标题：人工电子耳
人工电子耳科技
人工电子耳科技在过去十年内有长足的进步，植入者的语言能力也大幅提升，嘉惠不少极重度听障者。目前全世界已有约六万例人工电子耳植入者，国内也有近千例。本文针对人工电子耳的原理及目前应用状况做一整理，以期增进大众对人工电子耳之了解。
人工电子耳之工作原理
正常人的听力有赖于健全的内耳毛细胞。内耳毛细胞的功能在将声音的震动 (一种机械能) 转换成电能，以便能将此讯息传到脑中。对于先天性听障的幼童，大多数的毛细胞均死亡或不存在。然而多数患者的螺旋神经节细胞 (即构成听神经之神经元) 还有不同程度的保存。人工电子耳之基本原理就是跳过内耳毛细胞，直接利用植入耳蜗的电极来给予螺旋神经节细胞电刺激。如此也可以使声音讯号传至大脑皮质，让植入者有听到声音的感觉。
基本组成
人工电子耳之基本构造包括两部份：外部系统及内部系统。外部系统包括麦克风、连接线、语音处理器及一个传送线圈 (transmitter coil)。麦克风接受声音后，经由连接线传送到语音处理器。语音处理器再根据不同的语音处理策略 (后文详)，将声音转变成电流讯号。此讯号将由传送线圈传入内部系统中。电子耳之内部系统则包括接收线圈 (receiver coil) 及电极。接受线圈将传送线圈传来的讯号加以解码后传给电极。电极部分则由外科医生置入鼓室阶 (scala tympani) 中，可直接刺激附近的螺旋神经节细胞。内部系统和外部系统之间的讯号传送以radio frequency的方式连接。
人工电子耳之构造简图  
1.麦克风 2.连接线 3.语音处理器
4.传送线圈 5.接收线圈 6.电极 
(本图取自Katz (ed) Handbook of Clinical Audiology, chapter 39)
人工电子耳之语音处理策略
如何将声音之讯号转变成电讯号再经由适当的电极刺激耳蜗，有赖人工电子耳语音处理器中之语音处理策略。不同厂牌之电子耳采用之语音处理策略及电极数目不尽相同。一般而言，语音处理策略可分为类比式 (analog) 及脉冲式 (pulsatile) 二大类，以下仅就目前国内常用的Nucleus及Clarion二种电子耳，做语音处理策略及电极数目的介绍：
Nucleus电子耳：是由澳洲的Cochlear Corporation所生产，最新的是Nucleus 24 Contour电子耳。它有24个电极，其中2个是耳蜗外电极，在耳蜗内有22个电极。它可采用的语音处理策略包括有SPEAK (Spectral Peak)，CIS (Continuous Interleaved Sampling) 及ACE (Advanced Combined Encoder)，以下简单说明：
SPEAK：将声音讯号先做频谱的分析，将讯号分成20个频带，选择讯号最强的6个频带 (可选1-10个)，将其电流量刺激于相对应的耳内电极。因此这种刺激方式，必须仰赖数量众多的刺激部位 (电极)，而刺激的速率固定，为250pps。因此SPEAK是以声音之频率组成为基础的处理策略。
CIS：是一种连续式、插入式及脉冲式的刺激方式。电极的数目较少 (一般是8个)，但刺激速率甚快。声音讯号首先被分成数个频带，之后每个电极由内耳低圈至顶圈顺序刺激。由于刺激速率相当快，可以忠实显示出原语音中的时间变化，即保留了原刺激之包络 (envelop)，这点与刺激特定电极的SPEAK方法不同。
ACE：是Nucleus 24最新的语音处理策略，它事实上号称是具有SPEAK和CIS共同的好处。它的基础是SPEAK，但是刺激速率并不固定在250pps，而可以由250pps到2400pps自由调整。
Clarion电子耳：是由美国的Advanced Bionics Corporation所生产，目前最新的产品是Clarion Hi Focus。它有8对的电极，使用的语音处理策略可包括CIS、MPS (Multiple Pulsatile Sampler) 及SAS (Simultaneous Analog Stimulation)，其中CIS已介绍过。以下介绍最新的SAS：
SAS是唯一以类比方式的讯号处理策略，它能够将讯号以连续类比的波形刺激于相对的电极。应是目前最理想最忠实的讯号处理策略。
至于哪一种语音处理策略最好，目前并无定论，但Nucleus目前最新的是ACE，而Clarion则是SAS。而以现今科技发展之速度，可能随时会有更新、更好的语音处理策略出现。另外，为了使电极能够更贴近耳蜗轴心，以便能够更有效地刺激螺旋神经节细胞，Nucleus及Clarion都有新的方法。Nucleus是Contour电极，其中有一导针，置入耳蜗后将此针抽回，则电极会自行向内卷曲。Clarion则用一硅质的电极定位器 (positioner)，由外将电极向内侧压迫。此二种新电极已被证明较传统电极为佳，但Clarion的positioner则因被怀疑与脑膜炎有关 (下详)，目前已经停用。
适合接受人工电子耳的条件
并不是每个听障者都适合接受并使用人工电子耳。必须符合一些条件，才能让人工电子耳对患者有最大的助益。这些条件随着科技及开刀技巧的进步而一直在改变。一般而言，目前幼儿要接受人工电子耳，必须符合以下条件：
两侧极重度感音性听障，1000Hz以上的阈值超过90分贝。
年龄超过12到18个月。
助听器的帮助有限。在此必须强调助听器的选配必须是适当的，同时最少有3~6个月的适应期。
无全身性的重大疾病不适合手术者。
患者之耳蜗高解析断层图上，并无开刀之禁忌症 (如耳蜗完全未发育等)。
术后必须能将患者安置于适当的特殊教育环境中，做语言训练者。
家属之动机强，配合度高。
人工电子耳之手术有关人工电子耳之手术步骤，在此不详细描述。家长及患者所需要知道的是：手术时间大约是三小时上下，采全身麻醉。术后住院约五天。约四周后可以开机，做调频（Mapping）的动作。大约的花费在新台币60万元上下。当然以上详细的数字可能不同的医院、医生、厂牌，会有些许的差距。术后可能的并发症包括：暂时性的颜面神经麻痹、眩晕、发烧、伤口感染、植入物排出等等，但发生的机率都很低。
人工电子耳之结果人工电子耳术后之语音辨识能力在近年来有长足的进步，但是个桉之间的歧异仍大。有的患者植入后可以毫无障碍地打电话，有的却似乎毫无帮助。造成此歧异的原因并不完全清楚，也就是术前之评估无法准确地预测个桉术后之表现。目前知道对术后结果可能有影响之因素有：
1. 听障发生的时间：通常后天失聪(postlingual)听障者效果较先天失聪(prelingual)者为佳。
2. 电子耳植入之年龄：目前认为，可能的话愈早愈好。
3. 听障时间的长短：听障持续的时间愈长愈不利。
其他较有可能结果不理想的情形，包括：先天性内耳发育不良或伴有视障、智障等其他多重障碍等。
平均而言，目前不论是Nucleus或Clarion的人工电子耳术后之开放性句型测验结果约有70~80%正确，而开放性字汇测验之正确率约为40%，Dr. Boothyrcid认为人工电子耳植入者，在术前为极重度听障 (阈值超过95dB)，术后平均语音能力的表现约相当于一个中度至重度 (阈值约70dB) 听障儿。这已经是很大的成就。
人工电子耳术后之听能复健
极重度听障患者并不是接受电子耳手术之后就结束了，还要经过长期的听能复健，才能达到听能之最大效益。手术后只是开始复健的起点。所以之前提到人工电子耳的条件时，特别强调术后复健配合度的重要性。目前国内有许多公私立的机构 (如启聪学校幼稚部及雅文、妇联等听障文教基金会) 能从事人工电子耳术后之语音复健工作，再配合手术医院听力师的定期追踪，人工电子耳植入者应可接受到完整而妥善之术后复健。
人工电子耳与脑膜炎最近在媒体上曾大幅报告，也引起家长们讨论的是人工电子耳与脑膜炎的关系。美国的食品药物管理局七月开始注意到人工电子耳植入者得到脑膜炎的机会似乎较高。目前已有至少25例儿童或成人植入者得脑膜炎的病例被报告。发生的时间在植入后不到24小时到5年之间。
至于为何人工电子耳之患者易罹患脑膜炎？其中原因可能是少部份患者有先天性内耳异常，使他们在植入人工电子耳之前，就比一般人容易患脑膜炎，其他的可能因子还包括中耳炎、免疫缺陷、之前的脑膜炎病史等。另外人工电子耳毕竟是一个植入物，也有可能易成为感染的病灶。至于如何降低发生脑膜炎的机会？首先医生必须在术前术后迅速诊\断及治疗中耳炎，并最好使用术前及术后的预防性抗生素治疗，这一点在台湾做得相当完全。
其次即是即将植入人工电子耳的患者，可以接受疫苗注射来对抗脑膜炎之致病菌，最常见的是链球属的肺炎双球菌及流行感冒嗜血杆菌。相信如果此二点能做到，脑膜炎发生的机率应会大大降低。
结论
人工电子耳为极重度听障患者带来了极大的希望，这也是近十年来听语界、耳鼻喉科界革命性的进步，并且人工电子耳之科技仍在进步中。对于听障儿的家长替孩子决定是否要接受电子耳，以及要接受那种电子耳时，笔者有如下之建议：
广泛地收集资料及讯息。有关人工电子耳之讯息可来自您的医师、听力师、特教老师、病友会之家长、网路…等，多多问不同的意见以做比较。另外，因为此手术费用昂贵，故所有可能争取到的资源都要争取。
慎选医院及然适用人工电子耳的条件已在前文提及，但那是一般性的。至于每个个桉适不适合，还需个别详细的评估，这时选择有经验的医师与团队就十分重要。
全力配合术后听能复健，人工电子耳是否能让幼儿完全发挥潜力，复健是极重要的一环，家长在此也扮演重要的角色。