SE514929C2 - Vibrator för benförankrade samt benledningshörapparater - Google Patents

Description

25 30 35 514 929 _ 2 _ ankrade hörapparater som med hjälp av en vibrator meka- niskt överför ljudinformationen via personens skallben till innerörat. Apparaten kopplas till en implanterad ti- tanskruv som placeras i benet bakom örat och ljudet leds via skallbenet till hörselsnäckan (innerörat), dvs hörap- paraten fungerar oberoende av om mellanörat är skadat el- ler inte. Benförankringsprincipen innebär att huden pene- treras vilket gör vibrationsöverföringen mycket effektiv.

Denna typ av hörapparat har revolutionerat rehabilitering- en av patienter med vissa typer av hörselskador. Den är mycket bekväm för patienten och praktiskt taget osynlig med normala frisyrer. Den kopplas lätt till den implante- rade titanfixturen med hjälp av en bajonettkoppling eller en snäppkoppling. Ett exempel på en sådan hörapparat finns beskriven i US Patent 4,498,46l. Ytterligare ett exempel är BAHA® benförankrade hörapparat som marknadsförs av En- tific Medical Systems i Mölndal. Även om de benledda apparaterna gett fler människor möj- lighet till ett i alla delar fullvärdigt hörselhjälpmedel så finns det problem också med denna typ av hörapparater.

Ett problem är att de kräver en permanent hudgenomföring, vilken dels kräver en god hygienisk nivå och dels innebär en begränsad estetik. Genom att implantera delar av appa- raten kan såväl hygieniska som kosmetiska aspekter för- bättras. En sådan konstruktion finns beskriven i US Patent 4,904,233. En liknande implanterbar benförankrad apparat finns också beskriven i “Hearing by Bone Conduction", Ste- fan Stenfelt, Chalmers University of Technology, 1999. Vi hänvisar också till vår parallella patentansö- kan...........som innefattar en extern del och en implan- terbar del som förankras utanpå skallbenet så att den lätt kan bytas ut utan avancerad kirurgi.

Gemensamt för de hörapparater som beskrivits ovan är att de fordrar någon form av vibrationsalstrande organ, vibra- torer. Olika typer av vibratorer är i och för sig väl kän- 10 15 20 25 30 35 514 §29 _ 3 _ da inom litteraturen. Vad avser själva vibratorfunktionen finns idag ett antal lösningar. I konventionella och ben- förankrade hörapparater används huvudsakligen en vibrator- funktion som beskrevs av Bell redan 1876. En detaljerad beskrivning av denna princip applicerad på en benförankrad benledningshörapparat finns i "On Direct Bone Conduction Hearing Devices", Technical Report No. 195, Department of Applied Electronics, Chalmers University of Technology, 1990.

Det hänvisas också till svenska patentet 85.02426-3 som beskriver en vibrator som är försedd med organ för att dämpa vibratorns egenfrekvens.

I hörtelefoner av luftledningsapparater används ofta någon variant av den s.k. "Balanced Armature" principen, se ex- empelvis US patent 905 781, Baldwin 1908. Även den i kon- ventionella högtalarsammanhang dominerande s.k. Moving coil-principen kan användas.

För vibratorer som skall användas för benledande hörappa- rater ställs det speciella krav. De skall vara tillräck- ligt kraftfulla för att kunna överföra vibrationer till skallbenet och vidarebefordra dessa vibrationer genom ben- vävnaden, utan något ingrepp i benet, fram till innerörat.

För det fall att en del av hörapparaten är implanterbar utanpå skallbenet bör vibratorn vara så liten och kompakt som möjligt.

De existerande vibratorlösningarna såsom Bell, Balanced armature, Floating mass och Moving coil kan visserligen användas även i implanterbara benledningshörapparater men ger inte alltid optimal funktion för denna tillämpning.

Ett ändamål med denna uppfinning är därför att åstadkomma en vibratorkonstruktion som är kraftfull samtidigt som den är energisnål och har små dimensioner. Konstruktionen byg- ger därvid på att de statiska och dynamiska magnetfälten i 10 15 20 25 30 35 514 929 _ 4 _ möjligaste mån är skilda åt och där det dynamiska fältet ej behöver passera permanentmagneterna i vibratorn.

Uppfinningen kännetecknas i huvudsak av två permanentmag- neter som verkar oberoende av varandra i en magnetisk krets så att de statiska och dynamiska magnetfälten är i huvudsak skilda åt, varvid det statiska fältet genomlöper endast en del av konstruktionen och ger en axiell kraf- talstring.

Enligt en föredragen utföringsform är den magnetiska kret- sen utformad som ett hölje runt konstruktionen vilket skyddar vibratorn samt minskar magnetiskt läckage.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i an- slutning till bifogade ritningar, varvid figur 1 visar ett tvärsnitt genom ett första utförande av vibratorn, figur 2 visar det statiska magnetfältet hos vibratorn, figur 3 visar det dynamiska magnetfältet hos vibratorn, figur 4 visar ett andra utförande där de ringformade Perm- anentmagneterna samt spolen fästs i höljet, figur 5 visar det statiska magnetfältet hos vibratorn, figur 6 visar det dynamiska magnetfältet hos vibratorn, figur 7 visar ett tredje utförande med axiellt magnetise- rade "puckformade“ magneter, figur 8 visar det statiska magnetfältet vid detta utföran- de, figur 9 visar det dynamiska magnetfältet vid detta utfö- 10 15 20 25 30 35 514 929 _ 5 _ rande, figur 10 visar ett fjärde utförande med radíellt magneti- Serade permanêntmagflêter, figur ll visar det statiska magnetfältet vid detta fjärde utförande, och figur 12 visar det dynamiska magnetfältet vid detta fjärde utförande.

Eftersom samtliga utföranden hos vibratorn är rotations- symmetriska visas, förutom i figur l, endast ena halvan av resp. vibratorkonstruktion. Figur l visar ett tvärsnitt genom centrumaxeln la hos ett första utförande av vibra- torn. Vibratorn består av en spole 1 vilken på känt sätt är lindad runt en bobinstomme 2 med en kärna 2a och två sidoväggar 2c, 2d. I de båda sidoväggarna finns två yttre, perifert belägna ringformade urtagningar med två axiellt magnetiserade ringformade permanentmagneter 3a, 3b fästa.

Hela spole- och magnetkonstruktionen är innesluten i ett hölje/skal 4 som bildar en del av den magnetiska kretsen och skyddar vibratorn samt minskar magnetiskt läckage.

Bobinstomme och hölje tillverkas i ett material med hög magnetisk ledningsförmåga. Inre fjädrar Sa, Sb är anordna- de mellan bobinstommens sidoväggar och höljet så att spo- le- och magnetkonstruktionen i sitt viloläge ligger cen- trerad i höljet med två lika stora luftgap 6a,6b mellan sidoväggarna och höljet. Den inre fjädern behöver i detta läge inte vara förspänd. För att dämpa spolkonstruktionens vibrationsrörelser kan vibratorns inre vara fyllt med en lämplig vätska.

Istället för mekaniskt anordnade fjädrar kan vibratorspo- len centreras magnetiskt genom ringformade, repellerande magneter anordnade på bobinväggens utsida och motstående sida hos höljet. 10 15 20 25 30 35 514 929 _ 5 _ De två permanentmagneterna 3a, 3b verkar oberoende av va- randra och ger upphov till ett statiskt magnetfält som vi- sas i figur 2. Som framgår av figuren genomlöper magnet- fältet endast en del av konstruktionen och luftgapen 6a, Gb, men inte spolens kärna 2a.

Då spolen l genomflyts av en växelström alstras ett dyna- miskt magnetfält så som visas i figur 3. Som framgår av figuren genomflyts en stor del av vibratorn endast av det dynamiska magnetfältet, dock ej permanentmagneterna, och eftersom det dynamiska magnetfältet är svagt jämfört med det statiska kan dessa delar i vibratorn göras tunnare då den erforderliga godstjockleken är proportionell mot mag- netfältets styrka. Dessutom kan delarna utföras i ett ma- terial som är mer lämpat för växelfält. Sålunda kan en stor del av vibratorns volym bestå av den kraftalstrande spolen. Kraften alstras i luftgapen 6a, 6b mellan bobin och hölje då spolen genomflyts av ström. I viloläget är som sagt luftgapen lika stora; ingen statisk kraft verkar och den inre fjädern behöver ej vara förspänd. Spole 1, bobin 2 och ringmagneterna 3a, 3b, dvs hela spole- och magnetkonstruktionen, kommer under drift att röra sig re- lativt höljet varvid en axiell kraft uppstår vilken marke- rats med pilen 7 i figuren l. Den inre fjädern Sa, Sb väljs så att en ur audiologisk och verkningsgradssynpunkt önskad resonansfrekvens erhålles.

Med denna konstruktion hos vibratorn är som framgår det dynamiska och det statiska magnetfältet till stor del skilda åt. Dock sammanfaller de i den del hos vibratorn där detta är önskvärt för kraftalstringen, nämligen i luftgapen 6a,6b.

I figur 4 visas en variant av vibratorkonstruktionen där de ringformade permanentmagneterna 3a, 3b och spolen 1 istället är fästa i höljet 4. Kraften från vibratorn tas då ut genom att bobinen 2 tillåts att sticka ut genom höl- jet. I likhet med det första utförandet verkar de båda 10 15 20 25 30 35 514 929 __7 _ ringformade permanentmagneterna 3a,3b oberoende av varan- dra och alstrar ett statiskt magnetfält enligt figur 5. Då spolen 1 genomflyts av växelström alstras ett dynamiskt magnetfält så som visas i figur 6. Det statiska och det dynamiska magnetfältet är till större delen skilda åt, men sammanfaller i önskad del av vibratorn, nämligen i luftga- pen.

Det inses att hybrider mellan de tvâ lösningarna kan fås genom att fästa spole och ringmagneter till varsin del (bobbin eller hölje).

I figur 7 visas en tredje vibratorkonstruktion som i lik- het med de första varianterna innehåller två permanentmag- neter. Till skillnad från de perifert belägna, ringformade permanentmagneterna som visas i de två första utförandena är i detta fall de axiellt magnetiserade permanentmagne- terna 3a,3b centralt belägna. De är anordnade i varsin centralt belägen urtagning i bobinväggens utsida, slutning till spolens kärna 2a och är skivformade (puck- i an- formade).

Respektive statiska och dynamiska magnetfält tilí detta tredje utförande visas i figurerna 8 och 9. Åter framgår det att magnetfälten är i huvudsak skilda åt, men samman- faller där de bäst behövs, nämligen i luftgapen. Speciellt framgår att det statiska fältet endast genomlöper en del av konstruktionen och det dynamiska fältet ej genomlöper pêrmânentmêqfletêrfia .

I de hittills visade utföringsformerna har permanentmagne- terna varit axiellt magnetiserade. I figur 10 visas ett utförande där permanentmagneterna 3a,3b är radiellt magne- tiserade. Magneterna är ringformade och placerade på änd- planen 8a,8b hos bobinens sidoväggar. Även i detta fall kommer det statiska fältet och det dynamiska fältet att vara skilda åt, så som framgår av figurerna ll och 12.

Speciellt gäller att det statiska fältet inte i något fall 10 15 20 25 30 35 514 929 _.3 _ genomlöper spolens kärna 2a. Höljet 4 skyddar hela kon- struktionen.

Som nämnts inledningsvis är vibratorn speciellt avsedd att tillämpas i samband med en benledande hörapparat. I fallet med en konventionell benledare vilar höljet 4 hos vibra- torn direkt mot patientens skalle. I fallet med en benfö- rankrad benledare fästs en kopplingsanordning på höljet som sedan kopplas till ett implantat, exempelvis en titan- skruv, s.k. fixtur, i skallen. I fallet implanterad benle- dare används vibratorn med eller utan koppling beroende på implanteringsmetod.

Uppfinningen är inte begränsad till de utföringsformer som visas i figurerna utan kan varieras inom ramen för de ef- terföljande patentkraven. Speciellt inses att hybrider mellan de olika utföringsformerna kan förekomma.

Claims (18)

10 15 20 25 30 35 51-4 929 _.9 _ PATENTKRAV

1. Vibrator avsedd för hörapparater av det slag som arbe- tar med principen benledning, dvs hörapparater av det slag som mekaniskt överför ljudinformation via skallbenet di- rekt till innerörat hos en hörselskadad person, varvid vi- bratorn innefattar en spole (1) för att alstra ett dyna- miskt magnetfält och permanentmagneter (3a,3b) för att al- stra ett statiskt magnetfält i en magnetisk krets k ä n n e t e c k n a d a v att permanentmagneterna ut- göres av två permanentmagneter (3a,3b) som verkar oberoen- de av varandra i den magnetiska kretsen och är så anordna- de att de statiska och dynamiska magnetfälten är i huvud- sak skilda åt och där det statiska fältet genomlöper en- dast en del av den magnetiska kretsen och varvid vibratorn ger en axiell kraftalstring (7).

2. Vibrator enligt patentrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att hela spole- och magnetkonstruktionen är innesluten i ett hölje/skal (4) som bildar en del av den magnetiska kretsen och skyddar vibratorn samt minskar magnetiskt läckage.

3. Vibrator enligt patentkrav 2 k ä n n e t e c k n a d av att de statiska och dynamiska magnetfälten sammanfaller i de luftgap (6a,6b) som bildas mellan spole- och magnet- konstruktionen och höljet (4).

4. Vibrator enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d av att inre fjädrar (5a,5b) är anordnade mellan spole- och magnetkonstruktionen och höljet (4) så att spole- och mag- netkonstruktionen i sitt viloläge ligger centererad i höl- jet (4) mellan två lika stora luftgap (6a,6b)

5. Vibrator enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d av att repellerande magneter är anordnade i spole- och magnetkonstruktionen och i motstående delar av höljet (4) så att spole- och magnetkonstruktionen i sitt viloläge 10 15 20 25 30 35 514 929 _ 10 _ ligger centrerad i höljet (4) mellan två lika stora luft- gap (6a,6b).

6. Vibrator enligt patentkrav 3 k ä n n e t e c k n a d av att den är fylld med en vätska för att dämpa spole- och magnetkonstruktionens vibrationsrörelser.

7. Vibrator enligt patentkrav l k ä n n e t e c k n a d av att spolen (1) är lindad runt en bobinstomme (2) med en kärna (2a) och två sidoväggar (2c,2d) med två yttre, ur- tagningar i vilka de två permanentmagnerna (3a,3b) är in- fästa.

8. Vibrator enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a d av att permanentmagneterna (3a,3b) är axiellt magnetisera- de.

9. Vibrator enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a d av att urtagningarna är perifert belägna och ringformade för infästning av (3a,3b).

10. Vibrator enligt patentkrav 7 k ä n n e t e c k n a d av att urtagningarna är centralt belägna för infästning av två skivformade permanentmagneter (3a,3b).

11. ll. Vibrator enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att spolen (1) och permanentmagneterna (3a,3b) är fästa i höljet (4) varvid den axiella kraften (7) från vibratorn tas ut genom att spolens bobin (2) tillåts sticka ut genom höljet (4).

12. Vibrator enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att spolen (1) är lindad runt en bobinstomme (2) med en kärna (2a) och två sidoväggar (2c,2d) varvid de två perm- anentmagneterna (3a,3b) är belägna på sidoväggarnas änd- plan (8a,8b). 10 15 20 25 30 35 _ 11 _

13. Vibrator enligt patentkrav 12 k ä n n e t e c k n a d av att permanentmagneterna (3a,3b) är ringformade och ra- diellt magnetiserade.

14. Vibrator enligt patentkrav l k ä n n e t e c k n a d av att den magnetiska kretsen är sådan att det statiska magnetfältet inte genomlöper spolens kärna (2a) och att det dynamiska magnetfältet ej genomlöper permanentmagne- terna (3a,3b).

15. Vibrator enligt patentkrav l k ä n n e t e c k n a d av att den ingår i en benledande hörapparat av det slag som innefattar en extern del med mikrofon och elektronik- del och en intern, implanterbar del för förankring subku- tant på skallbenet varvid vibratorn är anordnad i den im- planterbara delen.

16. Vibrator enligt patentkrav 15 k ä n n e t e c k n a d av att vibratorns energi tillföres på induktiv väg.

17. Vibrator enligt patentkrav 15 k ä n n e t e c k.n a d av att vibratorn är energiförsörjd genom ett i den implan- terbara delen anordnat uppladdningsbart batteri.

18. Vibrator enligt patentkrav 15 k ä n n e t e c k n a d av att den är kopplad direkt till en osseointegrerbar del hos den implanterbara delen.