赤外線通信方式の耳あな型人工内耳システム

专利摘要:
耳あな型音声処理器及び体内移植体を含む人工内耳システムを開示する。上記人工内耳システムにおいて、上記音声処理器と上記体内移植体間では、赤外線通信によって信号を送受信する。上記体内移植体は、上記音声処理器から赤外線信号を受信して復調する受信部と、上記復調された信号を刺激信号に変換する刺激回路部と、蝸牛内に挿入され、上記刺激信号によって聴神経を刺激する電極、及び外部からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイルと、を含む。上記体内移植体は、上記コイルを介して外部から電力の供給を受けて充電することができる。
公开号:JP2011516198A
申请号:JP2011503896
申请日:2008-08-25
公开日:2011-05-26
发明作者:スン；クワン アン，；スン；ハ オー，；ソン；ジュン キム，；セ−イク パク，；ホン；ジュ リー，
申请人:ニューロバイオシス；
IPC主号:A61F11-00

专利说明:

[0001] 本発明は、音声処理器及び体内移植体を含む人工内耳システムに関する。本発明による人工内耳システムにおける上記音声処理器と上記体内移植体は、赤外線通信によって信号を送受信し、上記体内移植体は、ＲＦ通信によって外部からコイルを介して電力の供給を受けて充電することができる。]
背景技術

[0002] 人工内耳システム（cochlea implant system）とは、内耳の損傷による高度の感覚神経性難聴患者または聴覚障害人に聴神経の電気刺激によって聴力を提供する装置である。]
[0003] 人工内耳は、大きく音声処理器と体内移植体とに分けられる。]
[0004] 上記音声処理器は、体外に設けられ、マイクロホンから受信した音（音声信号または音響信号）を音声処理器で処理した後、該処理された信号を体内移植体に送信する。]
[0005] 体内に移植された体内移植体で音声処理器の信号を受信すると、刺激回路部で聴神経刺激に適合するように電極チャンネル、刺激モード、刺激の大きさ、及び刺激周期などの情報を含む適切な刺激信号に変換する。上記刺激信号は、蝸牛内に挿入されている電極に印加され、上記電極によって蝸牛内の聴神経が電気的に刺激される。これが脳に伝達されることで、難聴患者または聴覚障害人が音を聞くことができる。]
発明が解決しようとする課題

[0006] 本発明は、音声処理器及び体内移植体を含む人工内耳システムに関し、上記音声処理器と上記体内移植体間では、赤外線通信によって信号を送受信する。上記体内移植体は、上記音声処理器から赤外線信号を受信して復調する受信部と、上記復調された信号を刺激信号に変換する刺激回路部と、蝸牛内に挿入され、上記刺激信号によって聴神経を刺激する電極、及び外部からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイルと、を含む。上記体内移植体は、上記コイルを介して外部から電力の供給を受けて内部の充電池を充電することができる。]
[0007] したがって、本発明は、ＲＦ通信によって充電可能な、赤外線通信の人工内耳システムを提供することをその目的とする。]
課題を解決するための手段

[0008] 本発明による人工内耳システムは、外耳道内に挿入され、音声信号または音響信号を電気的信号に変換させた後、信号処理して体内に送信する音声処理器、及び乳突洞内に移植され、外部からＲＦ通信によって電力の供給を受け、上記音声処理器から信号を受信して、蝸牛内の聴神経を刺激する体内移植体を含む。ここで、上記音声処理器と上記体内移植体間では赤外線通信によって信号を送受信する。]
[0009] 上記音声処理器は、外部で処理された音声信号を体内に伝達するための赤外線送信部だけでなく、上記体内移植体から（１）人工内耳システムの適用の際の適切な刺激範囲を調節するための体内電極状態情報、（２）テスト刺激による患者内聴神経反応情報、及び（３）体内移植体の動作状態情報などを受信するために赤外線受信部を更に具備することができる。]
[0010] 上記体内移植体は、上記音声処理器から赤外線信号を受信して復調する受信部と、上記復調された信号を刺激信号に変換する刺激回路部と、蝸牛内に挿入され、上記刺激信号によって聴神経を刺激する電極と、体外からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイル、及び充電池と、を含む。上記体内移植体は、上記コイルを介して外部から電力の供給を受けて直接動作するか、上記コイルを介して外部から供給された電力にて内部に移植された充電池を充電することができる。また、上記体内移植体は、赤外線送信部を更に具備することができ、上記音声処理器からの命令信号に応じて、上記（１）装置の適用の際の適切な刺激範囲を調節するための体内電極状態情報、（２）テスト刺激による患者内聴神経反応情報、及び（３）体内移植体の動作状態情報などを上記赤外線送信部を介して上記音声処理器に伝達することができる。]
[0011] また、本発明は、乳突洞内に移植され、音声処理器から信号を受信して、蝸牛内の聴神経を刺激する体内移植体に関する。上記体内移植体は、上記音声処理器から外耳道皮膚を介して赤外線信号を受信して復調する受信部と、上記復調された信号を刺激信号に変換する刺激回路部と、蝸牛内に挿入され、上記刺激信号によって聴神経を刺激する電極と、外部からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイル、及び充電池と、を含む。また、本発明による体内移植体は、電極状態及びシステム動作状態情報などを抽出する検査回路と、刺激によって誘発される聴神経反応信号を計測する計測回路部、及びこれら情報（即ち、電極状態情報、システム動作状態情報、及び聴神経反応情報など）を音声処理器に伝達するための赤外線送信部を更に含むことができる。]
[0012] また、本発明は、聴神経刺激方法に関し、音声処理器で音声信号または音響信号を電気的信号に変換させるステップ（ａ）と、上記変換された電気的信号を変調して赤外線信号に変換させるステップ（ｂ）と、上記赤外線信号を外耳道皮膚を介して体内に移植されている体内移植体に送信するステップ（ｃ）と、上記送信された赤外線信号を体内移植体で受信するステップ（ｄ）と、上記受信された赤外線信号を復調するステップ（ｅ）と、上記復調された信号を聴神経刺激に適合した波形に変換させるステップ（ｆ）と、上記変換された信号にて聴神経を刺激するステップ（ｇ）、及びＲＦ通信によって上記体内移植体に電力を供給して内部の充電池を充電するステップ（ｈ）と、を含む。また、本発明による聴神経刺激方法は、体内移植体で電極に誘発される刺激波形及びシステム内部動作信号を計測し、変調するステップ（ｉ）と、電気刺激による聴神経反応を記録し、変調するステップ（ｊ）、及び変調された信号を赤外線信号にて外部に伝達するステップ（ｋ）を更に含むことができる。]
発明の効果

[0013] 本発明による人工内耳システムにおける体内移植体は、赤外線通信によって音声処理器と通信し、コイルを介して外部から電力の供給を受けて充電することができる。]
[0014] 特に、本発明では、音声処理器が外耳道内に挿入され、このように外耳道内に挿入された音声処理器と近距離赤外線通信を実施するために体内移植体のパッケージを外耳道の後壁に近接している乳突洞に挿入移植する。]
[0015] 一方、上記体内移植体をＲＦ通信によって充電できるように、上記体内移植体はコイルを含む。上記コイルは、外耳道の外部分の側頭骨乳様突起の上側頭皮下に挿入移植される。]
[0016] この結果、乳突洞に挿入移植されるパッケージの大きさが最小化し、体内に移植することが可能となる。]
図面の簡単な説明

[0017] 本発明の一実施形態に係る人工内耳システムを移植した状態を示す図である。
本発明の一実施形態に係る人工内耳システムの構成図である。
本発明による人工内耳システムを介して聴神経を刺激する状態を説明するための図である。
本発明の他の実施形態に係る人工内耳システムを移植した状態を示す図である。
本発明の他の実施形態に係る人工内耳システムの構成図である。
本発明による人工内耳システムの体内移植体を充電する過程を説明するための図である。
本発明による人工内耳システムの体内移植体にプログラムをインストールする過程を説明するための図である。
本発明のまた他の実施形態に係る体内移植体と音声処理器間での双方向通信が可能な人工内耳システムの構成図である。]
実施例

[0018] 以下、図面を参照して本発明による人工内耳システムの実施形態について具体的に説明することにする。なお、本発明が下記実施形態によって制限されるものではない。]
[0019] 図１は、本発明による人工内耳システムを体内に移植した状態を示す図であり、図２は、上記人工内耳システムの構成図である。] 図１ 図２
[0020] 図１及び図２を参照して説明すると、本発明による人工内耳システムは、音声信号または音響信号を電気的信号に変換させた後、信号処理して体内に送信する音声処理器（１０）、及び上記音声処理器（１０）から信号を受信して、蝸牛内の聴神経を刺激する体内移植体（２０）を含む。] 図１ 図２
[0021] 上記音声処理器（１０）と上記体内移植体（２０）間では、赤外線通信によって信号を双方向に送受信することができる。]
[0022] 上記音声処理器（１０）は、音声信号または音響信号を電気的信号に変換させるマイクロホン（１２）及び上記電気的信号を変調して赤外線信号に変換させた後、体内に送信する送信部（１６）を含む。上記音声処理器（１０）は、上記マイクロホンの電気的信号をデジタル信号処理（ＤＳＰ）するための信号処理部（１４）及び上記音声処理器（１０）を駆動するための充電池（図示せず）を更に含むことができる。]
[0023] 上記音声処理器（１０）は、患者の外耳道内に挿入できるように適合した大きさで製作すればよい。このように音声処理器（１０）が外耳道内に挿入されるので、人工内耳システムを使用する患者の使用上の不便や心理的不便要素をとり除くことができる。また、外耳道内にマイクロホン（１２）が位置するので、人工内耳システムの露出を最小化し、耳介固有の役割、即ち、音の集積や音方向の感知などを最大限に活用することができる。]
[0024] 上記送信部（１６）は、信号を変調する変調部（図示せず）、及び変調された信号によって赤外線を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオード（ＬＤ）を含む。]
[0025] 上記体内移植体（２０）は、上記音声処理器（１０）から赤外線信号を受信して復調する受信部（３２）と、上記復調された信号を刺激信号に変換する刺激回路部（３４）と、蝸牛内に挿入され、上記刺激信号によって聴神経を刺激する電極（４０）と、外部からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイル（５０）、及び充電池（３６）と、を含む。]
[0026] 上記受信部（３２）は、赤外線信号を検出する光検出器（図示せず）及び検出された赤外線信号を復調する復調部（図示せず）を含む。]
[0027] 上記受信部（３２）、刺激回路部（３４）、及び充電池（３６）は、密封されたパッケージ（３０）内に具備されていてよい。上記パッケージには、生体適合性の物質、例えば、金属、セラミックス、サファイアガラス、酸化アルミニウム、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer、液晶ポリマー）、ポリイミド、生体適合性のエポキシ、シリコーンエラストマー、医療用金属合金であるステンレススチール、チタン合金などを使用することが好ましく、体液がパッケージ（３０）内部に入らないように密封する。]
[0028] 上記体内移植体（２０）のパッケージ（３０）は、できる限り上記音声処理器（１０）に近接するように挿入して移植するために、外耳道の後壁に近接している乳突洞内に挿入施術して移植する。このようにパッケージ（３０）を移植することで、上記音声処理器（１０）と体内移植体（２０）間では、外耳道皮膚を介して赤外線通信を実施することができる。]
[0029] このように、本発明による人工内耳システムでは、音声処理器（１０）及び体内移植体（２０）間で外耳道皮膚を介して赤外線通信を実施するので、音声または音響信号の伝達のための外部のＲＦアンテナを使用する必要がない。この結果、人工内耳システムを使用する患者の使用上の不便や心理的不便要素をとり除くことができる。]
[0030] このために、上記パッケージはできる限り小型で製作する。好ましくは、上記体内移植体のパッケージの大きさは、横及び縦の長さが２０ｍｍ以下で、厚さが１０ｍｍ以下になるように製作する。]
[0031] 上記パッケージには、上記受信部（３２）が音声処理器（１０）から赤外線を受信すると同時に上記送信部（３３）が赤外線を送信することができるように、赤外線が透過できる光学窓（３８）が設けられる。上記光学窓には、生体適合性を有し、且つ赤外線が透過できる物質、例えば、サファイアガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、生体適合性のエポキシ、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ポリイミドまたはシリコーンエラストマーなどを使用することができる。]
[0032] 図３は、本発明による人工内耳システムによって聴神経を刺激する状態を示す図である。上記図３を参照すると、先ず、音声処理器（１０）においてマイクロホン（１２）が音声または音響を電気的信号に変換し、送信部（１６）において上記電気的信号を変調して赤外線信号に変換し、該赤外線信号を体内に移植されている体内移植体（２０）のパッケージ（３０）に送信する。] 図３
[0033] 上記赤外線信号は、光学窓（３８）を介して体内移植体（２０）の受信部（３２）で受信し、該受信された赤外線信号を復調した後、刺激回路部（３４）で該復調された信号を聴神経刺激に適合した波形に変換させる。]
[0034] 上記変換された信号は蝸牛内に挿入されている電極（４０）を通じて蝸牛内の聴神経を刺激し、この結果、外部からの音声または音響を聞くことができる。]
[0035] 本発明による人工内耳システムでは、赤外線信号によって音声処理器（１０）及び体内移植体（２０）間での通信が行われるので、多量のデータを高速で送ることができ、複雑且つ多様な語音処理方式を適用することができる。]
[0036] 上記実施形態では、一つのパッケージ（３０）内に受信部（３２）、刺激回路部（３４）及び充電池などを具備してなるものを示した。なお、その代案として、受信部を別途のパッケージで構成することも可能である。図４は、このように構成した人工内耳システムを体内に移植した状態を示す図であり、図５は、このような人工内耳システムの構成図である。] 図４ 図５
[0037] 本実施形態に係る人工内耳システムは、図４に示すように、即ち、赤外線受信部（３２）及び赤外線が透過する透過窓（３８）を別途のパッケージ（３５）で製作し、これを乳突洞内に挿入移植する。一方、上記赤外線受信部（３２）を介して受信した信号を刺激信号に変換する刺激回路部（３４）、及び充電池（３６）は、また別途のパッケージ（３９）で製作する。] 図４
[0038] このように構成する場合、音声処理器と赤外線通信をするパッケージ（３５）の大きさを極小化することで、上記パッケージ（３５）をより好適な所に移植することができる。]
[0039] 上記体内移植体（２０）が外部からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイル（５０）は、上記パッケージ（３０）が移植された乳突洞に近接した側頭骨乳様突起の上側頭皮下に挿入施術して移植する。上記体内移植体（２０）のパッケージ（３０）内には、充電池（３６）が更に具備されていてよく、該電池は、上記コイルを介して外部から電力の供給を受けて充電されていてよい。]
[0040] 図６は、充電器（６０）からＲＦ通信によって本発明による人工内耳システムの体内移植体（２０）に電力を供給して、体内移植体（２０）の充電池（３６）を充電する過程を示す図である。図６に示すように、充電器（６０）側のコイル（６２）と体内移植体（２０）のコイル（５０）間でのＲＦ通信によって、体内移植体（２０）を充電することができる。また、電池（図示せず）が含まれた外部充電器（６０）と体内移植体（２０）のコイル（５０）間でのＲＦ通信によって、体内移植体（２０）が直接電力の供給を受けて動作することも可能である。] 図６
[0041] 図７は、音声処理器（１０）にコンピューター（７０）を接続して、本発明による人工内耳システムの体内移植体にプログラムをインストールしたり、アップグレードしたりする過程を示す図である。図７に示すように、体内移植体（２０）にプログラムをインストールまたはアップグレードするために、体内移植体（２０）と音声処理器（１０）間では双方向通信が可能でなければならない。] 図７
[0042] このために、図８に示すように、体内移植体（１０）は、音声処理器（１０）に赤外線信号を送信することができる赤外線送信部（３３）を更に含み、上記音声処理器（１０）は、上記体内移植体（２０）から赤外線信号を受信することができる赤外線受信部（１７）を更に含む。即ち、上記体内移植体（２０）及び音声処理器（１０）のそれぞれは、赤外線送信部及び赤外線受信部をいずれも具備する。] 図８
[0043] このように体内移植体（２０）及び音声処理器（１０）間で双方向通信が可能である場合、上記体内移植体（２０）の現在状態情報、例えば、電極インピーダンスなどを容易に把握することができる。]
[0044] 特に、本発明による体内移植体（２０）は、電極状態及びシステム動作状態情報などを抽出する検査回路（図示せず）及び刺激によって誘発される聴神経反応信号を計測する計測回路部（図示せず）などをパッケージ（３０）内に更に具備することができる。上記体内移植体（２０）の検査回路及び計測回路部で獲得した情報、即ち、電極状態情報、システム動作状態情報、及び聴神経反応情報などは赤外線通信に適合した形態に変調され、このように変調された信号は赤外線送信部を介して音声処理器に伝達され、さらにこれら情報は、コンピューター（７０）に伝達される。]
[0045] 本発明による人工内耳システムにおける体内移植体は、赤外線通信によって音声処理器と通信し、コイルを介して外部から電力の供給を受けて動作するか、内部の移植体を充電することができる。]
[0046] 特に、本発明では、音声処理器が外耳道内に挿入され、このように外耳道内に挿入された音声処理器と近距離赤外線通信を行うために体内移植体のパッケージを外耳道の後壁に近接している乳突洞に挿入移植する。]
[0047] 一方、上記体内移植体をＲＦ通信によって充電できるように上記体内移植体はコイルを含む。上記コイルは外耳道の外部分の側頭骨乳様突起の上側頭皮下に挿入移植される。]
[0048] この結果、乳突洞に挿入移植されるパッケージの大きさを最小化して、体内に移植することが可能となる。]
[0049] また、本発明による人工内耳システムに補聴器の機能を併せ持たせることもできる。]
[0050] 本発明による実施形態は、上述したものに限定されず、本発明に関連して通常の知識を有する者に自明な範囲内で種々の代案、修正及び変更して実施することができる。]

权利要求:

請求項1
外耳道内に挿入され、音声信号または音響信号を電気的信号に変換させた後、信号処理して体内に送信する音声処理器、及び乳突洞内に移植され、外部からＲＦ通信によって電力の供給を受け、上記音声処理器から信号を受信して、蝸牛内の聴神経を刺激する体内移植体を含み、上記音声処理器と上記体内移植体間では赤外線通信によって信号を送受信することを特徴とする人工内耳システム。
請求項2
上記体内移植体は、上記音声処理器から赤外線信号を受信して復調する受信部と、上記復調された信号を刺激信号に変換する刺激回路部と、蝸牛内に挿入され、上記刺激信号によって聴神経を刺激する電極、及び外部からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイルと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の人工内耳システム。
請求項3
上記受信部及び刺激回路部は、密封されたパッケージ内に具備されることを特徴とする請求項２に記載の人工内耳システム。
請求項4
上記パッケージの材質は、金属、セラミックス、サファイアガラス、酸化アルミニウム、液晶ポリマー、ポリイミド、生体適合性のエポキシ、シリコーンエラストマー、ステンレススチール、またはチタン合金であることを特徴とする請求項３に記載の人工内耳システム。
請求項5
上記パッケージには、赤外線が透過できる光学窓が具備されていることを特徴とする請求項３に記載の人工内耳システム。
請求項6
上記光学窓の材質は、サファイアガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、生体適合性のエポキシ、液晶ポリマー、ポリイミド、またはシリコーンエラストマーであることを特徴とする請求項５に記載の人工内耳システム。
請求項7
上記体内移植体は、充電池を更に具備し、上記充電池は、上記コイルを介して外部から電力の供給を受けて充電されることを特徴とする請求項２に記載の人工内耳システム。
請求項8
上記体内移植体は、上記コイルを介して外部から電力の供給を受けて作動することを特徴とする請求項２に記載の人工内耳システム。
請求項9
上記受信部と上記刺激回路部は、それぞれ別個の密封されたパッケージ内に具備され、上記受信部が具備されたパッケージ内には赤外線が透過できる光学窓が具備されていることを特徴とする請求項２に記載の人工内耳システム。
請求項10
電極状態及びシステム動作状態情報を抽出する検査回路、及び刺激によって誘発される聴神経反応信号を計測する計測回路部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の人工内耳システム。
請求項11
上記体内移植体は、上記検査回路及び計測回路部で獲得した電極状態情報、システム動作状態情報、及び聴神経反応情報を上記音声処理器に赤外線信号形態で送信する赤外線送信部を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の人工内耳システム。
請求項12
上記体内移植体のパッケージの大きさは、横及び縦の長さが２０ｍｍ以下で、厚さが１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の人工内耳システム。
請求項13
上記コイルは、側頭骨乳様突起の上側頭皮下に移植されることを特徴とする請求項２に記載の人工内耳システム。
請求項14
上記受信部は、赤外線信号を検出する光検出器、及び検出された赤外線信号を復調する復調部を含むことを特徴とする請求項２に記載の人工内耳システム。
請求項15
上記パッケージ及び光学窓の材質は、生体適合性の物質であることを特徴とする請求項５に記載の人工内耳システム。
請求項16
上記音声処理器は、音声信号または音響信号を電気的信号に変換させるマイクロホン、及び上記電気的信号を変調して赤外線信号に変換させた後、体内に送信する送信部を含むことを特徴とする請求項１に記載の人工内耳システム。
請求項17
上記音声処理器は、上記体内移植体から赤外線信号を受信できる受信部を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の人工内耳システム。
請求項18
上記送信部は、信号を変調する変調部、及び変調された信号によって赤外線を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオード（ＬＤ）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の人工内耳システム。
請求項19
乳突洞内に移植され、音声処理器から信号を受信して、蝸牛内の聴神経を刺激する体内移植体であって、上記音声処理器から外耳道皮膚を介して赤外線信号を受信して復調する受信部と、上記復調された信号を刺激信号に変換する刺激回路部と、蝸牛内に挿入され、上記刺激信号によって聴神経を刺激する電極、及び外部からＲＦ通信によって電力の供給を受けるためのコイルと、を含むことを特徴とする体内移植体。
請求項20
電極状態及びシステム動作状態情報を抽出する検査回路と、刺激によって誘発される聴神経反応信号を計測する計測回路部、及び上記検査回路及び計測回路部で獲得した電極状態情報、システム動作状態情報、及び聴神経反応情報を上記音声処理器に赤外線信号形態で送信する赤外線送信部と、を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の体内移植体。
請求項21
音声処理器で音声信号または音響信号を電気的信号に変換させるステップ（ａ）と、上記変換された電気的信号を変調して赤外線信号に変換させるステップ（ｂ）と、上記赤外線信号を外耳道皮膚を介して体内に移植されている体内移植体に送信するステップ（ｃ）と、上記送信された赤外線信号を体内移植体で受信するステップ（ｄ）と、上記受信された赤外線信号を復調するステップ（ｅ）と、上記復調された信号を聴神経刺激に適合した波形に変換させるステップ（ｆ）と、上記変換された信号にて聴神経を刺激するステップ（ｇ）、及びＲＦ通信によって上記体内移植体に電力を供給するステップ（ｈ）と、を含むことを特徴とする聴神経刺激方法。
請求項22
体内移植体で電極に誘発される刺激波形及びシステム内部動作信号を計測し、変調するステップ（ｉ）と、電気刺激による聴神経反応を記録し、変調するステップ（ｊ）、及び変調された信号を赤外線信号にて外部に伝達するステップ（ｋ）と、を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載の聴神経刺激方法。