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  • 1
    ISSN: 1433-0458
    Keywords: Schlüsselwörter Cochlea-Amplifier-Implantat ; Elektromechanischer Wandler ; Gehörknöchelchenkette ; Hörverbesserung ; Implantierbares Hörgerät ; Implantierbares Mikrofon ; Implantierbare ; wiederaufladbare Batterie ; Innenohrschwerhörigkeit ; Innenohrstimulator ; Mastoid ; Medizinprodukt ; Mittelohr ; Ohr ; Ossikel ; piezoelektrischer Wandler ; Schallempfindungsschwerhörigkeit ; TICA ; Transkutane Energieübertragung ; Tübinger Implantat ; Key words Cochlea-amplifier implant ; Ear ; Electromechanical transducer ; Hearing aid ; Hearing improvement ; Hearing loss ; Implant ; Implantable hearing aid ; Implantable microphone ; Implantable rechargeable battery ; Inner ear stimulator ; Mastoid ; Medical device ; Middle ear ; Ossicles ; Ossicular chain ; Piezoelectric transducer ; Sensorineural hearing loss ; TICA ; Transcutaneous energy transmission ; Tuebingen implant
    Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Topics: Medicine
    Description / Table of Contents: Summary A fully implantable hearing aid consists of a sound receptor (microphone), an electronic amplifier including active audio-signal processing, an electromechanical transducer (actuator) for stimulating the ear by vibration, and an energy source. The energy source may be either a primary cell or a rechargeable (secondary) cell. As the energy requirements of an implantable hearing aid are dependent on the operating principle of the actuator, the operating principles of electromagnetic and piezoelectric transducers were examined with respect to their relative power consumption. The analysis showed that the energy requirements of an implantable hearing aid are significantly increased when an electromagnetic transducer is used. The power consumption of a piezoelectric transducer was found to be less than that of the electronic components alone. The energy needed to run a fully implantable hearing aid under these conditions would be 38 mWH per day. Primary cells cannot provide the energy needed for a minimum operation time of 5 years (70 WH), and therefore rechargeable cells must be used. A theoretical appraisal was carried out on nickel-cadmium, nickel-metal hydride, and lithium-ion cells to determine their suitability as well as to assess the risks associated with their use in an implant. Safety measures were drawn up from the results. Ni-MH cells were found to be the most suitable for use as an energy source for implantable hearing-aids because they are more robust than Li ion cells and their storage capacity is double that of Ni-Cd cells of similar size.
    Notes: Zusammenfassung Ein vollständig implantierbares Hörgerät besteht aus einem Schallempfänger (Mikrophon), einer Verstärkungselektronik mit Filtern und Regelbausteinen, einem elektromechanischen Wandler (Aktor) zur vibratorischen Anregung des Gehörs und einem Energiespeicher. Dieser Energiespeicher kann aus einer Primärbatterie oder aus einer wiederaufladbaren (Sekundär) Batterie bestehen. Der Energiebedarf des implantierbaren Hörgeräts ist davon abhängig, mit welchem Wandlerprinzip der Aktor arbeitet. Hier werden das elektromagnetische und das piezoelektrische Wandlerprinzip hinsichtlich ihrer Leistungsaufnahme betrachtet. Dabei zeigt sich, daß ein elektromagnetischer Wandler den Energiebedarf des implantierbaren Hörgeräts beträchtlich erhöht, während bei geeigneter Auslegung eines piezoelektrischen Wandlers die Leistungsaufnahme des Wandlers so gering gestaltet werden kann, daß sie gegenüber der Leistungsaufnahme der elektronischen Komponenten eine untergeordnete Rolle spielt. Bei optimierter Auslegung beträgt die für den Betrieb eines vollständig implantierbaren Hörgeräts benötigte Energie 38 mWh/Tag. Die für eine Lebensdauer von mindestens 5 Jahren benötigte Energiemenge von 70 Wh ist in Primärbatterien nicht mehr speicherbar, so daß wiederaufladbare Batterien eingesetzt werden müssen. Es werden Nickel-Cadmium (Ni-Cd-)-Nickel-Methallhydrid (Ni-MH-)- und Lithiumion-(Li-Ion-)-Zellen auf ihre Eignung für die Anwendung theoretisch untersucht. Dabei wird eine Risikobetrachtung für den Einsatz dieser Zellen in einem Implantat vorgenommen und ein Katalog von daraus folgenden Sicherheitsmaßnahmen aufgestellt. Als Ergebnis zeigt sich, daß die NI-MH-Zelle wegen ihrer Robustheit verglichen mit Li-Ion-Zellen und der ca. doppelt so großen Kapazität wie eine gleich große Ni-Cd-Zelle ein geeignetes System für die energetische Versorgung eines implantierbaren Hörgeräts darstellt.
    Type of Medium: Electronic Resource
    Location Call Number Limitation Availability
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  • 2
    ISSN: 1433-0458
    Keywords: Schlüsselwörter Elektromechanischer Wandler ; Gehörknöchelchenkette ; Hörgerät ; Implantierbares Hörgerät ; Innenohrschwerhörigkeit ; Mittelohr ; Piezoelektrischer Wandler ; Schwerhörigkeit ; TICA ; Key words Electromechanical transducer ; Hearing aid ; Hearing loss ; Implant ; implantable hearing aid ; Middle ear ; Ossicular chain ; Piezoelectric transducer ; Sensorineural hearing loss ; TICA
    Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Topics: Medicine
    Description / Table of Contents: Summary In order to overcome the disadvantages of hearing aids, a significant amount of research aimed at replacing them by implanted ossicular-coupled electronic hearing devices is being carried out. The technical and audiological demands on the electromechanical transducer of an implantable hearing aid for moderate to severe sensorineural hearing losses include high transmission quality of the equivalent sound-pressure level without significant linear or nonlinear distortion, and an energy balance suitable for implantation. Fundamental specifications for a transducer are a high spectral bandwidth of up to 10 kHz, an elongation amplitude of at least 100 nm within this range, a small ripple of the elongation frequence response of around ±3 dB, a total harmonic distortion (THD) of less than 0.5%, and a maximum electric power consumption of 0.1 mW. The demands on construction, such as hermetic sealing, biocompatibility, and biostability, are also discussed in detail. It appears that optimum transducer design is essentially a compromise between the physical requirements which are in part conflicting regardless of the transducer principle employed.
    Notes: Zusammenfassung Um die Nachteile eines Hörgeräts auszugleichen, gibt es zahlreiche Forschungsaktivitäten, Hörgeräte durch die Implantation ossikelgekoppelter, elektronischer Hörhilfen zu ersetzen. Die technischen und audiologischen Anforderungen an den elektromechanischen Wandler eines implantierbaren Hörgeräts zur Rehabilitation einer moderaten bis hochgradigen Innenohrschwerhörigkeit umfassen vor allem eine hohe Übertragungsqualität des äquivalenten Ausgangsschalldruckpegels mit geringen linearen und nichtlinearen Verzerrungen sowie eine zur Implantation geeignete Energiebilanz. Wesentliche Eckdaten des Anforderungskatalogs sind eine hohe spektrale Bandbreite des Wandlers bis 10 kHz, Auslenkungsamplituden um wenigstens 100 nm in diesem Bereich, geringe Welligkeiten des Auslenkungsfrequenzgangs von ±3 dB, Klirrprodukte von THD 〈0,5% sowie eine maximale elektrische Leistungsaufnahme im Bereich von ca. 0,1 mW. Weiterhin werden Anforderungen an die Konstruktion wie hermetische Dichtigkeit, Biokompatibilität und Biostabilität eingehend beschrieben. Dabei zeigt sich, daß ein optimiertes Wandlerdesign unabhängig vom verwendeten Wandlerprinzip grundsätzlich einen Kompromiß zwischen den teils konträren physikalischen Anforderungen bedeutet.
    Type of Medium: Electronic Resource
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  • 3
    Electronic Resource
    Electronic Resource
    Springer
    HNO 45 (1997), S. 816-827 
    ISSN: 1433-0458
    Keywords: Schlüsselwörter Hörverbesserung ; Implantierbares Hörgerät ; Implantierbares Mikrofon ; Innenohrschwerhörigkeit ; Mastoid ; Medizinprodukt ; Mittelohr ; Schwerhörigkeit ; TICA ; Key words Hearing aid ; Hearing improvement ; Hearing loss ; Implantable hearing aid ; Implantable microphone ; Mastoid ; Medical device ; Middle ear ; Sensorineural hearing loss ; TICA
    Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Topics: Medicine
    Description / Table of Contents: Summary Fully implantable hearing aids and cochlea implants of the future require an implantable microphone. A hermetically sealed implantable microphone based on the idea of a microphone implanted in the posterior wall of the auditory canal, as suggested by Ohno et al. in 1988, is presented. Through consistent technological and clinical design optimization, it was possible to achieve a membrane diameter of only 4.5 mm (as opposed to 8 mm in the Japanese system) and a significant volume reduction of nearly 50%. The microphone weights only 0.4 g. In spite of this miniaturization, the performance characteristics of the microphone equal those of the Japanese model or are superior. The sound-pressure transfer function shows a very small ripple and the bandwidth amounts to approximately 10 kHz. Because of its high tuning and high no-load resonance frequency, the microphone is mostly insensitive to post-operational changes to the loading mass on the microphone membrane initiated by the covering skin of the auditory canal. The sound-pressure transfer factor at 1000 Hz is approximately 1.5 mV/Pa. Using different manufacturing technologies, this value can be increased in the range of 6–8 dB with a corresponding reduction in bandwidth. Due to the small mass, the microphone is highly insensitive to environmental mechanical disturbances. The module is made of pure titanium and is hermetically sealed according to Mil-Std 883 D. Full metal encapsulation and additional internal electronic components protect the microphone well against environmental electromagnetic influences (EMC).
    Notes: Zusammenfassung Zukünftige vollständig implantierbare Hörgeräte und Kochleaimplantate (CI) benötigen ein implantierbares Mikrofon. Hier wird ein hermetisch dichtes, implantierbares Mikrofon vorgestellt, das auf dem von Ohno et al. [24] vorgeschlagenen Prinzip eines Mikrofons zur Implantation in der hinteren Gehörgangswand basiert. Durch eine konsequente technologische und klinische Designoptimierung konnte ein Membrandurchmesser von nur 4,5 mm gegenüber 8 mm des japanischen Systems und eine deutliche Volumenreduzierung um fast 50% erreicht werden. Das Mikrofon wiegt nur noch 0,4 g. Die Betriebseigenschaften sind trotz dieser Miniaturisierung mit denen des japanischen Mikrofons vergleichbar oder ihm überlegen. Die Übertragungsfunktion weist eine sehr geringe Welligkeit auf und die Bandbreite beträgt etwa 10 kHz. Das Mikrofon ist aufgrund der Hochabstimmung und der hohen Leerlaufresonanzfrequenz weitgehend unempfindlich gegenüber postoperativen Änderungen des Massebelags der Mikrofonmembran. Der Schalldruckübertragungsfaktor erreicht bei 1000 Hz etwa 1,5 mV/Pa; dieser Wert kann mittels unterschiedlicher Fertigungstechnologien bei gleichzeitiger Verringerung der Bandbreite um etwa 6–8 dB gesteigert werden. Durch die geringe Masse wird eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen Einwirkungen erreicht. Das Modul ist vollständig aus reinem Titan gefertigt und nach Mil-Std. 883 D hermetisch gasdicht. Aufgrund der vollständigen metallischen Kapselung und zusätzlicher interner elektronischer Bauelemente ist das Mikrofon weitgehend gegenüber elektromagnetischen Umwelteinflüssen (EMV) geschützt.
    Type of Medium: Electronic Resource
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  • 4
    ISSN: 1433-0458
    Keywords: Schlüsselwörter Elektromechanischer Wandler ; Gehörknöchelchenkette ; Hörverbesserung ; Implantat ; Implantierbares Hörgerät ; Innenohrschwerhörigkeit ; Mittelohr ; Ossikel ; Piezoelektrischer Wandler ; Schwerhörigkeit ; TICA ; Key words Electromechanical transducer ; Hearing aid ; Hearing improvement ; Hering loss ; Implantable hearing aid ; Middle ear ; Ossicular chain ; Piezoelectric transducer ; Senorineural hearing loss ; TICA
    Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Topics: Medicine
    Description / Table of Contents: Summary Implantable hearing aids can form the basis of new surgical techniques for dealing with hearing problems originating in the inner ear, provided they are fully implantable. Accordingly, a comprehensive, interdisciplinary, combined project was initiated at the ENT clinic of the University of Tübingen which was to conclude with operations to improve hearing via fully implantable hearing aids. A novel electromechanical transducer for implantable hearing aids based on the piezoelectric principle is described. Unlike the piezoelectric transducers reported so far, this transducer does not rely on the bimorphic principle but on a circle-shaped, heteromorphic combination system consisting of a piezoceramic disc and metal membrane. The transducer can be hermetically sealed and is designed for implantation into the mastoid. Transfer of mechanical oscillations to an ossicle in the middle ear is effected by a directly fixed coupling rod or via suitable coupling elements. The transducer is highly tuned with a resonance frequency at the upper end of the spectral transfer range (greater than 10 kHz). Below this resonance and down to low frequencies, the frequency response of elongation is smooth with amplitudes of around 20 nm. At low and middle frequencies of up to 1 kHz, these vibration amplitudes correspond to sound-pressure levels of around 90 dB SPL. At higher frequencies of up to 10 kHz, the output level increases to about 130 dB SPL. Nonlinear distortions are also very small at the highest levels (less than 0.1%) throughout the whole transfer range. Electric power consumption at maximum levels is in the range of a few microwatts and is therefore significantly lower than that of electromagnetic systems. Particularly, this makes it possible to use the transducer in fully implantable hearing aids for rehabilitation of sensorineural hearing loss.
    Notes: Zusammenfassung Implantierbare Hörgeräte können die Basis neuer ohrchirurgischer Techniken bei Innenohrschwerhörigkeiten werden, wenn sie vollständig implantierbar sind. An der Universitäts-HNO-Klinik Tübingen wurde daher ein umfassendes, interdisziplinäres Verbundprojekt initiiert, an dessen Ende hörverbessernde Operationen mit vollständig implantierbaren Hörgeräten stehen sollen. Hier wird ein neuer elektromechanischer Wandler für implantierbare Hörgeräte auf der Basis des piezoelektrischen Verfahrens beschrieben. Gegenüber bisher publizierten Piezowandlern beruht dieser Aktor nicht auf dem Bimorphprinzip, sondern auf einem kreisförmigen, heteromorphen Verbundsystem aus einer aktiven Piezokeramikscheibe und einer passiven Metallmembran. Der Wandler ist allseitig hermetisch gasdicht verschließbar und zur Implantation im Mastoid vorgesehen. Die Auskopplung der mechanischen Schwingungen erfolgt mit einer Koppelstange, die universell direkt oder über adäquate Koppelelemente an einem Mittelohrossikel fixiert wird. Der Wandler ist hochabgestimmt mit einer Resonanzfrequenz am oberen Ende des spektralen Übertragungsbereichs (größer 10 kHz). Unterhalb dieser Resonanz ist der Auslenkungsfrequenzgang mit Amplituden um 20 nm bis zu tiefen Frequenzen eben. Diese Auslenkungswerte entsprechen äquivalenten Schalldruckpegeln von ca. 90 dB SPL bei tiefen und mittleren Frequenzen bis ca. 1 kHz; bei höheren Frequenzen bis 10 kHz nimmt der Ausgangspegel zu und erreicht etwa 130 dB SPL. Die nicht-linearen Verzerrungen sind auch bei höchsten Pegeln im gesamten Übertragungsbereich sehr gering (kleiner 0,1%). Die elektrische Leistungsaufnahme liegt bei maximalen Pegeln im Bereich einiger µW und ist damit erheblich niedriger als bei elektromagnetischen Systemen. Insbesondere dieser Aspekt ermöglicht die Realisierung vollständig implantierbarer Hörgeräte zur Rehabilitation von Innenohrschwerhörigkeiten.
    Type of Medium: Electronic Resource
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  • 5
    ISSN: 1433-0458
    Keywords: Schlüsselwörter Elektromechanischer Wandler ; Gehörknöchelchenkette ; Hörverbesserung ; Implantierbares Hörgerät ; Wiederaufladbare Batterie ; Implantierbarer Mikromanipulator ; Innenohrschwerhörigkeit ; Mastoid ; Medizinprodukt ; Mittelohr ; Ossikel ; Piezoelektrischer Wandler ; Schallempfindungsschwerhörigkeit ; Schwerhörigkeit ; TICA ; Key words Electromechanical transducer ; Hearing aid ; Hearing improvement ; Hearing loss ; Implant ; Implantable hearing aid ; Implantable rechargeable battery ; Implantable micromanipulator ; Mastoid ; Medical device ; Middle ear ; Ossicular chain ; Piezoelectric transducer ; Sensorineural hearing loss ; TICA
    Source: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Topics: Medicine
    Description / Table of Contents: Summary A miniature, hermetically sealed implant was development and manufactured in several clinical and technical iteration steps based on the prototype of an implantable piezoelectric hearing-aid transducer described in Part 1 of the work presented here. The transducer is made of pure titanium (medical grade 2, ASTM F67) and designed to be implanted into the mastoid cavity. Transfer of mechanical oscillations to an ossicle in the middle ear is effected by a fixed directly coupling rod of pure titanium or via suitable coupling elements. The transducer is highly tuned with a resonance frequency in the range of 7–10 kHz, depending on the dynamic mass load. Below this resonance and down to low frequencies, the frequency response of elongation is smooth with a very small ripple of less than ±1 dB. Unlike the prototype, an increase in vibration amplitude of around 10 dB was achieved for a comparable power consumption. Vibration amplitude at low and middle frequencies is about 60 nm with a transducer voltage of 1 V, corresponding to an equivalent sound-pressure level of around 100 dB SPL at up to 1 kHz. At higher frequencies of up to 10 kHz, the output level increases to beyond 130 dB SPL. Nonlinear distortions at maximum volume (1 V) are extremely small (THD 〈0.1%) throughout the whole transfer range. Due to an extremely short attack time (50 µs) and short release time (approximately 2 ms), the dynamic properties of the transducer allow good transmission of audio signals with fast changes in the time domain, i.e., plosives in speech signals. Electric power consumption at full volume and broadband signals is in the region of 1 µW. Unlike electromagnetic transducers described in the literature, the low power consumption of this piezoelectric transducer allows the realization of fully implantable hearing aids for rehabilitation of moderate to severe sensorineural hearing loss.
    Notes: Zusammenfassung Auf der Basis des in Teil I der vorliegenden Arbeit beschriebenen Prototypen eines implantierbaren, piezoelektrischen Hörgerätewandlers wurde in mehreren klinischen und technischen Iterationsschritten ein miniaturisiertes, hermetisch gasdichtes Implantat entwickelt und gefertigt. Der Wandler ist aus reinem Titan hergestellt (medical grade 2, ASTM F67) gefertigt und zur Implantation in der Mastoidhöhle vorgesehen. Die Auskopplung der mechanischen Schwingungen erfolgt mit einer Reintitankoppelstange, die universell direkt oder über adäquate Koppelelemente an einem Mittelohrossikel fixiert wird. Der Wandler ist hochabgestimmt mit einer Resonanzfrequenz je nach dynamischer Massenbelastung im Bereich von 7–10 kHz. Unterhalb dieser Resonanz ist der Auslenkungsfrequenzgang bis zu tiefen Frequenzen eben mit einer sehr geringen Welligkeit von kleiner ±1 dB. Gegenüber dem Prototypen konnte bei etwa gleicher elektrischer Leistungsaufnahme eine Auslenkungserhöhung um annähernd 10 dB erreicht werden. Die Auslenkungsamplitude bei tiefen und mittleren Frequenzen beträgt ca. 60 nm bei 1 V Wandlerspannung entsprechend einem äquivalenten Schalldruckpegel von rund 100 dB SPL bis ca 1 kHz; bei höheren Frequenzen bis 10 kHz nimmt der Ausgangspegel zu und erreicht über 130 dB SPL. Die nicht-linearen Verzerrungen sind bei Vollaussteuerung (1 V) im gesamten Übertragungsbereich extrem niedrig (THD 〈0,1%). Das dynamische Verhalten ermöglicht aufgrund extrem kurzer Einschwingzeiten (50 µs) und kleiner Ausschwingzeiten (um 2 ms) eine gute Wiedergabe zeitlich stark veränderlicher Signale. Die elektrische Leistungsaufnahme liegt bei Vollaussteuerung und breitbandigen Schallen im Bereich von 1 µW. Diese geringe Leistungsaufnahme ermöglicht gegenüber den in der Literatur beschriebenen elektromagnetischen Wandlersystemen die Realisierung vollständig implantierbarer Hörgeräte zur Rehabilitation von mittleren bis hochgradigen Innenohrschwerhörigkeiten.
    Type of Medium: Electronic Resource
    Location Call Number Limitation Availability
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