中耳MEMS麦克风可以恢复听力

中耳MEMS麦克风可以恢复听力

犹他州大学的研究人员开发了一种可以植入中耳的MEMS麦克风,以恢复听觉,不需要笨重的外部电子元件。该装置改进了传统的  人工耳蜗植入物,其已经恢复了大约22万聋哑人的基本听觉,但需要将麦克风和相关电子器件戴在头部外部,产生可靠性问题和社会污名。

研究人员在IEEE Transactions on Biomedical Engineering中报道了基于MEMS加速度计的麦克风在四个尸体的耳道中进行了测试由电气工程师Darrin Young领导,研究人员通过将带有小型扬声器的管道插入到包含植入物的尸体耳道中测试了麦克风产生的声音的质量,并演奏了贝多芬的第9交响曲。Young制作了录音麦克风所用,并进行了比较常规的记录听到(是的,通过一个死人的耳朵),音乐听起来有点闷闷不乐,但可能比以前对贝多芬更有共鸣,贝多芬组成了他的第九个交响曲,他是聋哑人。

传感器通过将耳朵中的骨骼振动转换为表示声学信息的电信号来起作用。该原型可以在500 Hz时检测到60 dB的声压级(SPL),在2 kHz时可以检测到35 dB,在8 kHz时可以检测到57 dB的声压级(SPL)。研究人员说,通过采用最先进的MEMS制造技术,可以在150 Hz时提高34 dB SPL的声音检测限和在500 Hz时的24 dB SPL。

传统的麦克风包括一个膜或隔膜,它移动并产生响应于声音的电信号变化。但是这些需要一个孔才能通过声孔进入 - 一个孔,如果植入会被人体组织堵塞。Young的原型通过将加速度计放置在具有低功率硅芯片的密封封装中来避免该问题,以将声音振动转换为输出的电信号。

目前的原型机尺寸为2.5×6.2毫米(大约十分之一到四分之一英寸),重25毫克,或小于千分之一盎司。年轻人希望将包装减少到2×2毫米。

声音通常移入耳道并使耳膜振动。在称为umbo的结构中,鼓膜连接到三个小骨骼的链条 - 锤子,砧座和马镫 - 振动。镫骨触及耳蜗,内耳的充满液体的腔室,耳蜗内膜上的毛细胞移动,引发神经递质化学物质的释放,将化学物质传递给大脑。

在耳蜗植入物候选人的深刻聋人中,毛细胞不起作用。因此,在传统的人工耳蜗植入物中,佩戴在头部外部的麦克风,信号处理器和发射器线圈将信号发送到皮肤下的接收器刺激器,然后将信号发送到植入在耳蜗中的电极并刺激听觉神经。耳道,鼓膜和听力骨被绕过。

Young开发的系统将身体内的所有外部组件移动。声音通过耳道移动到耳膜,鼓膜会像通常那样振动。加速度计附在umbo上,检测振动。加速度计还附接到芯片,并且它们一起用作麦克风,其拾取声音振动并将其转换成发送到耳蜗中的电极的电信号。

该包被胶合到umbo,因此加速度计响应鼓膜振动而振动。移动质量产生由芯片放大的电信号,该电信号然后连接到与耳蜗中的电极连接的语音处理器和刺激器。“除了我们使用使用骨骼振动的植入式麦克风以外,一切与常规耳蜗植入物相同,”Young说。

该设备将要求用户在夜间睡觉时佩戴充电器,以充电植入的电池。Young表示,他预计在充电之前电池会持续一到几天。年轻人还表示,他必须减少设备的尺寸,并提高其检测更安静,低调的声音的能力,并且大约三年之内的人体测试。

研究表明,如果首先移除称为砧座的小中耳骨,则声音最有效地传播到麦克风。美国食品和药物管理局批准需要这种手术的植入物。

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