(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
岬角を有する骨性の耳のうにより包み込まれている流体を満たした内耳及び内耳の末端に位置する鼓膜を有する中耳を有する患者に埋め込む補聴器であって、該補聴器は、
患者への音波の衝突に応じて電気信号を発生させるのに適合したマイクロホンであって、該マイクロフォンは、患者の皮下の埋め込みに適合し；
マイクロホンからの電気信号の受容、及び処理及び処理された電気信号の再伝達に適合した信号処理手段であり、該信号処理手段も患者への埋め込みに適合し；
該信号処理手段へ電力を供給する電池であり、該電池も患者への埋め込みに適合し；
患者への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータであり、流体を満たした内耳と鼓膜との間に該マイクロアクチュエータに含まれる変換器を配置し、該変換器は、患者の内耳内の流体に機械的振動を生じせしめ、該変換器は、内部が流体で満たされた、最大長２ｍｍの硬質の管状部材に固定されたピエゾ電気物質からなる第一のプレートを含み、該ピエゾ電気物質は、該信号処理手段からの処理された電気信号を受ける為に該信号処理手段に電気的に接続され、これにより、該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該補聴器が聴神経を刺激し、患者が音として認識することを特徴とする補聴器。
【請求項２】
該マイクロアクチュエータを耳のうの骨の一部に設けたことを特徴とする請求項１記載の補聴器。
【請求項３】
該マイクロアクチュエータに対する電気信号に応答して、該変換器により中耳内の流体に機械的振動が生成され、該マイクロアクチュエータの増幅率が、１００〜１００００Ｈｚにわたり一定であることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の補聴器。
【請求項４】
該マイクロホンが、シート上に重ねられた生体適合電極を有するＰＶＤＦシートを含むことを特徴とする請求の範囲１又は３記載の補聴器。
【請求項５】
該ＰＶＤＦシートが、該ＰＶＤＦシートを囲み、且つ該ＰＶＤＦシートに張力を与える、曲げやすい輪により支持されていることを特徴とする請求の範囲４記載の補聴器。
【請求項６】
該マイクロホンが、微細な機械加工された流体が満たされている聴音器であることを特徴とする請求の範囲１又は３記載の補聴器。
【請求項７】
該マイクロホンが、該マイクロアクチュエータから遠位の場所における埋め込みに適合し、それにより該マイクロホン及び該マイクロアクチュエータ間の音響カップリングを減少させることを特徴とする請求の範囲１又は３記載の補聴器。
【請求項８】
岬角を介して形成された窓に該マイクロアクチュエータを固定する装着手段を設け、それにより該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該変換器が内耳内の流体と直接接触することを特徴とする請求の範囲１又は３記載の補聴器。
【請求項９】
該装着手段が、該管状部材の外側表面の回りに形成されたねじを含み、このねじにより、該マイクロアクチュエータが窓にねじ込まれることを特徴とする請求の範囲８記載の補聴器。
【請求項１０】
該管状部材の外面及び該ピエゾ電気物質のプレートの外面は、電気導電物質で構成され、変換器の一つの電極をなし、該電極は、処理された電気信号を受信するために、該信号処理手段に接続されていることを特徴とする請求の範囲３記載の補聴器。
【請求項１１】
該第一のプレートの一面がセルメット組成を有する物質を得るように組成的に還元され、それにより第一のプレートが、モノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質から形成されることを特徴とする請求の範囲３記載の補聴器。
【請求項１２】
該第一のプレートが、ラミネート金属ユニモルフであることを特徴とする請求の範囲３記載の補聴器。
【請求項１３】
該第一のプレートが、バイモルフであることを特徴とする請求の範囲３記載の補聴器。
【請求項１４】
岬角を介して形成された窓に該マイクロアクチュエータを固定する装着手段を設け、それにより、該マイクロアクチュエータを埋め込むと、変換器が内耳内の流体に接触するように配置されることを特徴とする請求の範囲３記載の補聴器。
【請求項１５】
あぶみ骨の骨底で終わり、つち骨、きぬた骨及びあぶみ骨からなる耳小骨がある中耳空洞；並びに岬角、あぶみ骨の骨底に付着している前庭窓及び蝸牛窓を有する骨性の耳のうにより包み込まれている流体を満たした内耳の両方を有する患者への埋め込みに適合した補聴器で、該補聴器は、
患者への音波の衝突に応じて電気信号を発生させるのに適合したマイクロホンであって、該マイクロフォンは、患者の皮下の埋め込みに適合し；
マイクロホンからの電気信号の受容、及び処理及び処理された電気信号の再伝達に適合した信号処理手段であり、該信号処理手段も患者への埋め込みに適合し；
該信号処理手段へ電力を供給する電池であり、該電池も患者への埋め込みに適合し；
患者への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータであり、該マイクロアクチュエータに含まれる変換器が患者の内耳内の流体に振動を機械的に生じさせ、該変換器は、ピエゾ電気物質からなる第一のプレートを含み、該変換器の第一のプレートは、内部が流体で満たされた、最大長２ｍｍの硬質の管状部材に固定され、該ピエゾ電気物質は、該信号処理手段からの処理された電気信号を受ける為に該信号処理手段に電気的に接続され、該変換器が、該管状部材の第一の末端を閉塞する第一のフレキシブルな振動板を含み、該変換器の第一のプレートが、該第一のフレキシブルな振動板に結合し、該第一のフレキシブルな振動板をたわませて、内耳内の流体の振動を発生させ、これにより、該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該補聴器が聴神経を刺激し、患者が音として認識するように構成したことを特徴とする補聴器。
【請求項１６】
岬角を介して形成された窓に該マイクロアクチュエータを固定する装着手段を設け、それにより該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該第一のフレキシブルな振動板が、内耳内の流体に直接、接触するように配置されることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項１７】
該装着手段が、該管状部材の外側表面の回りに形成されたねじを含み、このねじにより、該マイクロアクチュエータが窓にねじ込まれることを特徴とする請求の範囲１６記載の補聴器。
【請求項１８】
該第一のプレートが、該第一のフレキシブルな振動板と並置されているラミネート金属ユニモルフであることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項１９】
該第一のプレートが、該第一のフレキシブルな振動板と並置するバイモルフであることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項２０】
該第一のプレートの一面がセルメット組成を有する物質を得るように組成的に還元され、それにより第一のプレートが、モノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質から形成され、セルメット組成物を有する第一のプレートが、該第一のフレキシブルな振動板から最も離れて配置されていることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項２１】
該第一のプレートが、ラミネート金属ユニモルフであることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項２２】
該第一のプレートが、バイモルフであることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項２３】
該変換器が、第一のプレートと並置されたピエゾ電気物質の第二のプレートを含むことを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項２４】
第一及び第二のプレートの一つの側面の表面が組成的に還元されてセルメット組成を有する物質を得、それによりプレートのそれぞれがモノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質から形成され、該第一のプレートのセルメット組成を有する面は、該第一のフレキシブルな振動板から最も離れて配置され、セルメット組成を有する第二のプレートの側面の表面は、セルメット組成を有する第一のプレートの側面の表面と並置され、セルメット組成を有するプレートの側面の表面は共に、共通の第一の電極に接続され、一方、セルメット組成を有しないプレートの反対の側面の表面は共に、共通の第二の電極に接続されることを特徴とする請求の範囲２３記載の補聴器。
【請求項２５】
第一及び第二のプレートの両者が、それぞれラミネート金属ユニモルフであることを特徴とする請求の範囲２３記載の補聴器。
【請求項２６】
第一及び第二のプレートの両者が、それぞれバイモルフであることを特徴とする請求の範囲２３記載の補聴器。
【請求項２７】
あぶみ骨の骨底で終わり、つち骨、きぬた骨及びあぶみ骨からなる耳小骨がある中耳空洞；並びに岬角、あぶみ骨の骨底に付着している前庭窓及び蝸牛窓を有する骨性の耳のうにより包み込まれている流体を満たした内耳の両方を有する患者への埋め込みに適合した補聴器で、該補聴器は、
患者への音波の衝突に応じて電気信号を発生させるのに適合したマイクロホンであって、該マイクロフォンは、患者の皮下の埋め込みに適合し；
マイクロホンからの電気信号の受容、及び処理及び処理された電気信号の再伝達に適合した信号処理手段であり、該信号処理手段も患者への埋め込みに適合し；
該信号処理手段へ電力を供給する電池であり、該電池も患者への埋め込みに適合し；
患者への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータであり、該マイクロアクチュエータに含まれる変換器が患者の内耳内の流体に振動を機械的に生じさせ、該変換器は、ピエゾ電気物質からなる第一のプレートを含み、該変換器の第一のプレートは、内部が流体で満たされた管状部材に固定され、該ピエゾ電気物質は、該信号処理手段からの処理された電気信号を受ける為に該信号処理手段に電気的に接続され、該変換器が、該管状部材の第一の末端を閉塞する第一のフレキシブルな振動板を含み、該変換器の第一のプレートが、該第一のフレキシブルな振動板に結合し、該第一のフレキシブルな振動板をたわませて、内耳内の流体の振動を発生させ、これにより、該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該補聴器が聴神経を刺激し、患者が音として認識するように構成し、
該第一の末端から遠位の該管状部材の第二の末端が該第一の末端より大きく、該マイクロアクチュエータが、該管状部材の第二の末端をシールし、該管状部材を密封する第二のフレキシブルな振動板を含み；
密封された該管状部材が非圧縮流体により満たされ；
該第一のプレートが、該第二のフレキシブルな振動板に機械的に結合し、それにより該第一のプレートが、該第二のフレキシブルな振動板を直接たわませることにより第一のフレキシブルな振動板を間接的にたわませ、そのたわみは、該第二のフレキシブルな振動板から該第一のフレキシブルな振動板へ該管状部材内の流体により結合され；
該マイクロアクチュエータは、窓への埋め込みに適合し；
該第一のフレキシブルな振動板は、内耳内の流体と接触するように配置され；そして
該管状部材の第二の大きな末端、該第二のフレキシブルな振動板並びに該第一のプレートが中耳空洞内に配置されることを特徴とする補聴器。
【請求項２８】
岬角を介して形成された窓に該マイクロアクチュエータを固定する装着手段を具備し、該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該第一のフレキシブルな振動板が、内耳内の流体と直接接触するように構成したことを特徴とする請求の範囲２７記載の補聴器。
【請求項２９】
該装着手段が、該管状部材の外側表面の回りに形成されたねじを含み、このねじにより、該マイクロアクチュエータが窓にねじ込まれることを特徴とすることを特徴とする請求の範囲２８記載の補聴器。
【請求項３０】
該第一のプレートの一面がセルメット組成を有する物質を得るように組成的に還元され、それにより第一のプレートが、モノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質から形成され、セルメット組成物を有する第一のプレートの表面が、該第二のフレキシブルな振動板に並置し且つ導電的に付着していることを特徴とする請求の範囲２７記載の補聴器。
【請求項３１】
該第一のプレートが、該第二のフレキシブルな振動板と並置しているラミネート金属ユニモルフであることを特徴とする請求の範囲２７記載の補聴器。
【請求項３２】
該第一のプレートが、該第二のフレキシブルな振動板と並置しているバイモルフであることを特徴とする請求の範囲２７記載の補聴器。
【請求項３３】
該マイクロアクチュエータが、該第一のプレート及び該第二のフレキシブルな振動板を囲むと共に、該管状部材の第二の末端を囲むキャップをさらに含み、該キャップは、該第一のプレートを該第二のフレキシブルな振動板に接触をさせるような力を該第一のプレートに付与し、それにより該第二のフレキシブルな振動板及び第一のフレキシブルな振動板にテンションを付与し、該キャップが、該マイクロアクチュエータの第一のプレートと患者との接触から保護するように構成したことを特徴とする請求の範囲２７記載の補聴器。
【請求項３４】
該第一のプレートの一面がセルメット組成を有する物質を得るように組成的に還元され、それにより第一のプレートが、モノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質から形成され、セルメット組成物を有さない第一のプレートの表面が、該第二のフレキシブルな振動板に並置していることを特徴とする請求の範囲３３記載の補聴器。
【請求項３５】
該第一のプレートが、ラミネート金属ユニモルフであることを特徴とする請求の範囲３３記載の補聴器。
【請求項３６】
該第一のプレートが、バイモルフであることを特徴とする請求の範囲３３記載の補聴器。
【請求項３７】
該変換器が、該キャップ及び第一のプレートの間に配置されたピエゾ電気物質の第二のプレートをさらに含むことを特徴とする請求の範囲３３記載の補聴器。
【請求項３８】
該第一及び第二のプレートのそれぞれの一つの表面が組成的に還元されてセルメット組成を有する物質を得、それによりプレートのそれぞれがモノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質から形成され、該第一のプレートのセルメット組成を有する表面は、第二のフレキシブルな振動板から最も離れて配置され、セルメット組成を有する第二のプレートの表面は、セルメット組成を有する第一のプレートの表面と並置され、セルメット組成を有するプレートの表面は、共に共通の第一の電極に接続され、一方、セルメット組成を有しないプレートの反対の表面は、共に共通の第二の電極に接続されることを特徴とする請求の範囲３７記載の補聴器。
【請求項３９】
該第一及び第二のプレートは、それぞれラミネート金属ユニモルフであることを特徴とする請求の範囲３７記載の補聴器。
【請求項４０】
該第一及び第二のプレートは、それぞれバイモルフであることを特徴とする請求の範囲３７記載の補聴器。
【請求項４１】
岬角を介して形成された窓に該マイクロアクチュエータを固定する装着手段を設け、それによりマイクロアクチュエータを埋め込むと、該第一のフレキシブルな振動板が、内耳内の流体に接触するように配置されることを特徴とする請求の範囲２７記載の補聴器。
【請求項４２】
該管状部材が縦軸を有し、該第一のプレートが縦軸に関して斜めの角度で配置されることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項４３】
該第一のフレキシブルな振動板が、該縦軸に関して斜めの角度で配置されることを特徴とする請求の範囲４２記載の補聴器。
【請求項４４】
岬角を経て形成された窓に該マイクロアクチュエータを固定する装着手段を設け、それによりマイクロアクチュエータを埋め込むと、該第一のフレキシブルな振動板が、内耳内の流体に近接するように配置されることを特徴とする請求の範囲１５記載の補聴器。
【請求項４５】
あぶみ骨の骨底で終わり、つち骨、きぬた骨及びあぶみ骨からなる耳小骨がある中耳空洞；並びに岬角、あぶみ骨の骨底に付着している前庭窓及び蝸牛窓を有する骨性の耳のうにより包み込まれている流体を満たした内耳の両方を有する患者への埋め込みに適合した補聴器で、該補聴器は、
患者への音波の衝突に応じて電気信号を発生させるのに適合したマイクロホンであって、該マイクロフォンは、患者の皮下の埋め込みに適合し；
マイクロホンからの電気信号の受容、及び処理及び処理された電気信号の再伝達に適合した信号処理手段であり、該信号処理手段も患者への埋め込みに適合し；
該信号処理手段へ電力を供給する電池であり、該電池も患者への埋め込みに適合し；
患者への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータであり、該マイクロアクチュエータに含まれる変換器が患者の内耳内の流体に振動を機械的に生じさせ、該変換器がピエゾ電気物質からなる第一のプレートを含み、該変換器の第一のプレートが、内部が流体で満たされ、最大長２ｍｍの硬質の管状部材に固定され、該ピエゾ電気物質が、該信号処理手段から処理された電気信号を受信するために、該信号処理手段に接続され、該信号処理手段は、信号処理特性を患者に適当させるようにプログラムし、これにより、該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該補聴器が聴神経を刺激し、患者が音として認識するように構成したことを特徴とする補聴器。
【請求項４６】
あぶみ骨の骨底で終わり、つち骨、きぬた骨及びあぶみ骨からなる耳小骨がある中耳空洞；並びに岬角、あぶみ骨の骨底に付着している前庭窓及び蝸牛窓を有する骨性の耳のうにより包み込まれている流体を満たした内耳の両方を有する患者への埋め込みに適合した補聴器で、該補聴器は、
患者への音波の衝突に応じて電気信号を発生させるのに適合したマイクロホンであって、該マイクロフォンは、患者の皮下の埋め込みに適合し；
マイクロホンからの電気信号の受容、及び処理及び処理された電気信号の再伝達に適合した信号処理手段であり、該信号処理手段も患者への埋め込みに適合し；
該信号処理手段へ電力を供給する電池であり、該電池も患者への埋め込みに適合し；
患者への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータであり、該マイクロアクチュエータに含まれる変換器が患者の内耳内の流体に振動を機械的に生じさせ、該変換器がピエゾ電気物質からなる第一のプレートを含み、該変換器の第一のプレートが、内部が流体で満たされ、最大長２ｍｍの硬質の管状部材に固定され、該ピエゾ電気物質が、該信号処理手段から処理された電気信号を受信するために、該信号処理手段に接続され、該信号処理手段は、該マイクロフォンから受信した信号の組を、該信号処理手段の信号処理特性を決定するためのプログラム命令として受信すると共に認識するようにしたプログラム回路を含み、該命令に応答して、該プログラム回路は、該信号処理手段の信号処理特性を適宜変更し、これにより、該マイクロアクチュエータを埋め込むと、該補聴器が聴神経を刺激し、患者が音として認識するように構成したことを特徴とする補聴器。
【請求項４７】
電気信号を受信し、それに応じて流体に振動を発生させるように構成したマイクロアクチュエータであって、該マイクロアクチュエータは、
第一の末端、並びに該第一の末端から遠位でしかも該第一の末端より大きい第二の末端を有する管状部材と；
該管状部材の第一の末端をシールする第一のフレキシブルな振動板であって、該流体と接触し、該第一のフレキシブルな振動板のたわみにより該流体に振動を発生させる第一のフレキシブルな振動板と；
該管状部材の第二の末端を閉塞し、それにより該管状部材を密封する第二のフレキシブルな振動板と；
密封された該管状部材を満たす非圧縮流体と；
電気信号を受信し、該第二のフレキシブルな振動板に機械的に結合されるピエゾ電気物質の第一のプレートとからなり、
該第一のプレートに電気信号を印加すると、該第一のプレートは、該第二のフレキシブルな振動板を直接たわませることにより、該第一のフレキシブルな振動板を間接的にたわませ、そのたわみは、該管状部材内の流体により該第二のフレキシブルな振動板から該第一のフレキシブルな振動板へ結合されるように構成したことを特徴とするマイクロアクチュエータ。
【請求項４８】
該第一のプレートは、該第一のプレートの一面がセルメット組成を有する物質を得るように組成的に還元され、それにより第一のプレートが、モノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質から形成されることを特徴とする請求の範囲４７記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項４９】
該セルメット組成を有する第一のプレートの表面が、該第二のフレキシブルな振動板と並置され、且つ第二のフレキシブルな振動板に導電的に付着していることを特徴とする請求の範囲４８記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５０】
セルメット組成を有しない第一のプレートが、該第二のフレキシブルな振動板と並置され、該マイクロアクチュエータが、該第一のプレート及び第二のフレキシブルな振動板を囲み、且つ該管状部材の第二の末端を取り囲むキャップをさらに含み、該キャップは、該第一のプレートを該第二のフレキシブルな振動板に接触せしめる力を該第一のプレートに付与することで、該第二のフレキシブルな振動板及び該第一のフレキシブルな振動板にテンションを付与するように構成したことを特徴とする請求の範囲４８記載のマイクロアクチュエータ。
【請求項５１】
一つの表面が組成的に還元されてセルメット組成を有する物質を得、それによりプレートがモノリシックユニモルフを構成するように処理されたセラミックの応力バイアスされたＰＬＺＴ物質からなる第二のプレートをさらに含み、該第二のプレートは、該第一のプレートとキャップとの間に配置され、セルメット組成を有する第二のプレートは、セルメット組成を有する第一のプレートの面と並置され、該第一及び第二のプレートのセルメット組成を有する面は共に、共通の第一の電極へ接続され、一方、該第一及び第二のプレートのセルメット組成を有しない反対の面は共に、共通の第二の電極に接続されるように構成したことを特徴とする請求の範囲４８記載のマイクロアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般に補聴器に関し、さらに特に患者への埋め込みに適した補聴器に関する。
背景技術
正常な人間の聴取では、音波の形の音のエネルギーは、外耳により人の耳道中に導かれる。音波は、外耳道の内側の末端に位置する鼓室の膜即ち鼓膜に衝突する。音波の圧力は、鼓膜に太鼓のような振動を生じさせ、それにより機械的なエネルギーを生成させる。
耳小骨（連鎖）と呼ばれる３個の相互に連絡する骨が、中耳の空洞を経て内耳中に鼓膜のこれらの太鼓のような振動を伝える。耳小骨は、３個の大きな骨、即ちつち骨、きぬた骨及びあぶみ骨を含む。あぶみ骨は、輪状の靭帯によりその縁に結合した前庭窓に存在する。前庭窓は、内耳への入口として働く。
前庭窓に導かれた機械的な振動は、内耳の流体、外リンパ次に内リンパ内に振動を発生させる。内耳の聴取部分は、蝸牛の殻のような形状の中空のらせん状の耳のうの骨であり、そして蝸牛と呼ばれる。蝸牛は、３個の室、即ち前庭階、外リンパを含む鼓室階及び内リンパを含む中階様に分割される。音の振動（圧力の波）は、前庭階の外リンパに入り、そして薄い弾性の膜（Ｒｅｉｓｎｅｒの膜）をへて中階様に伝えられる。中階様の床は、基底膜、即ち硬い度合から曲げやすい度合に進む弾性の勾配を有する曲げやすい膜である。基底膜の共鳴する特性の変化は、ピッチの区別を認めることを行わせ、蝸牛の基底のコイルは高い周波数に感受性があり、その尖端は低い周波数に感受性がある。基底膜に、外側の有毛細胞の３列そして内側の有毛細胞の１列に配列された１６０００個の受容体細胞（「有毛細胞」）が位置する。これらの有毛細胞の線毛は、堅い蓋膜中に挿入する。基底膜が上方に移動すると、線毛は曲げる。せん断作用は、有毛細胞の膜透過性の変化を生じさせ、カリウムの多い内リンパに含まれるカリウムは、有毛細胞に入り、細胞を減極する。有毛細胞の基部は、この減極により活性化される蝸牛神経繊維により刺激される。蝸牛神経繊維は、次に最終的に脳の側頭様に信号を送り、そこで人は音を意識して認識する。
一般に、聴取の困難さは、二つのカテゴリーの一つに入る。伝導性の聴力損失は、音波により生ずる振動を外耳、中耳及び前庭窓をへて外リンパに機械的に運ぶことの不能又は無能に関する。感音性聴力欠陥は、内耳内の受容体細胞又は神経細胞の退化に関し、そのため内耳内の流体の振動が適切に神経インパルスに転換されず、そのため不適切に脳に伝わる。
長い間、種々の装置又は補助器が、聴力に欠陥のある人々の聴力を改善するのに開発されてきた。この装置の一つは、一般に外部に着用される補聴器である。この装置は、外耳道にもたらされる音波を受け、処理しそして増幅する。聴力に欠陥のある人々の２０％が補聴器を購入していると推定されているが、これらの人々の半分以下がかれらの補聴器を常に着用し、そして６０％がかれらの補聴器の性能に満足していないということも報告されている。
初期のトランジスタ増幅器以来開発されてきた現在の補聴器は、約４０年に及ぶ開発期間にもかかわらず、なお実質的な短所を示す。外部の補聴器は、社会的な欠点をもち、そして一般に音質が悪い。耳内の補聴器は美容上ではより受け入れられるが、人々はしばしばそれらを使用ごこちが悪いと感じる。外耳のさし込みは、自声強聴（その耳で自分自身の声を聴くこと）をもたらし、そして外耳の感染が繰り返し生ずる。補聴器の技術におけるこれらの不完全さのほかに、補聴器が操作する環境は、現在の装置により達成できる結果を抑制する物理的な制限を課する。例えば、小さな空洞例えば耳道中で音を生成することは、補聴器によりふさがれるとき、構造的且つ破壊的な音波の干渉を生ずる。この干渉は、或る周波数における増強、他の周波数における減少及び残りの音波の歪みを生ずる。その上、現在の補聴器のマイクロホン及び話す人の周辺は、正のフィードバックが生成し、それはもし補聴器のボリュームが余りに大きくされるならば、笛音及び鋭い音を生じ、そしてほかのときは音の実質的な歪みを生ずる。その上、たとえもしフィードバックが、現在の補聴器による音の再生と干渉しないとしても、それらは、一般に、安価なハイ−ファイセットにすら極めて劣る音再生の品質を有する。最後に、従来の補聴器は、高い振幅では補聴器の話す人は補聴器のマイクロホンを励起しそれにより「フィードバック」として振動を再循環する補聴器のケーシングを振動させるため、制限された振幅例えば３０−７０デシベル（「ｄＢ」）のみをもたらす。
現在の補聴器に固有の問題に加えて、それらが全く使用できない環境が存在する。例えば、或る人の聴力は、外部の補聴器の着用を妨げる条件、例えば慢性の外部の耳の皮膚の管の症状例えば湿疹、疥癬又は慢性の感染、先天性の外部の耳又は中耳の不存在、穿孔した鼓膜、慢性の中耳の感染などにより損なわれる。別に、たとえ外部の補聴器を着用できる人でも、このような装置を着用できないとき、例えば接触するスポーツ、水泳、シャワーを浴びることなどが存在する。
外部の補聴器に固有な制限を解決する試みにおいて、多数の半埋め込み可能な補聴器が開発されてきた。これらの半埋め込み可能な補聴器は、電磁的に又はピエゾ電気バイモルフレバーによるかの何れかで内耳を作動する。
例えば、人に永久磁石を埋め込む多数のスキームが提案され、それらは次にコイルにより生ずる磁場によって駆動される。永久磁石に適用される力は、従って、次に中耳につながれて音波により内耳の流体を刺激しそれにより人は音を認識できる。これらの半埋め込み可能な電磁気補聴器は、二つの理由により工業的に成功していない。
１．これらの電磁気装置において磁場を生成するのに要する電流は、数時間で装置の電池を枯渇させ；そして
２．それらが、かさ高な外部の誘導コイル及び電池の詰め替え又は１２−２４時間ごとの再充電の両方を要する理由により、それらは半埋め込みしかできない。
工業的に実際的な埋め込み可能な補聴器は、詰め替え前に５年以上の電池寿命を有しなければならない。
ピエゾ電気バイモルフも二つの主な制限：
１．バイモルフの過剰な長さ；及び
２．過剰な電流の要求とそれによる短い電池寿命
を有する。残念ながら、中耳は、余りに小さくて、耳小骨の運動を増幅するために振動の適切な振幅を生成するのに十分な長さのレバーを有するピエゾ電気バイモルフを受容することができない。バイモルフは、現在日本で使用されている。しかし、過剰な長さを受容するために、無理な乳様突起手術を必要とし、バイモルフは乳様突起に永続的に固定される。これは、大きな破壊的な耳科学的な手法を要し、或る場合には外耳道の閉止を必要とする。この装置を埋め込むことは、患者に対して破壊的な手法を行い患者の現存する聴力の悪化を要する点で、これらの装置は食品医薬品局（「ＦＤＡ」）により米国では承認されないように思われる。ピエゾ電気半埋め込み装置の過剰な電流の必要性は、また、外部のマイクロホン、電池パック及び信号プロセッサを要する。
１９９４年８月４日に発表されたＧｅｏｒｇｅ  Ｓ．Ｌｅｓｉｎｓｋｉ及びＴｈｕｒｍａｎ  Ｈ．Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎによる特許協力条約（「ＰＣＴ」）特許出願ＷＯ７４／１７６４５号（「Ｌｅｎｓｉｎｓｋｉらの特許出願」）は、完全に埋め込み可能な補聴器を記述し、そして外リンパを刺激するために、骨性の耳のうの岬角中又はあぶみ骨の骨底上に好ましくは埋め込まれるマイクロアクチュエータを提案している。Ｌｅｎｓｉｎｓｋｉらの特許出願に記載された補聴器では、音は埋め込まれたマイクロホン又はマイクロ加速度計に衝突する。このように発生した電気信号は、次に増幅されそして埋め込まれた静電気のマイクロ機器の変換器を駆動するように適用される。しかし、実験では、これらの静電気作動器は、非常にこわれやすいこととともに、外リンパにおいて不十分に大きな振動を生ずる変位を生じる。Ｌｅｎｓｉｎｓｋｉらの特許出願は、ここで十分に説明されたが、参考として本明細書に引用される。
１０００ヘルツ（「Ｈｚ」）迄の周波数では、Ｇｏｏｄｅ（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｔｏｌｏｇｙ、１４巻、２号、１９９４年３月）及び二三の他の研究者によりなされた人の中耳のレーザーインターフェロメトリーの測定は、１００ｄＢの音のレベルに関するあぶみ骨の変位が約０．１０ミクロンのピーク間隔（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）（「ＰＴＰ」）であることを確認している。より高い周波数では、変位は１オクターブ当たり約１３ｄＢで非常に急速に低下する。あぶみ骨の有効な面積は、３．４平方ミリメートル（「ｍｍ2」）である。外リンパを直接刺激することにより１００ｄＢの音のレベルを繰り返すために、変換器は、あぶみ骨により生ずるそれに等しい体積の変位、約１．７×１０-4マイクロリットルを発生させねばならない。もしマイクロアクチュエータが蝸牛の岬角（内耳）を経て窓（ｆｅｎｅｓｔｒａｔｉｏｎ）中に埋め込まれるならば、変換器の直径は、岬角に隣接する蝸牛の基底コイルの前庭階の解剖学的な大きさにより１．２ｍｍに制限される。１．２ｍｍの直径を有するマイクロアクチュエータのみを使用して１００ｄＢの音のレベルを発生することは、その変換器の０．３ミクロンＰＴＰ変位を要する。しかし、聴力の欠陥の殆どの場合では、患者の中耳及びあぶみ骨は正常に機能する。これらの状態の下、埋め込まれたマイクロアクチュエータは、あぶみ骨による外リンパの正常な体積の変位を補助する、「ブースター増幅器」として働く。６０ｄＢの正常の談話のレベルを発生するために、このマイクロアクチュエータにより外リンパの０．００３ミクロンＰＴＰ変位は、必要とされるすべてである。
岬角の外科的な開窓術は、機械的なドリル及び外科レーザーを利用して、Ｊａｈｒｓｄｏｒｆｅｒ（Ｈｏｕｓｔｏｎ、Ｔｅｘａｓ）、Ｃａｕｓｓｅ及びＶｉｎｃｅｎｔ（Ｂｅｚｉｅｒｓ、フランス）、Ｆｉｓｃｈ（Ｚｕｒｉｃｈ、スイス）及びＰｌｅｓｔｅｒ（ドイツ）により、内耳への損傷なしに達成されている。聴力は、つち骨又はきぬた骨に結合しそして窓に挿入される受動の機械的なプロテーゼによって、前庭階の外リンパ中に音の振動を伝達することによりこれらの患者にうまく保存される。過去３０年にわたり、あぶみ骨の除去（あぶみ骨切除術）による又は固定したあぶみ骨の骨底中に孔を生成する（あぶみ骨孔生成術）による前庭窓の開窓術は、つち骨又はきぬた骨に結合した受動のプロテーゼを利用する内耳中への音の伝達のために耳科医により日常的に行われている。
埋め込み可能なマイクロホンは、要するに、それが身体の組織及び流体と接触するために、密封されている流体を満たした水中聴音器でなければならない。その上、埋め込み可能なマイクロホンは、それらが好ましくは良好な音の受容をもたらす身体の場所に皮下に埋め込まれるため、非常にがんじょうでなければならない。しかし、これらの場所は、また外部からの打撲又は高い圧力の偶発的な適用にさらされる。
発明の開示
本発明の目的は、現在利用可能な市販の外部の補聴器に伴う問題、並びにまた半埋め込み電磁気及びピエゾ電気装置に伴う問題を克服する完全に埋め込み可能な補聴器を提供することにある。
本発明の他の目的は、ＦＤＡの承認を得るのに十分に安全且つ信頼できる埋め込み可能な補聴器を提供することにある。
本発明の他の目的は、大きな及び／又は破壊的な外科手術の必要性を排除するのに十分に小さい埋め込み可能な補聴器用のマイクロアクチュエータを提供することにある。
本発明の他の目的は、殆ど電力を消費しない埋め込み可能な補聴器、特にマイクロアクチュエータを提供することにある。
本発明の他の目的は、患者の伝導性及び／又は感音性の聴力の不全を克服するが、もし装置が患者に有効でないことが明らかになるならば、患者による不可逆な聴力の損失を生ずることのない高い可能性を有する埋め込み可能な補聴器を提供することにある。
本発明の他の目的は、外リンパに振動を発生させ、耳小骨の行動を置き換えるか又は増強する変換器を提供することにある。
本発明の他の目的は、あぶみ骨の骨底の有効な領域より大きくない外リンパに振動を機械的に発生させる領域を要する中耳中又は岬角を経る窓中への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータを提供することにある。
本発明の他の目的は、あぶみ骨により生成する振動と動きが同期し適切な音のレベルを生成させるのに十分な振幅であるさらに外リンパの振動を生じさせる、中耳の空洞中又は岬角を経る窓中への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータを提供することにある。
本発明の他の目的は、１５０−４０００Ｈｚに及び周波数範囲にわたり１００ｄＢの音のレベルを再生する、中耳の空洞中又は岬角を経る窓中への埋め込みに適合したマイクロアクチュエータを提供することにある。
本発明の他の目的は、簡単な埋め込み可能な補聴器用のマイクロアクチュエータを提供することである。
本発明の他の目的は、耐久性のある埋め込み可能な補聴器用のマイクロアクチュエータを提供することである。
本発明の他の目的は、コストのやすい埋め込み可能な補聴器用のマイクロアクチュエータを提供することである。
本発明の他の目的は、製造するのに容易且つ経済的な埋め込み可能な補聴器用のマイクロアクチュエータを提供することである。
本発明の他の目的は、埋め込まれたマイクロホンを囲む組織の音のインピーダンスと密に一致している音のインピーダンス特性を有する埋め込み可能なマイクロホンを提供することである。
本発明の他の目的は、外部からの打撲又は高い圧力から助かることのできるがんじょうな埋め込み可能なマイクロホンを提供することである。
本発明の他の目的は、簡単な埋め込み可能な補聴器用のマイクロホンを提供することである。
本発明の他の目的は、コストのやすい埋め込み可能な補聴器用のマイクロホンを提供することである。
本発明の他の目的は、製造するのに容易且つ経済的な埋め込み可能な補聴器用のマイクロホンを提供することである。
簡単には、本発明は、埋め込み可能なマイクロホン、信号処理増幅器、電池、及びマイクロアクチュエータを含む補聴器である。マイクロホンは、患者に対する音波の衝突に応じて電気信号を発生する。その信号は、マイクロアクチュエータに伝達される前に、信号を処理ししかも電池で作動する増幅器により受信され、増幅されそして処理される。マイクロアクチュエータは、その変換器が患者の内耳内で外リンパに振動を機械的に発生できる場所で患者に埋め込まれるように適合される。変換器は、信号処理増幅器から処理された電気信号を受け取り、そしてそれに応じて外リンパに振動を機械的に発生する。１００Ｈｚの周波数で正弦の電気信号の適用に応ずる振動を発生するのに、変換器は、約２５ミクロワットのミクロアクチュエータ３２への電力の入力について外リンパ液の少なくとも１．０×１０-1ミクロリットルを変位する。
ミクロアクチュエータで使用される変換器は、好ましくは、応力バイアスされたＰＬＺＴ（またレインボウ（Ｒａｉｎｂｏｗ）セラミックスと呼ばれる）の厚さ１−１０ミルで概して３−４ミルの薄い円板である。これらの円板は、非常に高いたわみを示し、そして他の現存するピエゾ電気物質及び／又は構造に比べて非常に高い力を発生する。この物質は、従来のＰＬＺＴの層、並びにそれからＰＬＺＴ酸化物が伝導性のセルメット物質に転換されている組成的に還元された層の両者を有するモノリシック構造をもたらす。変換器の操作中、ＰＬＺＴ層は膨脹し、そして円板への交流（「ＡＣ」）電圧の適用により横方向に収縮する。ＰＬＺＴ層の膨脹及び収縮は、ＰＬＺＴ層及び膨脹しないセルメット層の間の異なる膨脹により、円板を前後に曲げる。
従来のラミネートしたユニモルフに比べて、この応力バイアスされたＰＬＺＴ物質について観察される曲がりは遥かに大きく、そして発生した力は１０倍大きい。その上、応力バイアスされたＰＬＺＴ物質の円板は、極めて薄くでき、例えば１００ミクロンにできる。±５．０ボルトの電気信号による直径１．０ｍｍ且つ厚さ１００ミクロンの円板の励起は、埋め込み可能な補聴器に要求される振幅例えば０．１ミクロンを有するたわみを生ずる。これらの小さいたわみに関するこれらの応力バイアスされたＰＬＺＴ円板の周波数の応答は、補聴器に関して適切以上のものであり、殆ど１０キロヘルツ（「ｋＨｚ」）に延長する。応力バイアスされたＰＬＺＴ円板に適用される電圧及び円板のたわみの間の周波数の関数としての相の関係は、殆ど直線である。等価群遅延は約８ミクロ秒であり、それはたとえ１０ｋＨｚ信号についても非常に小さい。応力バイアスされたＰＬＺＴ物質の円板は、前庭窓に隣接する岬角を経て窓中へ埋め込まれそれにより内耳の前庭階の外リンパに近づくように適合された小さいねじ付きの金属管例えば直径１．４ｍｍ及び長さ２．０ｍｍに種々の異なる方法で鼓膜として装着できる。補聴器のミクロアクチュエータの全体のサイズは、それ故非常に小さい。
これらの応力バイアスされたＰＬＺＴ円板は外リンパにおいて振動を直接発生できるが、ステンレス鋼、チタン、アルミニウムなどから製造できる曲げやすい非常に薄い振動板に関連してこれらの円板を使用するのが有利である。これは、変換器を密封してＰＬＺＴ物質及び外リンパ又は中耳構造の間の全ての接触を避けさせる。
さらに、曲げやすい振動板の使用は、液圧の増幅を行って曲げやすい振動板の変位を増加させる。曲げやすい振動板の変位の増加は、外リンパと接触している曲げやすい振動板から管の反対の末端に存在する直径の大きな応力バイアスされたＰＬＺＴ変換器に結合された簡単な流体を満たした構造を使用して得ることができる。この構造は、変換器にさらに大きな空間をもたらす中耳に応力バイアスされたＰＬＺＴ変換器を配置する。
その上、上記の二つのタイプのミクロアクチュエータ構造の何れも、応力バイアスされたＰＬＺＴ円板は積み重ねられて、マイクロアクチュエータのサイズにおける非常に少ない増加とともに、同じ適用された電圧に関する全部のたわみを増加させる。
このタイプのマイクロアクチュエータは、音のエネルギーが外リンパに直接全部運ばれるため、極めて少ない量の電力を消費する。その結果、埋め込み可能な補聴器の電池の寿命は、５−６年である。その上、変換器の小さいサイズ及びマイクロホンからのその比較的広い分離により、マイクロアクチュエータ及びマイクロアクチュエータの間の能動的なフィードバックの可能性は殆どない。
マイクロホンは、好ましくは、不活性な金属電極を重ねられたＰＶＤＦの薄いシートから構築される。約８ミクロンのように薄いこれらのセンサーは、エレクトレットマイクロホンに匹敵する感度を有し、皮下に埋め込まれたとき容易に操作され、極めて不活性であり、そして生体適合である。さらに、これらのセンサーは、身体の組織に調和する非常に良好な音のインピーダンスを示す。このマイクロホンは、自然の音の受容をもたらす身体の場所、例えば外耳の前の軟骨の皮膚の下又は耳の後の皮下に容易且つ妨げられることなく埋め込まれる。好ましいマイクロアクチュエータと関連して使用されるとき、マイクロホンとマイクロアクチュエータとの間には非常に大きな分離が存在し、電気又は音響のフィードバックは存在しない。さらに、標準の耳内又は耳の後ろの補聴器に固有の音響の歪みは、音波が外耳道でもはや増幅されず壁からの反響による歪みを排除するために、排除される。
本発明の好ましいＰＶＤＦマイクロホンは、理想的な埋め込み可能なマイクロホンに要求される多くの特性を有する。しかし、流体が満たされた微小の機械のマイクロホンは、本明細書に開示された好ましいＰＶＤＦマイクロホンに代わりうるものとして使用できる。
これら及び他の特徴、目的及び利点は、種々の図に画かれたような好ましい態様の以下の詳細な記述から当業者が理解するか又は明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、外耳、中耳及び内耳を画きそして本発明により構成された埋め込み可能な補聴器のコンポーネントの相対的な位置を示す人の側頭骨を通る概略的な頭頂の図である。
図２ａ、２ｂ及び２ｃからなる図２は、追加の信号シールドを有する態様を含む、平面のリードを有する本発明によるマイクロホンを画く平面図及び側面図である。
図３は、好ましくは応力バイアスされたＰＬＺＴの円板の形状の変換器を含む本発明によるマイクロアクチュエータの第一の態様を画く断面側面図である。
図３ａは、図３の線３ａ−３ａに沿ってとられた応力バイアスされたＰＬＺＴの円板の形状の変換器及び電極の断面図である。
図４は、本発明による内耳の岬角に埋め込まれたマイクロアクチュエータの好ましい態様を画く断面側面図である。
図４ａは、曲げやすい振動板への円板の形状の変換器の取り付けを画く、図４に画かれたマイクロアクチュエータの拡大断面側面図である。
図５は、スリーブが曲げやすい振動板に対して円板の形状の変換器を圧迫して振動板の張力を調節する、マイクロアクチュエータの態様を画く、図４と類似の断面側面図である。
図６は、内耳の岬角に埋め込まれ、そして外リンパを刺激する曲げやすい振動板に液圧により組み合わされた中耳の空洞に配置された変換器を有する、本発明によるマイクロアクチュエータの他の別の態様を画く断面側面図である。
図７は、保護を追加するために、円板の形状の変換器を包みそして曲げやすい振動板と接触するように変換器を押す、キャップを有するマイクロアクチュエータの他の態様を画く、図６に類似の断面側面図である。
図８ａ及び８ｂからなる図８は、同じ適用された電圧に関する変位を二倍にする、本発明による応力バイアスされたＰＬＺＴ変換器円板を積み重ねそして接続する種々のやり方を画く、断面側面図である。
図９ａは、一組の積み重ねられた変換器円板を組み込んだ図５に画かれたマイクロアクチュエータを画く断面側面図である。
図９ｂは、一組の積み重ねられた変換器円板を組み込んだ図７に画かれたマイクロアクチュエータを画く断面側面図である。
図１０ａ及び１０ｂからなる図１０は、マイクロアクチュエータを組織に確保するためのマイクロアクチュエータの回りの微小の機械のバー及びそれらの付属装置を画く平面図である。
図１１は、マイクロホンにより発生した信号によりマイクロアクチュエータを駆動するのに適した２０マイクロアンペアの全電流ドレーンを有する低電力増幅器を画く概略的な線図である。
図１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄからなる図１２は、本発明によるマイクロアクチュエータの曲げやすい振動板のたわみのプロフィロメータの測定を示す。
図１３ａ及び１３ｂからなる図１３は、マイクロアクチュエータに適用される交流電圧の種々の周波数に関する本発明によるマイクロアクチュエータの曲げやすい振動板の間の振幅及び相の関係のそれぞれの光学的変位測定を示す。
図１４ａ及び１４ｂからなる図１４は、変換器がマイクロアクチュエータの管の縦軸に関して斜めの角度で配置された、別の態様の管の形状のマイクロアクチュエータの断面図を画く。
図１５は、好ましい変換器を置換したラミネートされた金属ユニモルフを画く断面側面図である。
図１６は、好ましい変換器を置換したバイモルフを画く断面側面図である。
発明を実施するための最良の形態
Ｉ．全体のシステム
図１は、人の患者１２の側頭骨１１に埋め込まれた後、本発明による埋め込み可能な補聴器１０のコンポーネントの相対的な配置を画く。図１は、また外耳道１４の一つの末端に配置された外耳１３を画く。外耳道１４の反対の末端は、鼓膜１５で終わる。鼓膜１５は、外耳道１４を経て移動する音波に応じて機械的に振動する。鼓膜１５は、外耳道１４及び中耳空洞１６の間の解剖学的バリヤーとして働く。鼓膜１５は、音波を相対的に大きな領域に集めそしてそれらを卵の形状の窓１９の遥かに小さい領域に伝達することにより、音波を増幅する。内耳１７は、側頭骨１１の内側の面に位置する。内耳１７は、バランスのための半円形の道及び聴取のための蝸牛２０を含む耳のう骨を含む。岬角１８と呼ばれる比較的大きな骨は、蝸牛２０の基底コイルに重なる前庭窓１９の下位の耳のう骨から突き出している。蝸牛窓２９は、前庭窓１９から岬角１８の反対の側面に位置し、そして鼓室階の基底の末端に重なる。
耳小骨２１と呼ばれる３個の可動の骨（つち骨、きぬた骨及びあぶみ骨）は、中耳空洞１６にひろがり、前庭窓１９で鼓膜１５を内耳１７と接続する。耳小骨２１は、鼓膜１５の機械的な振動を内耳１７に運び、１０００Ｈｚで２．２の係数により運動を機械的に減少させる。前庭窓１９のあぶみ骨の骨底２７の振動は、蝸牛２０の前庭階に含まれる外リンパ流体２０ａに振動を起こさせる。これらの圧力波「振動」は、蝸牛２０の外リンパ流体２０ａ及び内リンパ流体を移動して、基底膜の移動波を生成する。基底膜の変位は、受容体細胞２０ｂの「線毛」を曲げる。受容体細胞２０ｂ上の線毛の剪断効果は、受容体細胞２０ａの減極を生じさせる。受容体細胞２０ａの減極は、音響の信号を生じさせて、蝸牛神経繊維２０ｃに沿って非常に組織されたやり方で移動し、脳幹を経て、最後に患者１２の脳の側頭葉に信号を送り、振動を「音」として認識する。
耳小骨２１は、つち骨２２、きぬた骨２３及びあぶみ骨２４からなる。あぶみ骨２４の形状は、弓２５及び２６並びに前庭窓１９をカバーするあぶみ骨底２７を有する「あぶみ」のようである。可動のあぶみ骨２４は、前庭窓の固体の耳のうの縁にあぶみ骨の骨底２７を付着する環状の靭帯により前庭窓１９に支持される。
図１は、また補聴器１０の３個の主なコンポーネント、マイクロホン２８、図１において分離されて画かれていない電池を含む信号処理増幅器３０及びマイクロアクチュエータ３２を画いている。ミニチュアケーブル又は曲げやすいプリント回路３３及び３４は、それぞれ、マイクロアクチュエータ３２とそしてマイクロホン２８と信号処理増幅器３０を相互に接続する。マイクロホン２８は、耳介の皮膚の下に装着されるか、又は別に外耳１３の耳介の後の領域に装着される。
信号処理増幅器３０は、患者１２の乳様突起の皮質骨３９に外科的に彫り込まれたくぼみ３８内に外耳１３の後ろに皮下的に埋め込まれる。信号処理増幅器３０は、ミニチュアケーブル３３を経てマイクロホン２８からの信号を受け、その信号を増幅し調整し、次に外耳道１４の皮膚の下に埋め込まれたミニチュアケーブル３４を経てマイクロアクチュエータ３２で処理された信号を再伝達する。信号処理増幅器３０は、マイクロホン２８から受けた信号を処理して、所望の音響の応答を得るために、処理された信号の特性をマイクロアクチュエータ３２に最適に調和させる。信号処理増幅器３０は、デジタル又はアナログの何れかの信号処理を使用して信号処理を行い、そして非線型及び非常に複雑な信号処理の両者を使用できる。
マイクロアクチュエータ３２は、信号処理増幅器３０から受けた電気信号を、内耳１７の外リンパ流体２０ａを直接又は間接の何れかで機械的に振動させる振動に変換する。既述したように、外リンパ流体２０ａ中の振動は、受容体細胞２０ｂを作動して、音として機械的な振動を認識するために患者１２の脳に信号を送る蝸牛神経繊維２０ｃを刺激する。
図１は、外耳１３に関してマイクロホン２８、信号処理増幅器３０及びマイクロアクチュエータ３２の相対的な位置を画く。たとえ信号処理増幅器３０が皮下に埋め込まれるとしても、患者１２は、縮小された外部の補聴器の操作をコントロールするのに現在使用されているものに類似の技術を使用して補聴器１０の操作をコントロールできる。マイクロホン２８及びマイクロアクチュエータ３２の両者は、極めて小さいので、それらの埋め込みは患者１２の組織の破壊を殆ど又は全く要しない。等しく重要であるが、マイクロホン２８及び信号処理増幅器３０は、耳を通る音の正常な伝導と干渉せず、従って補聴器１０が切られるか又は機能しないとき、聴取を損なわないだろう。
ＩＩ．マイクロホン２８
図２に画かれたようなマイクロホン２８の好ましい態様は、約０．５−２．０平方センチメートル（「ｃｍ2」）の面積を有するポリフッ化ビニリデン（「ＰＶＤＦ」）の非常に薄いシート４０からなる。構築中、ＰＶＤＦは延伸されて永久的な双極子を得る。永久的な双極子が確立した後、シートの延伸は、支持体の音響の振動により、その表面に電気的な電荷を生成する。この物質は、ＡＭＰＳ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより登録された商標ＫＹＮＡＲにより工業的に同定される。
ＰＶＤＦマイクロホン２８は、物質が水分を通さずそして極めて薄いために、好ましい。ＰＶＤＦ物質は、フッ化されたポリマーであるので、テフロン様であり、極めて不活性であり、劣化せずそして人の身体と共存しうる。それは、最適の効果及び最小の侵入になるように身体に輪郭をあわす。その結果、この物質から製造されるマイクロホン２８は、外耳１３中及びその回りに多くの場所に皮下に妨げられることなく埋め込まれる。最大の音響の場中でしかもマイクロアクチュエータ３２から物理的に離れた（従来の外部の補聴器に比べて）マイクロホン２８の配置が実質的に有利である。外リンパ神経を刺激するマイクロアクチュエータ３２により必要とされるかなり小さい量の電力は、マイクロホン２８に達する。その結果、望ましくない笛音、鋭い音又は他の音の歪みを生ずる電気又は音響のフィードバックは存在しない。
マイクロホン２８の形状及びサイズは、望ましい埋め込み領域に適するように適合される。概して８−５０ミクロンの厚さのＰＶＤＦのシートの両面は、金属電極４２ａ及び４２ｂにより重ねられる。金属電極４２ａ及び４２ｂの重なる領域は、活性の変換器を画成する。金属電極４２ａ及び４２ｂは、真空沈着、メッキ又はシルクスクリーンにより適用される金、白金、チタンなどのような生体適合物質から構築できる。もし必要ならば、金属電極４２ａ及び４２ｂは、接着物質例えばニッケル又はクロムの薄い下層によりＰＶＤＦシート上に支持できる。
金属電極の一つ４２ａは接地され、そして他の電極４２ｂは信号を運ぶ。スプリアスの電磁気信号を拾うことを避けるのに、変換器は、外側に面する接地面及び側頭骨１１に向かう内側に面する信号面で設置されねばならない。干渉から電気信号を守るために、図２ｃに画かれているように、信号電極４２ｂは、薄い電気伝導性シールド４３から信号電極４２ｂを電気的に絶縁する薄い絶縁層４４により重ねられる。金属電極４２ａ及び４２ｂは、シールド４３とともに、信号処理増幅器３０に平面の形で延長し、それによりミニチュアケーブル３３をもたらすことができる。信号電極４３について守られた構造を得る別の方法は、シート４０及び金属電極４２を半分に折り、それにより中心の信号電極４２ｂを包む外側に面する二つの接地平面金属電極４２ａを有する構造を作る。
ＰＶＤＦマイクロホン２８は、空気の囲みを要しない。事実、好ましいマイクロホン２８の適切な操作は、外耳１３の皮膚又は乳様突起骨に重なる皮膚と良好に接触することを要する。任意の生体適合性絶縁ポリマー物質の薄いプラスチックカバーは、囲む組織から電気的にミニチュアケーブル３３を絶縁するように適用できる。
空気中で、ＰＶＤＦマイクロホンにより生成する電気信号は、等しい面積のエレクトレットマイクロホンの出力よりやや低い。しかし、ＰＶＤＦマイクロホン２８の皮下の埋め込みは、出力信号を減少させない。１．０ｃｍ2の面積のマイクロホンは、非常に良好な信号を得るのに十分である。その面積の分数のみを有するマイクロホン２８が通常適切である。１００ｄＢで２０００Ｈｚに曝されるＰＶＤＦの１．０ｃｍ2のサイズのシートは、支持体の硬さに応じて、６−２ミリボルト（「ｍＶ」）から１．０メグオーム（「ＭΩ」）インピーダンスを発生する。
ＰＶＤＦマイクロホン２８は、身体の組織に調和する優れた音響のインピーダンスを提供し、それにより入射する音波の音響の反射又は損失が非常に少ない。操作では、皮膚上の音の入射は、下にある組織への振動に伝達され、そしてこの振動が、金属電極４２により拾われるＰＶＤＦシートの表面上に電荷を生ずる。鶏の胸の皮膚の下に挿入されたＰＶＤＦマイクロホンによる実験は、音の吸収又は減衰が非常に殆どないことを示す。もし同じ周波数及び音の強度に曝されるならば、このマイクロホン２８により発生する電気信号の質及び強度は、マイクロホンが皮膚の表面上に配置されるか又はその直下に位置するか（皮下）の何れにせよ、殆ど同じである。
ＰＶＤＦマイクロホン２８は、物質が最初に延伸された方向に引っ張ることに最も過敏であるため、マイクロホン２８により生ずる信号を最適にするために、下にある組織の曲げに関してマイクロホン２８の配向は、或る考慮を払わねばならない。もしＰＶＤＦシートが十分に引っ張られるならば、マイクロホン２８は最適に操作する。シートの周辺に付着した曲げやすいプラスッチクの輪４１によりＰＶＤＦシートを取り囲むことは、この張力をもたらす。
本明細書で記述したＰＶＤＦマイクロホンは、簡単であり、安価であり、不活性であり、頑丈でありそして非常に小さい空間を占める。しかし、他のマイクロホン、例えばＢｅｒｎｓｔｅｉｎ、３ｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ、Ｏｒｌａｎｄｏ、フロリダ、１９９２年５月により記述されたような流体を満たした微小な機械のマイクロホンは、好ましいＰＶＤＦマイクロホン２８に関する代替物として使用できる。最大の感受性のために、これらの微小な機械のマイクロホンは、比較的大きなバイアス電圧を要し、そしてそれらは変換器においてもろい振動板を使用する。その結果、これらの微小な機械のマイクロホンを不注意にも損傷する大きな危険が存在する。他のマイクロセンター例えば加速度計は、原理として、また入射する音を感知するのに使用できるだろう。もし補聴器１０に関するマイクロホンとして使用されるならば、フィードバックを最小にするために、これらのマイクロセンサーは、マイクロアクチュエータ３２の圧力波がマイクロセンサーに最小の作用を有する位置で配置されねばならない。
ＩＩＩ．マイクロアクチュエータ３２
図３は、マイクロアクチュエータ３２の簡単な態様を画く断面側面図である。マイクロアクチュエータ３２は、好ましくは、管４６の末端に付着した円板の形状の変換器を含む。管４６は、岬角１８を経て形成される窓中にねじ込まれる管４６に適合するおねじ４７により形成される。管４６は、約１．４ｍｍの直径を有する。窓は、機械的な外科ドリルにより、又は現在の外科レーザー技術により作られる。管４６は、ステンレス鋼又は任意の他の生体適合金属から製造できる。
変換器４５は、好ましくは、応力バイアスされた鉛ランタンジルコニアチタネート（「ＰＬＺＴ」）物質の薄い円板から構築される。この物質は、Ａｕｒａ  Ｃｅｒａｍｉｃｓにより製造され、そして「Ｒａｉｎｂｏｗ」製品の名称の下に販売される。このＰＬＺＴユニモルフは、その一面が従来のＰＬＺＴ物質の層４５ａであるモノリシック構造をもたらす。ＰＬＺＴユニモルフの他の面は、伝導性セルメット層４５ｂを生体する本来のＰＬＺＴ物質の酸化物を化学的に還元するすることにより形成される組成上還元された層である。伝導性セルメット層４５ｂは、概して、全円板の厚さの約３０％を占める。ユニモルフの一面から酸化物を除去することは、全円板を曲げそしてＰＬＺＴ層４５ａを圧縮させる伝導性セルメット層４５ｂを縮めることになる。ＰＬＺＴ層４５ａは、それ故、凸であり、一方伝導性セルメット層４５ｂは凹である。
図３ａに画かれているように、ＰＬＺＴ層４５ａ及び伝導性セルメット層４５ｂは、それぞれ、薄い金属電極４８及びセルメット電極４９を重ねられる。電極４８及び４９は、種々の異なるやり方、例えばメッキ、蒸発、金属噴霧などで変換器４５に適用できる。電極４８及び４９の電位差の適用は、適用する電圧の極性に応じて、円板を多少曲げるようにする。
電極４８及び４９は、生体適合金属例えば金、チタン又は白金から製造される。応力バイアスされた変換器４５は、超音波撹拌を使用してインジウムにより又はインジウム合金により管４６の一端にハンダ付けされ、変換器４５のＰＬＺＴ層４５ａは外リンパ流体２０ａに面する。別に、歯科用接着剤も変換器４５を管４６の末端に確保するために使用できる。変換器４５のＰＬＺＴ層４５ａ及び管４６の囲む末端は、次に好適な方法例えば金属蒸発を使用して生体適合金属の層３７により重ねられる。層３７は、ＰＬＺＴ層４５ａ用の電極として働き、そしてまた管４６の囲む末端へ電極４８を電気的に接続する。電極４８の伝導性セルメット層４５ｂは、研削によりその縁で僅かにくぼまされ、伝導性セルメット層４５ｂは管４６と接触しない。管４６内でセルメット電極４９に伝導性エポキシによりワイヤ結合又は付着された金又は貴金属リード５０は、電極４８用の帰路リードとして働く。リード５０及び５１は、マイクロアクチュエータ３２を信号処理増幅器３０に接続するミニチュアケーブル３４に含まれる。
もしマイクロアクチュエータ３２が内耳１７の岬角１８を経て形成される窓中に埋め込まれるならば、変換器４５の電極４８をカバーする層３７は、外リンパ流体２０ａと接触する。電圧が電極４８及び４９に適用されそれにより適用された電圧の周波数で外リンパ流体２０ａ内に流体の振動を発生するとき、変換器４５はたわむ。補聴器１０に必要な周波数及び電圧では、変換器４５のたわみは厳格に正弦であり、そして物質中のヒステリシスの効果はごくわずかである。変換器４５のＰＬＺＴ層４５ａは、外リンパ流体２０ａに面する。この物質は生体適合でありそしてそれが完全に酸化されるため問題がない。重金属を含む変換器４５の伝導性セルメット層４５ｂは、生体適合エラストマーのプラグ５２により管４６内に密封される。それ故、伝導性セルメット層４５ｂに存在する重金属化合物は、患者１２と直接接触しない。
応力バイアスされたＰＬＺＴ円板の形状の変換器４５に適用される特定の電圧では、たわみは、ａ2／ｔ2（但し、ａは円板の半径でありそしてｔはその厚さである）に比例する。マイクロアクチュエータ３２により示される外リンパ流体２０ａの量は、それ故、ａ4であり、それは円板の半径ａに非常に強い依存を示す。円板の形状の変換器４５の直径を可能な限り増大させることは、そのため非常に有利である。図３に画かれたマイクロアクチュエータ３２の態様では、前記の目標は、可能な限り管４６の直径を大きくすることにより、そして管４６の壁の厚さを最小にすることにより達成される。図３に画かれた管４６及び円板の形状の変換器４５の間の接合箇所は、やや堅くそして変換器４５の移動量を制限しがちであるクランプされた縁である。図３に画かれたマイクロアクチュエータ３２に固有の他の欠陥は、変換器４５の破損が患者１２をして伝導性セルメット層４５ｂに存在する重金属化合物に曝すことである。
マイクロアクチュエータ３２の好ましい態様は、図４に画かれる。図４に画かれた態様は、ねじ付き管４６の一端の僅かな張力下密封されている縁５４を有する非常に薄い金属性振動板５３を使用することによって図３に画かれた態様とは異なる。振動板５３は、縁５４に隣接する一組の小さい同心の円状にひだにより形成されて、振動板５３の曲げやすさを増加させる。振動板５３は、レーザー光線又は電子ビームの溶接、又は任意の他の好適なシール技術の何れかにより、管４６にシールされる。振動板５３は、チタン、ステンレス鋼又はアルミニウムから製造され、そして振動板５３の中心で０．０００５インチ（「ｉｎ」）（１２ミクロン）の厚さを有する。縁５４は、やや厚く例えば０．００３ｉｎであり、それは管４６への振動板５３の溶接のために適切な厚さをもたらす。振動板５３は、リトグラフエッチングを使用して容易に構成できる。また、管４６の直径は、岬角１８又はあぶみ骨２４により受容できるような大きさでなければならない。
図４で画かれた態様では、円板の形状の変換器４５は、管４６内に完全に含まれ、そして振動板５３と並べられた伝導性セルメット層４５ｂにより振動板５３に伝導的に付着する。集積回路の構成におけるシリコーンダイ付着装置に使用されるタイプのような、伝導性エポキシの非常に薄い層が、振動板５３への変換器４５の伝導性付着に使用できる。ねじ付き管４６及び振動板は、変換器４５のためのセルメット電極４９に接続する。リード５０は、伝導性エポキシにより電極４８に結合又は付着される。変換器４５は、また生体適合エラストマーのプラグ５２により管４６内にシールされる。
図４及び４ａに画かれた態様では、円板の形状の変換器４５の直径は、薄い振動板５３及び管４６のそれぞれの内径よりわずかに小さい。それ故、振動板５３は、円板の形状の変換器４５用の支持体として働き、変換器４５と適合するように変形し、そして同時に曲げやすい丁番として働く。従って、円板の形状の変換器４５の縁は、クランプされるよりむしろ簡単に支持される。同じ適用される力について、その縁で単に支持されている円板は、クランプされた縁を有する円板より約３倍たわむ。その結果、図４及び４ａに画かれたマイクロアクチュエータ３２の態様では、変換器４５及び振動板５３のたわみは、図３に画かれた態様のそれより殆ど３倍大きい。さらに顕著なことには、円板の形状の変換器４５が破壊されたとき、変換器４５が金属振動板５３により保護されているため、伝導性セルメット層４５ｂ中に存在する重金属と外リンパ流体２０ａとの接触が存在しないことである。
図１２は、図４に画かれたマイクロアクチュエータ３２の曲げやすい振動板５３のたわみの二三の異なるプロフィロメータの測定を画く。図１２ａの波形９２は、厚さ１００ミクロンの変換器４５への±１０ボルトの１Ｈｚ平方波信号の適用に応答する振動板５３の中心のプロフィロメータにより測定された０．４ミクロンのたわみを記録する。図１２ｂ及び１２ｃの波形９４及び９５は、それぞれ、振動板５３の縁５４の近くでなされた対応するプロフィロメータの測定を画く。図１２ｃの波形９６は、変換器４５に適用された５及び１０Ｈｚの間の周波数を有する変換器４５への±１０ボルトの正弦波信号の適用に応答する曲げやすい振動板５３のたわみのプロフィロメータの測定を画く。図１３の曲線１０２及び１０４は、１０−１１０００Ｈｚの周波数範囲にわたるマイクロアクチュエータ３２の曲げやすい振動板５３及び変換器４５に適用される正弦波電圧の間の振幅の関係（１３ａ）及びその相の関係（１３ｂ）の光学変位測定を提供する。
金属振動板５３及び伝導性セルメット層４５ｂの合わせた厚さは、ともにユニモルフの一面を形成する。二種の金属を用いるスプリングに関するＴｉｍｏｓｈｅｎｋｏ、Ｊｏｕｒｎａｌ  Ｏｐｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ、１１巻、２３３号、１９２５年の理論から、変換器４５から最大のたわみを得るには、伝導性セルメット層４５ｂの厚さは、おおよそ金属振動板５３の厚さに減少しなければならない。
図５は、管４６内に変換器４５を確保するための別の方法を画く。ねじ付き管４６から電気的に絶縁していなければならない、ねじ付きか又は割り圧縮スリーブの何れかであるスリーブ５５は、管４６中に挿入される。スリーブ５５は、円板の形状の変換器４５を押し、それによりそれを振動板５３と接触するようにする。最良の操作には、ＰＬＺＴ層４５ａは、金属振動板５３と並置されねばならない。好ましくは、円板の形状の変換器４５は、振動板５３に接着されない。図４及び４ａに画かれた態様と同様に、伝導性リード５０は、セルメット電極４９に確保され、そして変換器４５はプラグ５２により管４６内にシールされる。スリーブ５５は、振動板５３と並置されているＰＬＺＴ層４５ａを押しつけて振動板５３と機械的な接触をさせ、それにより振動板５３を引っ張る。その上、スリーブ５５は、また円板の形状の変換器４５の電気的に導入されたたわみに固定した機械的な基準を与え、そしてまた伝導性セルメット層４５ｂに電気的な接触をもたらす。
マイクロアクチュエータ３２のなお他の態様は、図６に画かれる。この態様では、液圧の増幅器が、変換器４５により生ずる体積の変位を振動板５７に組み合わせる。内耳１７の岬角１８に埋め込まれる管４６のサイズは、約１．４ｍｍに制限され、それは変換器４５を１．２ｍｍの最大直径に制限する。しかし、ＰＬＺＴ変換器４５を中耳空洞１６に隣接する窓の外に配置することにより、その直径は、殆ど二倍になり、約２．４ｍｍになる。同じ適用された電圧及び円板の厚さについて、変換器４５の直径を二倍にすることは、変換器４５の面積の４倍の増加及び変換器４５の４倍のたわみの増大により、同じ適用される電圧について１６の係数で体積の変位を有効に増大させる。内耳１７中の大きくなった変換器４５の運動を液圧増幅器と組み合わすことは、出力を劇的に増大させる。
たとえ最高の音響の周波数における音響の波長がマイクロアクチュエータ３２の大きさより遥かに長いため、液圧増幅器の操作は、簡単なピストンのそれとして理解できる。図６に画かれているように、ねじ付き管４６は、図３、４、４ａ及び５にそれぞれ画かれた管４６とは異なる断面の形状を有する。管４６のより小さい末端４６ａは、外リンパ流体２０ａと接触し、一方さらに大きな末端４６ｂは中耳空洞１６に配置される。原理的には変換器４５は管４６のさらに大きな末端４６ｂをシールするのに使用できるが、好ましくは、上記の振動板５３と同様に、非常に薄い金属振動板５６及び５７は、末端４６ａ及び４６ｂの両者で管４６を密封する。管４６には、非圧縮流体５８例えばシリコーン油、塩水などを満たす。流体５８は、脱ガスされしかも泡を有してはならず、振動板５６の体積の変位は、振動板５７に忠実に伝達される。これは、管４６を脱気しそしてそれに小さいステンレス鋼キャピラリー５９を経て入れ戻すことによりなされる。キャピラリー５９は、次に泡なしで瞬時のシールを生成するパルスレーザー溶接によりシールされる。別に、小さい銅のキャピラリー５９が、入れ戻し次に留めるのに使用できる。
円板の形状の変換器４５は、振動板５６に、そして管４６のより大きな末端４６ｂに伝導的に付着される。別に、変換器４５は、振動板５６上に完全に載せるのに十分なほど小さく作ることできる。変換器４５の伝導性セルメット層４５ｂは、金属振動板５６と並置される。管４６及びセルメット電極４９は、好ましくは、接地される。ＰＬＺＴ層４５ａは、金又は任意の他の好適な生体適合物質により被覆され、そしてリード５０が、ワイヤ結合により又は伝導性エポキシによる何れかで付着される。適合コーティングの薄い層３６が、さらに変換器４５を包むために、より大きな末端４６ｂ及び変換器４５上に被覆できる。図６に画かれたマイクロアクチュエータ３２は、変換器４５の体積の変位を完全に振動板５７に伝達し、それにより小さい面積の振動板５７の上に、図３、４及び４ａ又は５に画かれたマイクロアクチュエータ３２より遥かに大きな体積の変位をもたらす。
図７は、図６に画かれたマイクロアクチュエータ３２の別の態様を画く。図７に画かれたマイクロアクチュエータ３２は、絶縁スペーサ６１を応力バイアスされたＰＬＺＴ円板の形状の変換器４５に押すための金属キャップ６０を使用する。スペーサ６１によりこのように適用された力は、変換器４５を振動板５６に押しつけ、それにより振動板５７を引っ張る。最良の結果のためには、変換器４５のＰＬＺＴ層４５ａは、振動板５６と並置されるが、それに確保されてはならない。キャップ６０及びセルメット電極４９は、互いに絶縁され、そしてそれぞれリード５１及び５０に接続されている。変換器４５は、必要ならば管４６のより大きい末端４６ｂ上に載せることができる。図７に画かれた態様では、変換器４５を管４６に接着することは望ましくない。その上、キャップ６０は変換器４５を完全にシールし、従って伝導性セルメット層４５ｂへの患者１２の暴露を最小にする。
現在まで記述された態様の全ては、単一の円板の形状の変換器４５を使用している。円板の形状の変換器４５は、応力バイアスされ、カーブされそして非常に薄いため、二つの円板の形状の変換器４５が有利に配置されて、マイクロアクチュエータ３２のサイズを顕著に増大させることなく、特定の適用された電圧について移動量を二倍する。二つのこれらの円板の形状の変換器４５は、図８ａ又は８ｂに画かれたように組み立てられる。変換器４５のこれらの構造では、それぞれ図８ａではセルメット電極４９であり図８ｂではＰＬＺＴ電極４８である内部の電極は、ともにリード６２により接続される。同様に、それぞれ図８ａではＰＬＺＴ電極４８であり図８ｂではセルメット電極４９である外側の電極は、またリード６３によりともに接続される。リード６２及び６３に特定の電圧を適用すると、同じ電圧を受ける単一の円板の形状の変換器４５の移動量と比べて円板の形状の変換器４５の組４５の移動量は二倍になる。もし図８ａ及び８ｂに画かれた構造で使用されるならば、円板の形状の変換器４５の縁３５は、好ましくは、負荷の表面を増大させそして破壊を避けるために、平らに重ね合わされる。図８ａの円板の形状の変換器４５の縁３５は、ともに接着されて安定性を改善する。一般に、図８ａに画かれた配置が好ましい。原理的には、二つより多い円板の形状の変換器４５を有する積み重ねを配置することもできる。
変換器４５の積み重ねられた配置は、それぞれ図９ａ及び９ｂに画かれるように、図５及び７に画かれた態様で使用できる。円板の形状の変換器４５は、好ましくは図８ａにおけるように配置され、そしてそれぞれ積み重ねられた変換器４５と並置された閉じた末端３１を有するスリーブ５５により又はキャップ６０により、振動板５３又は振動板５６に押しつけられる。但し、スリーブ５５の閉じた末端３１は、二倍の配置の利点を十分に得るために、積み重ねられた円板の形状の変換器４５の中間と接触しなければならない。スリーブ５５は、管４６から最早絶縁される必要はない。それにより、振動板５３とともに、スリーブ５５は、外側のリード６３又は５０に電気的な接触をもたらす。同様に、図７に画かれたスペーサ６１は、図９ｂに画かれた態様からは削除され、そしてキャップ６０は、管４６とともに外側のリード６３又は５０に電気的な接触をもたらす。図９ａ及び９ｂに画かれた態様では、リード５１は、積み重ねられた変換器４５の内側のリード６２に接続する。
前記の態様は、前庭階に反対の内耳１７の岬角１８を経て形成される窓中に埋め込まれたマイクロアクチュエータ３２をすべて画いている。中間的な構造を使用することにより、マイクロアクチュエータ３２は、またＬｅｓｉｎｓｋｉらの特許出願の図１０、１１、１２及び１３に画かれたやり方で配置かつ付着される。小さい刺付きフック、ピン、ねじなどからなる中間の構造は、金属振動板５３又は５７及び／又は管４６の外表面上に比較的容易に付着又は形成できる。この中間の構造と組み合わされて、振動板５３又は５７は、耳小骨２１の骨、鼓膜１５、Ｌｅｓｉｎｓｋｉらの特許出願に記載されたような前庭窓１９、又は蝸牛窓２９を押しそして引くことができる。また、駆動信号の相は、耳小骨２１の正常に機能する振動の相と共存できねばならない。
１−２ミルの厚さのフォイルから製造された長さ数ミルの刺６４を有する微小に構築されたステンレス鋼フォイルは、中耳空洞１６の種々の構造にＶｅｌｃｒｏ様のやり方で変換器を付着するのに使用できる。厚さ１−３ミルのステンレス鋼シート６５は、図１０ａに画かれているように、その境界に沿ってエッチングされて、幅数ミル且つ長さ４−８ミルの多数のリトグラフ的に画成された刺６４のパターンを形成する。シート６５は、次にまるく巻き、管４６から突き出す刺６４により図１０ｂに画かれるように管４６に確保される。組織に対して押されるとき、刺６４は、組織に管４６とともにシート６５を付着する。付着の強さは、刺６４の長さ及びサイズにより決定される。刺６４の長さは好ましくはマイクロアクチュエータ３２が組織への損傷を最小にして取り出すことができるように選ばれる。
直径約８−１０ｍｍの本発明による直径の大きなマイクロアクチュエータ３２は、損傷をうけた鼓膜１５を有する患者１２の外耳道１４中に埋め込まれる。このマイクロアクチュエータ３２は、外耳道１４内にマイクロアクチュエータ３２をシールするために外部の保護膜を含まねばならない。このマイクロアクチュエータ３２の直径の大きな変換器４５は、鼓膜１５で必要とされるより大きな変位を相殺し、一方外耳道１４内にマイクロアクチュエータ３２をシールする外部の保護膜は、接触するスポーツ、水泳、シャワーを浴びることなどのような活動を可能にする。
ＩＶ．信号処理エレクトロニクス
マイクロアクチュエータ３２は、それが、低い電圧信号に応じそして非常に低い電力の費消で外リンパ流体２０ａに十分に大きな振動を発生させ、そのためマイクロアクチュエータ３２に埋め込み可能な電池により５−６年間動力を供給できるときのみ、補聴器１０として有用である。円板の形状の変換器４５は、コンデンサとして電気的に応答する。その結果、変換器４５における電力の費消は、静電容量を充電及び放電するためである。それ故、電力の費消は、周波数の増加とともに増大する。応力バイアスされたＰＬＺＴの比誘電率は約１７００である。それ故、直径１．２ｍｍ及び厚さ１００ミクロンの応力バイアスされたＰＬＺＴ円板の静電容量は約２４０ピコファラド（「ｐＦ」）である。その縁で支持されるこの変換器は、１０Ｖ（又は±５Ｖ）の電圧の変化に関する約０．２ミクロンＰＴＰ変位を生ずる。変換器４５へ供給される１０００Ｈｚの正弦電圧について２．４ミクロアンペアの電流を要する、外リンパ流体２０ａにおけるこの変位は、１００ｄＢに近づく音のレベルに相当する。従って、本発明による変換器４５は、１０００Ｈｚの周波数における正弦電気信号の適用に応じて、約２５マイクロワット即ち５０マイクロワット以下のマイクロアクチュエータ３２への電力の入力について外リンパ流体２０ａの少なくとも１．０×１０-4マイクロリットルを変位する。
補聴器１０に要するさらに代表的な音のレベルが７０ｄＢでありそしてそれがわずか１／３０の円板の移動量を要するとすると、１０００Ｈｚにおいて変換器４５に約８０ナノアンペアが流れる。従って、たとえもし補聴器１０が連続的に使用されるとしても、変換器４５により消費される電力は殆どとるに足らない。その結果、マイクロアクチュエータ３２に関する上記の全ての態様は実際的であり、そして変換器４５による全体の電力の消費に関する懸念がなく使用できる。補聴器１０により消費される電力は、主として信号処理増幅器３０のそれである。
図１１は、マイクロアクチュエータ３２の開示された態様の任意のものを駆動するように適合した、一般的な参照記号７０を付された増幅器回路を画く。増幅器７０は、マイクロホン２８により生ずる信号を受け取るために電極４２ｂへ結合されるゲート１１２を有する低ノイズ２Ｎ５１９６ＪＦＥＴ７２を含む。ＪＦＥＴ７２のドレーン１１４は、図の何れにも画かれていない電池から＋３．０Ｖ供給電圧へ１００ｋΩ抵抗器１１６を経て結合される。ＪＦＥＴ７２のドレーン１１４は、また増幅器７０に含まれるＭａｘ  ４９１ＣＰＤマイクロパワー中間段階演算増幅器７４の非逆変換入力１１８に結合される。演算増幅器７４の逆変換入力１２２は、直列に接続された２０ＭΩ抵抗器１２４及び４０ＭΩ抵抗器１２６の共通の端末に結合される。＋３．０Ｖ電池供給電圧への抵抗器１２４の他の端末及び回路の接地への抵抗器１２６の他の端末の結合は、バイアス電圧を有する演算増幅器７４の逆変換入力１２２を提供する。１μＦのコンデンサ１２８は、抵抗器１２６と並列で接続される。並列に接続された４０ＭΩ抵抗器１３２及び５０ｐＦのコンデンサ１３４は、演算増幅器７４の出力１３６及びＪＦＥＴ７２のゲート１１２の間に接続される。抵抗器１３２及びコンデンサ１３４は、結合されたＪＥＦＴ７２及び演算増幅器７４をして増幅器７０に関する電荷感受性入力段階として操作させる。
４７０ｐＦのコンデンサ１４２は、演算増幅器７４の出力１３６から第二のＭａｘ  ４９１ＣＰＤマイクロパワー演算増幅器７６の非逆変換入力１４４へ出力信号を結合させる。１ＭΩ抵抗器１４６は、非逆変換入力１４４を回路の接地へ接続する。演算増幅器７６の逆変換入力１５２は、直列に接続した１０ＭΩ抵抗器１５４及び１ＭΩ抵抗器１５６の共通の端末に結合される。演算増幅器７６の出力１５８への抵抗器１５４の他の端末及び回路の接地への抵抗器１５６の他の端末の結合は、演算増幅器７６に対して固定した利得を確立する。
４７０ｐＦのコンデンサ１６２は、第三のＭａｘ  ４９１ＣＰＤマイクロパワー演算増幅器８２の非逆変換入力１６４、そして９．０９ＭΩ抵抗器１６６を経る第四のＭａｘ  ４９１ＣＰＤマイクロパワー演算増幅器８４の逆変換入力１６８の両者へ並列で演算増幅器７６の出力１５８から出力信号を結合する。演算増幅器８４の逆変換入力１７２は、直列に接続された１０ＭΩ抵抗器１７４及び１ＭΩ抵抗器１７６の共通の端末に結合される。演算増幅器８２の出力１７８への抵抗器１７４の他の端末及び回路の接地への抵抗器１７６の他の端末の結合は、演算増幅器８２に固定した利得を確立する。同様に、演算増幅器８４の非逆変換入力１８２を回路の接地に結合しそして演算増幅器８４の逆変換入力１６８及び出力１８６の間に１０ＭΩ抵抗器１８４を配置することは、演算増幅器８４に固定した利得を確立する。５６ｋΩ抵抗器１９２及び１９４は、それぞれ演算増幅器８２の出力１７８及び変換器４５のリード５０の間、並びに演算増幅器８４の出力１８６及び変換器４５のリード５１の間に結合される。±３．０Ｖの電池により増幅器７０に動力を与えることは、プッシュ・プル出力段階演算増幅器８２及び８４からの出力信号を、変換器４５に約１２ＶＰＴＰ信号を適用させる。
前述のように、１００ｄＢの音のレベルに曝された１．０ｃｍ2のＰＶＤＦマイクロホン２８からの代表的な出力信号は、約３．０ｍＶＰＴＰである。その結果、マイクロアクチュエータ３２を用いて外リンパ流体２０ａにこの１００ｄＢの音のレベルを再生するために増幅器７０で要求される利得は、約４０００である。図１１に画かれた増幅器７０には、約２０ｕＡの電流が流れる。それ故、１日１６時間補聴器１０を動かす１．０アンペア時（「ＡＨ」）の容量を有する埋め込み可能な電池を使用することは、５年より多い予想された電池寿命をもたらす。
図１１に画かれた回路は、補聴器１０に要求されるように見えるような、アナログ又はデジタルの回路の何れかで、信号処理について特別な装置を有しない。むしろ、増幅器７０は、適切な電池寿命は、マイクロアクチュエータ３２の操作に動力を与えるのに要する信号処理増幅器３０に便利であることを単に立証する。特別な信号処理回路、例えば「Ｔｈｅ  Ｋ−Ａｍｐ  Ｈｅａｒｉｎｇ  Ａｉｄ：Ａｎ  Ａｔｔｅｍｐｔ  ｔｏ  Ｐｒｅｓｅｎｔ  Ｈｉｇｈ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｓｏｎｓ  Ｗｉｔｈ  Ｉｍｐａｉｒｅｄ  Ｈｅａｒｉｎｇ」Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｕｄｉｏｌｏｇｙ、２巻、２号、１９９３年７月においてＫｉｌｌｉｏｎにより記述されたものは、マイクロアクチュエータ３２を駆動するためにマイクロホン２８からの信号を処理且つ増幅するのに使用できる。従って、信号処理増幅器３０の周波数増幅の特性は、「カスタマイズ」されて、それぞれの患者の特別な聴力損失の独特な要件を満たす。
信号処理増幅器３０の操作を例えば増幅の設定、通過域又はそれらのエンファシス度などの選択のようなプログラムするために、信号処理増幅器３０は、好ましくはコンピュータモデムをプログラムするのに使用されるそれに似たスキームを使用する。即ち、図の何れにも画かれていないマイクロホン２８に近く保持されるプログラム可能な伝送器は、タッチトーン電話ダイアルに使用されるデュアルトーン多周波（「ＤＴＭＦ」）信号に似たトーンのような音響のトーンの予め規定された配列を生ずる。演算増幅器７６の出力１５８からの出力信号を受け取るような図１１に画かれた信号処理増幅器３０に含まれるプログラム回路８６は、信号処理増幅器３０の操作をプログラムするコマンドとしてトーンのこの配列を認識する。このコマンドを受け取ると、プログラム回路８６は、信号処理増幅器３０の信号処理の特性を適切に変性する。従って、埋め込み後、音響学者は、伝送器を使用して最適な性能に補聴器１０を調節する。同様に、患者１２は、簡単な携帯可能な電池で操作される伝送器を使用して、補聴器１０を睡眠モードに設定するか、又は補聴器１０の操作を普通の音の環境に調節する。補聴器１０をプログラムする音響のトーンは、ＰＶＤＦマイクロホン及び信号処理増幅器３０の両者はこれらの信号を受容し処理することができるため、音響の周波数より高く伝達できる。
補聴器１０は、伝導性聴力損失又は感音性聴力欠陥の何れかの患者１２の埋め込みに適合する。それは、外耳及び中耳が完全に埋め込み可能な補聴器１０により側路がつけられるため、外耳又は中耳の異常からの伝導性聴力損失の患者を治療するのに従来の補聴器より特に有利である。感音性聴力欠陥の患者では、補聴器１０は、補聴器１０が内耳への音の正常の伝導を妨げずむしろ蝸牛へ直接音を増幅するブースターとして働くために、従来の補聴器より有利である。
産業上の利用可能性
本発明は現在好ましい態様により記述されたが、これらの記述は、純粋に例示であり、そして制限するものと解釈してはならないことを理解すべきである。例えば、好ましい円板の形状の変換器４５は円状の断面の形状を有する管４６に関連して使用されるとき顕著な利点を提供するが、他の形状例えば楕円状、卵状そしてたとえ正方形又は長方形を有する変換器のプレートが利用できる。図１４ａ及び１４ｂからなる図１４は、管４６の縦軸２０２に関して斜めの角度で卵状の変換器４５を配置することを画く。変換器４５は、図１４ａに画かれているように管４６上の先細の末端２０４を有することにより、又は図１４ｂに画かれているように管４６上の点状の末端２０６を有することによる何れかによって、斜めの角度で配置できる。縦軸２０２に関して斜めの角度で変換器４５を配置することは、変換器４５の面積を増大させる。変換器４５の面積を増大させることは、既述のように、マイクロアクチュエータ３２により変位される流体の量が変換器の面積が増大するにつれ急速に増大するために、有利である。
同様に、ＰＬＺＴモノリシックユニモルフが変換器４５に好ましいが、本発明のマイクロアクチュエータ３２は、他のタイプのピエゾ電気システムを使用して構築できる。例えば、本発明によるマイクロアクチュエータ３２は、図１５に画かれた金属ラミネートユニモルフ２１２を使用して構築できる。ラミネートユニモルフ２１２は、ピエゾ電気物質例えば鉛ジルコニアチタネート（「ＰＺＴ」）のプレート２１４からなり、その上に伝導性金属層２１６を沈着する。ラミネートユニモルフ２１２を構築するのに、ピエゾ電気プレート２１４は、１ミルの厚さに折り重ね、次にその上に薄いニッケル層２１９がメッキされる薄いクロム層２１８を被覆する。薄いニッケル層２１９は、ピエゾ電気プレート２１４に応力を加え、それにより好ましいＰＬＺＴユニモルフ変換器４５における伝導性セルメット層４５ｂの応力バイアスをなぞる。
別に、金属ラミネートユニモルフ２１２は、ピエゾ電気プレート２１４へ例えば５−２０ミクロンのＮｉｔｉｎｏｌ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ又はＣｕ−Ｚｎ−Ａｌのような記憶合金の薄い層２１９を適用することにより構築できる。この物質の層２１９がピエゾ電気プレート２１４へ適用された後、記憶合金を加熱又は冷却することは、記憶合金層２１９がプレート２１４へ圧縮又は引張応力を適用する相を確立する。記憶合金の当業者に明らかなように、記憶合金の相の転移におけるヒステリシスは、加熱又は冷却を中止したとき、その応力を維持する。プレート状のニッケル層２１９により又は記憶合金層２１９による何れかにより応力バイアスされたラミネートユニモフル２１２は、好ましい応力バイアスされたＰＬＺＴユニモルフ変換器４５おり劣っているようにみえるが、ラミネートユニモルフ２１２の性能が好ましいユニモルフ変換器４５のそれに近づくことが可能である。
同様に、図１６に画かれた円板の形状のバイモルフ２２２は、また好ましい変換器４５を置き換えることができる。バイモルフ２２２は、ピエゾ電気物質例えば厚さ１ミルのＰＺＴの２枚の折り重ねられたプレート２２４及び２２６からなる。プレート２２４及び２２６は、電気的に伝導性の物質例えば金属の層２２８により互いに結合される。もしバイモルフ２２２のピエゾ電気プレート２２４及び２２６が、図１６において「＋」及び「−」の記号により示されるように適切に極を示すならば、伝導性の中間層２２８から両者の外側の表面２３２ａ及び２３２ｂへ交流電圧を適用することは、バイモルフ２２２をして、好ましい応力バイアスされたＰＬＺＴユニモルフ変換器４５と同様に交互に前後に曲げる。
その結果、本発明の趣旨及び範囲から離れることなく、本発明の種々の変更、変性、及び／又は別の応用は、疑いなく、前記の開示を読んだ後、当業者に示唆されるだろう。従って、本発明の真の趣旨及び範囲内に入るならば、請求の範囲は、全ての変更、変性又は別の応用を包含するものと解釈されることを目的とする。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図３ａ】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２ｄ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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