JPH0336538B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 話しの信号に応じて所定の振巾と周波数の縦
属特性を有する周波数帯信号を発生しそして送信
する手段、 前記の周波数帯信号を受ける受信器、 蝸牛の外側近くに配置した複数の電極、そして 前記の受信信号と前記の複数の電極とを接続す
る相互接続手段を備え、それにより前記の電極が
前記の周波数帯信号に応答しそしてスピーチ信号
に応答して蝸牛を刺激するための電界をつくる長
期にわたり聴覚を刺激するためのシステム。

２ 前記の複数の電極は活性電極と接地電極とを
含む請求の範囲第１項に記載のシステム。

３ 蝸牛の基部で蝸牛窓に近接して前記の活性電
極を配置した請求の範囲第２項に記載のシステ
ム。

４ 前記の活性電極と接地電極とは円板状である
請求の範囲第２項の記載のシステム。

５ 前記の接地電極は前記の活性電極よりも大き
い請求の範囲第２項に記載のシステム。

６ 前記の送信手段がシングルチヤンネル振巾変
調送信器である請求の範囲第１項に記載のシステ
ム。

７ 前記の受信器が受動のシングルチヤンネル振
巾変調受信器である請求の範囲第６項に記載のシ
ステム。

８ 前記の送信手段が、話しの周波数の全域を実
質的に含む音波を受けそしてこの音波に対応する
電気信号をつくるためのピツクアツプ手段、この
ピツクアツプ手段に結合されて前記の電気信号を
受けそして前記の電気信号を所定の周波数と振巾
の縦属特性を有する変調信号に変えるスピーチプ
ロセツシング手段、前記の変調信号を受けるよう
に結合されていて前記の変調信号に従つて変調さ
れる無線周波搬送波信号をつくる送信器手段、お
よびこの送信器手段からの出力を前記の受信手段
へ誘導結合するための手段を含む請求の範囲第１
項に記載のシステム。

９ 前記の受信器手段を患者内の所定位置に皮下
埋込みし、そして前記の受信器手段は前記の変調
された搬送波信号から前記の変調信号を回収する
ための復調手段を含んでいる請求の範囲第８項に
記載のシステム。

１０ 前記の相互接続手段が組織と両立する絶縁
被覆ワイヤーを備えている請求の範囲第１項又は
第９項に記載のシステム。

１１ 前記の絶縁被覆ワイヤーがスプリングのよ
うな性格をもつていて、それにより一方の電極を
蝸牛の基部に押しつけるようにした請求の範囲第
１０項に記載のシステム。

１２ 前記の周波数帯信号が50Hzから3.5KHzの
周波数レンジを含む請求の範囲第１項に記載のシ
ステム。

明細書 本発明は一般には、耳の聞こえない人々の聴取
を容易にする神経と筋肉の刺激のための装置に係
るものであり、そして更に特定すれば電気信号を
使つて刺激するための方法と手段とに係るもので
ある。

皮下に埋込む聴取装置の使用が知られている。
米国特許第3209081号は乳様突起の骨に埋込む装
置を開示している。この受信器は、音波を内耳へ
伝える骨と直接接触している。

更に近年では、電気パルスを使つて聴覚神経を
刺激する埋込み装具が開示されている。米国特許
第3449768号は視覚又は聴覚刺激を容易にする電
界をつくるための符号化したパルス列の使用を開
示している。米国特許第3752929号は蝸牛に埋込
むための一対の長い導線を含む電極の使用を開示
している。

シンドラー等の「多電極内耳蝸牛埋込み」｛ア
ーチオートラリンゴル（Arch Otolaryngol）103
巻、1977年12月｝は猫の蝸牛神経の空間的刺激の
利用を開示している。クラークとホールワースの
「蝸牛埋込み用多電極アレー」｛ジヤーナルラリン
ゴル、オトール（J.Laryngol、Otol）90／７、
1976｝は、聴覚神経を刺激するため蝸牛の長さに
沿つて配置した複数の長い平担な電極を含むリボ
ンアレーを開示している。同様に、スタンフオー
ドプロテーゼグループは聴覚神経に直接配置して
細いワイヤーの束を使用した。

本出願人の米国特許第4284856号と1981年５月
26日に出願し現在出願係属中の米国出願第267405
号とにおいて開示されているマルチチヤンネル聴
覚刺激システムでは、蝸牛のスカラチンパニー
（scala tympani）に挿入する多電極装具を使用
することにより選択された蝸牛刺激を達成してい
る。多電極装具による蝸牛の選択刺激により患者
は種々の音色を感知し得る。

然し乍ら、多電極装具の必要な埋込みはかなり
の危険を伴ない、そして内耳の基本的な感覚ユニ
ツトである残存有毛細胞を破壊することは避けら
れない。従つて、この方法は耳の聞こえない子供
に推奨できない。更に、内耳の無感覚化が起きて
いる場合には蝸牛に装具を挿入できない。蝸牛神
経を電気的に刺激するため蝸牛の外に電極を配置
することが実験的な試験として提唱された。然し
乍ら、このような実験は患者に苦痛を与え、そし
て電極の刺激は500Hz以下の周波数に制限され、
これでは制限されたスピーチパターン要素だけが
含まれた。更に、試験は制限された時間中だけで
あつて、その後は電極は患者から取除かれた。

本発明の対象は長期にわたつて聴取能力を高め
るための改良された聴覚刺激システムである。

本発明の別の対称は、患者に容易に挿入できる
聴覚刺激システムである。

本発明の更に別の対称は、蝸牛に電極を物理的
に配置する必要なく蝸牛を刺激する方法である。

簡単にいえば、本発明による聴覚刺激システム
は人が携行できるシングルチヤンネル発振器とそ
の患者の皮下に埋込んだシングルチヤンネル受信
器とを備えている。受信器は蝸牛の基部近くに配
置された複数の電極を含む。

好ましい実施例においては一対の電極を使用
し、その活性電極は直径が1.5−２ミリメートル
程度の円板である。接地電極は活性電極と同じ
か、又はそれよりも大きく、そして活性電極から
２−10ミリメートル程度離して配置されている。
従つて、小さい電界が発生し、この電界は他の神
経繊維を刺激することなく蝸牛神経を刺激する。
これらの電極を相互に接続しているワイヤーは適
当な絶縁材料により被覆されていて皮膚の神経繊
維を刺激しないようにしている。蝸牛の基部の蝸
牛窓又は隆起骨上に活性電極を配置するのが好ま
しい。

動作に当つては、完全なスピーチパターンを与
えるに十分な巾の周波数帯域内の、そして患者に
苦痛や不快を与えるような高い周波数を含まない
電気信号により電極を付勢する。この周波数帯域
の電気信号は周波数帯域にわたつて連続してお
り、そして周波数成分に限定されてはいない。

本発明の対象と特徴とは添付図を参照しての以
下の詳細な説明と請求の範囲とから容易に明らか
となろう。

第１図は人の耳の生理学的様子と本発明の刺激
装置の配置とを示す縦断面図である。

第２図は信号プロセツサ、発信器そして埋込み
の受信器モジユールの形状を示している。

第３図は本発明による刺激装置のブロツク図で
ある。

第４図は第２図に示した送信器と受信器の回路
略図である。

第５図は送信器と受信器の組合せの別の形態の
回路略図である。

第１図を参照する。耳の外部構造と内部構造と
を示す縦断面図が示されている。本発明は、送信
器コイル１０へ振巾変調した搬送波信号を与える
外部送信器を備え、耳介１４へはさむようになつ
ているプラスチツクモールドの耳掛け部材１２に
送信器コイルを配置している。以下に更に詳細に
説明するが、送信器それ自体を患者が携行する又
は身につける容器に収容するのが便利であり、し
なやかなリード線が送信器モジユールの出力を耳
掛け部材上のコイル１０へ結合する。代替的に
は、よく知られている極小化技術を用いて、送信
器の電子装置を耳掛け部材１２に適合するように
パツケージすれば、送信器の出力を送信器のコイ
ル１０へ接続するリードワイヤーは極めて短かく
て済む。これについて、第１図には送信器モジユ
ール１６は耳掛け部材１２へ取付けられるものと
して示されている。側頭筋肉１８と頭蓋骨２０と
の間で外科手術により受信器モジユール２２を埋
込む。耳掛け部材１２とそれのコイルとは、耳掛
けが耳介１４に掛けられると送信器のコイル１０
が埋込んだ受信器モジユール２２の受信コイルと
軸上で横に揃うように設計されている。受信器モ
ジユール２２の出力と刺激しようとする組織との
間を結合している絶縁リードワイヤー２４の末端
に刺激先端電極２６と接地もしくは中性の電極２
８とがある。リードワイヤー２４は外部聴覚管を
形成している組織と頭蓋骨との間にあつて鼓膜を
貫通する必要を回避するのが好ましい。更に詳し
くいえば、外科的に埋込み設置することはアーチ
状に耳の後ろを切開することから始まる。骨膜を
持上げてから頭蓋骨にくぼみをつくり、そして全
体として円板状の受信器モジユールをくぼみに入
れてフイブリノゲングルーと縫い糸で骨へ固定す
る。受信器モジユールを電極面へ接続するリード
ワイヤー２４を外耳管まで通された管路内に配置
する。次に、鼓膜を前方へ押して、そしてみぞを
耳管の後壁に掘つて電極を保護する。鼓室岬角支
脚を掘り下げると、蝸牛窓又は隆起に近接するこ
とができる。刺激しようとする場所へ電極を配置
し取付けてから鼓膜を配置し直し、そして聴覚管
をカポネート（camponate）する。リードワイ
ヤー２４が中耳の窩胴に入り、そして活性電極２
６は蝸牛の基部近くで隆起骨３０又は蝸牛窓膜３
２のいずれかへ適当に取付けられる。

第２図に最もよく見られるように、活性電極２
６は絶縁リードワイヤー２４の端に形成された小
さなビーズ又は円板から成り、そしてそれの直径
は例えば1.5−2.0ミリメートルである。接地又は
中性電極２８は中耳内で、活性電極２６から約２
−10ミリメートル離して配置され、そして中性電
極２８は活性電極２６の２−３倍の面積であるの
が好ましい。このようにすると、活性電極の場所
での電流密度は中性電極の場所での数倍となつ
て、活性電極２６の接触点に刺激が集中するのを
保証することとなる。

第２図を参照する。本発明の装置は全体を３４
で示す外部ユニツトと全体を３６で示す埋込みユ
ニツトとから成るものとして示されている。この
外部ユニツトのハウジング３８は携帯者のポケツ
トに入れられており、そして孔４０があけられて
いるハウジング３８の部分にマイクロホン（図示
されていない）が収納されている。このようにし
ているので音波がマイクロホンに到達する。又、
ハウジング３８内には電池と送信器と、いずれ説
明する信号処理電子装置を収容する。LED４２
が電池の状態を示すために設けられている。更に
親指で操作する回転スイツチ／コントロール４４
を使用して外部ユニツトをオンしたり、オフした
りするし、そして所望ならば信号処理電子装置に
使用されている増巾器の利得のようなパラメータ
を変える。スピーチプロセツサユニツトの出力電
圧も変えられる。ハウジング３８の頂端に配置し
たジヤツク４６は標準プラグ４８をうけられるよ
うになつていて、送信器からの出力を耳掛け部材
１２に形成した送信コイル１０へ導線５０により
結合する。埋込み部材３６は、受信コイル２２が
入つている丸い薄膜状部分から成る。環状コイル
２２の中心開口には受信器の電子装置を構成する
電気部品が入つている。コイルと電気部品は、シ
ラステイツク、テフロン等のような適当な身体と
両立するプラスチツクに埋込まれ、そしてこの受
信器は流体密の容器に収容される。受信器の出力
は活性電極先端２６と接地もしくは中性電極２８
との間に生じる。埋込み部材の薄膜部分から電極
面へのびる導線は絶縁性で且つ生理両立性のシー
スに収容される。

活性電極２６に終るリードワイヤーの導体部分
はスプリング作用を呈する材料から形成され、そ
れにより埋込み中リードワイヤーは屈撓してボー
ル又は円板状の電極面２６は刺激しようとする身
体の部分、即ち、隆起もしくは蝸牛膜に積極的に
押しつけられる。又は、隆起刺激の場合小さい凹
みを隆起骨にあけて活性電極を入れ、そして適当
な接着剤を使つて電極をその位置に固定する。

第３−５図の実施例を参照して本発明の電気的
構成を考えてみる。第３図は電気的構成のブロツ
ク図である。マイクロホン５２が発生する電気出
力は破線５４で囲んで示しているスピーチプロセ
ツサ電子装置へ加えられる。スピーチプロセツサ
チヤンネルに含まれている利得調整式増巾器５６
の入力にはマイクロホン５２からの電気出力が加
えられ、そして利得調整式増巾器５６からの出力
はバンドパスフイルタ５８を通つていわゆるイソ
ラウドネス周波数調節回路６０へ加えられる。こ
のスピーチプロセツサ電子装置５４はダイナミツ
クレンジコンプレツシヨン回路６２をイソラウド
ネス周波数調節回路の前後いずれかに含んでい
る。

スピーチプロセツサ電子装置５４の構造と動作
とは1981年５月26日に出願した米国特許出願第
267405号に説明されている。

スピーチプロセツサ５４からの出力は振巾変調
送信器モジユール６４内の無線周波数発振器から
の出力を変調する。送信器からの変調出力は、送
信コイル６６とコンデンサ６８とに加えられ、こ
れらは同調回路７０として協働するように設計さ
れている。

埋込みユニツト３６は皮膚７２の右に示されて
いて、同調受信回路７６を形成する受信コイル２
２と並列コンデンサ７４を含む。同調受信回路か
らの出力はダイオード復調回路７８への入力とな
り、この回路７８は無線周波搬送波から変調包絡
線を取除く通常の動作で作動する。ダイオード復
調回路からの出力はリードワイヤー２４を介して
活性電極面と中性電極面とへ加えられる。

第４図は振巾変調送信器モジユール６４の回路
図である。この図では、マイクロホンピツク・ア
ツプ５２とそれへ接続されているスピーチプロセ
ツサモジユール５４とが抵抗８０を介して全体を
数字８６で示す変圧器の２次巻線８４の第１端子
８２へ接続されている。この変圧器の１次巻線は
無線周波発振器９０の出力に結合される。端子８
２と大地との間に無線周波減結合コンデンサ９２
を接続する。２次巻線８４の他方の端子はNPN
トランジスタ９４のベース電極へ直接接続され
る。トランジスタのエミツタコンタクトは接地さ
れ、そしてコレクタコンタクトは送信コイル６６
の中心タツプ端子９６へ結合される。コンデンサ
６８は全伝達コイル６６と並列に接続され、そし
てトランジスタ９４の直流バイアス電圧は端子１
００に加えられる。別の無線周波減結合コンデン
サ１０２はコイル１０とコンデンサ６８との共通
接続点と大地との間に接続される。

埋込まれた受信器モジユール３６は並列に接続
された受信コイル２２と同調コンデンサ７４とか
ら成る。受信器の復調部分は、受信コイル２２の
中心タツプ端子へアノードを接続しそして接続点
１０８へカソード電極を接続した半導体ダイオー
ド１０４を備える。抵抗１１０とコンデンサ１１
２とは接続点１０８とコイル２２の端子１１４と
の間で並列に接続されている。ブロツキングコン
デンサ１１６は接続点１０８と活性電極との間に
直列に配置される。接地もしくは中性電極は端子
１１４へ直結されている。

動作において、話しから引き出され、時間で変
る波である変調信号がスピーチプロセツサ５４の
出力に発生し、そして抵抗８０を介してトランジ
スタ変調器へ加えられ、それはトランジスタ９４
のベースへ結合された変圧器を介して発振器９０
からの無線周波搬送波を変調する。コンデンサ９
２とコンデンサ１０２とは無線周波信号を直流源
から減結合している。変調トランジスタ９４のコ
レクタは、コイル１０とコンデンサ６８とを含む
同調発振器回路のタツプへ接続されている。変圧
器のコイル１０は変調された搬送波信号を埋込ん
だ受信器コイル２２へ誘導結合し、このコイル２
２はコンデンサ７４と一緒になつて同調受信器回
路を構成している。受信信号は半導体ダイオード
１０４により復調され、コンデンサ１１２は無線
周波数を減結合しそして抵抗１１０は大地への直
流路を与えている。コンデンサ１１６は直流電流
が電極へ到達しないようにしている。

蝸牛の基部近くで、例えば蝸牛窓膜にもしくは
隆起に電極を配置することにより、患者が知覚し
そして理解する伝送された話しの振巾と周波数と
に応答する集中電界をつくるというのが重要なこ
とである。

第４図のスピーチプロセツサ５４からの変調信
号が、変圧器の２次巻線８４により出力トランジ
スタ９４のベースへ加えられる。ベース電極に変
調信号を加えることにより、出力トランジスタの
飽和が回避される。コレクタ変調を採用する場合
にはこの望ましくない飽和が生じることがある。
しかしながら、エミツタ電極に変調信号を加えれ
ば解決する。

外部スピーチプロセツサと送信器との組合せ
と、埋込み受信器との組合せの別の構成を第５図
に示す。ここでは、単一のスピーチプロセツサ回
路網５４と一組の刺激電極とが経皮刺激を行なう
ためのデユアル伝送チヤンネルとインターフエー
スしている。マイクロホンピツクアツプ５２の出
力はスピーチプロセツサ５４へ加わり、スピーチ
プロセツサは前述の米国特許出願第267405号に説
明されているように構成されている。スピーチプ
ロセツサ回路網５４からの変調信号は全体を１１
８で示した位相スプリターへ加えられ、そしてそ
こから振巾変調送信器１２０と１２２とへ加えら
れる。位相スプリターが含むNPNトランジスタ
１２４のコレクタ電極は抵抗１２６を介して電圧
源V_cへ接続され、そしてエミツタ電極は抵抗１
２８を介して大地へ接続される。

トランジスタ１２４のコレクタ電極から取出さ
れた信号は送信器１２０へ加えられ、トランジス
タ１２４のエミツタ電極に生じる信号は送信器１
２２へ加えられる。

送信器１２０の出力は、送信器コイル１３３と
並列コンデンサ１３５とから成る同調回路１３１
へ加えられ、送信器１２２の出力は送信器コイル
１３２と同調コンデンサ１３４とから成る同様の
同調回路１３０へ加えられる。患者の耳介の後ろ
の側頭筋肉へ下へ埋込んだ受信器モジユールは同
調回路１３６と１３８とを含み、同調回路１３６
は送信同調回路１３１と、同調回路１３８は送信
同調回路１３０とそれぞれ誘導結合している。同
調回路１３６は受信コイル１４０とそれに組合せ
た同調コンデンサ１４２とを含み、同調回路１３
８は受信コイル１４４とそれに組合された同調コ
ンデンサ１４６とを含む。受信コイル１４０の中
間端子へ半導体ダイオード１４８のアノード電極
を接続する。このダイオードのカソード電極は接
続点１５０へ結合される。反対極性のダイオード
１５２を接続点１５０と受信器コイル１４４の中
間端子との間に接続する。受信コイル１４０と１
４４の下方端子は一緒に接続点１５１に結合され
る。接続点１５０と１５１との間に接続されてい
るのは無線周波バイパスコンデンサ１５３と負荷
抵抗１５４との並列組合せである。接続点１５０
は直流ブロツキングコンデンサ１５５を介して活
性電極へ接続され、接続点１５１は接地もしくは
中性電極へ接続される。

第５図の構成は、シングルチヤンネルの２つの
電極を使用して一個所だけ（隆起もしくは蝸牛窓
膜）を刺激するのに使用する。然し乍ら、それは
プツシユプルの形態で動作する２つの伝送チヤン
ネルを使用している。このプツシユプルの構成を
使用することによる利点は、抵抗１５４を非常に
大きくすることができ（又はなくしてしまうこと
さえでき）、そのため埋込み部材へ伝えられる電
力のすべてが電極へ到達するということである
（勿論ダイオードの損失を無視してのことであ
る）。このため第４図のシングル伝送チヤンネル
に比して約４倍も入力電力を減少できる。

第５図の実施例は、それぞれが第４図のシング
ル伝送チヤンネルに本質的に等しい２つの伝送チ
ヤンネルから成り、協働して単一の受信チヤンネ
ルを駆動するものとして考えてもよい。電極イン
ピーダンスと比較して大きい値の抵抗１５４は、
２つの伝送チヤンネルの伝送特性に非対称性があ
ればそれから生じる直流電流の差を吸収する。そ
れの別の利点は、もし一方の伝送チヤンネルだけ
作動すると第４図の抵抗１１０と同じように抵抗
１５４が作動するということである。かくしてこ
の形態は、１つの伝送チヤンネルが喪失され、低
効率で作動する場合に別の伝送チヤンネルを提供
することにより信頼性を増大している。

第４，５図の実施例におけるように２つの同調
並列共振回路を使用するバンドパスフイルタを構
成する代りに、１つの直列同調回路と１つの並列
同調回路とを有するバンドパスフイルタを使用で
きることを当業者は認識することであろう。その
場合バンドパスフイルタの入力を電流駆動すべき
ではなく、電圧駆動してクリテイカルカツプリン
グの点で誘導電圧を最大とするようにする。直列
同調回路が送信器の一部分を形成する構造では出
力トランジスタが飽和状態で作動し、そしてコレ
クタ変調により変調するのが好ましい。直列同調
回路が受信電子装置の一部分を形成する場合には
送信器の並列同調回路が非飽和無線周波増巾器に
より駆動されるのが好ましい。

本発明が患者の認知能力を改善し、そして話を
理解できるようにするものであることは立証され
ている。電極の設置が蝸牛内への侵入を必要とし
ないので危険はなく、そして蝸牛の有毛細胞への
損傷は回避される。十分に大きなダイナミツクレ
ンジは約10KHzまでゞあることが判明した。刺激
強度の上限は、苦痛によつてではなくあまりにや
かましいと知覚することにより定められる。話し
の全パターンに対し広い周波数レンジ（例えば50
−3500Hz）を、患者に苦痛や他の有害な影響を生
じさせることなく、調整できる。

本発明の実施例を説明したけれども、この説明
は例示的なものであつて、本発明を限定するもの
ではない。本発明の思想の範囲内で当業者ならば
種々に変更することもあろう。