專利名稱：聽力植入物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于輔助受損聽力的裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及提 供機電致動器，該機電致動器可以直接安裝到中耳的小骨上，用于放大 由聲音信號產(chǎn)生的振動。
背景技術(shù)：
感覺神經(jīng)性耳聾是迄今最為普遍的一種聽力損失。在英國，耳聾影響了九百萬人，這些人當中80%具有感覺神經(jīng)性耳聾(源于Defeating Deafness,英國)。原因包括先天性的、由細菌引起的、高強度噪音，尤 其是衰老過程，而且受影響的很大一部分人都在60歲以上。聽力損傷是 影響老年人口的第三大慢性疾病，并且是最少被診斷的一種。由于受到 大噪音的影響，在年輕年齡組的某些年齡段中發(fā)病率增加。目前，還沒有修復(fù)耳蝸或通向大腦神經(jīng)通路的有效措施。對于大多 數(shù)患者來說，可以通過助聽器充分放大聲音來充分恢復(fù)聽力。傳統(tǒng)的助 聽器具有多個問題聲反饋(由于麥克風(fēng)太靠近揚聲器)、音質(zhì)不足以及 由于阻塞耳道而不舒適。從社會角度來說，許多人也不喜歡助聽器，因 為佩戴助聽器的外表會使使用者感覺他們看起來像是有生理缺陷的。另 選方案是可植入裝置。中耳植入物(MEI)通過使聽骨鏈振動來提供機械放大。它們適用于 仍具有殘余聽力的中度到重度的感覺神經(jīng)性聽力損失的患者。它們可能 使高達50%的聽力損失的人受益。這樣的中耳植入物可以利用呈機電移動裝置形式的致動器，所述致 動器通過利用電場控制構(gòu)件的位置。在這方面，公知壓電致動器，壓電 致動器基于壓電效應(yīng)，即，某些晶體材料在受到外部施加電壓的情況下 表現(xiàn)出改變形狀的特性。就此而論，可以將彎張致動器(flextensional
actuator)定義為連接至柔性機械結(jié)構(gòu)上的壓電元件(或壓電元件疊層)， 該柔性機械結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換并放大壓電元件或壓電元件疊層的輸出位移。彎張 構(gòu)件的性能取決于制造彎張構(gòu)件的材料中的剛度分布、以及彎張構(gòu)件的 形狀，因此也取決于結(jié)合結(jié)構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)。
特別是自二十世紀五十年代以來已經(jīng)提出許多種壓電致動器，現(xiàn)在， 本技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員根據(jù)由形狀限定的分類系列來描述這些壓電致 動器(Brigham and Royster， 1969)。最初有五類，但是現(xiàn)在通常接受 的至少有七類。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說公知的是，致動器在設(shè)計上的微 小改變(在外觀上可能大致相同)會使性能產(chǎn)生特別顯著的差異，甚至 可以用于特殊用途。
多層型致動器提供高的發(fā)生力和響應(yīng)速度，但是不能表現(xiàn)出高的位 移。雙壓電晶片型致動器可以表現(xiàn)出高的位移，但卻具有較低的發(fā)生力 和較慢的響應(yīng)速度。對于產(chǎn)生的力仍然足夠的應(yīng)用來說，彎張致動器通 常與多層型壓電元件一起使用，從而以降低驅(qū)動力為代價而增加位移。 Moonie致動器(Newnham， 1991)是具有這樣性能的致動器，S卩，其在某種程度上結(jié)合了多層型致動器和雙壓電晶片型致動器的優(yōu)點。然而，所 報道的Moonie致動器的缺點在于，在商業(yè)生產(chǎn)中，產(chǎn)生彎曲運動的柔性 機械結(jié)構(gòu)(Newnham稱其為"端蓋")及其組裝需要勞動密集的生產(chǎn)過程。
在Dogon等人[9]及授予Newnham等人的美國專利No. 5， 729， 077中， 提出了對Moonie裝置的改進，該改進裝置被描述為"鈸(cymbal)"型 致動器，其具有增加的位移、更大的發(fā)生力以及更為簡單的端蓋設(shè)計。 鈸型致動器包括夾在兩個截頭圓錐體金屬端蓋之間的柱形陶瓷元件。 Dogon等人認為他們設(shè)計的金屬端蓋可以通過壓制而更節(jié)約成本地制造， 并且與相同大小的陶瓷元件相比，鈸型致動器表現(xiàn)出更高的位移。該致 動器的移動機理是彎張運動和轉(zhuǎn)動運動的組合，據(jù)稱，相比于基本Moonie 型致動器或其具有環(huán)形帶槽端蓋的改型致動器，該彎張運動和轉(zhuǎn)動運動 的組合在更寬的部分上提供了更一致的位移。
Dogon等人描述了將各個致動器堆疊在一起，以獲得更高的位移， 他們并且還打算使設(shè)計最小化，然而，這是針對尺寸小到幾厘米的水下
感測裝置而言的，而不是對可制成足夠小以植入中耳中的裝置而言的。已經(jīng)提出了具有基于使用壓電或電磁換能器的致動器的中耳植入物。采用壓電換能器的致動器具有的潛在益處在于，直接從電信號提供機械運動以使聽骨鏈按期望振動。已經(jīng)在不同的構(gòu)造中使用包括由鋯鈦酸鉛(PZT)制成的壓電換能器的致動器，以對受損聽力提供輔助。在日本研發(fā)了基于雙壓電晶片振子 (圖1)的可部分植入的壓電中耳植入物(P-MEI ) [1，2]。該雙壓電晶片振子1具有與雙金屬條帶相似的結(jié)構(gòu)。其具有兩條極性相反的壓電膜2、 4，這兩個膜2、 4粘結(jié)在一起以形成彎曲或雙壓電晶片振子。在附圖標 記6處施加電壓使條帶中的一個條帶變長，而另一個收縮，從而使得單 元彎曲。該振子寬1.4mm、厚0.6mm、長7mra，并且通過支架而錨固在中 耳中的適當部位。由Rion Co. Ltd.(日本)制造的可部分植入的中耳植入物(P-MEI ) 于1993年在日本獲得批準進行拓展性臨床試驗，并且以人體為對象進行 測試。P-MEI (參見圖2)包括外部單元8和內(nèi)部單元10。外部單元8 包括麥克風(fēng)、放大器和初級感應(yīng)線圈。該單元由電池供電，通過電磁感 應(yīng)將放大的電信號傳遞給內(nèi)部的次級感應(yīng)線圈12，次級感應(yīng)線圈12的輸 出端電連接至雙壓電晶片陶瓷振子1，該雙壓電晶片陶瓷振子1通過羥磷 灰石管14與鐙骨頭13直接接觸。該布置需要切除聽骨鏈的其它骨，這 將其應(yīng)用對象限制為不能通過普通中耳外科手術(shù)恢復(fù)的少量具有嚴重中 耳損傷的患者。用于臨床用途的振子元件的最大輸出功率只能補償lkHz 下的50dB的骨傳導(dǎo)損失。因此，P-MErM裝置僅對具有傳導(dǎo)性及混合型聽力損失的患者才有用。在德國開發(fā)了 Implex 中耳植入系統(tǒng)TICA (可全植入通信輔助) [3]。該MEI基于壓電盤彎曲件(bender) 16，如圖3a所示。陶瓷盤彎 曲件具有兩種振動模式，即分別由其材料壓電系數(shù)d31和d33決定的沿 其徑向和厚度方向的振動。由于陶瓷元件18的周長受到支撐金屬元件20 (通常為黃銅板)的限制，因此沒有有效的徑向位移，并且針對沿該方 向的運動而產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)而引導(dǎo)成放大陶瓷盤彎曲件16沿其厚度方向的
位移。這種設(shè)計的較大型號大量用于電話蜂鳴器和鬧鐘之類的物品中。此外，T工CATM裝置具有氣密密封的生物相容殼體22 (圖3b)，壓電陶瓷盤 彎曲件位于該殼體內(nèi)部。振動通過連接在殼體中央?yún)^(qū)域中的機械剛性的 鈦元件24而傳遞至聽骨鏈。致動器具有9. 3mm的直徑，并且還有直徑為 8.5mm的較小型號[4]，兩種型號都具有3mm厚的鈦盤殼體，組裝后的裝 置總質(zhì)量為0. 4g。在鈦盤的外部的中央安裝有直徑為0. 5mm的鈦結(jié)合探針28。在施加 lV(rms)電壓時，空載致動器從250Hz直到大約6kHz的位移大約為60nm。 現(xiàn)有技術(shù)這些裝置的支撐結(jié)構(gòu)都固定在顱骨上，這需要復(fù)雜的外科手術(shù)。 兩種裝置都具有由于顱骨振動以及聽骨鏈的所需振動刺激而引起反饋的 潛在問題。TICATM裝置近來已經(jīng)被棄用。另一類型的可植入電子中耳助聽器基于電磁原理。電磁致動器包括 線圈，電流在該線圈中感應(yīng)出磁通量來驅(qū)動相鄰的磁體。在該"運動磁 體"系統(tǒng)中，磁體連接到中耳的振動結(jié)構(gòu)，而線圈定位在附近，或者在 外耳道內(nèi)，或者通過單獨固定而處于中耳內(nèi)。磁體可以放置在鼓膜、砧 骨或鐙骨上。例如，在授予Hough等人的美國專利No.5,015，225中描述 了這樣的磁系統(tǒng)，其中通過放置在外耳道內(nèi)或顳骨的乳突區(qū)域內(nèi)的發(fā)送 器產(chǎn)生電磁信號，該電磁信號來自由麥克風(fēng)檢測到的聲音。位于聽骨鏈 上或取代部分聽骨鏈的磁體和來自發(fā)送器的輸出同步地振動。在鐙骨上 具有植入磁體的裝置的最新改進已經(jīng)改善了植入物與位于外耳道內(nèi)的模 制組件中的線圈的同軸電磁校準。線圈與磁體之間的距離也已經(jīng)減小到 小于4mm[5]。該中耳植入物(被命名為SOUNDTEC Direct Drive hearing system (SoundTecTM， Oklahoma City, Oklahoma, USA))已經(jīng)經(jīng)歷 了二期臨床試驗[6]。釆用這種磁裝置的優(yōu)點在于，只有磁致動器必須放 置在中耳內(nèi)，但是電磁發(fā)送器必須充分靠近磁體定位，以提供足夠幅度 的振動來適當?shù)卮碳ぢ犛X系統(tǒng)，從而充分地改進聽力。在授予Puria等人的美國專利No. 6,629,922中，發(fā)明人描述了一種 用于可通過外科手術(shù)植入的助聽器的彎張致動器，其中壓電元件布置在 用作彎張放大器的兩個端蓋之間，并且這三個構(gòu)件通過適當?shù)恼澈涎b置而粘合在一起。發(fā)明人將該致動器稱為旁面三角臺型，然而，其符合廣 泛接受的對鈸型致動器的描述；這一點在說明書中的若干部分(例如參照其中圖4F的部分)中得到了承認。發(fā)明人試圖將致動器包在生物相容的材料中以使其與身體隔離。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于設(shè)法提供一種助聽器致動器，該致動器減輕了與 上述公知裝置相關(guān)聯(lián)的問題。本發(fā)明的另一目的在于設(shè)法提供一種致動器，該致動器用于連接至 人體中耳的聽骨以使聽骨產(chǎn)生放大的機械振動，而不需要切除聽骨的任何部分，所述致動器用于放大聲音振動，以提高聽力損失的人們的聽力。 本發(fā)明的又一目的在于提供一種結(jié)合本發(fā)明的致動器的助聽器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用以植入人體中耳的用于助聽器的致動器，該致動器包括具有第一和第二操作端面的大致細長的壓 電構(gòu)件，所述端面相對于該壓電構(gòu)件的縱向軸線大致成直角延伸；以及框架構(gòu)件，該框架構(gòu)件包括至少一個彎張放大器元件，該彎張放大器元 件與第一和第二框架端部成一體，并連接該第一和第二框架端部，所述 第一和第二框架端部在被裝配到所述壓電構(gòu)件上時也相對于該壓電構(gòu)件 的縱向軸線大致成直角延伸，由此所述第一和第二端部與所述壓電構(gòu)件 的第一和第二操作端面接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用以植入人體中耳的用于助聽器的致動器，該致動器用于放大聲音振動，并包括壓電構(gòu)件，該壓電 構(gòu)件包括壓電元件或所述元件的疊層或所述元件的所述疊層的陣列，所 述或每個壓電構(gòu)件都具有第一和第二操作端；以及框架構(gòu)件，該框架構(gòu) 件包括至少一個彎張放大器元件，所述框架構(gòu)件還具有第一和第二端部， 該第一和第二端部與所述彎張放大器元件或放大器元件成一體，—弁相對 于所述彎張放大器元件或放大器元件的主軸線大致成直角布置，從而使 得所述框架構(gòu)件的所述第一和第二端部提供了用于所述壓電構(gòu)件的所述
第一和第二操作端的緊密接收和裝配裝置，所述彎張放大器元件或多個 放大器元件以位移大致垂直于所述壓電構(gòu)件的操作方向的方式而運行； 并且由此形成的組件構(gòu)成了一致動器，該致動器可以通過外科手術(shù)經(jīng)過 耳道且借助于切開并折回的鼓膜而植入中耳內(nèi)；從而，所述致動器可以 用固定裝置固定到人體聽骨鏈的一個或更多個骨上，而無需去除或破壞 任何所述骨的任何部分。本發(fā)明提供了一種用于連接至中耳聽骨鏈的致動器，所述致動器適 于與鐙骨和砧骨接觸，并包括固定裝置，該固定裝置用于固定到所述 鐙骨和所述砧骨中的至少一個上，并形成和布置成在響應(yīng)來自于聲音的 信號而被致動時，所述致動器使所述鐙骨相對于所述砧骨移動，從而提 供對所述聲音信號的放大，以產(chǎn)生這樣的振動級，即，對于所施加的給 定聲級源，該振動級可以超過聽骨鏈在沒有所述致動器的情況下通常會 受到的那些振動級。本發(fā)明的致動器利用這樣的認識，即由于砧鐙關(guān)節(jié)的撓性而可使聽 骨，尤其是鐙骨實現(xiàn)足夠的移動，從而通過將致動器只安裝在聽骨鏈的骨上就可以對聲音進行放大。諸如之前所描述的TICATM裝置的現(xiàn)有技術(shù)裝置通常需要將致動器安裝在顱骨上，以提供固定基座，致動器振動時聽骨相對該固定基座移動。諸如SoimdTec 系統(tǒng)的公知電磁裝置需要電磁發(fā) 送器與聽骨鏈分開地安裝，并且使磁體定位在聽骨鏈上。在這樣的裝置 中，磁體使其連接于其上的聽骨相對于安裝在例如外耳內(nèi)的線圈運動。 相比之下，通過使本發(fā)明的致動器與鐙骨和砧骨接觸，該致動器與這些 骨相結(jié)合，并且在被操作時進行振動，從而主動地使鐙骨和砧骨相對于 彼此移動。本發(fā)明的致動器以這樣的方式操作，即，趨于通過力和位移 將這些骨推開或拉在一起，以產(chǎn)生足夠的放大，從而為中度(41-70dB) 至重度(〉70dB)的感覺神經(jīng)性聽力損失的患者提供有益的聽力補充。另外，與現(xiàn)有技術(shù)裝置(諸如在授予Puria等人的美國專利 No. 6, 629, 922中公開的大部分實施方式)顯著不同的是，在可能必須進 行切除的情況下，這些現(xiàn)有技術(shù)的裝置需要對聽骨的某些部分進行不可 修復(fù)的損壞，從而導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)地喪失任何保留殘余聽力的可能性，.而 根據(jù)本發(fā)明的致動器不需要這樣的不可逆轉(zhuǎn)的外科手術(shù)。優(yōu)選的是，本發(fā)明的致動器包括壓電構(gòu)件，其中，利用壓電元件或 多個壓電元件響應(yīng)于電信號的膨脹或收縮使鐙骨相對于砧骨移動。本發(fā) 明的致動器可包括具有一個或多個壓電元件的壓電構(gòu)件。優(yōu)選的是，對所述壓電構(gòu)件的膨脹或收縮進行機械放大以驅(qū)動鐙骨 相對于砧骨移動。在這樣的實施方式中，致動器包括呈壓電材料元件形式的壓電構(gòu)件、 或形成疊層的多個壓電材料的元件、或呈陣列形式的多個疊層，以及形 成和組裝為單個框架構(gòu)件的機械放大器構(gòu)件，以在其響應(yīng)于電信號而被 致動時放大所述壓電構(gòu)件的膨脹或收縮。優(yōu)選的是，本發(fā)明的機械放大 器是包括一體式框架構(gòu)件的彎張放大器，該框架構(gòu)件由例如鈦的彈性材 料構(gòu)成，并形成有相對于所述彎張放大器大致成直角布置的一體的第一 和第二端部，從而提供用于包圍或容納所述壓電構(gòu)件的第一和第二操作 端和端面的裝置。優(yōu)選的是，對于本發(fā)明來說，呈改變矩形形式的單個框架構(gòu)件具有 長度稍微大于所述壓電構(gòu)件的第一和第二操作端面的尺寸的第一和第二 端部。該框架構(gòu)件具有優(yōu)選彎曲的第一和第二側(cè)面，這些側(cè)面具有與所 述壓電構(gòu)件的縱向尺寸(即，該壓電構(gòu)件的操作端面之間的距離)大致 相似的有效弦長，并用作彎張放大器。從上述內(nèi)容可以知道，所述框架 構(gòu)件的第一和第二端部相對于構(gòu)成所述第一和第二彎張放大器的所述框 架構(gòu)件的所述第一和第二彎曲側(cè)面大致成直角布置。有利的是，所述框架構(gòu)件的所述第一和第二側(cè)的彎張放大器形成和 布置為在形狀上呈弓形，且曲率響應(yīng)于所述壓電構(gòu)件的膨脹或收縮而增 加或減小，所述壓電構(gòu)件的取向決定膨脹或收縮是否使所述彎張放大器 的曲率增加或減少。理想的是，所述壓電構(gòu)件和所述框架構(gòu)件可以通過固定裝置而固定 在一起，該固定裝置可以呈諸如樹脂類粘合劑的粘合裝置的形式，或呈 諸如所述框架構(gòu)件的所述第一和第二端部上的較小折下翼片或所述框架 構(gòu)件的一體的第一和第二端部中的凹部形成的機械裝置的形式。另外，
有利但并非必須的是，所述致動器可設(shè)有殼體涂層或覆蓋裝置，以使其 一個或更多個部分與局部環(huán)境隔離。還有利的是，本發(fā)明的彎張放大器 設(shè)有用于固定裝置的固定連接的基部支撐裝置，該固定裝置可包括例如 通過壓接或通過彈簧夾裝置(這僅僅是實施例)將致動器固定到鐙骨和 砧骨上的夾。通過本發(fā)明的布置，本發(fā)明的致動器框架構(gòu)件僅從一個單一構(gòu)件就 可以提供兩個彎張放大器元件。所述彎張放大器元件通過彎曲而響應(yīng)所 述壓電構(gòu)件(彎張放大器與其結(jié)合)的小的膨脹和收縮，使得致動器產(chǎn)生幅度比只有壓電構(gòu)件的情況下大的位移。以前為了其他的應(yīng)用而與電壓元件一起采用了彎張放大器。本發(fā)明 在用于主要應(yīng)用時，利用了特別小的壓電構(gòu)件和框架構(gòu)件來提供致動器， 該致動器只具有兩個尺寸適于用在中耳內(nèi)并連接至聽骨鏈的主要構(gòu)件， 而無需損壞聽骨鏈的任何部分。作為非限制性實施例，優(yōu)選實施方式的任何尺寸都不超過2. 5mm (在沒有聽骨鏈連接裝置的情況下測量)。優(yōu)選的是，本發(fā)明的壓電構(gòu)件呈壓電材料層的多層疊層或壓電材料 層的疊層陣列的形式。這可以具有的益處在于，當致動器由電信號致動 時，可產(chǎn)生較大的驅(qū)動力和較大的位移。理想的是，所述壓電構(gòu)件具有由例如鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電材料構(gòu) 成的壓電元件，該壓電元件優(yōu)選呈壓電材料的多層疊層的形式。本發(fā)明的致動器可以包括非常小而且還以較低功耗水平操作的壓電 元件、疊層或陣列。它們可以通過耳道和切開并折回的耳膜(鼓膜)而 插入到中耳內(nèi)，這是中耳外科手術(shù)中最簡單最普通的方法。理想的是， 根據(jù)本發(fā)明的非常小的致動器可以連接至聽骨鏈，而無需在手術(shù)過程中 破壞或損壞聽骨鏈的任何部分，從而確保在由于某種原因而表示或需要 移除所植入致動器的情況下不會損失殘余聽力。這與現(xiàn)有技術(shù)裝置是明 顯不同的?？梢酝ㄟ^直接布線至致動器來提供聲音信息信號和電力，其 中電源例如是電池或者諸如電容器的其它蓄電池或存儲裝置。優(yōu)選的是，使用申請人的未決國際專利申請WO 03/063542中公開的 信號和電能傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用來自安裝在外耳道內(nèi)的源的光信號， 以通過中耳內(nèi)的光接收器將聲音信息傳送至致動器，并且在某些情況下 可以向光接收器以及其它電子構(gòu)件提供電能，所述光接收器將光信號轉(zhuǎn) 換成用于致動器的電輸入。所述光接收器可以直接安裝在致動器上或者 可以放置在中耳中其它部位，并通過適當?shù)木€路連接至所述致動器?？梢栽O(shè)想向本發(fā)明的致動器供電的其它手段，例如感應(yīng)耦合。通過 利用來自壓電傳感器或多個傳感器的電信號來操作本發(fā)明的致動器可以 實現(xiàn)無需電池或外部電源的可完全植入的裝置。所述傳感器響應(yīng)于聲音 振動而產(chǎn)生電信號，并位于耳內(nèi)。形成和布置固定裝置來將所述致動器安裝到中耳的鐙骨或砧骨中的 至少一個上?？梢葬娪枚鄠€不同的固定裝置，稍后描述一些優(yōu)選實施方 式。如果所述固定裝置將所述致動器連接至鐙骨或砧骨中的僅一個上， 則將所述致動器固定成使其接觸另一骨，從而與兩個骨相結(jié)合。在所述 致動器運行時，其使鐙骨相對于砧骨移動。優(yōu)選的是，所述固定裝置將所述致動器連接至鐙骨。更優(yōu)選的是， 所述固定裝置包括具有三個支叉的可壓接的彈簧或其它夾裝置，所述三 個支叉中的兩個支叉緊密地裝配在鐙骨頭上，另一支叉裝配在與鐙骨頭 的接合處附近的鐙骨腳結(jié)構(gòu)之間。固定裝置可以用來從下面(底部)接近或從上面(頂部)接近(即p:roach)地將致動器連接至鐙骨。通過第 二固定裝置(諸如包括兩個彈性支叉的可壓接的彈簧或其它夾裝置)連 接至砧骨而提供了與砧骨適當?shù)慕佑|。如果例如通過從上面接近而連接至鐙骨，則在通過可壓接的彈簧或 其它夾裝置將致動器連接至鐙骨時，通過使致動器抵靠砧骨定位就可以 使致動器簡單地接觸砧骨，但是也可以使用諸如第二可壓接的彈簧或其 它夾裝置的第二固定裝置。另選的是，可以利用例如用于連接到鐙骨頭側(cè)面的可壓接的夾裝置 作為固定裝置而從側(cè)面接近地連接至鐙骨，并通過其它可壓接的夾裝置 來連接至砧骨，從而使致動器和鐙骨及砧骨形成良好接觸。在外科手術(shù)實踐中，從側(cè)面接近是優(yōu)選的，因為從其它方向接近時 聽骨周圍的可用空間有限。
優(yōu)選的是，所述固定裝置通過可壓接的夾、彈簧或其它包括適當設(shè) 計和構(gòu)造的夾的夾裝置根據(jù)連接所述致動器的接近方向?qū)⑺鲋聞悠鬟B 接至砧骨和鐙骨。本發(fā)明的致動器的優(yōu)選實施方式包括作為所述壓電構(gòu)件的壓電元件 的多層疊層或多個疊層的陣列。這樣的疊層是公知的，并且可以構(gòu)造成以收縮(d31)或膨脹(d33)模式或這兩種模式的組合來進行操作。該模式可以根據(jù)所述疊層或多個疊層相對于所述機械放大器的取向來限定。在d31模式下，在施加電壓時，元件疊層沿著所述框架構(gòu)件的兩個 端部之間的線的方向收縮，而在d33模式下，在施加電壓時，疊層沿著 所述框架構(gòu)件的兩個端部之間的線的方向膨脹。本發(fā)明的致動器的優(yōu)選實施方式包括壓電構(gòu)件，在該壓電構(gòu)件中， 兩個d31模式的壓電疊層通過呈連接至所述疊層相鄰端的基部支撐件形 式的基部支撐裝置而間隔開，以形成大致縱向的壓電陣列。構(gòu)成所述壓 電構(gòu)件的壓電陣列固定到由彈性材料構(gòu)成的框架構(gòu)件上，該框架構(gòu)件包 括長度比所述壓電陣列大的大致縱向形狀的彎張放大器，所述框架構(gòu)件 設(shè)置在各端處，且一體的第一和第二端部均相對于所述彎張放大器大致 成直角布置，以形成開放設(shè)計的框架構(gòu)件，該框架構(gòu)件通過固定裝置固 定到所述壓電構(gòu)件的第一和第二操作端面，所述彎張放大器具有從該壓 電構(gòu)件向外彎曲的弓形。當所述壓電構(gòu)件被致動而收縮時，所述彎張放 大器的曲率增加，從而沿著大致遠離所述壓電構(gòu)件的方向運動。所述基 部支撐件用于將所述致動器連接至用于將該致動器安裝至所選的聽骨上 的固定裝置。在另一優(yōu)選實施方式中，致動器包括框架構(gòu)件，該框架構(gòu)件設(shè)有均 為大致縱向形狀的雙彎張放大器，并設(shè)有一體的第一和第二端部，該第 一和第二端部均相對于所述雙彎張放大器大致成直角布置，并且所述框 架構(gòu)件的所述一體的第一和第二端均固定在構(gòu)成所述壓電構(gòu)件的縱向壓 電陣列的第一和第二操作端周圍，所述雙彎張放大器以相對的方式定位， 使得在所述壓電構(gòu)件被操作而收縮時，所述雙放大器的主體在它們曲率 增加的同時在彼此大致遠離的方向上運動。該裝置可以帶來的益處在于
所述壓電構(gòu)件的負載對稱，從而避免在陣列中出現(xiàn)會導(dǎo)致多層壓電疊層 斷裂的顯著張應(yīng)力。另一益處在于，通過各所述放大器沿著相反方向的 運動使得所述壓電構(gòu)件的收縮運動在所述雙彎張放大器作用下的放大率 加倍。如果所述雙彎張放大器位于要相對于彼此運動的骨之間，而不是 通過設(shè)有適當連接裝置的基部支撐件將致動器連接至一個骨，并且將也 具有設(shè)有適當連接裝置的基部支撐件的一個彎張放大器連接至另一骨， 則可以利用該加倍的放大率。在另選的優(yōu)選實施方式中，使用d33 (膨脹)壓電疊層或陣列來提 供所述壓電構(gòu)件。在這樣的實施方式中，所述框架構(gòu)件具有單個彎張放大器或可不同構(gòu)造的雙彎張放大器。可包括一個d33疊層或首尾相連放 置的d33疊層的陣列的大致縱向的壓電構(gòu)件組裝到具有一體的第一和第 二端部的框架構(gòu)件，該第一和第二端部均相對于所述單個或雙彎張放大 器大致成直角布置，并且所述框架構(gòu)件的所述一體的第一和第二端中的 每個都固定在縱向壓電構(gòu)件的第一和第二操作端的周圍。在這種情況下，所述單個或雙彎張放大器為朝向所述壓電構(gòu)件彎曲 的弓形，且所述一體的第一和第二端部用作將所述單個或雙彎張放大器 從所述壓電構(gòu)件隔開的分隔件。當所述壓電構(gòu)件被致動而膨脹時，所述 單個或雙彎張放大器的主體的曲率減小，從而從所述壓電構(gòu)件離開。如 果采用雙彎張放大器，則以相對的方式將它們相對于所述框架構(gòu)件的所 述一體的第一和第二端部大致成直角布置，使得當所述壓電構(gòu)件被致動 時，它們沿著相反方向、大致垂直于所述壓電構(gòu)件的縱向軸線地運動。 在該實施方式中，所述基部支撐件可以位于所述壓電構(gòu)件上或位于彎張 放大器上，后一設(shè)計提供的放大率是前一設(shè)計的兩倍。在所述致動器的另一優(yōu)選實施方式中，包括d33 (膨脹)壓電疊層 的壓電構(gòu)件與包括兩個彎張放大器的框架構(gòu)件一起使用，所述彎張放大 器相對于一體的第一和第二端部大致成直角布置?？蚣軜?gòu)件優(yōu)選由鈦或 鈦合金制成。本發(fā)明提供了一種用在中耳植入物中的致動器，所述致動器包括壓 電構(gòu)件和框架構(gòu)件，該框架構(gòu)件提供一個彎張放大器或雙彎張放大器， 該彎張放大器形成并布置成在所述壓電構(gòu)件響應(yīng)于來自聲音振動的信號 而被致動時，對該壓電構(gòu)件的位移進行放大。通常，所述框架構(gòu)件可包括具有單個彎張放大器或雙彎張放大器的 單片彈性材料，所述彎張放大器均基本呈縱向形式，并設(shè)有一體的第一 和第二端部，該第一和第二端部均相對于所述單個彎張放大器或雙彎張 放大器大致成直角布置，且所述框架構(gòu)件的所述一體的第一和第二端中 的每一個都固定在構(gòu)成所述壓電構(gòu)件的壓電疊層的第一和第二操作端周 圍。所述單個放大器或雙放大器可具有彎曲形狀。優(yōu)選的是，當所述壓 電構(gòu)件被致動而膨脹或收縮時，所述壓電構(gòu)件的端部處相對較小的移動 導(dǎo)致通過所述單個彎張放大器或雙彎張放大器的曲率變化而表現(xiàn)出來的 較大移動。該移動優(yōu)選大致垂直于所述壓電疊層的縱向軸線。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種形成致動器的方法，該致動器 用于植入人體中耳內(nèi)的可植入助聽器，該方法包括步驟提供具有第一 和第二操作端面的大致細長的壓電構(gòu)件，所述端面相對于所述壓電構(gòu)件 的縱向軸線大致成直角延伸；提供框架構(gòu)件，該框架構(gòu)件包括至少一個 彎張放大器元件，所述彎張放大器元件與第一和第二框架端部成一體并 使第一和第二框架端部相連，該第一和第二框架端部在被裝配到所述壓 電構(gòu)件上時也相對于該壓電構(gòu)件的縱向軸線大致成直角延伸，從而所述 第一和第二端部與所述壓電構(gòu)件的端面接觸；以及組裝所述壓電構(gòu)件和 所述框架構(gòu)件。優(yōu)選的是，所組裝的致動器可用外科手術(shù)經(jīng)過耳道并借助于切開并 折回的鼓膜而植入到中耳內(nèi)。與US 6， 629， 922中的Puria等人的裝置明顯不同的是，本發(fā)明的框 架構(gòu)件的彎張放大器結(jié)構(gòu)并不是固定地連接至第一或第二平面，而是與 第一和第二端部成一體，從而提供了用于將所述框架構(gòu)件分別固定到壓 電構(gòu)件的第一和第二端的固定裝置。這具有將構(gòu)件的最小總數(shù)從三個減 少到兩個并且將放大器元件減少到一個(通過使放大器元件總是與框架 構(gòu)件成一體)的效果。本發(fā)明的框架構(gòu)件中的一體的第一和第二端部的 結(jié)合可以顯著地改進所述致動器的結(jié)構(gòu)整體性，這是因為不能依靠粘合
劑來保持致動器的功能性；在可植入裝置的情況下這尤其重要。在本發(fā)明中還基本消除了在授予Puria等人的US 6,629,922中公開的存在潛在 困難的必須步驟，即用粘合劑進行組裝。另外，在本發(fā)明的所有實施方 式中都避免了在授予Puria等人的US 6, 629， 922中的大多數(shù)實施方式中 所公開的需要破壞部分聽骨鏈的步驟。


在如下參照附圖示出的一些實施方式的詳細描述中將清楚本發(fā)明的 其它優(yōu)選特征和優(yōu)點，在附圖中圖1是可部分植入中耳的現(xiàn)有技術(shù)植入物P-MErM的雙壓電晶片換能器的示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的P-MEITM的視圖；圖3a是在現(xiàn)有技術(shù)的TICA 中耳植入物中使用的陶瓷盤壓電元件的 示意圖；圖3b是與聽骨結(jié)合的位于耳內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)TICA"裝置的視圖；圖4a表示本發(fā)明的致動器，該致動器包括具有呈d31構(gòu)造的兩個壓 電疊層的陣列的壓電構(gòu)件以及具有雙彎張放大器的框架構(gòu)件；圖4b表示本發(fā)明的致動器，該致動器包括具有兩個壓電疊層的陣列 的壓電構(gòu)件和包括單個彎張放大器的框架構(gòu)件；圖5a和圖5b表示由本發(fā)明的彎張放大器提供的機械放大；圖6表示壓電材料層的操作；圖7a表示在本發(fā)明的致動器中使用的d33壓電疊層；圖7b和圖7c示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的致動器的兩個實施方式，所述致動器包括采用d33疊層的壓電構(gòu)件；圖8a和圖8b表示本發(fā)明的致動器的兩個其它實施方式；圖9a和圖9b表示本發(fā)明的致動器的優(yōu)選實施方式的兩個視圖，該致動器具有用于從下面(底部)接近而連接至聽骨鏈的連接和安裝裝置； 圖IO表示具有用于從上面(頂部)接近而連接至聽骨鏈的連接和安裝裝置的另一優(yōu)選實施方式； 圖lla、圖lib和圖lie表示具有根據(jù)本發(fā)明的兩個致動器的實施 方式的三個視圖，所述致動器具有用于從上面接近而連接至聽骨鏈的連接和安裝裝置；圖12a、圖12b.和圖12c表示本發(fā)明的單個致動器的實施方式，該致動器具有用于連接至砧骨長腳的連接和安裝裝置；圖13a和圖13b表示本發(fā)明的致動器的優(yōu)選實施方式，該致動器具有用于從側(cè)面接近而連接至聽骨鏈的連接和安裝裝置；圖14以圖表示本發(fā)明的致動器的位移放大，該致動器采用基于PZT 的壓電疊層并包括本發(fā)明的彎張放大器。
具體實施方式
1.基于d31多層的致動器現(xiàn)在對圖4中示出的基于多層的小型致動器30進行簡單描述。為了 清晰起見，未示出用于將致動器連接至聽骨的固定裝置和用于提供聲音 信息信號和電能的裝置。圖4a表示致動器30，該致動器30對由壓電構(gòu)件37產(chǎn)生的位移進 行放大，該壓電構(gòu)件37具有形成壓電陣列的兩個多層的壓電疊層34、36。 框架構(gòu)件35包括雙彎張放大器38、 40，該雙彎張放大器38、 40設(shè)有一 體的第一和第二端部42、 44，該第一和第二端部42、 44相對于彎張放大 器38、 40大致成直角布置，并分別位于壓電構(gòu)件37的第一和第二端面 41、 43處?？蚣軜?gòu)件35優(yōu)選由聽力植入物行業(yè)廣泛使用的材料-醫(yī)用鈦(ASTM F67)制成(參見hUp:〃ww.kurzmecl.co)?？梢酝ㄟ^簡單參照圖5a而 看到多層疊層34、 36的取向，其中d31收縮方向沿著壓電構(gòu)件37的長 軸。當壓電構(gòu)件37操作并收縮時，雙彎張放大器38、 40通過曲率增加 的彎曲而起到將較小位移Ax (疊層長度的收縮)機械放大為較大軸向延 伸量Ay的作用。也由鈦制成的基部支撐件46用于安裝疊層34、 36并支 撐壓電構(gòu)件37。如圖5a所示，在該布置中的壓電疊層的長度的減少增加 了剛度并降低了在壓縮負載下彎曲的趨勢。另外，可以根據(jù)給定尺寸的
致動器所需的位移大小選擇基部支撐件46的長度，從而減小壓電構(gòu)件37的總長度。此外，可以選擇基部支撐件46的長度，以改變壓電構(gòu)件37 的長度，使得可以控制其電容量，從而可以控制其電流消耗。圖4b示出了致動器30的結(jié)構(gòu)變型例32，其具有基本類似于框架構(gòu) 件35的框架構(gòu)件45，但只設(shè)有單個彎張放大器38。該更為緊湊的設(shè)計 同樣具有易于組裝至壓電構(gòu)件37和易于安裝至聽骨鏈的益處。借助位移的機械放大取決于框架構(gòu)件45的單個彎曲的彎張放大器 38的結(jié)構(gòu)，尤其是其剛度、厚度及其曲率。簡單參照圖5a和圖5b，圖 5a和圖5b表示單個彎張放大器結(jié)構(gòu)和雙彎張放大器的操作原理，可以看 出高度h與長度L 一起根據(jù)G= (L)/h確定了放大倍數(shù)或增益[9]。因此， 放大器38的起拱中點(最高點)處的最大位移Ay和軸向合力F3可推算 為Ay=GAx，并且F3二F1/G，其中Fl為來自一個多層疊層的橫向(收 縮)力。例如，在圖4a和圖4b所示的結(jié)構(gòu)中，假定L-lmm，并且h=0. 2mm， 則該機械結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的位移放大倍數(shù)為壓電構(gòu)件37單獨位移的5倍。為了產(chǎn)生所需的收縮力和位移，可以采用多層壓電材料的d31疊層， 圖6示出了單層壓電材料2是如何起作用的。在厚度方向(在圖6中表 示為"軸3")上施加電壓U，該電壓U使得沿著厚度方向產(chǎn)生機械膨脹 △t，而沿著垂直方向(在圖6中表示為"軸l")產(chǎn)生收縮量AL。作為一設(shè)計實施例，利用公式At二d33U和AL-d31U (L/t)(其 中系數(shù)d33和d31來自材料PZT-5H或Navy Type VI)可計算出，具有尺 寸為L-lmm、 t=25ixm、 W=0. 6mm的活動構(gòu)件的單層壓電材料2在1伏 電壓下產(chǎn)生位移AL-12.8nm (以及At-O. 65nm)。該裝置具有大約12mN的阻滯力(剛度=0. 93N/y m)以及大約0. 8nF 的電容量。多層壓電材料的疊層會提供增加的剛度(提供更高的驅(qū)動能 力)，但是由于隨著具有多層而相關(guān)聯(lián)地增加了電容量也會消耗更多的電 能。例如，6層的疊層會產(chǎn)生AL=12. 8nm (At^6^K).65二3. 9nm)，阻 滯力F-72mN，以及電容量C二4.8nF。假定機械放大倍數(shù)為5 (G二5)， 則這種致動器的彎張放大器在施加1伏的電壓下會產(chǎn)生位移Ay=5*12. 8nm=64nm，驅(qū)動力F3 = 72/5 = 14. 4禮，并具有僅僅4. 8nF的電容 量。這比報道的TICAT"性能好，還具有小得多的結(jié)構(gòu)。 2.基于d33多層的致動器在圖7b中，示意性地示出了致動器50，該致動器50包括壓電構(gòu)件 57和框架構(gòu)件55，該壓電構(gòu)件57具有兩個更緊湊且潛在更強的d33多 層疊層54、 56的陣列(簡單參照圖7a亦可見)?；恐渭?6在疊層 54、 56之間布置在陣列57內(nèi)。由于d33疊層產(chǎn)生膨脹，因此框架構(gòu)件 55的雙彎張放大器58、 60均具有朝向壓電構(gòu)件57彎曲的向內(nèi)指向的弓 形。彎張放大器58、 60與框架構(gòu)件55的一體的第一和第二端部62、 64 成一體，并相對于該第一和第二端部62、 64大致成直角布置。框架構(gòu)件 55的一體的第一和第二端部62、 64分別與壓電構(gòu)件57的第一和第二端 面61、 63牢固接觸地布置。工作原理和放大估計方法與以上參照致動器 30、 32和圖5所描述的類似。
在圖7c中示意性地示出了一優(yōu)選實施方式，該實施方式利用了基于 多層d33 PZT疊層或多個疊層的致動器可以用更小的位移產(chǎn)生更大力的 特性。在該實施方式中，致動器70包括具有單個疊層的壓電構(gòu)件74和 框架構(gòu)件75。框架構(gòu)件75設(shè)有雙彎張放大器78、 80，每個彎張放大器 都具有形成朝向壓電構(gòu)件74彎曲的內(nèi)向指向的弓形?？蚣軜?gòu)件75還具 有相對于彎張放大器78、80大致成直角布置的一體的第一和第二端部82、 84?？蚣軜?gòu)件75的一體的第一和第二端部82、 84分別與壓電構(gòu)件74的 第一和第二端面81、 83牢固接觸地布置。有利的是，在該實施方式中， 基部支撐件86布置在其中一個彎張放大器(例如彎張放大器78)之上的 位置處，而不是如先前參照附圖7b所描述的實施方式中那樣，在壓電構(gòu) 件57內(nèi)或布置在壓電構(gòu)件57周圍。在該后一布置中，與兩個外部骨質(zhì) 部件(例如聽骨鏈的砧骨或鐙骨)的固定點之間的相對運動因而是基部 支撐件(例如基部支撐件66)安裝在壓電構(gòu)件(例如壓電構(gòu)件57)之上或之中的安裝系統(tǒng)的幅度的兩倍。
舉例來說，多層疊層的端部整體尺寸為0.9mmX0.4mm，且疊層高度 為2咖，有效壓電端尺寸為0.4,X0.3腿，每個壓電層厚度為30um， 51
層壓電材料可以在施加IV (rms)電壓時產(chǎn)生大約15nm的位移Ax，并且 產(chǎn)生89rnN的阻滯力和大約5nF的電容量。已經(jīng)利用包括PZT疊層的壓電 構(gòu)件設(shè)計并制造了根據(jù)本發(fā)明的致動器，該PZT疊層具有大致如在上文 中剛剛描述的特性。 機械放大器設(shè)計圖8a和圖8b表示本發(fā)明的其它兩個實施方式。已利用與上文中剛 剛描述的單元大致相同的壓電構(gòu)件對其性能進行了設(shè)計計算。在圖8a的可行示例性實施方式中，致動器90具有總體長度為2. 4mm 的框架構(gòu)件95，該框架構(gòu)件95包括雙彎張放大器98、 100以及相對于彎 張放大器98、 100大致成直角布置的一體的第一和第二端部102、 104。 框架構(gòu)件95形成為在包括疊層的壓電構(gòu)件的2mm高度上和周圍提供壓配 合，為了清晰起見未在圖8a中示出該疊層。在圖8b所示的另一可行示例性實施方式中，致動器110設(shè)計成通過 使框架構(gòu)件115具有更長的長度L而增加位移，由此提供更長的雙彎張 放大器118、 120。這是通過分別為一體的各第一和第二端部122、 124引 入一體的第一和第二結(jié)構(gòu)延伸部123、 125而實現(xiàn)的，由此可以使整體長 度增加至3mm但基本不超過3mm。雙彎張放大器118、 120的壁厚優(yōu)選為 大約0. 05mm。在該實施方式中使用了與圖8a實施方式的相同的具有2mm 高度的壓電構(gòu)件，為了清晰起見在圖8b中省略了該壓電構(gòu)件。利用計算機建模和設(shè)計工具(ProMectianica FEA analysis and simulation),對于所施加的IV (rms)電壓，這些實施方式的初始特征 為對于圖8a的致動器90來說，疊層(壓電構(gòu)件)位移15nm被框架構(gòu) 件95的雙彎張放大器98、 100放大了 7倍，而對于圖8b的致動器110 來說，來自該示例中使用的同一疊層(壓電構(gòu)件)的15nm位移被框架構(gòu) 件115的雙彎張放大器118、 120放大了八倍，從而提供了超過100nm的 輸出位移。對于圖8b的實施方式，驅(qū)動力(反作用力)大約為10mN，共振頻 率大約為10kHz。組裝后的致動器的整體質(zhì)量小于9mg，壓曲力比PZT產(chǎn) 生的88mN的力大1550倍。這些實施方式的致動器90、 110還具有高線
性的放大響應(yīng)。從下面(底部)接近而安裝/連接至聽骨鏈圖9a以示意形式表示本發(fā)明的致動器130的優(yōu)選實施方式的第一視 圖，該致動器130具有框架構(gòu)件135，該框架構(gòu)件135包括兩個彎張放大 器138、 140以及兩個一體的第一和第二端部142、 144。各端部142、 144 相對于彎張放大器138、 140大致成直角布置，并被加厚以提供與圖8b 的實施方式的框架構(gòu)件115的端部122、 124的延伸部123、 125等同的 結(jié)構(gòu)。 一體的第一和第二端部142、 144也分別設(shè)有第一和第二凹部147、 149，所述凹部147、 149容納以框架構(gòu)件135的空腔139中的壓配件的 形式包括d33疊層的壓電構(gòu)件134。雙彎張放大器138、 140均分別設(shè)有 基部支撐件146、 148?？蚣軜?gòu)件135的整體長度稍小于2.5mm，并且雙 彎張放大器138、 140的大體壁厚為大約0. 05mm。根據(jù)本發(fā)明的框架構(gòu)件 可以通過電火花加工或激光切割的公知工藝來制成。第一基部支撐件146 固定地連接至呈鐙骨夾131形式的鐙骨連接裝置，該鐙骨夾131的形狀 大致為具有三個支叉(tine) 131a、 131b、 131c的可壓接的安裝叉，包 括用于將致動器130連接至人體聽骨鏈的鐙骨的連接及安裝裝置。圖9b表示通過鐙骨夾131安裝至聽骨鏈上的致動器130，且支叉 131a、 131b可以壓接在鐙骨頭部13a上，而支叉131c保持在鐙骨腳13b、 13c之間。為了清晰起見省略了壓電構(gòu)件134。理想的是可以將呈砧骨夾 (未示出)形式的砧骨連接裝置設(shè)置成固定地連接至基部支撐件148，以 在第二基部支撐件148和砧骨15之間進行連接，從而為致動器130的操 作提供必要接觸。為了清晰起見省略了連接至電源/信號源的裝置。在使 用中，致動器130利用砧鐙關(guān)節(jié)17的柔性而操作，使得鐙骨13相對于 砧骨15運動。鐙骨夾131可優(yōu)選地以鈦或鈦合金制成，或者由利用超彈 性特性或形狀記憶特性的形狀記憶合金制成。由于整體質(zhì)量小于10mg，從而本發(fā)明優(yōu)選實施方式使得聽骨鏈所負 擔的質(zhì)量較小，并且與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比非常有利。例如，Gan等人[8] 發(fā)現(xiàn)，22. 5mg的SoundTecTM植入物在lkHz到8kHz的頻率范圍內(nèi)使鐙骨 位移減少僅2.6dB。從上面(頂部)接近而安裝/連接至聽骨鏈圖10以示意形式表示另一優(yōu)選實施方式的細節(jié)，在該實施方式中，致動器130通過鐙骨夾131和砧骨夾132連接至聽骨鏈，如上文參照圖 9a和圖9b剛剛所描述的那樣。致動器130通過鐙骨夾131安裝至鐙骨 13，并且用砧骨夾132安裝至砧骨15。鐙骨夾131和砧骨夾132可優(yōu)選 以鈦或鈦合金制成，或由利用超彈性特性或形狀記憶特性的形狀記憶合 金制成。另選的是，不使用砧骨夾132，并且可選地通過設(shè)置連接至第二 基部支撐件148的板(未示出)而使致動器130定位成與砧骨15結(jié)合接 觸。圖lla、 lib和lie表示根據(jù)本發(fā)明的具有兩個致動器150、 150a的 實施方式的三個視圖。在該實施方式中，致動器150、 150a連接至鐙骨 13。致動器150、 150a構(gòu)造為呈平行狀態(tài)并由共用的鈦基部支撐件166 支撐。共用的鈦基部支撐件166例如通過諸如鐙骨夾151這類適當?shù)膴A 連接裝置有效地夾到鐙骨頭13a上，并由砧骨15支撐。鐙骨夾151可以 優(yōu)選地由鈦或鈦合金制成，或者由利用超彈性特性或形狀記憶特性的形 狀記憶合金制成。通過這些裝置，致動器150、 150a緊緊地結(jié)合到鐙骨 13上部結(jié)構(gòu)的兩個鐙骨腳13b、 13c上，從而確保良好的振動能量傳遞。 可以使光檢測器或其它遙測系統(tǒng)接收器19與所述裝置集成，以提供用于 向致動器150、 150a遙控供電和用于接收聲音信息信號的裝置。該設(shè)計的優(yōu)點在于，其沿著鐙骨自然運動的作用線對稱地剌激鐙骨 上部結(jié)構(gòu)的兩個鐙骨腳。與具有單個致動器的設(shè)計相比，設(shè)置兩個致動 器150、 150a還可以提供增加的功率。在砧骨長腳處安裝/連接至聽骨鏈圖12a、 12b和12c示意性地表示單個致動器170安裝在砧骨15后 的實施方式的細節(jié)。致動器170通過夾172固定至砧骨15。通過結(jié)合件 171實現(xiàn)與鐙骨腳13b、 13c的結(jié)合，該結(jié)合件布置在鐙骨頭13a周圍并 被桿176偏壓向鐙骨腳13b、 13c。與圖11中所示的實施方式相同，該布 置提供了沿著鐙骨運動的作用線的振動。砧骨夾172、結(jié)合件171和桿176可優(yōu)選由鈦或鈦合金制成；砧骨
夾172也可以由利用超彈性特性或形狀記憶特性的形狀記憶合金制成。 從側(cè)面接近而安裝/連接至聽骨圖13a和圖13b不按比例地示出其中致動器190具有框架構(gòu)件195 的優(yōu)選實施方式的兩個示意圖，該框架構(gòu)件195與上文中參照圖9a和9b 詳細描述的致動器130的框架構(gòu)件135基本類似。致動器190也具有壓 電構(gòu)件，該壓電構(gòu)件與上文中參照圖9a和圖9b詳細描述的致動器130 的壓電構(gòu)件134 (包括單個d33疊層)基本類似，并作為牢固的壓配件安 全地接收在框架構(gòu)件195的空腔199的凹部207、 209內(nèi)。為了清晰起見， 在圖13a和圖13b中都省略了該壓電構(gòu)件。圖13a示出了用于從側(cè)面將致動器190連接至鐙骨13和砧骨15的 連接裝置，該連接裝置呈鐙骨夾191和砧骨夾192的形式。由于聽骨周 圍的空間有限，從側(cè)面接近可能是優(yōu)選的?？蚣軜?gòu)件195設(shè)有固定地連 接至鐙骨夾191的第一基部支撐件206，該鐙骨夾191的形狀大致為具有 兩個支叉191a、 191b的可壓接的安裝叉，該安裝叉包括用于將致動器190 連接至鐙骨13的連接和安裝裝置?？蚣軜?gòu)件195還設(shè)有固定連接至砧骨 夾192的第二基部支撐件208，該砧骨夾的形狀也大致為具有兩個支叉 192a、 192b的可壓接的安裝叉，該安裝叉包括用于將致動器190連接至 砧骨15的連接和安裝裝置?？蚣軜?gòu)件195結(jié)合有彎張放大器198、 200 以及相對于彎張放大器198、 200大致成直角布置的一體的第一和第二端 部202、 204，第一和第二端部202、 204通過分別設(shè)置凹部207、 209而 適于提供用于在框架構(gòu)件195的空腔199內(nèi)容納和緊固壓電構(gòu)件的裝置。圖13b示出了致動器190,該致動器190通過鐙骨夾191和砧骨夾 192安裝至聽骨鏈，該鐙骨夾具有壓接至鐙骨頭13a上的支叉191a、 191b， 該砧骨夾192具有壓接到砧骨15上的支叉192a、 192b。鐙骨夾191和砧骨夾192可優(yōu)選由鈦或鈦合金制成，或者由利用超 彈性特性或形狀記憶特性的形狀記憶合金制成。該優(yōu)選實施方式的有利之處在于，通過簡單地將壓電構(gòu)件的第一和 第二操作端牢固壓配到框架構(gòu)件195的空腔199的凹部207、 209中來可 靠地組裝致動器190。 一旦組裝好，壓電構(gòu)件就會一直趨于運動從而即使
不結(jié)合到框架構(gòu)件195上也維持該組件。因此，致動器190為固有穩(wěn)定 的組件。應(yīng)理解，鐙骨夾和砧骨夾可以是包括呈彈簧夾形成的彈簧裝置的另 選設(shè)計，該彈簧夾優(yōu)選由鈦或鈦合金制成，或由利用超彈性特性或形狀 記憶特性的形狀記憶合金制成。未示出用于將壓電構(gòu)件緊固在框架構(gòu)件中的另選裝置，因為在d33實施方式中它們并不通常認為是必要的，但是可以采用它們來增強裝置的穩(wěn)定性。然而，在d31模式的實施方式中，這樣的另選固定裝置可以 包括使用適當?shù)恼澈蟿┗蛱峁┱巯乱砥?在制造時形成)，并布置在一體 的第一和第二端部外周周圍的適當位置處。也可以設(shè)想其它連接裝置， 例如利用柔性絲線。應(yīng)理解，當使用d33壓電構(gòu)件時，如上所述，利用了如下特性，即 壓電構(gòu)件在通過電信號而被致動時膨脹，使其在移動期間壓靠框架構(gòu)件， 從而無需使用補充緊固裝置(除了所公開的在該新穎框架構(gòu)件中設(shè)置凹 部之外)。通過現(xiàn)有技術(shù)的致動器(例如授予Puria等人的US6，629，922 中所公開的致動器，這些致動器依賴于剪切加載的粘結(jié)緊固組件)不可 能實現(xiàn)對在挑戰(zhàn)性環(huán)境(例如用于植入到人體)中使用的致動器結(jié)構(gòu)整 體性的這一關(guān)鍵增強。應(yīng)理解，用于本發(fā)明的致動器的聲音信息信號和電能可以通過直接 布線到致動器而提供，電源例如可以是電池或其它蓄電池或諸如電容器 的存儲裝置。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的致動器可以設(shè)有殼體、涂層或覆蓋裝置， 以使其一個或多個部件與局部環(huán)境隔離。殼體裝置可以呈適當?shù)慕饘倩?塑料殼或膜的形式。致動器測試結(jié)果圖14以曲線圖表示了對于本發(fā)明致動器的實驗測試結(jié)果，其中尺寸 和其它特性參見以上公開的計算。壓電疊層本身在施加IV峰-峰電壓時 產(chǎn)生大約8. lnm的位移。其中安裝裝置大致如圖IO所示布置(但是沒有 砧骨夾)的致動器輸出位移由于共振而在高達lkHz時為38. 5nm (增益=
4.75)，高達8kHz時平均位移達46. 3nm (增益=5. 7)，高達20kHz時為 62.8腿(增益=7.75)。在鼓膜處以90dB SPL的聲音刺激時鐙骨正常位 移在到達lkHz之前為大約20nm，并隨著頻率升高而降低。盡管具體地參照了有限數(shù)量的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)清楚，在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情 況下，可以對本發(fā)明進行改變和修改。
權(quán)利要求
1、一種用于助聽器的致動器，該致動器用于植入人體中耳內(nèi)，所述致動器包括具有第一和第二操作端面的大致細長的壓電構(gòu)件，所述端面相對于該壓電構(gòu)件的縱向軸線大致成直角延伸；以及包括至少一個彎張放大器元件的框架構(gòu)件，該彎張放大器元件與第一和第二框架端部成一體并連接該第一和第二框架端部，該第一和第二框架端部在被裝配到所述壓電構(gòu)件時也相對于該壓電構(gòu)件的縱向軸線大致成直角延伸，從而所述第一和第二端部與所述壓電構(gòu)件的第一和第二操作端面接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述壓電構(gòu)件以d33膨脹 模式操作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述壓電構(gòu)件以d31收縮 模式操作。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的致動器，其中，所述框架構(gòu) 件包括兩個彎張放大器元件，每個彎張放大器元件與所述框架構(gòu)件的所 述第一和第二端部成一體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的致動器，其中，所述一個或多個彎張放大器元件具有指向所述壓電構(gòu)件彎曲的大致弓形形狀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的致動器，其中，所述一個或 多個彎張放大器元件具有背向所述壓電構(gòu)件彎曲的大致弓形形狀。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的致動器，其中，所述壓電構(gòu) 件包括一個或多個壓電元件的疊層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的致動器，其中，具有用于連接裝置的 用來將所述致動器連接和固定到所述聽骨鏈的所述骨上的支撐和安裝裝 置的基部支撐件被設(shè)置成固定地安裝在所述框架構(gòu)件的所述至少一個彎 張放大器元件中的一個或多個彎張放大器元件之上。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至8所述的致動器，其中，所述壓電構(gòu)件包括所 述壓電元件的疊層的陣列，并且所述疊層通過設(shè)置基部支撐件而彼此分 開布置，該基部支撐件具有用于連接裝置的用來將所述致動器連接并固 定到所述聽骨鏈的所述骨上的支撐和安裝裝置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的致動器，其中，設(shè)置了兩個所述基部支 撐件，所述基部支撐件分別固定地安裝在所述框架構(gòu)件的兩個所述彎張 放大器中的各彎張放大器之上。
11、 根據(jù)權(quán)利要求i至io所述的致動器，其中，所述框架構(gòu)件的所述一體的第一和第二端部的厚度與所述彎張放大器的壁厚基本相同。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的致動器，其中，所述框架構(gòu)件的所述一體的第一和第二端部的厚度基本大于所述彎張放大器的壁厚。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1至12所述的致動器，其中，所述框架構(gòu)件的所 述一體的第一和第二端部均設(shè)有凹部，該凹部的尺寸和形狀確定為構(gòu)成 了用于所述壓電構(gòu)件的所述第一和第二操作端的接收和固定裝置。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1至12所述的致動器，其中，所述框架構(gòu)件的所述一體的第一和第二端部均設(shè)有折下翼片，從而所述折下翼片的折下構(gòu) 成了用于形成所述壓電構(gòu)件的所述第一和第二操作端的接收和固定裝置 的裝置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1至14所述的致動器，其中，所述框架構(gòu)件的所 述一體的第一和第二端部均通過呈適當粘合裝置形式的固定裝置固定到 所述壓電構(gòu)件的所述第一和第二操作端。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的致動器，其中，所述致動器由適當?shù)墓怆姍z測器裝置供電。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的致動器，其中，所述致動器由適當遙測裝置供電。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的致動器，其中，所述致動器由適當 的電池供電。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的致動器，其中，所述致動器由適當?shù)母袘?yīng)線圈供電。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1至15所述的致動器，其中，所述致動器由諸如 電容器的存儲裝置供電。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1至20所述的致動器，其中，所述致動器通過連 接結(jié)合裝置結(jié)合至所述聽骨鏈的所述骨中的至少一個骨上。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的致動器，其中，所述連接結(jié)合裝置呈可 壓接的夾的形式；
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的致動器，其中，所述連接結(jié)合裝置呈彈 簧夾的形式。
24、 根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一項所述的致動器，其中，所述連接結(jié)合裝置布置在砧鐙關(guān)節(jié)周圍。
25、 根據(jù)權(quán)利要求21至24所述的致動器，其中，所述連接結(jié)合裝置由鈦或鈦合金制成。
26、 根據(jù)權(quán)利要求21至24所述的致動器，其中，所述連接結(jié)合裝置由利用形狀記憶特性的形狀記憶合金制成。
27、 根據(jù)權(quán)利要求21至24所述的致動器，其中，所述致動器通過由利用超彈性特性的形狀記憶合金制成的連接結(jié)合裝置來結(jié)合。
28、 根據(jù)權(quán)利要求1至27所述的致動器，其中，所述致動器設(shè)有殼體裝置，以使其構(gòu)件中的一個或多個與局部環(huán)境隔離。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的致動器，其中，所述殼體裝置呈殼或膜的形式。
30、 根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的致動器，其中，所述殼體裝置由 塑料制成。
31、 根據(jù)權(quán)利要求1至27所述的致動器，其中，所述致動器設(shè)有涂 層裝置，以使其構(gòu)件中的一個或多個與局部環(huán)境隔離。
32、 根據(jù)權(quán)利要求1至27所述的致動器，其中，所述致動器設(shè)有覆蓋裝置，以使其構(gòu)件中的一個或多個與局部環(huán)境隔離。
33、 根據(jù)權(quán)利要求1至32所述的致動器，其中，在使用中，通過所述致動器利用所述砧鐙關(guān)節(jié)的柔性的操作，可使鐙骨相對于砧骨運動。
34、 一種用于助聽器的致動器，該致動器用于植入到人體中耳內(nèi)以 放大聲音振動，該致動器包括壓電構(gòu)件，該壓電構(gòu)件包括壓電元件或所述元件的疊層或所述元件的所述疊層的陣列，所述或各壓電構(gòu)件具有第一和第二操作端；以及框架構(gòu)件，所述框架構(gòu)件包括至少一個彎張放大器元件，所述框架 構(gòu)件還具有第一和第二端部，該第一和第二端部與所述彎張放大器元件 或多個放大器元件成一體并相對于所述彎張放大器元件的主軸線大致成 直角布置，使得所述框架構(gòu)件的所述第一和第二端部提供用于所述壓電 構(gòu)件的所述第一和第二操作端的緊密接收和裝配裝置，所述彎張放大器 元件或多個放大器元件以位移大致垂直于所述壓電構(gòu)件的操作方向的方式而運行；并且由此形成的組件構(gòu)成了一致動器，該致動器可以用外科手術(shù)經(jīng)過耳 道且借助于切開且折回的鼓膜而植入到中耳內(nèi)；從而所述致動器可以用固定裝置而固定到人體聽骨鏈中的一個或多個骨 上，而無需去除或損壞任何所述骨的任何部分。
35、 一種形成用于助聽器的致動器的方法，該致動器用于植入人體中耳內(nèi)，該方法包括如下步驟提供具有第一和第二操作端面的大致細長的壓電構(gòu)件，所述端面相對于該壓電構(gòu)件的縱向軸線大致成直角延伸；提供包括至少一個彎張放大器元件的框架構(gòu)件，該彎張放大器元件 與第一和第二框架端部成一體并連接該第一和第二框架端部，該第一和 第二框架端部在被裝配到所述壓電構(gòu)件上時也相對于該壓電構(gòu)件的縱向 軸線大致成直角延伸，從而所述第一和第二端部與所述壓電構(gòu)件的第一 和第二操作端面接觸；以及組裝所述壓電構(gòu)件和所述框架構(gòu)件。
36、 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，組裝了的致動器可以通過外科手術(shù)經(jīng)過耳道并借助于切開且折回的鼓膜而植入到中耳內(nèi)。
37、 一種通過外科手術(shù)植入根據(jù)權(quán)利要求1至34中任一項所述的致 動器的方法，該方法包括通過耳道和切開且折回的耳膜將所述致動器插 入到中耳內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種聽力植入物。本發(fā)明所涉及的致動器用于植入人體中耳內(nèi)的可植入助聽器。該致動器包括具有第一和第二操作端面(41，43)的大致細長的壓電構(gòu)件(34，36)，所述端面相對于所述壓電構(gòu)件的縱向軸線大致成直角延伸。本發(fā)明還提供了一種框架構(gòu)件，該框架構(gòu)件包括至少一個彎張放大器元件(32)，該彎張放大器元件與第一和第二框架端部(42，44)成一體并連接該第一和第二框架端部，該第一和第二框架端部當被裝配到所述壓電構(gòu)件上時也相對于該壓電構(gòu)件的縱向軸線大致成直角延伸，從而該第一和第二端部與所述壓電構(gòu)件端面接觸。
文檔編號A61F2/18GK101128172SQ200680005709
公開日2008年2月20日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者埃里克·威廉·艾貝爾, 王志鋼 申請人:森深醫(yī)藥有限公司