Слуховой протез, излучающий ультразвуковые импульсы
Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам компенсации потерь или нарушений слуха с помощью слухового протеза. Слуховой протез содержит по меньшей мере один электроакустический преобразователь для преобразования акустических сигналов в электрические сигналы и ультразвуковое устройство, выполненное с возможностью формирования фокусированных импульсных ультразвуковых пучков, причем ультразвуковое устройство выполнено с возможностью закрепления в наружном ухе и/или вне уха, при этом ультразвуковые пучки фокусируются на различных пространственно- распределенных точках (Р) в области внутреннего уха (I) или в области слухового пути в мозге (G), вызывая стимуляцию нервов, в зависимости от электрических сигналов, сгенерированных электроакустическим преобразователем. Способ компенсации потерь слуха или нарушения слуха характеризуется тем, что слуховой протез закрепляют в наружном ухе и/или вне уха и ультразвуковые пучки, в зависимости от сформированных электроакустическим преобразователем электрических сигналов, фокусируются на различные пространственно-распределенные точки (Р) в области внутреннего уха (I) или в области слухового пути в мозге (G), вследствие чего стимулируются различные пространственно-распределенные области в улитке (Н) или в области слухового пути, которые представляют различные звуковые частоты. Использование группы изобретений позволяет расширить арсенал средств компенсации потерь или нарушений слуха с помощью слухового протеза. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к слуховому протезу и способу компенсации потерь или нарушений слуха с помощью такого слухового протеза.
С учетом весьма большой доли населения с нарушениями слуха и вследствие значительного ухудшения качества жизни соответствующих людей на практике существует особенно большой интерес к слуховым протезам или слуховым аппаратам. При не нарушенной способности слышать ушная раковина аккумулирует звуковые волны из окружающей среды и направляет их через слуховой проход к барабанной перепонке, которая возбуждается до возникновения колебаний. Эти колебания передаются через среднее ухо на жидкость во внутреннем ухе или в улитку внутреннего уха (Cochlea). За счет движения жидкости происходит отклонение мелких слуховых клеток внутри улитки и при этом происходит выработка (биоэлектрических) нервных импульсов, который через слуховой нерв передаются далее в мозг, в результате чего возникает слуховое восприятие.
Обычные слуховые аппараты работают по электроакустическому принципу и, следовательно, с акустическим усилением. Это принцип, однако, перестает действовать, если в улитке более не могут быть выработаны биоэлектрические сигналы.
В таких случаях по мере необходимости могут помочь так называемые имплантаты улитки. Они первоначально преобразуют звук в электрические импульсы и последние стимулируют через непосредственно вживленные в улитку электроды нервы во внутреннем ухе или слуховой нерв. Таким образом, вновь возможно восприятие речи и звуков. Принцип действия таких имплантатов улитки основан на так называемой «тонотопии» улитки. В улитке происходит преобразование поступающих извне механических колебаний в нейронные импульсы, а именно с анатомическим упорядочением по частоте. Различные пространственно распределенные области внутри улитки отвечают за восприятие различных частот, обработка высоких частот происходит на наружном конце, а низких частот – на внутреннем конце. На слуховом пути слуха эта анатомическая сортировка по частоте сохраняется вплоть до различных участков мозга. Следовательно, в улитке система слуховых клеток расположена таким образом, что каждая слышимая акустическая частота имеет свое специфическое место максимальной чувствительности. В результате этого каждому месту на так называемой базальной пластинке придана определенная частота. Поэтому в улитке происходит «отображение места частоты», которое называют также тонотопией. Этот принцип действия улитки используют для имплантатов улитки, поскольку с помощью пространственно распределенных в улитке электродов имплантата можно целенаправленным образом вырабатывать электрические импульсы, которые репрезентируют определенную тональную частоту. При этом недостаток заключается в необходимости инвазивного вживления в улитку такого рода слухового протеза в качестве имплантата. Это требует больших затрат и обременительно для пациента. Проведение корректировок сопряжение с трудностями. В остальном, вследствие электрической проводимости окружающей имплантат ткани, электрические импульсы нежелательным образом возбуждают несколько нервов, которые отвечают за звуковое восприятие различных частот. В результате существенно снижается селективность слуха, которая должна быть выработана внутри улитки.
По этой причине альтернативно уже предлагались модифицированные имплантаты улитки, основанные на принципе световой стимуляции и ортогенетической активации. При этом вместо электродов в улитку имплантируют комплект лазерных диодов. При помощи лазерных диодов возможна весьма целевая стимуляция желаемого места (на слуховом нерве). За счет этого селективность слуха отчетливо возрастает по сравнению с обычными имплантатами улитки. Конечно, для обеспечения возможности активации нервных клеток улитки светом необходимо сначала искусственно придать нервным клеткам способность чувствительности к свету. Все эти меры требуют очень больших затрат и могут быть осуществлены лишь инвазивно.
Если такие имплантаты улитки не могут быть использованы вследствие степени повреждения системы слуха, по мере необходимости можно использовать слуховые имплантаты ствола мозга (ABI). Принцип соответствует принципу имплантатов улитки, причем с помощью электродов раздражают не области внутри улитки, а ступенью дальше в слуховом пути на Nucleus Cochlearis. В этом случае такие системы можно использовать тогда, когда, например, вследствие болезней улитка или даже слуховой нерв повреждены или вообще подлежат удалению. Использование имплантатов ствола мозга возможно, однако, при принятии высокоспециализированных мер. Следовательно, у пациентов, у которых классические имплантаты улитки не функционируют, в основном существует потребность в использовании других мест слухового пути. В этой связи существуют даже размышления о проведении электрических стимуляций на Nucleus Cochlearis в стволе мозга или на Colliculus Inferior. Постоянно были бы необходимы дорогостоящее инвазивные меры.
Следовательно, существует большая потребность в создании слухового протеза, который можно использовать при различных видах потери слуха или повреждений/нарушений слуха без оперативных мер и, следовательно, не инвазионным образом. По этой причине задачей изобретения является создание такого слухового протеза.
Для решения этой задачи изобретение предлагает слуховой протез с, по меньшей мере,
- одним электроакустическим преобразователем (например, микрофоном) для преобразования акустических сигналов в электрические сигналы и
- одним ультразвуковым устройством, с помощью которого возможна выработка множества фокусированных (или динамически фокусируемых), импульсных ультразвуковых пучков (с одной или несколькими ультразвуковыми частотами),
причем ультразвуковое устройство может быть закреплено в наружном уже и/или вне уха (тела человека) и
причем ультразвуковые пучки в зависимости от выработанных электроакустическим преобразователем сигналов могут быть (транскраниально) сфокусированы на различным образом пространственно расположенных точках в области внутреннего уха или в области слухового пути в мозге (динамически) со стимуляцией нервов.
Изобретение предлагает, следовательно, неинвазивный ультразвуковой слуховой экзо-протез. При этом изобретение исходит из известного в основном знания того, что потери слуха могут быть компенсированы также при повреждении в улитке при условии проведения пространственно избирательного раздражения нервных клеток в улитке или также в других областях слухового пути. В то время, как, однако, при обычных имплантатах улитки производят непосредственное раздражение электрическими или оптическими импульсами, в соответствии с изобретением нервы и нервные клетки стимулируют фокусированным ультразвуковым излучением. При этом – аналогично случаю обычных имплантатов улитки – используют тонотопию улитки. Таким образом используют особые анатомические свойства, в то время как с помощью множества фокусированных ультразвуковых пучков производят целенаправленную стимуляцию пространственно распределенных областей или нервов, которые репрезентируют различные звуковые частоты. При этом полностью обходят естественный путь звука. В отличие от имплантатов улитки соответствующий изобретению слуховой протез можно располагать и крепить, однако, в наружном ухе или даже вне (человеческого) уха. Происходит транскранальная стимуляция отвечающих за различные частотные диапазоны нервных клеток фокусированным ультразвуковым излучением.
При этом изобретение исходит из знания того, что нервные и мускульные волокна можно стимулировать (фокусированным) ультразвуковым излучением. Это было доказано большим числом экспериментов в прошлом. При этом ультразвук с высокой энергией (более 1 Вт/см2) обуславливает нейронную активность и дополнительно термические эффекты. На переднем плане настоящих размышлений находятся лишь нейронные стимуляции, которые вырабатывают с помощью импульсного низкочастотного излучения с низкой интенсивностью. Следовательно, воздействие ограничено механическими биоэффектами без термических эффектов и, в частности, без повреждения тканей. Возможность стимуляции нервных клеток и, в частности, слухового нерва живых существ с помощью импульсного ультразвукового излучения была многократно экспериментально доказана (ср. Leonid R. Gavrilov et al: A STUDY OF RECEPTION WITH USE OF FOCUSED ULTRASOUND, BRAIN RESEARCH, 135 (1977) 279-285 и Vincent Colucci et al: FOCUSED ULTRASOUND EFFECT ON NERVE ACTION POTENCIAL IN VITRO, Ultrasound in Med.&Biol., Vol. 35, No 10, 1737-1747, 2009, а также Yusuf Tufail: Transcranial Pulsed Ultrasound Simulates Intact Brain Circuits, Neuron 66, 681-694, 2010).
Предпочтительно работают с длиной импульса от 0,01 мс до 1 мс, предпочтительно от 0,05 мс до 0,5 мс, причем частота ультразвука составляет предпочтительно менее 1000 кГц, предпочтительно менее 700 кГц, например, от 100 до 900 кГц, особо предпочтительно от 250 до 700 кГц. При этом все пучки могут иметь одну и ту же частоту. Отдельные ультразвуковые импульсы могут при этом иметь мощность от 0,01 до 0,1 Вт/см2, то есть от 10 мВт\см2 до 100 мВт\см2. В описанном частотном диапазоне можно добиться оптимального соотношение между транскраниальным пропусканием, с одной стороны, и поглощением ультразвукового излучения в нервных клетках, с другой стороны. Раздражение ультразвуком/стимулирующий ультразвуковой импульс должны обеспечивать возможность успешного повторного своевременного проведения стимулирования в соответствии с временным интервалом потенциала воздействия и латентным периодом слухового нерва, по мере акустической потребности. Описанная длина импульса целесообразна по той причине, что более длительные стимуляции могут привести к блокированию слухового нерва. В соответствии с изобретением такие стимулирующие импульсы можно, однако, использовать при необходимости путем блокирования слухового нерва также для компенсации шума в ушах.
Следовательно, в соответствии с изобретением в распоряжение предоставляется медицинское устройство, которое может «компенсировать» без инвазии с помощью фокусированного импульсного ультразвука потерю слуха при тугоухости вплоть до полной глухоты и альтернативно также заболевания, связанные с шумом в ушах. При этом значение имеет также то, что пациенты, у которых потерю слуха можно было бы компенсировать в основном с помощью имплантата улитки, часто не имеют никакого опыта слухового восприятия. Этот факт усложняет каждый тест имплантата улитки, в первую очередь, с точки зрения психоакустики. В отличие от этого, с помощью соответствующего изобретению неинвазивного ультразвукового слухового экзопротеза возможно моделирование особенно таких психоакустических эффектов с помощью теста, проводимого на лицах с нормальной способностью слышать – например, в звукоизолированном помещении – и корректное воспроизведение в речевом процессоре слухового протеза. Возможны многоканальный анализ звука и одновременно многоканальная выработка звука в слуховом пути, как это было бы реализовано невредимым ухом. Следовательно, соответствующий изобретению слуховой экзопротез можно применять не только без операции, но также оптимально и индивидуально согласовывать его со степенью потери слуха. Избирательность по частоте соответствует здоровому слуху и, в частности, обеспечивается возможность также пространственного слуха. Особенно предпочтителен тот факт, что такой слуховой экзопротез может быть заменяемым и его можно использовать независимо от возраста пациента и, следовательно, при различном возрасте.
В соответствии с изобретением особое значение имеет формирование множества (динамически) фокусированных ультразвуковых пучков для достижения пространственно избирательного моделирования желаемых областей, например, в улитке или также на слуховом нерве. Для этого ультразвуковое устройство может содержать наряду с ультразвуковым возбудителем, по меньшей мере одну ультразвуковую матрицу, с помощью которой может быть сформировано множество динамически фокусированных ультразвуковых пучков, которые предпочтительно содержат все те же самые ультразвуковые частоты. Динамическая фокусировка ультразвуковых пучков или ультразвуковых волн является обычной в медицинской диагностике с использованием ультразвуковой матрицы. Элементы ультразвуковой матрицы распределены на несколько групп, в результате чего с помощью ультразвукового устройства может быть сформировано предпочтительно более 10, особо предпочтительно более 20 динамически фокусированных и отклоняемых ультразвуковых пучков. Количество групп распределяют с учетом реалистичной частотной селективности, так, предусмотрено, например, от 20 до 30 групп. Это количество групп элементов матрицы соответствует в этом случае, например, количеству групп частот в улитке. Отдельные элементы матрицы одной группы расположены в матрице пространственном распределенными. Энергия «одиночного пучка» из отдельного элемента является относительно малой, в частности, с учетом поглощения в ткани. Лишь в малом фокусе с возможностью точной регулировки пучков одной группы на определенной позиции внутри улитки (или также на слуховом нерве) энергия импульса достигает желаемого уровня, достаточного для проведения необходимой стимуляции. Следовательно, каждая группа элементов матрицы отвечает за стимуляцию определенной области нервных волокон.
При этом предпочтительна динамическая фокусировка и, следовательно, постоянное согласование положения фокуса. Хотя ультразвуковая матрица выполнена неподвижной, так что каждый элемент и также каждая группа имеют фиксированную позицию (относительно друг друга). На практике, однако, абсолютная фиксация ультразвукового устройства или матрицы на коже или в наружном ухе является невозможной. Следовательно, поскольку позиция ультразвукового устройства или матрицы может изменяться, необходима пригодная корректировка. Для этого изобретение предлагает особо предпочтительную модификацию, в соответствии с которой с помощью источника ультразвука формируют один или несколько эталонных пучков, которые независимо от сформированных электроакустическим преобразователем сигналов фокусируют на одной или нескольких эталонных точках (например, эталонных точках в улитке или на ней). Следовательно, позицию ультразвукового устройства, например, ультразвуковой матрицы непрерывно проверяют во время работы с помощью одного или нескольких эталонных пучков, в то время как, например, производят зондирование острия улитки. В ходе «ввода в эксплуатацию» сначала определяют информацию о позиции, размере и ориентации улитки посредством (трехмерного) ультразвукового сканирования всей улитки в целом. Затем на основании этого определяют «целевые точки» для пространственно селективной стимуляции отдельными ультразвуковыми лучами. В случае определения программой управления с помощью эталонных пучков измененных расстояний и углов падения пучков производят корректировку в режиме реального времени глубин фокуса и углов падения пучков отдельных групп относительно эталонного пучка или эталонных пучков.
Кроме того, дополнительно к электроакустическому преобразователю (микрофону) и ультразвуковой матрице/ультразвуковому возбудителю, слуховой аппарат содержит, например, аналого-цифровой преобразователь, речевой процессор и/или кодирующее устройство. Кроме того, предусмотрен блок энергоснабжения.
В слуховом аппарате записана в память программа управления, которая рассчитывает ультразвуковые пучки (например, угол, фокус) и управляет ими и также выполняет рассчитанные корректировки.
Предметом изобретения является также способ компенсации потерь слуха или нарушений слуха с помощью такого рода слухового протеза или способ эксплуатации или применения/использования такого слухового протеза, причем слуховой протез крепят в наружном ухе и/или вне уха, причем ультразвуковые пучки в зависимости от выработанных электроакустическим преобразователем электрических сигналов (транскраниально) фокусируют на различных пространственно распределенных точках в области внутреннего уха или в области слухового пути в мозге и тем самым стимулируют различные пространственно распределенные регионы (нервов) в улитке или в области слухового пути, которые репрезентируют различные частоты звука.
При этом – как уже описано – может быть осуществлена стимуляция нервов внутри улитки. Однако, возможны также другие виды стимуляции, например, стимуляция непосредственно на слуховом нерве или также стимуляция Nucleus Cohlearis, а также Colliculus Inferior. Соответствующие позиции могут быть определены, например, с помощью магнитно-резонансной томографии. Также при этих видах стимуляции корректировку можно осуществлять с помощью эталонных пучков. Эталонные пучки можно опять же фиксировать на острие улитки или может быть выбрана друга точка фиксации в черепе.
Как уже было описано, для выработки множества динамически фокусируемых ультразвуковых пучков используют ультразвуковую матрицу, элементы которой подразделены на группы и обобщены и которые репрезентируют соответственно один акустический частотный диапазон, причем стимуляция происходит за счет наложения падающих под различными углами пучков отдельных элементов в одной точке. При этом, по меньшей мере один эталонный пучок в зависимости от выработанных электроакустическим преобразователем сигналов может быть сфокусирован по меньшей мере на одной эталонной точке и при этом возможна динамическая корректировка в режиме реального времени положения фокусировки прочих ультразвуковых пучков на основе эталонного сигнала.
В соответствии с изобретением фокусировке ультразвуковых пучков придается особое значение. Она может быть осуществлена, например, описанным образом с помощью ультразвуковой матрицы. Этот способ можно, далее, оптимизировать за счет того, что для стимуляции определенной области нервных клеток используют не исключительно один фокусированный ультразвуковой пучок, а по меньшей мере два выработанных с интервалом относительно друг друга ультразвуковых пучка, которые фокусируют на одной общей точке. Отдельные объемы фокусов являются латерально узкими, но относительно длинными, по мере необходимости, в осевом направлении. За счет использования, например, ультразвуковой матрицы с помощью суперпозиции нескольких (по меньшей мере, двух) ультразвуковых полей возможно достижение объема фокуса с уменьшенным размером. В результате наложения происходит уменьшение объема фокуса, в котором достигают необходимого для стимуляции уровня ультразвука. Такая конструкция весьма благоприятна, так как ультразвук не вызывает нагрузки на окружающие ткани, а также других дополнительных реакций. Так, например, избегают возникновения шумов вследствие непреднамеренных стимуляций или подавления расположенных рядом нервных волокон.
Использование ультразвукового излучения во взаимосвязи со слуховыми аппаратами или слуховыми протезами является уже известным. При этом ультразвуковая частота служит в качестве несущей частоты для аудиосигналов, в результате чего индуцированные, например, ультразвуком сигналы могут быть переданы через вибрации кожи на область слуха или мозга и декодированы там (ср., например, US 6 631 197 B1, US 2004/0196998 A1, WO 00/21440 A1 и WO 2005/072168 A2, а также US 2014/0355800 A1). В отличие от этого в соответствии с изобретением на переднем плане стоит непосредственная стимуляция нервов фокусированными лучами, причем предпочтительно используемые ультразвуковые пучки имеют одинаковую частоту.
В последующем изобретение поясняется более подробно на основании чертежа, показывающего исключительно один пример исполнения. Фигуры показывают:
фиг. 1 схематически показывает в сильно упрощенном виде соответствующий изобретению слуховой протез,
фиг. 2 показывает слуховой протез по фиг. 1 при позиционировании в наружном ухе,
фиг. 3 показывает предмет по фиг. 2, с одной стороны, и форму исполнения при позиционировании вне уха, с другой стороны,
фиг. 4 показывает предмет по фиг. 1 в другом отображении,
фиг. 5 схематически показывает в упрощенном виде следующие области использования соответствующего изобретению слухового протеза,
фиг. 6 показывает графическое изображение тонотопии улитки, и
фиг. 7 показывает наложение нескольких ультразвуковых пучков при форме исполнения, например, по фиг. 1.
На фигурах изображен соответствующий изобретению слуховой экзопротез для компенсации потерь слуха или нарушений слуха. Этот слуховой протез содержит по меньшей мере один электроакустический преобразователь 1 (например, микрофон для преобразования акустических сигналов в электрические сигналы). Кроме того, слуховой протез содержит по меньшей мере одно ультразвуковое устройство 2, с помощью которого вырабатывают множество фокусированных импульсных ультразвуковых пучков 3. Это ультразвуковое устройство крепят в наружной трубе А или вне уха. Ультразвуковые пучки 3 в зависимости от выработанных электроакустическим преобразователем 1 электрических сигналов динамически и со стимуляцией нервов транскраниально фокусируют на различных пространственно распределенных точках Р (позади барабанной перепонки Т и позади среднего уха М) в области внутреннего уха I или в области слухового пути в мозге G.
При этом соответствующий изобретению слуховой протез базируется на проиллюстрированной на фиг. 6 взаимосвязи между пространственным расположением «выкаченной базальной пластинкой» и соответствующей частотой. При здоровом ухе принятые извне звуковые волны передаются через барабанную перепонку на внутреннее ухо I и, следовательно, в улитку Н (Сochlea). После этого расположенная в Сochlea жидкость отклоняет базальную пластинку ВМ, которая разделяет улитку Н на две камеры. На фиг. 6 обозначено направление а распространения выработанной блуждающей волны на базальной пластинке и овальное окно OF. Движение базальной пластинки ведет к движению слуховых клеток, причем, исходя из своего анатомического строения система слуховых клеток расположена таким образом, что каждая поддающаяся слуховому восприятию акустическая частота имеет свое специфическое место максимальной чувствительности. Это показано на фиг. 6. Такое изображение места частоты называют также тонотопией улитки Н. Этот принцип используют также в обычных имплантатах улитки, в которых через электроды происходит электрическая стимуляция пространственно распределенных областей.
В соответствии с изобретением теперь осуществляют стимуляцию различных областей с помощью фокусированного ультразвукового излучения 3. В соответствии с фиг. 1 с помощью микрофона 1 звуковые волны преобразуют в электрические импульсы и передают их через аналого-цифровой преобразователь 4 на речевой процессор 5, который производит обработку этих сигналов. Обусловленные частотой и временем амплитуды ультразвуковых пучков многоканально кодируют с помощью кодирующего устройства 6, в результате чего вырабатывают многоканальные сигналы управления для ультразвукового возбудителя 7 ультразвукового устройства 2. С помощью этих сигналов управления ультразвуковое устройство 2 вырабатывает множество ультразвуковых пучков 3, которые в последующем в зависимости от выработанных электроакустическим преобразователем 1 электрических сигналов фокусируют на различных пространственно распределенных точках Р в области внутреннего уха I или в области слухового пути в мозге G, в результате чего происходит стимуляция различных пространственно распределенных областей нервов в улитке или в области слухового пути, которые представляют различные звуковые частоты (в соответствии с фиг. 6).
При этом фиг. 1-4 показывают формы исполнения, при которых с помощью ультразвуковых пучков 3 стимулируют нервные клетки в улитке Н. Каждый отдельный ультразвуковой пучок 3 фокусируют с помощью соответствующих сигналов управления с определенным углом падения пучка на определенной глубине.
Для этого ультразвуковое устройство 2 содержит в примере исполнения ультразвуковую матрицу 8, с помощью которой вырабатывают множество ультразвуковых пучков 3, которые можно динамически фокусировать. Матрица содержит множество элементов матрицы, которые соответственно объединены в группы, причем каждая группа представляет определенный диапазон звуковой частоты. Так, с учетом реалистичной частотной селективности может быть целесообразным обеспечить 25 групп элементов матрицы для выработки 25 фокусированных ультразвуковых пучков (например, с одинаковой ультразвуковой частотой). Следовательно, количество групп элементов матрицы соответствует количеству групп частот в улитке. Каждая группа отвечает, следовательно, за определенную область нервных волокон. Сигналы управления вырабатывают ультразвуковое излучение 3 посредством возбуждения определенных элементов или групп матрицы. Длительность облучения, а также повторение выработанной стимуляции/блокировки генерируют в ультразвуковом возбудителе 7 для каждого отдельного элемента или группы матрицы с помощью кодированных речевым процессором 5 сигналов управления. Комбинацию соответственно активных элементов/групп вырабатывают в зависимости от энергии излучения ультразвука 3 и психоакустических требований к реалистичному слуховому восприятию в режиме реального времени.
При этом, например, на фиг. 2 показано, что отдельные ультразвуковые пучки 3 излучают в различные области улитки Н. Предпочтительно, впрочем, если с помощью источника 2 ультразвука формируют один или несколько эталонных пучков 3’, которые независимо от выработанных в электроакустическом преобразователе 1 электрических сигналов фокусируют на одной или нескольких эталонных точках R. Это показано на фиг. 1. Там можно распознать два эталонных пучка 3’, которые, например, фокусируют на острие улитки Н в качестве фиксированной точки. В случае изменения позиции слухового аппарата или ультразвукового устройства 2 в процессе использования это изменение выявляют с помощью эталонных пучков 3’ и в режиме реального времени может быть произведена корректировка прочих ультразвуковых пучков 3. В последующем позицию ультразвукового устройства 2 непрерывно проверяют в процессе использования с помощью одного или также двух эталонных пучков 3’ посредством зондирования острия улитки Н. Затем в режиме реального времени корректируют фокусировку и угол падения прочих ультразвуковых пучков относительно эталонного пучка 3’.
В остальном на фиг. 1 показано, что два (или также более) выработанных с интервалом относительно друг друга ультразвуковых пучка 3 можно фокусировать в одной точке, в результате чего затем вследствие наложения пучков вырабатывают уменьшенный объем фокуса. Это показано в увеличенном масштабе на фиг. 7 на примере трех наложенных фокусированных пучков 3. Это наложение принимает в расчет тот факт, что отдельные объемы фокуса могут быть по мере необходимости латерально узкими, однако достаточно длинными в осевом направлении. Вследствие суперпозиции нескольких ультразвуковых полей 3 может быть достигнут фокус 11 со сниженным объемом фокуса (ср. фиг. 7). Такой принцип действий имеет также преимущество, выраженное в малой нагрузке в ткани вследствие ультразвукового излучения, поскольку необходимая энергия стимуляции достигается лишь в фокусе в улитке.
При этом фиг. 2 показывает первую форму исполнения, при которой слуховой экзопротез позиционирован в наружном ухе А. Такое позиционирование целесообразно при полной глухоте пациента.
В отличие от этого фиг. 3 показывает, с одной стороны, в поз. I эту форму исполнения по фиг. 2 и для сравнения, с другой стороны, в поз. II форму исполнения со слуховым экзопротезом, который крепят вне уха. Такое позиционирование может быть целесообразным, например, при тугоухости или также при шуме в ушах. Однако, постоянно достигают неинвазивного позиционирования.
На фиг. 4 показана форма исполнения по фиг. 2, однако, дополнительно с электронным блоком 9 управления и блоком 10 энергоснабжения, который в изображенном примере исполнения опционально образован солнечными элементами. Электронный блок 9 управления содержит микрофон 1, аналого-цифровой преобразователь 4, речевой процессор 5, кодирующее устройство 6 и ультразвуковой возбудитель 7. Обозначена также ультразвуковая матрица 8. Изобретение охватывает, однако, также формы исполнения, в которых предусмотрены другие средства энергоснабжения, например, батареи, аккумуляторы или т.п.
При этом фиг. 1-4 показывают формы исполнения, в которых стимуляцию нервных клеток осуществляют ультразвуком в улитке Н.
На фиг. 5 показаны альтернативные возможности стимуляции. В первую очередь вновь можно распознать область улитки Н. Однако, альтернативно с помощью ультразвукового излучения можно производить также стимуляцию слухового нерва N, а именно, например, в том случае, если улитка Н в результате болезни повреждена настолько, что стимуляция в улитке Н более невозможна. Если также поврежден слуховой нерв N или он подлежит удалению вследствие заболеваний, в одном усовершенствовании существует возможность стимуляции других областей слухового пути в мозге G, например, Nucleus Cochlearis NC или также Colliculus Inferior CI. При этом изобретение использует тот факт, что тонотопия (отображение места частоты) улитки Н продолжается в форме ленты вплоть до входа в головной мозг. Следовательно, там есть области, в которых каждому месту придана определенная частота, так что пространственно селективная стимуляция нервных клеток возможна также в этих областях мозга, например, в случае, если стимуляция слухового нерва более невозможна. Также и это перемещение осуществляют без инвазии.
1. Слуховой протез, содержащий по меньшей мере один электроакустический преобразователь (1) для преобразования акустических сигналов в электрические сигналы и ультразвуковое устройство (2), выполненное с возможностью формирования фокусированных импульсных ультразвуковых пучков (3), причем ультразвуковое устройство выполнено с возможностью закрепления в наружном ухе и/или вне уха, при этом ультразвуковые пучки (3) фокусируются на различных пространственно распределенных точках (Р) в области внутреннего уха (I) или в области слухового пути в мозге (G), вызывая стимуляцию нервов, в зависимости от электрических сигналов, сгенерированных электроакустическим преобразователем.
2. Слуховой протез по п. 1, в котором ультразвуковое устройство (2) содержит по меньшей мере одну ультразвуковую матрицу (8), предназначенную для формирования динамически фокусируемых ультразвуковых пучков (3).
3. Слуховой протез по п.1 или 2, в котором ультразвуковое устройство (2) выполнено с возможностью формировать более 10, предпочтительно более 20 фокусируемых и отклоняемых ультразвуковых пучков (3).
4. Слуховой протез по любому из пп.1-3, в котором длина импульса ультразвуковых импульсов указанных ультразвуковых пучков составляет от 0,01 до 1 мс, предпочтительно от 0,05 до 0,5 мс.
5. Слуховой протез по любому из пп.1-4, в котором частота ультразвука составляет менее 1000 кГц, предпочтительно менее 700 кГц, например от 100 до 900 кГц, наиболее предпочтительно от 250 до 700 кГц.
6. Слуховой протез по любому из пп.1-5, в котором каждый ультразвуковой импульс имеет мощность импульса от 0,01 до 0,1 Вт/см2.
7. Слуховой протез по любому из пп.1-6, в котором источник (2) ультразвукового излучения выполнен с возможностью генерировать дополнительно один или более эталонных пучков (3'), фокусируемых на одной или более эталонных точках (R) независимо от сигналов, сформированных электроакустическим преобразователем (1).
8. Способ компенсации потерь слуха или нарушения слуха с помощью слухового протеза по любому из пп.1-7, характеризующийся тем, что слуховой протез закрепляют в наружном ухе и/или вне уха и ультразвуковые пучки (3), в зависимости от сформированных электроакустическим преобразователем (1) электрических сигналов, фокусируются на различные пространственно распределенные точки (Р) в области внутреннего уха (I) или в области слухового пути в мозге (G), вследствие чего стимулируются различные пространственно распределенные области в улитке (Н) или в области слухового пути, которые представляют различные звуковые частоты.
9. Способ по п. 8, в котором отдельные ультразвуковые пучки (3) фокусируются на различные пространственно распределенные точки (Р) внутри улитки (Н), или слухового нерва (N), или Nucleus Cochlearis (NC), или Colliculus Inferior (CI).
10. Способ по п.8 или 9, в котором для формирования динамически фокусируемых ультразвуковых пучков (3) используют ультразвуковую матрицу (8), элементы которой подразделены и объединены в группы, каждая из которых представляет акустический частотный диапазон.
11. Способ по любому из пп.8-10, в котором по меньшей мере два ультразвуковых пучка (3), сформированных с интервалом относительно друг друга, фокусируются на одну точку и взаимно накладываются друг на друга, создавая таким образом уменьшенный объема фокуса.
12. Способ по любому из пп.8-11, в котором дополнительно по меньшей мере один эталонный пучок (3') фокусируют по меньшей мере на одной эталонной точке (R) независимо от сформированных электроакустическим преобразователем (1) сигналов, и положение фокусировки ультразвуковых пучков (3) корректируют на основе эталонного пучка (3'), предпочтительно динамически в режиме реального времени.
