光耦合的中耳植入體聲學系統和方法

2023-06-05 10:44:51 2

專利名稱：光耦合的中耳植入體聲學系統和方法
技術領域：
本發明涉及聽力系統、裝置和方法。儘管具體地提及聽力輔助系統，但本發明的實施方式可用於許多其中用信號刺激耳朵的應用中。
背景技術：
人們喜歡傾聽。聽力允許人聽到並了解其他的人或事。自然聽力可包括使得使用者即使在背景噪聲存在下依然能聽到人說話的空間線索。人們也喜歡例如通過行動電話和遠處的人溝通。聽力裝置可和通訊系統一起使用從而幫助聽力受損的人們並幫助人們與遠處的人溝通。聽力受損的受試者需要助聽器從而和他們周圍的人們口頭通話。因為開放耳道式助聽器(open canal hearing aids)的舒適感增加以及外觀改進，因此其被證明在市場上獲得了成功。開放耳道式助聽器得以流行的另一個理由是耳道的阻塞(occlusion)降低。阻塞可導致可由阻斷耳道的大助聽器引起的不自然的、隧道樣聽覺效應。在至少一些情況中，當使用者說話時，他或她可注意到阻塞，且阻塞在說話期間導致不自然的聲音。然而，開放耳道式助聽器可能存在的一個問題是回授(feedback)。回授可能由將擴音器放置得太靠近揚聲器或者放大的聲音太響所引起。因此，回授可限制助聽器可提供的聲音放大程度。儘管回授可通過將擴音器放在耳道外來最小化，但這种放置可以導致所述裝置提供不自然的聲音(其缺乏自然聽覺中存在的空間位置信息信號)。在一些情況下，可通過使用刺激自然聽覺傳導通道的非聲學手段來減少回授，例如刺激鼓膜、聽小骨鏈的骨和/或耳蝸。輸出傳感器可放置在鼓膜、中耳中的聽小骨或耳蝸上來刺激聽覺通道。然而，可能需要外科手術將聽力裝置放置在聽小骨或耳蝸上，且這種外科手術可包括精密且複雜的動作以定位植入物，並在某種程度上是侵入性的，例如在至少一些情況下切骨和鑽骨。切骨和/或鑽骨可延遲癒合和恢復時間，以至於在至少一些情況下將至少一些現有裝置植入中耳中可能不是非常適合於至少一些患者。位於聽小骨或耳蝸上的至少一些現有植入物可在至少一些情況下導致阻塞，且聲音的失真在至少一些情況下是可感覺到的。—種有希望的方法是將磁體放置在鼓膜上並用遠離鼓膜定位的線圈驅動該磁體。所述磁體可以用線圈來電磁驅動以使其在聽覺傳導通道中運動，從而引起導致聽覺感受的神經衝動。通過使用流體和表面張力，永磁體可以耦合耳鼓膜，例如如美國專利No. 5，259，032和6，084，975中所描寫的。儘管該方法可以導致回授減少並顯示可行，但是仍然有著改善的空間。在至少一些情況下，定位在耳朵上的磁體可能對外部電磁場敏感，所述外部電磁場在至少一些情況下可導致可感覺到的噪音，例如嗡嗡叫的聲音。另一種有希望的方法是光耦合聽力裝置，這樣可以減少來自電磁幹擾的噪音。然而，在至少一些情況下，將光傳送到傳感器上的現有系統可導致光傳送信號中可感覺到的噪音和失真，以至於這些裝置的聲音質量在至少一些情況下較不理想。例如，至少一些光學系統可包含在至少一些情況下可能使信號失真並可能導致使用者可感覺到的失真的非線性。與本發明實施方式有關的工作也暗示光檢測器的振動可導致傳送信號的失真，例如，當振動影響從光源到光檢測器的光耦合時。而且，至少一些提議的光耦合器件已經固定到耳朵的振動結構上，這可能由於固定到耳朵的振動結構上的器件的質量而導致使用者可感覺到的阻塞。由於上述理由，需要提供至少減少，甚至避免了現有聽力裝置的至少一些上述限制的聽力系統。例如，需要提供舒適的聽力裝置，其提供帶有自然品質的聽覺，例如具有空間信息信號，且其使使用者在阻塞、失真和回授比現有裝置少的情況下聽到。
背景技術：
的詳述。與本申請有關的專利和公開包括3，585，416 ；3, 764，748 ；3, 882，285 ；5，142，186 ；5，554，096 ；5，624，376 ；5，795，287 ；5，800，336 ；5，825，122 ；5，857，958 ；5，859，916 ；5，888，187 ；5，897，486 ；5，913，815 ；5，949，895 ；6，005，955 ；6，068，590 ；6，093，144 ；6，139，488 ；6，174，278 ；6，190，305 ；6，208，445 ；6，217，508 ；6，222，302 ；6，241，767 ；6，422，991 ；6，475，134 ；6，519，376 ；6，620，110 ；6，626，822 ；6，676，592 ；6，728，024 ；6，735，318 ；6，900，926 ；6，920，340 ；7，072，475 ；7，095，981 ；7，239，069 ；7，289，639 ；D512, 979 ；2002/0086715 ；2003/0142841 ；2004/0234092 ；2005/0020873 ；2006/0107744 ； 2006/0233398 ； 2006/075175 ； 2007/0083078 ； 2007/0191673 ；2008/0021518 ；2008/0107292 ；共同擁有的 5，259，032 (代理人文案號 026166-000500US)；5，276，910(代理人文案號026166-000600UQ ；5，425，104(代理人文案號026166-000700US) ；5，804，109(代理人文案號 026166-000200US) ；6，084，975(代理人文案號 026166-000300US) ；6,554,761(代理人文案號 026166-001700US)；6，629，922(代理人文案號 026166-001600US)；美國公開 No. 2006/0023908(代理人文案號 026166-000100UQ ；2006/0189841 (代理人文案號 026166-000820US)；2006/0251278(代理人文案號 026166_000900UQ ；和 2007/0100197(代理人文案號026166-001100US).可能相關的非美國專利和公開包括EP1845919PCT公開No. WO03/063542 ；WO 2006/075175 ；美國公開No.。可能相關的期刊公開包括Ayatollahi等，「Design and Modeling of Micromachines Condenser MEMS Loudspeaker usingPermanent Magnet Neodymium-Iron-Boron(Nd-Fe-B)" , ISCE,Kuala Lampur,2006 ；Birch等， "Microengineered Systems for the Hearing Impaired " , IEE, London,1996 ；Cheng 等， "A silicon microspeaker for hearing instruments 「 ，J. Micromech.Microeng. ,14(2004)859-866 ；Yi 等，"Piezoelectric microspeaker with compressivenitride diaphragm" , IEEE, 2006,以及 Zhigang Wang 等，"Preliminary Assessmentof Remote Photoelectric Excitation of an Actuator for a Hearing Implant",IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference, Shanghai,China, September 1-4，2005。其他感興趣的公開包括Gennum GA3280 Preliminary DataSheet, 「 Voyager TDTM. Open Platform DSP System for Ultra Low Power AudioProcessing"禾口 National Semiconductor LM4673 Data Sheet, " LM4673 Filterless,2. 65W, Mono,Class D audio Power Amplifier" ；Puria, S.等，Middle ear morphometryfrom cadaveric temporal bone micro CT imaging, Invited Talk. MEMRO 2006, Zurich ；Puria, S.等，A gear in the middle ear ARO 2007， Baltimore, MD ；0' Connor, K.禾口Puria, S. " Middle ear cavity and ear canal pressure-driven stapes velocityresponses in human cadaveric temporal bones" J. Acoust. Soc. Am. 120(3) 1517-1528。發明簡述本發明涉及聽力系統、裝置和方法。儘管具體提及聽力輔助系統，本發明的實施方式可用於許多其中用信號將聲音傳送給使用者的應用中，例如蜂窩式通信和娛樂系統。本發明的實施方式可提供聽力改善，從而克服現有系統的至少一些上述限制。所述聽力裝置可包含可以以簡化外科手術的方式植入中耳的組件。所述組件可包含窄的橫截面輪廓，這樣所述組件可通過鼓膜中的切口定位在中耳腔中，例如不需要切割骨，例如通過骨鑽孔。所述切口可以閉合，這樣可以實質上減少恢復時間，且直到在外科手術後大約一天用植入裝置提供功能性聽覺和舒適感。在至少一些實施方式中，該個人能在外科手術後大約一天聽見並使用植入中耳中的裝置。電磁能可通過鼓膜傳送到設置為響應電磁能而振動耳朵的傳感器上。在許多實施方式中，聲音傳感器包含定位於中耳腔內的揚聲器以及聲音傳感器可以用空氣與耳朵的振動結構耦合，從而簡化外科手術和組件的定位。由於鼓膜位於揚聲器和擴音器之間，因此擴音器可以定位在耳道中或靠近耳廓而具有減少的回授。所述組件可以支撐(例如固定)至耳朵的基本固定的結構上，例如鼓岬(promontory)上，從而抑制使用者可感覺到的阻塞並阻止組件運動，從而使用者可以在很少阻塞和失真的情況下感覺到清晰的聲音。可以使組件的尺寸適於通過切口和放置於鼓岬上的中耳腔中，使光檢測器朝向鼓膜的後部定向。例如，所述組件可以具有包括光檢測器(例如檢測光的光電檢測器)的第一表面，以及容納鼓岬的一部分的第二凹型表面，其中第二表面與和第一表面相對設置，這樣當第二表面接收所述鼓岬部分時，第一表面朝向鼓膜定向。包括光檢測器的第一表面可以相對於第二凹型表面傾斜，這樣所述組件的第一部分包括在第一表面和第二表面之間延伸的第一厚度且第二部分包括在第一表面和第二表面之間延伸的第二厚度。所述第一厚度可以小於第二厚度，這樣當所述組件定位於中耳腔的後部時，第一部分可以朝向鼓膜凸(umbo)放置且第二部分可以朝向環帶(armulus)的後部放置。傳感器(例如平衡銜鐵傳感器的永磁體)可以設置在第一表面和第二表面之間的第二部分中，且隔膜(diaphragm)可以設置在第一表面和第二表面之間的第一部分中並例如通過延伸至平衡銜鐵傳感器的簧片的柱狀物(post)與傳感器耦合。第一方面，本發明的實施方式提供將聲音傳送到使用者耳朵的裝置，其中所述耳朵包括中耳和鼓膜。所述裝置包括設置成與使用者的中耳組織耦合的組件。所述組件包括至少一個設置成接收通過鼓膜傳送的電磁能的傳感器。當所述組件以使用者的中耳組織支撐時，所述聲音傳感器耦合該至少一個傳感器並設置成響應於電磁能而將聲音傳送給使用者。所述組件可以通過一個或多個多種類型的中耳組織支撐在中耳腔中，例如筋膜組織、自體移植組織、結締組織或鼓岬的骨性組織。
在許多實施方式中，所述聲音傳感器包括揚聲器。所述聲音傳感器可包括設置成振動並移置空氣從而將聲音傳送到使用者的隔膜。所述組件還可以包括至少部分地沿著包括隔膜的傳感器延伸的殼體，從而在組件內限定腔室。所述腔室可包括一定體積，且所述傳感器可設置成增加所述體積從而增加中耳氣壓；以及設置成減少體積從而減少中耳氣壓， 從而將聲音傳送給使用者。例如，所述隔膜可設置成遠離腔室移動，從而增加腔室的體積； 以及設置成朝著腔室移動從而減少腔室的體積。所述腔室可包括密封腔室，從而當隔膜移動時阻止空氣流進和流出腔室。在許多實施方式中，所述組件包括設置成將組件錨定到使用者中耳的基本固定組織上的錨定結構。所述錨定結構可包括法蘭、表面塗層或設置成容納組織(例如自體移植組織)的孔口中的至少一個，從而將所述組件固定到中耳的基本固定組織上。中耳的基本固定組織可包括鼓岬或圓窗龕(round window niche)中的至少一個。中耳的基本固定組織可包括鼓岬，且所述組件可包括成形為容納鼓岬的一部分的凹部。可選擇地或組合地，中耳的基本固定組織可包括圓窗龕，且至少一部分組件的尺寸設置為適配在圓窗龕內。所述尺寸設置為適配在圓窗龕內的至少一組件部分可包括不大於約3mm的最大橫截面尺寸跨度。在許多實施方式中，尺寸設置適配在圓窗龕內的該組件部分設置成用空氣與圓窗耦合。所述傳感器可設置成通過鼓膜將包括第一頻率的聲音的第一大部分傳送給使用者， 並通過圓窗將包括第二頻率的聲音的第二大部分傳送給使用者。例如，尺寸設置為適配在圓窗龕中的該部分可設置成基本上以低於約4kHz的第一頻率與鼓膜耦合，並可設置成基本上以高於約5kHz，例如約IOkHz的頻率與圓窗耦合。在許多實施方式中，當所述組件固定到基本固定組織上時，聲音傳感器設置成與耳朵的振動結構耦合。耳朵的振動結構可包括鼓膜、聽小骨或圓窗中的至少一個。在許多實施方式中，所述聲音傳感器設置成通過流體耦合使用者耳朵的鼓膜或圓窗中的至少一個。例如，所述流體可包括空氣，且所述聲音傳感器可設置成以所述聲音傳感器遠離鼓膜定向而與使用者的鼓膜耦合。所述聲音傳感器可設置成耦合圓窗，且所述組件的尺寸可設置為至少部分地適配於使用者中耳的圓窗龕內，從而將聲音傳感器與圓窗耦
I=I O在許多實施方式中，所述聲音傳感器包括尺寸設置為適配在圓窗龕內的延伸部分，從而通過流體耦合圓窗。所述流體可包括空氣，且所述聲音傳感器可設置成通過在聲音傳感器和圓窗之間延伸的空氣與圓窗耦合。例如，所述延伸部分可包括從隔膜延伸至開口的通道，其中當所述組件通過中耳組織支撐時，所述開口定位在延伸部分上從而朝向圓窗定向。所述隔膜可包括通道的第一橫截面面積，且所述開口可包括通道的第二橫截面面積， 其中所述第一面積為第二面積的至少約五倍，從而在朝向圓窗定向的開口處集中聲能。所述流體包括液體，且所述聲音傳感器可設置成通過在聲音傳感器和圓窗之間延伸的液體耦合圓窗。在許多實施方式中，所述至少一個傳感器包括光檢測器或線圈中的至少一個，且所述至少一個傳感器定向成接收通過鼓膜傳送的電磁輻射。所述至少一個傳感器可包括光檢測器，且所述光檢測器可包括對第一至少一種光波長敏感的第一光檢測器和對第二至少一種光波長敏感的第二光檢測器，其中所述第一至少一種光波長與第二至少一種光波長不同。所述光檢測器可包括光電單元，例如光電二極體。
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在許多實施方式中，所述聲音傳感器包括平衡銜鐵傳感器、線圈或磁體中的至少一種。在許多實施方式中，發射器設置成通過鼓膜發射電磁輻射。所述發射器可包括 LED、雷射二極體或線圈中的至少一個。所述發射器可設置成放置在使用者耳道內。可選擇地或組合地，所述發射器可耦合波導，其中所述波導設置成至少部分地放置在使用者耳道內，從而將發射器與該至少一個傳感器耦合。在許多實施方式中，將第一擴音器設置成放置在使用者耳道或靠近耳道開口處， 從而檢測具有高於至少約4kHz的頻率的高頻聲音定位信號。第二擴音器可設置成遠離耳道和耳道開口放置，從而檢測具有低於約5kHz，例如低於約4kHz的頻率的低頻聲音，這可減少來自定位在中耳內的聲音傳感器的回授。在許多實施方式中，所述至少一個傳感器包含具有第一表面的光檢測器從而接收光，且所述組件包含第二凹型表面從而容納一部分中耳鼓岬，其中所述第一表面與所述第二表面相對。所述聲音傳感器設置在第一表面和第二凹型表面之間。所述第一表面可相對於所述第二表面傾斜，且所述組件的第一部分可包括在第一表面和第二表面之間延伸的第一厚度。組件的第二部分可包括在第一表面和第二表面之間延伸的第二厚度，其中所述第一厚度小於所述第二厚度。所述聲音傳感器可包括具有線圈、永磁體和簧片的平衡銜鐵傳感器，其中所述簧片耦合隔膜。所述隔膜可以設置在第一表面和第二表面之間的第一部分上，且所述永磁體可以設置在第一表面和第二表面之間的第二部分上。在許多實施方式中，至少一個透鏡定位在第一表面上從而與至少一部分鼓膜光耦合併將由鼓膜散射的光傳送到第一表面。另一方面，本發明的實施方式提供將聲音傳送到使用者耳朵的方法，所述耳朵具有鼓膜和中耳。電磁能通過鼓膜傳送到設置成接收電磁能的傳感器上。聲音從定位在中耳內的聲音傳感器發射，從而響應於電磁能而將聲音傳送到使用者的耳朵。在許多實施方式中，所述聲音傳感器固定到中耳的固定結構上並通過流體耦合耳朵的振動結構。所述固定結構可包括中耳鼓岬或中耳圓窗龕中的至少一個。例如聲音傳感器可通過由使用者的組織組成的自體移植物固定到固定結構上。所述振動結構可包括耳朵鼓膜、聽小骨或圓窗中的至少一個。在許多實施方式中，組件的至少一部分定位在使用者中耳的圓窗龕內。聲音傳感器通過設置在聲音傳感器和圓窗之間的流體耦合耳朵的內耳圓窗。所述流體可包括空氣， 且所述聲音傳感器可以對著圓窗定向，從而將聲音傳感器與圓窗耦合。所述流體可包括液體，且所述液體可從至少一部分圓窗延伸到聲音傳感器，從而將聲音傳感器與圓窗耦合。這種通過包括氣體或液體的流體的耦合可以最小的阻塞效應將聲音傳感器與耳朵耦合，因為耳朵的振動結構可以由於組件的質量以最小阻尼振動。從聲音傳感器延伸到圓窗的液體體積可不大於約50uL，例如不大於約20uL。在許多實施方式中，至少一部分組件通過中耳鼓岬支撐。所述聲音傳感器可通過空氣耦合耳朵鼓膜或圓窗中的至少一個。例如，所述聲音傳感器可通過空氣耦合鼓膜，且所述聲音傳感器可遠離鼓膜定向從而將聲音傳感器與使用者鼓膜耦合。在許多實施方式中，所述電磁輻射包括光能。所述光能可包括紫外線、可見光線或紅外線中的至少一種。
在許多實施方式中，通過對著鼓膜定向以接收電磁能的傳感器接收電磁能，且其中所述傳感器耦合所述聲音傳感器，這樣所述聲音傳感器響應於電磁能而發出聲音。在許多實施方式中，至少第一擴音器設置在耳道內或靠近耳道開口，從而測定具有空間定位信號的高於至少約4kHz的高頻聲音。第二擴音器可遠離耳道和耳道開口定位， 從而測定低於約4kHz的至少低頻聲音。來自第一擴音器的聲音可基本上通過鼓膜傳送到使用者，且來自第二擴音器的聲音可基本上通過圓窗傳送到使用者，從而抑制回授。在許多實施方式中，所述聲音傳感器包括具有一定體積的內腔，且減少所述體積從而降低中耳氣壓和增加體積從而增加中耳氣壓，從而將聲音傳送給使用者。另一方面，本發明實施方式提供將聲音傳送到使用者耳朵的裝置，其中所述耳朵包括中耳。所述裝置包括設置成放置在使用者中耳內的組件。所述組件包括至少一個光檢測器和將所述組件固定到中耳的基本固定組織上的結構。當所述組件固定到中耳的基本固定組織上時，揚聲器耦合至少一個光檢測器並設置成將聲音傳送給使用者。另一方面，本發明實施方式提供將聲音傳送到使用者耳朵的裝置。所述裝置包括用於將聲音傳送到使用者耳朵的工具。另一方面，本發明實施方式提供將聽力組件放置在使用者中耳內的方法，其中所述耳朵具有鼓膜。鼓膜中形成切口。所述組件通過所述切口從而將組件定位在中耳內。所述組件固定至中耳的基本固定組織上。閉合所述切口以使得鼓膜癒合。在許多實施方式中，鼓膜中的切口圍繞鼓膜的外部延伸。所述鼓膜可包括環帶，且所述切口可至少部分地延伸到環帶中，例如至少部分地繞環帶延伸。在許多實施方式中，聽力組件的尺寸設置為在不切骨的情況下(例如沒有骨鑽孔的情況下)通過切口，且所述聽力組件通過流體耦合耳朵的振動結構，從而抑制阻塞。


圖1顯示根據本發明實施方式的聽力輔助系統，其設置成將電磁能傳送到包括定位在中耳腔中的揚聲器的輸出傳感器組件；圖IA顯示正視的鼓膜側面，圖IB顯示側視的鼓膜內側，它們適於與圖1的助聽器
結合；圖IC顯示根據本發明實施方式的聽覺傳導通道，具有輸出傳感器組件，所述組件含有如圖1所示的固定在中耳鼓岬上的揚聲器；圖ICl顯示根據本發明實施方式的輸出傳感器組件，其包括與對著中耳圓窗定向的隔膜耦合的平衡銜鐵傳感器和至少一個對著中耳鼓膜定向的光檢測器；圖1C2顯示根據實施方式的輸出傳感器組件，其包括尺寸設置為適配於圓窗龕內的部分；圖1C3顯示根據實施方式的輸入傳感器組件，其包括耦合輸出傳感器組件的光學纖維和準直光學系統，所述輸出傳感器組件具有接收由鼓膜散射的光的凸型彎曲的光檢測器和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面；圖1C4顯示根據實施方式的輸入傳感器組件，其包括耦合輸出傳感器組件的光學纖維和準直光學系統，所述輸出傳感器組件具有設置在接收由鼓膜散射的光的光檢測器上的凸型彎曲透鏡和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面；
圖1C5顯示根據實施方式的輸出傳感器組件，其包括設置在接收由鼓膜散射的光的光檢測器和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面之間的平衡銜鐵傳感器；圖1C6顯示根據實施方式的輸出傳感器組件，其包括設置在接收由鼓膜散射的光的光檢測器和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面之間的平衡銜鐵傳感器；其中光檢測器的表面相對於平衡銜鐵傳感器和凹型彎曲表面傾斜；圖ID顯示輸出傳感器組件的通過鼓膜的耳道的示意正視圖，所述組件包括定位在如圖1和IC所示的使用者中耳內的揚聲器；圖IE顯示通過對著中耳的圓窗龕定向的揚聲器定位在中耳內的傳感器組件，從而所述組件與圓窗耦合；圖IF顯示輸出傳感器組件的示意正視圖，所述組件包括定位在如圖IE所示的使用者中耳內的揚聲器；圖2顯示根據實施方式的耳蝸對傳感器組件的頻率響應及和鼓膜和圓窗的貢獻； 以及圖3顯示根據實施方式測定透過鼓膜的光透射的實驗設備。發明詳述本發明的實施方式非常適於改善人們之間的通訊例如通過蜂窩式通訊和作為具有降低侵入性的可植入組件的助聽器，所述可植入組可由健康護理提供者容易地植入。由於可植入裝置可以通過切開一部分鼓膜定位在中耳腔內，因此該外科手術的侵入性可以降至最低。而且，由於可以不切開骨且所述裝置可在不接觸耳朵的移動結構例如鼓膜和聽小骨的情況下工作，因此可移除植入物，從而所述外科手術是可逆的且具有低的患者併發症風險。由於所述裝置可通過軟組織例如筋膜(fascia)容易地植入在鼓岬上，因此本發明描述的可植入裝置可用於具有正常聽力的個體和聽力受損的個體。如本發明所使用，光包括波長在電磁譜的可見區、紅外區和紫外區內的電磁輻射。在許多實施方式中，所述聽力裝置包括光子聽力裝置，其中聲音通過具有能量的光子傳送，這樣傳送到耳朵的信號可通過透射的光編碼。如本發明所使用，發射器包括放射電磁輻射的源，且光發射器包括發射光的光源。如本發明所使用，類似的附圖標記和字母表示具有類似結構、功能和使用方法的類似元件。圖1顯示設置成將電磁能傳送到定位在使用者中耳ME中的揚聲器組件30的聽力輔助系統10。所述耳朵包括外耳、中耳ME和內耳。所述外耳包括耳廓P和耳道EC並通過鼓膜TM中間分界。耳道EC從耳廓P中央延伸到鼓膜TM。耳道EC至少部分地由沿著耳道表面分布的皮膚形成。鼓膜TM包括環帶TMA，其沿著大部分鼓膜周向延伸，從而使鼓膜保持在適當的位置。所述中耳ME位於耳朵的鼓膜TM和耳朵的耳蝸CO之間。中耳ME包括聽小骨0S，從而將鼓膜TM與耳蝸CO耦合。聽小骨OS包括砧骨IN、錘骨ML和鐙骨ST。錘骨ML 與鼓膜TM連接且鐙骨ST與卵圓窗OW連接，使得砧骨IN位於錘骨ML和鐙骨ST之間。鐙骨ST耦合卵圓窗OW從而將聲音從中耳傳導到耳蝸。聽力系統10包括輸入傳感器組件20和輸出傳感器組件30，從而將聲音傳送給使用者。聽力系統10可以包括耳後單元BTE (behind the ear unit)。耳後單元BTE可包括系統10的許多部件，例如語音處理器、電池、無線傳送線路和輸入傳感器組件10。耳後單元BTE可包括美國專利公開說明書No. 2007/0100197，名稱為〃 Output transducers for hearing systems 「禾口 2006/0251278,名禾爾為"Hearing system having improved high frequency response"中描述的許多部件，所述文獻的全部公開以引用方式合併於此並可能適於根據本發明的一些實施方式進行組合。所述輸入傳感器組件20可至少部分地位於耳廓P之後，儘管所述輸入傳感器組件可位於許多位置。例如，所述輸入傳感器組件可基本上位於耳道內，如美國專利公開說明書No. 2006/0251278所描述，所述文獻的全部公開以引用方式合併於此。所述輸入傳感器組件可包括藍牙連接從而與手機耦合且例如可包括可從 Sound ID of Palo Alto，California 商購的 Sound ID 300 的部件。所述輸入傳感器組件20可接收聲音輸入，例如音頻聲音。對於用於聽力受損個體的助聽器而言，所述輸入可以是環境聲音。所述輸入傳感器組件包括至少一個輸入傳感器， 例如擴音器22。擴音器22可以定位在許多位置上，例如適當地設置在耳朵後。擴音器22 顯示為定位以從環境聲音檢測空間定位信號，這樣使用者可以基於傳送的聲音確定說話者在哪裡。耳朵的耳廓P可以對著耳道開口折射聲波，這樣可以利用頻率高於至少約4kHz的聲音檢測聲音定位信號。當擴音器定位於耳道EC內且還當擴音器定位於耳道EC外和耳道開口內約5mm處時，可以檢測聲音定位信號。所述至少一個輸入傳感器可包括遠離耳道和耳道開口設置的第二擴音器，例如定位在耳後單元BTE上。輸入傳感器組件可包括合適的擴音器或其他電子接口。在一些實施方式中，輸入可包括來自聲音產生或接收裝置(例如電話、蜂窩式電話、藍牙連接、無線電、數字音頻單元等)的電子聲音信號。在許多實施方式中，至少第一擴音器可以定位在耳道中或靠近耳道開口，從而測定包括空間定位信號的高於至少約4kHz的高頻聲音。第二擴音器可以遠離耳道和耳道開口定位，從而測定低於約4kHz的至少低頻聲音。該配置可以降低對使用者的回授，如美國專利公開說明書No. US 2009/0097681所描述，所述文獻的全部公開以引用方式合併於此並適於根據本發明實施方式的組合。輸入傳感器組件20包括信號輸出源12，其可包括光源，例如LED或雷射二極體、 電磁體、RF源等。信號輸出源可基於聲音輸入產生輸出。可植入輸出傳感器組件30可以接收來自輸入傳感器組件20的輸出並可以產生響應性機械振動。可植入輸出傳感器組件 30包括聲音傳感器且可包括例如線圈、磁體、磁致伸縮元件、光致伸縮元件或壓電元件中的至少一種。例如，可植入輸出傳感器組件30可以耦合輸入傳感器組件20，所述輸入傳感器組件20包括細長柔性支架，所述支架有支撐於其上的線圈，用於插入耳道中，如美國專利公開說明書 No. 2009/0092271，名稱為〃 Energy Delivery and Microphone Placement Methods for Improved Comfort in an Open Canal Hearing Aid"所描述，所述文獻的全部公開以引用方式合併於此並可能適於根據本發明一些實施方式進行適當組合。可選擇地或組合地，輸入傳感器組件20可包括耦合光學纖維的光源，例如如美國專利公開說明書 No. 2006/0189841，名稱為"Systems and Methods for Photo-Mechanical Hearing Transduction"所述，所述文獻的全部公開以引用方式合併於此並可能適於根據本發明一些實施方式進行組合。輸入傳感器組件20的光源也可以定位在耳道中，且輸出傳感器組件和BTE線路部件可位於耳道內從而適配在耳道內。當適當地耦合受試者聽覺傳導通道時， 由輸出傳感器30引起的機械振動可引起受試者的神經衝動，其可由受試者判斷為原始聲音輸入。
可植入輸出傳感器組件30可以以許多方式設置成與中耳的聽覺傳導通道耦合， 從而引起可由使用者判斷為聲音的神經衝動。這種耦合可以通過位於耳朵中的流體(例如空氣)產生，其可將揚聲器與耳朵的振動結構耦合。所述流體也可以包括液體，從而將揚聲器與中耳組織耦合。定位在中耳腔內的輸出傳感器組件30可以從聲音傳感器(例如揚聲器)發出聲音。可植入輸出傳感器組件30可通過耳朵的基本上固定的結構支撐，這樣耳朵的振動結構的振動不會被組件30的質量抑制。例如，輸出傳感器組件30可通過形狀與鼓岬PM的形狀一致的支架、殼體、模具等支撐在鼓岬PM上。傳感器組件可通過組織移植物固定至以限定至少一部分耳道的剛性骨結構支持的皮膚上。傳感器組件30可通過中耳的許多其他基本上固定的結構支撐，例如限定圓窗龕的骨。可植入輸出傳感器組件30可以多種方式引起耳朵的振動結構響應通過聲音傳感器傳送的聲波而振動。例如，由設置在中耳腔內的組件的聲音傳感器發出的聲波可以引起鼓膜TM振動並將聲音傳送到耳蝸CO。聲音傳感器可以增加和降低中耳內氣壓，從而分別驅動鼓膜向外和向內以使得使用者能感知聲音。例如，聲音傳感器可以包括向外運動從而增加中耳聲壓和向內運動的隔膜從而降低中耳聲壓的隔膜。聲音傳感器可以包括含一定體積的內腔，且隔膜的向外運動可以增加內腔的體積和中耳壓力，且隔膜的向內運動可以降低內腔的體積和中耳壓力。由於壓力變化可由聲音傳感器內腔的體積變化產生，聲音傳感器可以按許多定向耦合鼓膜，例如即使當聲音傳感器遠離鼓膜定向時。與傳感器組件的定向有關的耦合的低靈敏性可以基本上有利於組件的成功的外科手術植入。由與鼓膜TM耦合聲音傳感器30發出聲壓。鼓膜TM通過位於中耳中鼓膜TM和耳蝸CO之間的聽小骨OS與耳蝸CO耦合，這樣鼓膜TM的振動通過聽小骨的振動將聲音傳送到耳蝸CO。聽小骨OS包括錘骨ML、砧骨IN和鐙骨ST，且聽小骨振動從而使鼓膜TM與耳蝸耦合。鐙骨ST通過卵圓窗OW耦合耳蝸，從而通過鐙骨的振動將來自鐙骨的聲音傳送到耳蝸。卵圓窗OW包括由中耳通向內耳前庭的膜覆蓋的開口，從而引起振動並將聲音從鐙骨傳送到耳蝸CO。圓窗RW包括位於內耳和中耳之間的膜覆蓋的開口。圓窗RW可以響應由鐙骨通過卵圓窗傳送到耳蝸的聲音而振動，從而釋放來自聲波的壓力並降低與耳蝸耦合的其他振動結構的聲阻抗。圖IA顯示正視的鼓膜側面的耳朵結構，圖IB顯示側視的鼓膜內側的耳朵結構。鼓膜TM與錘骨ML連接。鼓膜TM包括沿著大部分鼓膜TM周向延伸的環帶TMA。在至少一些實施方式中，切口可以在環帶TMA中和鼓膜TM的內部形成，這樣鼓膜片可以被推向側面而達到中耳ME。錘骨ML包括頭部H、錘骨柄ΜΑ、外側凸LP和尖端Τ。錘骨柄MA設置在頭部 H和尖端T之間並耦合鼓膜ΤΜ，這樣錘骨ML隨著鼓膜TM振動而振動。圖IC顯示固定到設置在中耳ME的腔內表面上的鼓岬上的輸出傳感器組件30，這樣使用者可以感知聲音。輸出傳感器組件30包括聲音傳感器32。聲音傳感器32從中耳發出可由使用者感知的聲壓SO。輸出傳感器組件還包括至少一個設置為接收通過鼓膜TM透射的電磁能的傳感器34，例如線圈、光檢測器或光致伸縮材料中的至少一種。該至少一個傳感器34可以通過線路38耦合聲音傳感器32，這樣響應於通過鼓膜TM透射的電磁能而從揚聲器發出聲音。輸出傳感器組件30可包括錨定結構36，其設置成將輸出傳感器組件固定在耳朵的基本上固定的結構，例如鼓岬I3R上。錨定結構36可包括設置成接收例如組織移植物的生物相容結構，且可包括用於組織整合的塗層、法蘭或孔口中的至少一個。錨定結構36可固定至組織上，這樣當聲音傳感器32通過聲耦合耳朵的振動結構，或由於頭部運動，或兩者都存在時，組件的位置可基本上保持固定。由聲音傳感器32發出的聲音可以引起聽覺傳導通道的振動部件的振動，從而使用者感知聲音。由聲音傳感器32發出的聲壓SO可以引起鼓膜TM的振動。鼓膜TM耦合包括錘骨ML、砧骨IN和鐙骨ST的聽小骨。錘骨ML的錘骨柄MA可以與鼓膜TM牢固結合。鼓膜TM的最低或凹點包括鼓膜凸UM0錘骨ML包括第一軸110、第二軸113和第三軸115。砧骨IN包括第一軸120、第二軸123和第三軸125。鐙骨ST包括第一軸130、第二軸133和第三軸135。錘骨ML、砧骨IN和鐙骨ST的軸可以基於慣性矩(moment of inertia)定義。第一軸可以包括各骨的最小慣性矩。第二軸包括各骨的最大慣性矩。第一軸與第二軸可以正交。第三軸在第一軸和第二軸之間延伸，例如使得第一軸、第二軸和第三軸包括右旋三元體 (right handed triple)。例如錘骨ML的第一軸110可以包括錘骨的最小慣性矩。錘骨ML 的第二軸113可以包括錘骨ML的最大慣性矩。錘骨ML的第三軸115可以垂直於第一軸和第二軸延伸，例如作為由第一軸110和第二軸113限定的右旋三元體的第三元件。此外，砧骨IN的第一軸120可包括砧骨的最小慣性矩。砧骨IN的第二軸123可包括砧骨IN的最大慣性矩。砧骨IN的第三軸125可以垂直於第一軸和第二軸延伸，例如作為由第一軸120 和第二軸123限定的右旋三元體的第三元件。鐙骨ST的第一軸130可以包括鐙骨的最小慣性矩。鐙骨ST的第二軸133可以包括鐙骨ST的最大慣性矩。鐙骨ST的第三軸135可以垂直於第一軸和第二軸延伸，例如作為由第一軸130和第二軸133限定的右旋三元體的第三元件。輸出傳感器系統的振動可以引起鼓膜TM和錘骨ML的振動，其通過砧骨IN傳送給鐙骨ST，以使得使用者感知聲音。鼓膜凸UM處的鼓膜TM的低頻振動可以引起錘骨ML和砧骨IN圍繞軸125的鉸接轉動125A。鼓膜凸UM處的平移引起錘骨ML的尖端T的鉸接轉動 125B及錘骨ML和砧骨IN圍繞軸125的鉸接轉動125A，這使得鐙骨沿著軸135平移並將振動傳遞給耳蝸。鼓膜TM的振動(例如高頻下)也可以引起錘骨ML沿著伸長的第一錘骨軸 110以扭轉運動IlOA扭轉。這種扭轉可以包括錘骨ML的尖端T上的扭轉運動110B。錘骨 ML繞第一錘骨軸110的扭轉可以引起砧骨IN繞第一砧骨軸120扭轉。這種砧骨轉動可以引起鐙骨將振動傳遞給耳蝸，在此處振動被使用者感知為聲音。輸出傳感器組件和錨定結構可以以多種方式成形以適配在中耳內並固定在其中的結構上。例如，傳感器組件可包括通過鼓膜TM和環帶TMA中的切口的橫截面尺寸，這樣限定耳道的骨可以保持完整。環帶TMA可通過位於外耳和中耳之間的耳的骨部分中形成的溝槽SU支撐。鼓膜可以沿著環帶切開以形成鼓膜片，當傳感器組件30定位於中耳內時，鼓膜的一部分可以保持與使用者連接並位於耳道邊緣上。鼓膜片可以在傳感器定位後定位。 傳感器組件可以包括成形為適配在圓窗龕內的至少一部分。可選擇地或組合地，傳感器組件30可以包括成形為容納中耳的圓形鼓岬的圓形凹型部分30R。利用定位在中耳內的輸出傳感器組件，輸出傳感器組件部件的總質量可以為至少約50mg，例如IOOmg或以上，且由於輸出傳感器組件固定在中耳的基本上固定的結構上從而包括鼓膜、聽小骨、圓窗和卵圓窗的振動結構基本上自由振動，其具有使用者能夠覺察到的最小阻塞效應。
所述聲音傳感器32可以包括尺寸設置為適配在中耳內且尺寸設置為適於通過鼓膜TM的切口的已知揚聲器部件。例如，所述揚聲器可以包括平衡銜鐵傳感器、線圈、磁體、 壓電式傳感器或光致伸縮材料中的至少一種。可植入輸出傳感器組件30可以許多方式設置成響應電磁能而產生聲壓S0，這樣所述組件可以利用包括環帶TMA的鼓膜TM中的切口定位在中耳內，例如無需切骨和無需鑽骨。例如，組件30可包括設置成接收第一至少一種光波長的第一光檢測器和設置成接收第二至少一種光波長的第二光檢測器，其中所述組件設置成響應第一至少一種波長而增加內腔室積和增加中耳壓力；並響應第二至少一種波長而降低內腔室積和降低中耳氣壓。第一光檢測器可以傳送第二至少一種光波長從而第一光檢測器可以至少部分地定位在第二光檢測器上從而減小組件30的尺寸。第一光檢測器可以以第一極性耦合聲音傳感器和第二光檢測器可以以第二極性耦合第二光檢測器，所述第一極性和第二極性相反。第一光檢測器和第二光檢測器可以包括至少一種光致伸縮材料，例如晶體矽、非晶矽、微形態矽(micromorphous silicon)、黑矽、碲化鎘、銅銦鎵硒化物等。在一些實施方式中，至少一個光檢測器可包括例如美國專利No. 7，354，792和7，390，689描述的和購自Beverly, Massachusetts的SiOnyx，Inc的黑矽。可選擇地或組合地，所述組件可包括獨立的動力和信號結構，例如包括一個光檢測器的組件。第一至少一種光波長和第二至少一種光波長可以調節的脈衝寬度。可設置成通過輸入傳感器組件20光耦合可植入傳感器組件30的線路和系統的實例可在以下美國專利申請中發現2008年6月17日提交的61/073，271， 名禾爾為"Optical Electro-Mechanical Hearing Devices With Combined Power and Signal Architectures"(代理人文案號 026166-001800US) ；2008 年 12 月 19 日提交的 61/139，522，名稱為〃 Optical Electro-Mechanical Hearing Devices With Combined Power and Signal Architectures"(代理人文案號 026166-001810US) ；2009 年 5 月 11 日提交的 61/139，522，名稱為〃 Optical Electro-Mechanical Hearing Devices With Combined Power and Signal Architectures"(代理人文案號 026166-001820US) ；2008 年6月 17 日提交的61/073，281，名稱為〃 Optical Electro-Mechanical Hearing Devices withSeparate Power and Signal"(代理人文案號 026166-001900US) ；2008 年 12 月 19 日提交的 61/139，520，名稱為〃 Optical Electro-Mechanical Hearing Devices with Separate Power and Signal"(代理人文案號026166-001910US)；所述文獻的全部公開以引用方式合併於此並適於根據本發明的實施方式進行組合。圖IC 1顯示可植入輸出傳感器組件30，其中聲音傳感器32包括平衡銜鐵傳感器 32B和隔膜32D。平衡銜鐵傳感器耦合隔膜32D。隔膜32D朝著中耳圓窗定向。平衡銜鐵傳感器32可包括簧片32R。簧片32R可通過在簧片32R和隔膜32D之間延伸的柱狀物32P 耦合隔膜32D。隔膜32D可包括設置成振動並發出聲壓SO的剛性內部分和設置成彎曲的外膜盒(bellows)部分。隔膜32D的內部分也可以是柔性的。外膜盒部分可以耦合殼體32H。 在許多實施方式中，殼體32H包括隔膜32D、膜盒32B和該至少一個傳感器34，從而所述組件是密封的。殼體32H和隔膜32D可以限定含體積32V的內腔32C。當隔膜32D通過平衡銜鐵傳感器32B向外推動時，腔32的體積增加至第一體積。當隔膜32D通過平衡銜鐵傳感器 32B向內拉動時，腔32的體積降低至第二體積，其中所述第二體積小於所述第一體積。對於許多頻率的聲音來說，聲音的波長顯著大於內耳的尺寸，這樣傳感器的定向可能並不重要。 例如，當聲頻率為約IkHz和基於約320m/s的音速時，聲壓波的波長為約0. 32m,這可顯著大於中耳的尺寸。然而，對於具有約IOkHz或以上的頻率的聲音，波長為約0.032m(32mm)，這接近於中耳的尺寸。然而，由於32mm可顯著大於中耳的尺寸，設置成例如基於體積增加中耳聲壓的傳感器可通過含有高達至少約20kHz的頻率(接近聲頻的自然上限)的聲壓耦合耳朵的振動結構。輸出傳感器組件30包括該至少一個傳感器32，其中所述至少一個傳感器32可包括至少一個朝著中耳鼓膜定向的光檢測器，從而接收沿著耳道和通過鼓膜TM傳送的光。所述至少一個光檢測器可包括上述的一個或多個光檢測器。圖1C2顯示輸出傳感器組件30，其包括尺寸設置為適配在圓窗龕中的延伸部分 32E的部分。延伸部分32E可通過許多方法調整尺寸以適配在圓窗龕NI中。例如，延伸部分32E可包括跨度不大於約3mm的最大尺寸。延伸部分32E可包括圓形截面，或可包括卵形，例如橢圓截面，從而與圓窗龕NI對應。殼體32H可基本上包圍包括膜盒32B的隔膜32D和平衡銜鐵傳感器32B。通道 32CH可從隔膜32D延伸到延伸部分32E中的開口 320，從而從開口 320發出聲壓SO。通道 32CH可包括例如直徑32⑶的橫截面尺寸，從而靠近通道32CH的開口 320集中聲壓。例如， 隔膜32D可包括對應於沿著通道32CH的第一面積的表面積，且開口 320可包括對應於通道 32的第二面積的面積，其中第二面積是第一面積的至少約五倍，從而靠近定位在圓窗RW附近的開口 320集中聲壓。例如，第二面積可以是第一面積的十倍。本領域技術人員可根據本發明所述的教導進行經驗研究來確定開口與圓窗和鼓膜的相對耦合的頻率相關性，從而確定開口和隔膜的尺寸。也可以基於鼓膜和圓窗與可植入組件的聲音傳感器的相對耦合的傳遞功能來調節聲音處理器的線路，從而補償頻率間的不同增益。圖1C3顯示包括耦合輸出傳感器組件30的光學纖維14和準直光學器件16的輸入傳感器組件20，所述輸出傳感器組件30包括接收由鼓膜散射的光λ s的凸型彎曲光檢測器31和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面33。準直光學器件16，例如設置在離開光學纖維 14的末端一段距離的透鏡，發射包括光λ的電磁能，所述光λ衝擊鼓膜TM並散射。準直光學器件可以使發射的光束對準到不大於約20度的全形。光檢測器的凸型彎曲表面31接收散射光並包括大於由準直光學器件發射的光束照亮的鼓膜面積的表面積。例如，光檢測器的表面積可以是光束照亮的鼓膜表面積的至少約兩倍，且光束照亮可以基於照亮鼓膜的光束的全寬半最大強度(full width half maximum intensity)來定義。傳感器32設置在光檢測器31的凸型彎曲表面和凹型彎曲表面33之間。凸型彎曲的光檢測器31成型用於靠近鼓膜TM放置，從而將由輸入組件20的光學纖維發射的光有效地耦合到輸出組件30 的光檢測器上，例如如以下實驗部分所描寫的。輸出傳感器組件的尺寸可設置為在中耳腔的後部放置，例如後下部，這樣光可以通過鼓膜的後部透射，例如通過下後部。本發明描述的凸型彎曲表面和凹型彎曲表面可例如包括許多形狀的一種或多種， 例如球形、環形、圓柱形、逐段連續形、圓錐形及其組合。圖1C4顯示包括光學纖維14和準直光學器件16的輸入傳感器組件20，所述準直光學器件16耦合輸出傳感器組件30，所述輸出傳感器組件30包括接收從鼓膜散射的光 λ s的設置在光檢測器上的至少一個凸型彎曲透鏡34和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面。至少一個凸型彎曲透鏡可包括球面透鏡、非球面透鏡、柱面透鏡、復曲面透鏡、柱面透鏡陣列、或球面透鏡陣列或其組合。例如，所述至少一個透鏡可包括皮亞諾凸透鏡且可以定位在基本上平坦的光檢測器上，從而與鼓膜耦合。例如所述至少一個透鏡可包括球麵皮亞諾凸微透鏡陣列。可選擇地或組合地，所述至少一個透鏡可包括柱面微透鏡陣列，其中各柱面微透鏡包括朝著鼓膜的凸面和朝著光電PV定向的平面，且該柱面微透鏡陣列可包括單片材料，所述微透鏡在第一側上形成而第二平面側對著光電器件並與第一側相對定向。圖1C5顯示輸出傳感器組件，其包括設置在接收由鼓膜散射的光的光檢測器和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面之間的平衡銜鐵傳感器；所述平衡銜鐵傳感器32B可與至少一個檢測器；34定位，所述檢測器34包括定位在平衡銜鐵傳感器的殼體32H上的光電PV。 平衡銜鐵傳感器32B包括永磁體，例如C型永磁體，和樞轉的移動磁性銜鐵，以使它可以在永磁體磁場內移動。透鏡35可定位在光電PV上，例如用粘合劑粘合。來自光電PV的電流321驅動平衡銜鐵傳感器32B。所述平衡銜鐵傳感器32B具有延伸到柱狀物32P的簧片 32R，所述柱狀物耦合隔膜32D。隔膜32D耦合通道32CH。通道32CH延伸至至少一個開口 320。所述至少一個開口 320可以用彈性密封體例如彈性體密封，且當腔室32C的體積32V 響應隔膜32D的振動而變化時，所述密封體可以振動從而將聲音SO發送到中耳腔中。圖1C6顯示輸出傳感器組件30，其包括設置在接收由鼓膜散射的光的光電PV和容納一部分鼓岬的凹型彎曲表面33之間的平衡銜鐵傳感器32B ；其中包括光電PV的光檢測器的表面相對於平衡銜鐵傳感器32B和凹型彎曲表面33傾斜。殼體32H可包括傾斜面來支撐傾斜的光電PV。輸出傳感器組件30的形狀適於放置在中耳腔內，這樣光電PV接收通過鼓膜後部傳送的光。輸出傳感器組件30的第一部分可包括隔膜且其尺寸可設置為適於面對鼓膜凸放置在中耳腔內。包括C型永磁體的傳感器32B的第二部分的尺寸可設置為適於放置在中耳腔內朝向遠離鼓膜凸的中耳腔的下部定向的位置。由於鼓膜凸到鼓岬的間距可以小於環帶的下部/後部到鼓岬的間距，在光電PV和凹型彎曲表面33之間延伸的第一部分的厚度可以小於在光電PV和凹型彎曲表面33之間延伸的第二部分的厚度。第一部分可包括隔膜和柱狀物且第二部分可包括永磁體，這樣第一厚度可以顯著小於第二厚度。第二部分可包括顯著重於第一部分的質量，例如輸出傳感器組件32B的大部分質量，這樣具有較大質量的第二部分定位在具有較小質量的第一部分之下，從而當支撐於中耳腔內時，輸出傳感器組件可以是穩定的。具有從其中通過延伸用於組織整合的孔口的錨定結構36可以支撐輸出傳感器組件30的一部分重量，這樣可以保持支撐於中耳腔內的輸出傳感器組件的位置。透鏡35可以定位在上述光電PV上並且傾斜。可選擇地或組合地，包括光電PV的光檢測器可包括上述凸型彎曲表面。圖ID顯示輸出傳感器組件的通過鼓膜的耳道的示意正視圖，所述組件包括如圖1 和IC所示定位在使用者中耳內的揚聲器。所述輸出傳感器組件30定位在鼓岬ra上，這樣至少一個傳感器組件34定向成接收通過鼓膜TM傳送的電磁能。當電磁能通過鼓膜傳送從而用聲音傳感器32振動鼓膜和聽小骨時，該至少一個傳感器34的位置和方向可以基本上保持固定。因此，入射在該至少一個傳感器上的電磁能的傳送效率基本上保持恆定，這樣基本上抑制了由於鼓膜和聽小骨振動時該至少一個傳感器的運動而引起的聲音失真。例如， 該至少一個傳感器可包括至少一個上述光檢測器PV，其可通過鼓膜TM看見，這樣光可從耳
18道EC通過鼓膜TM傳送，從而利用光通過鼓膜TM傳送能量和信號。圖IE顯示通過使聲音傳感器的輸出對著中耳的圓窗龕定向而定位在中耳內的傳感器組件，這樣所述組件耦合圓窗。至少一個傳感器組件34定向成接收通過鼓膜TM傳送的電磁輻射。上錨定結構36和下錨定結構36通過筋膜FA(其是纖維組織層)與限定圓窗龕NI的骨和皮膚連接，這樣組件30固定至中耳的基本上固定的結構上。至少一部分傳感器組件30的尺寸設置為適配在圓窗龕NI內。聲音傳感器32朝向圓窗RW定向，從而通過設置在聲音傳感器32和圓窗RW之間的流體FL與圓窗RW耦合。從聲音傳感器32發出的聲壓SO通過圓窗RW傳送入耳蝸。流體FL可包括可自然存在於中耳ME內的空氣。可選擇地或組合地，流體FL可包括液體，例如油、礦物油、矽油、疏水性液體等。從揚聲器延伸到圓窗的液體的體積可不大於約50uL，例如不大於約20uL。如上所述，傳感器32可包括平衡銜鐵傳感器32B，使隔膜32D耦合開口 320。如上所述，通過定位在圓窗龕中的開口 320實現的聲音32S0與圓窗的耦合可以降低定位在耳道內或靠近耳道開口的擴音器的回授。例如，可以定位殼體32H、上錨定結構 36、下錨定結構36或筋膜FA中的一個或多個，從而至少部分封堵來自圓窗龕的聲音傳播， 這樣由隔膜32D通過開口 320傳送的聲壓基本上導向局部耦合的圓窗，且可基本上抑制遠離圓窗龕的相應聲音傳播和可基本上減少擴音器處的相應回授聲壓。所述圓窗龕包括的體積顯著小於中耳腔室積，且所述圓窗包括的表面積顯著小於鼓膜的表面積，這樣在許多實施方式中圓窗可以由圓窗龕中驅動可以比鼓膜由中耳腔驅動更有效。例如，圓窗龕可包括不大於約0. ImL的體積而中耳腔可包括約2到IOmL的體積。 由於在圓窗龕內移置的空氣體積可比中耳內移置的空氣體積小得多，因此與圓窗龕的耦合可以更有效。而且，鼓膜的表面積顯著大於圓窗的表面積，這樣腔室32C的體積32V的變化可以比鼓膜更遠地使圓窗移位，從而使聽覺傳導通道的部件移位更大的距離。例如，當組織位於傳感器上從而至少部分地封閉圓窗龕，使得開口 32S0與圓窗流體連通時，圓窗的體積移置可基本上對應於傳感器32B的移置體積32V，這樣基於圓窗的減小的表面積和傳感器腔室32C的移置體積32V，圓窗可使聽覺傳導通道移位相當大的距離。鼓膜可包括的表面積是圓窗表面積的至少約十倍，這樣通過流體偶聯導向圓窗的傳感器體積移置32V可以比例如導向鼓膜的移置體積32V使聽覺傳導通道移位更大距離。圖IF顯示輸出傳感器組件的示意正視圖，所述組件包括定位在如圖IE所示的使用者中耳內的揚聲器。組件30定位在鼓膜TM後的中耳內。設置成接收電磁輻射的至少一個傳感器34面向鼓膜TM定向。圖2顯示耳蝸對傳感器組件的頻率響應200和鼓膜和圓窗的貢獻。頻率響應200 可包括響應植入的輸出傳感器組件的耳蝸刺激的傳遞功能。頻率響應200可包括鼓膜分量 210和圓窗分量220。圓窗分量可以與鼓膜分量組合，從而確定植入的輸出傳感器組件30 對耳蝸的綜合傳遞功能230。儘管可能存在帶有鼓岬到耳蝸CO的骨傳導的一些傳感器與耳蝸的耦合，如圖所示，骨傳導耦合顯著低於鼓膜TM和圓窗RO的聲耦合。可測定如上所述的許多結構的輸出傳感器組件的頻率響應200。例如，可以測定如上所述耦合至圓窗龕的輸出的頻率響應200。對於低於約4kHz的頻率，輸出傳感器組件可基本上通過聲壓與鼓膜TM耦合。對於高於約5kHz，例如高於約IOHz的頻率，輸出傳感器組件可基本上與圓窗耦合。由於鼓膜和錘骨可包括複雜運動，例如上述的轉動，對於高於約IkHz的頻率，傳感器組件的耦合增益可以降低。以上顯示的頻率響應200闡明了根據一些實施方式的傳遞功能。基於本發明描述的教導，本領域技術人員可進行許多結構的輸出傳感器組件的研究，從而確定適當的結構和傳遞功能。例如，插入龕中的部分的尺寸可對於圓窗龕設置，從而改進與圓窗的耦合。此外，移植到所述組件中的組織可以至少部分地在圓窗和輸出組件30之間形成密封，從而改進耦合以及圓窗部分220的增益。聲音處理器線路，例如BTE，可基於傳遞功能編程，所述傳遞功能基於放置在使用者中耳中的實施方式的頻率響應200而確定。人鼓膜傳送實驗進行下述實驗來測定紅外光通過鼓膜的傳送並確定輸入組件20和輸出組件30的布置。目的確定在後部、下部和前部位置處通過人鼓膜的光傳送損失的量以及由鼓膜散射的量。方法用光電二極體光檢測器對準光纖耦聯雷射二極體光源。將鼓膜置於線路中並測定來自光電二極體的光輸出的變化。圖3顯示實驗設備。鼓膜安裝到X，y，ζ平移臺上，其允許改變光通過鼓膜的不同位置。材料光源-與纖維(直徑250um，纖芯80um)耦聯的1480nm雷射二極體；光電二極體-1480nm光電二極體(5. 5mm2)；負載-等同於與隔膜耦合的平衡銜鐵傳感器的RLC電路，例如從Knowles商購的；準直光學器件和中性密度濾波器(NE20B)；DC 電壓表(Fluke 8060A)；平移臺；和具有相連錘骨的人體鼓膜(除去砧骨及其他中間部件)。結果無鼓膜設置電流以使光電二極體處於飽和區。中性密度(ND)濾波器用於衰減光輸出以降低PD響應。該測量表明ND濾波器減弱光源20. 5dB。這確保記錄的所有測量值來自線性區。在測量開始時和實驗結束時測定響應於無鼓膜的準直光束的光電二極體電壓。差異小於1%。沒有TM和ND濾波器的情況下，輸出為349mV。有ND濾波器但沒有TM的情況下， 該輸出降低至約32. 9到33. 1的範圍，對應於0. 095和-20. 5dB的線性變化。有鼓膜在鼓膜前部、下部和後部位置進行測量。鼓膜在相對於光電二極體的不同位置移動並估計其距離X(以mm計)。表1顯示對應於不同位置和不同鼓膜位點的所測得電壓。表1 對應於來自鼓膜的傳送損失的測得的光電二極體電壓
權利要求
1.將聲音傳送給使用者耳朵的裝置，所述耳朵包括中耳和鼓膜，所述裝置包括設置成與使用者中耳組織耦合的組件，所述組件包括，至少一個傳感器，其設置成接收通過鼓膜傳送的電磁能；和聲音傳感器，當所述組件以使用者中耳組織支撐時，其耦合該至少一個傳感器並設置成響應於電磁能而將聲音傳送給使用者。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述聲音傳感器包括揚聲器。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述聲音傳感器包括隔膜，其設置成振動並移置空氣，從而將聲音傳送給使用者。
4.如權利要求3所述的裝置，其中所述組件還包括殼體，其至少部分地圍繞包括隔膜的傳感器延伸，從而在組件內限定腔室。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所述腔室包括一定體積，且所述傳感器設置成增加所述體積從而增加中耳氣壓以及減少所述體積從而降低中耳氣壓，從而將聲音傳送給使用者ο
6.如權利要求5所述的裝置，其中所述隔膜設置成遠離所述腔室移動從而增加腔室的體積以及向著所述腔室移動從而減少腔室的體積。
7.如權利要求5所述的裝置，其中所述腔室包括密封腔室，從而當隔膜增加和減少所述腔室體積時阻止空氣流進和流出所述腔室。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述組件包括錨定結構，其設置成將所述組件錨定到使用者中耳的基本固定的組織上。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述錨定結構包括法蘭、表面塗層或容納自體移植組織的孔口中的至少一個，從而將所述組件固定到中耳的基本固定的組織上。
10.如權利要求8所述的裝置，其中所述中耳的基本固定的組織包括鼓岬或圓窗龕中的至少一個。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述中耳的基本固定的組織包括鼓岬且其中所述組件包括成形為容納一部分鼓岬的凹部分。
12.如權利要求10所述的裝置，其中所述中耳的基本固定的組織包括圓窗龕且其中至少一部分組件的尺寸設置為適配在所述圓窗龕中。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述尺寸設置為適配在所述圓窗龕中的該至少一部分組件包括不大於約3mm的最大橫截面尺寸跨度。
14.如權利要求13所述的裝置，其中所述至少一部分設置成通過空氣與圓窗耦合。
15.如權利要求14所述的裝置，其中所述傳感器設置成將包括第一頻率的第一大部分聲音通過鼓膜傳送給使用者和將包括第二頻率的第二大部分聲音通過圓窗傳送給使用者。
16.如權利要求15所述的裝置，其中所述至少一部分設置成以低於約4kHz的第一頻率與鼓膜基本上耦合以及以高於約IOkHz的頻率與圓窗基本上耦合。
17.如權利要求1所述的裝置，其中當所述組件固定至基本固定的組織時，所述聲音傳感器設置成耦合耳朵的振動結構。
18.如權利要求17所述的裝置，其中所述耳朵的振動結構包括鼓膜、聽小骨或圓窗中的至少一個。
19.如權利要求17所述的裝置，其中所述聲音傳感器設置成通過流體耦合使用者耳朵的鼓膜或圓窗中的至少一個。
20.如權利要求19所述的裝置，其中所述流體包括空氣且所述聲音傳感器設置成通過聲音傳感器遠離鼓膜定向而耦合使用者鼓膜。
21.如權利要求19所述的裝置，其中所述聲音傳感器設置成耦合圓窗，且其中至少一部分組件的尺寸設置為至少部分地適配在使用者中耳的圓窗龕內，從而將所述聲音傳感器耦合所述圓窗。
22.如權利要求21所述的裝置，其中聲音傳感器包括尺寸設置為適配在圓窗龕內的延伸部分，從而通過流體耦合所述圓窗。
23.如權利要求22所述的裝置，其中所述流體包括空氣，且其中所述聲音傳感器設置成通過在所述聲音傳感器和所述圓窗之間延伸的空氣耦合所述圓窗。
24.如權利要求23所述的裝置，其中所述延伸部分包括從隔膜延伸到開口的通道，在所述組件以中耳的組織支撐時，所述開口定位在延伸部分上以向著圓窗定向。
25.如權利要求M所述的裝置，其中所述隔膜包括通道的第一橫截面面積，且所述開口包括通道的第二橫截面面積，且其中所述第一面積是第二面積的至少約五倍，從而在向著圓窗定向的開口處集中聲能。
26.如權利要求22所述的裝置，其中所述流體包括液體，且其中聲音傳感器設置成通過在聲音傳感器和圓窗之間延伸的液體耦合圓窗。
27.如權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個傳感器包括光檢測器或線圈中的至少一個，且其中所述至少一個傳感器定向成接收通過鼓膜傳送的電磁輻射。
28.如權利要求27所述的裝置，其中所述至少一個傳感器包括光檢測器，且其中所述光檢測器包括對第一至少一種光波長敏感的第一光檢測器和對第二至少一種光波長敏感的第二光檢測器，所述第一至少一種光波長和所述第二至少一種光波長不同。
29.如權利要求1所述的裝置，其中所述聲音傳感器包括平衡銜鐵傳感器、線圈或磁體中的至少一種。
30.如權利要求1所述的裝置，還包括發射器，其設置成通過鼓膜發射電磁輻射。
31.如權利要求四所述的裝置，其中所述發射器包括LED、雷射二極體或線圈中的至少一種。
32.如權利要求四所述的裝置，其中所述發射器設置成放置在使用者耳道內。
33.如權利要求四所述的裝置，其中所述發射器耦合波導管，所述波導管設置成至少部分地放置在使用者耳道內，從而將發射器與所述至少一個傳感器耦合。
34.如權利要求1所述的裝置，還包括第一擴音器，其設置成放置在使用者耳道中或靠近耳道開口，從而檢測頻率高於至少約4kHz的高頻聲音定位信號。
35.如權利要求四所述的裝置，還包括第二擴音器，其設置成遠離耳道和耳道開口放置，從而檢測頻率低於約4kHz的低頻聲音。
36.如權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個傳感器包括具有第一表面從而接收光的光檢測器，且其中所述組件包括第二凹面以容納中耳的一部分鼓岬，所述第一表面與第二凹面相對，且其中所述聲音傳感器設置在第一表面和第二凹面之間。
37.如權利要求36所述的裝置，其中所述第一表面相對於所述第二表面傾斜，且其中所述組件的第一部分包括在第一表面和第二表面之間延伸的第一厚度，且其中所述組件的第二部分包括在第一表面和第二表面之間延伸的第二厚度，所述第一厚度小於所述第二厚度。
38.如權利要求37所述的裝置，其中所述聲音傳感器包括平衡銜鐵傳感器，其具有線圈、永磁體和簧片，所述簧片耦合隔膜，且其中隔膜設置在第一表面和第二表面之間的第一部分上，以及所述永磁體設置在第一表面和第二表面之間的第二部分上。
39.如權利要求36所述的裝置，還包括至少一個透鏡，其定位在第一表面上以光耦合至少一部分鼓膜並且將由鼓膜散射的光傳送到第一表面。
40.將聲音傳送到使用者耳朵的方法，所述耳朵具有鼓膜和中耳，所述方法包括將電磁能通過鼓膜傳送到設置成接收電磁能的傳感器上；以及從定位在中耳內的聲音傳感器中發出聲音，從而響應於電磁能而將聲音傳送到使用者的耳朵。
41.如權利要求40所述的方法，其中所述聲音傳感器固定至中耳的固定結構並通過流體耦合耳朵的振動結構。
42.如權利要求41所述的方法，其中所述固定結構包括中耳鼓岬或中耳圓窗龕中的至少一種。
43.如權利要求41所述的方法，其中所述聲音傳感器通過由使用者的組織組成的自體移植物固定至固定結構上。
44.如權利要求41所述的方法，其中所述振動結構包括耳朵的鼓膜、聽小骨或圓窗中的至少一種。
45.如權利要求40所述的方法，其中至少一部分組件定位在使用者中耳的圓窗龕內。
46.如權利要求45所述的方法，其中所述聲音傳感器通過位於聲音傳感器和圓窗之間的流體耦合耳朵內耳圓窗。
47.如權利要求46所述的方法，其中所述流體包括空氣，且其中所述聲音傳感器向著圓窗定向，從而將聲音傳感器耦合圓窗。
48.如權利要求46所述的方法，其中所述聲音傳感器通過流體耦合耳朵的振動結構，這樣耳朵的振動結構由於組件的質量和流體的質量可以以最小的阻尼振動。
49.如權利要求46所述的方法，其中所述流體包括液體，且其中所述液體從至少一部分圓窗延伸到聲音傳感器從而將聲音傳感器與圓窗耦合。
50.如權利要求49所述的方法，其中從聲音傳感器延伸到圓窗的液體的體積不大於約50uLo
51.如權利要求50所述的方法，其中所述體積不大於約20uL。
52.如權利要求40所述的方法，其中至少一部分組件通過中耳鼓岬支撐。
53.如權利要求52所述的方法，其中所述聲音傳感器通過空氣耦合耳朵的鼓膜或圓窗中的至少一個。
54.如權利要求53所述的方法，其中所述聲音傳感器通過空氣耦合鼓膜，且其中所述聲音傳感器遠離鼓膜定向，從而將聲音傳感器與使用者鼓膜耦合。
55.如權利要求40所述的方法，其中所述電磁輻射包括光能。
56.如權利要求55所述的方法，其中所述光能包括紫外光、可見光或紅外光中的至少一種。
57.如權利要求40所述的方法，其中所述電磁能由向著鼓膜定向以接收電磁能的傳感器接收，且其中所述傳感器耦合聲音傳感器，這樣所述聲音傳感器響應於所述電磁能而發出聲音。
58.如權利要求40所述的方法，其中至少第一擴音器定位在耳道中或靠近耳道開口，從而測定包括空間定位信號的高於至少約4kHz的高頻聲音。
59.如權利要求58所述的方法，其中第二擴音器遠離耳道和耳道開口定位，從而測定低於約4kHz的至少低頻聲音。
60.如權利要求59所述的方法，其中來自第一擴音器的聲音基本上通過鼓膜傳送給使用者，且來自第二擴音器的聲音基本上通過圓窗傳送給使用者，從而抑制回授。
61.如權利要求40所述的方法，其中所述聲音傳感器包括具有一定體積的內腔，且其中所述體積減少以降低中耳氣壓和增加以增加中耳氣壓，從而將聲音傳送給使用者。
62.將聲音傳送到使用者耳朵的裝置，所述耳朵包括中耳，所述裝置包括設置成放置在使用者中耳內的組件，所述組件包括，至少一個光檢測器；結構，其將所述組件固定到所述中耳的基本固定的組織上；和揚聲器，其與所述至少一個光檢測器耦合，且其設置成當所述組件固定到中耳的基本固定的組織時，將聲音傳送給使用者。
63.將聲音傳送到使用者耳朵的裝置，所述裝置包括用於將聲音傳送到使用者耳朵的工具。
64.將聽力組件放置在使用者中耳內的方法，所述耳朵具有鼓膜，所述方法包括在鼓膜中形成切口；使所述組件通過所述切口從而將組件定位在中耳內；將所述組件固定至中耳的基本固定的組織上；和閉合所述切口以使得鼓膜癒合。
65.如權利要求64所述的方法，其中所述鼓膜中的切口繞鼓膜的外部延伸。
66.如權利要求64所述的方法，其中所述鼓膜包括環帶，且其中所述切口至少部分地延伸到所述環帶中。
67.如權利要求64所述的方法，其中所述聽力組件的尺寸設置為在無需切骨的情況下通過所述切口，且其中所述聽力組件通過流體耦合耳朵的振動結構，從而抑制阻塞。
全文摘要
包括聲音傳感器的組件可以以簡化外科手術的方式植入中耳內。所述組件可包括窄的橫截面輪廓，這樣所述組件可以在例如無需切骨的情況下通過鼓膜中的切口定位在中耳內。所述切口可以閉合，且電磁能通過閉合切口傳送到設置成響應於電磁能而振動耳朵的傳感器上。在許多實施方式中，所述聲音傳感器包括定位在中耳內的揚聲器，且所述聲音傳感器可通過空氣耦合至耳朵的振動結構上，從而簡化外科手術。所述組件可以固定在耳朵的基本上固定的結構上，例如鼓岬，從而抑制使用者可察覺的阻塞並抑制該組件運動，這樣使用者可以在幾乎沒有阻塞的情況下感知到清晰的聲音。
文檔編號H04R25/00GK102598712SQ201080034975
公開日2012年7月18日 申請日期2010年6月4日 優先權日2009年6月5日
發明者P·拉克爾, R·C·佩爾金斯, S·珀亞 申請人:音束有限責任公司