DE102009051771A1

DE102009051771A1 - Completely implantatable optical microphone for use in e.g. implantable hearing aid, has sensor area fixed at ossicles such that movement of ossicles causes modulation of light guided into fiber when natural sound is caused at eardrum

Info

Publication number: DE102009051771A1
Application number: DE200910051771
Authority: DE
Inventors: Martin Moldenhauer
Original assignee: Moldenhauer Martin Dipl-Ing
Current assignee: Moldenhauer Martin Dipl-Ing
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2011-05-05

Abstract

The microphone has a glass/plastic fiber i.e. polymer optical fiber (1), with a light coupler at an end and a light detecting and evaluating device at another end, where the fiber has a loop or curve formed along entire length or partial length as a sensor area (5). The sensor area exhibits optical or mechanical change in fiber optical characteristics for influencing light guided into the fiber during movement of the fiber. The sensor area is fixed at ossicles such that movement of the ossicles causes modulation of the light guided into the fiber when natural sound is caused at an eardrum.

Description

Die Erfindung betrifft einen voll implantierbaren optischen Sensor (Mikrofon) zur Aufnahme von Schallsignalen zur Weiterleitung an eine Elektronik von implantierten Hörgeräten oder Cochlea-Implantaten.The invention relates to a fully implantable optical sensor (microphone) for receiving sound signals for transmission to an electronics of implanted hearing aids or cochlear implants.

In den letzten Jahren haben viele Entwicklungen zu neuen Cochlea-Implantat-Lösungen und zu neuen Lösungen für implantierbare Hörgeräte geführt. Die Entwicklung dieser Hörhilfen für Gehörlose oder stark schwerhörige Personen zeigt die Tendenz zu voll implantierbaren Systemen, da diese für den Träger sehr viel bequemer sind. Auch teilimplantierbare Systeme sind bekannt. Bei allen diesen Systemen ist ein implantierbares Mikrofon der Schlüssel für eine qualitativ hochwertige Schallaufnahme.In recent years, many developments have led to new cochlear implant solutions and new solutions for implantable hearing aids. The development of these hearing aids for the deaf or severely hard of hearing show the tendency for fully implantable systems as they are much more convenient for the wearer. Semi-implantable systems are also known. In all of these systems, an implantable microphone is the key to high-quality sound recording.

Implantierbare Mikrofone für Hörgeräte oder Cochlea-Implantate sind vielfältig bekannt und sind sowohl in der Fachliteratur als auch in der Patentliteratur beschrieben. Das große Problem bei den implantierbaren Mikrofonen ist der Ort der Schallaufnahme. Bei einer vollständigen Implantation eines Mikrofons in der Nähe des Ohres hat man es mit einem abgeschlossenen Raum zu tun, in welchen der aufzunehmende Schall nur durch Öffnungen von außen oder durch das Ohr selbst dringen kann. Bei den bisher bekannt gewordenen implantierbaren Mikrofonen können folgende grundsätzlichen Merkmale erkannt werden:
Es gibt eine Anzahl Vorschläge, normale mechanische Mikrofone (Elektretmikrofone oder Tauchspulmikrofone) direkt unter die Haut zu setzen. Stellvertretend für diese Systeme sei die DE19638158 genannt, in der ein Mikrofon so implantiert wird, dass dessen Membrane die Haut im Gehörgang direkt berührt und so der Schall über den Gehörgang durch die Haut hindurch das Mikrofon erreicht. Diese Implantation direkt unter die Haut kann an verschiedenen Stellen in der Nähe des Ohres erfolgen. Allen diesen Lösungen ist der große Nachteil zu Eigen, dass es starke Dämpfungen in der Übertragung der akustischen Frequenzen gibt und dass sich Körpergeräusche über die Knochenleitung auf das Mikrofon übertragen können.Implantable microphones for hearing aids or cochlear implants are widely known and are described both in the specialist literature and in the patent literature. The big problem with implantable microphones is the location of the sound pickup. Full implantation of a microphone near the ear is associated with a confined space in which the sound to be recorded can only enter through openings from outside or through the ear itself. In the hitherto known implantable microphones following basic features can be detected:
There are a number of suggestions to put normal mechanical microphones (electret microphones or dive microphones) directly under the skin. Representative of these systems is the DE19638158 called in which a microphone is implanted so that the membrane directly touches the skin in the ear canal and so the sound reaches the microphone through the ear canal through the skin. This implantation directly under the skin can be done at various locations near the ear. All these solutions have the great disadvantage that there are strong attenuations in the transmission of acoustic frequencies and that body noise can be transmitted via the bone conduction to the microphone.

Eine weitere Anzahl Vorschläge beschäftigt sich mit der Schallaufnahme über das Ohr selbst. Bei einer überwiegenden Anzahl der gehörlosen oder schwerhörigen Patienten ist das Außen- und Mittelohr meist vollständig intakt. Damit kann prinzipiell der von Außen kommende Schall am Trommelfell oder der Ossikelkette abgegriffen werden. Dieser Schall würde dem natürlichen Hören sehr nahe kommen. Einige Lösungen sehen deshalb vor, die Membran eines mechanischen Mikrofones mittels eines mechanischen Fühlerstabes direkt an einen Knochen der Ossikelkette zu binden. Damit werden die durch das Trommelfell empfangenen Schwingungen über die Ossikel und den Fühler auf die Membran weiter geleitet und in elektrische Schwingungen umgewandelt. Es sind viele Lösungen bekannt, welche sich die unterschiedlichsten Ankoppelarten zunutze machen. Stellvertretend für die neuesten Lösung sei hier die DE10301723 genannt, bei der die Ossikelkette unterbrochen wird und ein elektromechanischer Wandler anstelle des Steigbügels eingefügt wird, der die Schwingungen auf einen Piezo-Sensor überträgt. Es ist zu sehen, dass solche Ankoppelorgane eine sehr nachteilige Rückwirkung haben, die die natürlichen Bewegungen der Ossikelkette (akustische Impedanz) stören und die Ossikelkette unterbrechen. Eine natürliche Schallübertragung über das Ohr ist somit nicht möglich.A further number of proposals deals with the recording of sound via the ear itself. In the vast majority of deaf or hard of hearing patients, the outer and middle ear is usually completely intact. In principle, the external sound on the tympanic membrane or the ossicular chain can be tapped. This sound would be very close to natural hearing. Some solutions therefore envisage bonding the membrane of a mechanical microphone directly to a bone of the ossicular chain by means of a mechanical feeler rod. Thus, the vibrations received through the eardrum on the ossicles and the probe are passed on to the membrane and converted into electrical vibrations. There are many known solutions which make use of the most diverse Ankoppelarten. Representing the latest solution here is the DE10301723 called, in which the ossicle chain is interrupted and an electromechanical transducer is inserted instead of the stirrup, which transmits the vibrations to a piezoelectric sensor. It can be seen that such Ankoppelorgane have a very adverse reaction, which disturb the natural movements of the ossicular chain (acoustic impedance) and interrupt the ossicle chain. A natural sound transmission through the ear is therefore not possible.

Es sind weitere Schallaufnehmer über das natürliche Ohr offeriert worden, die den Schall an der Cochlea selbst abgreifen. Es wurden Vorschläge gemacht, z. B. in der WO 97/18689 , ein Mikrofon direkt in der Öffnung des runden Fenster zu fixieren, um die Druckschwankungen der Perilymphe in der scala tympani aufzunehmen. Hierbei gibt es mehrere Nachteile, wie z. B. eine evtl. Entfernung des runden Fensters, welches einen irreversiblen Eingriff in die vielfach noch funktionierende Mikromechanik der Cochlea darstellt. Es wird in der WO nicht beschrieben, wie die dem runden Fenster eigene Funktion des Druckausgleiches erhalten bzw. ersetzt wird. Es wird weiterhin nicht beschrieben, wie ein solches Mikrofon funktionieren soll, wenn sich ein CI-Elektrodenschlauch in der scala tympani befindet. Es ist allgemein bekannt, dass durch den Elektrodenschlauch in der scala tympani die Schalleitung in der Perilymphe gestört wird und somit an der Stelle des runden Fensters kein natürliches Schallsignal zur Verfügung steht. In einer der Patentschriften, der US 5782744 , wird ein implantierbares Mikrofon beschrieben, welches den Druck aus der Perilymphe aufnimmt, indem es am runden Fenster platziert wird, oder direkt in die Perilymphe eintaucht. Auch hier ist bei allen beschriebenen Anordnungen nicht ersichtlich, wie die normale Funktion des Druckschwankungsausgleiches am runden Fenster erhalten bleiben soll. Hier wird vorgeschlagen, das Mikrofon inclusive seiner Zuleitungen direkt in die Perilymphe einzutauchen. Bei Verwendung eines Elektrodenträgers in der scala tympani soll das Mikrofon über einen Schlauch mit der Perilymphe verbunden sein, wobei in diesen Schlauch eine Ersatzflüssigkeit gefüllt werden soll. Die Nachteile dieser Vorschläge sind offensichtlich:Zerstörung der noch intakten Hörbahnen, Zerstörung des runden Fensters, negative Beeinflussung der Perilymphe, kein Druckausgleich usw. Einer der gravierendsten Nachteile ist, dass ein solches Mikrofon, welches die extrem geringen Amplituden in der Perilymphe aufnehmen soll, besonders empfindlich sein muß. Diese hohe Empfindlichkeit muß entweder durch eine teure, hochspezialisierte Konstruktion der Mikrofonmembran oder durch eine extrem empfindliche Elektronik aufgebracht werden.There are more sound sensors on the natural ear have been offered, which pick up the sound at the cochlea itself. Suggestions have been made, eg. B. in the WO 97/18689 to fix a microphone directly in the opening of the round window to record the pressure fluctuations of the perilymph in the scala tympani. There are several disadvantages, such. B. a possible removal of the round window, which represents an irreversible intervention in the often still functioning micromechanics of the cochlea. It is not described in the WO how the round window own function of the pressure equalization is obtained or replaced. It is also not described how such a microphone should work when a CI electrode tube is in the scala tympani. It is well-known that the sound conduction in the perilymph is disturbed by the electrode tube in the scala tympani and thus no natural sound signal is available at the location of the round window. In one of the patents, the US 5782744 , an implantable microphone is described which receives the pressure from the perilymph by placing it on the round window or dipping directly into the perilymph. Again, it is not apparent in all arrangements described how the normal function of the pressure fluctuation compensation should be maintained at the round window. Here it is proposed to immerse the microphone, including its leads directly into the perilymph. When using an electrode carrier in the scala tympani, the microphone should be connected via a tube to the perilymph, in which tube a replacement liquid should be filled. The disadvantages of these proposals are obvious: Destruction of the still intact Hörbahnen, destruction of the round window, negative influence on the perilymph, no pressure compensation, etc. One of the most serious disadvantages is that such a microphone, which should accommodate the extremely low amplitudes in the perilymph, especially must be sensitive. This high sensitivity must be achieved either by an expensive, highly specialized design of the Microphone membrane or be applied by an extremely sensitive electronics.

Um die mechanischen Rückwirkungen auf die akustischen Impedanzen der Ossikel zu minimieren sind Schallaufnehmer entwickelt worden, wo z. B. Magnete oder kleine Spulen mit einer sehr geringen Masse an der Ossikelkette befestigt werden und die Bewegungen dieser mit der Ossikelkette schwingenden Teile berührungslos über Empfänger abgetastet werden. (z. B. beschrieben in „The future of implantable hearing devices” in The Hearing Journal Vol. 61 No. 9 vom September 2008 ) Auch hier ist die Ossikelkette sehr nachteilig mit Massen belastet, die die natürliche Frequenzübertragung dämpfen.In order to minimize the mechanical repercussions on the acoustic impedances of the ossicles Schallaufnehmer have been developed, where z. As magnets or small coils are attached to the ossicle chain with a very small mass and the movements of these oscillating with the ossicular chain parts are scanned contact without receiver. (eg described in "The future of implantable hearing devices" in The Hearing Journal Vol. 9 of September 2008 ) Again, the ossicular chain is very detrimental burdened with masses that dampen the natural frequency transmission.

Bei allen Lösungen ist es besonders nachteilig, dass alle Teile des implantierbaren Mikrofons irgendwie in den um das Mittelohr herum befindlichen Weichteilen fixiert werden müssen. Das hat große Fixationselemente und einen erhöhten Aufwand an Operationszeit und -präzision zur Folge.It is particularly disadvantageous in all solutions that all parts of the implantable microphone somehow have to be fixed in the soft tissues around the middle ear. This results in large fixation elements and an increased amount of operation time and precision result.

Es sind weiterhin bekannt Lösungen, wo flüssigkeitsgefüllte elastische Behälter an die Ossikelkette gekoppelt werden oder in Kontakt mit ihr gebracht werden, wie z. B. in der DE 10030372 . Die Schwingungen der Ossikel versetzen hier die Flüssigkeit in Schwingungen die dann durch einen Sensor ausgewertet werden. Auch hier ist eine sehr starke Belastung der Ossikelkette nachteilig. Der Frequenzgang des natürlichen Hörens wird sehr stark gedämpft und verzerrt.There are also known solutions where liquid-filled elastic containers are coupled to the ossicular chain or brought into contact with it, such as. B. in the DE 10030372 , The oscillations of the ossicles cause the fluid to vibrate, which is then evaluated by a sensor. Again, a very heavy burden on the ossicular chain is disadvantageous. The frequency response of natural hearing is very much attenuated and distorted.

Nachteilig bei allen elektromagnetischen Verfahren zur Schallaufnahme an der Ossikelkette ist ebenfalls, dass die elektromagnetische Verträglichkeit gegenüber äußeren Magnetfeldern nicht gegeben ist.A disadvantage of all electromagnetic methods for sound absorption at the ossicular chain is also that the electromagnetic compatibility with external magnetic fields is not given.

Um die auftretenden Rückwirkungen einer direkten Ankopplung an die Ossikelkette zu umgehen, sind weiterhin einige Systeme bekannt geworden, die die Bewegungen der Ossikel berührungslos erfassen. Dabei kommen z. B. akustische Dopplertransducer zum Einsatz, wie es in der US 6216040 beschrieben wurde. Hier werden Ultraschallwellen durch einen Ultraschallsender auf die Ossikelkette ausgestrahlt und durch einen Empfänger die Differenzbewegung gemäß des Doppler-Effektes erfasst. Die Ossikelkette wird hierdurch nicht belastet. Nachteilig ist hierbei die erforderliche Ausrichtung der Sender und Empfänger auf den Raum des Mittelohres, die komplizierte Befestigung und die erforderliche aufwendige Auswerteelektronik.In order to avoid the repercussions of a direct coupling to the ossicular chain, some systems have become known which detect the movements of the ossicles without contact. Here come z. B. acoustic Doppler transducer used, as in the US 6216040 has been described. Here, ultrasonic waves are emitted by an ultrasonic transmitter on the ossicular chain and detected by a receiver, the difference in movement according to the Doppler effect. The ossicular chain is not burdened by this. The disadvantage here is the required alignment of the transmitter and receiver on the space of the middle ear, the complicated attachment and the required elaborate evaluation.

Unter dem Stichwort „optisches Mikrofon” ist ein System entwickelt worden, welches z. B. in der Schrift „Design und Verification” vom Oktober 2004 , zu finden auf der Web-Seite www.duv.net, (und anderen Schriften) beschrieben wurde. Bei diesem Mikrofon sind zwei offene Lichtleitfasern, eine Sendefaser und eine Empfangsfaser an einer Membran angeordnet. Der Lichtstrahl der Sendefaser wird an der verspiegelten Membran reflektiert und von der Empfangsfaser auf genommen und zur Verarbeitung weiter geleitet. Dieses optische Mikrofon ist auch die Grundlage der Patentschrift „Hörhilfevorrichtung mit optischem Mikrofon” Nr.: DE 102005013833 . In der Patentschrift sowie in anderen Veröffentlichungen zu diesem optischen Mikrofon sind keine Merkmale geoffenbart, die es als implantierbares Mikrofon vorsehen. Dieses Mikrofon ist mit seiner Miniatur-Membran außerordentlich empfindlich und ließe sich nur mit sehr großem Aufwand über einen mechanischen Fühlerstab an die Ossikelkette anbinden.Under the heading "optical microphone", a system has been developed which z. B. in the Scriptures "Design and Verification" of October 2004 , to be found on the web page www.duv.net, (and other writings) has been described. In this microphone, two open optical fibers, a transmitting fiber and a receiving fiber are arranged on a membrane. The light beam of the transmitting fiber is reflected at the mirrored membrane and picked up by the receiving fiber and forwarded for processing. This optical microphone is also the basis of the patent specification "hearing aid device with optical microphone" No .: DE 102005013833 , The patent and other publications on this optical microphone do not disclose features that provide it as an implantable microphone. This microphone is extremely sensitive with its miniature membrane and could be connected to the ossicle chain only with great effort via a mechanical feeler rod.

Weitere berührungslos arbeitende Abtastsysteme sind bekannt geworden, die mit faseroptischen Systemen die Ossikelkette abtasten. Beispielsweise wird in verschiedenen Veröffentlichungen des Jahres 2009 der Universität Wien ein faseroptisches Interferometer beschrieben, welches zur Anwendungsreife entwickelt wurde und in der Anmeldung AT408607 beschrieben wurde. Dieses Interferenzmikrofon hat wie alle berührungslos mit Fasern und oder Licht abtastenden Prinzipien einige entscheidende Nachteile: Es muss sehr genau auf die schwingenden Hörknöchelchen ausgerichtet werden. Dementsprechend sind die Fassungen zum Fixieren im Mittelohr außerordentlich kompliziert und erfordern eine langwierige präzise Operationstechnik. Das geht auch aus den o. g. Bildern zur Veröffentlichung hervor. Ein Interferometer ist prinzipiell ein sehr empfindliches Messgerät und die beschriebene Anordnung im Mittelohr kann auch alle anderen Schwingungen des Körpers, wie z. B. Husten oder Schneuzen sehr empfindlich detektieren. Das ist ein großer Nachteil und dieser kann nur durch aufwendige Filterung und Regelung beseitigt werden. Ein Interferometer ist ebenfalls vom physikalischen Aufbau sehr kompliziert und benötigt z. B. zum Betrieb hochstabile Laserdioden. Nachteilig ist auch die Leistung, die für ein Interferometer aufgebracht werden muss. In der Schrift „Measurement of frequency response of the bone ossicles in the sheep middle ear by the fiber-optic microphone” von Z. V. Djinovic und anderen wird zur Interferometer-Erfassung an den Ossikeln berichtet.Further non-contact scanning systems have become known, which scan the ossicle chain with fiber optic systems. For example, in various publications of the year 2009, the University of Vienna describes a fiber-optic interferometer, which was developed for application maturity and in the application AT408607 has been described. Like all non-contact fibers and / or light sensing principles, this interference microphone has some key drawbacks: it has to be very precisely aligned with the swinging ossicles. Accordingly, the sockets for fixing in the middle ear are extremely complicated and require a lengthy, precise surgical technique. This is also apparent from the above images for publication. An interferometer is in principle a very sensitive measuring device and the described arrangement in the middle ear can also all other vibrations of the body, such. B. Cough or Schneuzen very sensitive detect. This is a big disadvantage and this can only be eliminated by complex filtering and control. An interferometer is also very complicated from the physical structure and requires z. B. to operate highly stable laser diodes. Another disadvantage is the power that must be applied to an interferometer. In Scripture "Measurement of frequency response of the bone ossicles in the sheep middle ear by the fiber-optic microphone" by ZV Djinovic and others is reported for interferometer detection on the ossicles.

Es ist hier zu ersehen, daß zur möglichst hohen S/N-Ratio ein Retroreflektor am Ossikel befestigt worden ist, der den ausgesendeten Lichtstrahl zurück reflektiert und Toleranzen des Strahlwinkels in gewissen Grenzen ausgleicht.It can be seen here that for the highest possible S / N ratio, a retroreflector has been attached to the ossicle, which reflects back the emitted light beam and compensates for tolerances of the beam angle within certain limits.

Allen beschriebenen berührungslos arbeitenden Mikrofonen stehen noch entscheidende Nachteile gegenüber: Zum Einen sind die abzutastenden Ossikelglieder nicht immer stabil in ihrer Lage. Wenn sich z. B. der Luftdruck ändert oder die Eustachische Röhre durch Krankheiten verstopft ist oder eine Entzündung im Mittelohr vorliegt, dann verschieben sich durch Auslenkung des Trommelfelles die Ossikel teilweise im Millimeter-Bereich. Dadurch kann es passieren, dass das Mikrofon nicht mehr funktioniert.All non-contact microphones described are still faced with decisive disadvantages: Firstly, the ossicle members to be scanned are not always stable in their position. If z. B. the air pressure changes or the Eustachian Tube is clogged by disease or there is inflammation in the middle ear, then move by deflection of the eardrum, the ossicles partially in the millimeter range. This may cause the microphone to stop working.

Zum Anderen haben die mit Lichtabtastung arbeitenden Verfahren den entscheidenden Nachteil, dass Verschmutzungen des Austrittsfensters des abtastenden Lichtstrahles ihre Wirkung extrem vermindern. Bei lang andauernden Verschmutzungen z. B. durch Entzündungen im Mittelohr kann es so zu einem irreversiblen Ausfall des Mikrofons kommen. Nachteilig ist hier auch der sofortige komplette Ausfall, wenn sich z. B. Schleim oder sogar ein einzelnes Schmutzteilchen oder Blutrückstände von der Operation im Abtastbereich befinden. Daran ändern auch besondere Beschichtungen des Austrittsfensters, z. B. mit zellwachstumhemmenden Präparaten, wie in der AT409607 dargestellt, nichts, da bereits ein kleines Schmutzteilchen ausreicht um die Funktion vollständig zu unterbinden.On the other hand, the methods working with light scanning have the decisive disadvantage that contamination of the exit window of the scanning light beam extremely reduce their effect. For long-lasting contamination z. As a result of inflammation in the middle ear it can lead to an irreversible failure of the microphone. The disadvantage here is the immediate complete failure, if z. Slime or even a single debris or blood debris from surgery in the scanning area. This also change special coatings of the exit window, z. B. with cell growth inhibiting preparations, as in AT409607 shown, nothing, since already a small dirt particles is sufficient to completely prevent the function.

Alle bisher vorgestellten implantierbaren Mikrofone müssen durch eine programmierbare Elektronik entsprechend entzerrt und angepasst werden, was einen hohen Aufwand an Elektronik bedeutet und zu Lasten der implantierten Stromversorgung geht. Die Verzerrungen und Frequenzgangdämpfungen entstehen insbesondere dadurch, dass die Schwingungen der Ossikel nicht linear in einer Raumachse der akustischen Frequenz folgen. Untersuchungen der Ossikel mittels hochempfindlichen Messsystemen zeigen, dass diese in allen 3 Raumkoordinaten schwingen. Wie Veröffentlichungen ( Thomas Zahnert: „Die Nanowelt des Hörens” in Wiss. Z. der TU Dresden Nr. 1 2007 , sowie die Web-Seite file:///D:/Cochlea Implant/Institut für Technische und Numerische Mechanik Universität Stuttgart.htm) zeigen, erfolgen die Bewegungen der Ossikel abhängig von der Frequenz des ankommenden Schalldruckes ganz unterschiedlich in den Raumwinkeln des Mittelohres. Es ist zu sehen, dass berührungslos arbeitende Abtaster, die in einer Raumebene auf irgendeinen bestimmten sehr kleinen Punkt der Ossikelkette gerichtet sind, bei bestimmten Frequenzen ein Bewegungsminimum erfassen werden und bei bestimmten Frequenzen ein Bewegungsmaximum erfassen werden. An bestimmten Stellen der Ossikel könnte sogar ein relativer schwingungsloser Zustand eintreten. Damit wäre der sehr große Nachteil verbunden, dass einige Frequenzen gar nicht detektiert werden können und in der Übertragungskurve sogar „Löcher” auftreten können.All previously introduced implantable microphones must be equalized and adjusted by a programmable electronics accordingly, which means a lot of electronics and is at the expense of the implanted power supply. The distortions and frequency response attenuation arise in particular because the oscillations of the ossicles do not follow linearly in a spatial axis of the acoustic frequency. Examinations of the ossicles by means of highly sensitive measuring systems show that they vibrate in all three spatial coordinates. Like publications ( Thomas Zahnert: "The nanoworld of hearing" in Wiss. Z. of TU Dresden No. 1 2007 , as well as the web page file: /// D: / Cochlear Implant / Institute for Technical and Numerical Mechanics University of Stuttgart.htm), the movements of the ossicles depend on the frequency of the incoming sound pressure quite differently in the solid angles of the middle ear. It can be seen that non-contact samplers, which are directed in a spatial plane to any particular very small point of the ossicular chain, will detect a minimum of movement at certain frequencies and will detect a maximum motion at certain frequencies. At certain sites of the ossicles, even a relative vibrationless state could occur. This would be associated with the very big disadvantage that some frequencies can not be detected at all and even "holes" can occur in the transmission curve.

Es ist zu rekapitulieren, dass keines der bisher vorgeschlagenen implantierbaren Mikrofone im Zusammenwirken mit einem Cochlea-Implantat oder einem implantierbaren Hörgerät so funktionsfähig ist, dass natürliche Schalleindrücke über das Ohr empfangen und weitergeleitet werden können.It is to be recapitulated that none of the previously proposed implantable microphones in cooperation with a cochlear implant or an implantable hearing device is so functional that natural sound impressions can be received via the ear and forwarded.

In einer Veröffentlichung auf der Web-Seite http://home.att.net/~fmartine/cochlear_implants/future.html wird in einem Aufsatz „The Future and Obstacles associated with Cochlear Implants” ein zukünftiges Mikrofon für ein Cochlea-Implantat oder ein implantierbares Hörgerät beschrieben, welches mittels eines faseroptischen Sensors arbeitet. Aus dieser Quelle geht hervor, dass der faseroptische Sensor an der Wand der Paukenhöhle fixiert ist und mechanisch an das runde Fenster gekoppelt ist. Es wird in dieser Vision nicht beschrieben, nach welchem Prinzip dieser Sensor funktioniert und wie die Umwandlung der Schallwellen in optische Impulse vor sich geht. Weitere Informationen zu dem Inhalt dieser Schrift sind nicht zu ermitteln.In a publication on the web page http://home.att.net/~fmartine/cochlear_implants/future.html In a paper "The Future and Obstacles Associated with Cochlear Implants" a future microphone for a cochlear implant or an implantable hearing aid is described which operates by means of a fiber optic sensor. From this source it can be seen that the fiber optic sensor is fixed to the wall of the tympanic cavity and is mechanically coupled to the round window. It is not described in this vision, according to which principle this sensor works and how the conversion of sound waves into optical pulses is going on. Further information on the content of this font can not be determined.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein voll implantierbares Mikrofon zu schaffen, welches die Nachteile von komplizierten Halteteilen, die Veränderung der akustischen Impedanz der Ossikelkette durch die Anbindung von Stäben oder anderen Teilen, komplizierte Fixationseinrichtungen, hohe elektronische Aufwände, langwierige und komplizierte Operationen, hohe Körperempfindlichkeiten der Mikrofone, Zerstörungen in der Ossikelkette oder der Cochlea, hohe Empfindlichkeit auf äußere Magnetfelder, Störungen der Schallerfassung durch Krankheiten im Ohr und Störungen der Schallerfassung durch Nichterfassung von Bereichen der Schwingungsebenen der Ossikel beseitigt.The invention has for its object to provide a fully implantable microphone, which has the disadvantages of complicated holding parts, the change in the acoustic impedance of the ossicular chain through the connection of rods or other parts, complicated fixation devices, high electronic costs, lengthy and complicated operations, High sensitivities of microphones, destructions in the ossicle chain or the cochlea, high sensitivity to external magnetic fields, disturbances of sound detection by diseases in the ear and disturbances of the sound detection by non-detection of areas of the oscillation planes of the ossicles are eliminated.

Gemäß der Erfindung wird eine spezielle Faseroptik in einer Funktion verwendet, deren physikalisches Prinzip bereits bekannt ist. Eine einzelne Glas- oder Kunststofffaser oder ein Bündel mehrerer Fasern beinhalten ein Lichtsendebauteil an ihrem einen Ende und ein Lichtempfangsbauteil an ihrem anderen Ende. Ein Abschnitt der Faseroptik ist in einem Bogen geformt und mittels Kleber am Hammer und Amboß befestigt. Die als optisches Mikrofon verwendete Faseroptik ist somit ein geschlossenes System und hat einen sensoriellen Bereich, der für die Erfassung von Bewegungen präpariert ist. Anhand eines Ausführungsbeispieles wird dieses optische Mikrofon im Folgenden beschriebenAccording to the invention, a special fiber optic is used in a function whose physical principle is already known. A single glass or plastic fiber or bundle of multiple fibers includes a light-emitting device at one end and a light-receiving device at its other end. A portion of the fiber optic is formed in an arc and attached by adhesive to the hammer and anvil. The optical fiber used as optical microphone is thus a closed system and has a sensorial area, which is prepared for the detection of movements. Based on an embodiment of this optical microphone will be described below

Die Bilder zeigen folgende AnsichtenThe pictures show the following views

1: Eine Einzelfaseroptik gemäß der Erfindung 1 : A single fiber optic according to the invention

2: Ein Faseroptikbündel gemäß der Erfindung 2 : A fiber optic bundle according to the invention

3: Ein Beispiel einer Befestigung einer Einzelfaser an der Ossikelkette 3 : An example of attachment of a single fiber to the ossicular chain

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Eine EinzelfaserA single fiber
22: Lichtemittierendes Element, LEDLight emitting element, LED
33: Lichtempfänger, FotodiodeLight receiver, photodiode
44: Schutzmantelmantle
55: sensorieller Bereich als Schleifesensorial area as a loop
66: Faserbündelfiber bundles
77: mehrere Faserschleifen mit sensoriellen Bereichen aus dem Faserbündelseveral fiber loops with sensorial areas of the fiber bundle
88th: HammerstielHammerstiel
99: Ambossanvil
1010: Faserschleifen-FixierungFiber loops fixation
1111: Trommelfelleardrum
1212: Steigbügelstirrup
1313: ovales Fensteroval window

In 1 wird eine Einzelfaser aus Glas oder Kunststoff, z. B. eine POF (Polymeroptische Faser) (1) dargestellt, wie sie in einem Implantat zur Anwendung kommt. Diese Einzelfasern gibt es in unterschiedlichen Durchmessern. Bevorzugt werden hier Fasern mit einem Durchmesser von 10 μm bis etwa 120 μm zum Einsatz kommen. Je dünner die verwendeten Fasern sind, um so geringere Rückwirkungen hat der sensorielle Bereich (5) auf die Schwingungen der Ossikel. Die Einzelfaser (1) ist zu einem Bogen zusammen gelegt und hat an ihrem einen Ende ein lichtemittierendes Element (2) angekoppelt. Dieses lichtemittierende Element (2) kann eine LED oder eine Laserdiode sein. Die spektralen Eigenschaften dieses lichtemittierenden Elementes (2) sind in weiten Grenzen frei wählbar. Bevorzugt wird hier eine rote Miniatur-LED mit sehr hoher Lichtleistung bei niedrigen Strömen verwendet. Die LED wird entweder im Gleichstrom- oder bevorzugt im Impulsstrom-Betrieb betrieben. Das Licht der LED durchläuft die Faser (1) zum sensoriellen Bereich (5). Dieser Bereich ist als Schleife ausgebildet und wird bei der Operation mittels Fixiermittel (10) an den Ossikeln befestigt. Das durch den sensoriellen Bereich (5) beeinflusste Licht gelangt durch die Faser auf den Lichtempfänger (3).In 1 is a single fiber of glass or plastic, z. B. a POF (polymer optical fiber) ( 1 ), as used in an implant. These individual fibers are available in different diameters. Preferably, fibers with a diameter of 10 .mu.m to about 120 .mu.m will be used here. The thinner the fibers used, the less reactive the sensorial region ( 5 ) on the oscillations of the ossicles. The single fiber ( 1 ) is folded into a sheet and has at its one end a light-emitting element ( 2 ). This light-emitting element ( 2 ) may be an LED or a laser diode. The spectral properties of this light-emitting element ( 2 ) are freely selectable within wide limits. Preferably, a red miniature LED with very high light output at low currents is used here. The LED is operated either in DC or preferably in pulse current mode. The light from the LED passes through the fiber ( 1 ) to the sensorial area ( 5 ). This area is formed as a loop and is in the operation by means of fixing ( 10 ) attached to the ossicles. That through the sensorial area ( 5 ) influenced light passes through the fiber on the light receiver ( 3 ).

Dieser Lichtempfänger (3) kann eine Fotodiode sein, die ebenfalls in Miniaturausführung genutzt wird und an das andere Ende der Einzelfaser (1) gekoppelt ist. Die beiden parallel laufenden Stränge der Einzelfaser (1) sind in einem Schutzmantel (4) z. B. aus Silikon eingebettet.This light receiver ( 3 ) can be a photodiode, which is also used in miniature design and to the other end of the single fiber ( 1 ) is coupled. The two parallel strands of the single fiber ( 1 ) are in a protective jacket ( 4 ) z. B. embedded silicone.

Der sensorielle Bereich (5) der Faser ist als Schleife ausgebildet und kann somit an die Ossikel (8) (9) (11) (12) herangeführt werden. Die beiden optischen Bauelemente LED (2) und Fotodiode (3) sind zweckmäßigerweise im Gehäuse des Implantates untergebracht und der Schutzmantel (4) mit den beiden Fasern ragt aus dem Gehäuse heraus. Somit kann die Faserbaugruppe z. B. in einem ausgefrästen Knochenbett des Mastoids verlegt werden bevor der sensorielle Bereich der Faser an den Ossikeln fixiert wird.The sensory area ( 5 ) of the fiber is formed as a loop and can thus be attached to the ossicles ( 8th ) ( 9 ) ( 11 ) ( 12 ). The two optical components LED ( 2 ) and photodiode ( 3 ) are suitably housed in the housing of the implant and the protective sheath ( 4 ) with the two fibers sticking out of the housing. Thus, the fiber assembly z. B. be laid in a milled bone bed of the mastoid before the sensorial area of the fiber is fixed to the ossicles.

Die 2 zeigt ein Faserbündel (6), welches mehrere Einzelfasern (7) enthält. In der 2 sind nur zwei Einzelfasern gezeichnet, es ist aber möglich, eine Vielzahl von Einzelfasern zu benutzen.The 2 shows a fiber bundle ( 6 ), which contains several individual fibers ( 7 ) contains. In the 2 are drawn only two individual fibers, but it is possible to use a variety of individual fibers.

Da die LED (2) und die Fotodiode (3) in der Regel größere Abmessungen ihrer aktiven Fläche aufweisen als eine der, mit den o. g. Durchmessern zu verwendenden, Einzelfaserstirnflächen, lässt sich ein Faserbündel (6) optisch besser koppeln. Es ist auch vorteilhaft, dass mehrere Einzelfasern mit ihren sensoriellen Bereichen (7) an den Ossikeln vorhanden sind. Die Einzelfasern (7) können in verschiedenen Raumebenen an den Ossikeln fixiert werden um alle Schwingungen zu detektieren.Because the LED ( 2 ) and the photodiode ( 3 ) have usually larger dimensions of their active surface than one of the, with the above-mentioned diameters to be used, single fiber end faces, can be a fiber bundle ( 6 ) optically couple better. It is also advantageous that several individual fibers with their sensorial areas ( 7 ) are present on the ossicles. The individual fibers ( 7 ) can be fixed to the ossicles in different spatial levels to detect all vibrations.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Befestigung einer Einzelfaser (1) an der Ossikelkette. Die Fixierung (10) des sensoriellen Bereiches (5) der Faser kann z. B. bevorzugt durch Kleber oder auch mittels Klammern aus Titan erfolgen. Durch die Fixierung (10) wird gewährleistet, dass der sensorielle Bereich (5) der Faser mit den Schwingungen der Ossikel bei einem von Außen auf das Trommelfell treffenden Ton mit schwingt. Da es zwischen den Ossikeln immer Relativbewegungen gibt, ist auch immer eine Schwingung detektierbar. 3 shows an embodiment for the attachment of a single fiber ( 1 ) on the ossicular chain. The fixation ( 10 ) of the sensorial area ( 5 ) of the fiber can z. B. preferably by adhesive or by means of staples made of titanium. By fixing ( 10 ) ensures that the sensorial area ( 5 ) vibrates the fiber with the oscillations of the ossicles in a sound striking the eardrum from the outside. Since there are always relative movements between the ossicles, an oscillation is always detectable.

Die Ausbildung des sensoriellen Bereiches (5) besteht darin, die Faser an dieser Stelle auf die gesamte Länge der Schleife in ihren physikalischen Eigenschaften so zu verändern, dass bei einer mechanischen Verbiegung der Lichtfluss durch die Faser von der LED (2) zur Fotodiode (3) gestört wird. Die Störung wird in der Intensität des an der Fotodiode (3) eintreffenden Lichtes detektiert. Diese Intensitätsänderungen bei Verbiegungen des sensoriellen Bereiches (5) sind bei kleinen Verbiegungen linear zu den Verbiegungswegen.The training of the sensorial area ( 5 ) is to change the fiber's physical properties at this point to the entire length of the loop so that, in the case of mechanical bending, the light flux through the fiber from the LED ( 2 ) to the photodiode ( 3 ) is disturbed. The disturbance is in the intensity of the at the photodiode ( 3 ) incoming light detected. These changes in intensity with bending of the sensorial area ( 5 ) are linear to the bending paths for small bends.

Die Störungen, die in dem sensoriellen Bereich (5) eingebracht werden, können z. B. derart sein, wie in dem bekannten Patent DE 69406447 beschrieben. Darüber hinaus sind noch andere Störungen in Faseroptiken zum Zwecke einer Ausbildung als sensorieller Bereich bekannt, die nicht in der genannten Patentschrift aufgeführt sind. Z. B. kann der sensorielle Bereich auch mit sog. BRAGG-Gittern versehen werden, wie z. B. in der Schrift „Contact microphone using optical fibre Bragg grating Technology” von F A Bezombes und anderen in Journal of Physics: Conference Series 76 (2007) 012017 beschrieben wurde.The disorders that occur in the sensorial area ( 5 ) can be introduced, z. B. be such as in the known patent DE 69406447 described. In addition, other disorders in fiber optics for the purpose of training as a sensorial area are known, which are not listed in said patent. For example, the sensorial area can also be provided with so-called. BRAGG grids, such. B. in the Scriptures "Contact microphone using optical fiber Bragg Grating Technology" by FA Bezombes and others in the Journal of Physics: Conference Series 76 (2007) 012017 has been described.

Es sind vielfältige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens möglich.There are many possible embodiments of the inventive concept possible.

Es ist offensichtlich, dass dieses optische Mikrofon einfach in seiner Handhabung beim chirurgischen Eingriff ist, dass es vollständig unempfindlich gegen äußere Einflüsse, z. B. Magnetfelder ist, dass es auch unempfindlich gegen innere Einflüsse, z. B. Verstopfungen der Eustachischen Röhre oder Entzündungen ist. Die Auswertung der von der Fotodiode erzeugten elektronischen Impulse können durch digitale Filterung entsprechend individuell aufbereitet werden. Eine Kalibrierung kann vollständig über die Software erfolgen. Es sind keine Justagen an der Faser oder an anderen Stellen notwendig. Es kann vollständig aus biokompatiblen Materialien aufgebaut werden. Bei Verwendung eines Faserbündels kann auch ein eventueller Bruch einer einzelnen Faser keinen Ausfall des Gesamtsystems provozieren. Die Länge des Gesamtsystems kann ebenfalls individuell angepasst werden It is obvious that this optical microphone is easy to handle in surgery, that it is completely insensitive to external influences, e.g. B. magnetic fields is that it is insensitive to internal influences, eg. As obstructions of the Eustachian tube or inflammation is. The evaluation of the electronic pulses generated by the photodiode can be processed individually by digital filtering. Calibration can be done completely via the software. There are no adjustments to the fiber or elsewhere necessary. It can be built entirely from biocompatible materials. When using a fiber bundle, a possible breakage of a single fiber can not provoke a failure of the entire system. The length of the overall system can also be adjusted individually

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19638158 [0003]
DE 10301723 [0004]
WO 97/18689 [0005]
US 5782744 [0005]
DE 10030372 [0008]
US 6216040 [0010]
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AT 408607 [0012]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"The future of implantable hearing devices" in The Hearing Journal Vol. 9 of September 2008 [0006]
"Design and Verification" of October 2004 [0011]
ZV Djinovic et al. [0012] "Measurement of frequency response of the bone ossicles in the sheep middle ear by the fiber-optic microphone"
Thomas Zahnert: "The nanoworld of hearing" in Wiss. Z. of TU Dresden No. 1 2007 [0016]
file: /// D: / Cochlear Implant / Institute [0016]
http://home.att.net/~fmartine/cochlear_implants/future.html [0018]
"Contact microphone using optical fiber Bragg Grating Technology" by FA Bezombes and others in Journal of Physics: Conference Series 76 (2007) 012017 [0032]

Claims

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants consisting of a known glass or plastic fiber having a light coupling at its one end and a light sensing and evaluating device at its other end (intrinsic sensor) that loop or bend at one location of its length that this region of the loop or bend is also formed in its entire length or in a partial length as a sensorial area, the known optical or mechanical violation of the fiber-optic properties for the purpose of influencing the guided in the fiber light when moving the fiber has (for example, based on as in DE 69406447 described), characterized in that the sensorial region is applied to the ossicles and is fixed and cause the movements of the ossicles in a hit on the eardrum natural sound modulation of the light guided in the fiber.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claim 1, characterized in that the sensorial region rests on the hammer handle and anvil and is fixed.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claim 1, characterized in that the sensorial region rests on the hammer handle or the eardrum and a bony base and is fixed.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claims 1-4, characterized in that the sensorial area is fixed by means of adhesive to the ossicles or their environment.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claims 1-4, characterized in that the sensorial area is fixed by means of clamps on the ossicles or their environment.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claims 1-5, characterized in that the sensorial area is wound in one or more wraps around the ossicles.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claim 1, characterized in that the sensorial region can follow the movements of the ossicles in all spatial planes.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claim 1, characterized in that the sensitization of the sensorial region is carried out according to one of the known methods of changing the optical properties in such a way that the modulation of the light guided in the fiber is maximal for the special and small deflections of ossicles in all spatial planes.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claim 1-8, characterized in that more than a single glass or plastic fiber are used (fiber bundles).

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claim 9, characterized in that a plurality of sensor areas are provided on different individual fibers of the fiber bundle.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claim 10, characterized in that the multiply existing sensorial areas of a fiber bundle for the sensitive detection of oscillations of the ossicles or the eardrum are fixed in space at different locations of the middle ear.

Fully implantable optical microphone for implantable hearing aids or cochlear implants according to claims 1-11, characterized in that the glass or plastic fibers used may be of the step index, gradient index, hollow fibers or tapered fiber type and of any cross section.