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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein implantierbares Hörgerät
zur direkten oder indirekten hydrodynamischen Kopplung an den Perilymphraum
des menschlichen Ohrs. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren
zum Übertragen von Umgebungsschall an das Innenohr eines
menschlichen Ohrs.
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Schwerhörigkeit
stellt ein schwerwiegendes Gesellschaftsproblem dar, da im Durchschnitt
etwa 10 bis 20% der Bevölkerung in den Industrienationen davon
betroffen sind. Schwerhörigkeit ist in vielen Fällen
bis heute nicht heilbar und verursacht dadurch eine Reduktion der
Lebensqualität. Implantierbare Hörsysteme bieten
hier einen Ausweg.
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Ein
wesentliches Grundproblem heutiger implantierbarer Hörgeräte
stellt die Ankopplung an das sogenannte auditorische System dar.
Eine mechanische Ankopplung an die Gehörknöchelchenkette
ist nicht immer zuverlässig und beschränkt die
Anwendung auf Patienten mit einem reizlosen Mittelohr, wodurch Patienten
mit z. B. einer chronischen Entzündung sowie solche Patienten
mit einer inoperablen Schallleitungsfehlhörigkeit von der
Nutzung solcher Hörgeräte ausgeschlossen sind.
Außerdem sollte aus audiologischer Sicht eine Ankopplung
möglichst nahe am Innenohr oder sogar an die Perilymphe
erfolgen.
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Typische
Ankopplungspunkte für herkömmliche Aktoren, die
von außen Impulse an den Gehörnerv übertragen,
sind der Körper des Amboss sowie der lange Ambossschenkel,
wobei das Implantat entweder über eine Vertiefung im Amboss
(vgl. 4) oder durch eine Klippung an den Ambossschenkel (vgl. 5)
angekoppelt wird. Ein weiterer typischer Ankopplungspunkt ist der
Steigbügelkopf (Ausführungsform nicht dargestellt).
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Ein
Hauptmerkmal herkömmlicher vibratorischer Hörgeräte
ist darin zu sehen, dass elektrische Signale eines Signalprozessors
mechanisch auf unterschiedliche Teile des Mittelohrs übertragen
werden. Hierzu sind üblicherweise elektromechanische Wandler
erforderlich, die elektrische Energie in mechanische Vibrationen
wandeln. In einigen herkömmlichen implantierbaren Hörgeräten
kommen piezoelektrische und magnetoelektrische Wandler zum Einsatz.
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Ein
bekanntes Hörgerät ist z. B. teilimplantierbar,
d. h. einige Komponenten, wie z. B. ein Mikrofon, eine Energieversorgung
oder ein Soundprozessor, werden außen an der Kopfhaut direkt über
dem Ohr getragen (vgl. 4 und 5), während
interne Komponenten, wie z. B. ein Empfängermodul und ein
sogenannter „Floating Mass Transuser" (FMT), implantiert
sind. Dabei wird ein von dem Soundprozessor generiertes elektrisches
Signal transkutan mittels einer Induktionsspule auf das Empfängermodul übertragen,
welches es wiederum in ein für den FMT verwertbares Signal
umwandelt. Dieses bekannte System ist in 5 schematisch
dargestellt. Der FMT besteht aus zwei separat ansteuerbaren Spulen,
die einen im Inneren gelagerten Eisenkern in (unidirektionale) Schwingungen
versetzen können. Bei der Implantation wird der FMT mit
Titanklammern am langen Ambossfortsatz möglichst nahe am
Gelenk zwischen Amboss und Steigbügel befestigt. Dieses
bekannte Hörsystem ist besonders gut für Patienten
mit geringer bis mittlerer Schallempfindungsschwerhörigkeit
und relativ niedriger Hörschwelle bei Frequenzen bis 1
kHz geeignet.
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Ferner
existiert ein weiteres implantierbares Hörgerät,
das unter der Bezeichnung MET von der Firma Otologics vertrieben
wird. Hier handelt es sich um ein Teil- und Vollimplantat, wobei
das Vollimplantat schematisch in 4 dargestellt
ist. Ein Mikrofon, ein Schallsignalprozessor und ein Akkumulator
sind dabei unter der Kopfhaut platziert. Kernstück dieses Hörgeräts
ist ein elektromagnetischer Wandler. Ein Stößel
des Wandlers, die sogenannte Koppelstange, wird während
einer Operation in eine ca. 1 mm tiefe Mulde im Ambosskörper
eingepasst. Die Mulde wird mittels eines Diodenlasers erzeugt. Der
Wandler wird mittels eines Kabels mit dem Schallsignalprozessor verbunden,
um elektrische Signale in entsprechende Vibrationen umzusetzen,
die über die Koppelstange auf die Gehörknöchelchenkette
(Ossikelkette) übertragen werden. Der Steigbügel
leitet dabei die Schwingungen über das sogenannte ovale
Fenster ins Innenohr, wo sie in Nervsignale umgewandelt werden.
Im Gegensatz zum zuvor erwähnten Hörsystem beruht
die Vibrationserzeugung hier nicht auf der Beschleunigung einer
Masse, sondern auf der direkten Kraftübertragung durch
den fest verankerten Wandler. Dabei muss beachtet werden, dass aufgrund
der losen Verbindung zwischen Koppelstange und Amboss nur Druckkräfte übertragbar
sind, d. h. der Wandler muss so platziert werden, dass die Gehörknöchelchenkette
unter einer gewissen Vorspannung steht. Dieses Hörsystem
ist für Patienten mit mittlerer bis hochgradiger Schallempfindungsschwerhörigkeit
geeignet.
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Ein
weiteres Hörsystem, das in einem Artikel mit dem Titel „Implantierbare
Hörgeräte für hochgradige Schwerhörigkeit"
von K.-B. Hüttenbrink (HNO 10/97, Seiten 742 bis 744) beschrieben
ist, beruht auf einem hydraulischen Prinzip (vgl. 6).
Ein elektrodynamischer Wandler, z. B. mit einer elektrisch angeregten
Spule, wird dabei in der Mastoidhöhle oder in der Temporalschuppe
vorgesehen, weil dort ausreichend Platz vorhanden ist. Dieser Ort
schließt jedoch eine starre Ankopplung an das Innenohr
aus. Deshalb hatten sich die Autoren des Artikels sich dazu entschlossen,
die Energieübertragung flexibel über einen flüssigkeitsgefüllten
Schlauch zu führen. Dies ist schematisch in 6 dargestellt.
Am Ende des Schlauches, der an den hydrodynamischen Wandler gekoppelt
ist, ist ein ballonartiger Körper vorgesehen. Während
einer Operation wird versucht, den Schlauch bzw. dessen ballonförmiges
Ende direkt ankoppelnd an das sogenannte runde Fenster zu platzieren.
Das runde Fenster ist ein Ort im Innenrohr ohne knöcherne
Bedeckung der Cochlea, nämlich eine Membran. Diese Membran
zwischen Mittelohr und Innenohr liegt im Inneren einer Vertiefung,
deren Eingangsöffnung (für einen Chirurgen) von
Knochen des Mittelohrs verdeckt ist. Diese in der Paukenhöhle liegende
Eingangsöffnung der Vertiefung ist für einen Operateur
zwar sichtbar, aber wegen der Ausrichtung des Mittelohrs (von außen)
schwer zugänglich. Idealerweise soll der Schlauch durch
die Zugangsöffnung an der Membran des runden Fensters vollständig
eingeführt werden und das ballonförmige Ende anschließend
vollständig aufgebläht werden, wie es in 6 gezeigt
ist, um die Membran des runden Fensters zu berühren. Darüber
hinaus sollte ein axialer Aktor in Bezug auf die Rundfenstermembran
idealerweise in einem rechten Winkel zur Rundfenstermembran stehen.
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In
der Praxis wird dieser Idealzustand jedoch nie erreicht. In der
Praxis kann das Schlauchende mit dem ballonförmigen Körper
nur in die Nähe der Eingangsöffnung geführt
werden, aber nicht in diese hinein. Bei einem anschließenden
Aufblähen des ballonförmigen Endes koppelt dieses
zwar an die knöchernen Ränder der Eingangsöffnung,
aber selten direkt an die Membran. Dies ist in der 6 durch
eine strichpunktierte Linie angedeutet. Ein weiteres Problem ist
in den relativ hohen Energieverlusten (ca. 20 dB) zu sehen, so dass
das Ziel einer Anregung von bis zu 140 dB in der Praxis nicht erreicht
wird. Darüber hinaus wirft die technische Realisierbarkeit
des Schlauchs, insbesondere hinsichtlich der Dichtigkeit, unlösbare
Probleme auf. Konstruktiv ist es bisher unmöglich, einen
permanent mit einer Flüssigkeit (Wasser) gefüllten
ballonförmigen Körper und flexiblen Schlauch vorzusehen,
die auf die gesamte Lebensdauer gesehen keine Luftblasen ziehen.
Da das Mittelohr luftgefüllt ist und der Schlauch gemäß Vorgabe flexibel
sein muss, kann ein Eintritt von Luft in die Übertragungsflüssigkeit
(Wasser) innerhalb des Schlauchs auf Dauer nicht unterbunden werden.
Sobald zuviel Luft in der Übertragungsflüssigkeit
vorhanden ist, lassen sich Signale nicht mehr übertragen.
Luft ist im Gegensatz zur Übertragungsflüssigkeit
kompressibel und würde somit die Signale (Druckänderungen)
in der Flüssigkeit kompensieren, so dass es am ballonförmigen
Ende zu keinerlei Signalübertragung mehr käme.
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Darüber
hinaus kann die oben genannte ideale axiale Anordnung eines axialen
Wandlers senkrecht zur Rundfenstermembran in der Regel nur näherungsweise
erreicht werden. Dies liegt an den anatomischen Verhältnissen
im Mittelohr, die keine beliebige Anordnung des Wandlers erlauben.
Hinzu kommt, dass die axiale Anordnung des Wandlers in Wochen, Monaten
und Jahren nach der Operation sich durch Narbenbildung ändern
kann. Diese Narbenbildung kann am Implantationsort des Wandlers auftreten
und dort seine Wirkachse durch die Verschiebung des Wandlers ändern.
Ferner kann durch Narbenbildung am Kabel eine entsprechende Verschiebung
hervorgerufen werden. Im Ergebnis ist der axiale Wandler zwar noch
voll wirksam, aufgrund seiner veränderten Wirkrichtung
kann die Stimulation der Rundfenstermembran aber erheblich nachlassen.
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Ausgehend
von diesen Problemen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein teil- und/oder vollimplantierbares Hörsystem vorzusehen, das
die oben erwähnten Nachteile überwindet. Ferner
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Betreiben eines solchen Hörsystems bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein implantierbares Hörsystem
zur direkten oder indirekten hydrodynamischen Kopplung an den Perilymphraum des
menschlichen Ohrs, mit einem Schallsignalprozessor und einem gleichmäßig
in alle Raumrichtungen, insbesondere sphärisch, wirkenden
Aktor, wobei der Schallsignalprozessor mit dem Aktor zur Signalübertragung
in Verbindung steht, wobei der Aktor während einer Implantationsopertion
beliebig relativ zum Perilymphenraum orientiert werden kann und
in Übereinstimmung mit übertragenen Signalen elektrisch
in einer vorbestimmten Vorzugsrichtung auslenkbar ist, um Vibrationen
an eine Perilymphe, zu übertragen. Insbesondere ist eine
Auslenkungsrichtung des Aktors nach erfolgter Implantationsoperation
derart in jede beliebige Raumrichtung justierbar, dass der Aktor
im Wesentlichen in der Vorzugsrichtung ausgelenkt wird.
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Ein
derartiges Hörsystem ermöglicht es, den Aktor
ungeachtet einer gewünschten Stimulationsrichtung zu implantieren.
Die gewünschte Stimulationsrichtung (Vorzugsrichtung) kann
nach erfolgter Implantation von außen erfolgen. Dies erleichtert
die Implantation des Aktors wesentlich, insbesondere wenn man bedenkt,
dass das menschliche Mittelohr räumlich beengt ist. Bisher
ließ sich ein herkömmlicher Aktor auf Grund mangelnden
Platzes nicht immer in der gewünschten Stimulationsrichtung
einbauen.
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Ein
weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass bei einer postoperativen Änderung
der Ausrichtung des Aktors relativ zur Cochlea diese Änderung
nachträglich einfach elektronisch vorgenommen werden kann.
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Außerdem
kann der Aktor seine Energie in zahlreiche Raumrichtungen abgeben,
ohne dass die Wirkrichtung gesteuert wird. Dabei ist man von gezogenen
Luftblasen unabhängig, die bei Systemen auftreten, die
auf dem eingangs erwähnten „hydraulischen" Prinzip
beruhen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist der Aktor derart dimensioniert,
dass der Aktor in die knöcherne Nische des runden Fensters
einführbar ist.
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Auf
diese Weise ist eine direkte Ankopplung an die Membran des runden
Fensters möglich. Selbst bei einer schweren Zugänglichkeit
des runden Fensters kann der Aktor direkt an der Membran appliziert werden.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn der Aktor derart dimensioniert ist, das er
in die vom Steigbügel umrandete Öffnung integrierbar
ist.
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Der
Steigbügel bildet einen bevorzugten Ort, um Vibrationen
an die Cochlea zu übertragen, da der Steigbügel
das natürliche Kopplungselement repräsentiert.
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Auch
ist es bevorzugt, wenn der Aktor derart dimensioniert ist, dass
der Aktor durch eine in einer Fußplatte des Steigbügels
hergestellte Öffnung in den Perilymphraum 56 einführbar
ist und dort platzierbar ist.
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Eine
direkte hydrodynamische Kopplung an die Perilymphe stellt die beste
Kopplungsmethode dar, da es zu keinerlei Energieverlust auf dem Übertragungsweg
kommt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Aktor
eine Vielzahl von individuellen, vorzugsweise unidirektional, wirkenden
Aktorelementen, die derart zueinander angeordnet sind, dass gezielte
Auslenkungen im Wesentlichen in alle Raumrichtungen möglich
sind.
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Auf
diese Weise ist gewährleistet, dass eine ideale Stimulationsrichtung
nachträglich einstellbar ist, und zwar unabhängig
von der Ausrichtung des Aktors, wie sie ursprünglich durch
die Implantation vorgegeben ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Aktorelemente
derart miteinander verbunden, dass sie eine Struktur bzw. Gerüst
bilden.
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Eine
Struktur bedingt Ordnung. Ordnung bedingt die Möglichkeit,
vorbestimmte Richtungen auszuwählen. An dem Gerüst
kann eine Außenhülle angebracht werden. Das Gerüst
kann symmetrisch aufgebaut werden, um die Ansteuerung der verschiedenen
Raumrichtungen zu vereinfachen.
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Insbesondere
kann die Struktur von einer äußeren Hülle
umgeben sein, die dicht ist und die an ihrer Außenseite
Anschlüsse aufweist, um eine elektrische Spannung derart
anzulegen, dass einzelne, vorzugsweise alle, Aktorelemente gezielt
ansteuerbar sind.
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Auch
hat es sich als Vorteil herausgestellt, wenn die Aktorelemente chaotisch
angeordnet sind und von einer äußeren Hülle
umgeben sind, insbesondere wenn die Aktorelemente in einem Trägermaterial
eingebettet sind.
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Mittels
des Trägermaterials können die chaotisch angeordneten
Aktorelemente z. B. durch Anlegen einer Spannung oder durch Vorsehen
eines magnetischen Felds in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet
werden, um dann in der idealen Stimulationsrichtung zu schwingen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist die Hülle zusätzlich
mit einem Fluid gefüllt.
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Auf
diese Weise kann eine Auslenkung eines oder mehrerer Aktorelemente
verstärkt an die Hülle übertragen werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist der Aktor eine mit einer
elektromagnetischen Flüssigkeit gefüllte Hülle
auf, wobei die elektromagnetische Flüssigkeit beim Anlegen
einer äußeren Spannung ihre Viskosität
und/oder ihre räumliche Ausdehnung ändert.
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Auf
diese Weise kann der Aktor in beliebigen Raumrichtungen in Schwingungen
versetzt werden, die zum Übertragen von Impulsen an die
Cochlea erforderlich sind.
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Auch
ist es bevorzugt, wenn jedes Aktorelement derart ausgebildet ist,
dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine Längen-
und/oder Volumenänderung hervorgerufen wird.
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Auf
diese Weise kann der Aktor wiederum in Schwingung versetzt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor aus einer Gruppe
auswählbar, die durch Piezoaktoren, Polymeraktoren, Kondensatoraktoren
und Memorymetallaktoren gebildet wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der Aktor einen maximalen Durchmesser
von 2 mm.
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Mit
einem maximalen Durchmesser von 2 mm lässt sich der Aktor
einfach in die Nische des runden Fensters einführen.
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Vorzugsweise
weist das Hörsystem zusätzlich einen Schallsensor
und eine Energiequelle auf.
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Auf
diese Weise lässt sich ein Vollimplantat realisieren, da
alle dazu nötigen Komponenten des Hörsystems vorhanden
sind.
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Gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Signalprozessor,
insbesondere im Bereich des Außen- oder Mittelohrs, vorzugsweise
am oder im Felsenbeinknochen, vorgesehen; ein Aktor, der in beliebige
Raumrichtungen elektrisch auslenkbar ist, wird in einer beliebigen
Orientierung im Mittelohr vorgesehen, so dass zumindest Energie
an den Perilymphraum der Cochlea übertragbar ist; und der
Aktor wird in einer vorbestimmten Vorzugsrichtung ausgelenkt.
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Auf
diese Weise ist es möglich, während der Implantation
den Aktor in beliebige Ausrichtung relativ zur Cochlea an bzw. in
derselben vorzusehen. Der Aktor kann in der bevorzugten Stimulationsrichtung schwingen.
Dies wird erreicht, indem der Aktor entsprechend angeregt wird.
Luftblasen können vom System nicht gezogen werden.
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Vorzugsweise
wird der Aktor entweder in der Nähe des runden Fensters,
in der Nische des runden Fensters, am Steigbügel oder im
Perilymphraum angeordnet.
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Zudem
ist es bevorzugt, wenn der Aktor aus einer Vielzahl individueller,
unidirektionaler Aktorelemente gebildet ist, wobei nur solche Aktorelemente ausgelenkt
werden, die im Wesentlichen in der Vorzugsrichtung wirken.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1A eine
schematische Darstellung eines menschlichen Ohrs;
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1B ein
Blockdiagramm eines Hörgeräts;
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2A bis 2C verschiedene
Applikationsorte für einen Aktor gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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3A bis 3E verschiedene
Aktoren gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Hörgerät gemäß dem Stand der Technik;
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5 ein
weiteres Hörgerät gemäß dem Stand
der Technik; und
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6 ein
noch weiteres Hörgerät gemäß dem
Stand der Technik.
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In 1A ist
ein menschliches Ohr 10 einer normal hörenden
Person schematisiert und teilweise geschnitten dargestellt. Schall
(Töne und Geräusche) werden durch die Ohrmuschel
gebündelt und entlang des Gehörgangs (Außenohr)
in Richtung des Trommelfells 12 geleitet. Der Schall trifft
auf das Trommelfell 12 und wird in die Cochlea 14 (Innenohrschnecke) über
ein System von Knochen 16 (Gehörknöchelchenkette
bzw. Ossikelkette) übertragen, die als Hebel dienen, um
eine Verstärkung und akustische Anpassungstransformation
an einen Stempel bzw. eine Membran 18, genannt das „ovale
Fenster", zu ermöglichen. Die Cochlea 14 ist eine
spiralförmig gewundene Röhre ähnlich
einem Schneckenhaus, die im abgewinkelten Zustand etwa 35 mm lang
ist und die über den größten Teil ihrer
gesamten Länge durch eine Zwischenwand unterteilt ist,
genannt die „Basilarmembran". Eine untere Kammer der Cochlea wird „Scala
Tympani" genannt, und eine obere Kammer wird „Scala Vestibuli"
genannt. Die Cochlea 14 ist mit einem Fluid (Perilymphe)
mit einer Viskosität gefüllt, die etwa der Viskosität
von Wasser entspricht. Die Scala Tympani ist mit einer weiteren
Membran 20, genannt „rundes Fenster", ausgestattet,
das dazu dient, den Versatz des Fluids aufzunehmen, wenn das ovale
Fenster 18 ausgelenkt wird.
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Wenn
das ovale Fenster 18 akustisch über die Gehörknöchelchen 16 betätigt
wird, so wird korrespondierend dazu die Basilarmembran versetzt
und diese vibriert durch die Bewegung des Fluids in der Cochlea.
Der Versatz der Basilarmembran regt Haarzellen (Sinneszellen) an,
die in einer besonderen Struktur auf der Basilarmembran liegen (nicht
gezeigt). Bewegungen dieser Sinneshaare erzeugen elektrische Entladungen
in Fasern des Hörnervs 22, und zwar durch die
Vermittlung von Zellen des Spiralganglion, die in der Modiolus-
oder Modiolarwand positioniert sind.
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Das
menschliche Ohr 10 lässt sich grob in drei Bereiche
unterteilen, nämlich ein Außenohr 24, ein
Mittelohr 26 und ein Innenohr 28.
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Ein
Druck der Gehörknöchelchen 16 auf das ovale
Fenster 18 läuft also als Schwingung die Scala Vestibuli
hinauf zur Spitze der Schnecke 14 und über ein
Schneckenloch (nicht dargestellt) entlang der Scala Tympani wieder
hinab zum runden Fenster 20, das den eingetragenen Druck
durch Dehnung bzw. Schwingung ausgleichen kann.
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In 1B ist
ein stark vereinfachtes Blockdiagramm eines Hörsystems
bzw. -geräts 30 veranschaulicht. Einige der dargestellten
Systemkomponenten sind nahezu allen Hörgeräten
gemein. Umgebungsschall 32 wird über ein Sensorelement 34 (z.
B. ein Mikrofon) aufgenommen. Dabei entstehende elektrische Signale 36 werden
an einen (Schall-)Signalprozessor 38 weitergeleitet. Dort
werden sie verarbeitet und in solche elektrische Signale 40 umgewandelt,
die ein Übertragungselement 42 an das Ohr 10 bzw.
den Gehörnerv 22 weiterleiten kann. Zur Signalverarbeitung
und Signalübertragung ist Energie von einer Energiequelle 44 notwendig,
die z. B. durch einen Akkumulator bereitgestellt werden kann. Je nachdem,
ob alle Komponenten des Hörgeräts 30 im bzw.
am Schädel des Patienten angeordnet sind, spricht man von
Vollimplantaten bzw. Teilimplantaten. Bei Vollimplantaten sind alle
Komponenten in den Kopf des Patienten integriert. Die vorliegende
Erfindung lässt sich sowohl auf Teil- als auch Vollimplantate
anwenden. Es ist aber bevorzugt, so viel wie möglich herkömmliche
und bekannte Komponenten – mit Ausnahme des Übertragungselementes – zu
verwenden. Auf diese Weise lässt sich eine flächendeckende
technische Versorgung und Unterstützung gewährleisten.
So ist es z. B. denkbar, dass man bekannte Sensorelemente und Signalprozessoren
verwendet, die entsprechende klinische Studien bereits erfolgreich
durchlaufen haben. Die vorliegende Entwicklung beschäftigt
sich im Wesentlichen mit zwei Themenkomplexen, nämlich
mit der Signal- und Energieübertragung vom Prozessor zum
Wandler bzw. Aktor und mit der Ausgestaltung des Aktors als solchen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein vibratorisches Hörgerät 30,
das zumindest einen Signalprozessor 38 und ein Übertragungselement
bzw. einen Aktor 42 umfasst. Elektrische Signale des Signalprozessors 38 werden
mechanisch auf unterschiedliche Teile des Mittelohrs 20 übertragen.
Dazu ist ein Wandler erforderlich, der elektrische Energie in mechanische
Vibrationen umwandelt. Hier könnten z. B. piezoelektrische
oder magnetoelektrische Wandler eingesetzt werden.
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Die
vorliegende Erfindung beschreitet aber einen etwas anderen Weg,
und zwar aus Gründen, die im Zusammenhang mit den 2A bis 2C klarer
werden.
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Vorliegend
wird ein – im Gegensatz zum bekannten unidirektional wirkenden
Aktor – multidirektional wirkender Aktor 42 vorgeschlagen,
der indirekt oder direkt hydrodynamisch an einen Perilymphraum (vgl.
Bezugszeichen 56 im 2) ankoppelt.
Vorzugsweise wird ein annähernd sphärischer oder sphäroider
Aktor 42 verwendet, der an verschiedenen Orten angeordnet
werden kann.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform wird der Aktor 42 in der
Nähe des runden Fensters 20 (vgl. auch 1A)
in der Paukenhöhle des Mittelohrs befestigt. Der Aktor 42 ist
insbesondere so dimensioniert, dass er in die Eingangsöffnung
der Nische zum runden Fenster 20 (vgl. 6)
passt, d. h. er hat vorzugsweise einen Durchmesser von 1,5 bis 2,5
mm. Die Form des Aktors 42 ist in 2A als
Kugel durch eine Strichlinie angedeutet. Wie es nachfolgend noch detaillierter
erläutert werden wird, stellt die Kugel jedoch nur eine
spezielle Form von vielen für einen Aktor dar, der prinzipiell
in alle Raumrichtungen wirken, d. h. schwingen bzw. vibrieren, kann.
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Der
Aktor 42 ist ein elektromechanischer Wandler, der durch
elektrische Impulse zu Längen- und/oder Volumenänderungen
angeregt wird. Dazu ist der Aktor 42 mit einer Leitung 48 z.
B. mit einem Empfänger 50 verbunden, wenn er nicht
direkt mit dem Signalprozessor 38 in Verbindung steht.
In diesem Fall erfolgt die Kommunikation zwischen Aktor und Prozessor
drahtlos.
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Es
versteht sich, dass der Aktor 42 auch direkt an die Membran
des runden Fensters 20 koppeln kann. Eine Vorzugsrichtung
ist mit einem Pfeil 51 veranschaulicht. Die Vorzugsrichtung 51 steht
senkrecht auf der Membran des runden Fensters 20 und stellt die
Richtung dar, in der am meisten Energie an die Cochlea 14 übertragen
wird. Wenn Energie in der Vorzugsrichtung 51 an die Cochlea 14 übertragen wird,
hört der Träger des Hörgeräts 30 am
besten bzw. lautesten.
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Bezug
nehmend auf 2B ist eine Situation gezeigt,
bei der der Aktor 42 innerhalb der Steigbügelschenkel
auf einer künstlichen Öffnung 47 des Steigbügels 46 angeordnet
ist. Auch hier steht die Vorzugsrichtung 51 senkrecht auf
einer Steigbügelfußplatte 52, die an
ihrem äußeren Rand über ein dünnes
Häutchen (nicht dargestellt) mit der Cochlea 14 verbunden
ist. Dieses Häutchen stellt die Membran des ovalen Fensters 18 dar.
Energie wird am besten in Richtung der Vorzugsrichtung 51 übertragen.
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Da
der Aktor 42 der vorliegenden Erfindung äußerst
klein dimensioniert werden kann, wie es detaillierter im Zusammenhang
mit den 3A bis 3E noch
erläutert werden wird, kann eine Öffnung 54 von
z. B. 0,6 mm Durchmesser in die Steigbügelfußplatte 52 künstlich
hergestellt werden, um den entsprechend dimensionierten Aktor 42 in
den Perilymphraum 56 zur direkten hydrodynamischen Kopplung
an die Perilymphe zu integrieren. Nach erfolgter Integration des
Aktors 42 in den Perilymphraum 56 wird die Öffnung
wieder verschlossen, um das „System" 56 wieder
abzudichten.
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Für
die Applikationsorte, wie sie in den 2A bis 2C und
insbesondere in der 2C dargestellt sind, musste
der Aktor 42 entsprechend miniaturisiert werden. Mit Bezug
auf die 3A bis 3E werden
nachfolgend miniaturisierte Aktoren 42 erläutert
werden, die diese Vorgabe (Durchmesser vorzugsweise kleiner 2 mm)
erfüllen.
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In 3A ist
ein erster Aktor 42' (hier lediglich zweidimensional) schematisch
dargestellt, der aus einer Vielzahl von Aktorelementen 60i (i = 1, ..., n; hier n = 6) gebildet
ist. Es versteht sich, dass ein Winkel zwischen zwei benachbarten
Aktorelementen 60 beliebig gewählt werden kann.
Je mehr Aktorelemente 60 verwendet werden, desto geringer
wird der Winkel zwischen ihnen und desto größer
wird eine Genauigkeit, mit der eine vorbestimmte Raumrichtung, insbesondere
die Vorzugsrichtung 51 der 2,
zum Schwingen angeregt werden kann.
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Ferner
versteht es sich, dass die in der 3A zweidimensional
dargestellte Struktur 61, die einem Fachwerk ähnelt,
sich auch in die dritte Dimension erstreckt.
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Die
Aktorelemente 60 können durch Anlegen einer Spannung
in Schwingung versetzt werden, wie es exemplarisch durch einen Doppelpfeil 62 angedeutet
ist. Die Aktorelemente 60 schwingen dabei entlang ihren
Längsachsen. Die Kontaktierung der jeweiligen Aktorelemente 60 erfolgt
derart, dass die Aktorelemente einzeln und vorzugsweise in sich
gegenüberliegenden Paaren (z. B. 606 und 603 ) ansteuerbar sind. Um die einzelnen
Elemente ansteuern zu können, müssen z. B. bei
kugelsymmetrischen Aktoren 42 lediglich zwei Parameter
(in Kugelkoordinaten die Winkel ϕ und θ) geändert
werden, um ein spezielles Aktorelement 60i anwählen
zu können.
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Der
große Vorteil eines Aktors 42, der dazu in der
Lage ist, in allen beliebigen Raumrichtungen zu schwingen, ist darin
zu sehen, dass während einer Implantation des Aktors nicht
darauf geachtet werden muss, wie der Aktor 42 relativ zum
gewünschten Ankopplungspunkt (z. B. rundes Fenster, ovales
Fenster, Steigbügel) orientiert ist. Der Aktor kann einfach eingesetzt
werden, was im Hinblick auf die äußerst beengten
räumlichen Verhältnisse eine unschätzbare Vereinfachung
der Implantation darstellt. Nach erfolgter Implantation kann der
Träger des Hörgeräts selbst bestimmen,
unter welchen Bedingungen er am besten hört. Dazu können
die Aktorelement 60 nacheinander getrennt angesteuert und
ausgelenkt werden, wobei der Träger des Hörsystems
entsprechende Rückantworten gibt.
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Diese
Vorgehensweise hat den weiteren Vorteil, dass bei einer nachträglichen Änderung
der Orientierung des Aktors 42 relativ zum Perilymphraum 56,
wie es z. B. bei einer postoperativen Narbenbildung regelmäßig
der Fall ist, die bevorzugte Auslenkungsrichtung nachträglich
jederzeit verändert werden kann. Bei einem herkömmlichen,
unidirektional wirkenden Aktor war diese Möglichkeit nicht
gegeben. Kam es zu einer Fehlausrichtung – entweder während
der Implantation oder nachträglich durch Narbenbildung – so
konnte diese nachträglich nicht mehr geändert
werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass man
die Richtung, in der Energie bevorzugt an die Cochlea übertragen
wird, jederzeit beliebig ändern und einstellen kann.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen,
dass der Aktor äußerst klein baut. Er baut mitunter
so klein, dass er direkt in die Nische des runden Fensters 20 integriert
werden kann. Vorzugsweise wird der Aktor direkt in den Perilymphraum 56 eingeführt,
wie es exemplarisch in 2C dargestellt ist. In diesem
Fall koppelt der Aktor direkt hydrodynamisch mit der Perilymphe.
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Bezug
nehmend auf 3D ist eine weitere Ausführungsform
eines Aktors 42'' gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt.
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Der
Aktor
42'' umfasst eine Vielzahl von Polymeraktoren
66.
Solche Polymeraktoren sind z. B. detailliert in der deutschen Patentanmeldung
DE 102 44 312 A1 offenbart,
auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
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Die
Aktoren 42 können optional eine äußere Hülle 64 aufweisen,
die die Aktorelemente (60 oder 66) umgibt, dicht
ist und vorzugsweise flexibel ist. Im Fall des Aktors 42'' der 3B kann
die Hülle mit einem elastischen Füllmaterial 68 gefüllt
sein, in das auch die Polymeraktoren 66 eingebettet sind.
Das elastische Füllmaterial ermöglicht es, dass
sich der Aktor 42'' an seinen Applikationsort (vgl. 6)
anpassen kann. Wird der Aktor 42'' z. B. in die Nische des
runden Fensters eingeführt, so ermöglicht das elastische
Füllmaterial 68 zusammen mit der elastischen Hülle
eine Anpassung der Oberfläche des Aktors 42'' an
die Innenfläche der Nische. Das Füllmaterial 68 kann
zusätzlich die Eigenschaft aufweisen, dass mittels eines
elektrischen oder magnetischen Felds, das nach einer Implantation
von außen aufgebaut wird, die Polymeraktoren 66 in
der Vorzugsrichtung 51 (vgl. 2A und 2B)
ausgerichtet wird. Idealerweise schwingen alle Polymeraktoren 66 dann
im Wesentlichen parallel zur Vorzugsrichtung 51.
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In 3C ist
eine weitere Möglichkeit dargestellt, wie ein Aktor 42''' aufgebaut
sein könnte, um multidirektional schwingen zu können.
Es versteht sich, dass aus Gründen der Darstellung hier
lediglich zwei Dimensionen dargestellt sind, eine dritte Dimension
jeweils ohne weiteres hinzugefügt werden kann.
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In 3C ist
ein zentral angeordnetes Zahnrad 70 dargestellt, das mit
einer Vielzahl von Zahnstangen 72 zusammenwirkt. Das Zahnrad 70 kann mittels
eines oder mehrerer miniaturisierter Motoren, wie in 3C mit 74 bezeichnet
und mit einer Strichlinie dargestellt, mittels einer Welle 76 verbunden sein.
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In 3D ist
eine weitere Ausführungsform eines Aktors 42'''' gezeigt.
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Der
Aktor 42'''' umfasst einen elektrisch aufladbaren inneren
Kern 80 und ein aus einer Vielzahl von Hüllenelementen 78i bestehende
Außenhülle 78, die ebenfalls elektrisch
geladen werden kann. Jedes oder mehrere der Hüllenelemente 78 kann
separat angesteuert werden, um den Aktor 42'''' in eine
vorbestimmte Richtung schwingen zu lassen.
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Eine
weitere Ausführungsform eines Aktors ist in 3E gezeigt.
Dieser Aktor besteht aus einer mit einer elektromagnetischen wechselwirkenden Flüssigkeit
gefüllten Hülle 64. Auch diese Hülle 64 ist vorzugsweise
dicht und elastisch. Die Hülle 64 kann mit einem
elektrisch leitenden Gitter 82 umgeben werden, wobei Gitterpunkte 84 derart
(separat) ansteuerbar sind, dass eine Gesamtmasse des Aktors in
eine vorbestimmte Richtung zum Schwingen angeregt werden kann.
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Zusätzlich
sind die genannten Ausführungsformen eines Aktors geeignet,
selbst im Falle eines Gaseintritts störungsfrei zu funktionieren.
Aus diesem Grunde können die Aktoren auch in einer vereinfachten
(preiswerten) Version angewendet werden, die eine Energieabgabe
in zahlreiche Raumrichtungen ermöglicht und diese Raumrichtungen
nach einer Implantation beibehält, ohne dass eine bevorzugte
Raumrichtung nachträglich justiert werden kann.
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Es
versteht sich, dass eine Vielzahl von Materialien eingesetzt werden
kann, um einen elektromechanischen Aktor bzw. Wandler vorzusehen.
Ein erfindungsgemäßer Aktor ist dazu in der Lage,
in einer (nachträglich zu bestimmenden) Vorzugsrichtung zu
schwingen. Diese Vorzugsrichtung wird aus einer Vielzahl von Richtungen
ausgewählt, in denen der Aktor grundsätzlich schwingen
kann. Dazu ist der Aktor derart elektrisch ansteuerbar, dass er
vorzugsweise im Wesentlichen nur entlang der Vorzugsrichtung schwingt.
Je nach Aufbau des Aktors können Raumwinkel grob oder fein
angesteuert werden. Im Beispiel der 3A sind
mindestens drei Linearaktoren 60 erforderlich, um nahezu
alle Raumrichtungen anregen zu können. In diesem Fall sind
die linear wirkenden Aktorelemente entlang den Einheitsvektoren eines
kartesischen Koordinatensystem orientiert. Die Aktorelemente können
unterschiedlich stark zum Schwingen angeregt werden, so dass durch Überlagerung
nahezu jeder beliebige Raumwinkel, was die Schwingungsrichtung betrifft,
ausgewählt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht also Stimulationsrichtungen,
die mit herkömmlichen unidirektionalen Aktoren auf Grund
deren Größe und einer damit verbundenen chirurgischen
Unmöglichkeit der Anordnung des Aktors in der Stimulationsrichtung nicht
möglich waren.
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Ferner
versteht es sich, dass die eingesetzten Materialien grundsätzlich
biokompatibel sind.
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Ferner
kann herkömmliche Hörgerättechnologie
eingesetzt werden, was die Signalverarbeitung betrifft. Dies resultiert
in einem erheblichen Kostenvorteil. Das erfindungsgemäße
Implantat kann von jedem Hörgeräteakustiker (für
herkömmliche Hörgeräte) an das Hörvermögen
des Benutzers angepasst werden. Auf diese Weise ist eine flächendeckende Versorgung
bei der Anpassung gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Implantierbare
Hörgeräte für hochgradige Schwerhörigkeit"
von K.-B. Hüttenbrink (HNO 10/97, Seiten 742 bis 744) [0008]