全植入式人工耳蜗是否有可能？3种设计理念并驾齐驱

声波振动以皮肤为介质，传入埋植于皮下的传感器并被拾取。以往研究者设计的植入位置主要有：

(1)外耳道后壁皮下；(2)外耳道后壁与鼓膜交界处；(3)耳后皮下。用到的传感器技术主要有电磁铁传感器、驻极体传感器及膜式传感器等类型。

具有代表性的研究设计有：

（1）TICA(德国Implex公司)：采用植入在外耳道后壁的麦克风作为声音提取装置，通过植入于乳突内的信号处理器处理声音信息，再传输至膜活塞型压电传感器，传递振动到听骨链，完成完整的声音信号转变与传递过程从而提高听力，其问题在于麦克风易被挤压而脱出于外耳道内，且位于中耳的振子和位于外耳道的麦克风之间的能量反向传递导致其反馈噪音较大，甚至可能导致残余听力的损失，被证实不适合临床使用，已经停止研究。

（2）SOUNDTEC(美国SOUNDTEC公司)：使用置于外耳道深部的声-电磁传感器，将声信号转化为电磁信号，再通过磁感线圈的电磁感应原理，将电磁场传至中耳的磁体上，产生振动。植入过程中需要分离砧镫关节，将磁体固定在镫骨颈上。但在临床应用过程中，研究者发现分离砧镫关节后，处于游离状态的镫骨会使外淋巴液过度振动，导致内耳损伤，造成感音神经性听力下降，上述现象在老年患者中更为严重。同时，电磁感应原理传导的信号易被外界的磁场干扰，稳定性差且易产生噪音。目前研究者仍在寻找上述问题的解决方案。

（3）TIKI(澳大利亚Cochlear公司)：为一种全植入式人工耳蜗试验品，它将传统人工耳蜗的声音传感器、信号处理器、电池等一体化整合在了头皮下的植入体中，在各种生活场景中具有一定的应用便利性。但是将麦克风埋于颞部皮下也产生了诸多劣势，如本底生理性杂音(咀嚼、血流、呼吸音)的困扰、头皮的滤声效应导致的声音衰减和失真等，使得应用效果不佳。

（4）Carina(澳大利亚Cochlear公司)：植入体部分与TIKI类似，囊括了麦克风、电池、信号处理器以及与砧骨固定连接的振子，电池可以隔皮充电，麦克风也同样采用皮下埋植的方式拾取声音。皮下埋植传感器的设计优点是可以较好地利用膜性振动，而且植入过程较为简便。临床试验显示，该装置比其他半植入助听设备的助听效果高出10～20 dB。然而，这一途径易受到前述的人体内源性本底噪声的干扰。此外，其声电转化类型所致的增益也相对有限，而且皮下埋植还易造成皮肤损伤和植入原件的物理性损坏。

另一类设计为将传感器植入到中耳内。外界声音的机械波传入外耳道，并通过鼓膜振动使鼓室腔内的听小骨振动。所以，利用传感器拾取中耳内的一些结构的振动也成为一种有潜力的设计思路。在这一思路中，常见的麦克风传感器放置位置为鼓膜或听小骨。其中，植入于鼓膜上的微型加速度传感器和驻极体电容式传感器先后出现，之后植入在听骨链上的传感器也有所进展。

（1）Huttenbrink等提出了一种液压声能传感器(hydroacoustic sensor)，通过充满水的软管一端连接于与听骨链软性接触的特制小球上，另一端连接于一个压电传感器，当听骨链振动时，能量通过小球和软管传递至压电传感器。此设计的优点是减少了听骨链耦合传感器时带来的负重问题，但同时也衍生了能量传递的比率降低、能量削弱、声音失真等问题。

（2）Envoy Esteem(美国Envoy公司)是目前压电材料应用于助听设备的代表性产品。这一可植入式的助听器，通过压电传感器拾取砧骨振动，通过处理将振动信号提高，再输出至镫骨，以期提高患者听力。植入过程中，需要将砧镫关节离断，切除部分砧骨，将两个压电材料的传感器分别固定在砧骨和镫骨的断端。砧骨振动使得传感器采集振动信号，传输至植入于颞部的信号处理器，再将输出信号传至镫骨处的压电传感器，并产生机械振动以提高患者听力。这一设计方案目前已应用于900余例植入者。这种设计降低了人体本底生理性杂音的影响，避免了头皮的滤声效应导致的声音衰减和失真等问题，从而带来更好的聆听效果。但是，该手术过程复杂，难度较大，术后也有传感器松动脱落的风险。而且，植入过程中需离断砧镫关节并切除部分砧骨，造成了不可逆的听骨链破坏。

（3）复旦大学研制的新型压电传感器(new floating piezoelectric microphone，NFPM)以自主设计的高性能锆钛酸铅陶瓷压电双晶片为材料，真空封装于钛壳内，通过钛夹与人耳砧骨长突耦合，利用外耳听觉生理的基础，借中耳传声系统，实时记录听骨链的振动信号，并将其转化为电信号。此设计避免了麦克风和传感器埋植于外耳可能产生的本底生理杂音，拥有与Envoy Esteem类似的优势，同时，植入过程中保持了听骨链的完整性，最大限度地保留和利用了人体外耳和中耳的听觉生理功能。经过实验室测试、颞骨实验、动物实验等阶段性的测试和改进，验证了压电传感器拾取听骨链振动声学信号的可行性。目前，NFPM正在进行临床试验以及与人工耳蜗系统的整合工作，可能为全植入人工耳蜗系统传感器提供一个良好的设计方案。

Shintaku等和Tateno等采用膜状的压电换能材料聚偏(二)氟乙烯(polyvinylidine difluoride，PVDF)模仿人耳的耳蜗基底膜，材料厚度仅30 μm，能够将振动能量转化为电信号。当特定频率处的液体振动时，带动薄膜材料振动，即可接收液体中的声音振动并进行换能，转化为特定频率的电信号，实验结果显示产生的电信号与频率有一定的对应关系。PVDF材料不需外界供电，若将其植入内耳，产生的电信号能直接刺激毛细胞和螺旋神经节，将大大压缩植入物的数目和体积。目前这一设计还在体外实验阶段，但如果可以应用于内耳，将具有一定潜力。