienten sowie Patienten in und außerhalb des Krankenhauses, bei denen die vorliegende Erfindung als Diagnose- oder Überwachungseinrichtung verwendet wird, umfaßt. Außerdem ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung bei gesunden Patienten verwendet wird (d. h. Menschen und Tieren, die nicht stimmbehindert sind oder unter einer Krankheit leiden). Weiterhin wird nicht beabsichtigt, daß der Begriff auf eine bestimmte Art oder Gruppe von Menschen oder Tieren beschränkt wird.
Der Ausdruck "Vokalstimulator" bedeutet hier eine beliebige Einrichtung oder ein beliebiges Verfahren, die bzw. das die Vokalisierung von stimmbehinderten Patienten unterstützt. Zum Beispiel umfaßt der Begriff Einrichtungen, die die Stimmbänder elektrisch, mechanisch oder elektromechanisch so stimulieren, daß Vokalisierung resultiert. Außerdem umfaßt er Einrichtungen und Verfahren, die Stimmklänge simulieren.
Der Begriff "biokompatibel" bedeutet hier eine beliebige Substanz oder Verbindung mit minimalem (d. h. im Vergleich zu einer Kontrolle wird kein signifikanter Unterschied gesehen) oder überhaupt keinem Effekt auf das umgebende Gewebe. Zum Beispiel umfaßt bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Gehäuse ein biokompatibles Gehäuse, das ein Mikrofon enthält; das Gehäuse selbst hat einen minimalen Effekt auf die das Gehäuse umgebenden Gewebe und auf den Patienten, nachdem das implantierbare Mikrofon chirurgisch plaziert wurde. Außerdem ist beabsichtigt, daß der Begriff in Bezug auf die Substanzen oder Verbindungen angewandt wird, die verwendet werden, um eine immunologische Reaktion auf das Gehäuse oder andere Aspekte der Erfindung zu minimieren oder zu verhindern. Besonders bevorzugte biokompatible Materialien sind u. a. Titan, Gold, Platin, Saphir und Keramik.
Der Begriff "implantierbar" bedeutet hier eine beliebige Einrichtung, die chirurgisch in einen Patienten implantiert werden kann. Es ist beabsichtigt, daß der Begriff verschiedene Arten von Implantaten umfaßt. Zum Beispiel kann die Einrichtung in einer Körperhöhle (z. B. Thorax- oder Bauchhöhle) unter der Haut (d. h. subkutan) implantiert oder an einer beliebigen anderen für die Verwendung der Einrichtung geeigneten Stelle plaziert werden. Eine implantierte Einrichtung ist eine Einrichtung, die in einem Patienten implantiert wurde, während eine Einrichtung, die sich "außerhalb" des Patienten befindet, nicht in dem Patienten implantiert ist (d. h. die Einrichtung befindet sich außerhalb der Haut des Patienten).
Der Ausdruck "hermetisch abgeschlossen" bedeutet hier eine Einrichtung oder ein Objekt, die bzw. das so verschlossen ist, daß mindestens bis zu einem bestimmten Grad verhindert wird, daß Flüssigkeiten oder Gase, die sich außerhalb der Einrichtung befinden, in das Innere der Einrichtung eintreten. Es ist beabsichtigt, daß der Verschluß durch vielfältige Mittel erreicht wird, darunter u. a. mechanisch, Klebstoff oder Dichtmittel usw. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen wird die hermetisch abgeschlossene Einrichtung so hergestellt, daß sie völlig lecksicher ist (d. h. Flüssigkeit oder Gas kann überhaupt nicht in das Innere der Einrichtung eindringen).
Der Begriff "Klangwiedergabe" bedeutet hier die Wiedergabe von Klanginformationen aus einer Audiofrequenz quelle elektrischer Signale. Es ist beabsichtigt, daß der Begriff vollständige Klangwiedergabesysteme umfaßt (d. h. mit der ursprünglichen Quelle von Audioinformationen, Vorverstärker und Steuerschaltungen, Audio-frequenzleistungsverstärker und Lautsprecher). Es ist beabsichtigt, daß der Begriff Mono- und auch Stereo-Klangwiedergabe umfaßt, darunter Stereo-Rundsendeübertragung. Bei einigen Ausführungsformen wird ein Klangwiedergabesystem, das aus relativ hochwertigen Komponenten besteht und die ursprünglichen Audioinformationen getreu mit sehr niedrigen Rauschpegeln wiedergibt, als ein "High-Fidelity"-System bezeichnet (Hifi). Der Begriff "Audioprozessor" bedeutet hier eine beliebige Einrichtung oder Komponente, die Klang für beliebige Zwecke verarbeitet.
Der Begriff "Schallwelle" und "Klangwelle" bedeutet hier eine Welle, die durch ein festes, flüssiges und/oder gasförmiges Material übertragen wird (als Folge der mechanischen Vibrationen der das Material bildenden Partikel). Die normale Art der Wellenausbreitung ist longitudinal (d. h. Bewegungsrichtung der Partikel parallel zu der Richtung der Wellenausbreitung), und die Welle besteht deshalb aus Komprimierungen und Verdünnungen des Materials. Es ist beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung Wellen mit verschiedenen Frequenzen umfaßt, obwohl Wellen in den hörbaren Bereich des menschlichen Ohrs (z. B. ungefähr 20 Hz bis 20 kHz) fallen. Wellen mit Frequenzen mit mehr als ungefähr 20 kHz sind "Ultraschall"-Wellen.
Der Begriff "Frequenz" (v oder f) bedeutet hier die Anzahl vollständiger Zyklen einer periodischen Größe, die in einer Zeiteinheit auftreten. Die Frequenzeinheit ist das Hertz, das der Frequenz eines periodischen Phänomens entspricht, das eine Periode von einer Sekunde aufweist. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind verschiedene Frequenzbereiche aufgelistet, die Teil einer größeren kontinuierlichen Reihe von Frequenzen bilden. Diese Tabelle zeigt international vereinbarte Hochfrequenzbänder. Mikrowellenfrequenzen im Bereich von VHF- zu EHF-Bändern (d. h. 0,225 bis 100 GHz) werden gewöhnlich in Bänder unterteilt, die durch die Buchstaben P, L, S, X, K, Q, V und W gekennzeichnet sind.
TABELLE 1
Der Begriff "Verstärkung" (gemessen in Dezibel) wird hier als ein Maß der Fähigkeit einer elektronischen Schaltung, Einrichtung oder Vorrichtung verwendet, den Betrag eines gegebenen elektrischen Eingangsparameters zu vergrößern. Bei einem Leistungsverstärker ist die Verstärkung das Verhältnis der Ausgangsleistung zu der Eingangsleistung des Verstärkers. "Verstärkungsregelung" (oder "Lautstärkeregelung") ist eine Schaltung oder Einrichtung, die die Amplitude des Ausgangssignals eines Verstärkers variiert.
Der Begriff "Dezibel" (dB) ist hier eine dimensionslose Einheit, mit der das Verhältnis zweier Leistungen, Spannungen, Ströme oder Klangintensitäten ausgedrückt wird. Er ist 10× der gewöhnliche Logarithmus des Leistungsverhältnisses. Wenn zwei Leistungswerte (P1 und P2) um n Dezibel verschieden sind, dann gilt n = 10 log₁₀(P2/P1) oder P2/P1 = 10^n/10. Wenn P1 und P2 die Eingangs- bzw. Ausgangsleistung eines elektrischen Netzwerks sind, besteht eine Verstärkung der Leistung, wenn n positiv ist (d. h. P2 > P1). Wenn n negativ ist (d. h. P1 > P2), besteht ein Leistungsverlust.
Die Begriffe "Trägerwelle" und "Träger" bedeuten hier eine Welle, die in der Trägerfrequenzspektralkomponente einmoduliert oder in einer modulierten Welle moduliert werden soll. Der Modulationsvorgang erzeugt als "Seitenbänder" bezeichnete Spektralkomponenten, die in Frequenzbänder entweder auf der oberen Seite ("oberes Seitenband") oder der unteren Seite ("unteres Seitenband") der Trägerfrequenz fallen. Ein Seitenband, in dem bestimmte der Spektralkomponenten stark gedämpft werden, wird als ein "Restseitenband" bezeichnet. Diese Komponenten entsprechen im allgemeinen der höchsten Frequenz in den Modulationssignalen. Eine einzelne Frequenz in einem Seitenband wird als eine "Seitenfrequenz" bezeichnet, während das "Basisband" das Frequenzband ist, das von allen übertragenen Modulationssignalen eingenommen wird.
Der Begriff "Modulation" wird hier als ein allgemeiner Verweis auf die Veränderung oder Modifikation eines beliebigen elektronischen Parameters durch einen anderen verwendet. Zum Beispiel umfaßt er den Vorgang, durch den bestimmte Eigenschaften einer Welle (der "Trägerwelle" bzw. des "Trägersignals") gemäß der Eigenschaft einer anderen Welle (der "Modulationswelle") moduliert oder modifiziert werden. leer umgekehrte Vorgang ist "Demodulation", wobei eine Ausgangswelle erhalten wird, die die Eigenschaften der ursprünglichen Modulationswelle bzw. des ursprünglichen Modulationssignals aufweist. Zu Eigenschaften des Trägers, die moduliert werden können, gehören die Amplitude und der Phasenwinkel. Modulation durch ein unerwünschtes Signal wird als "Kreuzmodulation" bezeichnet, während "Mehrfachmodulation" eine Abfolge von Modulationsvorgängen ist, bei der die gesamte modulierte Welle aus einem Vorgang oder ein Teil davon zu der Modulationswelle für den nächsten wird.
Der Begriff "Demodulator" ("Detektor") bedeutet hier eine Schaltung, eine Vorrichtung oder ein Schaltungselement, wodurch das empfangene Signal moduliert wird (d. h. das Signal mit minimalen Verzerrungen aus einem Träger extrahiert wird). "Ein Modulator" ist eine beliebige Einrichtung, die eine Modulation bewirkt.
Der Begriff "Dielektrikum" bedeutet ein festes, flüssiges oder gasförmiges Material, das ein elektrisches Feld aufrechterhalten und als ein Isolator wirken kann (d. h. ein Material, das zur Verhinderung des Verlusts elektrischer Ladung oder elektrischen Stroms aus einem Leiter verwendet wird, Isolatoren weisen einen sehr hohen Widerstand gegenüber elektrischem Strom auf, so daß der durch das Material fließende Stromfluß gewöhnlich vernachlässigbar ist).
Der Ausdruck "elektronische Einrichtung" bedeutet hier eine Einrichtung oder ein Objekt, die bzw. das die Eigenschaften von Elektronen oder Ionen verwendet, die sich in einem Vakuum, Gas oder Halbleiter bewegen. "Elektronische Schaltkreise" bedeuten den Weg einer Elektronen- oder Ionenbewegung sowie die Richtung, die durch die Einrichtung oder das Objekt den Elektronen oder Ionen vermittelt wird. Eine "Schaltung" oder ein "Elektronikgehäuse" ist eine Kombination einer Anzahl elektrischer Einrichtungen und Leiter, die, wenn sie miteinander verbunden werden, einen leitenden Weg bil den, um eine gewünschte Funktion zu erfüllen, wie zum Beispiel eine Verstärkung, eine Filterung oder eine Oszillation. Jeder Bestandteil der Schaltung, der von den Verbindungen verschieden ist, wird als ein "Schaltungselement" bezeichnet. Eine Schaltung kann aus diskreten Komponenten bestehen oder eine "integrierte "Schaltung" sein. Eine Schaltung wird als "geschlossen" bezeichnet, wenn sie einen kontinuierlichen Weg für Strom bildet. Es wird in Betracht gezogen, daß ein Elektronikgehäuse eine beliebige Anzahl von Einrichtungen enthalten kann. Weiterhin ist beabsichtigt, daß mehrere Elektronikgehäuse verschiedene Komponenten enthalten können, die kooperativ arbeiten, um Klang zu verstärken. Bei bestimmten Ausführungsformen bezieht sich das Gehäuse der "Vokalelektronik" auf das gesamte System, das zur Verbesserung und/oder Verstärkung der Klangerzeugung verwendet wird.
Der Begriff "Electret" bedeutet hier eine Substanz, die permanent elektrifiziert ist und entgegengesetzt geladene Extremitäten aufweist.
Der Begriff "Verstärker" bedeutet hier eine Einrichtung, die ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das eine Funktion des entsprechenden elektrischen Eingangsparameters ist, und die den Betrag des Eingangssignals mittels Energie, die einer externen Quelle entnommen wird, vergrößert (d. h. Verstärkung einführt). "Verstärkung" bedeutet die Wiedergabe eines elektrischen Signals durch eine elektronische Einrichtung gewöhnlich mit vergrößerter Intensität. "Verstärkungsmittel" bedeutet die Verwendung eines Verstärkers zum Verstärken eines Signals. Es ist beabsichtigt, daß das Verstärkungsmittel auch Mittel zur Verarbeitung und/oder Filterung des Signals enthält.
Der Begriff "Empfänger" bedeutet hier den Teil eines Systems, der übertragene Wellen in eine gewünschte Ausgabeform umwandelt. Der Frequenzbereich, über den ein Empfänger mit einer gewählten Leistungsfähigkeit (d. h. einem bekannten Empfindlichkeitsgrad) arbeitet, ist die "Bandbreite" des Empfängers. Das "minimal ausmachbare Signal" ist der kleinste Wert der Eingangsleistung, der zu einem Ausgangssignal durch den Empfänger führt.
Der Begriff "Sender" bedeutet hier eine Einrichtung, Schaltung oder Vorrichtung eines Systems, die zum Senden eines elektrischen Signals zu dem Empfangsteil des Systems verwendet wird. Eine "Sendespule" ist eine Einrichtung, die ein elektrisches Signal empfängt und es zu einer "Empfängerspule" rundsendet. Es ist beabsichtigt, daß Sende- und Empfangsspulen in Verbindung mit Zentrier-Magnetkernen verwendet werden, die die Plazierung der Spulen an einer bestimmten Position und/oder Stelle halten.
Der Begriff "Lautsprecher" bedeutet hier elektroakustische Einrichtungen, die elektrische Energie in Klangenergie umwandeln. Der Lautsprecher ist die letzte Einheit in jeder Klangwiedergabevorrichtung oder akustischen Schaltung eines beliebigen Rundsendeempfängers. Es ist nicht beabsichtigt, daß die vorliegende Erfindung auf eine bestimmte Art von Lautsprecher begrenzt wird. Zum Beispiel umfaßt der Begriff Lautsprecher wie zum Beispiel Magnet-, Trichter-, Horn-, Kristall-, Magnetorestriktions-, Magnetarmatur-, Elektrostatik-, Labyrinthlautsprecher. Außerdem ist beabsichtigt, daß mehrere Lautsprecher mit derselben oder verschiedenen Konfigurationen in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Der Begriff "Mikrofon" bedeutet hier eine Einrichtung, die Klangenergie in elektrische Energie umwandelt. Sie ist das Gegenteil des Lautsprechers, obwohl in manchen Einrichtungen das Lautsprecher-Mikrofon für beide Zwecke verwendet werden kann (d. h. ein Lautsprechermikrofon). Diese Definition umfaßt verschiedene Arten von Mikrofonen, darunter Kohle-, Kondensator-, Kristall-, Moving-Coil- und Bandausführungsformen. Die meisten Mikrofone arbeiten durch Umwandeln von Klangwellen in mechanische Vibrationen, die dann elektrische Energie erzeugen. Die durch den Klang ausgeübte Kraft ist gewöhnlich proportional zu dem Schalldruck. Bei einigen Ausführungsformen ist eine dünne Membran mechanisch an eine geeignete Einrichtung (z. B. eine Spule) angekoppelt. Bei alternativen Ausführungsformen wird der Schalldruck durch direkte Deformation geeigneter magnetorestriktiver oder piezoelektrischer Kristalle in elektrischen Druck umgewandelt (z. B. Magnetorestriktions- und Kristallmikrofone).
Der Begriff "Wandler" bedeutet hier eine beliebige Einrichtung, die einen nichtelektrischen Parameter (z. B. Klang, Druck oder Licht) in elektrische Signale umwandelt oder umgekehrt. Mikrofone sind Einselektroakustische Wandler.
Der Begriff "Widerstand" bedeutet hier eine elektronische Einrichtung, die Widerstand besitzt und für diesen Verwendungszweck ausgewählt wird. Es ist beabsichtigt, daß der Begriff alle Arten von Widerständen umfaßt, darunter u. a. Festwert- oder einstellbare, Kohle-, Drahtwicklungs- und Filmwiderstände. Der Begriff "Widerstand" (R; Ohm) bedeutet die Tendenz eines Materials, das Durchlaufen eines elektrischen Stroms zu behindern und elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln.
Der Begriff "Rücksetzen" bedeutet hier das Wiederherstellen des ursprünglichen Zustands einer elektrischen oder elektronischen Einrichtung oder Vorrichtung nach einem Betrieb der Geräte.
Der Begriff "Restladung" bedeutet hier den Teil einer in einem Kondensator gespeicherten Ladung, der behalten wird, wenn der Kondensator schnell entladen wird, und der nachfolgend entnommen werden kann. Obwohl es nicht notwendig ist, die vorliegende Erfindung zu verwenden, wird angenommen, daß dies aus viskosen Bewegungen des Dielektrikums unter Ladung, wodurch bewirkt wird, daß ein Teil der Ladung das Dielektrikum durchdringt und deshalb relativ von den Platten entfernt wird, resultiert; nur die Ladung in der Nähe der Platten wird durch schnelle Entladung entfernt.
Der Begriff "Strom" bedeutet hier die Strömungsgeschwindigkeit von Elektrizität. Der Strom wird gewöhnlich in Ampere ausgedrückt; das verwendete Symbol ist „I".
Der Begriff "Reststrom" bedeutet hier einen Strom, der für eine kurze Zeit in der externen Schaltung einer aktiven elektronischen Einrichtung fließt, nachdem die Stromversorgung der Einrichtung ausgeschaltet wurde. Der Reststrom resultiert aus der endlichen Geschwindigkeit der die Einrichtung durchlaufenden Ladungsträger. Der Begriff "aktiv" wird in Bezug auf eine beliebige Einrichtung, Komponente oder Schaltung verwendet, die Verstärkung einführt oder eine Dichtungsfunktion besitzt. Ein "aktiver Strom", eine "aktive Komponente", eine "Energiekomponente", eine "Leistungskomponente" oder eine "gleichphasige Komponente des Stroms" bedeutet die Komponente, die mit der Spannung, dem Alternativstrom und der Spannung, die als Vektorgrößen betrachtet werden, gleichphasig ist. Der Begriff "passiv" bedeutet eine beliebige Einrichtung, Komponente oder Schaltung, die keine Verstärkung einführt oder keine Richtungsfunktion besitzt. Es ist beabsichtigt, daß der Begriff reinen Widerstand, reine Kapazität, reine Induktivität oder eine Kombination davon umfaßt.
Die Begriffe "Stromquelle" und "Stromversorgung" bedeuten hier eine beliebige Quelle elektrischen Stroms in einer Form, die sich für den Betrieb von elektronischen Schaltungen eignet. Wechselstrom kann entweder direkt oder mittels eines geeigneten Transformators abgeleitet werden. "Wechselstrom" bedeutet einen elektrischen Strom, dessen Richtung in der Schaltung periodisch mit einer Frequenz f umgekehrt wird, die von den Schaltungskonstanten unabhängig ist. Gleichstrom kann aus verschiedenen Quellen geliefert werden, darunter u. a. Batterien, geeignete Gleichrichter-/Filterschaltungen, oder aus einem Wandler. "Gleichstrom" bedeutet einen unidirektionalen Strom mit im wesentlichen konstantem Wert. Der Begriff umfaßt außerdem Ausführungsformen, die einen "Bus" enthalten, um mehreren Schaltungen oder mehreren verschiedenen Punkten in einer Schaltung Strom zu liefern. Ein "Power-Pack" wird in bezug auf eine Einrichtung verwendet, die Strom aus einer Wechselstromoder Gleichstromversorgung in eine Form umwandelt, die sich zum Betrieb von elektronischen Einrichtungen eignet.
EXPERIMENTAL
Die folgenden Beispiele werden angegeben, um bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Aspekte der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren und weiter darzustellen, und sollen nicht als Einschränkung des Schutzumfangs aufgefaßt werden.
In der folgenden Experimentaloffenlegung gelten die folgenden Abkürzungen: dB (Dezibel); kHz (Kilohertz); SPL (Schalldruckpegel); Frye Electronics (Frye Electronics, Inc., Tigard, OR, USA); Realistic (Realistic, Radio Shack, Ft. Worth, TX, USA); und Knowles (Knowles Electronics, Itasca, IL, USA).
BEISPIEL 1
Testen implantierbarer Mikrofone
In diesem Beispiel wurden verschiedene implantierbare Mikrofonprototypen unter kontrollierten Bedingungen getestet. 9 zeigt ein Diagramm des verwendeten Aufbaus und der verwendeten Verbindungen. In diesen Experimenten wurde das Testgerät auf Ständern plaziert und so angeordnet, daß der Abstand von den Mikrofonen zum Lautsprecher ungefähr 12 Zoll betrug. Die Mikrofone wurden vertikal und horizontal mit dem Lautsprecher zentriert, und der Abstand zum Boden des Klangraums betrug ungefähr 50 Zoll.
Die Software-/Testkonfiguration wurde wie in 9 als Diagramm dargestellt aufgebaut. Das Audiobandmeß- und Analysesystem SYSid wurde in den Computer geladen. Für jede getestete Mikrofonkonfiguration wurde aus dem Lautsprecher (JBL) mit einem Pegel von ungefähr 90 dB SPL ein gewobbeltes Sinus-Chirpen ausgestrahlt, und die Antwort des Mikrofons wurde als dB (relativ zu der Antwort eines ER-7-Referenzmikrofons) als Funktion der Frequenz von 0,1 bis 10 kHz aufgetragen. Frequenzganggraphen wurden direkt aus dem Computerbildschirm ausgedruckt und in ASCII im Speicher gespeichert. Einzelne Testkonfigurationsparameter blieben im gesamten Verlauf des Testens konstant und wurden am oberen Rand jedes gedruckten Graphen erfaßt.
10 ist ein Graph der Leistungsfähigkeit einer Ausführungsform eines implantierbaren Mikrofons der vorliegenden Erfindung. Dieser Graph zeigt außerdem die Dimensionen und Form des Mikrofons. In dieser Figur beträgt der Frequenzbereich 0,1 bis 7,0 kHz. Außerdem zeigt in dieser Figur die Linie A die Ergebnisse für das im Freien getestete ER-7-Referenzmikrofon, während Linie B die Ergebnisse für das in einer Fonix-Box getestete implantierbare Mikrofon zeigt. Wie in dieser Figur gezeigt, wies das implantierbare Mikrofon einen guten Frequenzgang mit gutem Spannungsausgangssignal auf. Außerdem waren die normalen Zuhörpegel bei dieser Ausführungsform des implantierbaren Mikrofons gut. Auf diesem Graphen der dB-Pegel relativ zu einem Volt (1 V) bei 0 dB. Insgesamt zeigt der Graph die verschiedenen von einem Volt (1 V) bei 0 dB in dB.
In diesem Beispiel wurden zwölf Mikrofone getestet. Der erste in dem Mikrofon verwendete Wandler war ein EM 9468 (Knowles). Die Abmessungen dieses Mikrofons betrugen 30 mm Durchmesser und 2,5 mm Dicke. Das Mikrofon wurde in zwei flexiblen 0,75-mm-Kunststoffstücken untergebracht, die durch 1,5 mm Silikonröhre, beschichtet in Plastidip und Epoxidharz, getrennt wurden. Die Klangqualität dieses Mikrofons vor dem Zusammenbauen in dem Gehäuse war sowohl für Sprache als auch Musik gut. Die Klangqualität der vollständigen Mikrofonbaugruppe war jedoch verschlechtert und die Ausgangsspannung niedrig. Die Klangqualität verschlechterte sich zu einem sehr matschigen, hohlen Klang, als die Mikrofonbaugruppe in Wasser gebracht wurde.
Das zweite getestete implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs EE 296 (Knowles) und hatte einen Durchmesser von 31–34 mm und 2 mm Dicke. Der Wandler wurde in einem tränenförmigen Gehäuse aus 0,5 mm Titan untergebracht, wobei die Wände durch ein Array von 0,02-Zoll-Silikonröhren getrennt wurden. Die Klangqualität des Wandlers vor dem Zusammenbauen in dem Gehäuse war gut. Das zusammengebaute implantierbare Mikrofon klang jedoch schwach, "blechig" und benötigte sehr viel mehr Amplitude zur Ansteuerung der Lautsprecher. Beim Test in Wasser wurde die Mikrofonbaugruppe aufgrund der Durchdringung der Gehäusebeschichtung schnell geflutet. Vor dem vollständigen Fluten war die Klangqualität jedoch gut.
Das dritte implantierbare Mikrofon verwendete einen EM 9468 (Knowles) als Wandler und hatte einen Durchmesser von 36 mm und eine Dicke von 6,0 mm. Dieses Mikrofon wurde in einem Kunststoffgehäuse angeordnet, wobei eine Seite mit Mylar (0,02 mm Dicke) bedeckt wurde . Vor dem Zusammenbauen in dem Gehäuse war die Mikrofonklangqualität sowohl für Sprache als auch für Geräusche gut. Nach dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität jedoch schlecht, mit zuviel Baß und begrenzter Frequenzerzeugung am hohen Ende und einem großen Verzerrungsgrad. Beim Test in Wasser klang das Mikrofon in einer Eintauchtiefe von ungefähr 15 mm etwas besser, obwohl der Klang immer noch zu viel Baß mit fast keinen hohen Frequenzen aufwies.
Das vierte implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs EM 9468 (Knowles) und hatte einen Durchmesser von 25 mm und eine Dicke von 1,9 mm. Das Gehäuse wurde in einer 0,3-Zoll-Silikonröhre untergebracht, eingewickelt und in einer Kreiskonfiguration verschlossen, wobei das Mikrofon in Epoxidharz verschlossen wurde. Wie bei den anderen Tests klang das Mikrofon allein in der Box sehr gut. Das zusammengebaute Mikrofon klang auch gut, aber die vollständig zusammengebaute Einrichtung hatte einen schlechten Frequenzgang.
Das fünfte getestete implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs FK 496 (Knowles) und hatte Abmessungen von 40 mm × 20 mm und eine Dicke von 1,9 mm. Das Gehäuse für dieses Mikrofon bestand aus 35-mm-Röhren, die verbunden wurden, um eine Röhre zu erzeugen. Vor dem Zusammenbau in dem Gehäuse war die Mikrofonklangqualität sowohl für Sprache als auch Geräusche gut. Nach dem Zusammenbau war die Empfindlichkeit verringert, obwohl die Klangqualität im hohen und mittleren Bereich gut war. Die Resonanz des Typs "Muschel" war jedoch sehr deutlich wahrnehmbar. Bei dem Eintauchtest klang das zusammengebaute Mikrofon gut, bis es geflutet wurde (10–15 mm Wassertiefe).
Das sechste getestete implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs F0196 (Knowles) und hatte Abmessungen von 15 mm mal 10 mm und eine Dicke von 2,5 mm. Das Gehäuse war ein Titangehäuse, das 0,03-Zoll-Silikonröhre enthielt und in Plastidip beschichtet wurde. Vor dem Zusammenbau war die Wandlerklangqualität sehr gut. Nach dem Zusammenbau in das Mikrofon war sehr viel Verstärkung notwendig, damit das Mikrofon funktionierte. Insgesamt war der Frequenzgang schlecht, das Signal schlecht zu hören (d. h. das Ausgangssignal sehr klein).
Das siebte geprüfte implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs FE 296 (Knowles) und hatte Abmessungen von 45 × 25 mm und eine Dicke von 5,0 mm. Das Gehäuse für dieses Mikrofon bestand aus fünf in einer Gummiklinge installierten, dünnwandigen 4,8-mm-Polyvinylröhren. Das Mikrofon wurde an der Öffnung installiert. Vor dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität sehr gut. Nach dem Zusammenbau war der Baß sehr gut, obwohl keine hohen Klänge vorhanden waren und die niedrigen Frequenzen eine matschige Qualität hatten. Beim Test unter Wasser fehlten Klänge im hohen und mittleren Bereich, und es bestand ein großer Verzerrungsgrad.
Das achte getestete implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs 8946 (Knowles). Das Gehäuse bestand aus drei distal befestigten 0,03-Zoll-Silikonröhren mit 20 mm, 10 mm und 15 mm. Vor dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität sehr gut und nach dem Installieren der Röhren unverändert. Die Resonanz des Typs "Muschel" war an den 20 mm am stärksten wahrnehmbar und an dem kürzesten (d. h. 10 mm) am wenigsten. Die Klangqualität war bei Eintauchen des Mikrofons gut, obwohl das Signal schwach war.
Das neunte getestete implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs RS 270-0928 (Realistic) und hatte eine Abmessung von 12 mm und 12 mm Dicke. Das Mikrofon wurde mit 0,02-Zoll-Silikonröhre mit einem 0,09-mm-Titangehäuse, verschlossen mit Plastidip, installiert. Vor dem Zusammenbau wies das Mikrofon ein wahrnehmbares Grundrauschen auf. Nach dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität gut, mit guter Klangqualität im niedrigen, mittleren und hohen Bereich. Nach Eintauchen in 10–15 mm Wasser war die Mikrofonklangqualität ebenfalls gut.
Das zehnte getestete implantierbare Mikrofon verwendete einen Wandler des Typs RS 270-0921 (Realistic) und hatte 12 mm Durchmesser und 12 mm Dicke. Das Mikrofon wurde mit 0,03-Zoll-Silikonröhre und einem Titangehäuse installiert und mit Plastidip verschlossen. Vor dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität annehmbar, es bestand jedoch wahrnehmbar mehr Grundrauschen als bei den zuvor verwendeten Knowles-Mikrofonen. Nach dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität sowohl in Luft als auch bei Eintauchen in Wasser gut.
Das elfte getestete Mikrofon war ein FE 296 (Knowles) mit 12 mm Durchmesser und 3,3 mm Dicke. Das Mikrofon wurde in einem 0,02-mm-Gehäuse zwischen zwei dicken, starren Oberflächen aus Titan installiert. Vor dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität gut. Auch nach dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität sehr gut. Nach dem Eintauchen war die Klangqualität besser als bei allen zuvor getesteten Mikrofonen. Das Gehäuse war jedoch nicht dicht.
Das zwölfte getestete Mikrofon war ein FE 296 (Knowles) mit 20 mm Durchmesser und 4,5 mm Dicke. Das Mikrofon wurde mit 0,03-Zoll-Röhren installiert, die zwischen zwei starren Platten aus Silikonröhren medizinischen Qualitätsgrads gehalten wurden. Vor dem Zusammenbau und auch nach dem Zusammenbau war die Mikrofonklangqualität sehr gut. Nach dem Eintauchen war die Mikrofonklangqualität besonders gut.
Diese Ergebnisse wiesen darauf hin, daß das Mikrofon des Typs FE 296 (Knowles) mit 20 mm Durchmesser und 4,5 mm Dicke, installiert zwischen zwei starren Platten, die beste Klangqualität erzeugte (11). Diese Ergebnisse wiesen außerdem darauf hin, daß die implantierbaren Mikrofone der vorliegenden Erfindung so hergestellt werden können, daß die Auslenkung von Electretmikrofonmembranen maximiert wird. Dies wurde durch Verwendung zweier starrer Oberflächen erreicht, mit einer relativ "weichen" Balg- oder Federeinrichtung (z. B. Silikonröhre), die zwischen den beiden starren Oberflächen plaziert wurde. Der Frequenzgang des Mikrofons kann durch Verändern der Spannung oder Steifigkeit (d. h. Weichheit) der Bälge oder Federn oder durch Wechseln des verwendeten Electretmikrofons eingestellt werden. Die Empfindlichkeit des implantierbaren Mikrofons war ausreichend und die Klangqualität gut.
11 zeigt eine Ausführungsform des implantierbaren Mikrofons der vorliegenden Erfindung, die dem zwölften getesteten Mikrofon entspricht. Um die Empfindlichkeit des Systems zu erhöhen, kann die Steifigkeit der Platten (1100) maximiert, die Oberfläche der Platten maximiert oder der Bereich zwischen den Platten (d. h. die Kammer) minimiert (1110) werden. Um niedrige Fequenzen zu maximieren, können die Bälge (1120) gelockert werden, oder es kann ein Electretmikrofon (1130) mit Betonung niedriger Frequenzen gewählt werden. Zum Beispiel kann das gewählte Electretmikrofon (1130) auf der Grundlage seiner Frequenzgangfähigkeiten ausgewählt werden, um die Gesamtfrequenzgänge des gesamten implantierbaren Mikrofonsystems zu verbessern.

Claims

Vorrichtung zum Verstärken von Sprache oder zum Überwachen von Körperfunktionen, umfassend: ein implantierbares elektronisches Mikrofon zur Erzeugung eines elektronischen Signals als Reaktion auf Vokalisierungen oder Körperfunktionen eines Patienten, wobei das implantierbare Mikrofon hermetisch abgeschlossen und in einem biokompatiblen Gehäuse enthalten ist; eine Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des elektronischen Signals, um ein verstärktes Signal zu erzeugen; und eine Rundsendeeinrichtung zum Rundsenden des verstärkten Signals, um ein rundgesendetes Signal zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungseinrichtung weiterhin eine Filtereinrichtung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verstärkungseinrichtung weiterhin eine Verarbeitungseinrichtung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Modulationseinrichtung, wobei das verstärkte Signal moduliert wird; und einer Demodulationseinrichtung, wobei das rundgesendete Signal demoduliert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das modulierte Signal aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: AM, FM und Baßband.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rundsendeeinrichtung aus einer Sendespule, einer Empfangsspule, einem Verstärker und mindestens einem Lautsprecher besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Sendespule implantierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Empfangsspule extern ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Lautsprecher ein Zimmerlautsprecher ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Lautsprecher ein persönlicher Lautsprecher ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das biokompatible Gehäuse ein Material umfaßt, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Titan, Gold, Platin, Saphir, Keramik und Silikon.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das implantierbare Mikrofon völlig lecksicher ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Überwachungseinrichtung zum Überwachen des implantierbaren Mikrofons.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Körperfunktion aus der folgenden Gruppe ausgewählt wird: Herzfrequenz, Respiration und intestinale Bewegungen.