新型人工中耳压电振子设计

　　听力损伤是国内最常见的疾病之一，据 2006 年第二次全国残疾人抽样调查显示，国内有 2780 万听力损伤患者[1]。如今，随着听力学理论的不断充实及耳显微外科手术的迅速发展，相当一部分听力损伤患者得到了有效的治疗，多数传导性听力损伤的患者可以通过手术提高听力。但大部分感音神经性听力损伤目前仍缺乏具有针对性的有效治疗，常规的还是采用佩戴传统助听器的方式来改善听力。而传统助听器只能解决轻度到中度感音神经性听力损伤; 佩戴舒适性不佳，患者常常有耳道堵塞的感觉; 输出的声音信号和耳道反馈的声音信号混叠，使人感受到的声音信号清晰度降低[2]，这些不足使得很多患者不愿意佩戴传统助听器[3]。针对这一问题，国内、外很多机构开始研究中耳植入式助听装置[4 -6]。

　　中耳植入式助听装置又名人工中耳，根据其振子驱动方式的不同可以分为电磁式和压电式两种。其中，压电式较电磁式具有频带宽、能耗小、制造成本低及抗电磁干扰等优点，目前采用该技术的人工中耳主要有: 日本 Rion 公司的 Rion Device E-type、美国 EnvoyMedical 公司的 Esteem 及澳大利亚 Cochlear Corporation公司的 TICA。临床研究表明，这些压电式人工中耳都能在不同程度上对患者的听力损伤进行补偿。但是，这些人工中耳皆采用了压电双晶片结构，输出增益较小，只能解决传导性听力损伤及中、轻度感音神经性听力损伤。此外，Rion Device E-type 与 Esteem 的植入皆需要切断听骨链，这样势必破坏正常人耳的声音传输功能，且这种破坏是不可逆转的，进而造成进一步的传导性听力损伤。

　　本文提出了一款新型压电式人工中耳，并对其压电振子进行了初步设计。该人工中耳的植入无需切断听骨链; 且其压电振子采用了压电叠堆的形式，输出增益高于传统压电式人工中耳。为了辅助设计该压电振子，文中还建立了中耳 - 压电振子耦合模型，该模型的可靠性通过与实验对比加以验证。结果表明，该压电振子所需能耗较小，符合人工中耳低能耗要求。

　　1 新型人工中耳的组成结构

　　该人工中耳构成及植入位置如图 1 所示，主要由麦克风、信号处理装置、电源模块及压电振子所构成。其基本工作原理为，系统由麦克风将声音信号采集，再由信号处理单元根据患者听力损失情况进行相应的信号处理，将处理后的信号变成电压信号传给压电振子，通过压电振子的伸缩运动直接驱动听骨链高效振动，继而振动内耳淋巴液，刺激听觉末梢感受器产生听觉。这种直接驱动听骨链的设计更接近生理情况下的听觉产生途径，从而提高了声音保真度。为了提高输出增益，该压电振子采用压电叠堆来实现。