Анализ системы «излучатель–имплант» бионического протеза уха и её влияния на звуковые характеристики
Authors: Арутюнов С.Д. , Южаков А.А. , Безукладников И.И. , Асташина Н.Б. , Еловиков А.М. , Байдаров А.А. , Майоров П.В. 
Published: February 2025

В статье рассматривается влияние конструктивных параметров системы «звуковой излучатель – ушной имплант» бионического протеза уха на результирующие звуковые характеристики – АЧХ, ФЧХ, субъективное качество восприятия звука пациентом (перцептивность). В предыдущих исследованиях авторского коллектива показано, что ряд механических параметров крепления бионического протеза (расстояние и угол между крепёжными элементами) не оказывает значимого влияния на результирующую характеристику, однако существуют иные факторы, оказывающие такое влияние. По итогам проведённого расширенного анализа полученных в ходе предыдущих экспериментов звуковых характеристик авторами в качестве гипотезы были определены две основные потенциальные причины их изменения – качество прижимного соединения непосредственно между звуковым излучателем и ушным имплантом, а также возникающий в процессе неоптимального механического крепления общий перекос конструкции «виброизлучатель – тело протеза» относительно осевой линии ушного импланта. В настоящей статье авторами для подтверждения выдвинутой гипотезы проведены дополнительные эксперименты по выявлению реального влияния указанных выше факторов на звуковые характеристики. Выявлена высокая степень влияния особенностей прижимного соединения непосредственно между звуковым излучателем и ушным имплантом на результирующие АЧХ и ФЧХ. Подтверждены причины возникновения дефектов АЧХ, наблюдавшихся в предыдущих экспериментах, а также определены основные меры противодействия ухудшению звуковых характеристик бионического уха за счёт оптимизации соответствующих конструктивных элементов.

Introduction. Specialized hearing aids utilizing bone conduction are gaining popularity for restoring hearing in patients facing various challenges, such as traumatic ear amputation or congenital anomalies. These devices prove beneficial even when surgery might not be the optimal solution, especially considering the patient's age. An alternative to conventional head-mounted devices comes in the form of a bionic ear seamlessly integrated into an aesthetic prosthesis, doubling as a hearing aid. However, a significant scientific challenge lies in effectively transmitting sound through a complex system comprising an implant, a vibrating transducer, and the patient's bone tissue. This system, marked by substantial nonlinearity, multiple transitions between media, and various parameters, may suffer from resonances and delays at different frequencies. Addressing this scientific challenge aims at enhancing sound transmission quality and increase the efficiency of such hearing aids. The aim of this study is to investigate the impact of the clamping connection parameters of the "sound emitter-ear implant" system, along with associated mechanical fastening parameters, on sound signal characteristics to optimize the prosthesis's mechanical design. Conclusion. The study unveiled that employing an optimized retainer design, coupled with the overall optimization of the prosthesis geometry, significantly enhances its acoustic characteristics. The resultant amplitude-frequency and phase-frequency responses after optimization deliver high perceptual sound quality. Furthermore, our findings indicate that employing polyetherketone compounds serves as a compelling alternative to traditional frame materials, offering both high rigidity and a lighter, more workable structure. The refined frame design enhances the contact of the vibration emitter with the bone substrate, thereby improving sound signal characteristics.