JP3073006B2 - Hearing function assist device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、聴覚神経そのものが正常であっても外耳・
鼓膜等に障害があるために生ずる聴覚障害（伝音性難
聴）を緩和するに好適な聴覚機能補助装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Application Field of the Invention] The present invention relates to the use of the outer ear and
The present invention relates to a hearing function assisting device suitable for relieving hearing impairment (conductive hearing loss) caused by an impairment in an eardrum or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

鼓膜や耳小骨の損傷などで耳の聞こえにくい伝音性難
聴者の聴覚機能を補助する装置として、森北出版「生体
情報工学」（星宮望，塚田稔，他２名著,1986年４月３
日初版）p.228に記載されているような人口中耳が、従
来知られている。これは、マイク，増幅器，振動子，電
源などで構成され、これらを側頭部に手術によって植込
み、マイクによって受信された可聴域の音を、振動子に
よって鼓膜を介さずに内耳リンパ液に伝える機器であ
る。As a device to assist the hearing function of people with hearing impairment who are hard to hear due to damage to the eardrum or ossicles, Morikita Publishing, "Bioinformatics" (Nozomi Hoshimiya, Minoru Tsukada, et al., April 3, 1986)
The middle ear of the population as described on p.228 has been known. This device consists of a microphone, amplifier, vibrator, power supply, etc., implanted in the temporal region by surgery, and transmits audible sound received by the microphone to the inner ear lymph fluid without passing through the eardrum by the vibrator. It is.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記人口中耳は、比較的簡単であるとはいえ植込み手
術が必要であり、また、生体中に長期間植込んでおくた
め、その表面を覆う材料を、生体適合性の観点から充分
に吟味しなければならない。さらに加えて、内耳や聴覚
神経の特性が長期間には少しずつ変化するため、それに
対応させて人口中耳の特性を変化させようとしたとき
に、再手術が必要となる。Although the above-mentioned artificial middle ear is relatively simple, implantation surgery is necessary, and since it is to be implanted in a living body for a long time, the material covering the surface is thoroughly examined from the viewpoint of biocompatibility. Must. In addition, since the characteristics of the inner ear and the auditory nerve change little by little over a long period of time, when the characteristics of the artificial middle ear are correspondingly changed, reoperation is necessary.

そこで、植込み手術を必要とせず経皮的に内耳や聴覚
神経に情報を伝達できる機器の実現を、本発明により解
決すべき課題とした。Accordingly, an object of the present invention is to realize a device capable of transmitting information percutaneously to the inner ear and the auditory nerve without the need for implantation surgery.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

筆者らは、搬送波周波数１〜10MHzのパルス状超音波
を、ビームを内耳の方向に向けて照射すると、パルスの
周期に対応する可聴周波数域の音が知覚される現象を見
出だし、この現象を利用することにより上記課題を解決
することができると考えた。すなわち、マイクロフォン
で受信され増幅器により増幅された音声信号により、搬
送波周波数１〜10MHzの超音波信号を変調し、ビーム方
向を内耳に向けて体表に設定した超音波振動子から、そ
の超音波を発射することにより、鼓膜や中耳をバイパス
して、音声信号を聴覚神経に伝えることができる。The authors found that when a pulsed ultrasonic wave with a carrier frequency of 1 to 10 MHz was irradiated with a beam toward the inner ear, sound in the audible frequency range corresponding to the pulse period was perceived. We thought that the above problem could be solved by using it. That is, the ultrasonic signal having a carrier frequency of 1 to 10 MHz is modulated by the audio signal received by the microphone and amplified by the amplifier, and the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic transducer set on the body surface with the beam direction toward the inner ear. By firing, an audio signal can be transmitted to the auditory nerve, bypassing the eardrum and middle ear.

〔作用〕[Action]

可聴域周波数の振幅変調を受けた搬送波周波数１〜10
MHzの超音波信号が、変調波に変換されて聴覚信号とし
て知覚される現象のメカニズムは、よく解明されていな
い。特に、変調波への変換作用、すなわち、復調作用あ
るいは検波作用が、蝸牛管など中耳で起きているのか、
それともその先の聴覚神経束において起きているのか
も、充分に明らかではない。現在明らかなのは、耳殻下
方の体表に超音波振動子をあて、頭蓋骨の茎乳突溝を通
して斜め上方に超音波ビームを入射させたときに、上記
現象が観測されるという事実である。この超音波ビーム
上には、内耳と聴覚神経束がともに位置しているため、
上記のような非線形作用がどちらで起こっているかは、
この事実のみから特定することはできない。Carrier frequencies 1 to 10 that have undergone amplitude modulation of the audible frequency
The mechanism of the phenomenon in which a MHz ultrasonic signal is converted into a modulated wave and is perceived as an auditory signal is not well understood. In particular, whether the conversion to a modulated wave, ie, the demodulation or detection, occurs in the middle ear such as the cochlea,
Or it is not clear enough what happens in the auditory nerve bundle ahead. What is clear at present is the fact that the above phenomenon is observed when an ultrasonic oscillator is applied to the body surface below the ear shell and an ultrasonic beam is incident obliquely upward through the sulcus of the skull. Since the inner ear and the auditory nerve bundle are located on this ultrasonic beam,
Which of the above nonlinear effects is occurring depends on
This fact alone cannot be specified.

生体内で起きている現象の正確なメカニズムは上記の
ように不明であるが、音声をマイクロフォンで受信して
電気信号とし、増幅器により増幅して、その信号で周波
数１〜10MHzの搬送波を変調し、その変調された信号に
より、茎乳突溝を通して斜め上方の方向に超音波ビーム
を設定した超音波振動子を駆動することにより、鼓膜や
中耳をバイパスして、音声信号を聴覚神経に伝えること
ができる。The exact mechanism of the phenomenon occurring in the living body is unknown as described above, but the sound is received by a microphone and converted into an electric signal, which is amplified by an amplifier, and the carrier wave having a frequency of 1 to 10 MHz is modulated by the signal. By using the modulated signal to drive an ultrasonic transducer that sets an ultrasonic beam in a diagonally upward direction through the stalk mastoid, it bypasses the tympanic membrane and the middle ear and conveys the audio signal to the auditory nerve be able to.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて詳細
に説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

第１図は、単板の超音波振動子にプリズム状の音響カ
プラを組合せて超音波発生源を構成した実施例のブロッ
ク図である。音声は、体表または外耳道に取り付けられ
たマイクロフォン１で受信され、増幅器２により増幅さ
れて、第２図（ａ）に例として示したような電気信号と
なる。この電気信号を回路３により波形処理した信号に
より、回路４において発生させた周波数１〜10MHzの搬
送波を変調回路５において振幅変調すると第２図（ｂ）
に例として示したような電気信号となる。この電気信号
により、駆動回路６を介して超音波振動子７を駆動す
る。超音波振動子には音速が生体とほぼ等しいプリズム
状の音響カプラ８が取り付けられており、それによって
超音波ビーム９が偏向され、耳殻下方の体表に超音波振
動子をあてたとき頭蓋骨の茎乳突溝を通して斜め上方の
内耳や聴覚神経束に、振幅変調された超音波が照射され
る。音響カプラには、生体の運動による超音波ビーム方
向のずれが問題とならない程度の僅かなフォーカス機能
も与えられている。波形処理回路３では、内耳に過大な
パワの超音波が照射されることを防止するための振幅制
限処理や、内耳や聴覚神経束の超音波入力に対するダイ
ナミック・レンジを充分に利用するためのAGC（自動利
得制御）処理が行なわれる。FIG. 1 is a block diagram of an embodiment in which a single-plate ultrasonic vibrator is combined with a prismatic acoustic coupler to form an ultrasonic generating source. The sound is received by the microphone 1 attached to the body surface or the ear canal, amplified by the amplifier 2, and becomes an electric signal as shown in FIG. 2 (a) as an example. FIG. 2 (b) shows that a carrier wave having a frequency of 1 to 10 MHz generated in the circuit 4 is amplitude-modulated in the modulation circuit 5 by a signal obtained by subjecting the electric signal to waveform processing by the circuit 3.
The electric signal is as shown in FIG. The ultrasonic transducer 7 is driven via the drive circuit 6 by the electric signal. The ultrasonic vibrator is provided with a prism-shaped acoustic coupler 8 whose sound speed is substantially equal to that of a living body, whereby the ultrasonic beam 9 is deflected, and the skull is applied when the ultrasonic vibrator is applied to the body surface below the ear shell. The amplitude-modulated ultrasonic waves are irradiated to the inner ear and the auditory nerve bundle obliquely upward through the sulcus of the stalk. The acoustic coupler is also provided with a slight focusing function to such an extent that deviation of the ultrasonic beam direction due to movement of the living body does not matter. The waveform processing circuit 3 performs an amplitude limiting process for preventing an excessively powerful ultrasonic wave from being irradiated to the inner ear, and an AGC for fully utilizing the dynamic range of the inner ear and the auditory nerve bundle for the ultrasonic input. (Automatic gain control) processing is performed.

照射パワが小さいときには無害で問題とならない超音
波の生体作用も、時間平均パワがあるレベルを超えると
生体組織の超音波吸収による熱的作用が問題となる。そ
こで、なるべく小さな時間平均照射パワにより、内耳や
聴覚神経束に必要にして充分な刺激を与える工夫が望ま
れる。この点を配慮して、変調を通常の振幅変調とは異
なり、第２図（ｃ）のように搬送波数波長分の短い時間
長のパルスを間欠的に繰り返すかたちに変調することに
よっても、内耳や聴覚神経束に対する必要な刺激を与え
ることができる。When the irradiation power is small, the biological action of the ultrasonic waves is harmless and causes no problem. When the time average power exceeds a certain level, the thermal action due to the ultrasonic absorption of the living tissue becomes a problem. Therefore, it is desired to devise a technique for giving necessary and sufficient stimulation to the inner ear and the auditory nerve bundle by using the time average irradiation power as small as possible. In consideration of this point, unlike the normal amplitude modulation, the inner ear can also be modulated by intermittently modulating a pulse having a short time length corresponding to several wavelengths of the carrier as shown in FIG. 2 (c). And necessary stimulation for the auditory nerve bundle.

第３図には、超音波発生源として、単板の超音波振動
子にプリズム状の音響カプラを組合せる構成のかわり
に、アレイ型超音波振動子とそのＮ個の振動子素子７−
１〜７−Ｎをそれぞれ駆動するための遅延回路10−１〜
10−Ｎと駆動回路６−１〜６−Ｎを用いる構成の実施例
を示した。この構成により、皮膚表面から測った超音波
発生源の高さを小さく抑えながら、必要な超音波ビーム
偏向とフォーカスが可能となる。なお、この超音波ビー
ム偏向とフォーカスの原理は、セクタ走査型超音波診断
装置の撮像に用いられる超音波ビーム走査原理と同様で
ある。第３図（ａ）では、アレイ型振動子素子は皮膚表
面に平行に配置され、薄い音響カプリング層11を通して
生体に超音波が伝えられる。これに対し、アレイ型振動
子素子を階段状に配置した例と、皮膚表面に平行に配置
したアレイ型振動子素子それぞれに音速が生体よりも大
きな音響プリズム12−１〜12−Ｎを取り付けた例を、そ
れぞれ、第３図（ｂ），（ｃ）に示した。これらの工夫
により、超音波ビーム偏向に必要なアレイ型振動子素子
の数Ｎを小さく抑えることができる。FIG. 3 shows an array type ultrasonic vibrator and its N vibrator elements 7- instead of a single ultrasonic vibrator combined with a prismatic acoustic coupler as the ultrasonic wave generating source.
Delay circuits 10-1 to 10-1 to 7-N, respectively.
The embodiment using 10-N and the driving circuits 6-1 to 6-N has been described. With this configuration, necessary ultrasonic beam deflection and focusing can be performed while keeping the height of the ultrasonic wave source measured from the skin surface small. The principle of ultrasonic beam deflection and focus is the same as the principle of ultrasonic beam scanning used for imaging by the sector scanning type ultrasonic diagnostic apparatus. In FIG. 3A, the array type transducer element is arranged in parallel with the skin surface, and ultrasonic waves are transmitted to the living body through the thin acoustic coupling layer 11. On the other hand, acoustic prisms 12-1 to 12-N whose sound speed is higher than that of the living body are attached to the array type transducer elements arranged in a stepwise manner and the array type transducer elements arranged parallel to the skin surface, respectively. Examples are shown in FIGS. 3 (b) and (c), respectively. By these measures, the number N of array type transducer elements required for ultrasonic beam deflection can be reduced.

なお、以上では、変調した超音波による刺激を伝音性
難聴者の聴覚補助手段として利用する実施例のみを説明
したが、本発明の変調超音波による聴覚刺激は、聴覚正
常者に対しても、通常の外耳を介する音声入力状態を保
ったまま他の信号の入力経路として聴覚を利用する手段
として、応用することができる。Note that, in the above, only the embodiment in which the stimulus by the modulated ultrasonic wave is used as a hearing aid for a conductive hearing impaired person has been described. The present invention can be applied as a means for utilizing the auditory sense as an input path of another signal while maintaining a normal voice input state via the outer ear.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の変調超音波による聴覚
刺激によれば、外耳・中耳をバイパスした聴覚神経への
経皮的な情報伝達を、植込み手術に依らずに実現するこ
とができる。As described above, according to the auditory stimulation using the modulated ultrasonic wave of the present invention, percutaneous information transmission to the auditory nerve bypassing the outer and middle ears can be realized without depending on the implantation surgery.

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の聴覚機能補助装置の一実施例の全体
構成ブロック図、第２図は、その装置の入力信号および
出力信号の信号波形例の概念図、第３図は、超音波発生
源として、アレイ型超音波振動子を用いる実施例の構成
図である。 １……マイクロフォン、２……増幅器、３……波形処理
回路、４……搬送波発生回路、５……変調回路、６……
駆動回路、７……超長波振動子、８……音響カプラ、９
……超音波ビーム。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of a hearing aid device according to the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of an example of signal waveforms of input and output signals of the device, FIG. 3 is a configuration diagram of an embodiment using an array type ultrasonic transducer as an ultrasonic generation source. 1 ... Microphone, 2 ... Amplifier, 3 ... Waveform processing circuit, 4 ... Carrier wave generation circuit, 5 ... Modulation circuit, 6 ...
Driving circuit 7, Ultra long wave oscillator 8, Acoustic coupler 9,
…… Ultrasonic beam.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 宏 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会日立製作所中央研究所内 (72)発明者 神田 浩 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特公 昭61−7079（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許4982434（ＵＳ，Ａ) ГАВРИЛОВ Л Р、外５名、 「О ПРИМЕНЕНИИ ФОКУ СИРОВАННОГО УЛЪТРА ЗВУКА ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ В УШНОИ ЛАБИРИНТ ЧЕЛОВЕКА СЛУХОВОЙ ИНФОРМААПИИ」、АКУСТ ИЧЕСКИЙ ЖУРНАА（音響ジ ャーナル）、（ソ連）、АКАДМИЯ НАУК СССР（ソ連科学アカデ ミー）、1977年、第13巻、第４号、ｐ. 557−560 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61F 11/04 H04R 25/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroshi Ikeda 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Hiroshi Kanda 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Within the Central Research Laboratory (56) References Japanese Patent Publication No. Sho 61-7079 (JP, B2) US Patent 4,982,434 (US, A) ГАВРИЛОВ Л Р АКУСТ, ИЧЕСКИЙ ИЧЕСКИЙ 音響 (Acoustic Journal), (USSR), АКАДМИЯ НАУК СССР (USSR Academy of Sciences), 1977, Vol. 13, No. 4, p. 557-560 (58). Cl. ^7, B name) A61F 11/04 H04R 25/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】音声を受信して電気信号に変換する受信手
段と、前記電気信号を波形処理する波形処理手段と、所
定の周波数をもつ搬送波を前記波形処理手段の出力信号
により変調する変調回路と、アレイ型に配列する複数の
振動子素子を有し、使用者に聴覚補助のための超音波を
入射するために前記使用者の耳殻下方の体表に装着され
る超音波振動子と、前記変調回路の出力により前記複数
の振動子素子をそれぞれ駆動する複数の駆動回路と、前
記変調回路から前記複数の駆動回路への信号経路にてそ
れぞれ遅延を与え、もって前記超音波振動子から照射さ
れる超音波ビームを偏向させる遅延回路群とを備えてな
る聴覚機能補助装置。1. A receiving means for receiving a sound and converting it into an electric signal, a waveform processing means for waveform-processing the electric signal, and a modulation circuit for modulating a carrier having a predetermined frequency by an output signal of the waveform processing means. And, having a plurality of transducer elements arranged in an array type, an ultrasonic transducer mounted on the body surface below the ear shell of the user to input ultrasonic waves for hearing assistance to the user, A plurality of drive circuits each driving the plurality of transducer elements by the output of the modulation circuit, and a delay in a signal path from the modulation circuit to the plurality of drive circuits, thereby providing a delay from the ultrasonic transducer. A hearing function assisting device comprising: a delay circuit group for deflecting an irradiated ultrasonic beam. 【請求項２】前記振動子素子は階段状に配列されること
を特徴とする請求項１に記載の聴覚機能補助装置。2. The hearing function assisting device according to claim 1, wherein the transducer elements are arranged stepwise.