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为解决全植入式听力系统中植入式麦克风的难题,研究人员开展了将浮动质量传感器(FMT)反向用作麦克风的研究。结果显示 FMT 在全频率范围有可用的信噪比,但频率特性非线性,1500 - 2000Hz 灵敏度最高。这为全植入式听力系统发展带来新可能。
在听力康复领域,人工耳蜗早已成为治疗耳聋和重度听力损失的标准手段。然而,目前市场上获批的人工耳蜗系统均为部分植入式,全植入式听力系统虽有着诸多诱人优势,比如能让使用者持续佩戴,包括夜间或特殊条件下(如佩戴头盔时),提供不间断的听觉支持,显著提升生活质量,但却一直未能广泛应用。其中关键的阻碍就是植入式麦克风的研发难题。植入式麦克风不仅要具备生物相容性、密封性能良好,其大小和形状要便于耳外科手术放置,而且音质必须能与外部麦克风相媲美。多年来,众多研究团队不断探索,尝试在不同位置放置植入式麦克风,如乳突、皮下、外耳道后壁等,也尝试了多种技术原理,但始终未能开发出可用于临床的中耳植入式麦克风。
在此背景下,德国维尔茨堡大学附属医院耳鼻咽喉头颈外科以及 Stefan Kaulitz 医生诊所的研究人员 Stefan Kaulitz、Carolina K?stler、Kristen Rak 等开展了一项极具创新性的研究。他们聚焦于 Vibrant Soundbridge?(MED - EL 公司产品)中的浮动质量传感器(Floating Mass Transducer,FMT),探究其反向用作麦克风的可行性。该研究成果发表在《HNO》杂志上。
研究人员主要采用了两种关键技术方法。一是构建实验模型,他们制作了一个简化的鼓膜 - 外耳道模型,外耳道用聚丙烯 / 聚乙烯注射器模拟,选择 2ccm 作为外耳道容积,符合人类耳朵模拟器的通用标准;鼓膜使用天然皮革,通过橡胶环固定。二是进行信号测量,将 Direct Drive Simulation(DDS)测试振荡器中的 FMT 与模型鼓膜耦合,利用线性调频刺激信号(100Hz 至 10kHz)分析频率响应,使用 1kHz、94dB SPL 的正弦音测定灵敏度,信号通过外部声卡采集并经 Matlab 处理。
研究结果如下:
- 设备稳定性:在整个测量过程中,耳塞在人工外耳道中的位置以及 FMT 与模拟鼓膜的耦合均保持稳定,未出现位移,实验装置的所有硬件和软件组件均正常运行。
- 灵敏度和信噪比:使用 1kHz、94dB SPL 的正弦音测定 FMT 麦克风的灵敏度,得到输出电压为 51μVeff,相当于 - 26dB(re 1mPa),信噪比(SRA)为 79.3dB。
- 频率响应:通过 100Hz 至 10kHz 的线性调频刺激信号测试发现,FMT 的频率响应呈非线性,在 1500 - 2000Hz 之间灵敏度最高,在此频率范围外,随着频率降低或升高,幅度均下降。
研究结论表明,FMT 原则上可作为麦克风使用。在鼓膜 - 外耳道模型测试中,它虽有非线性的接收特性和较低的灵敏度,但在 0.5 - 6kHz 的语言相关频率范围内,有着可观的信噪比。如果能在植入物中通过相应的声音处理来弥补其低灵敏度和非线性的问题,FMT 作为中耳麦克风将具有很大的应用潜力。
该研究的意义重大。它为全植入式听力系统的发展开辟了新方向,让人们看到了利用 FMT 解决植入式麦克风难题的希望。不过,目前研究还存在一定局限性,如鼓膜 - 外耳道模型的振动特性与自然情况存在差异。后续还需进一步在岩骨模型上进行研究,更精确地确定 FMT 的频率响应、灵敏度和本底噪声,为全植入式听力系统的最终实现奠定更坚实的基础。