專利名稱：具有內(nèi)部和外部移動(dòng)傳感器的前庭植入體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及可植入的刺激系統(tǒng)，并且更特別地涉及一種具有內(nèi)部和外部移動(dòng)傳感器的前庭植入體系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如圖1中所示，正常的耳朵引導(dǎo)來自外耳廓101的聲音通過大致圓柱形耳道110(通常約26mm長，直徑為7mm)，以振動(dòng)鼓膜102 (耳膜)。鼓膜102移動(dòng)振動(dòng)耳蝸104的中耳103的骨骼(錘骨、砧骨和鐙骨)，耳蝸104繼而起換能器的作用，以向大腦產(chǎn)生被解釋為聲音的電脈沖。另外，內(nèi)耳也包括平衡感覺前庭系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括前庭迷路105，其三個(gè)互相連接和相互正交的半規(guī)管:上半規(guī)管106、后半規(guī)管107和水平半規(guī)管108 (以及未示出的耳石器官、橢圓囊、球囊)。前庭迷路105的管和空間充有內(nèi)淋巴液，其相對(duì)于頭部運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，因此激活通過前庭神經(jīng)111向大腦發(fā)送電平衡信號(hào)的毛細(xì)胞。對(duì)于某些人，前庭系統(tǒng)受損或削弱，導(dǎo)致諸如失穩(wěn)、眩暈和視覺不穩(wěn)定這樣的平衡問題。當(dāng)前正在開發(fā)前庭植入體，其最初挑戰(zhàn)之一為用于運(yùn)動(dòng)傳感器(陀螺儀和線性加速度計(jì))的陀螺儀/加速度計(jì)陣列所需的相對(duì)大的功率。目前，一種低功率裝置為STMicroelectronics L3G4200D，其為編碼旋轉(zhuǎn)的所有三維軸線的三軸數(shù)字陀螺儀。該裝置為4mm正方形乘以Imm厚度，并且需要各種功率和信號(hào)線路，以在3.6V以至少6mA的指定功率要求下運(yùn)行。為了在植入體系統(tǒng)中使用，一個(gè)或多個(gè)前庭運(yùn)動(dòng)傳感器的功率能夠從佩戴電池組的身體供應(yīng)，并且利用頭部放置的線圈經(jīng)皮膚傳送。但是該經(jīng)皮膚供應(yīng)的功率損失大致為2的因子，并且也存在頭部線圈掉落、功率損失和患者變得迷失定向甚至摔倒的另外的風(fēng)險(xiǎn)。在某種程度時(shí)較好的解決方案可能是具有植入的電池，其向植入的運(yùn)動(dòng)傳感器供電，但是(由于高功率需求)，該方法可能需要大電池體積或者非常頻繁地重新對(duì)電池充電。此外，該裝置的任何模塊的故障都將要求重新植入，隨之對(duì)聽力和剩余前庭功能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。也已對(duì)前庭植入體系統(tǒng)提出其他裝置。例如，已提出頭部佩戴的傳感器陣列，其將由繞頭部的保持帶固定，但是該方法將產(chǎn)生傳感器相對(duì)于頭部運(yùn)動(dòng)的不可接受的高風(fēng)險(xiǎn)。也已提出通過經(jīng)皮膚插頭供電的植入的傳感器陣列，但是經(jīng)皮膚結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重問題是眾所周知的。Challa和Bhatti 于2010年2 月 6-10 日在33rd Mid-Winter Research Meeting, Assn.for Research in Otolarygology 中的 A Micromachined Cupula:Toward BiomimeticAngular Velocity S ensor Prosthesis (在此通過引用并入)提出了一種圍繞由平衡器官本身使用的流體原理的傳感器陣列基本重新設(shè)計(jì)，以降低功率需求，但是將需要更多時(shí)間和更長穩(wěn)定性測(cè)試，以完成該裝置的開發(fā)。
Della Santina等人的專利申請(qǐng)US2005/0267549 (在此通過引用并入)教導(dǎo)了一種組合耳蝸/前庭刺激系統(tǒng)，其具有放置在外部或內(nèi)部的語音和移動(dòng)感測(cè)處理器(SMP)。Merfeld等人的專利申請(qǐng)US2002/0104971 (在此通過引用并入)教導(dǎo)了一種移動(dòng)感測(cè)系統(tǒng)，其不僅被佩戴在頭部上而且也佩戴在其他身體部分上。
由于安全性原因，當(dāng)驅(qū)動(dòng)該植入體時(shí)，將包括傳感器的外部佩戴單元始終放置在已知和正確的定向是很重要的。否則，傳感器對(duì)信號(hào)處理并且最終對(duì)神經(jīng)刺激點(diǎn)的失準(zhǔn)輸入將導(dǎo)致真實(shí)和感知頭部運(yùn)動(dòng)之間的失配。在特定環(huán)境下，這可能導(dǎo)致患者摔倒并且可能導(dǎo)致?lián)p傷。當(dāng)植入體位于頭部上，使得患者有時(shí)不能視覺觀察植入體上的外部單元放置時(shí)，將更是如此。
當(dāng)前通過一對(duì)軸向磁化的磁體解決了耳蝸植入體和其他聽覺植入體的相對(duì)于植入體的外部單元的正確放置。一個(gè)磁體放置在植入體的接收器線圈中心。另一個(gè)磁體放置在外部單元的發(fā)送器線圈的中心。當(dāng)接近植入體的磁體放置外部單元的磁體時(shí)，磁吸引力導(dǎo)致將外部線圈以同心定向放置在植入體線圈上。但是存在能夠在徑向方向相對(duì)于植入體完全360度旋轉(zhuǎn)外部單元的剩余自由度。由于該徑向旋轉(zhuǎn)自由度，該解決方案不適合放置作為前庭植入體系統(tǒng)的一部分的外部傳感器。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例涉及部分地可植入的前庭假體系統(tǒng)，其包括外部運(yùn)動(dòng)傳感器模塊，該模塊可附接至患者頭部的外部皮膚表面，用于產(chǎn)生代表患者頭部運(yùn)動(dòng)的外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。外部發(fā)射器與外部運(yùn)動(dòng)傳感器進(jìn)行通信，并且提供植入體通信信號(hào)的電磁傳輸，該植入體通信信號(hào)包括基于外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)分量和向植入的系統(tǒng)組件提供電功率的電功率分量。另外的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器可植入于患者的頭部皮膚下，用于產(chǎn)生代表患者頭部運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。并且植入體處理器也可植入于皮膚下，并且其與內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器和用于基于一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生植入體刺激信號(hào)的外部發(fā)射器進(jìn)行通信，以電刺激目標(biāo)神經(jīng)組織，諸如內(nèi)耳的半規(guī)管、耳石器官和/或前庭神經(jīng)，用于增強(qiáng)或改善患者的前庭功能。
在某些特定實(shí)施例中，外部運(yùn)動(dòng)傳感器可被適配為可附接在患者頭部的耳道內(nèi)。例如，外部運(yùn)動(dòng)傳感器模塊可以在相應(yīng)的植入的保持磁體上磁性地可附接在耳道內(nèi)，其中植入的保持磁體建立外部運(yùn)動(dòng)傳感器的正確位置。外部運(yùn)動(dòng)傳感器模塊也可被適配為剩下一部分未被閉塞的耳道，以允許通過鼓膜的聽力感覺。在其他實(shí)施例中，外部運(yùn)動(dòng)傳感器模塊可在相應(yīng)的植入的保持磁體上磁性地可附接在患者頭部的頭皮上，其中植入的保持磁體建立外部運(yùn)動(dòng)傳感器的正確位置。
例如， 外部運(yùn)動(dòng)傳感器模塊可以包括多個(gè)磁體，其用于和植入體磁體裝置中的相應(yīng)的多個(gè)磁體協(xié)作。在該實(shí)施例中，外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的磁體可被設(shè)置有多個(gè)不對(duì)稱磁極、設(shè)置為空間不對(duì)稱、設(shè)置為不對(duì)稱不同直徑的定向和/或設(shè)置為協(xié)作磁體對(duì)之間的不對(duì)稱不同距離。并且，外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的磁體可被布置以需要外部運(yùn)動(dòng)傳感器的定向，使得外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的每個(gè)磁體都與植入體磁體裝置中的另一相應(yīng)的磁體協(xié)作，以便具有穩(wěn)固地保持外部運(yùn)動(dòng)傳感器的足夠磁吸引力。
植入體刺激信號(hào)可以在當(dāng)可用時(shí)，優(yōu)選地基于外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)，否則可基于內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。另外或作為替換方式，當(dāng)外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)超過某些可接受的閾值時(shí)，或者當(dāng)外部和內(nèi)部組件之間的通信傳遞控制時(shí)，植入體刺激信號(hào)可以優(yōu)選地基于內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。植入體處理器可包括基線步調(diào)模式，在該基線步調(diào)模式中與運(yùn)動(dòng)信號(hào)無關(guān)地產(chǎn)生植入體刺激信號(hào)。某些實(shí)施例也可以包括傳感器位置傳感器，其用于產(chǎn)生代表外部傳感器相對(duì)于患者頭部的運(yùn)動(dòng)的傳感器運(yùn)動(dòng)信號(hào)。


圖1示出與人耳相關(guān)聯(lián)的各種解剖學(xué)結(jié)構(gòu)。圖2示出部分地可植入的前庭假體系統(tǒng)的一個(gè)特定示例。圖3示出用于在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的植入體處理器的一種裝置。圖4示出一種特定實(shí)施例的某些外部組件。圖5示出與頭皮附接的外部運(yùn)動(dòng)傳感器相關(guān)聯(lián)的各種組件的頂視圖。圖6示出使用兩個(gè)附接磁體的一個(gè)特定可頭皮附接的外部運(yùn)動(dòng)傳感器裝置的橫截面圖。圖7示出使用三個(gè)附接磁體的外部運(yùn)動(dòng)傳感器的實(shí)施例。圖8示出用于在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的扇區(qū)化的附接磁體。圖9A-D示出使用三個(gè)對(duì)稱附接磁體的外部運(yùn)動(dòng)傳感器的實(shí)施例的放置細(xì)節(jié)。圖10A-D示出使用三個(gè)不對(duì)稱附接磁體的外部運(yùn)動(dòng)傳感器的實(shí)施例的放置細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種安全、可實(shí)行和可佩帶的部分地可植入的前庭假體系統(tǒng)，其結(jié)合內(nèi)部和外部運(yùn)動(dòng)傳感器。通過做出適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)選擇，能夠避免先前方法的許多缺點(diǎn)。例如，在某些實(shí)施例中，當(dāng)主要的外部地佩戴的運(yùn)動(dòng)傳感器不可用或不可靠時(shí)，內(nèi)部植入體運(yùn)動(dòng)傳感器能夠主要用作備用信號(hào)源幾個(gè)小時(shí)(取決于植入體電池的電池壽命)。其他實(shí)施例可使用植入的運(yùn)動(dòng)傳感器作為其正常的主要信號(hào)源，而外部運(yùn)動(dòng)傳感器在植入的運(yùn)動(dòng)傳感器故障的情況下用作系統(tǒng)備用信號(hào)源。圖2示出具有外部運(yùn)動(dòng)傳感器208的部分地可植入的前庭假體系統(tǒng)的一個(gè)特定示例，該外部運(yùn)動(dòng)傳感器208包括產(chǎn)生編碼代表用戶頭部運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)的三維軸的外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)的三軸數(shù)字陀螺儀陣列210。外部運(yùn)動(dòng)傳感器208被適配為位于用戶的耳道110內(nèi)，其中外部運(yùn)動(dòng)傳感器208內(nèi)的附接磁體209與被手術(shù)地植入耳道110的皮膚下的相應(yīng)的植入的保持磁體207協(xié)作。
安裝在耳道110中的外部運(yùn)動(dòng)傳感器208也適用于輕度到中度耳聾患者(其構(gòu)成相當(dāng)大數(shù)量具有前庭問題的患者)并且可與助聽植入體結(jié)合在一起，或者其可能匹配另一側(cè)的聽覺或助聽器，和/或其可能包括聲音通道或大孔，以向在該耳朵中具有聽力的患者部分地傳送聲音。將外部運(yùn)動(dòng)傳感器208定位在耳道110的多骨段的深處，提供許多運(yùn)動(dòng)假象的低可能性，以及被正常運(yùn)動(dòng)移動(dòng)的低風(fēng)險(xiǎn)。這與其中頜部運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致無法接受的運(yùn)動(dòng)假象的耳道110的較低前部部分中的更淺位置形成對(duì)比。外部運(yùn)動(dòng)傳感器208的理想位置可以如圖2中所示，其在鄰近耳道壁的較后的上部的、深入耳道110的多骨段的適當(dāng)位置固定就位(例如利用固位磁體)。使用該位置將最小化頜部運(yùn)動(dòng)的不利影響，并且可通過使用部分閉塞設(shè)計(jì)或柔性閉塞體積進(jìn)一步最小化該不利影響。
對(duì)于有聽力的患者，外部運(yùn)動(dòng)傳感器208通常應(yīng)在耳道110中占用盡量小的空間，以允許將聲音充分傳送至鼓膜102。如果外部運(yùn)動(dòng)傳感器208適配為如圖2中所示保留一部分耳道110不被閉塞，以允許通過鼓膜102的相對(duì)正常聽覺感覺，這可能是有利的。
作為替換方式，外部運(yùn)動(dòng)傳感器208可以被并入非常深的耳道裝配裝置中，諸如在耳道110內(nèi)較靠近鼓膜102深入裝配的Lyric型助聽器裝置。對(duì)于有聽力的患者，如果設(shè)計(jì)成允許將聲音充分傳輸至鼓膜102，深入耳道裝配的選項(xiàng)可能特別適合。
在另一實(shí)施例中，為了穩(wěn)定性，外部運(yùn)動(dòng)傳感器208的某些部分將需要被隱蔽地深入裝配到耳道110中，但是耳道110的外部末端仍可用于其他用途，諸如其他系統(tǒng)組件。然后，能夠通過非常柔性的線纜將另外的裝置相關(guān)組件連接至深入地裝配的部分。例如，電源和信號(hào)處理組件也能夠位于耳道110的外部部分中，并且可通過非常柔性的連接器連接至外部運(yùn)動(dòng)傳感器208。
外部運(yùn)動(dòng)傳感器208通過連接器引線212連接至耳后式外部處理器201。下列情況有利，即如果連接器引線212非常柔性，使得外耳101和/或外部處理器201的小的運(yùn)動(dòng)(諸如為了編程)不擾亂外部運(yùn)動(dòng)傳感器208在耳道110中的裝配和定位。操作構(gòu)件211也突出到外部運(yùn)動(dòng)傳感器208外，以有助于例如為了洗澡或裝置維護(hù)移除外部傳感器208的用戶的能力。
外部處理器201繼而處理外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)以產(chǎn)生植入體通信信號(hào)，其包括基于外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)分量和提供用于植入的系統(tǒng)組件的電功率的電功率分量(例如，來自外部處理器201內(nèi)的電池裝置)。來自外部處理器201的植入體通信信號(hào)被外部發(fā)射器線圈202穿過皮膚傳送至相應(yīng)的植入 體接收器線圈203。圖4示出另一類似實(shí)施例中的外部組件的外形，其中外部信號(hào)處理器403和外部電池電源402鉤在用戶的外耳上，利用柔性線纜404連接至耳道內(nèi)的外部移動(dòng)傳感器裝置和磁力地定位在相應(yīng)的植入的接收器線圈上的用戶的頭皮上的外部發(fā)射器線圈401。
植入體處理器206植入于皮膚下并且耦合至植入體接收器線圈203。植入體處理器206包括內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器，其產(chǎn)生代表患者頭部運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。植入體處理器206處理植入體通信信號(hào)以提取其信號(hào)分量(來自外部運(yùn)動(dòng)傳感器208)，并且具有來自內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器的可用內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。通過這些信號(hào)，植入體處理器206基于其中一個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)向前庭刺激器電極205產(chǎn)生植入體刺激信號(hào)，前庭刺激器電極205電刺激目標(biāo)神經(jīng)組織，諸如前庭迷路105的半規(guī)管106、107、108、一個(gè)或兩個(gè)耳石器官和/或前庭神經(jīng)111或神經(jīng)節(jié)，用于作為平衡信號(hào)的患者的前庭感覺。
圖3示出植入體殼體300的結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)，該植入體殼體300包括接收器線圈203和植入體處理器206。植入體處理器206中的傳統(tǒng)ASIC301使用雙極或單極刺激、使用單通道或多通道刺激，向連接至植入體殼體300的前庭刺激電極305提供用于產(chǎn)生植入體刺激信號(hào)的處理功能，其中植入體刺激信號(hào)例如為變化振幅/持續(xù)時(shí)間和/或重復(fù)頻率的多相脈沖的序列。當(dāng)其可用時(shí)，植入體處理器206可優(yōu)選地使植入體刺激信號(hào)基于外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)，否則可使用內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)?；蛘咴谀承?shí)施例中，當(dāng)外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)超過某些可接受的閾值時(shí)，植入體處理器206可優(yōu)選地使植入體刺激信號(hào)基于內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。在某些實(shí)施例中，植入體處理器206也可包括基線步調(diào)模式(baseline pacing mode),其中與運(yùn)動(dòng)信號(hào)無關(guān)地產(chǎn)生植入體刺激信號(hào)。圖3中所示的實(shí)施例具有單獨(dú)基準(zhǔn)電極引線304，其對(duì)單極刺激脈沖的情況有用。圖3中所示的植入體殼體300中也包括植入體電源302(例如，可再充電電池)，其從所接收的植入體通信信號(hào)提取功率分量，并且當(dāng)未附接外部組件時(shí)向植入體供電。植入體殼體300也包括內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器303，例如數(shù)字陀螺儀陣列。內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器303可要求比外部運(yùn)動(dòng)傳感器更小的旋轉(zhuǎn)靈敏度(按照度數(shù)/秒)，并且因此也需要較少功率。因此，系統(tǒng)電源(處于外部部分中或可植入的電池)能夠使該系統(tǒng)運(yùn)行更長時(shí)間，直到需要再充電或更換電池。實(shí)施例不限于將外部運(yùn)動(dòng)傳感器定位在耳道內(nèi)。例如，某些實(shí)施例可基于鈕扣封裝處理器，其在植入的裝置上的固定的期望位置中定位并穩(wěn)定在用戶頭皮上，其中被移動(dòng)或掉落的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)低。這建議一種鈕扣封裝裝置600，諸如圖6中所示的實(shí)施例，其包括一次性或可再充電電池或電池陣列601、發(fā)射器線圈604、一個(gè)或多個(gè)外部運(yùn)動(dòng)傳感器裝置602 (例如，陀螺儀)、外部信號(hào)處理器605和定位裝置603 (例如，與植入的定位磁體協(xié)作的外部保持磁體)。圖6中所示的實(shí)施例也包括壓力操作的控制開關(guān)606，用戶能夠使用該開關(guān)控制鈕扣封裝裝置600的操作 和/或其也能夠開關(guān)耳內(nèi)式裝置，諸如上述那些裝置。不同于先前的耳道裝置，圖6中所示的鈕扣封裝裝置600不需要線纜，并且因此在正常使用中可能具有較小被移位的機(jī)會(huì)。在鈕扣封裝型實(shí)施例中，植入的裝置能夠有用地包括可再充電植入體電池，其能夠向植入的組件提供足夠電能至少幾分鐘操作時(shí)間，使得能夠?yàn)榱酥T如更換電池的維護(hù)或?yàn)榱肆茉〉榷∠峦獠库o扣封裝裝置600。在某些實(shí)施例中，用于外部鈕扣封裝裝置600的電池可被放置在通過線纜連接至外部鈕扣封裝裝置600的單獨(dú)殼體中。在某些實(shí)施例中，外部鈕扣封裝裝置600可能具有可再充電電池，能夠或者在正常系統(tǒng)運(yùn)行期間或者在植入體使用其自身電池的時(shí)間期間利用專用再充電模式，通過臨時(shí)放置在裝置上的另外的充電器線圈對(duì)可再充電電池進(jìn)行再充電(例如，約一小時(shí))。圖6中示出的實(shí)施例基于使用單一外部保持磁體，但是其他實(shí)施例，諸如圖5中所示的實(shí)施例可能有用地包括另外的第二固位磁體，其用于植入的部分和處理器兩者，諸如美國專利6，348，070中所述(在此通過引用并入)。在圖5中，外部裝置殼體501包括通常的主保持磁體503，其位于外部發(fā)射器線圈505的中心，該線圈與在位于植入體裝置502中的植入體接收器線圈506中心定位的相應(yīng)的植入體保持磁體508協(xié)作，該植入體裝置502也包括植入體處理器和(可選的)運(yùn)動(dòng)傳感器507。從外部裝置殼體501中的主布置偏置的是另一第二保持磁體504，其與相應(yīng)的植入體第二磁體509協(xié)作，以在植入體裝置502上的期望位置中提供對(duì)外部裝置殼體501的強(qiáng)度增加的固定。所示磁體裝置也降低了外部裝置殼體501相對(duì)用戶頭部旋轉(zhuǎn)的可能性。圖7示出具有裝置殼體701的外部裝置700的另一實(shí)施例，其包括與植入的裝置中的相應(yīng)的三角形保持磁體裝置協(xié)作的三個(gè)外部保持磁體702的三角形布置。三個(gè)外部保持磁體702的該三角形布置提供了一種外部裝置700在植入體裝置上的非常強(qiáng)和穩(wěn)固的磁固定，這也可靠地防止了裝置相對(duì)于頭部的旋轉(zhuǎn)。該實(shí)施例也提供功率的較高感應(yīng)鏈接系數(shù)，這是因?yàn)樵诎l(fā)射器線圈704的中心不存在能夠吸收能量的磁體。裝置殼體701內(nèi)的電子封裝705包括一個(gè)或多個(gè)外部運(yùn)動(dòng)傳感器、信號(hào)處理器裝置和電源。如果裝置703由生物適應(yīng)并且易于順從以附接至用戶頭皮的彎曲表面的柔軟材料制成，這可能是有利的。
將某些不對(duì)稱形式引入外部裝置700的外部保持磁體702的布置中能夠有助于確保將外部裝置700保持在植入體上的正確位置。例如，圖9A-D示出外部裝置700的實(shí)施例的放置細(xì)節(jié)，其使用布置在等邊三角形中的三個(gè)外部保持磁體702，其磁體軸向極性(北相對(duì)于南)不對(duì)稱。在圖9A中，示出左手和底部外部保持磁體702具有南-北向外磁方向，同時(shí)示出右手外部保持磁體702具有北-南向外磁方向。在圖9A中，外部裝置700在植入的接收器線圈203和植入體處理器206上正確定向，以允許將通信信號(hào)適當(dāng)耦合到植入體中。圖9B示出不正確放置外部裝置700的嘗試，其中僅單一對(duì)保持磁體相互吸引，并且兩對(duì)磁體不磁性地嚙合。在該定向中，將無通信信號(hào)耦合，并且保持外部裝置700靠近皮膚的力將比正常情況弱很多，使得用戶應(yīng)能夠察覺不正確的嚙合。圖9C示出另一種不正確放置嘗試，其中外部裝置700適當(dāng)?shù)匚挥谥踩塍w接收器線圈203上的中心，以允許通信信號(hào)的耦合，但是僅一對(duì)磁體對(duì)通過磁吸引嚙合，并且其他兩對(duì)相互排斥一該不正確定向要求手動(dòng)力將外部裝置保持就位，并且用戶將再次了解這是錯(cuò)誤的。圖9D示出外部裝置700的另一種類型的不正確放置嘗試，其中兩對(duì)磁體相互吸引并且一對(duì)不磁性地嚙合一同樣，將無通信信號(hào)的耦合。因而，磁極性的不對(duì)稱確保了用戶易于察覺外部裝置700是否被正確定向和被適當(dāng)?shù)乇３志臀弧?br> 除了使用磁極性的不同軸定向(北極朝上相對(duì)于朝下)，也能夠以其他方式實(shí)現(xiàn)保持磁體對(duì)的不對(duì) 稱布置，諸如:
-使用保持磁體的不同直徑的定向
-使用任何兩對(duì)保持磁體之間的不同距離
-使用低磁吸引力的保持磁體，因而需要多于一對(duì)彼此正確地放置(的保持磁體)以將外部裝置保持在植入體上。例如，圖10A-D示出外部運(yùn)動(dòng)傳感器的實(shí)施例的放置細(xì)節(jié)，其使用具有布置在不規(guī)則三角形中，即具有空間不對(duì)稱的相同軸向磁極性的三個(gè)外部磁體702。
圖8示出對(duì)任何上述實(shí)施例中的保持磁體都有用的另一布置。也就是說，保持磁體800被分為多個(gè)不同磁性扇區(qū)801，使得相鄰扇區(qū)磁性不同。在圖8中所示的示例中，磁性扇區(qū)801為特定形式的餅形分段，但是也可使用其他特定形狀。同樣地，該布置有助于避免能夠產(chǎn)生不正確運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)的外部裝置相對(duì)于患者頭部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。
如上所述，外部和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器中的傳感器元件可能通常為數(shù)字陀螺儀陣列或數(shù)字加速度計(jì)，諸如MEMS加速度計(jì)。在恢復(fù)外部裝置的正確位置時(shí)，能夠通過保持磁體裝置的定位和有效性來補(bǔ)償諸如來自用戶推出或推入外部裝置的微小運(yùn)動(dòng)，或者耳道內(nèi)的無意運(yùn)動(dòng)(例如微小滑移、旋轉(zhuǎn)、頜部運(yùn)動(dòng))導(dǎo)致的微小運(yùn)動(dòng)。某些實(shí)施例也可能使用自動(dòng)防故障傳感器裝置，用于檢測(cè)相對(duì)于頭部、或位于耳道內(nèi)的無源組件(例如，磁體或小金屬板)或植入體本身的微小運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被該相對(duì)運(yùn)動(dòng)激活時(shí)，該自動(dòng)防故障傳感器裝置能夠:
(a)向植入體發(fā)信號(hào)，以回到使患者適應(yīng)的基線步調(diào)操作模式，
(b)關(guān)斷植入體，
(C)對(duì)于相對(duì)于身體的微小運(yùn)動(dòng)，向植入體施加將更改(例如，減去)基于陀螺儀的傳感器運(yùn)動(dòng)信號(hào)的修正信號(hào)，直到相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)于修正變得太大，和/或
(d)外部運(yùn)動(dòng)傳感器裝置相對(duì)于身體的過多運(yùn)動(dòng)將向植入體發(fā)信號(hào)，以臨時(shí)回到其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器裝置。
感測(cè)元件可基于若干已知的感測(cè)方法的任何一個(gè)，諸如電磁、光學(xué)或霍爾效應(yīng)感測(cè)。例如，電磁場(chǎng)感測(cè)裝置可基于鄰近小型植入線圈或其他金屬塊，感測(cè)探察線圈中的電場(chǎng)，同時(shí)發(fā)射器線圈產(chǎn)生感測(cè)場(chǎng)(與金屬探測(cè)器或渦電流感測(cè)中一樣)。或者運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置可基于經(jīng)皮膚的光傳輸系統(tǒng)，其中將在植入的磁體(或者非磁性反射器)引導(dǎo)光源(其具有良好地穿過身體組織和裝置的材料的頻率)，該植入的磁體將涂有高反射率的表面。光源相對(duì)于磁體/反射器的運(yùn)動(dòng)將改變反射光的量，因此發(fā)送裝置相對(duì)于植入板的位置運(yùn)動(dòng)的信號(hào)?；蛘邔?shí)施例可具有使用霍爾效應(yīng)感測(cè)的運(yùn)動(dòng)傳感器。在植入過程期間，外科醫(yī)生將第二小的永磁體傳感器植入耳道深處的皮膚下。然后，霍爾效應(yīng)感測(cè)器的雙或三軸系統(tǒng)能夠檢測(cè)傳感器磁體相對(duì)于裝置的精確位置的變化，并且因此檢測(cè)陀螺儀相對(duì)于頭部的位置。在某些實(shí)施例中，可使用以足夠低電流工作的單一微型三軸傳感器，以對(duì)被施加至植入體的運(yùn)動(dòng)信號(hào)做出修正。傳感器陣列將被放置在相對(duì)高場(chǎng)梯度的位置，例如植入的磁體的一側(cè)。電容性感測(cè)也能夠作為運(yùn)動(dòng)傳感器元件的基礎(chǔ)。被插入耳道中的外部移動(dòng)傳感器的一部分可以包括磁體，以在植入的磁體上將其對(duì)齊，并且然后能夠使用電容性傳感器以指示裝置鄰近磁體，并且檢測(cè)裝置的位移(高達(dá)約2_)。這可能作為開關(guān)或作為相對(duì)位置和/或相對(duì)位置中速度/加速度變化的測(cè)量值有用。某些實(shí)施例也可包括磁致動(dòng)的機(jī)械開關(guān)(類似磁簧片開關(guān))，以當(dāng)移除耳道裝置時(shí)，解除對(duì)一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)組件的供電，或者將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為(可選的)植入的運(yùn)動(dòng)傳感器的控制或者轉(zhuǎn)換為備用(步調(diào))模式。某些實(shí)施例也可通過使用由相對(duì)于植入的磁體的運(yùn)動(dòng)致動(dòng)的功率控制開關(guān)(例如，使用渦電流或電容性過程)避免連續(xù)的高傳感器電流。然后，可由三軸霍爾效應(yīng)(或其他)傳感器裝置追蹤該運(yùn)動(dòng)，使得一旦該運(yùn)動(dòng)開始，就僅需要監(jiān)視相對(duì)運(yùn)動(dòng)的功率。在繞頭部的其他位置，類似的相對(duì)運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置，諸如具有在耳道外部某處的基于磁體的固定的裝置，也可以是有用的?；蛘吒袘?yīng)過程電路能夠測(cè)量當(dāng)移動(dòng)或移除外部部件時(shí)變化的感應(yīng)鏈接的頻率。

某些實(shí)施例還可能包括傳感器位置傳感器，其用于產(chǎn)生代表外部傳感器相對(duì)于患者頭部的運(yùn)動(dòng)的傳感器運(yùn)動(dòng)信號(hào)。系統(tǒng)可使用該信息以更改編碼頭部運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)其他運(yùn)動(dòng)信號(hào)。例如，這可能在隨著控制被傳遞的內(nèi)部傳感器通電期間，或者對(duì)于使用單機(jī)外部傳感器的模式有用。諸如那些上述本發(fā)明的實(shí)施例能夠基于現(xiàn)有技術(shù)和組件開發(fā)。此外，能夠易于容納外部組件，諸如陀螺儀傳感器。整體系統(tǒng)也相對(duì)某些內(nèi)部組件的故障耐用。在僅作為前庭刺激裝置，而沒有另外的聽力功能的應(yīng)用中，外部組件將不需要用于擴(kuò)音器的開口。結(jié)果，能夠?qū)⑼獠拷M件水密密封(或者至少更防水)。另外，也存在設(shè)計(jì)固有的安全性，如果外部單元未在植入體的頂部正確定向，其就防止植入體刺激。本發(fā)明的實(shí)施例可以部分地在任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)編程語言中實(shí)現(xiàn)。例如，優(yōu)選實(shí)施例可在過程編程語言(例如，“C”)或面向?qū)ο缶幊陶Z言(例如，“C++”、Python)中實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的替換實(shí)施例可作為預(yù)編程的硬件元件、其他相關(guān)組件或作為硬件和軟件組件的組合實(shí)現(xiàn)。實(shí)施例可用部分地作為用于和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一起使用的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。該實(shí)現(xiàn)可以包括固定在有形介質(zhì)，諸如計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(例如，磁碟、⑶-ROM、ROM或硬盤)上的，或者可通過調(diào)制解調(diào)器或其他接口裝置，諸如被通過介質(zhì)連接至網(wǎng)絡(luò)的通信適配器可傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一系列計(jì)算機(jī)指令。該介質(zhì)可能為有形介質(zhì)(例如，光學(xué)或模擬通信線路)或者以無線技術(shù)(例如，微波、紅外或其他傳輸技術(shù))實(shí)現(xiàn)的介質(zhì)。該系列計(jì)算機(jī)指令具體化為上文關(guān)于該系統(tǒng)所述的所有或部分功能性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，為了與許多計(jì)算機(jī)架構(gòu)或操作系統(tǒng)一起使用，能夠以許多編程語言寫出該計(jì)算機(jī)指令。此外，該指令可以存儲(chǔ)在任何存儲(chǔ)器裝置中，諸如半導(dǎo)體、磁、光或其他存儲(chǔ)器裝置，并且可以使用任何通信技術(shù)傳輸，諸如光、紅外、微波或其他傳輸技術(shù)。應(yīng)認(rèn)為，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可作為具有附加印刷或電子文件(例如，緊縮套裝軟件)的可移除介質(zhì)分配，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(例如，在系統(tǒng)ROM或硬盤上)預(yù)裝載，或者通過網(wǎng)絡(luò)(例如，因特網(wǎng)或萬維網(wǎng))從服務(wù)器或電子公告板分配。
雖然已公開了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，能夠在不偏離本發(fā)明的真實(shí)范圍 的情況下做出實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的某些優(yōu)點(diǎn)的各種變化和變型。
權(quán)利要求
1.一種部分地可植入的前庭假體系統(tǒng)，包括: 一個(gè)或多個(gè)外部運(yùn)動(dòng)傳感器，其可附接至患者頭部的皮膚，用于產(chǎn)生代表患者頭部運(yùn)動(dòng)的外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)； 外部發(fā)射器，其與所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器進(jìn)行通信，用于基于所述外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)經(jīng)皮膚傳輸具有電功率分量和信號(hào)分量的植入體通信信號(hào)； 一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器，其可植入于患者頭部的皮膚下，用于產(chǎn)生代表患者頭部運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)；以及 植入體處理器，其可植入于皮膚下并且其與所述內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器和所述外部發(fā)射器進(jìn)行通信，用于基于運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一產(chǎn)生植入體刺激信號(hào)，以便為經(jīng)由患者的前庭感覺而電刺激目標(biāo)神經(jīng)組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器被適配為附接在患者頭部的所述耳道內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器被適配為在相應(yīng)的植入的保持磁體上磁性地可附接在所述耳道內(nèi)，其中所述植入的保持磁體建立所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器的正確位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器被適配為保留一部分所述耳道不被閉塞，以允許經(jīng)由鼓膜的聽覺感覺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器被適配為在相應(yīng)的植入體磁體裝置上磁性地可附接在患者頭部的頭皮上，其中所述植入體磁體裝置建立所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器的正確位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器包括用于和所述植入體磁體裝置中的相應(yīng)的多個(gè)磁體協(xié)作的多個(gè)磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的多個(gè)磁體設(shè)置有多個(gè)不對(duì)稱磁極。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中將所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的多個(gè)磁體設(shè)置為空間不對(duì)稱。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中將所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的多個(gè)磁體設(shè)置為不對(duì)稱不同直徑的定向。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中將所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的多個(gè)磁體設(shè)置為協(xié)作磁體對(duì)之間的不對(duì)稱不同距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的多個(gè)磁體被布置以要求所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器的定向，使得所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器中的每個(gè)磁體都與所述植入體磁體裝置中的另一相應(yīng)的磁體協(xié)作，以便具有足夠的磁吸引力以穩(wěn)固地保持所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述植入體刺激信號(hào)當(dāng)可用時(shí)，優(yōu)選地基于所述外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)，否則基于所述內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)超過某些可接受的閾值時(shí)，所述植入體刺激信號(hào)優(yōu)選地基于所述內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括:傳感器位置傳感器，其用于產(chǎn)生代表外部傳感器相對(duì)于患者頭部的運(yùn)動(dòng)的傳感器運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述植入體處理器包括基線步調(diào)模式，其中與運(yùn)動(dòng)信號(hào)無關(guān)地產(chǎn)生所述植入體刺激信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)神經(jīng)組織包括內(nèi)耳的半規(guī)管。
17.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)神經(jīng)組織包括前庭神經(jīng)。
全文摘要
描述了一種部分地可植入的前庭假體系統(tǒng)，其包括外部運(yùn)動(dòng)傳感器，其可附接至患者頭部的外部皮膚表面，用于產(chǎn)生代表患者頭部運(yùn)動(dòng)的外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。外部發(fā)射器與所述外部運(yùn)動(dòng)傳感器進(jìn)行通信，并且提供植入體通信信號(hào)的電磁傳輸，所述植入體通信信號(hào)包括基于所述外部運(yùn)動(dòng)信號(hào)的信號(hào)分量和向植入的系統(tǒng)組件提供電功率的電功率分量。內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器可植入于患者頭部的皮膚下，用于產(chǎn)生代表患者頭部運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)信號(hào)。以及植入體處理器也可植入于皮膚下并且與所述內(nèi)部運(yùn)動(dòng)傳感器和所述外部發(fā)射器進(jìn)行通信，用于基于運(yùn)動(dòng)信號(hào)之一產(chǎn)生植入體刺激信號(hào)，以便為經(jīng)由患者的前庭感覺而電刺激目標(biāo)神經(jīng)組織。
文檔編號(hào)A61N1/36GK103153393SQ201180034590
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者卡羅林·加納姆, 馬丁·西默林, 安德烈亞斯·耶格爾 申請(qǐng)人:Med-El電氣醫(yī)療器械有限公司