DE10114838A1 - Vollständig implantierbares Hörsystem - Google Patents
Vollständig implantierbares HörsystemInfo
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Abstract
Vollständig implantierbares Hörsystem zur Rehabilitation von Hörstörungen mit mindestens einem Sensor (14, 14'), der mindestens Luftschall aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, einem Elektronikmodul (18, 28) mit einer elektronischen Anordnung zur Audiosignalverarbeitung und -verstärkung, einer ausgangsseitigen aktorischen Anordnung (20, 20') zum Stimulieren des Mittel- oder Innenohrs sowie einer elektrischen Energieversorgungseinheit (42). Das Hörsystem weist mindestens einen weiteren implantierbaren Sensor (15, 15') auf, der mindestens körperschallinduzierte Signale aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt. Durch elektronisches Verrechnen der Luftschallsensorsignale und der Körperschallsensorsignale in der elektronischen Anordnung ist das Verhältnis von Luft- und Körperschallsignalen individuell so einstellbar, dass es nach weiterer Signalverarbeitung und Fortleitung an die ausgangsseitige aktorische Anordnung einen ausgewogenen Höreindruck zwischen externen Luftschallsignalen und körpereigenen Schallsignalen, insbesondere der eigenen Stimme, hervorruft.
Description
Die Erfindung betrifft ein vollständig implantierbares Hörsystem zur Rehabilitation von
Hörstörungen mit mindestens einem Sensor, der mindestens Luftschall aufnimmt und in elek
trische Signale umwandelt, einem Elektronikmodul mit einer elektronischen Anordnung zur
Audiosignalverarbeitung und -verstärkung, einer ausgangsseitigen aktorischen Anordnung
zum Stimulieren des Mittel- oder Innenohres sowie einer elektrischen Energieversorgungs
einheit.
Unter dem Begriff "Hörstörung" sollen vorliegend alle Arten von Innenohrschäden bis hin
zur vollständigen postlingualen Ertaubung oder prälingualen Gehörlosigkeit, kombinierte
Innen- und Mittelohrschäden sowie auch zeitweise auftretende oder permanente
Ohrgeräusche (Tinnitus) verstanden werden.
Die Rehabilitation sensorischer Hörstörungen mit teilimplantierbaren, elektronischen
Systemen hat in den letzten Jahren einen bedeutenden Stellenwert erhalten. Insbesondere gilt
dies für den Patientenkreis, bei dem das Gehör durch Unfall, Krankheit oder sonstige
Einflüsse vollständig ausgefallen oder bereits von Geburt an nicht funktionsfähig ist. Ist in
diesen Fällen nur das Innenohr (Cochlea) und nicht die nach zentral führende neuronale
Hörbahn betroffen, kann mit elektrischen Reizsignalen der verbliebene Hörnerv stimuliert
und somit ein Höreindruck erzeugt werden, der bis zu einem offenen Sprachverständnis
führen kann. Bei diesen sogenannten Cochlea Implantaten wird ein Reizelektroden-Array in
die Cochlea eingeführt, das von einem elektronischen System angesteuert wird, das als
hermetisch dichtes und biokompatibel eingekapseltes Elektronikmodul im knöchernen
Bereich hinter dem Ohr (Mastoid) operativ eingebettet ist. Das elektronische System enthält
jedoch im wesentlichen nur Dekodier- und Treiberschaltungen für die Reizelektroden. Die
akustische Schallaufnahme, die Wandlung dieses Schallsignals in elektrische Signale und
deren weitere Verarbeitung erfolgt grundsätzlich extern in einem sogenannten
Sprachprozessor, der außen am Körper getragen wird. Der Sprachprozessor setzt die
vorverarbeiteten Signale entsprechend kodiert auf ein hochfrequentes Trägersignal um, das
über eine induktive Kopplung durch die geschlossene Haut (transkutan) zu dem Implantat
übertragen wird. Das schallaufnehmende Mikrofon befindet sich ausnahmslos außerhalb des
Körpers und in den meisten Anwendungen in einem an der Ohrmuschel getragenen Gehäuse
eines Hinter-dem-Ohr-Hörgerätes (HdO), und es ist mittels eines Kabels mit dem
Sprachprozessor verbunden.
Neben der Rehabilitation gehörloser beziehungsweise ertaubter Patienten mit Cochlea
Implantaten existieren seit geraumer Zeit Ansätze, Patienten mit einer sensorineuralen
Hörstörung, die operativ nicht behebbar ist, mit teil- beziehungsweise vollimplantierbaren
Hörgeräten eine bessere Rehabilitation als mit konventionellen Hörgeräten zu bieten. Das
Prinzip besteht in den überwiegenden Ausführungsformen darin, ein Ossikel des Mittelohres
oder das Innenohr direkt über einen mechanischen beziehungsweise hydromechanischen Reiz
zu stimulieren und nicht über das verstärkte akustische Signal eines konventionellen
Hörgerätes, bei dem das verstärkte Schallsignal dem äußeren Gehörgang zugeführt wird. Der
aktorische Stimulus dieser elektromechanischen Systeme wird mit verschiedenen
physikalischen Wandlerprinzipien realisiert wie zum Beispiel durch elektromagnetische und
piezoelektrische Systeme. Der Vorteil dieser Verfahren wird hauptsächlich in der gegenüber
konventionellen Hörgeräten verbesserten Klangqualität und bei vollimplantierten Systemen in
der Unsichtbarkeit der Hörprothese gesehen. Solche teil- und vollimplantierbaren
elektromechanischen Hörgeräte sind beispielhaft von H. P. Zenner et al (HNO 1998,
46: 844-852), H. Leysieffer et al. ("Ein vollständig implantierbares Hörsystem für
Innenohrschwerhörige: TICA LZ 3001", HNO 46: 853-863, 1998) und H. P. Zenner et
al. ("Totally implantable hearing device for sensorineural hearing loss", The Lancet, Vol.
352, Nov. 1998, No. 9142, Seite 1751) beschrieben.
Viele Patienten mit einem Innenohrschaden leiden zusätzlich unter zeitweise auftretenden
oder permanenten Ohrgeräuschen (Tinnitus), die operativ nicht behebbar sind und gegen die
bis heute keine zugelassenen medikamentösen Behandlungsformen existieren. Daher sind
sogenannte Tinnitus-Maskierer erhältlich; dies sind kleine, batteriebetriebene Geräte, die
ähnlich einem Hörgerät hinter oder im Ohr getragen werden und durch artifizielle Schalle, die
über einen zum Beispiel Hörgeräte-Lautsprecher in den Gehörgang abgestrahlt werden, den
Tinnitus auf psychoakustisch wirkende Weise verdecken ("maskieren") und das störende
Ohrgeräusch so möglichst unter die Wahrnehmungsschwelle absenken. Die artifiziellen
Schalle sind häufig Schmalbandgeräusche (zum Beispiel Terzrauschen), die in ihrer
spektralen Lage und Lautstärkepegel über ein Programmiergerät einstellbar sind, um eine
möglichst optimale Anpassung an die individuelle Ohrgeräuschsituation zu ermöglichen.
Darüberhinaus existiert seit kurzem die sogenannte "Retraining-Methode", wobei durch die
Kombination eines mentalen Trainingsprogrammes und die Darbietung eines breitbandigen
Schalles (Rauschen) nahe der Ruhehörschwelle die Wahrnehmbarkeit des Tinnitus ebenfalls
weitgehend unterdrückt werden soll. Diese Geräte werden auch als "Noiser" bezeichnet.
Bei beiden oben genannten Methoden zur apparativen Therapie des Tinnitus sind
hörgeräteähnliche, technische Geräte außen am Körper im Ohrbereich sichtbar mitzuführen,
die den Träger stigmatisieren und daher nicht gerne getragen werden.
Seit kurzem sind teil- und vollimplantierbare Hörsysteme zur Rehabilitation eines
Innenohrschadens in der klinischen Anwendung. Bei dem vollständig implantierbaren,
elektromechanischen Hörsystem TICA® (H. P. Zenner et al. ("Totally implantable hearing
device for sensorineural hearing loss", The Lancet, Vol. 352, Nov. 1998, No. 9142,
Seite 1751) wird ein subkutan in der hinteren knöchernen Gehörgangswand eingesetzter
Audioschallsensor (Mikrofon) verwendet (US-A-5 814 095 und US-A-5 999 632). Die
ersten klinischen Erfahrungen mit diesem System zeigen, dass bei einigen Patienten die
eigene Stimme sowie andere Körperschallschwingungen wie Kau- und Schluckgeräusche
deutlich und auch störend laut wahrgenommen werden. Dies liegt daran, dass neben den von
außen einfallenden Luftschallsignalen auch körperschallinduzierte Signale durch Knochen
fortleitung auf den Audiosensor einwirken und über das implantierte Hörsystem ebenfalls
verstärkt an das Innenohr weitergegeben werden. Durch diese Mischung der einzelnen
Eingangssignalkomponenten verändert sich bei diesen Patienten das gewohnte und
gewünscht natürliche Klangbild der Eigenstimme oder der verstärkte Körperschallanteil
wirkt als Störgeräusch, das maskierend wirken kann, wodurch das Hören und Verstehen von
externer Sprache erschwert wird. Gegen diesen Effekt kann mit den bekannten Hörimplan
taten nichts unternommen werden, da auf den implantierten Audiosensor und dessen
eingangsseitige Wirkung kein Einfluss genommen werden kann. Dieser störende Effekt ist
auch bei zukünftig zu erwartenden vollständig implantierbaren Cochlea Implantaten
anzunehmen, der die hier erforderliche Hörrehabilitation noch deutlicher beinträchtigen kann
als bei elektromechanischen Implantaten für Schwerhörige. Ein vielleicht möglicher Ausweg
wäre eine von Körperschall vollständig abgekoppelte Implantation des Audiosensors durch
geeignete körperschallisolierende Implantatmaterialien und/oder konstruktive Maßnahmen
im Audiosensor selbst. Hierdurch würde zumindest theoretisch der beschriebene negative
Effekt eliminiert, jedoch fallen damit auch alle körperschallinduzierten Anteile der eigenen
Stimme wie insbesondere die mechanischen Kehlkopfschwingungen weg, die zu einem
gewohnt natürlichen Klangbild der eigenen Stimme unerlässlich sind. Zur Erhöhung der
Akzeptanz vollimplantierbarer Hörsysteme gleich welcher Art der aktorischen
Ausgangsstimuli ist daher eine technische Lösung wünschenswert, die individuell einerseits
eine ungewollte Verstärkung von körperschallinduzierten Signalen verhindert und
andererseits einen solchen Übertragungsanteil dieser Signale gestattet, dass ein angenehmer
und natürlich Höreindruck insbesondere der eigenen Stimme gewährleistet ist.
Ausgehend von einem System der eingangs genannten Art wird eine Lösung für das
vorstehend beschriebene Problem erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Hörsystem
mindestens einen weiteren implantierbaren Sensor aufweist, der mindestens körperschall
induzierte Signale aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, und dass durch
elektronisches Verrechnen der Luftschallsensorsignale und der Körperschallsensorsignale in
der elektronischen Anordnung das Verhältnis von Luft- und Körperschallsignalen individuell
einstellbar ist. Dieses Verhältnis lässt sich insbesondere so einstellen, dass nach weiterer
Signalverarbeitung und Fortleitung an die ausgangsseitige aktorische Anordnung ein
ausgewogener Höreindruck zwischen externen Luftschallsignalen und körpereigenen
Schallsignalen, insbesondere der eigenen Stimme, hervorgerufen wird.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der beziehungsweise die Körperschallsensoren sind bevorzugt im knöchernen Bereich des
Schädels lokalisiert. Beispielhaft kann der Sensor separat vom Elektronikmodul des
betreffenden Implantates angeordnet sein und mit diesem fest oder lösbar, zum Beispiel über
eine lösbare Steckverbindung, verbunden sein. Ein vorteilhafter Implantationsort ist der
knöcherne Bereich des Mastoids hinter dem Außenohr. Bei dieser Ausführungsform ist der
Sensor in einem hermetisch dichten und an der Oberfläche biokompatibel gestalteten
Gehäuse untergebracht, das zur besonders guten Körperschalleinkopplung beispielsweise
direkt mit dem Knochen des Applikationsortes mechanisch fest, zum Beispiel durch
Anschrauben, verbunden wird.
Der Körperschallsensor kann aber auch in dem gleichen Gehäuse untergebracht sein wie der
Luftschallsensor, wenn dieser in mechanischem Kontakt zu knöchernen Bereichen des
Schädels steht, wie beispielsweise das aus US-A-5 814 095 und US-A-5 999 632 bekannte
Mikrofon, das zur subkutanen Implantation in der hinteren, knöchernen Gehörgangswand
vorgesehen ist. Weiterhin ist eine vorteilhafte Applikation des beziehungsweise der
Körperschallsensoren die Unterbringung im Gehäuse des Implantat-Elektronikmoduls selbst.
Bei implantierbaren Hörsystemen wird dieses Gehäuse grundsätzlich im Knochen des
Mastoids eingebettet, was eine gute Einkopplung von Körperschall erwarten lässt. Ein
weiterer Vorteil der beiden letztgenannten Varianten ist, dass der Körperschallsensor dann
nicht selbst hermetisch dicht und biokompatibel ausgestaltet sein muss wie bei der
erstgenannten Variante einer separaten, externen Applikation in einem eigenen Gehäuse.
Der beziehungsweise die Körperschallsensoren können nach jedem bekannten elektromecha
nischen Wandlerprinzip arbeiten, insbesondere elektromagnetisch, elektrodynamisch, piezo
elektrisch, magnetostriktiv oder dielektrisch (kapazitiv). Der Körperschallsensor kann in an
sich bekannter Weise (EP-A-387 299 und EP-A-385 574) als On-Chip-Halbleiterwandler
ausgebildet sein. Bevorzugt arbeitet der Körperschallsensor nach dem bekannten Prinzip
eines Beschleunigungsaufnehmers, wobei ein mechano-elektrischer Wandler im Sensor
gehäuse an eine schwingfähig aufgehängte träge (seismische) Masse angekoppelt ist. Als
mechano-elektrischer Wandler wird bevorzugt ein piezoelektrisches Element verwendet. Ein
Körperschallsensor in Form eines On-Chip-Halbleiterwandlers kann vorteilhaft in einen
Halbleiterbaustein des Elektronikmoduls oder eines Luftschall-Sensormoduls integriert sein.
Weiterhin können auch handelsübliche, körperschallempfindliche kapazitive Elektretmikro
fone der konventionellen Hörgeräteindustrie verwendet werden. Die letztgenannten Vari
anten haben den Vorteil, dass sie miniaturisiert aufgebaut werden können, was den Einbau
des Hörimplantats im Kopfbereich begünstigt.
Der spektrale Übertragungsbereich der Körperschallsensoren liegt im Audiobereich,
bevorzugt zwischen 100 Hz bis 10 kHz. Die Sensoren sind vorzugsweise hochabgestimmt,
das heißt, die erste mechanische Resonanzfrequenz liegt am oberen Ende des angestrebten
Übertragungsfrequenzbereiches. Dadurch wird erreicht, dass der Wandlungsfrequenzgang
der Sensoren im Übertragungsbereich weitgehend frei von Resonanzen ist und damit eine
möglichst geringe Welligkeit aufweist.
Das Einstellen des Verhältnisses von Luft- und Körperschallsignalen kann grundsätzlich in
beliebiger Weise erfolgen, beispielsweise unter Verwendung eines Telemetriesystems, mittels
dessen Daten zwischen einer externen Einheit und dem Implantat übertragen werden können,
oder bei einem hochintelligenten Implantatsystem durch Reaktion des Implantats auf
entsprechende Sprachsignale des Implantatträgers.
Die elektronische Weiterverarbeitung der Luft- und Körperschallsensorsignale erfolgt
zweckmäßig über analoge Vorverstärker und eine analoge oder - nach entsprechender
Analog-Digital-Wandlung - digitale Signalverarbeitung, wobei in dem Signalverarbeitungs
modul die Verrechnung der Sensorsignale derart erfolgt, dass sowohl Amplituden- wie auch
Phasensignale berücksichtigt werden, um so eventuell notwendige Korrekturen
verschiedener Phasen- und Gruppenlaufreiten der Sensorsignale korrigieren zu können.
Diese Signalbearbeitung kann nach entsprechender spektraler Filterung auch in mehreren
Frequenzbändern erfolgen. Die entsprechenden Signalverarbeitungsparameter sind im
Implantat elektronisch speicherbar und können vorteilhaft über eine Telemetrieschnittstelle
des Implantates von außen angepasst werden, um so beim individuellen Patienten nach
Implantation und iterativer Programmierung dieser Parameter nach der Einheilphase und
erster Hörerfahrung ein optimales Versorgungsergebnis zu erzielen.
Vorzugsweise erfolgt die Sensorsignalverarbeitung rein digital in einem digitalen
Signalprozessor, dessen Softwarebetriebssystem beziehungsweise Teile davon telemetrisch
nachgeladen beziehungsweise verändert werden können (DE-C-199 15 846), um so bei
fortschreitenden wissenschaftlichen Erkenntnissen beziehungsweise Felderfahrungen den
Patienten immer einen optimalen Signalverarbeitungsalgorithmus anbieten zu können, ohne
dass das Implantat chirurgisch ausgetauscht werden muss.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung sind nachstehend unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines vollimplantierbaren Hörsystems zur Rehabilitation
einer Mittel- und/oder Innenohrstörung und/oder eines Tinnitus mit analoger
Signalverarbeitung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines vollimplantierbaren Hörsystems zur Rehabilitation
einer Mittel- und/oder Innenohrstörung und/oder eines Tinnitus mit digitaler
Signalverarbeitung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines vollimplantierbaren
Hörsystems zur Rehabilitation einer Mittel- und/oder Innenohrstörung
und/oder eines Tinnitus mit digitaler Signalverarbeitung,
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines vorliegend geeigneten
Körperschallsensors,
Fig. 5 bis 7 Ausführungsbeispiele von vollimplantierbaren Hörsystemen gemäß
vorliegender Erfindung im implantierten Zustand mit unterschiedlicher
Anordnung des Körperschallsensors und mit einkanaliger elektromechanischer
Stimulation des geschädigten Innenohres durch Vibrationsanregung des
Mittelohres,
Fig. 8 eine Ausführungsform eines vollimplantierbaren Hörsystems mit mehrkanaliger
elektrischer Reizung des Innenohres über ein intracochleäres Elektrodenarray,
Fig. 9 eine Ausführungsform eines vollimplantierbaren Hörsystems mit kombinierter
mehrkanaliger elektrischer und einkanaliger elektromechanischer Reizung des
Innenohres über ein intracochleäres Elektrodenarray in Verbindung mit einer
mechanischen Anregung des Mittelohres,
Fig. 10 eine Ausführungsform eines vollimplantierbaren Hörsystems mit mehr
kanaliger elektromechanischer Reizung des Innenohres über ein intracochleäres
Wandlerarray,
Fig. 11 eine Ausführungsform eines vollimplantierbaren Hörsystems mit direkter
mehrkanaliger elektromechanischer und elektrischer Reizung des Innenohres
und
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines im Kopf eines Trägers implantierten
binauralen Hörsystems.
In dem Blockschaltbild eines voll implantierbaren Hörsystems gemäß Fig. 1 sind extern
einfallender Luftschall (L) und im implantierten Zustand intern im Implantatträger
auftretender Körperschall (K) mit den Blöcken 12 beziehungsweise 13 angedeutet. Das
Hörsystem weist ein Mikrofon in Form eines Sensors 14 auf, der sowohl Luftschall als auch
Körperschall (in Fig. 1 mit "L + K" bezeichnet) aufnimmt. Das Hörsystem ist mit einem
weiteren Sensor 15 ausgestattet, der so ausgebildet und angeordnet ist, dass er im
implantierten Zustand im wesentlichen nur internen Körperschall (K) aufnimmt. Die
Sensoren 14, 15 wandeln den einfallenden Schall in entsprechende elektrische Signale um.
Jedem der Sensoren 14, 1 S ist ein Verstärker 16 beziehungsweise 17 in einem insgesamt mit
18 bezeichneten Elektronikmodul nachgeschaltet. Die Verstärker 16, 17 sorgen für eine
Verstärkung des betreffenden elektrischen Sensorsignals von dem Sensor 14 beziehungs
weise 15. Die Ausgangssignale der Verstärker 16, 17 gehen einem Subtrahierer 19 zu, der
die Differenz der beiden gewichteten Sensorsignale erzeugt, wobei für eine zweck
entsprechende Gewichtung der elektrischen Sensorsignale gesorgt wird. Im Extremfall kann
so bewirkt werden, dass von dem Subtrahierer 19 nur das Luftschallsignal L an eine
implantatspezifische Aktorik 20 und damit an das geschädigte Gehör 21 weitergegeben wird.
Der Subtrahierer 19 kann, wie oben beschrieben, spektral gewichtet Amplituden- und
Phaseninformationen berücksichtigen, so dass durch Einstellung dieser Parameter (nicht
dargestellt) eine beliebige, individuell einstellbare Mischung der Signale L und K an das
Gehör weitergegeben werden kann.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines voll implantierbaren Hörsystems, bei der
ein Elektronikmodul 28 mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) 29 vorgesehen ist. Zu
dem Elektronikmodul 28 gehören ferner zwischen die Ausgänge der Sensoren 14, 15 und
Eingänge des Signalprozessors 29 geschaltete A/D-Einheiten 30 und 31 sowie eine zwischen
einem Ausgang des Signalprozessors 29 und dem Eingang der Aktorik 20 liegende D/A-
Einheit 32. Die A/D-Einheiten 30, 31 sorgen für eine Verstärkung und Analog-Digital-
Wandlung der analogen Sensorsignale. In dem digitalen Signalprozessor 29 werden die
digital gewandelten Sensorsignale wie angegeben entsprechend bearbeitet, wobei der
Signalprozessor 29 auch die audiologische Signalverarbeitung des jeweiligen Implantat
systems beinhaltet. Das beziehungsweise die digitale(n) Ausgangssignal(e) des Signalpro
zessors 29 wird (werden) in der D/A-Einheit 32 analog rückgewandelt und über einen an die
jeweilige Stimulationsform des Implantatsystems angepassten Treiber verstärkt an die in
Fig. 2 nur einkanalig dargestellte ausgangsseitige Aktorik 20 geleitet. Dem Signalprozessor
29 ist eine insgesamt mit 33 bezeichnete Steuerung zugeordnet.
In Fig. 3 sind Einzelheiten eines bevorzugten Aufbaus des signalverarbeitenden
Elektronikmoduls 28 entsprechend Fig. 2 dargestellt. Ein oder mehrere Mikrofone
(Sensoren) 14, 14' nehmen das externe Luftschall- und interne Körperschallsignale auf und
wandeln sie in entsprechende elektrische Signale um. Diese Sensorsignale werden in A/D-
Einheiten 30, 30' vorverstärkt und analog-digital (A/D) gewandelt. Ein oder mehrere weitere
Sensoren 15, 15' nehmen den internen Körperschall auf. Diese Sensorsignale werden in A/D-
Einheiten 31, 31' ebenfalls vorverstärkt und analog-digital gewandelt. Alle digitalen
Sensorsignale werden in dem digitalen Signalprozessor (DSP) 29 weiterverarbeitet.
Der Signalprozessor 44 enthält einen nicht überschreibbaren Festspeicherbereich S0, in
welchem die für einen "Minimalbetrieb" des Systems erforderlichen Anweisungen und
Parameter gespeichert sind, sowie mindestens einen wiederholt beschreibbaren
Speicherbereich S1, in dem die Betriebssoftware der bestimmungsgemäßen Funktion
beziehungsweise Funktionen des Implantatsystems abgelegt sind. Vorzugsweise ist
dieser Speicherbereich doppelt vorhanden (S1 und S2). Der wiederholt beschreibbare
Programmspeicher zur Aufnahme der Betriebssoftware kann auf EEPROM-Basis oder
RAM-Zellen basieren, wobei in diesem Fall dafür gesorgt sollte, dass dieser RAM-
Bereich immer durch das Energieversorgungssystem "gepuffert" ist. In den Speichern S1
und/oder S2 können auch von außen veränderliche, patientenspezifische wie zum
Beispiel audiologische Anpaßparameter abgelegt sein.
Die digitalen Ausgangssignale des Signalprozessors 29 werden in den D/A-Einheiten 32,
32' in Analogsignale umgewandelt und auf den zur Ansteuerung der Aktoren 20, 20'
gewünschten Pegel gebracht. Die aktorische Ausgangsseite des Implantatsystems kann von
einem oder mehreren elektromechanischen oder elektroakustischen Wandlern oder von
elektrischen Reizelektroden oder von beliebige Kombinationen der genannten Ausgangs
stimulatoren gebildet sein. Die Einheiten 32, 32' können unter Umständen entfallen, wenn
zum Beispiel bei Verwendung eines elektromagnetischen intracochleären Ausgangs
wandlers ein beispielsweise pulsweitenmoduliertes, serielles digitales Ausgangssignal des
Signalprozessors 29 direkt an den oder die Aktoren 20, 20' übermittelt wird.
Damit die software-basierten Algorithmen zur möglichst optimalen Stimulation des geschä
digten Gehörs auch postoperativ implementiert werden können, enthält das System nach Fig.
3 einen weiteren Mikroprozessorbaustein, zum Beispiel einen Mikrokontroller (µC) 36. Der
Mikrocontroller 36 steuert die A/D-Konverter der Sensor-Vorverarbeitungs-Einheiten 30,
30', 31, 31',, die D/A-Konverter der Einheiten 32, 32' zur Ansteuerung der Aktoren 20, 20'
und den Signalprozessor 29 selbst über einen bidirektionalen Datenbus 37 an, und er ist
dafür mit einem oder zwei zugehörigen Speichern S4 beziehungsweise S5 ausgestattet. In
dem beziehungsweise den Speicherbereichen S4 und S5 können insbesondere die
Betriebsoftwareanteile des Implantatmanagementsystems abgelegt sein, zum Beispiel
Verwaltungs-, Überwachungs- und Telemetriefunktionen. Ferner weist der Mikrocon
troller 36 einen wiederholt beschreibbaren Speicher S3 auf, in welchem ein Arbeitspro
gramm für den Mikrocontroller 36 abgelegt ist.
Der Mikrocontroller 36 kommuniziert über einen Datenbus 38 mit einem Telemetrie
system (TS) 39. Dieses Telemetriesystem 39 kommuniziert seinerseits durch die bei 40
angedeutete geschlossene Haut beispielweise über eine nicht dargestellte induktive Spu
lenkopplung drahtlos bidirektional mit einem externen Programmiersystem (PS) 41. Das
Programmiersystem 41 kann vorteilhaft ein PC-basiertes System mit entsprechender
Programmier-, Bearbeitungs-, Darstellungs- und Verwaltungssoftware sein. Über diese
Telemetrieschnittstelle wird im Bedarfsfall die zu verändernde beziehungsweise ganz
auszutauschende Betriebssoftware des Implantatsystems übertragen und zunächst in
dem Speicherbereich S4 und/oder S5 des Mikrocontrollers 36 zwischengespeichert. So
kann zum Beispiel der Speicherbereich S5 für eine komplementäre Ablage der von dem
externen System übermittelten Daten benutzt werden, und eine einfache Verifikation der
Softwareübertragung durch einen Lesevorgang über die Telemetrieschnittstelle kann
durchgeführt werden, um die Koinzidenz der Inhalte der Speicherbereiche S4 und S5 zu
überprüfen, bevor der Inhalt des wiederholt beschreibbaren Speicher S3 geändert oder
ausgetauscht wird.
Die Betriebssoftware des implantierbaren Hörsystems soll gemäß der vorliegend
verwendeten Nomenklatur sowohl die Betriebssoftware des Mikrocontrollers 36 (zum
Beispiel Housekeeping-Funktionen, wie Energiemanagement oder Telemetriefunktio
nen) als auch die Betriebssoftware des digitalen Signalprozessors 29 umfassen. So kann
zum Beispiel eine einfache Verifikation der Softwareübertragung durch einen Lesevor
gang über die Telemetrieschnittstelle durchgeführt werden, bevor die Betriebssoftware
oder die entsprechenden Signalverarbeitungsanteile dieser Software über den Datenbus
37 in den Programmspeicherbereich S1 des digitalen Signalprozessors 29 übertragen
werden. Ferner kann auch das Arbeitsprogramm für den Mikrocontroller 36, das
beispielsweise in dem wiederholt beschreibbaren Speicher S3 eingespeichert ist, über die
Telemetrieschnittstelle 39 mit Hilfe der externen Einheit 41 ganz oder teilweise geändert
oder ausgetauscht werden.
Alle elektronischen Komponenten des Implantatsystems werden durch eine primäre oder
sekundäre Batterie 42 mit elektrischer Betriebsenergie versorgt.
Die beschriebene Lösung erlaubt eine Anpassung des Hörsystems an Gegebenheiten, die
erst nach der Implantation erfassbar sind. So sind beispielsweise bei einem implantier
baren Hörsystem zur Rehabilitation einer monauralen oder binauralen Innenohrstörung
sowie eines Tinnitus mit mechanischer Stimulation und/oder elektrischer Reizung des
Innenohres die sensorischen (Luft- und Körperschallsensoren) und aktorischen (Aus
gangsstimulator) biologischen Schnittstellen immer abhängig von den anatomischen,
biologischen und neurophysiologischen Gegebenheiten, zum Beispiel von dem interindi
viduellen Einheilprozeß. Diese Schnittstellenparameter können individuell insbesondere
auch zeitvariant sein. So können beispielsweise das Übertragungsverhalten eines
implantierten Luft- oder Körperschallsensors aufgrund von Gewebebelägen und das
Übertragungsverhalten eines an das Innenohr angekoppelten elektromechanischen
Wandlers aufgrund unterschiedlicher Ankopplungsqualität interindividuell und individu
ell variieren. Solche Unterschiede der Schnittstellenparameter, die sich normalerweise
nicht einmal durch den Austausch des Implantats mindern beziehungsweise eliminieren
ließen, können vorliegend durch Veränderung beziehungsweise Verbesserung der
Signalverarbeitung des Implantats optimiert werden.
Bei einem implantierbaren Hörsystem kann es sinnvoll oder notwendig werden, nach
Implantation verbesserte Signalverarbeitungsalgorithmen zu implementieren. Dabei sind
insbesondere zu nennen:
- - Verfahren zum Optimieren des Verhältnisses von Luft- und Körperschallsignalen,
- - Sprachanalyseverfahren (zum Beispiel Optimierung einer Fast-Fourier-Transforma tion (FFT)),
- - statische oder adaptive Störschallerkennungsverfahren,
- - statische oder adaptive Störschallunterdrückungsverfahren,
- - Verfahren zur Optimierung des systeminternen Signal-Rauschabstandes,
- - optimierte Signalverarbeitungsstrategien bei progredienter Hörstörung,
- - ausgangspegelbegrenzende Verfahren zum Schutz des Patienten bei Implantatfehl funktionen bzw. externen Fehlprogrammierungen,
- - Verfahren zur Vorverarbeitung mehrerer Luft- und/oder Körperschallsignale, insbe sondere bei binauraler Positionierung der Sensoren,
- - Verfahren zur binauralen Verarbeitung zweier oder mehrerer Luftschall-Sensor signale bei binauraler Sensorpositionierung, zum Beispiel Optimierung des räumli chen Hörens beziehungsweise der Raumorientierung,
- - Phasen- beziehungsweise Gruppenlaufzeit-Optimierung bei binauraler Signalverar beitung,
- - Verfahren zur optimierten Ansteuerung der Ausgangsstimulatoren, insbesondere bei binauraler Positionierung der Stimulatoren
Mit dem vorliegenden System lassen sich auch nach der Implantation unter anderem die
folgenden Signalverarbeitungsalgorithmen implementieren:
- - Verfahren zur Rückkopplungsunterdrückung beziehungsweise -minderung,
- - Verfahren zur Optimierung des Betriebsverhaltens des bzw. der Ausgangswandler (zum Beispiel Frequenz- und Phasengangoptimierung, Verbesserung des Impuls übertragungsverhaltens),
- - Sprachsignal-Kompressionsverfahren bei Innenohrschwerhörigkeiten,
- - Signalverarbeitungsmethoden zur Recruitment-Kompensation bei Innenohrschwer hörigkeiten.
Des weiteren ist bei Implantatsystemen mit einer sekundären Energieversorgungseinheit,
das heißt einem nachladbaren Akkumulatorsystem, aber auch bei Systemen mit primärer
Batterieversorgung zu erwarten, dass die elektrischen Energiespeicher mit voranschrei
tender Technologie immer größere Lebensdauern und damit steigende Verweilzeiten im
Patienten ermöglichen. Es ist ferner davon auszugehen, dass die Grundlagen und
Applikationsforschung für Signalverarbeitungsalgorithmen schnelle Fortschritte macht.
Die Notwendigkeit oder der Patientenwunsch einer Betriebssoftwareanpassung bezie
hungsweise -veränderung wird daher voraussichtlich vor Ablauf der Lebensdauer der
implantatinternen Energiequelle eintreten. Das vorliegend beschriebene System erlaubt
eine derartige Anpassung der Betriebsprogramme des Implantats auch im bereits
implantierten Zustand.
Die entsprechenden signalverarbeitenden Softwaremodule des digitalen Signalprozessors
29 können statisch und dynamisch ausgelegt sein. Unter "statisch" soll vorliegend verstanden
werden, dass die Softwaremodule aufgrund wissenschaftlicher Erkenntnisse einmalig im
Programmspeicher des Signalprozessors 29 abgelegt werden und unverändert bleiben.
Unter "dynamisch" soll dagegen vorliegend verstanden werden, dass diese Softwaremodule
"lernfähig" sind, um der jeweils gewünschten Funktion zeitlich iterativ möglichst optimal
nahe zu kommen. Dies bedeutet, dass die Softwaremodule adaptiv ausgelegt sein können
und die Parameteranpassung durch "Training" durch den Implantatträger und gegebenenfalls
weitere Hilfsmittel wie Rehabilitationsprogramme vorgenommen wird. Weiterhin kann ein
Softwaremodul enthalten sein, welches das Ziel einer möglichst optimalen Hörversorgung
auf der Basis eines lernfähigen neuronalen Netzwerkes approximiert. Das Training dieses
neuronalen Netzes kann wieder durch den Implantatträger erfolgen und/oder unter
Zuhilfenahme weiterer externer Hilfsmittel.
Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausführung eines separaten
Körperschallsensors 15 mit einem piezoelektrischen Wandlerelement 45. In einem hermetisch
dichten und biokompatiblen Gehäuse 46 ist eine träge Masse 47 mit dem Piezoelement 45
mechanisch verbunden. Dieser Verbund ist über elastische Elemente 48 in dem Gehäuse 46
eingebaut. Mechanische Schwingungen, wie zum Beispiel Körperschallschwingungen, die
auf das Gehäuse 46 einwirken, führen zu dynamischen Relativbewegungen der trägen Masse
47 und somit zu Auslenkungen des Piezoelementes 45. Die dabei entstehenden
Spannungssignale des Piezoelementes 45 werden über eine in dem Gehäuse 46 integrierte
Impedanzwandler- und Vorverstärker-Einheit 49 abgenommen. Das elektrische Sensoraus
gangssignal wird über hermetisch dichte Signaldurchführungen 50 und eine Implantatsensorleitung
51 zu dem Elektronikmodul 18 beziehungsweise 28 des entsprechenden
Implantatsystems geführt. Die energetische Versorgung der Impedanzwandler- und
Vorverstärker-Einheit 49 kann bei einer zweipoligen Sensorleitung 51 über eine Phantom
speisung erfolgen. Zum Befestigen, beispielsweise Anschrauben, des Körperschallsensors 15
ist das Gehäuse 46 mit einem abstehenden Flansch 52 versehen.
Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau eines vollständig implantierbaren Hörsystems mit einer
einkanaligen elektromechanischen Stimulation des geschädigten Innenohres durch
Vibrationsanregung des Mittelohres, wobei als ausgangsseitiger Aktor (20 in den Fig. 1
bis 3) ein beispielsweise an den Amboss 54 über eine Koppelstange 55 angekoppelter
elektromechanischer Wandler 60 vorgesehen ist. Bei dem Wandler 60 kann es sich generell
um einen beliebigen elektromagnetischen, elektrodynamischen, piezoelektrischen, magneto
striktiven oder dielektrischen (kapazitiven) Wandler handeln. Geeignet ist insbesondere ein
piezoelektrisches Wandlersystem der aus US-A-5-277-694 bekannten Art. Ein solcher
bevorzugter Wandler weist ein mit Inertgas gefülltes biokompatibles, zylindrisches Gehäuse
aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Titan, auf, in dem eine schwingungsfähige,
elektrisch leitende, vorzugsweise kreisrunde Membran an ihrem Außenrand fest eingespannt
ist. Mit der einen Seite der Membran steht eine dünne Scheibe aus piezoelektrischem
Material, zum Beispiel Blei-Zirkonat-Titanat, in elektrisch leitender Verbindung. Auf der von
der Membran abgewendeten Seite ist die Piezoscheibe mit einem dünnen, flexiblen Draht
kontaktiert, der über eine hermetische Gehäusedurchführung mit einer Wandlerleitung 56
verbunden ist. Das Anlegen einer elektrischen Spannung an den Wandler 60 bewirkt ein
Durchbiegen des Hetero-Verbundes aus Membran und Piezoscheibe. Ein ausgangsseitiger
elektromechanischer Wandler 60 dieser Art hat typischerweise eine relativ hohe mechanische
Ausgangsimpedanz, die vorzugsweise höher ist als die mechanische Lastimpedanz der im
implantierten Zustand an den Wandler angekoppelten biologischen Mittel- und/oder
Innenohrstruktur.
Der in Fig. 5 nur schematisch dargestellte Wandler 60 kann auch in der in US-A-
6 123 660 erläuterten Weise dahingehend modifiziert sein, dass an der von der Membran
abgewendeten Seite der Piezoscheibe ein Permanentmagnet angebracht ist, der nach Art
eines elektromagnetischen Wandlers mit einer Elektromagnetspule zusammenwirkt. Ein
solcher kombinierter piezoelektrischer/elektromagnetischer Wandler ist besonders im
Hinblick auf ein breites Frequenzband und auf die Erzielung relativ großer Schwin
gungsamplituden mit verhältnismäßig kleiner zugeführter Energie von Vorteil. Ein
vorliegend als Aktor 20 geeigneter elektromechanischer Wandler ist in US-A-6 162 169
beschrieben.
Zum Ankoppeln des elektromechanischen Wandlers 60 an das Mittel- oder Innenohr
eignen sich besonders Koppelanordnungen gemäß US-A-5 941 814, bei denen ein
Koppelelement außer einem Ankoppelteil für den betreffenden Ankoppelort eine Crimp
hülse aufweist, die zunächst lose auf einen mit rauher Oberfläche versehenen stabförmi
gen Teil der mit dem Wandler verbundenen Koppelstange 55 aufgeschoben ist. Beim
Implantieren kann die Crimphülse gegenüber der Koppelstange einfach verschoben und
gedreht werden, um das Ankoppelteil des Koppelelementes mit dem beabsichtigten
Ankoppelort exakt auszurichten. Dann wird die Crimphülse fixiert, indem sie mittels
eines Crimpwerkzeuges plastisch kaltverformt wird. Alternativ kann das Koppelelement
mit Bezug auf die Koppelstange auch mittels einer zuziehbaren Bandschlaufe festgelegt
werden.
Weitere vorliegend bevorzugt verwendbare Koppelanordnungen sind im einzelnen in
DE-A-199 23 403, DE-A-199 35 029, DE-C-199 31 788, DE-A-199 48 336 und DE-A-
199 48 375 beschrieben. So kann gemäß DE-A-199 23 403 ein Koppelelement an
seinem Ankoppelende eine Kontaktfläche aufweisen, die eine an die Oberflächenform
der Ankoppelstelle anpassbare oder angepasste Oberflächenform sowie eine solche
Oberflächenbeschaffenheit und Oberflächengröße aufweist, dass es durch Anlegen des
Ankoppelendes an die Ankoppelstelle zu einer dynamischen Zug-Druck-Kraftkopplung
von Koppelelement und Ossikelkette durch Oberflächenadhäsion kommt, die für eine
sichere gegenseitige Verbindung von Koppelelement und Ossikelkette ausreicht. Das
Koppelelement kann mit einem im implantierten Zustand an der Ankoppelstelle anlie
genden Dämpfungsglied mit entropieelastischen Eigenschaften versehen sein, um eine
optimale Schwingungsform der Steigbügelfußplatte oder einer das runde Fenster oder
ein artifizielles Fenster in der Cochlea, im Vestibulum oder im Labyrinth abschließenden
Membran zu erreichen und das Risiko einer Beschädigung der natürlichen Strukturen im
Bereich der Ankoppelstelle während und nach der Implantation besonders gering zu
halten (DE-A-199 35 029).
Das Koppelelement kann entsprechend DE-C-199 31 788 mit einer Stellvorrichtung
zum wahlweisen Verstellen des Koppelelements zwischen einer Ofenstellung, in
welcher das Koppelelement in und außer Eingriff mit der Ankoppelstelle bringbar ist,
und einer Schließstellung versehen sein, in welcher das Koppelelement im implantierten
Zustand mit der Ankoppelstelle in Kraft- und/oder Formschlussverbindung steht.
Zum mechanischen Ankoppeln des elektromechanischen Wandlers 60 an eine vorge
wählte Ankoppelstelle an der Ossikelkette eignet sich ferner eine Koppelanordnung
(DE-A-199 48 336), die zusätzlich zu der von dem Wandler in mechanische Schwin
gungen versetzbaren Koppelstange 55 ein mit der vorgewählten Ankoppelstelle in Ver
bindung bringbares Koppelelement aufweist, wobei die Koppelstange und das Koppel
element über wenigstens eine Kupplung miteinander verbunden sind und zumindest ein
im implantierten Zustand an der Ankoppelstelle anliegender Abschnitt des Koppel
elements zur verlustarmen Schwingungseinleitung in die Ankoppelstelle ausgelegt ist,
wobei eine erste Kupplungshälfte der Kupplung eine Außenkontur mit mindestens nähe
rungsweise der Gestalt einer Kugelkalotte aufweist, die in einer zur Außenkontur
wenigstens teilweise komplementären Innenkontur einer zweiten Kupplungshälfte
aufnehmbar ist, und wobei die Kupplung gegen Reibkräfte reversibel verschwenk-
und/oder drehbar, jedoch bei im implantierten Zustand auftretenden dynamischen Kräf
ten im Wesentlichen starr ist. Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform einer
solchen Koppelanordnung (DE-A-199 48 375) hat eine erste Kupplungshälfte der
Kupplung eine Außenkontur mit mindestens näherungsweise zylindrischer, vorzugsweise
kreiszylindrischer, Gestalt, die in einer zur Außenkontur wenigstens teilweise komple
mentären Innenkontur einer zweiten Kupplungshälfte aufnehmbar ist, wobei ein im
implantierten Zustand an der Ankoppelstelle anliegender Abschnitt des Koppelelements
zur verlustarmen Schwingungseinleitung in die Ankoppelstelle ausgelegt ist, wobei im
implantierten Zustand eine Übertragung von dynamischen Kräften zwischen den beiden
Kupplungshälften der Kupplung im Wesentlichen in Richtung der Längsachse der ersten
Kupplungshälfte erfolgt, und wobei die Kupplung reversibel an- und abkuppelbar sowie
reversibel linear und/oder rotatorisch mit Bezug auf eine Längsachse der ersten Kupp
lungshälfte verstellbar, jedoch bei im implantierten Zustand auftretenden dynamischen
Kräften starr ist.
Zu dem in Fig. 5 dargestellten vollständig implantierbaren Hörsystem gehören ferner ein
subkutan in der hinteren Gehörgangswand implantierbarer Luftschallsensor (Mikrofon) 14
zur Luftschallaufnahme, ein separat von dem Elektronikmodul 18 oder 28 im knöchernen
Bereich des Mastoids implantierbarer Körperschallsensor 15 beispielsweise der in Fig. 4
veranschaulichten Art, eine drahtlose Fernbedienung 62 zur Steuerung der Implantat
funktionen durch den Implantatträger, sowie - bei Vorhandensein einer implantatinternen
sekundären Batterie 42 - ein transkutanes Ladesystem mit einem Ladegerät 63 und einer
Ladespule 64 zum Nachladen der der Energieversorgung des Hörsystems dienenden
Batterie 42 (Fig. 3).
Das Luftschallsensor 14 kann vorteilhaft in der aus EP-A-0 831 673 bekannten Weise
aufgebaut und mit einer Mikrofonkapsel, die in einem Gehäuse allseitig hermetisch dicht
untergebracht ist, sowie mit einer elektrischen Durchführungsanordnung zum Durchfüh
ren mindestens eines elektrischen Anschlusses von dem Innenraum des Gehäuses zu des
sen Außenseite versehen sein, wobei das Gehäuse mindestens zwei Schenkel aufweist,
die in einem Winkel mit Bezug aufeinander ausgerichtet sind, wobei der eine Schenkel
die Mikrofonkapsel aufnimmt und mit einer Schalleintrittsmembran versehen ist, wobei
der andere Schenkel die elektrische Durchführungsanordnung enthält und gegenüber der
Ebene der Schalleintrittsmembran zurückversetzt ist, und wobei die Geometrie des
Mikrofongehäuses so gewählt ist, dass bei Implantation des Mikrofons in der Mastoid
höhle der die Schalleintrittsmembran enthaltende Schenkel vom Mastoid aus in eine arti
fizielle Bohrung in der hinteren, knöchernen Gehörgangswand hineinragt und die
Schalleintrittsmembran die Haut der Gehörgangswand berührt. Zur Festlegung des
implantierten Luftschallsensors 14 kann zweckmäßig ein Fixationselement der aus
US-A-S 999 632 bekannten Art vorgesehen sein, das eine Manschette aufweist, die mit
einem zylindrischen Gehäuseteil den die Schalleintrittsmembran enthaltenden Schenkel
umschließt und mit gegen die der Gehörgangshaut zugewendete Seite der Gehörgangs
wand anlegbaren, vorspringenden, elastischen Flanschteile versehen ist. Dabei beinhaltet
das Fixationselement vorzugsweise eine Halterung, welche die genannten Flanschteile
vor der Implantation entgegen einer elastischen Rückstellkraft der Flanschteile in einer
das Durchstecken durch die Bohrung der Gehörgangswand erlaubenden umgebogenen
Stellung hält.
Die an den Ausgang des Ladegerätes 63 angeschlossene Ladespule 64 bildet vorzugs
weise in der aus US-A-5 279 292 bekannten Art Teil eines Sende-Serienresonanzkrei
ses, der mit einem nicht veranschaulichten Empfangs-Serienresonanzkreis induktiv
gekoppelt werden kann. Der Empfangs-Serienresonanzkreis kann Teil des implantier
baren Elektronikmoduls 18 beziehungsweise 28 (Fig. 1 und 2) sein und entsprechend
US-A-5 279 292 eine Konstantstromquelle für die Batterie 42 (Fig. 3) bilden. Dabei
liegt der Empfangs-Serienresonanzkreis in einem Batterie-Ladestromkreis, der in
Abhängigkeit von der jeweiligen Phase des in dem Ladestromkreis fließenden Ladestro
mes über den einen oder den anderen Zweig einer Vollweg-Gleichrichterbrücke
geschlossen wird.
Das Elektronikmodul 18 beziehungsweise 28 ist bei der Anordnung nach Fig. 5 über
eine Mikrofonleitung 65 an den Luftschallsensor 14 angeschlossen. Der Körperschallsen
sor 15 kann an das Elektronikmodul 18 beziehungsweise 28 über eine in Fig. 4 bei 66 ange
deutete lösbare Steckverbindung angeschlossen sein.
Das Hörsystem gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von dem der Fig. 5 dadurch, dass der
Körperschallsensor 15 in das Elektronikmodul 18 beziehungsweise 28 integriert ist und
Körperschallschwingungen über die mechanische Kopplung des Elektronikmodulgehäuses
zum Schädel empfängt. Hierfür ist der beispielsweise entsprechend Fig. 4 ausgebildete
interne Körperschallsensor 15 in mechanischer Kopplung zu dem Gehäuse des Elektronik
moduls vorzusehen.
Bei dem in Fig. 7 veranschaulichten Hörsystem ist abweichend von den Anordnungen gemäß
den Fig. 5 und 6 der Körperschallsensor 15 in das Gehäuse des in der hinteren
Gehörgangswand implantierbaren Luftschallsensors 14 integriert. Hierfür ist der Körper
schallsensor 15 in mechanischer Kopplung zu dem Mikrofongehäuse vorzusehen. Der
Körperschallsensor 15 kann auch bei diesem Beispiel entsprechend Fig. 4 ausgebildet sein. Er
wird über die Mikrofonleitung 65 angeschlossen. Bei gemeinsamen Massepotential beider
Sensoren 14, 15 und energetischer Phantomspeisung ist hierbei nur eine dritte elektrische
Ader in der Leitung 65 notwendig.
Das Hörsystem gemäß Fig. 8 ist als implantierbares Cochlea-Implantat ausgebildet. Es
unterscheidet sich von dem Hörsystem der Fig. 6 dadurch, dass entsprechend US-A-
5 814 095 als ausgangsseitiger Aktor (20 in den Fig. 1 bis 3) ein über eine Leitung 71 an
das Elektronikmodul 18 beziehungsweise 28 angeschlossenes intracochleäres Elektroden
array 70 für eine mehrkanalige elektrische Reizung des Innenohres vorgesehen ist.
Das in Fig. 9 dargestellte Hörsystem weist als ausgangsseitige Aktoren das für eine
mehrkanalige elektrische Reizung des Innenohres sorgende intracochleäre Elektrodenarray
70 der Fig. 8 in Kombination mit dem eine einkanalige elektromechanische Stimulation des
geschädigten Innenohres bewirkenden elektromechanischen Wandler 60 der Fig. 5 bis 7
auf. Eine solche kombinierte Stimulation ist in der älteren DE-Patentanmeldung
100 18 334.4 näher erläutert.
Das Hörsystem gemäß Fig. 10 unterscheidet sich von dem der Fig. 6 dadurch, dass als
ausgangsseitiger Aktor (20 in den Fig. 1 bis 3) ein extra- oder intracochleäres
Wandlerarray 80 mit mindestens zwei voneinander unabhängigen und örtlich getrennt
angeordneten elektromechanischen Wandlern 81 vorgesehen ist, die in der Cochlea eine
mehrkanalige mechanische Reizung bewirken. Dabei erfolgt mittels des Elektronikmoduls 18
beziehungsweise 28 die Ansteuerung der Wandler 81 des Wandlerarrays 80 vorzugsweise
so, dass örtlich begrenzte Bereiche der Cochlea unter Ausbildung von Wanderwellen auf der
Basilarmembran mechanisch stimuliert werden und dabei näherungsweise ein "gesunder"
natürlicher cochleärer Verstärker simuliert wird, wie dies in der älteren DE-Patentanmeldung
100 18 361.1 beschrieben ist.
Bei dem in Fig. 11 veranschaulichten Hörsystem ist als ausgangsseitiger Aktor (20 in den
Fig. 1 bis 3) ein intracochleäres Array 90 mit einer Folge von elektromechanischen
Wandlern 91 und Reizelektroden 92 zur mehrkanaligen kombinierten elektromechanischen
und elektrischen Reizung des Innenohres vorgesehen. Einzelheiten einer solchen aktorischen
Anordnung sind in der älteren DE-Patentanmeldung 100 18 360.3 erläutert.
Es versteht sich, dass bei den Hörsystemen der Fig. 8 bis 11 der Körperschallsensor 15
auch in der anhand der Fig. 5 und 7 beschriebenen Weise separat angeordnet (Fig. 5)
oder zusammen mit dem Luftschallsensor 14 in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
(Fig. 7) werden kann. Wird bei dem Hörsystem der Fig. 5 das Elektronikmodul 18
beziehungsweise 28 aus einer primären Batterie gespeist, entfällt das Ladesystem mit
Ladegerät 63 und Ladespule 64. Umgekehrt kann ein solches Ladesystem auch bei den
Hörsystemen der Fig. 6 bis 11 vorgesehen sein, wenn dort die Energieversorgung des
Implantats mittels einer sekundären Batterie erfolgt. Des weiteren versteht es sich, dass für
eine Steuerung mittels der nur in Fig. 5 gezeigten drahtlosen Fernbedienung 62 auch im Falle
der Hörsysteme der Fig. 6 bis 11 gesorgt sein kann.
Alle vorliegend beschriebenen Hörsysteme können ferner als binaurales System zur Rehabi
litation einer Hörstörung beider Ohren ausgelegt und dementsprechend mit zwei Systemein
heiten versehen sein, die jeweils einem der beiden Ohren zugeordnet sind. Ein solches binau
rales Hörsystem ist in Fig. 12 dargestellt Dabei können, wie zum Beispiel in der vorste
hend genannten älteren DE-Patentanmeldung 100 18 361.1 näher erläutert ist, die beiden
Systemeinheiten einander im wesentlichen gleich sein. Es kann aber auch die eine Sys
temeinheit als Master-Einheit und die andere Systemeinheit als von der Master-Einheit
gesteuerte Slave-Einheit ausgelegt sein. Die Signalverarbeitungsmodule der beiden Sys
temeinheiten können auf beliebige Weise, insbesondere über eine drahtgebundene
implantierbare Leitungsverbindung oder über eine drahtlose Verbindung, vorzugsweise
eine bidirektionale Hochfrequenzstrecke, eine körperschallgekoppelte Ultraschallstrecke
oder eine die elektrische Leitfähigkeit des Gewebes des Implantatträgers ausnutzende
Datenübertragungsstrecke, so miteinander kommunizieren, dass in beiden Systemein
heiten eine optimierte binaurale Signalverarbeitung und Ansteuerung der Aktoren 20, 20'
(im Ausführungsbeispiel der Fig. 12 in Form der elektromechanischen Wandler 60) erreicht
wird.
Claims (42)
1. Vollständig implantierbares Hörsystem zur Rehabilitation von Hörstörungen mit
mindestens einem Sensor, der mindestens Luftschall aufnimmt und in elektrische
Signale umwandelt, einem Elektronikmodul mit einer elektronischen Anordnung zur
Audiosignalverarbeitung und -verstärkung, mit einer ausgangsseitigen aktorischen
Anordnung zum Stimulieren des Mittel- oder Innenohres sowie mit einer elektrischen
Energieversorgungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das Hörsystem
mindestens einen weiteren implantierbaren Sensor (15, 15') aufweist, der mindestens
körperschallinduzierte Signale aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt, und
dass durch elektronisches Verrechnen der Luftschallsensorsignale und der Körper
schallsensorsignale in der elektronischen Anordnung das Verhältnis von Luft- und
Körperschallsignalen individuell einstellbar ist.
2. Hörsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Körperschallsensor (15, 15') nach dem elektromagnetischen, elektrodynamischen,
piezoelektrischen, magnetostriktiven oder dielektrischen (kapazitiven) Wandler
prinzip arbeitet.
3. Hörsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Körperschallsensor (15, 15') als On-Chip-Halbleiterwandler ausgebildet ist.
4. Hörsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Körperschallsensor (15, 15') einen mechano-elektrischen Wandler (45) aufweist, der
an eine in einem Sensorgehäuse (46) schwingfähig aufgehängte träge Masse (47)
angekoppelt ist
5. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Übertragungsbereich des mindestens einen Körperschallsensors (15, 15')
zwischen 100 Hz bis 10 kHz liegt.
6. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Körperschallsensor (15, 15') so abgestimmt ist, dass seine
erste mechanische Resonanzfrequenz am oberen spektralen Ende des
Übertragungsfrequenzbereiches liegt.
7. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Körperschallsensor (15, 15') hermetisch dicht aufgebaut ist.
8. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Körperschallsensor (15, 15') separat von dem Elektronik
modul (18, 28) implantierbar ist.
9. Hörsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Körperschallsensor (15, 15') an das Elektronikmodul (18, 28) mittels einer lösbaren
Steckverbindung (66) angeschlossen ist.
10. Hörsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Körperschallsensor (15, 15') in das Elektronikmodul (18, 28) des Implantatsystems
integriert ist.
11. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verhältnis von Luft- und Körperschallsignalen über eine drahtlose Teleme
trieeinrichtung einstellbar ist, mittels deren Daten zwischen einer externen Einheit
und dem Implantat übertragbar sind.
12. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass es als binaurales System zur Rehabilitation einer Hörstörung beider Ohren
ausgelegt ist, das zwei Systemeinheiten aufweist, die jeweils einem der beiden
Ohren zugeordnet sind, wobei mindestens eine der beiden Systemeinheiten mit
einem Körperschallsensor (15, 15') versehen ist.
13. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Luftschallsensor (14, 14') so ausgelegt und implantierbar ist,
dass er eine Mischung von Luft- und Körperschall aufnimmt und in entsprechende
elektrische Signale umwandelt.
14. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Körperschallsensor (15, 15') so ausgelegt und implantierbar
ist, dass er im wesentlichen nur Körperschallsignale aufnimmt und in entsprechende
elektrische Signale umwandelt.
15. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Amplituden- und Phasenbeziehungen zwischen den Luftschall- und
Körperschallsensorsignalen einstellbar oder programmierbar sind.
16. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
Einheiten (16, 17, 19) zum analogen Vorverstärken und zum analogen elektronischen
Weiterverarbeiten der Luftschall- und Körperschallsensorsignale.
17. Hörsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch Einheiten (30,
31) zum Vorverstärken und zum Analog-Digital-Wandeln der Luftschall- und
Körperschallsensorsignale.
18. Hörsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische
Anordnung einen digitalen Signalprozessor (29) zum Weiterverarbeiten der digitalen
Signale und/oder zum Generieren von digitalen Signalen für eine Tinnitus
maskierung aufweist.
19. Hörsystem nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine zwischen den
Signalprozessor (29) und die ausgangsseitige aktorische Anordnung (20, 20')
geschaltete Digital-Analog-Wandlereinheit (32, 32') zum Digital-Analog-Wandeln der
von dem Signalprozessor abgegebenen Ansteuersignale für die ausgangsseitige
aktorische Anordnung.
20. Hörsystem nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine vorzugsweise
PC-basierte Telemetrieeinrichtung (39) zur drahtlosen Übertragung von Daten
zwischen der externen Einheit (41), insbesondere einem externen Programmiersystem,
und dem Signalprozessor (29).
21. Hörsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Signalprozessor
(29) eine wiederholt beschreibbare, implantierbare Speicheranordnung (S1, S2)
zur Aufnahme und Wiedergabe eines Betriebsprogramms zugeordnet ist und
mindestens Teile des Betriebsprogramms durch von der externen Einheit (41)
über die Telemetrieeinrichtung (39) übermittelte Daten geändert oder
ausgetauscht werden können.
22. Hörsystem nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch eine Zwischenspei
cheranordnung (S4, S5) zum Zwischenspeichern von von der externen Einheit (41)
über die Telemetrieeinrichtung (39) übermittelten Daten vor dem Weiterleiten an
den Signalprozessor (29).
23. Hörsystem nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Überprüfungslogik (36)
zum Überprüfen von in der Zwischenspeicheranordnung (S4, S5) gespeicherten
Daten vor dem Weiterleiten an den Signalprozessor (29).
24. Hörsystem nach einem der Ansprüche 18 bis 23, gekennzeichnet durch einen
Mikroprozessorbaustein (36), insbesondere einen Microcontroller, zum implan
tatinternen Steuern der Analog-Digital-Wandlereinheit (30, 30') und/oder der Digi
tal-Analog-Wandlereinheit (32, 32') und/oder des Signalprozessors (29) über einen
Datenbus (37).
25. Hörsystem nach den Ansprüchen 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, dass die
Überprüfungslogik und die Zwischenspeicheranordnung (S4, S5) in dem Mikro
prozessorbaustein (36) implementiert sind.
26. Hörsystem nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass über den
Datenbus (37) und die Telemetrieeinrichtung (39) auch Programmteile oder ganze
Softwaremodule zwischen der Außenwelt, dem Mikroprozessorbaustein (36) und
dem Signalprozessor (29) übermittelbar sind.
27. Hörsystem nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass
dem Mikroprozessorbaustein (36) eine implantierbare Speicheranordnung (S3)
zum Speichern eines Arbeitsprogramms für den Mikroprozessorbaustein zugeord
net ist, und mindestens Teile des Arbeitsprogramms für den Mikroprozessorbau
stein durch von der externen Einheit (41) über die Telemetrieeinrichtung (39)
übermittelte Daten geändert oder ausgetauscht werden können.
28. Hörsystem nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei Speicherbereiche (S1, S2) zur Aufnahme und Wiedergabe min
destens des Betriebsprogramms des Signalprozessors (29) vorgesehen sind.
29. Hörsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zwischenspeicheranordnung mindestens zwei Speicherbereiche (S4, S5) zur Auf
nahme und Wiedergabe von von der externen Einheit (41) über die Telemetrieein
richtung (39) übermittelten Daten aufweist.
30. Hörsystem nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass
dem Signalprozessor (29) ferner ein vorprogrammierter, nicht überschreibbarer
Festspeicherbereich (S0) zugeordnet ist.
31. Hörsystem nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die
Telemetrieeinrichtung (39) zur Übermittlung auch von Betriebsparametern zwi
schen dem implantierbaren Teil des Systems und der externen Einheit (41) ausge
legt ist.
32. Hörsystem nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch
gekennzeichnet, dass in dem Signalprozessor (29) Softwaremodule zum
individuellen Einstellen oder Programmieren der Amplituden- und Phasenbeziehungen
zwischen den Luftschall- und Körperschallsensorsignalen implementiert sind.
33. Hörsystem nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass in
dem Signalprozessor (29) Softwaremodule zum Konfigurieren der spektralen,
zeitlichen, amplituden- und phasenbezogenen Eigenschaften der Signale der
ausgangsseitigen aktorischen Anordnung (20, 20') implementiert sind.
34. Hörsystem nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass in
dem Signalprozessor (29) Softwaremodule implementiert sind, die parallel zum
Hörgerätebetrieb die Maskierung eines Tinnitus ermöglichen.
35. Hörsystem nach einem der Ansprüche 18 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass in
dem Signalprozessor (29) ein Softwaremodul zum Approximieren einer optimalen
Stimulation auf der Basis eines lernfähigen neuronalen Netzwerkes implementiert ist.
36. Hörsystem nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die
Softwaremodule aufgrund wissenschaftlicher Erkenntnisse einmalig in einem
Programmspeicher (S1, S2) des digitalen Signalprozessors (29) abgelegt sind und
unverändert bleiben.
37. Hörsystem nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die
Softwaremodule dynamisch (lernfähig) ausgelegt sind.
38. Hörsystem nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Softwaremodule
für eine Parameteranpassung durch "Training" durch den Implantatträger
und/oder unter Zuhilfenahme weiterer externer Hilfsmittel adaptiv ausgelegt sind.
39. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die ausgangsseitige aktorische Anordnung (20, 20') mindestens einen
elektromechanischen Wandler (60, 81, 91) zum mechanischen Stimulieren des Mittel-
oder Innenohres aufweist.
40. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die ausgangsseitige aktorische Anordnung (20, 20') intracochleäre
Reizelektroden (70, 92) zum Stimulieren des Innenohres durch elektrische Reizung
aufweist.
41. Hörsystem nach Ansprüchen 39 und 40, dadurch gekennzeichnet, dass die
ausgangsseitige aktorische Anordnung (20, 20') aus einer Kombination von einem
oder mehreren elektromechanischen Wandlern (60, 81, 91) und intracochleären
Reizelektroden (70, 92) besteht.
42. Hörsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein
implantatseitig vorgesehenes sekundäres elektrisches Speicherelement (42) und eine
externe Ladevorrichtung (63, 64) zum drahtlosen, transkutanen Nachladen dieses
Speicherelements.
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