211service.com
Ett cochleaimplantat som kan laddas trådlöst
Cochleaimplantat – medicinsk utrustning som elektriskt stimulerar hörselnerven – har gett åtminstone begränsad hörsel till hundratusentals människor världen över som annars skulle vara helt döva. Befintliga versioner av enheten kräver dock att en diskformad sändare som är ungefär en tum i diameter fästs på skallen, med en tråd som slingrar sig ner till en gemensam mikrofon och strömkälla som ser ut som en överdimensionerad hörapparat runt patientens öra.
Forskare vid MIT Microsystems Technology Laboratory (MTL) har tillsammans med läkare från Harvard Medical School och Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI) utvecklat ett nytt signalbearbetningschip med låg effekt som kan leda till ett cochleaimplantat som inte kräver någon extern hårdvara. Implantatet skulle laddas trådlöst och skulle köras i cirka åtta timmar på varje laddning.
Foto med tillstånd från MIT News Office
Forskarna beskriver sitt chip i ett papper som de presenterar denna vecka på International Solid-State Circuits Conference. Tidningens huvudförfattare – Marcus Yip, som disputerade vid MIT i höstas – och hans kollegor Rui Jin och Nathan Ickes, båda i MIT:s, kommer också att ställa ut en prototypladdare som ansluts till en vanlig mobiltelefon och kan ladda signalbehandlingen. chip på ungefär två minuter.
Tanken med den här designen är att du kan använda en telefon, med en adapter, för att ladda cochleaimplantatet, så att du inte behöver vara inkopplad, säger Anantha Chandrakasan, Joseph F. och Nancy P. Keithley Professor of Electrical Ingenjör och motsvarande författare på den nya uppsatsen. Eller så kan du tänka dig en smart kudde, så att du laddar över natten, och nästa dag fungerar den bara.
Adaptiv återanvändning
Befintliga cochleaimplantat använder en extern mikrofon för att samla in ljud, men det nya implantatet skulle istället använda den naturliga mikrofonen i mellanörat, som nästan alltid är intakt hos cochleaimplantatpatienter.
Forskarnas design utnyttjar mekanismen hos en annan typ av medicinsk utrustning, känd som ett mellanöreimplantat. Ömtåliga ben i mellanörat, så kallade ossiklar, förmedlar vibrationerna från trumhinnan till snäckan, den lilla spiralkammaren i innerörat som omvandlar akustiska signaler till elektriska. Hos patienter med mellanöreimplantat är snäckan funktionell, men en av hörselbenen - stapes - vibrerar inte med tillräcklig kraft för att stimulera hörselnerven. Ett mellanöreimplantat består av en liten sensor som känner av hörselbenens vibrationer och ett manöverdon som hjälper till att driva häftklamrarna därefter.
Den nya enheten skulle använda samma typ av sensor, men signalen den genererar skulle gå till ett mikrochip som implanterats i örat, vilket skulle omvandla det till en elektrisk signal och skicka det vidare till en elektrod i snäckan. Att sänka strömkraven för omvandlarchippet var nyckeln till att avstå från den skallmonterade hårdvaran.
Chandrakasans labb vid MTL är specialiserat på lågeffektschips, och den nya omvandlaren använder flera av de knep som labbet har utvecklat genom åren, som att skräddarsy arrangemanget av lågeffektfilter och förstärkare till de exakta akustiska egenskaperna hos den inkommande signalen .
Men Chandrakasan och hans kollegor utvecklade också en ny signalgenererande krets som minskar chipets strömförbrukning med ytterligare 20 till 30 procent. Nyckeln var att specificera en ny vågform - den grundläggande elektriska signalen som sänds ut av chipet, som är modulerad för att koda akustisk information - som är mer energieffektiv att generera men som fortfarande stimulerar hörselnerven på lämpligt sätt.
Verifiering
Vågformen baserades på tidigare forskning som involverade simulerade nervfibrer, men MIT-forskarna skräddarsydda den för cochleaimplantat och hittade ett lågeffektssätt att implementera det i hårdvara. Två av deras medarbetare vid MEEI - Konstantina Stankovic, en öronkirurg som ledde studien tillsammans med Chandrakasan, och Don Eddington - testade det på fyra patienter som redan hade cochleaimplantat och fann att det inte hade någon effekt på deras förmåga att höra. I samarbete med en annan medarbetare på MEEI, Heidi Nakajima, har forskarna också visat att chipet och sensorn kan ta upp och bearbeta tal som spelas in i mellanörat på ett mänskligt kadaver.
Det är väldigt coolt, säger Lawrence Lustig, chef för Cochlear Implant Center vid University of California i San Francisco. Det finns ett mycket större stigma av att ha en hörselnedsättning än att ha en synnedsättning. Så folk skulle vara väldigt angelägna om att förlora det yttre bara av den anledningen. Men sedan finns det också den extra funktionella fördelen av att inte behöva ta av den när du är nära vatten eller oroar dig för att komponenter tappas bort eller går sönder eller blir stulna. Så det finns några viktiga praktiska överväganden också.
Lustig påpekar att det nya cochleaimplantatet skulle kräva en mer komplex operation än vad befintliga implantat gör. En pågående cochleaimplantatoperation tar en timme, och en halv timme, säger han. Min gissning är att de första operationerna kommer att ta tre till fyra timmar. Men han tvivlar på att det skulle vara mycket av ett hinder för adoption. När vi blir bättre och bättre och bättre kommer den tiden att kortas, säger han. Och tre till fyra timmar är fortfarande en relativt okomplicerad operation. Jag räknar inte med att lägga mycket extra risk i proceduren.