211service.com
Een cochleair implantaat dat draadloos kan worden opgeladen
Cochleaire implantaten - medische apparaten die de gehoorzenuw elektrisch stimuleren - hebben op zijn minst een beperkt gehoor verleend aan honderdduizenden mensen over de hele wereld die anders volledig doof zouden zijn. Bestaande versies van het apparaat vereisen echter dat een schijfvormige zender met een diameter van ongeveer 2,5 cm aan de schedel wordt bevestigd, met een draad die naar beneden kronkelt naar een gezamenlijke microfoon en een stroombron die eruitziet als een te groot hoortoestel rond het oor van de patiënt.
Onderzoekers van het MIT Laboratorium voor microsysteemtechnologie (MTL), samen met artsen van de Harvard Medical School en de Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI), hebben een nieuwe, energiezuinige signaalverwerkingschip ontwikkeld die zou kunnen leiden tot een cochleair implantaat waarvoor geen externe hardware nodig is. Het implantaat zou draadloos worden opgeladen en zou ongeveer acht uur werken op elke lading.
Foto met dank aan MIT News Office
De onderzoekers beschrijven hun chip in een paper die ze deze week presenteren op de International Solid-State Circuits Conference. De hoofdauteur van het artikel - Marcus Yip, die afgelopen herfst zijn doctoraat aan het MIT afrondde - en zijn collega's Rui Jin en Nathan Ickes, beide in het MIT, zullen ook een prototype-oplader tonen die op een gewone mobiele telefoon kan worden aangesloten en de signaalverwerking kan opladen. chip in ongeveer twee minuten.
Het idee met dit ontwerp is dat je een telefoon met een adapter kunt gebruiken om het cochleaire implantaat op te laden, zodat je niet hoeft te worden aangesloten, zegt Anantha Chandrakasan, de Joseph F. en Nancy P. Keithley Professor of Electrical Engineering en corresponderende auteur op het nieuwe papier. Of je kunt je een slim kussen voorstellen, zodat je 's nachts oplaadt, en de volgende dag werkt het gewoon.
Adaptief hergebruik
Bestaande cochleaire implantaten gebruiken een externe microfoon om geluid te verzamelen, maar het nieuwe implantaat zou in plaats daarvan de natuurlijke microfoon van het middenoor gebruiken, die bijna altijd intact is bij patiënten met een cochleair implantaat.
Het ontwerp van de onderzoekers maakt gebruik van het mechanisme van een ander type medisch hulpmiddel, bekend als een middenoorimplantaat. Gevoelige botten in het middenoor, ook wel gehoorbeentjes genoemd, brengen de trillingen van het trommelvlies over naar het slakkenhuis, de kleine, spiraalvormige kamer in het binnenoor die akoestische signalen omzet in elektrische. Bij patiënten met middenoorimplantaten is het slakkenhuis functioneel, maar een van de gehoorbeentjes - de stijgbeugel - trilt niet met voldoende kracht om de gehoorzenuw te stimuleren. Een middenoorimplantaat bestaat uit een kleine sensor die de trillingen van de gehoorbeentjes detecteert en een actuator die helpt om de stapes dienovereenkomstig aan te drijven.
Het nieuwe apparaat zou hetzelfde type sensor gebruiken, maar het signaal dat het genereert, zou naar een in het oor geïmplanteerde microchip gaan, die het zou omzetten in een elektrisch signaal en het zou doorgeven aan een elektrode in het slakkenhuis. Het verlagen van de stroomvereisten van de converterchip was de sleutel tot het afzien van de op de schedel gemonteerde hardware.
Chandrakasan's lab bij MTL is gespecialiseerd in low-power chips, en de nieuwe converter past verschillende van de trucs toe die het lab in de loop der jaren heeft ontwikkeld, zoals het afstemmen van de opstelling van low-power filters en versterkers op de precieze akoestische eigenschappen van het binnenkomende signaal .
Maar Chandrakasan en zijn collega's ontwikkelden ook een nieuw signaalgenererend circuit dat het stroomverbruik van de chip met nog eens 20 tot 30 procent vermindert. De sleutel was om een nieuwe golfvorm te specificeren - het elektrische basissignaal dat door de chip wordt uitgezonden en die wordt gemoduleerd om akoestische informatie te coderen - die energiezuiniger is om te genereren, maar de gehoorzenuw op de juiste manier stimuleert.
Verificatie
De golfvorm was gebaseerd op eerder onderzoek met gesimuleerde zenuwvezels, maar de MIT-onderzoekers hebben deze op maat gemaakt voor cochleaire implantaten en hebben een energiezuinige manier gevonden om deze in hardware te implementeren. Twee van hun medewerkers bij MEEI - Konstantina Stankovic, een oorchirurg die samen met Chandrakasan de studie leidde, en Don Eddington - testten het op vier patiënten die al cochleaire implantaten hadden en ontdekten dat het geen effect had op hun vermogen om te horen. In samenwerking met een andere medewerker van MEEI, Heidi Nakajima, hebben de onderzoekers ook aangetoond dat de chip en sensor spraak kunnen oppikken en verwerken die wordt afgespeeld in het middenoor van een menselijk kadaver.
Het is heel gaaf, zegt Lawrence Lustig, directeur van het Cochlear Implant Center van de University of California in San Francisco. Er rust een veel groter stigma op gehoorverlies dan op slechtziendheid. Dus alleen al om die reden zouden mensen heel graag de uiterlijke dingen willen verliezen. Maar dan is er ook nog het functionele voordeel dat u het niet hoeft af te doen als u in de buurt van water bent of dat u zich zorgen hoeft te maken dat onderdelen verloren gaan, kapot gaan of gestolen worden. Er zijn dus ook enkele belangrijke praktische overwegingen.
Lustig wijst erop dat het nieuwe cochleaire implantaat een complexere operatie zou vergen dan bestaande implantaten. Een huidige operatie met een cochleair implantaat duurt een uur, anderhalf uur, zegt hij. Ik gok dat de eerste operaties drie tot vier uur zullen duren. Maar hij betwijfelt of dat een groot obstakel zou zijn voor adoptie. Naarmate we beter en beter en beter worden, zal die tijd korter worden, zegt hij. En drie tot vier uur is nog steeds een relatief eenvoudige operatie. Ik verwacht niet veel extra risico in de procedure te steken.