新型可植入式压电传感器长期提取听骨链声信号的可行性研究

Cochlear implant is the one way to help profound deaf patients regain their sound perception. Cochlear implants have many exterior components, which lead some inconvenience. To eliminate the disadvantages, it is essential to study the totally implantable cochlear implants, with one challenge of the implantable microphone. The previous studies proved the possibility of picking up the acoustic from the ossicular chain in human by floating piezoelectric microphone. While, long-term research in clinic should be studied. The study will study biocompatibility of a new floating piezoelectric microphone (NFPM). The frequency response of the NFPM on the ossicular chain will be analyzed by finite-element modeling and the 3D reconstruction. In the in vitro test of animals/ fresh cadaveric heads/ patients, the frequency response and real time of NFPM should be analyzed. In the vitro test of animal, the inflammatory reaction after long-term implantation will be monitored to explore the feasibility and long-term stability of NFPM. Optimize the signals picked up from the NFPM, recover the primary character of the full-band acoustic signals. All the studies will discuss feasibility of NFPM to pick up the acoustic from the ossicular chain in long-term, which will provide the references for the totally implantable cochlear implants’ clinical application.

人工耳蜗是重度感音性耳聋患者重获听觉的唯一手段，为部分植入式，存在诸多不便，全植入人工耳蜗作为下一代耳蜗的研究方向，需要解决可植入式传感器难题。前期工作证明压电传感器可提取听骨链振动声学信号，但长期临床植入有待研究。本研究将通过改进现有压电传感器，研究新型可植入式压电传感器的生物相容性；以有限元分析为辅助，构建耦合听骨链的模型，预判其频响特性；以动物及人新鲜颞骨模型、患者术中短期观察，研究新型传感器提取听骨链振动声学信号的频响特性和实时性；以动物为模型，研究长期植入后的炎性反应，探讨长期植入的稳定性和可行性；优化补偿提取的信号，复原全频段声音信号的原始特征。这些研究将详细探讨新型可植入式压电传感器长期提取听骨链信号的可行性，为全植入人工耳蜗的临床植入及应用提供参考。

背景：人工耳蜗是重度感音性耳聋患者重获听觉的唯一手段，为部分植入式，存在诸多不便，全植入人工耳蜗作为下一代耳蜗的研究方向，需要解决可植入式传感器难题。主要研究内容和重要结果：本研究采用生物相容性的材料（钛材料外壳、铂金导线、硅胶封装等）；改进密封性（真空封装、激光焊接和环氧树脂连接等措施）同时，改进耦合方式的生物相容性和临床可操作性（采用振动声桥的钛金属声桥夹），完成新型压电传感器(NFPM)的改进；通过新型压电传感器的体外测试，了解压电传感器的性能；新型压电传感器植入实验动物（猫）的锤骨颈和植入新鲜颞骨听骨的植入实验，表明传感器能提取听骨链振动声学信号，具有良好的频响特性；通过将新型压电传感器植入临床耳聋患者的砧骨长脚，通过对比压电传感器植入在砧骨长脚上和鼓室腔内时所拾取的频响曲线，证明压电传感器能提取临床患者的听骨链振动声学信号。其次，通过新型可植入式压电传感器在动物体内长期植入实验及炎性反应，了解其生物相容性特征，结果示传感器长期植入6月后，对实验动物未产生明显的全身炎症反应，在中耳腔有局部的肉芽组织增生，与钛夹耦合的听骨活动可，无缺血表现。同时，在诺尔康人工耳蜗公司合作下，与人工耳蜗系统结合，通过RadioEar 振子模拟砧骨的振动，将改良的压电传感器固定在振子的振动平面上，以拾取其振动，将振动信号转化为电信号并传递至人工耳蜗信号处理，优化补偿，最终到达耳蜗电极，结果示改良的压电传感器拾取到的信号出现在正确的电极位点上。.科学意义：本研究表明新型压电传感器可与人工耳蜗系统结合，验证了压电传感器转换后的电信号具有在人工耳蜗系统中的应用基础，为全植入人工耳蜗的临床植入及应用提供参考。