声波转介质跨神经传导技术与产业开发研究报告

汪勇

一、国内听障人士基本状况

我国目前有大约2780万听障人士,居各类残疾第二,听障影响最大的首先是聋哑儿童听障严重影响了他们对社会的认知和学习成年后的听障人士则面临就业与婚姻的双重压力;同时随着中国进入老龄化社会,大量的老龄人口出现听力开始衰减,最终必须依赖听障辅助设备以获得足够的听觉补偿。

听障给学龄儿童带来的最大困难就是很难加入普通学校接受教育,最后不得不进入特殊教育学校接受教育,这样的教育经历会使听障儿童难以融入社会,难以适应未来的社会生活,会给听障儿童造成心理障碍,从而加剧社会疏离感,最终导致听障儿童只在极有限的同类听障人群中寻求沟通与认同,无法获得广泛的社会信息。

听障给成年人带来的首要问题是就业难目前经济模式下,企业对员工的要求都比较苛刻,要求能够适应瞬息万变的信息社会,良好的言语沟通能力,而听障人由于自身所存在的障碍,使得在就业方面无法完全满足企业的需求。国家鼓励企业吸收一定比例的听障人士给予安置残疾人就业的企业各种优惠,但这只能使企业被动吸收听障人士。给予听障人一定的帮扶是必要的,但是听障人士更需要的是能够向正常人一样拥有双向选择权,听障人人士对自尊、自信、自强和平等的渴求远远大于对社会福利的渴求成年听障人士面临的第二个问题是婚姻问题,听障人士由于缺乏正常人的口头言语沟通能力,只能在听障人群中去寻找配偶,从而导致他们的下一代具有很高的先天听障风险。

听障给老龄人口带来的首要问题是社会适应力随听力的衰退而迅速衰退。由于听力的衰退,老龄人口的人际沟通开始变得困难,社会的敏锐度开始下降,社会生活逐渐压缩到家庭内部,晚年生活质量明显下降。龄听障人士面临的第二个主要问题是人生安全问题,由于机体反应下降,户外的老龄听障人士或独居的老龄听障人士在面临突发事件时往往来不及做出必要的反应,从而导致不幸事件的发生。

 

二、听障辅助设备历史沿革

在目前的医学领域中,听觉系统中传音、感音及其听觉传导通路中的听神经和各级中枢发生病变,引起听功能障碍,产生不同程度的听力减退,统称为耳聋。

根据病变部位的不同主要分为三类:传导性耳聋、神经性耳聋和混合性耳聋。生于外耳道、中耳的传导声音部分的耳聋是传导性耳聋;发生于内耳、听神经和听觉中枢的感音和神经部分的耳聋是感音性耳聋;在传导部分和感觉神经部分都有异常的耳聋是混合性聋。

在实际生活中,大多数的耳聋患者根据其病因采用药物、手术等治疗方法或者通过佩戴助听器,植入式听觉装置等都能够取得一定的康复效果,其中重度以上感音神经性耳聋的患者一般只能采用植入式听觉装置的方法获得听力。植入式听觉装置包括振动声桥、骨锚式助听器、人工耳蜗和听觉脑干植入。

    振动声桥是把声音转化为机械振动,并传送到中耳结构(如听骨链)或直接传送到内耳,从而产生听觉。振动声桥包括体外部分和植入部分,体外部分叫做音频处理器,包括麦克风、电池和电子装置,植入部分包括内部线圈、磁体、导体连线和浮动式传感器(FMT)。电子装置把声音转换为信号,信号穿过皮肤传递至内部线圈,线圈将信号通过导线传至FMT,与中耳砧骨连接的FMT把信号转化为振动直接驱动砧骨并放大其自然运动,听骨振动,产生听觉。振动声桥适用于中度到重度的感音神经性耳聋。

骨锚式助听器是通过增强骨传导将外界的声音传入内耳,绕过了外耳道和中耳。骨锚式助听器包括三部分:钛合金植入体、外部桥接装置和声音处理器。通过手术将钛合金植入体植入后与颅骨融合,声音处理器将声音振动通过外部桥接装置传导到钛合金植入体,振动装置产生的振动通过颅骨传入内耳,最终刺激听神经,产生听觉。骨锚式助听器适用于中重度感音神经性耳聋。

人工耳蜗是将声音转换为一定编码形式的电信号,通过植入体内的电极系统直接刺激听神经来恢复、提高及重建聋人的听觉功能。人工耳蜗包括体外装置和体内植入装置两部分,体外装置采集语音信号并转换为电信号,电信号经过特殊的数字化处理,按照特定的语音处理策略编码,通过载在耳后的无线发射线圈传送到体内植入装置,体内植入装置的接收线圈接收到信号后,经过解码芯片解码,使植入耳蜗的电极阵列产生具有声音特征的电流,直接刺激听神经产生听觉。人工耳蜗适用于有听神经残留的重度到极重度的感音神经性耳聋。

听觉脑干植入是将刺激电极放于患者的脑干(耳蜗核),越过耳蜗和听神经直接刺激脑干的听神经核团而产生听觉。听觉脑干植入装置包括体内和体外两部分:体内部分与人工耳蜗装置相似,包括植入电极、刺激/接收器,只是电极的形状和数量不同。体外部分与人工耳蜗装置一样,包括磁力线圈、方向性麦克风、言语处理器。听觉脑干植入适用于由于听神经病变、缺失或损伤导致的极重度儿聋。

从以上描述可以看出,针对重度以上的感音神经性耳聋,无论采用上述哪种治疗方法,都必须通过手术植入,有创伤,风险大,费用高,由于体内装置需要长期植入人体内,必然对体内装置的性能有特殊要求,使得整个听声设备的成本增高,售卖价格昂贵。

为解决以上技术问题,现有技术中出现了一些听声装置,中国专利公开号为1593361的发明公开了一种变压式皮肤听声器,包括麦克风以及与麦克风的信号输出端相连接的音频放大器,还包括与音频放大器相连接的电源,音频放大器的输出端与升压装置的输入端相连接,升压装置的输出端又与平面电极的输入端相连接,升压装置将音频放大器输出的声音电流信号转化为交流电压的声音电流信号,并升压至5V以上。使用时,麦克风把外部的声音信号转化为电流信号,升压装置将普通的电流信号升压,然后通过平面电极刺激皮肤,将电流的振荡信号通过皮肤传给大脑。根据该发明所述的技术方案,进行具体实施,实施对象无论是双耳耳聋患者还是单耳极重度感音神经性耳聋患者,患者都不能通过该技术方案获得听觉,达不到该发明所述的技术效果,而且该方案与人类早期研究方案高度相似,没有根本性的突破。早在1790年,意大利人Volt用两根金属小棒插入自己双侧外耳道,在两根金属小棒间接通约50V电压的电流。当接通的一瞬间有头部受打击感,随之听到一种类似沸煮的声音。1930年,韦弗(E.G.Wever)布雷(C.W.Bray发现,来自猫听神经区域的电反应具有与自然声音相似的性质。与此同时,俄国科学家研究了交流电刺激对听觉的作用他们发现,交流电可以产生听觉,也可以听懂语言,但是他们的结果仅限于听觉正常或有一些残余听力的人

 

三、声波转介质跨神经传导神经原理推测

声波转介质跨神经传导研究在总结了前人研究的基础上提出了信号皮层间传递的假设。基本方式是将声波的震动能转化为同频同振幅的电脉冲信号,脉冲发生端在人体外耳道上的表皮摩擦(或振动),通过这样的摩擦,局部的末梢神经能够产生与脉冲发生端相同频率的神经冲动,经耳大神经将这种脉冲信号传递至咽喉神经,咽喉神经又将同频神经冲动信号投射到大脑皮层的咽喉区及味觉区,咽喉区和味觉区紧邻听觉区。试验中笔者利用对外耳道的皮肤进行脉冲状态下的摩擦,诱发神经冲动,经耳大神经生物传导,由于单纯的电刺激无法在所有神经元之间进行信号传导,这种摩擦电传导过程能够使仅依赖化学传导的神经元之间实现信号传导,并且能够保留前神经元的频率特征,使由电脉冲信号诱发并放大振幅的相同频率的生物脉冲信号经由皮下的耳大神经传递至大脑皮层的咽喉与味觉区。根据实验,笔者认为咽喉区与味觉区所获得的声波特征的脉冲信号极有可能横向传递至听觉区,从而使听障人士获得听觉感受。

如图:

 

四、声波转介质跨神经传导电子设计方案

基于上述神经通道的假设本项目提供一种针对听神经受损的重度感音神经性耳聋患者,利用新的生物传导方式,将声音信号传导给大脑的听觉皮层,从而达到真正辨析语音的助听效果的皮肤听声装置及基于该装置的听声方法。

为实现以上技术目的,笔者的第一种技术方案是:

    设计一种皮肤听声装置,包括用于将声音信号转换为音频电信号的麦克风、用于将音频电信号转换为同频同振幅电脉冲信号的第一转换单元、用于输出电脉冲信号的脉冲输出端和电源,所述脉冲输出端包括正、负电极,所述麦克风、第一转换单元和脉冲输出端依次串接,所述电源为第一转换单元供电,还包括开关和用于驱动脉冲输出端的电极振动的振动摩擦单元,所述电源、开关和振动摩擦单元依次串接,所述脉冲输出端的至少一个电极与振动摩擦单元串接,所述脉冲输出端的电极在使用时接触皮下有耳大神经的皮肤表层。图一

    使用时,声音信号经过麦克风、第一转换单元、脉冲输出端的依次传递转换为同频同振幅的电脉冲信号由电极输出,皮肤表层感受到电脉冲信号刺激,控制开关,导通电源和振动摩擦单元,振动摩擦单元驱动脉冲输出端的至少一个电极振动,振动的电极摩擦皮下有耳大神经的皮肤表层。在电极刺激皮肤表层的作用下,耳大神经接收到脉冲输出端的电脉冲信号,然后释放相同频率的生物脉冲弱信号,在电极摩擦皮肤表层的作用下,耳大神经释放的相同频率的生物脉冲信号得到振幅放大,耳大神经将放大后的生物脉冲信号传递给咽喉神经,咽喉神经再将生物脉冲信号投射到大脑的咽喉与味觉皮层,咽喉与味觉皮层横向传递到听觉皮层,产生听觉。

该技术方案的优点是:结构简单,利用皮肤导电作用实现了声波电脉冲信号与神经生物脉冲信号的转换,并利用动能(电极摩擦皮肤表层)作用将转换的神经生物脉冲信号的振幅放大,听声效果佳;制作成本低廉,便于产业化应用;不需要手术植入人体,对患者无创伤,风险小,费用低,使用方便。

    第一转换单元包括信号放大电路、功率放大电路、升压电路和CPU增益控制电路,所述信号放大电路、功率放大电路和升压电路依次串接,所述CPU增益控制电路与功率放大电路并接,所述信号放大电路、功率放大电路、升压电路和CPU增益控制电路均由电源供电;所述转换单元能够将音频电信号完整的转换成同频同振幅的电脉冲信号输出,并且增益可调。

为实现同样的技术目的,笔者还设计了第二种技术方案为:

    皮肤听声装置,包括用于将声音信号转换为音频电信号的麦克风、用于将音频电信号转换为同频同振幅电脉冲信号的第一转换单元、用于输出电脉冲信号的脉冲输出端和电源,所述脉冲输出端包括正、负电极,所述麦克风、第一转换单元和脉冲输出端依次串接,所述电源为第一转换单元供电,还包括用于驱动脉冲输出端的电极振动的振动摩擦单元和用于将音频电信号转换为驱动振动摩擦单元的电信号的第二转换单元,所述麦克风、第二转换单元和振动摩擦单元依次串接,所述电源为第二转换单元供电,所述脉冲输出端的至少一个电极与振动摩擦单元串接,所述脉冲输出端的电极在使用时接触皮下有耳大神经的皮肤表层。

    使用时,声音信号经过麦克风、第一转换单元、脉冲输出端的依次传递转换为同频同振幅的电脉冲信号由电极输出,皮肤表层感受到电脉冲信号刺激,与此同时声音信号经过麦克风、第二转换单元的依次传递转换为电信号,作为振动摩擦单元的电源,振动摩擦单元工作,驱动脉冲输出端的至少一个电极振动,振动的电极摩擦皮下有耳大神经的皮肤表层。在电极刺激皮肤表层的作用下,耳大神经接收到脉冲输出端的电脉冲信号,然后释放相同频率的生物脉冲弱信号,在电极摩擦皮肤表层的作用下,耳大神经释放的相同频率的生物脉冲信号得到振幅放大,耳大神经将放大后的生物脉冲信号传递给咽喉神经,咽喉神经再将生物脉冲信号投射到大脑的咽喉与味觉皮层,咽喉与味觉皮层横向传递到听觉皮层,产生听觉。

    该技术方案除具有第一种技术方案的优点外,还具有以下优点:

振动摩擦单元为自动启动模式,只要有声音信号输入,振动摩擦单元就会驱动电极振动,不需要在感受到电脉冲信号刺激的前提下手动控制开关开启振动摩擦单元。

    第一转换单元包括信号放大电路、功率放大电路、升压电路和CPU增益控制电路,所述信号放大电路、功率放大电路和升压电路依次串接,所述CPU增益控制电路与功率放大电路并接,所述信号放大电路、功率放大电路、升压电路和CPU增益控制电路均由电源供电;所述第一转换单元能够将音频电信号完整的转换为同频同振幅的电脉冲信号输出,并且增益可调。

第二转换单元包括放大电路和整流电路,所述放大电路和整流电路依次串接,所述放大电路和整流电路均由电源供电;所述第二转换单元能够将音频电信号转换为驱动振动摩擦单元的电信号,达到为振动摩擦单元供电的效果。

基于第一种技术方案的听声方法,具体步骤包括:

    步骤A:麦克风接收声音信号并将其转换为音频电信号输出到第一转换单元;

    步骤B:第一转换单元将接收到的音频电信号转换为与声音信号同频同振幅的电脉冲信号输出到脉冲输出端;

    步骤C:脉冲输出端的电极输出电脉冲信号,皮肤表层感受到电脉冲信号刺激;

    步骤D:闭合开关,导通电源和振动摩擦单元,电源为振动摩擦单元供电,振动摩擦单元驱动脉冲输出端的至少一个电极振动,振动的电极摩擦皮下有耳大神经的皮肤表层;

    步骤E:在电极刺激皮肤表层的作用下,耳大神经接收到脉冲输出端的电脉冲信号,然后释放相同频率的生物脉冲弱信号,在电极摩擦皮肤表层的作用下,耳大神经释放的相同频率的生物脉冲信号得到振幅放大,耳大神经将放大后的生物脉冲信号传递给咽喉神经,咽喉神经再将生物脉冲信号投射到大脑的咽喉与味觉皮层,咽喉与味觉皮层横向传递到听觉皮层,产生听觉。

从以上描述可以看出,该听声方法具备以下优点:

听声过程利用皮肤导电作用实现了声波电脉冲信号与神经生物脉冲信号的转换,并利用动能(电极摩擦皮肤表层)作用将转换的神经生物脉冲信号的振幅放大;

与骨传导振动听声方法的区别:骨传导的振动过程是按声音频率进行振动的,这种振动传递到耳蜗淋巴液从而使耳蜗神经产生动作电位,从而产生听觉,对于听神经受损的听障人士,骨传导助听装置意义不大;本技术方案中脉冲输出端电极的振动频率没有输入的声音信号的声波频率特征,而是利用振动对皮肤产生摩擦,诱发生物传导,由于单纯的电刺激无法在所有神经元之间进行信号传导,这种摩擦电传导过程能够使仅依赖化学传导的神经元之间实现信号传导,并且能够保留前神经元的频率特征,使由电脉冲信号诱发并放大振幅的相同频率的生物脉冲信号经由皮下的耳大神经并最终传递至大脑的听觉皮层,从而产生听觉,对听神经受损的耳聋患者依然有效;

与其他皮肤传导方式听声方法的区别:本技术方案不仅能够实现皮下神经同频生物脉冲信号的产生,而且这种经过摩擦产生的同频生物脉冲信号比其他方法产生的生物脉冲信号要强很多倍,满足大脑皮层不同功能区之间的间接横向传导的能量需求,对听障人士意义重大。

基于第二种技术方案的听声方法,具体步骤包括:

    步骤A:麦克风接收声音信号并将其转换为音频电信号分别输出到第一转换单元和第二转换单元;

    步骤B:第一转换单元将接收到的音频电信号转换为与声音信号同频同振幅的电脉冲信号输出到脉冲输出端,同时第二转换单元将接收到的音频电信号转换为驱动振动摩擦单元的电信号,为振动摩擦单元供电;

    步骤C:脉冲输出端的电极输出电脉冲信号,皮肤表层感受到电脉冲信号刺激,同时振动摩擦单元驱动脉冲输出端的至少一个电极振动,振动的电极摩擦皮下有耳大神经的皮肤表层;

    步骤D:在电极刺激皮肤表层的作用下,耳大神经接收到脉冲输出端的电脉冲信号,然后释放相同频率的生物脉冲弱信号,在电极摩擦皮肤表层的作用下,耳大神经释放的相同频率的生物脉冲信号得到振幅放大,耳大神经将放大后的生物脉冲信号传递给咽喉神经,咽喉神经再将生物脉冲信号投射到大脑的咽喉与味觉皮层,咽喉与味觉皮层横向传递到听觉皮层,产生听觉。 

该听声方法除具有前面所述的第一种听声方法的优点外,还具有以下优点:

听声过程,不需要手动开启振动摩擦单元,皮肤表层的电脉冲刺激和摩擦同步产生,使用更方便。

综上所述,本设计结构简单,利用皮肤导电作用实现了声波电脉冲信号与神经生物脉冲信号的转换,并利用动能(电极摩擦皮肤表层)作用将神经生物脉冲信号的振幅放大,听声效果佳;制作成本低廉,便于产业化应用;不需要手术植入人体,对患者无创伤,风险小,费用低,使用方便;听声方法明显区别于骨传导振动听声方法和其他皮肤传导方式听声方法。

 

 

 

图1

 

图一:皮肤听声装置1,包括用于将声音信号转换为音频电信号的麦克风(1)、用于将音频电信号转换为同频同振幅电脉冲信号的第一转换单元(2)、用于输出电脉冲信号的脉冲输出端(3)和电源(4,所述脉冲输出端(3)包括正、负电极,所述麦克风(1)、第一转换单元(2)和脉冲输出端(3)依次串接,所述电源(4)为第一转换单元(2)供电,其特征在于:还包括开关(5)和用于驱动脉冲输出端(3)的电极振动的振动摩擦单元(6),所述电源(4)、开关(5)和振动摩擦单元(6)依次串接,所述脉冲输出端(3)的至少一个电极与振动摩擦单元(6)串接,所述脉冲输出端(3)的电极在使用时接触皮下有耳大神经的皮肤表层。

 

 

 

 

图2

图二:皮肤听声装置2,其特征在于:所述第一转换单元(2)包括信号放大电路(7)、功率放大电路(8)、升压电路(9)和CPU增益控制电路(10),所述信号放大电路(7)、功率放大电路(8)和升压电路(9)依次串接,所述CPU增益控制电路(10)与功率放大电路(8)并接,所述信号放大电路(7)、功率放大电路(8)、升压电路(9)和CPU增益控制电路(10)均由电源(4)供电。

 

五、声波转介质跨神经传导方案实施方式

结合图1,详细说明本设计的第一个具体实施例。

    如图1所示,皮肤听声装置,包括用于将声音信号转换为音频电信号的麦克风1、用于将音频电信号转换为同频同振幅电脉冲信号的第一转换单元2、用于输出电脉冲信号的脉冲输出端3和电源4,所述脉冲输出端3包括正、负电极,所述麦克风1、第一转换单元2和脉冲输出端3依次串接,所述电源4为第一转换单元供电,还包括开关5和用于驱动脉冲输出端的电极振动的振动摩擦单元6,所述电源4、开关5和振动摩擦单元6依次串接,所述脉冲输出端3的一个电极与振动摩擦单元6串接。

更具体地,所述第一转换单元2包括信号放大电路7、功率放大电路8、升压电路9和CPU增益控制电路10,所述信号放大电路7、功率放大电路8和升压电路9依次串接,所述CPU增益控制电路10与功率放大电路8并接,所述信号放大电路7、功率放大电路8、升压电路9和CPU增益控制电路10均由电源4供电。

使用时,患者佩戴皮肤听声装置,佩戴位置为:与振动摩擦单元6串接的电极接触皮下有耳大神经的皮肤表层,另一个电极也接触皮肤表层(皮下有无耳大神经均可),两个电极之间确保有足够的距离形成回路,避免产生人体难以承受的电刺激。常态下,电源4供电,但开关5处于断开状态,有声音信号时,麦克风1接收声音信号并将其转换为音频电信号传输给第一转换单元2,第一转换单元2将接收到的音频电信号转换为同频同振幅的电脉冲信号并传输给脉冲输出端3,脉冲输出端3的电极输出电脉冲信号刺激皮肤表层,感受到刺激后,手动闭合开关5,导通电源4和振动摩擦单元6,电源4为振动摩擦单元6供电,振动单元6驱动脉冲输出端3的一个电极振动,振动的电极摩擦皮下有耳大神经的皮肤表层。在电极刺激皮肤表层的作用下,耳大神经接收到脉冲输出端的电脉冲信号,然后释放相同频率的生物脉冲弱信号,在电极摩擦皮肤表层的作用下,耳大神经释放的相同频率的生物脉冲信号得到振幅放大,耳大神经将放大后的生物脉冲信号传递给咽喉神经,咽喉神经再将生物脉冲信号投射到大脑的咽喉与味觉皮层咽喉与味觉皮层紧邻听觉皮层,咽喉与味觉皮层所获得的声波特征的生物脉冲信号横向传递至听觉皮层,从而使耳聋患者获得听觉感受。

结合图2,详细说第二个具体实施例。

    如图2所示,皮肤听声装置,包括用于将声音信号转换为音频电信号的麦克风1、用于将音频电信号转换为同频同振幅电脉冲信号的第一转换单元2、用于输出电脉冲信号的脉冲输出端3和电源4,所述脉冲输出端3包括正、负电极,所述麦克风1、第一转换单元2和脉冲输出端3依次串接,所述电源4为第一转换单元2供电,其特征在于:还包括用于驱动脉冲输出端3的电极振动的振动摩擦单元6和用于将音频电信号转换为驱动振动摩擦单元6的电信号的第二转换单元11,所述麦克风1、第二转换单元11和振动摩擦单元6依次串接,所述电源4为第二转换单元11供电,所述脉冲输出端3的一个电极与振动摩擦单元6串接。

    更具体地,所述第一转换单元2包括信号放大电路7、功率放大电路8、升压电路9和CPU增益控制电路10,所述信号放大电路7、功率放大电路8和升压电路9依次串接,所述CPU增益控制电路10与功率放大电路8并接,所述信号放大电路7、功率放大电路8、升压电路9和CPU增益控制电路10均由电源4供电;所述第二转换单元11包括放大电路12和整流电路13,所述放大电路12和整流电路13依次串接,所述放大电路12和整流电路供电13均由电源4供电。

使用时,患者佩戴皮肤听声装置,佩戴位置为:与振动摩擦单元串接的电极接触皮下有耳大神经的皮肤表层,另一个电极也接触皮肤表层(皮下有无耳大神经均可),两个电极之间确保有足够的距离形成回路,避免产生人体难以承受的电刺激。麦克风1将接收到的声音信号转换为音频电信号,并分别传输给第一转换单元2和第二转换单元11,第一转换单元2将接收到的音频电信号转换为同频同振幅的电脉冲信号并传输给脉冲输出端3,脉冲输出端3的电极输出电脉冲信号,同时第二转换单元11将接收到的音频电信号转换为能够驱动振动摩擦单元6的电信号,振动摩擦单元6工作,驱动脉冲输出端3的一个电极振动。这时,皮肤表层就会感受到两个电极发出的电脉冲信号刺激和其中一个电极的振动摩擦。在电极刺激皮肤表层的作用下,耳大神经接收到脉冲输出端的电脉冲信号,然后释放相同频率的生物脉冲弱信号,在电极摩擦皮肤表层的作用下,耳大神经释放的相同频率的生物脉冲信号得到振幅放大,耳大神经将放大后的生物脉冲信号传递给咽喉神经,咽喉神经再将生物脉冲信号投射到大脑的咽喉与味觉皮层咽喉与味觉皮层紧邻听觉皮层,咽喉与味觉皮层所获得的声波特征的生物脉冲信号横向传递至听觉皮层,从而使耳聋患者获得听觉感受。

以上两种方式具体实施时,也可采用脉冲输出端的两个电极均与振动摩擦单元串接的方式,这样两个电极均能振动。使用时,患者佩戴皮肤听声装置,佩戴位置为:一个电极接触皮下有耳大神经的皮肤表层,另一个电极也接触皮肤表层,但皮下有无耳大神经均可,两个电极之间确保有足够的距离形成回路,避免产生人体难以承受的电刺激。

无论采用哪种实施方式,具体实施时都应把脉冲输出端3的电脉冲信号控制在合适的范围,电流太小听声效果不佳,电流太大皮肤会有刺痛感;电极的振动频率也应控制在合适的范围,避免引起人体不适。

设计方案尤其适用于6岁以下的儿童耳聋患者,由于人在幼龄阶段,大脑各功能区之间处于形成期,听声系统尚未完全成熟,通过佩戴本这种皮肤听声装置,可以持续激活大脑的听觉皮层,保持其对声音信号的分析和解码功能,在短时间内就可建立完整的听声系统。

 

六、声波转介质跨神经传导方案实验记录

以下为使用本设计方案所进行的一组实验情况:

实验装置:脉冲输出端只有一个电极能够振动的皮肤听声装置;

实验对象:成年听障人士;

          听力情况:左耳极重度听力损失,右耳正常;

          耳聋性质:感音神经性聋。

实验说明:实验用的脉冲频率为C调倍频程的一组音叉的纯音转化的脉冲信号,即C=64Hz、c=128Hz、c1=256Hz、c2=512Hz、c3=1024Hz、c4=2048Hz、c5=4096Hz。

实验在以往实验的基础上进行了七个周期的一百多次实验,最终确定声波转介质跨神经传导设计方案能够产生听觉

实验结果:实验时,脉冲输出端能够振动的电极紧贴在左耳耳大神经的皮肤表层,另一个电极紧贴在身体皮肤表层的任何部位。在电极发出电脉冲信号,并且其中一个电极振动摩擦的情况下,志愿者主观体验到大脑内左侧出现与脉冲频率对应的声音信号。由于志愿者右耳完全正常,实验过程中对志愿者右耳进行了屏蔽和非屏蔽的对比测试,志愿者对比左耳脉冲音质与右耳气导音质,主观感觉音质接近相同,左耳七个脉冲组都出现了对应的声音感知。

综上所述,本设计结构简单,利用皮肤导电作用实现了声波电脉冲信号与神经生物脉冲信号的转换,并利用动能(电极摩擦皮肤表层)作用将神经生物脉冲信号的振幅放大,听声效果佳;制作成本低廉,便于产业化应用;不需要手术植入人体,对患者无创伤,风险小,费用低,使用方便;听声方法明显区别于骨传导振动听声方法和其他皮肤传导方式听声方法。

 

七、国内国际产业基本状态与市场前景

目前市场上为听障人士提供的辅助设备主要为空气传导型和骨传导型(俗称“助听器),重度、重度耳聋听障人士则只能选择人工耳蜗。

虽然少数国内企业具备生产和研发空气传导型和骨传导型助听器的能力,但市场上占据主导地位的仍是少数几家国际知名品牌,分别瑞士峰力助听器、丹麦奥迪康助听器丹麦瑞声达助听器、西门子助听器我国拥有独立知识产权和品牌的助听器企业则是凤毛麟角

如果我国企业在助听器领尚有一席之地的话,针对极重度耳聋听障人士的人工耳蜗领域则几乎是零,唯一的一家国内自主知识产权人工耳蜗企业是杭州的“惠耳人工耳蜗,该企业因技术水平不够高,产品质量低于国际知名品牌导致市场占有率极低。目前的人工耳蜗市场几乎为少数几家国际厂商所垄断,听障人士能够选择的范围很小,且价格非常昂贵,一只人工耳蜗的售价大概在15—20万元之间,大多数普通家庭难以承受,还不包括昂贵的后期培训费用。

面对庞大的市场需求,昂贵的价格和少数国际大企业的知识产权垄断。能为我国听障人士减轻经济压力,保障听觉补偿质量的唯一途径是实现听障康复的技术原理突破,打破知识产权垄断,实现中国两千多万听障人士的康复梦想。无锡立聪堂助听器售卖店的帮助下本项目对目前的听障人士进行了社会调查,并得到如下成果:

1、听障人士的构成

(1)目前听障人士以老龄人口为主,且基本上是神经性耳聋;

(2)其他年龄段的听障人士也以神经性耳聋为主;

(3)新生儿先天性耳聋也集中表现为神经性耳聋。

2、影响听障人士对助听设备需求的要素:

(1)听损程度。只有听损程度达到影响生活、妨碍人生安全的时候,我国的听障人士才会考虑购买助听设备。

(2)言语沟通的需求程度。对言语沟通的需求程度也是促使听障人士购买助听设备的关键因素,言语沟通迫切、乐于融入普通社会的心态等都是听障人士的选择要素。

(3)经济能力。购买听障设备的关键基础还在于是否具备一定的经济能力,对于轻度一下的耳聋听障人士来说选择面会广一些,因为产品的种类和价格都比较适中大部分轻度耳聋听障人士都能够获得良好的听觉补偿。而对于重度、极重度耳聋的听障人士则只能借助于人工耳蜗,价格和选择空间就非常窄,效果也不尽如人意。

(4)老龄人口的子女态度,未成年人的父母态度。老龄化社会的一个显著特点是大量的老龄人口听力水平开始下降,子女的态度与需求是老龄人口是否选择助听设备的关键,随着中国经济的高速发展,大量的中国家庭具备为老龄听障人士配备价格适中的助听设备,帮助老龄听障人士获得良好的晚年生活。相对于老龄人口子女的支持力度,未成年听障人士的父母则往往竭尽所能为自己的孩子佩戴尽可能好的助听设备,体现了父母的前瞻性思考。

完成了听障人士的构成与需求模式之后,项目团队还进一步研究了国家在听障人士康复与就业上的政策导向。具体成果如下:

1、教育部特殊教育学校暂行规程(1998年12月2日教育部令第1号发布)第一章第五条明确表述“…初步掌握补偿自身缺陷的基本方法,身心缺陷得到一定程度的康复…”。该条框表明了补偿手段需要听障人士的主观能动参与,目前市场上的任何一款听障辅助设备都无法取代正常耳朵的能力,而且听障时间越长,康复难度越大、周期也越长。声波转介质跨神经传导技术研究能够帮助重度极重度耳聋以下人士获取一定程度的听觉补偿即便如此年龄越大、丧失听觉时间越长,听障人士需要付出的主观努力也就越大,新技术必然伴随新的培训方案与训练方法

2、第三章第二十八条“…,有针对性地进行康复训练,提高训练质量。要指导学生正确运用康复设备和器具该条框表明了国家在培训听障人士方面的具体要求,不仅要根据不同的听障状况研究康复计划,还要保障培训质量,教会听障人士如何保养和正确使用听障辅助设备。本项目针对性地开发培训软件,特别注重设备安全与人体的舒适度。

3、第六章第五十一条“…学校应建立学生健康档案,每年至少对学生进行一次身体检查;注重保护学生的残存功能。 该条款表明任何康复手段都不能以牺牲现有残余能力为代价,目前的听障辅助设备中,导型和骨导型都不会损害听障人士残存功能,这些设备只对轻度以下的听障人士有比较好的听觉补偿效果,重度极重度以上的听障人士则只有依靠人工耳蜗这一种手段了,而人工耳蜗在手术过程中常常无法保障对残存功能的妥善保存。本研究项目不仅能够使重度极重度耳聋的听障人士获得听觉补偿,能够在不损害听障儿童现有残存功能的前提保障听觉效果

除了对儿童有特别的要求之外,国家对成年的听障人士也给予了极大的关心。中共中央组织部等7部门关于促进残疾人按比例就业的意见[残联发〔2013〕11号]第(十)条“加强培训提高残疾人就业能力,是促进残疾人按比例就业的基础。各地要贯彻落实《关于加强残疾人职业培训促进就业工作的通知》(残联发〔2012〕15号)精神,下大力气抓好残疾人职业培训。…”本研究项目致力于提高听障人士的人际言语沟通能力和声讯识别能力能够从源头改善听障人士的社会适应能力和社会融合度,从而提高听障人士的就业能力。