211service.com
Et cochlear implantat, der kan genoplades trådløst
Cochleaimplantater - medicinsk udstyr, der elektrisk stimulerer hørenerven - har givet i det mindste begrænset hørelse til hundredtusindvis af mennesker verden over, som ellers ville være totalt døve. Eksisterende versioner af enheden kræver dog, at en skiveformet sender på omkring en tomme i diameter fastgøres til kraniet med en ledning, der snor sig ned til en fælles mikrofon og strømkilde, der ligner et overdimensioneret høreapparat omkring patientens øre.
Forskere ved MIT Microsystems Technology Laboratory (MTL) har sammen med læger fra Harvard Medical School og Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI) udviklet en ny signalbehandlingschip med lav effekt, der kan føre til et cochleært implantat, der ikke kræver ekstern hardware. Implantatet ville blive genopladet trådløst og ville køre i omkring otte timer på hver opladning.
Foto udlånt af MIT News Office
Forskerne beskriver deres chip i et papir, de præsenterer i denne uge på International Solid-State Circuits Conference. Avisens hovedforfatter - Marcus Yip, som afsluttede sin ph.d. ved MIT sidste efterår - og hans kolleger Rui Jin og Nathan Ickes, begge i MIT's, vil også udstille en prototypeoplader, der sættes i en almindelig mobiltelefon og kan genoplade signalbehandlingen chip på cirka to minutter.
Ideen med dette design er, at du kan bruge en telefon med en adapter til at oplade cochleaimplantatet, så du ikke behøver at være tilsluttet, siger Anantha Chandrakasan, Joseph F. og Nancy P. Keithley Professor of Electrical Ingeniør og tilsvarende forfatter på det nye papir. Eller du kunne forestille dig en smart pude, så du oplader natten over, og dagen efter fungerer den bare.
Adaptiv genbrug
Eksisterende cochleaimplantater bruger en ekstern mikrofon til at samle lyd, men det nye implantat ville i stedet bruge den naturlige mikrofon i mellemøret, som næsten altid er intakt hos cochleaimplantatpatienter.
Forskernes design udnytter mekanismen af en anden type medicinsk udstyr, kendt som et mellemøreimplantat. Fine knogler i mellemøret, kendt som ossikler, overfører vibrationerne fra trommehinden til cochlea, det lille spiralkammer i det indre øre, der omdanner akustiske signaler til elektriske. Hos patienter med mellemøreimplantater er cochlea funktionel, men en af ossiklerne - stapes - vibrerer ikke med kraft nok til at stimulere hørenerven. Et mellemøreimplantat består af en lillebitte sensor, der detekterer osiklernes vibrationer og en aktuator, der hjælper med at drive hæfteklammerne i overensstemmelse hermed.
Den nye enhed ville bruge den samme type sensor, men signalet, den genererer, ville rejse til en mikrochip implanteret i øret, som ville konvertere det til et elektrisk signal og sende det videre til en elektrode i cochlea. At sænke strømkravene til konverterchippen var nøglen til at undvære den kraniemonterede hardware.
Chandrakasans laboratorium hos MTL har specialiseret sig i low-power chips, og den nye konverter anvender flere af de tricks, som laboratoriet har udviklet gennem årene, såsom at skræddersy arrangementet af lav-effekt filtre og forstærkere til de præcise akustiske egenskaber af det indkommende signal. .
Men Chandrakasan og hans kolleger udviklede også et nyt signalgenererende kredsløb, der reducerer chippens strømforbrug med yderligere 20 til 30 procent. Nøglen var at specificere en ny bølgeform - det grundlæggende elektriske signal, der udsendes af chippen, som er moduleret til at kode akustisk information - som er mere strømeffektiv at generere, men som stadig stimulerer hørenerven på den passende måde.
Verifikation
Bølgeformen var baseret på tidligere forskning, der involverede simulerede nervefibre, men MIT-forskerne skræddersyede den til cochlear-implantater og fandt en lav-effekt måde at implementere den i hardware. To af deres samarbejdspartnere på MEEI - Konstantina Stankovic, en ørekirurg, der ledede undersøgelsen sammen med Chandrakasan, og Don Eddington - testede det på fire patienter, som allerede havde cochleaimplantater og fandt ud af, at det ikke havde nogen effekt på deres evne til at høre. I samarbejde med en anden samarbejdspartner ved MEEI, Heidi Nakajima, har forskerne også vist, at chippen og sensoren er i stand til at opfange og behandle tale, der spilles ind i mellemøret på et menneskeligt kadaver.
Det er meget fedt, siger Lawrence Lustig, direktør for Cochlear Implant Center ved University of California i San Francisco. Der er et meget større stigma ved at have et høretab, end der er ved at have et synstab. Så folk ville være meget opsatte på at miste de eksterne alene af den grund. Men så er der også den ekstra funktionelle fordel ved ikke at skulle tage den af, når du er i nærheden af vand eller bekymrer dig om, at komponenter bliver væk, går i stykker eller bliver stjålet. Så der er også nogle vigtige praktiske overvejelser.
Lustig påpeger, at det nye cochleaimplantat ville kræve en mere kompleks operation, end eksisterende implantater gør. En aktuel cochlear-implantatoperation tager en time, time og en halv, siger han. Mit gæt er, at de første operationer vil tage tre til fire timer. Men han tvivler på, at det ville være en stor hindring for adoption. Efterhånden som vi bliver bedre og bedre og bedre, bliver den tid kortere, siger han. Og tre-fire timer er stadig en forholdsvis ligetil operation. Jeg regner ikke med at lægge en masse ekstra risiko i proceduren.