(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
−音響信号を電気信号に変換するための少なくとも１つの音響変換器（１）と、
−焦点合わせされ、複数の超音波パルスビーム（３）を生成可能である少なくとも１つの超音波装置（２）と、を有する聴覚補綴装置において、
前記超音波装置（２）が、外耳及び／又は耳の外側に固定可能であり、
前記複数の刺激用超音波ビーム（３）が、前記音響変換器（１）によって生成された電気信号に依存して、神経を刺激しつつ、内耳（Ｉ）の領域内又は脳（Ｇ）の聴覚中枢系の領域内の空間的に分散した異なる複数の地点（Ｐ）上に焦点合わせ可能である結果、蝸牛（Ｈ）又は聴覚中枢系の領域内の空間的に分散し、異なる複数の音響周波数に対応する異なる複数の部位に焦点合わせ可能である当該聴覚補綴装置。
【請求項２】
前記超音波装置（２）は、少なくとも１つの超音波アレイ（８）を有し、焦点合わせ可能な複数の超音波ビーム（３）が、当該超音波アレイ（８）によって生成可能である請求項１に記載の聴覚補綴装置。
【請求項３】
焦点合わせ可能で且つ偏向可能な１０本より多い、又は２０本より多い超音波ビーム（３）が、前記超音波装置（２）によって生成可能である請求項１又は２に記載の聴覚補綴装置。
【請求項４】
前記超音波ビームの超音波パルスのパルス幅は、０．０１ｍｓ〜１ｍｓ、又は０．０５ｍｓ〜０．５ｍｓである請求項１〜３のいずれか１項に記載の聴覚補綴装置。
【請求項５】
当該超音波の周波数は、１０００ｋＨｚ未満、又は７００ｋＨｚ未満であり、又は１００〜９００ｋＨｚ、又は２５０〜７００ｋＨｚである請求項１〜４のいずれか１項に記載の聴覚補綴装置。
【請求項６】
複数の超音波パルスがそれぞれ、０．０１〜０．１Ｗ／ｃｍ２のパルス出力を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の聴覚補綴装置。
【請求項７】
１つ又は複数の基準ビーム（３′）が、前記超音波源（２）によって生成可能であり、当該基準ビーム（３′）が、前記音響変換器（１）によって生成された信号に依存しないで、１つ又は複数の基準点（Ｒ）上に焦点合わせ可能である請求項１〜６のいずれか１項に記載の聴覚補綴装置。
【請求項８】
外耳及び／又は耳の外側に固定された請求項１〜７のいずれか１項に記載の聴覚補綴装置が、難聴又は聴覚障害を補償する方法において、
複数の刺激用超音波ビーム（３）が、音響変換器（１）によって生成された電気信号に依存して、内耳（Ｉ）の領域内又は脳（Ｇ）の聴覚中枢系の領域内の空間的に分散した異なる複数の地点（Ｐ）上に焦点合わせされる結果、蝸牛（Ｈ）又は聴覚中枢系の領域内の空間的に分散し、異なる複数の音響周波数に対応する異なる複数の部位に焦点合わせされる当該方法。
【請求項９】
個々の超音波ビーム（３）が、蝸牛（Ｈ）又は聴神経（Ｎ）又は蝸牛神経核（ＮＣ）又は下丘（ＣＩ）の内部の空間的に分散した異なる複数の地点（Ｐ）上に焦点合わせされる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
１つの超音波アレイ（８）が、動的に焦点合わせ可能な複数の超音波ビーム（３）を生成するために使用され、この超音波アレイ（８）の複数のアレイ素子が、それぞれ１つの音響周波数範囲に対応する複数のグループに分割され統合される請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
互いに離間して生成されたそれぞれ少なくとも２つの超音波ビーム（３）が、１つの地点上に焦点合わせされ、減少した焦点量を生成しつつ重畳される請求項８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの基準ビーム（３′）が、前記音響変換器（１）によって生成された信号に依存しないで、少なくとも１つの基準点（Ｒ）上に焦点合わせされ、前記複数の超音波ビーム（３）の焦点の位置が、当該基準ビーム（３′）に依存して、動的にリアルタイムに補正される請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、聴覚補綴装置及びこのような聴覚補綴装置によって難聴又は聴覚障害を補償するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
難聴を患っている非常に多くの人々の実情に鑑みて、又は、重度難聴の患者の存在に起因して、実際問題として、聴覚補綴装置又は補聴器に多大な関心が寄せられている。正常な聴力の場合、耳介が、周囲から音波を集め、当該音波を、外耳道を通じて振動を誘起される鼓膜に伝える。この振動は、中耳を通じて内耳又は渦巻管（蝸牛）内の液体に伝達される。蝸牛内の細い複数の有毛細胞が、当該液体の移動によって揺らされる結果、（生体電気的な）神経インパルスが誘発される。当該神経インパルスは、聴神経を通じて脳に伝達される。その結果、音が、耳の中で感知される。
【０００３】
従来の補聴器は、電気音響的に、すなわち音を増幅することによって動作する。しかしながら、生体電気信号が、蝸牛内でもはや生成され得ないときは、この原理はもはや機能しない。
【０００４】
このような場合には、いわゆる蝸牛インプラントが、場合によっては有益であり得る。当該蝸牛インプラントは、最初に、音を電気インパルスに変換し、当該電気インパルスが、蝸牛内に直接に埋め込まれた電極によって内耳内の神経又は聴神経を刺激する。こうして、音声及び音が再び感知され得る。このような蝸牛インプラントの機能原理は、蝸牛のいわゆる「トノトピー」に基づく。当該蝸牛内では、外部から来る機械振動が、神経インパルスに変換される、すなわち周波数にしたがって解剖学的に分類される。当該蝸牛内の空間的に分散した異なる複数の領域が、異なる複数の周波数の感知を請け負う。高い周波数が、外側の端部で処理され、低い周波数が、内側の端部で処理される。耳の聴覚中枢系では、当該周波数にしたがう解剖学的な分類が、脳の異なる複数の領域内まで維持される。したがって、蝸牛内では、それぞれの可聴音響周波数が、これらの有毛細胞の特定の場所ごとに最大に感知されるように、複数の有毛細胞の組織が配列されている。これにより、特定の１つの周波数が、いわゆる基底膜上のそれぞれの場所に割り当てられている。それ故に、トノトピーとも呼ばれる「周波数と場所との対応付け」が、当該蝸牛内で実行される。当該蝸牛のこの機能は、蝸牛インプラントで利用される。何故なら、蝸牛内に空間的に分散した当該インプラントの複数の電極によって、特定の１つの可聴周波数に割り当てられる電気インパルスが適切に生成され得るからである。この場合、このような聴覚補綴装置が、インプラントとして蝸牛内に侵襲的に埋め込まれる必要があることが欠点である。このことは、経費がかかり、患者に負担をかける。補正が、簡単に実行され得ない。しかも、当該電気インパルスが、当該インプラントを包囲している組織に伝播し得るので、異なる周波数の聞こえを請け負う希望しない複数の神経が刺激される。したがって、蝸牛内で生成されなければならない聞こえの選択性能が強く制限される。
【０００５】
それ故に、この代わりに、光刺激及び光操作式の刺激に基づく改良された蝸牛インプラントが既に提唱されている。この場合、電極の代わりに、複数のレーザーダイオードから成るアレイが、蝸牛内に埋め込まれる。（聴神経の）希望した場所が、レーザービームによって非常に適切に刺激され得る。これにより、聞こえの選択性能が、従来の蝸牛インプラントに比べて著しく向上される。しかしながら、当該蝸牛の神経細胞を光によって刺激できるようにするためには、最初に、当該神経細胞が、意図的に光に感知される必要がある。全てのこれらの対策は、非常に経費がかかり、同様に専ら侵襲的に可能である。
【０００６】
このような蝸牛インプラントが、聴覚組織の損傷の程度に起因して使用不可能であるならば、場合によっては、聴性脳幹インプラント（ＡＢＩ）が使用され得る。当該原理は、蝸牛インプラントの原理に一致する。この場合、蝸牛内の領域が、電極によって刺激されるのではなくて、聴覚中枢系内の蝸牛神経核の或る領野が、より広範囲に刺激される。例えば疾病のために、蝸牛又は聴神経の全体が損傷されているか又は完全に除去される必要があるときに、このような組織は使用され得る。しかしながら、脳幹インプラントの使用は、専ら高度に専門化した対策によって可能である。したがって、従来の蝸牛インプラントが機能しない患者の場合、聴覚中枢系の別の領野で使用することが必要である。このため、電気刺激を脳幹内の蝸牛神経核又は下丘で実行することも有益である。いずれにしても、侵襲的な対策が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６６３１１９７号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００４／０１９６９９８号明細書
【特許文献３】国際公開第００／２１４４０号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００５／０７２１６８号パンフレット
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１４／０３５５８００号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｌｅｏｎｉｄ  Ｒ．  Ｇａｖｒｉｌｏｖ  ｅｔ  ａｌ：  Ａ  ＳＴＵＤＹ  ＯＦ  ＲＥＣＥＰＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＴＨＥ  ＵＳＥ  ＯＦ  ＦＯＣＵＳＥＤ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ，  ＢＲＡＩＮ  ＲＥＳＥＲＣＨ，  １３５  （１９７７）  ２７９−２８５
【非特許文献２】Ｖｉｎｃｅｎｔ  Ｃｏｌｕｃｃｉ  ｅｔ  ａｌ：  ＦＯＣＵＳＥＤ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ  ＥＦＦＥＣＴＳ  ＯＮ  ＮＥＲＶＥ  ＡＣＴＩＯＮ  ＰＯＴＥＮＴＩＡＬ  ＩＮ  ＶＩＴＲＯ，  Ｕｉｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  Ｍｅｄ．  ＆  Ｂｉｏｌ．，  Ｖｏｌ．  ３５，  Ｎｏ．  １０，  １７３７−１７４７，  ２００９
【非特許文献３】Ｙｕｓｕｆ  Ｔｕｆａｉｌ：  Ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｓ  Ｉｎｔａｃｔ  Ｂｒａｉｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，  Ｎｅｕｒｏｎ  ６６，  ６８１−６９４，  ２０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、様々な種類の聴力障害又は難聴／聴覚障害の場合に、手術的な対策なしに、したがって非侵襲的に使用され得る聴覚補綴装置を提供することが大いに必要である。それ故に、本発明の課題は、このような聴覚補綴装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決するため、本発明は、
−音響信号を電気信号に変換するための少なくとも１つの音響変換器（例えばマイクロフォン）と、
−焦点合わせされ（又は動的に焦点合わせ可能で）、（１つ又は複数の超音波周波数を有する）複数の超音波パルスビームを生成可能である少なくとも１つの超音波装置と、を有する聴覚補綴装置を提唱する。
【００１１】
この場合、当該超音波装置が、（人の頭の）外耳及び／又は耳の外側に固定可能であり、
この場合、当該複数の超音波ビームが、当該音響変換器によって生成された電気信号に依存して、神経を刺激しつつ、（頭蓋を透過して）内耳の領域内又は脳の聴覚中枢系の領域内の空間的に分散した異なる複数の地点上に（動的に）焦点合わせ可能である。
【００１２】
したがって、本発明は、非侵襲的な超音波式外部型聴覚補綴装置を提唱する。この場合、本発明は、蝸牛内又は聴覚中枢系の別の領域内の神経細胞が、空間的に選択されて刺激されるときに、蝸牛内が損傷している場合でも、難聴が補償され得るという基本的に周知の認識に基づく。しかしながら、従来の蝸牛インプラントの場合は、電気インパルス又は光学インパルスによる直接の刺激が実行される一方で、本発明によれば、神経又は神経細胞が、焦点合わせされた超音波ビームによって刺激される。この場合、−従来の蝸牛インプラントの場合と同様に−蝸牛のトノトピーが利用される。すなわち、空間的に適切に分散し、異なる複数の音響周波数に対応する複数の領域又は複数の神経が、焦点合わせされた複数の超音波ビームによって刺激されることで、特別な解剖学的特性が利用される。この場合、音の本来の通路は完全に迂回される。しかしながら、蝸牛インプラントとは違って、本発明の聴覚補綴装置は、（人の）外耳又は耳の外側に設置され固定され得る。異なる複数の周波数領域を請け負う複数の神経細胞が、頭蓋を透過する焦点合わせされた超音波ビームによって刺激される。
【００１３】
この場合、本発明は、神経線維及び筋線維が、（焦点合わせされた）超音波によって刺激され得るという認識に基づく。このことは、過去の多くの実験によって実証されている。この場合、高いエネルギー（＞１Ｗ／ｃｍ２）を有する超音波が、ニューロン活動及び追加の熱効果を引き起こす。当該思想では、低い周波数の超音波パルスビームによって低い強度をもって生成されるニューロン刺激だけが注目される。したがって、当該作用は、熱効果なしに、特に組織の損傷なしに、機械的な生体効果に限定されている。神経細胞、特に生体の聴神経が超音波パルスビームによって刺激され得ることが、実験的に何度も実証されている（Ｌｅｏｎｉｄ  Ｒ．  Ｇａｖｒｉｌｏｖ  ｅｔ  ａｌ：  Ａ  ＳＴＵＤＹ  ＯＦ  ＲＥＣＥＰＴＩＯＮ  ＷＩＴＨ  ＴＨＥ  ＵＳＥ  ＯＦ  ＦＯＣＵＳＥＤ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ，  ＢＲＡＩＮ  ＲＥＳＥＲＣＨ，  １３５  （１９７７）  ２７９−２８５、及びＶｉｎｃｅｎｔ  Ｃｏｌｕｃｃｉ  ｅｔ  ａｌ：  ＦＯＣＵＳＥＤ  ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ  ＥＦＦＥＣＴＳ  ＯＮ  ＮＥＲＶＥ  ＡＣＴＩＯＮ  ＰＯＴＥＮＴＩＡＬ  ＩＮ  ＶＩＴＲＯ，  Ｕｉｌｔｒａｓｏｕｎｄ  ｉｎ  Ｍｅｄ．  ＆  Ｂｉｏｌ．，  Ｖｏｌ．  ３５，  Ｎｏ．  １０，  １７３７−１７４７，  ２００９、及びＹｕｓｕｆ  Ｔｕｆａｉｌ：  Ｔｒａｎｓｃｒａｎｉａｌ  Ｐｕｌｓｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｓ  Ｉｎｔａｃｔ  Ｂｒａｉｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ，  Ｎｅｕｒｏｎ  ６６，  ６８１−６９４，  ２０１０参照）。
【００１４】
好ましくは、０．０１ｍｓ〜１ｍｓ、特に０．０５ｍｓ〜０．５ｍｓのパルス幅を有する超音波パルスによって動作される。この場合、当該超音波の周波数は、１０００ｋＨｚ未満、特に７００ｋＨｚ未満であり、例えば１００〜９００ｋＨｚ、特に好ましくは２５０〜７００ｋＨｚである。この場合、全てのビームが、同じ周波数を有してもよい。この場合、当該個々の超音波パルスはそれぞれ、０．０１〜０．１Ｗ／ｃｍ２、すなわち１０ｍＷ／ｃｍ２〜１００ｍＷ／ｃｍ２のパルス出力を有する。当該記載されている周波数範囲では、頭蓋を透過する伝達と神経細胞内での超音波ビームの吸収との間の最適な挙動が達成され得る。この場合、当該超音波刺激／刺激超音波パルスは、聴神経の活動電位と遅延時間とに応じて、必要な音響にしたがって、適切な時点に効果的に刺激を繰り返し実行し得ることが必要である。それ故に、当該記載されているパルス幅は有益である。何故なら、より長い刺激は、聴神経を遮断し得るからである。しかしながら、本発明によれば、このような刺激パルスは、聴神経を遮断することによって、耳鳴症を補償するためにも利用され得る。
【００１５】
したがって、本発明によれば、聴覚障害の場合の難聴から全聾までを、焦点合わせされた超音波パルスによって非侵襲的に補償でき、また耳鳴症も「補償」できる医療装置が提供される。この場合、難聴が蝸牛インプラントによって完全に補償され得るであろう患者が、多くの場合に正常な聞こえを感知しない点が問題である。この実情は、音響心理学の視点からの蝸牛インプラントの事前のあらゆるテストを困難にする。これに対して、本発明の非侵襲的な超音波式外部型聴覚補綴装置によれば、特にこのような音響心理学的な効果を、−例えば、防音室内で−正常な聴力を有する人を使ってテストを実行することによってシミュレートし、聴覚補綴装置の音声プロセッサ内で正確に再現することが可能である。マルチチャンネル式の音響分析と同時に、正常な耳によって実現されるような聴覚中枢系内のマルチチャンネル式の音響生成とが可能である。したがって、本発明の外部型聴覚補綴装置は、手術なしに使用可能であるだけではなくて、本発明の外部型聴覚補綴装置は、難聴の程度に最適に且つ個別に適合可能である。周波数選択性能が、正常な聞こえに合致し、特に立体的な聞こえが可能になる。このような外部型聴覚補綴装置は交換可能であり、人の老化に関係なく、したがって様々な世代で使用可能であるという事実が特に有益である。
【００１６】
例えば蝸牛内で又は聴神経で希望する領域を空間的に選択して刺激するには、（動的に）焦点合わせされた複数の超音波ビームを生成することが、特に重要である。このため、超音波装置が、超音波ドライバに加えて少なくとも１つの超音波アレイを有し得る。動的に焦点合わせ可能な、特に全てが同じ超音波周波数を有する複数の超音波ビームが、当該超音波アレイによって生成され得る。超音波ビーム又は超音波の当該動的な焦点合わせは、超音波アレイを用いた医療診断において一般的である。当該超音波アレイの複数の素子が、複数のグループに分割される。その結果、好ましくは焦点合わせ可能で且つ偏向可能な１０本より多い、特に２０本より多い超音波ビームが、当該超音波装置によって生成される。これらのグループの数が、現実的な周波数選択性能を考慮して分割される、例えば２０〜３０のグループが提唱される。このとき、複数のアレイ素子から成るこれらのグループのこの数は、例えば、蝸牛内の周波数群の数に一致する。１つのグループの個々のアレイ素子が、空間的に分散してアレイ状に配列されている。個々の素子から成る１つの「個別ビーム」のエネルギーは、特に組織内の吸収を考慮して比較的小さい。１つのグループの当該複数のビームが、蝸牛（又は聴神経）内の特定の１つの位置の細かく調整可能な小さい１つの焦点に焦点合わせされて初めて、そのパルスエネルギーが、必要な刺激を実行するのに望ましいレベルに到達する。複数のアレイ素子から成るそれぞれのグループが、神経線維の特定の１つの部位の刺激を請け負う。
【００１７】
この場合、動的な焦点合わせ、すなわち焦点位置の不変な適合が有益である。確かに、超音波アレイは、固定して配置されているので、それぞれの素子及びそれぞれのグループが、（相互に）一定の位置を占める。しかしながら、実際には、超音波装置又は当該アレイを皮膚又は外耳に完全に固定することは不可能である。したがって、当該超音波装置又は当該アレイの位置が変化し得るので、適切な補正が必要である。このため、特に好適なその他の構成では、本発明は、１つ又は複数の基準ビームが、超音波源によって生成されることを提唱する。当該基準ビームは、音響変換器によって生成された信号に関係なく１つ又は複数の基準点（例えば、蝸牛内又はその表面の基準点）上に焦点合わせされる。したがって、例えば蝸牛の頂部が走査されることによって、当該超音波装置、例えば当該超音波アレイの位置が、その動作中に１つ又は複数の基準ビームによって連続して検査される。まず、蝸牛の位置と大きさと方向とに関する情報が、「動作」中に当該蝸牛の全体の（３次元の）超音波走査によって算出される。次いで、当該算出に基づいて、空間的に選択して刺激するための「目標地点」が、個々の超音波ビームによって確定される。当該基準ビームによって変更された距離及び入射角度が、制御プログラムによって確認されると、焦点深さと、当該１つ又は複数の基準ビームに対する個々のグループの入射角度とが、リアルタイムに補正される。
【００１８】
上記補聴器は、音響変換器（マイクロフォン）と超音波アレイ／超音波ドライバに加えて、例えば、アナログデジタル変換器、音声プロセッサ及び／又はエンコーダをさらに有する。さらに、エネルギー供給装置が設けられている。
【００１９】
当該補聴器内には、制御プログラムが格納されている。この制御プログラムは、超音波ビーム（例えば、角度、焦点等）を算出し制御し、当該算出された補正も実行する。
【００２０】
本発明の対象は、このような聴覚補綴装置によって難聴又は聴覚障害を補償するための方法又はこのような聴覚補綴装置を動作又は利用／使用するための方法でもある。この場合、当該聴覚補綴装置が、外耳及び／又は耳の外側に固定される。この場合、複数の超音波ビームが、音響変換器によって生成された電気信号に依存して、（頭蓋を透過して）内耳の領域内又は脳の聴覚中枢系の領域内の空間的に分散した異なる複数の地点上に焦点合わせされる結果、蝸牛又は聴覚中枢系の領域内の空間的に分散しし、異なる複数の音響周波数に対応する（神経の）異なる複数の部位が刺激される。
【００２１】
この場合、−既に説明したように−例えば、蝸牛内の神経が刺激され得る。しかしながら、別の場所の刺激、例えば、聴神経に対する直接の刺激又は蝸牛神経核と下丘との刺激も可能である。対応する位置が、例えばＭＲＴによって測定され得る。当該刺激の場所でも、補正が、複数の基準ビームによって実行され得る。これらの基準ビームは、同様に蝸牛の頂部に固定され得るか、又は、頭蓋骨の別の固定点が選択され得る。
【００２２】
既に説明したように、１つの超音波アレイが、動的に焦点合わせ可能な複数の超音波ビームを生成するために使用される。この超音波アレイの複数のアレイ素子が、複数のグループに分割されていて統合されている。これらのグループはそれぞれ、１つの音響周波数範囲に対応する。この場合、異なる角度で入射する当該個々の素子の複数のビームを１つの地点で重畳することによって、刺激が実行される。この場合、少なくとも１つの基準ビームが、音響変換器によって生成された信号に依存しないで少なくとも１つの基準点上に焦点合わせされ得る。そしてこの場合、その他の複数の超音波ビームの焦点位置が、当該基準ビームに依存してリアルタイムに動的に補正され得る。
【００２３】
本発明によれば、当該複数の超音波ビームの焦点合わせが、非常に重要になる。当該焦点合わせは、説明したように、例えば超音波アレイによって達成される。神経細胞の特定の１つの領域を刺激するために、焦点合わせされた１つの超音波だけが使用されるのではなくて、互いに離間して生成され、共通の１つの地点上に焦点合わせされる少なくとも２つの超音波ビームが使用されることによって、この方法は、さらに最適化され得る。当該個々の焦点量が、側面方向に狭いが、必要に応じて軸方向に比較的長い。例えば複数の超音波アレイを使用することによって、減少した大きさを有する焦点量を、複数（少なくとも２つ）の超音波場を重ね合わせることで取得することが可能になる。当該焦点量が、当該重ね合わせによって減少される。刺激のために必要な超音波レベルが、当該焦点量によって達成される。このような配置は、非常に有益である。何故なら、こうすることで、当該超音波の周囲の組織に負担がかからず、余計な反応も発生しないからである。すなわち、例えば、密接に関係している神経線維の望まない刺激又は妨害による雑音が回避される。
【００２４】
補聴器又は聴覚補綴装置に関連する超音波ビームの使用が、実際に既に周知である。この場合、超音波周波数が、音響信号用の搬送周波数として使用される。その結果、例えば、超音波によって誘導された信号が、皮膚の振動を通じて耳又は脳の領域に伝達され、そこでデコードされ得る（例えば、米国特許第６６３１１９７号明細書、米国特許出願公開第２００４／０１９６９９８号明細書、国際公開第００／２１４４０号パンフレット、国際公開第２００５／０７２１６８号パンフレット及び米国特許出願公開第２０１４／０３５５８００号明細書参照）。これに対して、本発明によれば、神経を焦点合わせされた複数のビームによって空間的に選択して直接に刺激することが要旨である。この場合、特に、使用される超音波ビームが、同じ周波数を有する。
【００２５】
以下に、本発明を専ら１つの実施の形態を示す図面に基づいて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の聴覚補綴装置を非常に簡略化して概略的に示す。
【図２】外耳に位置決めした場合の図１による聴覚補綴装置を示す。
【図３】図２による対象と耳の外側に位置決めした場合の実施の形態とを示す。
【図４】図１による対象の別のバリエーションを示す。
【図５】本発明の聴覚補綴装置の別の適用範囲を簡単に概略的に示す。
【図６】蝸牛のトノトピーをグラフで示す。
【図７】例えば図１による実施の形態の場合の複数の超音波ビームの重畳を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図面には、難聴又は聴覚障害を補償するための本発明の外部型聴覚補綴装置が示されている。この聴覚補綴装置は、少なくとも１つの音響変換器１（例えば、音響信号を電気信号に変換するためのマイクロフォン）を有する。さらに、当該聴覚補綴装置は、少なくとも１つの超音波装置２を有する。焦点合わせされた複数のパルス状超音波ビーム３が、この超音波装置２によって生成される。この超音波装置は、外耳Ａ又は耳の外側に固定される。これらの超音波ビーム３は、音響変換器１によって生成された当該電気信号に応じて、神経を動的に刺激しつつ、頭蓋を透過して、（鼓膜Ｔの後方で且つ中耳Ｍの後方で）内耳Ｉの領域内又は脳Ｇの聴覚中枢系の領域内の空間的に分散した異なる複数の地点Ｐに焦点合わせされる。
【００２８】
本発明の聴覚補綴装置は、図６に示された「伸ばされた基底膜」の空間配置と対応する周波数との間の関係に基づく。正常な耳の場合、外部から収集された音波が、鼓膜を介して内耳Ｉ、したがって渦巻管（蝸牛）に伝達される。次いで、蝸牛Ｈ内に満たされた液体が、蝸牛Ｈを２つの管腔に分割する基底膜ＢＭを揺らす。この基底膜上の生成された進行波の伝播方向ａと、卵円窓ＯＦとが示されている。この基底膜の振動が、複数の有毛細胞の振動を引き起こす。この場合、それぞれの可聴音響周波数が、これらの有毛細胞の特定の場所ごとに最大に感知されるように、これらの有毛細胞の組織が、解剖学的に限定されて配列されている。このことは、図６に示されている。当該周波数と場所との対応付けは、蝸牛Ｈのトノトピーとも呼ばれる。蝸牛の空間的に分散した複数の領域が、複数の電極を通じて電気刺激されることによって、従来の人工内耳も、この原理を利用できる。
【００２９】
本発明によれば、当該異なる複数の領域が、焦点合わせされた超音波ビーム３によって刺激される。図１によれば、音波が、マイクロフォン１によって電気パルスに変換され、アナログデジタル変換器４を経由して当該信号を処理する音声処理装置５に伝達される。当該超音波ビームの周波数分解された振幅及び時間分解された振幅が、エンコーダ６によってマルチチャンネル式にコード化される。その結果、複数のマルチチャンネル制御信号が、超音波装置２の超音波ドライバ７に対して生成される。この超音波装置２は、これらの制御信号を用いて複数の超音波ビーム３を生成する。したがって、これらの超音波ビーム３は、音響変換器１によって生成された電気信号に応じて、内耳Ｉの領域内又は脳Ｇの聴覚中枢系の領域内の空間的に分散した異なる複数の地点Ｐに焦点合わせされる。その結果、蝸牛内又は聴覚中枢系の領域内の神経の空間的に分散した異なる複数の部位が刺激される。これらの部位は、（図６による）異なる複数の可聴周波数に対応する。
【００３０】
この場合、図１〜４は、複数の実施の形態を示す。これらの実施の形態の場合、蝸牛Ｈ内の複数の神経細胞が、複数の超音波ビーム３によって刺激される。それぞれ個別の超音波ビーム３が、対応する制御信号によって、所定の入射ビーム角度を成して所定の深度に焦点合わせされる。
【００３１】
このため、当該実施の形態では、超音波装置２が、超音波アレイ８を有する。動的に焦点合わせ可能な複数の超音波ビーム３が、この超音波アレイ８によって生成される。このアレイは、複数のグループにそれぞれ統合されている複数のアレイ素子を有する。この場合、それぞれのグループが、所定の可聴周波数範囲に対応する。すなわち、現実的な周波数選択性能を考慮して、焦点合わせされた２５本の（例えば、等しい超音波周波数を有する）超音波ビームを生成するために、複数のアレイ素子から成る２５個のグループを提供することが有益であり得る。したがって、当該複数のアレイ素子から成る複数のグループの数は、蝸牛内の周波数群の数に相当する。したがって、それぞれのグループは、神経線維の所定の１つの部位を受け持つ。当該制御信号が、当該アレイの所定の複数の素子又は複数のグループを起動することによって超音波ビーム３を生成する。当該ビームの入射期間及び生成される刺激／停止の繰り返し回数が、当該アレイのそれぞれ個別の素子又はグループに対して、音声処理装置５からコード化された制御信号によって超音波ドライバ７内で設定される。当該起動されたそれぞれの素子又はグループの組み合わせが、超音波ビーム３の入射エネルギーと現実的な聴覚認知の心理音響の要求とに応じてリアルタイムに生成される。
【００３２】
この場合、個別の複数の超音波ビーム３が、蝸牛Ｈの異なる複数の領域内に入射されることが、例えば図２に示されている。さらに、１つ又は複数の基準ビーム３′が、超音波源２によって生成されることが有益である。当該基準ビームは、音響変換器１内で生成される信号とは関係なしに１つ又は複数の基準点Ｒ上に焦点合わせされる。このことは、図１に示されている。この図１には、２つの基準ビーム３′が認識可能である。これらの基準ビーム３′は、例えば、固定点としての蝸牛Ｈの頂部に焦点合わせされる。音響装置又は超音波装置２の位置が、使用中に変化したときに、当該変化が、基準ビーム３′によって検出され、その他の超音波ビーム３が、リアルタイムに補正され得る。したがって、蝸牛Ｈの頂部が走査されることによって、超音波装置２の位置が、１つ又は複数の基準ビーム３′によって使用中に連続して検査される。次いで、当該その他の超音波ビーム３の焦点深度及び入射角度が、基準ビーム３′に対してリアルタイムに補正される。
【００３３】
さらに、離間して互いに生成された２つ（又は複数）の超音波ビーム３が、１つの地点Ｐ上に焦点合わせされ得ることが図１に示されている。その結果、減少した焦点量が、これらのビームの重畳によって生成される。図７には、このことは、重畳した３つの焦点ビームによって拡大して例示されている。この重畳は、当該個々の焦点量が必要に応じて側面方向に狭いが、軸方向に適度に長くし得るという実情を考慮している。減少した焦点量を有する焦点１１が、複数の超音波場３を重ね合わせることによって取得され得る（図７参照）。このような方法には、当該超音波ビームによる組織への負荷が少ないという利点もある。何故なら、必要な刺激エネルギーが、蝸牛の当該焦点で初めて得られるからである。
【００３４】
図２は、外部型聴覚補綴装置が外耳Ａ内に位置決めされる場合の第１の実施の形態を示す。この位置決めは、例えば全聾の患者の場合に有益である。
【００３５】
これに対して、図３は、一方では位置Ｉにおいて図２によるこの実施の形態を示し、比較のために他方では位置ＩＩにおいて耳の外側に固定される外部型聴覚補綴装置による実施の形態を示す。この位置決めＩＩは、例えば、難聴の場合又は耳鳴症の場合に有益であり得る。しかしながら、非侵襲的な位置決めが常に得られる。
【００３６】
図４には、図２による実施の形態が示されているが、電子制御装置９とエネルギー供給装置１０とをさらに有して示されている。このエネルギー供給装置１０は、当該図示された実施の形態ではオプションとして太陽電池によって構成される。この電子制御装置９は、マイクロフォン１、アナログデジタル変換器４、音声処理装置５、エンコーダ６及び超音波ドライバ７を有する。超音波アレイ８が同様に示されている。しかし、本発明は、別のエネルギー供給手段、例えばバッテリ、アキュムレータ等が設けられている実施の形態も含む。
【００３７】
図１〜４は、蝸牛Ｈ内の神経細胞が超音波ビームによって刺激される場合の実施の形態を示す。
【００３８】
図５には、当該刺激の別の可能性が示されている。まず、蝸牛Ｈの領域が同様に認識可能である。しかしながら、当該蝸牛Ｈ内の神経細胞の代わりに、例えば、蝸牛Ｈでの刺激がもはや不可能である程度に、当該蝸牛Ｈが、疾病によって損傷されているときは、聴神経Ｎが、超音波ビームによって刺激されてもよい。聴神経Ｎも、損傷しているか又は病気のために遠ざけられる必要があるならば、その他の構成において、脳Ｇ内の聴覚中枢系の別の領域、例えば蝸牛神経核ＮＣ又は下丘ＣＩを刺激することが可能である。この場合、本発明は、蝸牛Ｈのトノトピー（周波数と場所との対応付け）が脳内まで帯状に続いているという実情を利用することができる。すなわち、特定の１つの周波数がそれぞれの場所に割り当てられている複数の領域が、当該脳に存在する。したがって、当該聴神経の刺激が、もはや不可能であるときは、当該脳のこれらの領域内の神経細胞を空間的に選択して刺激することも可能である。しかしながら、この実施の形態も、非侵襲的に実行される。
【符号の説明】
【００３９】
１    音響変換器、マイクロフォン
２    超音波装置、超音波源
３    超音波ビーム、超音波場
３′  基準ビーム
４    アナログデジタル変換器
５    音声処理装置
６    エンコーダ
７    超音波ドライバ
８    超音波アレイ
９    電子制御装置
１０  エネルギー供給装置
１１  焦点
Ａ    外耳
Ｔ    鼓膜
Ｍ    中耳
Ｉ    内耳
Ｇ    脳
Ｐ    地点
Ｎ    聴神経
Ｈ    蝸牛
Ｒ    基準点
ＣＩ  下丘
ＮＣ  蝸牛神経核
ＯＦ  卵円窓
ＢＭ  基底膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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