CN113365587A - 植入耳朵的电声换能器、其制造方法及人工耳蜗系统 - Google Patents

Abstract

为使适合植入人工耳蜗(CI)的患者利用残余听力，用声刺激补充人工耳蜗的电刺激是有利的。这种残留的听力通常存在于低于一千赫兹的频率范围内。

Description

植入耳朵的电声换能器、其制造方法及人工耳蜗系统

技术领域

为使适合人工耳蜗(CI)的患者使用残余听力，用声刺激补充人工耳蜗的电刺激是有利的。这种残余听力通常存在于低于一千赫兹的频率范围内。

背景技术

在现有技术中，有多种利用残余听力的方式。例如，人工耳蜗可以与经典助听器结合使用。然而，由于反馈等导致的有限放大开始发挥作用，这种助听器在可见度方面的限制已为人所知。另一种选择是使用有源中耳植入物(即，植入式声学助听器)补充人工耳蜗。然而，这大大增加了手术费用。

如图12所示，具有正常功能的耳朵通过外耳101将声音传输到鼓膜102，鼓膜102振动中耳103的听小骨(锤骨、砧骨和镫骨)。镫骨足板位于椭圆形窗中，形成一个与充满液体的内耳(耳蜗)104相连的界面。圆窗形成中耳和内耳之间的另一个界面。通过移动镫骨在耳蜗104中产生压力波，刺激听觉系统的感觉细胞(毛细胞)。耳蜗104是一条又长又窄的通道，围绕其中心轴(称为蜗轴)螺旋缠绕约两圈半。耳蜗104包括称为前庭阶的上通道、称为中阶的中通道和称为鼓阶的下通道。毛细胞连接到位于蜗轴中的耳蜗神经113的螺旋神经节细胞。响应于接收到的从中耳103传送的音调，充满流体的耳蜗104充当换能器以产生电脉冲，该电脉冲被传输到耳蜗神经113并最终到达大脑。

当沿着耳蜗104的神经基质将外部声音转化为有意义的动作电势的能力出现问题时，听力就会受损。开发听力假体是为了改善受损的听力。如果损伤与中耳103的功能有关，则可以使用常规助听器或中耳植入体以放大声音的形式对声学系统进行声学-机械刺激。或者，如果损伤与耳蜗104有关，则具有一个或多个植入刺激电极的人工耳蜗可以通过沿电极分布的多个电极触点提供的小电流电刺激听觉神经组织。

图12还示出了根据现有技术的典型人工耳蜗系统的一些部件，包括为外部信号处理器111提供音频信号输入的外部(即，非植入式)麦克风，其中可以实施各种信号处理方案。为系统提供能量的电池通常同样位于人工耳蜗系统的外部部件中。然而，所有这些部件也可以单独植入或一起植入。然后，处理后的信号(在其产生于在非植入单元中的情况下)被转换成数字数据格式，例如，转换成数据字序列，用于传输到植入物108。除了在控制电子设备中处理音频信息以外，还可以对密封植入物108进行额外的信号处理，例如纠错、脉冲形成等，并生成刺激模式(基于提取的音频信息)，将该刺激模式通过电极引线109发送到电极载体110上的植入电极设置。

电极载体110通常在其表面上包括多个电极触点112，提供对耳蜗104的选择性刺激。电极触点112被电连接到植入物108中的电源。根据上下文，电极触点112也被指定为电极通道。目前，人工耳蜗中相对较少的电极通道被分配到相对较宽的频带，其中每个电极触点112使用电刺激脉冲寻址一组神经元，其在该频带中具有从信号包络的瞬时幅度导出的电荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于植入耳内的电声换能器，其能够与内耳或耳蜗的内部接触，并且优选地能够与可插入耳蜗中的电极载体结合。

这个问题通过根据权利要求1的电声换能器、根据权利要求4的电声换能器、根据权利要求43的制造电声换能器的方法和根据权利要求45的人工耳蜗系统解决。各从属权利要求详细说明了根据本发明所述的电声换能器和根据本发明所述的用于制造电声换能器的方法的有利改进。

在本发明的实施例中，指定了一种适合植入人耳的电声换能器。在本发明的该实施例中，电声换能器具有内耳罩、至少一个声换能器和中耳部件。由此，内耳罩围绕与声换能器相邻的区域，随后被称为内耳区。内耳区因此可以被认为是内耳罩的内部。根据本发明，在该实施例中，内耳区由声换能器界定。内耳区因此优选地被内耳罩连同声换能器一起包围，其中内耳罩优选地具有开口区域，声换能器可以设置在该开口区域中。

在本发明的该实施例中，中耳部件设置在声换能器的与内耳区相对的一侧。参考以下事实，可以想到，中耳部件被设置在声换能器的与内耳区相同的一侧，然而，其中，先前描述的相反设置被认为是有利的。因此，如果声换能器设置在中耳部件和内耳区之间，则是有利的。

在本发明的该实施例中，内耳罩具有至少一个声音传输窗，其被结合到内耳罩的至少一个壁中，并且可以通过该声音传输窗传输振动。因此，优选不将设置有声换能器的开口视为这种类型的声音传输窗。因此，声音传输窗优选地被结合到未设置声换能器的内耳罩的壁中。在一个实施例中，只要上述声音传输窗与声换能器设置在内耳罩的同一壁内，那么声换能器优选不设置在声音传输窗内。

振动可通过声音传输窗传输，这意味着优选压力振动和/或声音振动可通过声音传输窗传输。可由声音传输窗传输的振动被认为是压力振动还是声音振动只是一个定义问题，在文献中也有不同的处理方式，具体取决于传输振动的波长。振动优选地可通过声音传输窗从内耳区传输到内耳罩外部的外部区域和/或从外部区域传输到内耳区。

此处描述的本发明的实施例中，内耳罩的尺寸被设计为可插入人的中耳和内耳之间的开口中，即，被配置为使得内耳区至少部分地伸入内耳中，使得至少一个声音传输窗位于内耳中。例如，内耳罩可以以这种方式插入圆窗或前庭窗中，或者插入人的中耳和内耳之间的人工创建的窗口中。

如果根据本发明所述的电声换能器被提供以插入到自然窗中，因此是椭圆形或圆形窗，则可以使用接收电声换能器的特定患者的尺寸来选择相应的尺寸，或者可以根据成年人或所属相应年龄范围的人的相应窗口的平均尺寸计算。这也适用于此处描述的所有其他尺寸。

在本发明的一个有利实施例中，人的中耳和内耳之间的开口形成电声换能器的预期位置。在一个有利的实施例中，如果至少一个声音传输窗位于内耳中，则电声换能器位于预期位置，如上所述。

在本发明的一个有利实施例中，内耳区和中耳区可以被配置为使得内耳区的机械阻抗大于中耳区的机械阻抗。优选地，至少应用于人类能听到的频率范围，因此优选地在20Hz和20kHz之间。可以为电声换能器本身提供该特征；然而，如果电声换能器被设计为使得在插入耳朵的状态下存在这种情况，则是有利的。这也可以有利地实现，因为内耳区和/或中耳区的可选罩具有不同的几何形状和/或不同的尺寸，和/或在相应的罩中设置具有不同几何形状和/或尺寸的窗口，和/或内耳区和中耳区具有不同的材料和/或材料组合，和/或内耳区和中耳区填充有不同体积比例的介质。

有利的是，声换能器可以是一种装置，借助该装置可以将电信号转换成机械振动。然而，声换能器也可能被配备为将机械振动转换为电信号。在声换能器的许多实施例中，两种可能性都是通过设计自动实现的。

在本发明的另一实施例中，指定了一种用于植入耳朵的电声换能器，具有内耳罩、至少一个声换能器和电极载体。

在根据本发明所述的该实施例中，电极载体具有一个或多个设置在电极载体的表面上的电极。电极由此优选地设置为使得它们可以从外部电接触(因此，从电极载体的外部)。因此，电极优选地暴露在电极载体的表面上。以这种方式，它们可以物理地和/或电气地与内耳中的基底膜或外淋巴接触。在本发明的一个优选实施例中，电极载体可以是细长的。电极载体由此被拉长，这意味着它在一个被指定为纵向的方向上比在与其垂直方向上延伸得更长。电极载体的尺寸优选地被设计为可插入到人的耳蜗中。由此，它优选地大致呈圆柱体、细长锥体或两者的组合的截面形状，使得其在延伸状态下具有由圆柱轴和/或锥形轴限定的纵轴。

在本发明的一个实施例中，电声换能器可以嵌入到电极载体中。在一个特定实施例中，换能器由此可以被嵌入，使得换能器的纵轴平行于电极载体的纵轴。特别优选一个实施例，其中这两个纵轴是同轴的。

在另一个有利的实施例中，在电极载体已经插入到人的内耳后，电声换能器可以嵌入在沿着电极载体的纵向方向的一点处，位于人的中耳和内耳之间的开口处。特别地，它可以由此假定为如上所述的预期位置的位置。

同样在这种情况下，内耳罩包围由声换能器界定的内耳区。类似地，上述关于本发明的第一实施例的内容适用于内耳罩。

同样在该实施例中，内耳罩具有至少一个声音传输窗，其被结合到内耳罩的至少一个壁中，并且可以通过声音传输窗传输振动。同样在该实施例中，内耳罩的尺寸由此被设计为可插入人的中耳和内耳之间的开口中，使得内耳区至少部分地伸入内耳中，使得至少一个声音传输窗位于内耳中。类似地，上述关于本发明的另一个实施例的内容适用于内耳罩、声换能器和声音传输窗。

此处描述的本发明的实施例中的电极载体被设置为使其从内耳区沿远离声换能器的方向延伸。如果因此将声换能器设置在内耳区的一侧，则电极载体在内耳区的与此相反的一侧上延伸并且远离声换能器。

同样在本发明的该实施例中，电声换能器可以有利地具有中耳部件，该中耳部件被设置在声换能器的与内耳区相对的一侧上。因此，该设置可以类似于前述实施例中对本发明的描述。

随后将描述本发明的所有实施例的有利改进。

有利的是，内耳罩和/或内耳区被密封以防止流体渗入内耳区。以这种方式，内耳区可插入耳蜗中，而流体不会渗入内耳区。

在一个有利的实施例中，内耳罩可以具有围绕罩的纵轴的圆形或圆弧形横截面。内耳罩的纵轴由此优选为将声换能器连接到内耳罩的与声换能器相对的一侧的轴。该纵轴特别优选地平行于声换能器的纵轴。然而，该轴可以被认为是纵轴，内耳罩围绕该纵轴成形为圆形或圆弧，使得该纵轴形成内耳罩的中心轴。例如，可以通过乳突切除术植入电声换能器。在这种外科技术中，换能器通常通过面神经和鼓索神经跨越的一个开口植入。这两条神经与中耳的骨壁一起形成三角形结构。因此，内耳罩也可以被配置为具有用于这种植入的三角形横截面或周边。

内耳罩可以具有一个或多个侧壁。这些侧壁可以是与声换能器相邻或面向它的那些壁。内耳罩还可以具有端壁，端壁是相对于内耳区与声换能器相对的壁。

在至少一个声音传输窗的区域中，内耳罩优选地具有比在至少一个声音传输窗的外部区域中更低的机械阻抗。特别地，声音传输窗可以被设置为内耳罩的壁的区域，其中内耳罩具有较低的机械阻抗。声音传输窗的开口面优选地与内耳罩的壁形成共同的表面，使得声音传输窗因此优选地形成内耳罩的壁的局部区域或其中的凹部，而不是整个相应的壁。

在一个有利的实施例中，内耳罩可以在远离声换能器的方向上沿着内耳区的纵轴逐渐变细。内耳区的纵轴可以与内耳罩的纵轴重合。通常，轴可以被认为是内耳区的纵轴，其从声换能器延伸到内耳区的与声换能器相对的一侧。内耳区的纵轴可以优选为内耳区和/或内耳罩的对称轴，在一些实施例中，也可以是连接到内耳罩的电极载体的对称轴，并且/或可以是连接到中耳部件的外轴的对称轴。

内耳区在远离声换能器的方向上逐渐变细，这可能意味着内耳区的直径和/或内耳区的边缘长度和/或内耳区的对角线在远离声换能器的方向上沿着纵轴减小。

在本发明的一个有利实施例中，内耳罩可以具有沿着内耳区的纵轴的截面，其中，当电声换能器按预期插入开口时，内耳罩在垂直于纵轴的方向上的直径或延伸部大于位于相应的人的中耳和内耳之间的开口的内耳罩的直径。因此，内耳罩尽可能插入进中耳和内耳之间的相应开口，直到内耳罩在至少一个尺寸上垂直于纵轴的方向上的尺寸大于中耳和内耳之间的相应开口在同一方向上的尺寸。具有较大直径的截面也可以有利地是内耳罩的锥形形状的一部分。通过这种方式，可以产生冲击点，在该冲击点处电声换能器可插入到中耳和内耳之间的相应开口中，这简化了植入。为了使换能器围绕其纵轴定向，可以在电声换能器的外侧施加一个或多个标记，指示绕纵轴的定向。

声换能器被优选地设置，使其在与垂直于内耳罩的纵轴的平面平行或与垂直于内耳罩的纵轴的平面以小于45°的角度倾斜的平面中延伸。该平面也可以被描述为以小于45°的角度倾斜、并且优选地平行于由内耳罩的纵轴的法向量跨越的平面的平面。如果声换能器本身被配置为平坦的，则声换能器的这种设置是特别有利的，如下文所述。参考以下事实，声换能器也可以设置为以更大的角度倾斜，并且特别地，其表面也可以平行于内耳区的纵轴或内耳罩。

在本发明的一种有利的实施方式中，声换能器可以具有膜结构，该膜结构具有至少一个载体层和至少一个设置在载体层上并具有至少一种压电材料的压电层。至少一个载体层和至少一个压电层因此形成一种层系统，其中载体层和压电层在彼此顶部平行地设置。在该实施例中，可以通过向压电层施加电压，特别是交流电压，来产生膜结构的振动。这利用了压电层在施加电压时变形的事实，其中变形的方向取决于施加电压的符号。膜结构在本文中可被理解为大致平坦延伸的结构，其在两个维度上比在垂直于两个维度的维度上具有显著更高的延伸。膜结构主要在其中延伸的两个维度由此跨越膜表面和声换能器的表面。

声换能器的膜结构可以在其平坦延伸部中被至少一条切割线分成至少一、二或多段。分割膜表面意味着整个膜，即载体层和压电层，以及必要时的电极层，被相互切割线分隔，使得膜在切割线处机械解耦，这意味着膜结构的两个区域被切割线隔开，可以彼此独立地移动。因此，膜表面的划分或分段意味着载体层的相应分段和压电层的相应分段，以及必要时的电极层的分段。

分段能够以非常小的安装尺寸实现高振幅的振动，而不会由于这些措施而使力变得太小。

在本申请的含义中，声音振动被理解为具有人类听觉可感知的频率的振动，处于或低于或高于人类感知的范围，即大约2Hz和20000至30000Hz之间的振动。声音振动还适用于在介质中激发声波，特别是在空气或外淋巴中。

膜结构有利地具有至少一个载体层和至少一个设置在载体层上并具有至少一种压电材料的压电层。然后，载体层和压电层形成双压电晶片结构，并且因此有利地被设置和设计为通过向压电层施加电压，特别是交流电压，使得膜结构振动，和/或由振动产生的压电层中的电压是可检测的。载体层和压电层在此可以以平行的层平面设置在彼此的顶部或彼此之上，并且应当直接或间接地彼此连接。上述切割线优选地割断膜结构的所有层。

为了保证良好的听力学质量，膜结构被有利地设计为使得其能够实现1至5μm的最大偏转，优选为5μm。

为此，例如，在4kHz的频率v下，圆窗的声流阻抗ZF为32GΩ，圆窗的膜面积A约为2mm²，驱动力为2πνZ_FA²x＝1.6 10-2N是必要的。平均能量对应于最大力和最大挠度的乘积的一半，因此，在本示例中，为获得性能，取值为4.10-8J。例如，换算成2mm³的安装空间，在该示例中需要20J/m³的能量密度。

段可以被配置为使得阻抗最佳，特别是对于段的长度来说。

特别优选以薄层技术执行膜结构。薄层是有利的，因为需要高磁场来产生高能量密度；而由于生物环境，施加的电压应尽可能的低。可在薄层膜中实现必要的能量密度。

特别地，由此可以以薄层技术制造根据本发明所述的压电层。为了制造膜结构的压电层，将压电材料施加到压电层的厚度中。可以使用例如物理气相沉积、化学气相沉积等其他沉积技术来进行施加。通过以期望的厚度沉积压电材料来制造压电层，可以实现比根据现有技术明显更薄的压电层，现有技术中完全生长的压电晶体被研磨到压电层的厚度。

压电层优选具有≤20μm的厚度、优选≤10μm、特别优选≤5μm和/或≥0.2μm、优选≥1μm、优选≥1.5μm、特别优选＝2μm。电极层有利地具有≤0.5μm的厚度，有利地≤0.2μm，特别优选≤0.1μm和/或≥0.02μm，有利地≥0.05μm，并且特别优选≥0.08μm。

声换能器的薄层——硅梁结构和压电层——确保只有很小的质量被设置为通过梁的偏转而运动。所述致动器变体的振动系统的共振频率位于人类听觉频率带宽的上限范围内。因此，在人类整体频率范围内对圆窗进行均匀激励是可能的。

由此，根据本发明所述的声换能器的机械振动的产生基于弯曲梁的弹性变形原理，其中膜或膜的部分可以被认为是弯曲梁。通过施加电压和由此产生的电场，能够缩短或延长压电层(电压层)。在此，由载体层和压电层构成的复合材料中产生机械应力，这导致在缩短的压电层中的梁或膜结构向上弯曲，并且在延长的压电层的情况下导致相应的向下运动。压电层是延长还是缩短取决于压电层的极化方向和施加电压或施加电场的方向。

在单层声换能器的情况下，所述载体层可承载单层压电材料。此外，电极形成层结构的其他部件。底部电极由此可以直接或经由阻挡层施加到硅衬底上，而相比之下，顶部电极可以位于压电层的顶部。

压电材料的极化方向优选地垂直于硅结构的表面。如果现在在顶部和底部电极之间施加电压并形成电场，则由于横向压电效应，压电材料在梁的纵向方向上缩短或延长(取决于电压的符号)，在层复合材料中产生机械应力，梁结构发生弯曲。

如果膜结构具有圆形或椭圆形周边，则是优选的。特别地，如果膜结构的周边在此对应于耳朵的圆窗或前庭窗的周边，使得当声换能器被植入时，膜结构的周边线平行于圆窗或前庭窗的周边延伸，则是有利的。如果膜结构具有便于引导膜结构通过后鼓膜切开术的周边，则也可以是有利的。在第一近似中，这可以对应于椭圆形周边；然而，它也可以是近似三角形的周边。膜结构的n角周边也是可能的，其中n优选≥8。

特别是在圆形周边的情况下，然而对于膜结构的其他形状，如果将膜表面分成段的切割线从膜结构的边缘沿径向延伸至膜的中心点，则是进一步优选的。切割线不必直接从边缘开始，也不必到达中心点；如果切割线从边缘附近延伸到中心点附近也足够了。然而，如果切割线没有到达中心点，则切割线在其中结束的自由区域应存在于中心点中，从而在面向中心的一端保证段的机械解耦。

段可以这样配置，使其呈饼楔形，因此，其具有两个边缘作为彼此成角度延伸的侧边缘，以及在膜结构的周边上平行于该周边延伸的外边缘。在与外边缘相对的侧边缘的另一端，段可以一起延伸到一个点或被切割，从而在中心点周围形成一个自由区域。在边缘处，则可以永久地将段设置在膜结构的边缘上，并且在侧边缘处彼此独立，并且如果需要，在面向中心点的边缘处，使得它们可以围绕外部边缘自由振动。在此，最大的偏转通常将发生在面向中心点的段的边缘处。段数优选为≥8。

切割线可以径向笔直地延伸，使得段具有笔直的径向边缘。

然而，径向延伸的切割线也可能以曲线形式延伸，从而产生没有笔直径向延伸边缘的段。特别地，因此可以形成在径向方向上以拱形、波浪形或沿着锯齿线延伸的段。也可以想到多种其他几何形状。

在本发明的一个替代实施例中，膜结构可以由至少一个螺旋形切割线构成。至少一条切割线由此延伸，从而产生至少一个螺旋形段，其优选地围绕膜结构的中心点缠绕。还可以提供多条将膜结构分开的切割线，从而产生两个或多个螺旋形段，它们有利地分别围绕膜结构的中心点缠绕，并且特别优选地彼此相接。

为了振动膜结构和/或为了在压电层上分接电压，至少一个第一电极层和至少一个第二电极层被设置在膜结构上，其中至少一个压电层被设置在第一电极层与第二电极层之间。电极层在此优选地覆盖压电层，并且在压电层上或压电层顶部设置有平行的层平面。第一或第二电极层优选地设置在载体层和压电层之间，使得压电层设置在载体层顶部的一个电极层上方。特别优选地，压电层和电极层完全彼此覆盖。

与非结构化膜相比，段结构的使用能够实现较高的偏转，因为梁元件可以在它们被切割线分开的地方自由变形，例如在圆盘的中心，因此仅在一个方向不断弯曲。相比之下，连贯膜的变形以曲率方向的变化为特征，这会导致较小的偏转。

在一个优选实施例中，膜结构具有多个在彼此顶部设置有平行表面的压电层，其中，电极层被设置在每两个相邻压电层之间。因此，电极层和压电层分别交替地设置在载体层上。电极层和压电层可以直接彼此叠置、彼此连接或经由一个或多个中间层彼此叠置。利用该实施例，可以产生具有特别大的力或功率的振动，并且可以特别精确地检测振动。

在该换能器修改中，具有不同电势的电极与层结构中的压电层交替。硅结构之后首先是底部电极，接下来是第一压电层、具有相反电势的电极、第二压电层、具有底部电极电势的电极等。

各个压电层的极化方向可以垂直于膜结构的表面，和单层换能器的情况一样；然而，它面向与交替的压电层相反的方向。在相反电势的电极之间建立的电场和各个压电层交替的极化方向确保了整个层结构的长度的相互变化，这又导致硅结构弯曲。

电极层被有利地配置或接触，使得具有不同极性的电荷可以被施加到每两个相邻的电极层。通过这种方式，可以在压电层中产生电场，在不同情况下，该电场从一个电极层延伸到相邻的电极层。以这种方式，压电层可以特别均匀地被电场穿透。在振动检测的情况下，在压电层上出现的电压的不同符号可以优选地在不同情况下由相邻的电极层分接。

在本发明的另一有利实施例中，形成电极对的至少两个条形并因此细长的电极被设置在至少一个压电层的表面上或载体层的表面上，使得它们平行于相应的表面延伸并且优选地彼此平行地延伸。可以将具有不同极性的电荷分别施加到电极对的两个电极上，使得电场在电极对的电极之间形成并且至少部分地穿透压电层。如果设置多个电极对，则相邻电极对的不同极性的电极之间也可以形成电极场并穿透压电层。在振动检测的情况下，电极对能够分接或检测电压。

条形电极的条形导体结构可以优选地具有矩形横截面。

如果多个电极对(每个都包括能被施加不同极性的两个电极)被设置为使得多个电极对的电极彼此平行延伸，则是特别有利的。由此，应该另外设置电极对，使得不同极性的电荷能被施加到两个相邻延伸的电极。以这种方式，在每两个相邻电极之间形成穿透压电层的电场。如此处所描述的，在设置多个电极对的情况下，则多个电极存在于压电层或载体层之一的表面上，可以彼此平行地延伸，可以彼此相邻地设置，并具有交替极性。

在这种情况下，压电材料的极性在罩的整个压电层上分布不均匀；相反，极化方向从负电极延伸到正电极，形成线形场。在换能器的操作过程中，当向梳状电极施加交流电势时，则沿压电材料的极化方向形成电场，压电材料沿该电场延长或缩短。通过这种方式，整个压电层在梁的纵向上变长或缩短，导致硅结构向上弯曲或向下弯曲。

在这种情况下，如果电极额外地平行于膜结构的边缘延伸，则是特别有利的。如果膜结构是圆形的，则电极优选地围绕膜结构的中心点形成同心圆。相应地，在椭圆形膜结构的情况下，电极也优选地被配置为椭圆形。电极可以各自沿着与膜结构的周边平行的整个周边延伸，或者仅在周边的一部分上延伸，使得它们具有，例如，圆弧截面的形状。

带状电极可以特别有利地通过互导体接触，其中多个电极可以通过一个互导体接触。因此，一个极性的多个电极可以连接到至少一个第一导体，并且另一个极性的电极可以连接到至少一个第二导体。

为了交替排列不同极性的电极，分配给不同导体的不同极性的电极可以以梳状彼此啮合。因此，互导体可以在此切割具有它们相应极性的电极，并且，例如，在圆形电极的情况下优选地径向延伸。

在条形电极的实施例的情况下，膜结构也可以设计为多层的。也可以将多个压电层设置在彼此的顶部，其中条形电极则可以在两个分别相邻的压电层之间延伸。电极的设置在此对应上述压电层表面上的设置。然而，膜结构也可能具有至少一个压电层，该压电层被一个或多个平面中的条形电极或电极对穿透。

在这种情况下，电极对的电极在相应压电层的内部延伸。设置的不同可能性在此也对应于在压电层的表面上的上述设置。

声换能器的这种变体具有较厚的压电层，与之前的解决方案相比，压电层可以被多层梳状电极穿透。压电材料中的极化再次从负条形导体电极向正条形导体电极延伸，形成线形场。在施加电压时，电场沿极化方向形成，这导致压电材料沿场线延长或缩短，并导致梁结构向下弯曲或向上弯曲。

在螺旋形段的情况下，条形电极可以沿段的纵向设置。在这种情况下，优选一对电极就足够了。

由于声换能器用于生物环境中，如果施加到电极的电压小于3伏，优选为小于2伏，特别优选为小于1.3伏，则是有利的。替代地或附加地，还可以将电极封装为液密和/或电绝缘的，使得它们不与围绕声换能器的可选流体接触。

由于相关区域的压电效应与穿透材料的电场强度成正比，因此高磁场(在均质情况下将电场按照施加电压和电极距离的商进行计算)可以通过在电极的非常小的距离处使用非常薄的压电层产生，使得压电效应足以实现必要的振动偏转和激发圆窗所需的力。

载体层可以具有或包括硅。合适的压电材料包括PbZrxTi1-xO3等，其中优选0.45<x<0.59，特别优选具有例如La、Mg、Nb、Ta、Sr等的掺杂剂，优选浓度在0.1和10％之间。

包括PbTiO3，例如，Pb(Mg1/3，Nb2/3)O3、Pb(Sn1/3Nb2/3)O3的其他固溶体也是合适的。可能的材料还有包含KNbO3、NaNbO3、Li、Ta等掺杂剂的无铅材料、含铋双压电层、包含Ti、Ta、Nb的Aurivilius相，此外还有钙钛矿相，如BiFe3。传统的薄层材料，如AlN和ZnO，也是可能的。

硅作为压电层的载体材料能够使用微系统技术的结构化技术制造盘形结构和饼楔形弯曲梁。已知且经过验证的涂层和蚀刻方法可用于制造梁、电极和压电层，例如，溶胶-凝胶技术、溅射方法、化学蚀刻、离子蚀刻等。此外，微系统技术的方法允许制造工艺中的并行化：通过一次制造工艺，可以从一个硅晶片制造多个声换能器。这使得制造具有成本效益。

至少一个压电层有利地具有≤20μm的厚度、有利地≤10μm、特别优选地≤5μm和/或≥0.2μm、有利地≥1μm、优选地≥1.5μm、特别优选地＝2μm。每个电极层有利地具有≤0.5μm的厚度、有利地≤0.2μm、特别优选地≤0.1μm和/或≥0.02μm、有利地≥0.05μm、特别优选地≥0.08μm。膜结构的直径为有利地≤4mm，优选地≤3mm，特别优选地≤2mm和/或≥0.2mm，有利地≥0.5mm，优选地≥1mm，特别优选地＝1.5mm。0.7μm的层厚也被证明是特别有利的。

根据本发明，声换能器还可以具有多个上述膜结构。由此，这些膜结构被相同地构造和设置在彼此之上并且彼此平行，使得结构的相同段或膜结构的切割线彼此重叠。然后，相同的段可以彼此联接，使得一个段的偏转和/或力的施加传输到相邻的段。膜结构由此可以设置在彼此之上，使得在将限定极性的电压施加到声换能器时，所有段在相同方向上偏转。膜结构在此相同定向。在这种情况下，可以实现比单个膜结构更高的合力。还可以将膜结构设置在彼此的顶部，使得相邻的膜结构分别沿相反方向定向，从而在施加限定极性的电压时，相邻的膜结构分别沿不同方向偏转。在这种情况下，可以实现大于单个膜结构的偏转的总偏转。

膜结构可以优选地在膜结构的表面被至少一条切割线分割，该切割线将膜结构的所有层割断为至少一个、两个或多个部分，使得膜结构在切割线处机械解耦。由此，膜结构在切割线处机械解耦，这意味着膜结构在切割线一侧的运动不会引起膜结构在切割线另一侧上的任何运动，或仅引起非常小的运动，这将在力作用于切割线的情况下发生。如果膜结构被分成两个或多个段，则这些段可以，例如，通过径向延伸的切割线形成。在这种情况下，例如，膜结构本身可以在膜结构的平面中具有圆形周边，并且切割线径向延伸至该中心点。由此，所有切割线优选地在中心点处机械解耦。

如果膜结构仅具有一个切割线，则这可以特别有利地以螺旋形状延伸。在这种情况下，膜结构也可以有利地具有圆形周边。

在本发明的一个有利实施例中，至少一个声音传输窗可以设置在内耳罩的围绕内耳区的纵轴的侧壁中和/或可以设置在内耳区的纵轴方向上背离声换能器的一侧上的界定内耳区的端壁中。如果设置有细长的电极载体，因为振动传输不受电极载体的阻碍，则设置在侧壁中的声音传输窗主要是有利的。

围绕内耳区的纵轴的一个侧壁可以有利地具有锥形表面的部分表面的形状。它具有垂直于纵轴的圆形周边，并且在纵轴的方向上逐渐变细。如果声音传输窗设置在该侧壁中，那么它优选地仅在整个周边的一部分上围绕内耳区的纵轴和/或仅在纵轴方向上的总延伸的一部分上延伸。

在一个有利的实施例中，内耳罩可以在一侧具有一个部分，其中内耳罩沿其纵轴逐渐变细，而在另一侧具有与其相邻的圆柱形部分，其圆柱轴与该内耳区的纵轴同轴。锥形部分优选地在其最宽端处与声换能器相邻，并且在其最窄端处与圆柱形部分相邻。在锥形部分和圆柱形部分中的横截面在垂直于纵轴的平面中优选为圆形或圆弧形。在该实施例中，如果至少一个声音传输窗被设置在圆柱形部分中，则是特别优选的。圆柱形部分的直径优选地小于相关人员的中耳和内耳之间的开口在该开口的最小延伸方向上的延伸。以这种方式，圆柱形部分可以完全插入内耳，直到锥形部分接触中耳和内耳之间的相应开口的边缘。

至少一个声音传输窗可以优选地具有覆盖声音传输窗表面的柔性和/或生物可降解膜。以这种方式，声音传输窗使振动从内耳区传递到耳蜗的外淋巴。如果至少一个声音传输窗具有这种覆盖声音传输窗表面的柔性和/或可生物降解的膜，那么在一个有利实施例中，该膜可以完全或部分地覆盖电声换能器和/或电极载体的整个表面。特别地，该膜也可以部分地存在于内耳罩和/或电极载体的外侧上，其中不存在声音传输窗，并且因此由内耳罩的实际壁或电极载体的外表面形成。可生物降解的膜是随着时间的推移在耳朵中溶解的膜。通过使用这种膜，可以保证在植入过程中和随后的愈合过程中，声音传输窗是关闭的，使得耳蜗液仅在成功植入和愈合后才进入内耳罩。以这种方式，可以实现本发明的实施例，其中耳蜗液接触声换能器而不会在愈合期间引起并发症。

内耳区可以有利地至少部分地填充有振动传输材料，使得振动传输材料接触声换能器和至少一个声音传输窗。在最简单的情况下，内耳区可以完全填充有振动传输材料，使得振动传输材料既存在于声换能器上，也存在于声音传输窗上。

振动传输材料可以是弹性模量低于内耳罩的弹性模量的固体。特别优选地，则固体的弹性模量小于或等于10％，特别优选为小于或等于内耳罩的弹性模量的1％。特别地，固体可以有利地具有或包括硅树脂。

振动传输材料也可以有利地是压缩模量大于或等于0.1Gpa的流体，优选为大于或等于1GPa，特别优选为大于或等于2GPa。特别地，作为流体的振动传输材料可以具有或包括水、硅油和/或白矿物油。

如果提供所描述的电极载体，则有利地，电极载体的表面的至少一部分可以具有或包括振动传输材料，用于填充内耳罩。以这种方式，可以在内耳罩的内部，即内耳区，与整个结构的表面之间产生材料整合的过渡。由此，优选暴露电极载体的电极。

不管是否设置电极载体，电声换能器本身也可以完全或部分地被其外表面上的振动传输材料覆盖。以这种方式，产生用于在电声换能器的内耳区和外表面之间传输振动的材料整合的连接。

在本发明的一个优选实施例中，中耳部件可以具有接触声换能器的介质。介质由此可以有利地是具有弹性模量低于内耳罩的弹性模量的固体，其中固体的弹性模量优选为小于或等于10％，特别优选为小于或等于内耳罩的弹性模量的1％。特别地，该固体可以有利地包括硅树脂或由硅树脂组成。

中耳部件可以优选地具有包围中耳区的中耳罩，其中中耳区由至少一个声换能器界定在一侧。在该实施例中，中耳罩因此围绕中耳区。中耳罩由此可以具有一个或多个包围中耳区的壁。

在一个有利的实施例中，中耳区则可以填充有固体、液体或气体介质，其中介质可以接触声换能器，并且可以影响比潜在存在的振动传输材料更低的中耳区的阻抗，可以至少部分地用于填充内耳区。由于中耳区材料的选择，实现了尽可能少地阻碍声换能器的运动。同时，中耳部件可防止声换能器过度生长。介质的可压缩性在这里不是决定性的。可压缩介质可以是有利的，因为可以因此实现中耳部件中的封闭容积。

在一个有利实施例的情况下，介质可以有利地是压缩模量大于或等于0.1Gpa的流体，优选为大于或等于1GPa，特别优选为大于或等于2GPa。特别地，流体可以有利地具有或包括水、硅油和/或白矿物油。

中耳罩可以有利地具有至少一个窗口，其被结合在中耳罩的壁中。窗口可以有利地设置在侧壁中，侧壁是邻近或面向声换能器的壁；然而，这种窗口也可以附加地或替代地设置在端壁中，该端壁是与声换能器相对的壁。

在本发明的一个有利实施例中，中耳罩可以至少部分地由一根、两根或多根导线和围绕导线的护套形成，其中导线和护套彼此机械连接。这些导线可以接触声换能器或电极载体的至少一个电极。带状电缆特别适合作为这些导线，因为它们保证了罩的极高稳定性。

由固体形成中耳区也是可能的，如上所述，其中该固体可以通过一根或多根导线来稳定。

中耳罩可以有利地在远离声换能器的方向上沿着中耳区的纵轴逐渐变细。中耳罩可以有利地具有圆形横截面。在一个特别优选的实施例中，中耳罩可以具有锥体的部分表面的形式。如果罩远离声换能器逐渐变细，则它在声换能器处具有最大的延伸，因此其最大直径或最大对角线以及在背离声换能器的一侧具有最小延伸。内耳罩在垂直于内耳罩的纵轴的方向上可以优选地具有小于中耳部件的最小直径。然后，因为声换能器可以在中耳的方向上具有大于电极载体的后轴的直径，因此中耳部件逐渐变细可以是有利的。

在本发明的一个优选实施例中，内耳罩和/或中耳区和/或中耳罩在其外侧可以具有至少一个通道，至少一根导线在相应罩的纵轴的方向穿过该通道。该导线可以与电极载体的至少一个电极电接触。以这种方式，接触电极载体的电极或声换能器的电极并施加电信号是可能的。在一个有利的实施例中，可以提供这种类型的两个通道，各有一根导线穿过该通道。以这种方式，可以实现声换能器接触不同极化，或者如果其中一根导线发生故障，则可以实现用于接触电极载体的至少一个电极的冗余。

导线，例如接合线、焊接线或柔性导体带，可以用于电接触，并同样可以嵌入硅树脂层或套筒中，并且可以被引导到植入电子设备。

内耳罩和/或中耳罩和/或电极载体的至少一部分可以有利地在其或它们的外侧上完全或部分地涂覆有套筒材料或被套筒材料包围，然而，其中，电极载体的电极优选地保持暴露。以这种方式，电声换能器可被设计为生物相容的。

因此，如果需要，可以将用于接触人工耳蜗的电极的导线，即，电极载体，有利地引导经过声换能器和中耳区和内耳区。如上所述，如果存在的话，将导线集成或嵌入到套筒材料中是可能的。也可以用硅树脂包覆成型套筒和声换能器，以便将电极导线嵌入其中。

此外，套筒材料也可以有利地形成电极载体的表面。套筒材料可以有利地具有或包括硅树脂。优选地应用，使得它产生或加强内耳罩和电极载体之间的机械连接。

在本发明的一个有利实施例中，套筒材料在内耳罩和/或中耳罩中的至少一个声音传输窗的区域中可以具有至少一个段，该声音传输窗在不同情况下具有或包括振动传输材料。振动传输材料由此优选为弹性模量低于内耳罩的弹性模量的固体，其中固体的弹性模量特别优选为小于或等于10％，优选为小于或等于内耳罩的弹性模量的1％。特别地，固体可以特别地具有或包括硅树脂。以这种方式，内耳罩和/或中耳罩中的窗口可以由相应的段密封。

如果至少一段的表面与套筒材料的表面齐平，或者连接到内耳罩或中耳罩的表面，则是特别有利的。此外，由于套筒材料或相应罩的材料可实现相同的几何形状，如果至少一个段包括振动传输材料或由振动传输材料组成，能够将声音振动从内耳区大致无损耗地传输到外部则是有利的，反之亦然。

内耳罩和/或中耳罩可以有利地由塑料材料、聚酰亚胺、PEEK、聚酰胺、硅树脂、环氧树脂、PET、金属、金属合金、金、铂、钛、钛合金、铝、陶瓷、玻璃、石英玻璃、氧化锆和/或氧化铝或这些材料的组合制造。

电声换能器的尺寸优选如下。内耳罩的最小直径可以有利地小于或等于3mm，特别优选为小于或等于1mm和/或大于或等于0.3mm，优选为大于或等于0.6mm。内耳罩在纵轴方向上的长度可以有利地小于或等于3mm，优选为小于或等于2mm和/或大于或等于1mm，优选为1.85mm。声换能器的直径可以有利地小于或等于5mm，优选为小于或等于3mm和/或大于或等于0.8mm，优选为1.3mm。中耳罩的长度可以有利地小于或等于20mm，优选为小于或等于15mm和/或大于或等于3mm，优选为10mm。

声换能器优选为致动器。人的中耳和内耳之间的开口可以是人耳的圆窗或前庭窗，或者是人的中耳和内耳之间形成的开口，例如，由医生引入的开口。

声换能器可以有利地被装备成从声信号产生电压。由此，声换能器产生的电压控制能够被施加到至少一个电极的电压。以这种方式，可以将声信号传输到电极。

提供一个以上的声换能器是可能的。以这种方式，可以增加最大可产生声压。如果声换能器被设计为平坦的，如上所述，特别是设计为膜结构，那么多个声换能器可以以同轴的中心轴彼此重叠设置。

在一个有利的实施例中，内耳罩和/或中耳罩可以是混响的。中耳罩和/或内耳罩的外表面可以优选地具有或包括至少部分地、优选为至少5％的固体材料。

在一个有利的实施例中，可以在中耳罩、内耳罩和/或声换能器上设置一个或多个标记，使得能够确定电声换能器围绕其纵轴的定向。以这种方式，可以在插入耳朵期间确保声音传输窗被正确定向。

此外，根据本发明所述的方法被指定用于制造上述电声换能器。内耳罩和/或中耳罩形式的管状半成品由此成型，其产生至少一个声音传输窗。由此，优选至少部分地通过生成方法制造内耳罩和/或中耳罩。

如果电声换能器具有直径恒定的圆柱形底座，则它可以通过激光处理由管状半成品制造。激光可由此将窗口和其他凹槽或分割线切割成用于降低弯曲强度的材料。可以在此步骤之前或之后将管状半成品切割成正确的尺寸。在中耳罩和/或内耳罩逐渐变细的情况下，因此相应的罩具有沿其纵轴变化的横截面，管状半成品最初可成形为具有限定的可变直径的管。例如，这可以通过使用由收缩材料制成的半成品来实现。由热塑性材料制成的挤压管特别适用于此。该半成品可以放置在具有所需内部几何形状的心轴上并加热。然后，在周边将其拉到一起并与心轴紧密贴合，从而呈现其形状。冷却后，半成品保持形状。随后可以使用激光执行进一步的工作步骤，与圆柱形基本结构的步骤类似。颠倒顺序也是可能的，因此，首先执行激光处理，随后进行收缩，或者并行地进行工作步骤，从而与随后也用于处理的激光同时进行收缩。

短脉冲激光处理有利于保持尽可能低的热输入，从而防止燃烧或变形。

通过注射成型来制造内耳罩或中耳罩也是可能的，也可以与电声换能器的其他部分结合以多部件注射成型。使用增材制造方法，例如，3D打印或三维平版印刷方法，来制造内耳罩、中耳罩和窗口，也是可能的。

此外，详细说明了根据本发明所述的人工耳蜗系统。其具有至少一个麦克风、至少一个电池、至少一个处理器单元、至少一个用于控制电极刺激脉冲的电子设备，以及上述电声换能器。此外，人工耳蜗系统可以有利地具有带有至少一个刺激电极的电极载体，可以被电连接到用于控制刺激脉冲的电子设备。

在下文中，参考数个附图以示例的方式对本发明进行更详细地解释。由此，相同的附图标记表示相同或相应的特征。示例中描述的特征也可以独立于特定示例实现，并且可以在示例之间组合。

附图说明

如图所示：

图1：根据本发明所述的电声换能器的侧视图；

图2：图1所示电声换能器在与图1所示观察方向垂直的观察方向上的视图；

图3至8：根据本发明所述的电声换能器的进一步实施例；

图9：用于本发明的声换能器的示例；

图10：声换能器2的接触示例；

图11：具有根据本发明所述的电声换能器的电子载体在耳朵中的设置；以及

图12：耳朵中传统人工耳蜗系统的一些部件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明所述的适合植入耳朵的电声换能器的侧视图。所示的电声换能器具有内耳罩1、声换能器2和中耳部件3，中耳部件3在此为中耳罩3。

在图1中从左到右可以聚集有，首先是电极载体22，接下来右侧是恒定横截面1b的区域，接下来是内耳罩1的锥形区域1a，然后是连接到右侧的声换能器2，通过右侧的中耳罩3与其相连。在右侧，外轴23与中耳罩3相邻。

电极载体22具有至少一个电极33，可以与电极载体22的周围接触，从而暴露在电极载体22的表面上。此处的电极载体可插入耳蜗中。

内耳罩1围绕内耳区4，其为内耳罩1的内部。内耳区4则在中耳部件3的方向上由声换能器2界定。中耳部件3设置在声换能器2的与内耳罩1的内耳区4相对的一侧。

内耳罩1具有至少一个声音传输窗6，其被结合到内耳罩1的围绕内耳区4的至少一个壁中，并且可以通过声音传输窗传输振动。

由此，内耳罩1的尺寸被设计为可插入人的中耳和内耳之间的开口中，使得内耳区4至少部分地伸入内耳中，使得至少一个声音传输窗6位于内耳中。优选地，中耳部件3被配置为使其优选地具有低于内耳区4机械阻抗的机械阻抗，针对人类能听到的频率范围内的频率。

在所示示例中，内耳罩1具有区域1a，邻近声换能器2，其在远离声换能器2的方向上沿着内耳罩1的纵轴L逐渐变细。该锥形区域1a与内耳罩1的圆柱形部分1b相邻，其中内耳罩1的直径沿内耳罩1的纵轴L保持恒定。

中耳罩3设置在声换能器2的与内耳区4相对的一侧。在所示示例中，中耳罩3围绕中耳区5。由此，中耳区5在一侧由声换能器2界定。

由电极载体22、内耳罩1、声换能器2、中耳罩3和外轴23制成的整个设置在图1中被套筒材料21包围，例如，其可以具有或包括硅树脂。可以有利地应用套筒材料21，使其制造或加强内耳罩1和电极载体22之间的机械连接。

在图1所示示例中，导线26被结合在套筒材料21中，并且被电连接到电极载体22的至少一个电极33中。导线26从套筒材料21中的至少一个电极33一直延伸到外轴23，然后沿着外轴23，例如，到达控制电子装置，通过该控制电子装置能够向电极33施加电压。在图1所示示例中，套筒材料21形成整个电声换能器的表面，从而形成中耳罩3、内耳罩1和电极载体22的表面。外轴23也具有作为表面的套筒材料21。因此，电声换能器被完全封装在套筒材料21中。然而，电极载体22的电极33是暴露的。

在图1所示示例中，内耳罩1中的声音传输窗6为椭圆形。中耳罩3中的声音传输窗7为梯形，其2个平行面与换能器2的表面平行，不平行的两个面由中耳罩3在声换能器方向上的加宽形状决定。

在所示示例中，内耳罩1和中耳罩3都可以在垂直于图平面的平面中具有圆形横截面。在图1所示的示例中从左侧开始，该圆形横截面的半径在电极载体22的区域中最初是恒定的，然后在具有恒定横截面的内耳罩1的区域1b中保持恒定，然后在内耳罩1的区域1a放大，在声换能器2处达到其最大值，并在所示示例中在中耳罩3和与其连接的外轴23的区域中以恒定速率减小。半径可以在轴23的进一步路线上再次过渡到恒定的截面。参考以下事实，所描述的半径路线是可选的。

内耳罩1在至少一个声音传输窗6的区域中可以有利地具有比在至少一个声音传输窗6外部区域中更低的机械阻抗。这可以相应地适用于中耳罩3中的声音传输窗7。

在图1所示示例中，声换能器2在与垂直于内耳罩1和/或中耳罩3的纵轴L的平面平行或与垂直于内耳罩1和/或中耳罩3的纵轴L的平面以小于45°的角度倾斜的平面中延伸(另请参见图7a和7b)。

在图1中，至少一个声音传输窗6被设置在围绕内耳区4的纵轴的内耳罩的侧壁中和/或被设置在内耳区4的纵轴L方向上背离声换能器2的一侧上的界定内耳区4的侧壁中。

在本发明的一个示例性实施例中，套筒材料21可以与振动传输材料相同，并且特别地可以在材料上过渡到相同材料。

内耳罩1，以及特别是锥形区域1a，可以有利地具有这样的截面，其中，其垂直于内耳罩的纵轴L的直径大于其在位于处于植入状态的人的中耳和内耳之间的开口中的内耳罩1的一点处的直径。内耳罩1的面向声换能器2的区域则具有更大的直径，并且内耳罩1的背离声换能器2的区域具有的直径小于相应开口的延伸。特别地，圆柱形部分1b的直径有利地小于中耳和内耳之间的上述开口的最小尺寸，使得内耳罩的圆柱形部分1b可以被引导通过中耳和内耳之间的开口。

在本发明的一个有利实施例中，内耳区4可以至少部分地填充有振动传输材料。由此，振动传输材料可以接触声换能器2和声音传输窗6，使得振动可经由振动传输材料从声换能器2传输到窗口6。这种振动传输材料可以优选为弹性模量低于内耳罩1的弹性模量的固体，或者可以是具有合适压缩模量的流体。

中耳部件3还可以具有接触声换能器2的介质。特别地，中耳罩3可以在中耳区5中填充有这种介质。有利地，介质可以是弹性模量低于内耳罩1和/或中耳罩3的弹性模量的固体。例如，固体可以具有或是硅树脂。

中耳区5包含固体、液体或气体介质，其接触声换能器2，并至少在人类能够听到的频率中产生比振动传输材料更低的机械阻抗，内耳区4可以填充有该振动传输材料，也是可能的。例如，如果介质是流体，则其压缩模量可以大于或等于0.1GPa。

在图1所示示例中，声换能器2的表面在平面中延伸，该平面平行于与内耳罩1的纵轴L垂直的平面。因此，声换能器2的表面垂直于内耳罩1的纵轴L和中耳罩3。这种设置不是必需的。然而，如果以这种方式设置声换能器2或声换能器2以小于45°的角度相对于所述平面倾斜，内耳罩1或中耳罩的纵轴L垂直于该平面，则是有利的。

在图1所示示例中，如图10中示例所示的声换能器2可以被配置为膜结构，其可以具有，例如，载体层35和设置在载体层35上的压电层34，其中压电层34可以具有至少一种压电材料，从而可以通过向压电层34施加电压来产生膜结构2的振动。

在这里所示示例中，内耳罩1的最小直径可以小于或等于3mm和/或大于或等于0.3mm。内耳罩1在纵轴L的方向上的长度可以，例如，小于或等于3mm和/或大于或等于1mm。声换能器的直径可以，例如，小于或等于5mm和/或大于或等于0.8mm。中耳罩3在纵轴L的方向上的长度可以，例如，小于或等于2mm和/或大于或等于1mm。

根据本发明所述的电声换能器可以插入其中的开口可以是，例如，人的圆窗或前庭窗，或者是在中耳和内耳之间形成或由医生引入的开口。

声换能器2可以有利地是施加电压时产生振动的致动器。然而，声换能器被设计为从声信号产生电压，也是可能的。则可以使用这样的电压，例如，生成电压，该电压可以在相应的放大之后被施加到电极载体22的电极。该电压可以被施加到电极上，然后由声换能器2产生的电压控制。

图2示出了将图1中所示的电声换能器围绕换能器的纵轴L旋转90°的视图。内耳区4中的声音传输窗6和中耳罩3中的声音传输窗7在图2的视图中从侧面示出。在图2所示示例中，内耳区4中的声音传输窗6具有柔性膜24，内耳区4通过柔性膜24相对于电声换能器的周围环境分离。此外，中耳区5中的声音传输窗7通过柔性膜25密封，其相对于电声换能器的周围界定中耳区5。在所示示例中配置膜24和膜25，使得声音振动可通过它们传输。

在一个可选的实施例中，膜24和25可以被配置为套筒材料21的一部分。然后，柔性膜可以部分或完全覆盖电极载体22的表面以及内耳罩1和中耳罩3的表面，使得膜24和25是该膜的部分区域。

图3示出了本发明实施例的另一个示例。除了下述差异以外，该示例中的实施例对应于图1和图2中所示的实施例，因此请参考图1和图2的描述。

在图3中，至少一个段31被结合在内耳罩1中的声音传输窗6中，并且包括振动传输材料或由振动传输材料组成。在图3所示示例中，至少一个段32也被结合在中耳罩3中的声音传输窗7中，并且包括振动传输材料或由振动传输材料组成。相应的窗口可以由段31和32密封。由此，声音传输窗6中的至少一个段31和/或声音传输窗7中的至少一个段32有利地成形，使得它们的表面仅通过薄膜厚度小于声音传输窗6和/或声音传输窗7外侧区域中的套筒材料21的薄膜厚度的薄膜，对应于套筒材料21的表面或被套筒材料21覆盖。

图4示出了本发明的另一个实施例。除了下文描述的差异以外，这与图1和图2中所示的实施例的配置相同。

图4中的声音传输窗6是内耳罩1中的开口，声音传输材料通过该开口延伸，同时该声音传输材料也是套筒21的材料。中耳罩3中的声音传输窗3被相应地配置为中耳罩3中的开口，声音传输材料通过该开口延伸，该声音传输材料也是套筒材料21。

图5示出了根据本发明所述的电声换能器的另一个示例性实施例。在图5所示示例中，内耳罩12具有两个相对于内耳罩1的纵轴L彼此相对的声音传输窗6a和6b。声音传输窗6a和6b的形状分别与图1所示的声音传输窗6的形状相同；但是，也可以与此有所不同。

另外，在图5所示的示例中，中耳罩3具有两个相对于中耳罩3的纵轴L彼此相对的声音传输窗7a和7b，其形状分别与图1所示的声音传输窗7的形状相同；但是，也可以与此有所不同。

如图5所示的示例，内耳罩1中的声音传输窗6a和6b以及中耳罩3中的声音传输窗7a和7b均被配置为开口，声音传输材料通过该开口延伸，同时声音传输材料也是套筒21的材料。

图6示出了本发明的另一个示例性实施例。如果下文没有不同的描述，则该示例的配置与图1中所示的配置相同。

在图6所示示例中，提供了两条电线10a和10b，通过这两条电线，声换能器2是可电接触的。与导线26一样，电线10a和10b被嵌入在套筒材料21中。线10a和10b最初沿外轴23延伸，然后在套筒材料21中沿中耳罩3一直延伸到声换能器2，并在同一点结束，以便与其电接触。

如图1所示，此处可设置用于接触至少一个电极33的导线26。然而，用于接触声换能器2的方法独立于用于接触电极载体22的电极33的方法，使得也可以实现图6中用于接触电极33的其他可能性。

在所示示例中，电线10a、10b在内耳罩1和中耳罩3外部在纵轴L的方向上从电声换能器的一侧延伸到电声换能器的相对侧的套筒材料21中。由此，电声换能器的纵轴L应理解为与内耳罩1的纵轴L和/或中耳罩3的纵轴L同轴延伸的轴。在所示示例中，这是一个垂直于声换能器2的表面的轴，并且内耳罩1和中耳罩3在所示示例中至少在截面上围绕该轴对称。两条电线10a和10b在此关于纵轴L彼此径向相对，然而这是可选的。电线10a和10b在此可以被配置为带状电缆，平放在电声换能器的外侧上。连接到内耳区4的电极载体的电极(图中未示出)可以通过线10a和10b电接触。

图7a示出了本发明的示例性实施例，其部件与图1中所示的部件匹配。然而，虽然图1中本发明的电声换能器被配置为是笔直的，因此具有笔直的对称轴，但图7中所示的实施例是有角度的形状。由此，通过内耳罩1的锥形区域1a的配置实现成角。结果，电极载体22的纵轴L1与中耳罩3的纵轴L2成角度，因此，电极载体22的纵轴L1和中耳罩3的L2不平行且不同轴。在该实施例中，中耳罩的纵轴L2垂直于声换能器2在其中延伸的表面延伸。

在该实施例的可选配置中，如图7b所示，可以通过中耳罩3的配置实现成角。在这种情况下，电极载体22的纵轴L1或内耳区4在垂直于声换能器2在其中延伸的表面延伸。

图8示出了根据本发明所述的电声换能器的另一个示例性实施例。除了下文描述的差异以外，该实施例的配置再次与图1中所示的实施例相同。

在图1中，内耳罩1中的声音传输窗6为椭圆形。相比之下，图8中的声音传输窗6为梯形。

另外，中耳罩3中的声音传输窗7为图1中的梯形。相比之下，在图8所示示例中，中耳罩3中的声音传输窗7为椭圆形或卵形。也可以是圆形。

图1和图8所示的声音传输窗6和7的形状可以彼此任意组合，使得内耳罩1中的声音传输窗6和中耳罩3中的声音传输窗7可以为梯形，或声音传输窗6和声音传输窗7都可以为圆形或椭圆形，或任意其他任何形状。

图9示出了可以用于根据本发明所述的电声换能器中的声换能器2的示例。

在所示示例中，声换能器2具有圆形周边。通常，声换能器2的周边形状优选地与内耳罩1和中耳罩3的周边形状相同。在图9所示示例中，声换能器2具有由圆形边缘界定的膜结构8。

由此，膜结构被切割线9a、9b和9c分成段8a、8b和8c等。由此，切割线9a、9b和9c被配置为使得它们割断膜结构8的所有层。因此，段8a、8b和8c在切割线9a、9b和9c处机械分离。段8a、8b和8c在它们的外边缘处被永久地设置在边缘上。因此，段8a、8b和8c具有饼楔形，并且在它们的点处是可偏转的。

由此，膜结构可以具有载体层和至少一个设置在载体层上并具有至少一种压电材料的压电层，使得膜结构的振动可通过向压电层施加电压来产生。

在图9所示示例中，由于施加了这样的电压，因此段8a、8b和8c振动，它们的点面向圆形的中心。

在所示示例中，声换能器2的膜结构被分成六个段，例如，段8a、8b和8c在膜结构的表面中被切割线9a、9b、9c分割，这些切割线割断膜结构的所有层，使得膜结构在切割线9a、9b、9c处机械解耦。在所示示例中，切割线径向延伸至声换能器2的中心点并在中心点相交，使得所有段在中心点处机械解耦，例如，段8a、8b和8c。明确地参考了以下事实，例如，段的数量，如段8a、8b和8c，切割线9a、9b、9c的数量以及切割线9a、9b、9c的形状和段，如段8a、8b和8c，可以以多种其他方式实现。例如，螺旋形切割线也是可能的。

例如，图10示出了通过两根导线10a和10b接触声换能器2的一种可能性。例如，图6中所示的声换能器2的接触可以通过这些导线进行配置，如图10中所示。

声换能器2具有其上设置有背电极37的载体层35。载体层35在此被配置为平坦的，其形状对应于声换能器2的形状，优选为圆形。在所示示例中，背电极37被设置具有直接在载体层35上的平行表面。

在背电极37的背离载体层35的一侧上设置压电层34，其在所示示例中被配置为平坦的，并且具有直接位于背电极37上的平行表面。

此外，在压电层34的背离后电极37的一侧上设置同样平坦的前电极36，其完全覆盖压电层34，并且在此同样地直接设置在压电层34上。

导线10经由端子11a连接到前电极36，用于声换能器2的电接触。另外，导线10b通过端子11b与背电极37电连接。

图11示出了插入到人耳41中的电声换能器，例如，如图1至图8配置所示。由此，电声换能器被引导穿过人耳中的圆窗42，并且被设置为使得圆窗42位于内耳罩1的锥形区域1b的高度处。由此，具有至少一个电极33的电极载体22被插入人的耳蜗43中。外轴23优选地穿过颅骨的乳突。它包含电极33与电子设备的导电连接，用于控制人工耳蜗系统的刺激脉冲。用于控制刺激脉冲的电子设备通常被安装在罩中，尽可能紧密地密封，位于耳后皮下(图11中未示出)。例如，可以利用从耳后的颅骨通过颞骨到中耳的外科手术介入(例如，乳突切除术)产生外轴23。

图12示出了典型的人耳，具有外耳101、鼓膜102、中耳103、内耳104和听觉神经113。此外，人工耳蜗系统的典型部件示意图如下：外部处理单元111，用于在外部和植入部件之间发送或接收能量和信号的传输线圈107，具有集成或外部链接的传输线圈用于在外部和植入部件之间发送或接收能量和信号的植入物108，以及电极引线109(其他图中的轴23)，电极载体110(其他图中的22)和电极触点112(其他图中的33)。

Claims (45)

1.一种用于植入耳朵的电声换能器，具有

内耳罩，

至少一个声换能器，

以及中耳部件，

其中所述内耳罩围绕内耳区，所述内耳区与所述声换能器相邻并由所述声换能器界定，

其中所述中耳部件设置在所述声换能器与所述内耳区相对的一侧，

其中所述内耳罩具有至少一个声音传输窗，其被结合到所述内耳罩的至少一个壁中，并且可以通过所述声音传输窗传递振动，

其中所述内耳罩的尺寸被设计为可插入人的中耳和内耳之间的开口中，使得所述内耳区至少部分地伸入所述内耳中，使得所述至少一个声音传输窗位于所述内耳中。

2.根据权利要求1所述的电声换能器，其中所述内耳区的机械阻抗大于所述中耳区的机械阻抗，优选为针对人类能听到的频率范围内的频率。

3.根据权利要求1所述的电声换能器，其中当所述电声换能器插入人的所述内耳和所述中耳区之间的预期位置时，所述内耳区的机械阻抗大于所述中耳区的机械阻抗，优选为针对人类能听到的频率范围内的频率。

4.一种用于植入耳朵的电声换能器，具有

内耳罩，

至少一个声换能器，

以及电极载体，至少一个电极设置在所述电极载体的表面上，

其中所述内耳罩围绕内耳区，所述内耳区与所述声换能器相邻并由所述声换能器界定，

其中所述内耳罩具有至少一个声音传输窗，其被结合到所述内耳罩的至少一个壁中，并且可以通过所述声音传输窗传递振动，

其中所述内耳罩的尺寸被设计为可插入人的中耳和内耳之间的开口中，使得所述内耳区至少部分地伸入所述内耳中，使得所述至少一个声音传输窗位于所述内耳中，

并且其中所述电极载体从所述内耳区沿远离所述声换能器的方向延伸。

5.根据前述权利要求所述的电声换能器，其中所述电极载体是细长的电极载体。

6.根据前述权利要求所述的电声换能器，

还具有中耳部件，其中所述中耳部件设置在所述声换能器与所述内耳区相对的一侧。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述内耳罩和/或所述内耳区被密封以防止流体渗入所述内耳区。

8.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述内耳罩具有围绕所述内耳罩的纵轴的圆形横截面。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述内耳罩在所述至少一个声音传输窗的区域中具有比在所述至少一个声音传输窗外部的区域中更低的机械阻抗。

10.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述内耳罩在远离所述声换能器的方向上沿着所述内耳区的纵轴逐渐变细。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述内耳罩具有沿着所述内耳区的纵轴的截面，其中在预期插入状态下，所述内耳罩在垂直于所述纵轴方向上的直径大于在所述人的中耳和内耳之间的开口处的直径。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述声换能器在与垂直于所述内耳罩的纵轴的平面平行或倾斜角度小于45°的平面中延伸。

13.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述声换能器具有膜结构，其中所述膜结构具有至少一个载体层和至少一个设置在所述载体层上并具有至少一种压电材料的压电层，使得所述膜结构的振动可通过向所述压电层施加电压来产生。

14.根据前述权利要求所述的电声换能器，其中所述膜结构在所述膜结构的表面被至少一个切割所述膜结构的所有层的切割线分成至少一个、两个或更多个段，使得所述膜结构在所述切割线处机械解耦。

15.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述至少一个声音传输窗设置在围绕所述内耳区的纵轴的内耳罩的侧壁中和/或设置在将所述内耳区界定在背离在所述内耳区的纵轴方向上所述声换能器的一侧的侧壁上。

16.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述内耳罩沿着纵轴具有锥形部分和圆柱形部分，其中所述锥形部分与所述声音换能器相邻，并且其中所述至少一个声音传输窗设置在所述圆柱形部分中。

17.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述至少一个声音传输窗具有覆盖所述声音传输窗的表面的柔性膜。

18.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述至少一个声音传输窗具有膜，所述膜具有或包括可生物降解材料。

19.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述内耳区至少部分地填充有振动传输材料，使得所述振动传输材料接触所述声音换能器和/或所述至少一个声音传输窗，

其中所述振动传输材料是弹性模量低于所述内耳罩的弹性模量的固体，其中所述固体的弹性模量优选为小于或等于10％，特别优选为小于或等于所述内耳罩的弹性模量的1％，

和/或其中所述固体包括硅树脂或由硅树脂组成。

20.根据权利要求1至18中任一项所述的电声换能器，其中所述内耳区至少部分地填充有振动传输材料，使得所述振动传输材料接触所述声音换能器和/或所述至少一个声音传输窗，

其中所述振动传递材料是压缩模量大于或等于0.1Gpa的流体，优选为大于或等于1GPa，特别优选为大于或等于2GPa，和/或包括水、硅油和/或白矿物油或由水、硅油和/或白矿物油组成。

21.根据权利要求19或20中任一项所述的电声换能器，其中所述电声换能器和/或所述电极载体的表面具有或包括所述振动传输材料。

22.根据权利要求17所述的电声换能器，其中所述柔性膜额外部分地或完全地覆盖所述电极载体的表面。

23.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述内耳罩沿着围绕所述内耳区的纵轴的周边以螺旋形状开槽。

24.根据权利要求1或5至23中任一项所述的电声换能器，

其中所述中耳部件具有接触所述声换能器的介质，

其中所述介质是弹性模量低于所述内耳罩的弹性模量的固体，其中所述固体的弹性模量优选为小于或等于10％，特别优选为小于或等于所述内耳罩的弹性模量的1％，

和/或其中所述固体包括硅树脂或由硅树脂组成。

25.根据权利要求1或5至24中任一项所述的电声换能器，

其中所述中耳部件具有包围中耳区的中耳罩，其中所述中耳区由所述至少一个声换能器界定在一侧。

26.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述中耳区填充有接触所述声换能器的固体、液体或气体介质。

27.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述介质是压缩模量大于或等于0.1GPa的流体，优选为大于或等于1GPa，特别优选为大于或等于2GPa，和/或包括水、硅油和/或白矿物油或由水、硅油和/或白矿物油组成。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的电声换能器，其中所述中耳罩具有至少一个窗口，其被结合在所述中耳罩的壁中。

29.根据权利要求1或3至25中任一项所述的电声换能器，其中所述中耳罩至少部分地由一根、两根或更多根导线以及围绕所述导线的护套形成，其中所述导线和所述护套彼此机械连接。

30.根据权利要求24至28中任一项所述的电声换能器，其中所述中耳外壳在远离所述声换能器的方向上沿着所述中耳区的纵轴逐渐变细。

31.根据权利要求1或5至30中任一项所述的电声换能器，

其中所述内耳罩在垂直于所述罩的纵轴方向上具有的最小直径小于所述中耳部件。

32.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述内耳罩和/或所述中耳罩和/或所述电极载体在其外侧至少部分地由套筒材料涂覆或被套筒材料围绕。

33.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述套筒材料包括硅树脂或由硅树脂组成。

34.根据权利要求32至33中任一项所述的电声换能器，其中以这样的方式应用所述套筒材料，使其产生或增强所述内耳罩和所述电极载体之间的机械连接。

35.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述套筒材料或所述内耳罩在其外侧具有至少一个通道和/或所述中耳罩在其外侧具有至少一个通道，其中至少一根导线沿所述内耳罩或所述中耳罩的纵轴方向延伸，其中所述导线电接触所述电极载体的至少一个电极。

36.根据权利要求32至35中任一项所述的电声换能器，其中所述套筒材料具有用于在所述至少一个声音传输窗的区域中密封所述声音传输窗的至少一段，所述段具有或包括振动传输材料，其中所述振动传输材料是弹性模量低于所述内耳罩的弹性模量的固体，其中所述固体的弹性模量优选为小于或等于10％，特别优选为小于或等于所述内耳罩的弹性模量的1％，

和/或其中所述固体包括硅树脂或由硅树脂组成。

37.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述内耳罩和/或所述中耳罩由塑料材料、聚酰亚胺、PEEK、聚酰胺、硅树脂、环氧树脂、PET、金属、金属合金、金、铂、钛、钛合金、铝、陶瓷制成，玻璃、石英玻璃、氧化锆和/或氧化铝或这些材料的组合组成。

38.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述内耳罩的最小直径小于或等于3mm，优选为小于或等于1mm和/或大于或等于0.3mm，优选为大于或等于0.6mm，和/或

其中所述内耳罩的长度小于或等于30mm，优选为小于或等于20mm和/或大于或等于10mm，优选为18.5mm，和/或

其中所述声换能器的直径小于或等于5mm，优选为小于或等于3mm和/或大于或等于0.8mm，优选为1.3mm，和/或

其中所述中耳罩的长度小于或等于20mm，优选为小于或等于15mm和/或大于或等于3mm，优选为10mm。

39.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，

其中所述人的中耳与内耳之间的开口为所述人耳的圆窗或椭圆窗，或所述人的中耳与内耳之间形成的开口。

40.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，其中所述声换能器是致动器。

41.根据权利要求4至39中任一项所述的电声换能器，其中所述声换能器被装备为从声信号产生电压，

其中可以将由所述声音换能器产生的电压控制的电压施加到至少一个所述电极上。

42.根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器，具有至少一条、优选为两条电线，其从所述电声换能器的一侧沿所述电声换能器的纵轴方向延伸到所述内耳罩和所述中耳部件的外侧至电声换能器纵轴方向的另一侧。

43.一种用于制造植入耳朵的电声换能器的方法，

其中所述内耳罩和/或所述中耳罩形式的管状半成品被成形，并且产生所述至少一个声音传输窗。

44.根据前一权利要求所述的方法，其中所述内耳罩和/或中耳罩至少部分地通过生成方法制造。

45.一种人工耳蜗系统，具有至少一个麦克风、至少一个电池、至少一个处理器单元、至少一个用于产生刺激脉冲的电子设备、以及根据权利要求1至42中任一项所述的电声换能器。

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