骨導聽覺裝置研究進展

骨導聽覺裝置(bone-conduction devices,BCDs)廣泛應用於通訊系統、口吃症狀的緩解,測聽技術研究,以及最重要的領域-聽覺康復。目前處於研發階段的BCDs包括非植入裝置(傳統BCDs),半植入裝置(裝置的一部分植入人體),以及處於設計實驗階段的全植入裝置。

傳統BCDs自上世紀初期開始逐漸發展,主要包括言語處理器以及與之連線的硬質或軟質頭帶。聽覺感測器產生的震動經由面板傳遞至顱骨,進一步傳遞至內耳耳蝸,跳過外耳或中耳骨導聽力損失的環節。傳統BCDs在當時對於上述患者而言是突破性的技術革新,但不可否認的是它同樣存在缺陷:施力於面板上的壓力必須足夠大,才足以使得振動傳遞至耳蝸,可能造成受壓部位面板的不適感甚至面板病變。此外,面板會在傳遞振動的過程中吸收高頻振動,因此聲音到達耳蝸時會損失部分高頻資訊。

20世紀60年代,研究發現骨組織可與鈦合金緊密結合(鈦合金的骨融合效應)。這一發現被率先應用於牙科醫學並獲得了巨大成功。70年代末期,一種穿皮BCD技術進入了人們的視野。該技術被命名為骨錨式助聽器(bone anchored hearing aid,Baha)。相較於傳統BCD,Baha具有不壓迫面板、減少區域性組織血液迴圈障礙、儲存高頻資訊、振動直接經由骨錨式螺絲傳遞等優點。儘管Baha在世界範圍內廣泛引用,但其仍存在包括骨融合不全、穿皮裝置處面板併發症等缺陷。

Baha研發的成功進一步引領了穿皮BCDs裝置的研究方向。上世紀80年代,JackHough等研發了Audiant Xomed。其設計理念為植入於耳後皮下依賴磁力錨定於顳骨。這種設計可以將震動直接傳遞至顱骨。但問題在於,由於頭皮的厚度(4~5 mm)而產生的氣骨導差會造成輸出損失,相較於Baha僅0。1 mm的接觸間距,Xomed的輸出效率低了近20 dB。由於能量消耗,輸出損失造成的一系列問題,Xomed在幾年後逐漸退出了市場。

Xomed研發失敗後,對於經皮植入式BCDs的研究止步不前。直至近10年,該項研究重新進入了人們的視野。促進經皮植入式BCDs發展的主要因素包括解決穿皮植入式BCDs造成的永久面板壞死性損傷,以及美觀上的考慮。目前,經皮植入式BCDs的設計主要有兩大主流方向:①直接驅動系統(包括Baha,Ponto,骨導植入bone-conduction implant和骨橋 bonebridge),這些植入裝置將震動直接傳遞至顱骨。②面板驅動系統(包括Sophono和Bahaattract),振動經由面板傳遞。

1 傳統BCDs

傳統BCDs的主要組成部分包括言語處理器以及與之連線的軟帶或硬質頭帶。目前市場上仍有少量廠商生產傳統BCDs,包括奧地利的BHM-Tech、德國的Bruckhoff公司。軟帶Baha也屬於傳統BCDs。對於幼年患者,其顱骨厚度暫不足以進行Baha植入,軟帶Baha也同時是Baha植入術前評估的金標準。Verstraeten等人研究表明,與穿皮Baha相比,軟帶Baha的聽覺敏感度在1~4 kHz會損失8~20 dB。

傳統BCDs目前還可應用於通訊領域。Google眼鏡(google glass)上可安裝BCD s作為氣導(

air-condultion,AC)接收器的補充原件。

傳統BCDs的缺點包括:①對於面板的壓力。由於傳統BCDs振動必須經由面板傳入,裝置接觸面板處的靜壓至少要達到2 N才能保證最佳的傳遞效果。這種壓力通常會造成面板接觸處的不適感,長期佩戴甚至會造成面板和皮下組織病變,高靜壓同時也會造成頭痛。②經皮傳遞的振動會在1 kHz左右的頻率上衰減,對於言語識別產生不利影響。

2 被動驅動BCDs

近幾年,市場上出現的被動驅動BCDs主要包括Sophono(Boulder,CO,USA)以及Bahaattract

(cochlearbone anchored solutions AB)。

2。1 Sophono

Sophono系統(見圖1 )由Siegert 開發,原名otomag系統。將兩個記憶磁鐵植入顳骨,透過5個鈦合金螺絲固定,言語處理器透過磁鐵吸引力吸附在面板表面。振動透過頭皮面板軟組織傳遞,成人的頭皮面板軟組織厚度為4~5 mm。為了克服壓力造成的面板損傷,Sophono Alpha 1的元件與面板接觸面積遠大於傳統BCDs,從而將靜力分散至較大的接觸面積,減小壓強,降低面板微迴圈障礙的風險。

圖1 Sophono 系統

Sieger 等對超過100 名經過手術的先天性外耳道閉鎖患者進行回顧性分析,其中2 0 位患者願意

使用Sophono系統,其術後純音測聽(puretone audiometry,PTA)結果改善了28。6 dB,言語識別率

(speechrecognition score,SRS)提高了61。6%。術後未發現併發症,但部分患者表示感覺到磁鐵間壓力過大,透過調整後這種不適感可消失。

Hol等人將Sophono 與穿皮Baha進行比較發現,Baha在聲場聽閾、言語識別閾(speech recognition threshold,SRT)和安靜環境下SRS(65 dB SPL)均些許優於Sophono 。同時他們也指出,Sophono 的優勢在於可降低面板併發症的發生率。Sylvester等對18名不同型別聽力損失使用Sophono患者的研究發現,雙側傳導性聾患者使用後獲益最多,而對於雙側混合性聾患者,獲益甚微。Magliulo對10名顳骨次全切術後患者的研究表明,佩戴Sophono 後患者聲場PTA可改善29。7dB,SRT和安靜狀態下SRS也均有顯著性提高。

2。2 Baha Attract

Baha Attract(見圖2)在2013年透過美國FDA認證。將內側面帶有磁鐵的植入體透過螺絲固定在顱骨,Baha 言語處理器透過磁力吸附在植入體表面,兩者之間襯墊軟墊,將吸力均勻分佈在接觸面上。對12名Baha Attract使用者研究表明,部分患者術中需要打磨顱骨,削薄部分軟組織。術後未見明顯併發症。對其中9名患者進行術後測試發現其聲場PTA改善19dB,聲場SRT改善19 dB。

骨導聽覺裝置研究進展

圖2 Baha Attract

其中1:聲音處理系統,2:磁鐵,3:植入體

3 主動驅動系統

主動驅動系統的設計原理是振動透過螺絲或平面原件直接傳遞至顱骨。主動驅動BCDs主要分為兩大類,穿皮BCDs和經皮BCDs。對於是否應該將BCDs進行主動和被動的區分,目前學術界仍存在爭議,因為這種分類方式主要基於歐盟和美國的植入裝置管理規章而不是工程學原理。因此,在歐盟體系中,Baha被認定為被動__驅動BCDs系統,而加入植入的轉換器後,該系統則被認定為主動驅動BCDs。

3。1 主動驅動穿皮BCDs

Baha是第一個實際應用於臨床的主動驅動BCD。Baha設計之初是為了克服傳統BCDs的諸多缺陷如高頻區資訊損失,面板壓迫症狀等。Baha系統中,言語處理器透過鈦合金螺絲與顱骨連線,從而直接振動刺激顱骨,而不是經面板傳遞。Baha的主要適應證是傳導性聾、混合性聾以及單側聾(single-sidedeafness,SSD),成人和兒童均可使用。Tjellstrom等率先對120名使用HC200型號的患者進行測試,結果表明相比於未使用助聽裝置,其PTA、SRT和SRS分別改善29。4 dB、26。5dB和41。6%。近年來,Baha技術不斷革新,輸出效率提高,換能技術改進,使得噪聲環境下言語識別能力不斷提升。

目前世界範圍內超過15萬Baha使用者,Baha已經成為強有力的BCDs,為傳導性聾、混合性聾、單側聾等聽覺損失患者提供了言語康復的新方法。但不可否認的是,Baha也存在一些缺點,如植入處面板需要長期護理,面板併發症如刺激、感染、過度生長覆蓋植入體等。頭部外傷或不明原因可能造成螺絲鬆動。另外,還有一些患者由於美觀的原因,拒絕Baha植入。近年來,Baha的設計不斷改進,螺絲的表面和形狀、手術技術的改變可降低部分併發症的產生,但目前Baha的設計仍是穿皮BCDs。

3。2 主動驅動經皮BCDs

經皮BCDs的設計中,換能器植入於完整的面板下,同時振動能經由換能器直接傳遞至顱骨。之所以稱之為經皮BCDs,是因為言語處理器產生的電磁訊號而非振動經過面板傳遞。言語處理器透過植入單元中的記憶磁鐵吸附於面板表面,聲訊號透過感應器傳入植入的換能器。目前市場上主動驅動經皮BCDs主要包括骨導植入和骨橋。

BCI和骨橋的感應器和記憶磁鐵系統基本相似,二者的主要區別在於換能器。BCI應用平衡電磁分離換能(balanced electrom agneticse parathion transducer,BEST)體系,其換能器體積較小,相比於

Baha換能效率更高。

目前BCI仍處於臨床試驗階段。瑞典Chalmers大學和Sahlgrenska大學醫院聯合納入20名患者進行BCI的臨床試驗,目前已有6名患者接受了BCI植入,相關資料已見文獻報道。研究結果顯示,患者BCI術後PTA改善31。0±8。0 dB,SRT改善27。0±7。6 dB,SRS改善51。2±8。9%。此外,助聽器效果評價簡表(abbreviated profile ofhearing aid benefit,APHAB)和格拉斯哥受益量表(glasgow benefit inven tory,GBI)問卷調查均顯示患者BCI術後生活質量顯著提升。由此得出結論,對於中/重度傳導性聾或混合性聾患者,BCI可顯著改善其聽覺能力,且手術無重大併發症,方法安全。

骨橋系統(見圖3)由MED-EL開發,並於2012年春天投放市場。骨橋的適應證包括傳導性聾、混合性聾和單側聾。2014年後,骨橋獲批被應用於5歲以上兒童。Spriinal等對12名成年患者實施骨橋植入,3個月後平均聲場PTA改善25 dB,SRT改善25。3 dB,安靜狀態下SRS改善78。8%。Barbara等的結果顯示PTA改善36。5 dB,SRT改善36。2 dB。Manrique、Riss等研究表明,骨橋植入後患者PTA、SRT、SRS均有顯著改善,且對於單側聾患者,骨橋同樣具有改善言語識別能力的作用。但是,骨橋植入體體積在開放式乳突根治術後和顱骨厚度較薄的兒童患者中可能成為限制。術前應用CT仔細評估確定植入位點在術前準備過程中至關重要。如果乳突部空間不足,則可以考慮乙狀竇後作為植入位點。

骨導聽覺裝置研究進展

圖3 骨橋系統

4 口內BCDs

這一類BCDs既不屬於主動驅動BCDs,也不屬於被動驅動BCDs。振動經由壓電換能器轉換,透過牙齒傳遞至顱骨。SoundBite(見圖4)主要為單側聾患者設計。將麥克風放置在耳聾一側耳後,聲音無線傳遞至口內換能器,將振動傳遞至磨牙,進一步傳遞至顱骨,由健康的耳蝸接受刺激。健康的耳蝸可以接收雙側的聲音訊號。Murray等對SoundBite術後效果進行評估,單側聾患者可堅持每天使用,安全而有效。Gurgel等的研究結果表明,單側聾患者使用SoundBite後生活質量顯著提高。

骨導聽覺裝置研究進展

圖4 SoundBite

一些患者使用SoundBite後會出現聲音反射現象,透過調整後可最大限度的降低這種情況的不良影響。另外,由於SoundBite產品形狀和電力原因的限制,在低頻範圍內其輸出效率較低。Syms等對8名SoundBite植入患者研究,在給予最大輸出能量的情況下,發現SoundBite的最大輸出和接收頻率在2

kHz以上。單側聾患者主要需要高頻接收來克服頭影效應,因此SoundBite對這類患者而言很適合。另外,患者在進食過程中可能也會感覺不適,而進食過程中的交流對日常生活也同樣重要,因此這種不適感不能忽視。

5 BCDs未來的發展方向

未來聽覺植入裝置的發展方向主要是植入裝置的美觀化。BCD由穿皮到經皮模式的轉變,可使助聽裝備逐漸隱形化。但開發經皮BCDs的最主要目的是減少穿皮BCDs造成的面板損傷。透過改良螺絲和錨定裝置的設計,改進手術植入方法,可降低面板併發症的發生率,但只有保證面板的完整性才能從根本上解決面板併發症的問題。目前可以保證植入後面板完整性的BCDs包括被動經皮BCDs,主動經皮BCDs和口內BCDs,振動分別經過面板、顱骨和牙齒傳遞。

研發BCDs需要面臨幾方面的挑戰:①裝置的效能。②長期穩固的連線。③對患者的安全性和有效性。④對MRI的相容性。

解決BCDs穩固性的問題,鈦合金螺絲可作為一種理想的方法。Hakansson在顳骨標本上進行實驗,

發現將鈦合金螺絲植入深度加大可增加植入穩定性,刺激耳蝸效能增大。但是在人體中實施此種操作具有

一定的危險性,可能造成面神經、半規管及其他精細結構的損傷。人體乳突部由大量氣房組成,這也是造

成BCDs植入後穩定性不足的原因。骨橋的設計中透過兩個鈦合金螺絲將植入體固定在顱骨表面,骨融合

後增加植入的穩定性。

植入體大小也是BCDs設計中的一個挑戰。在植入BCDs過程中,需要選擇儘量平整的平面,使得植入

裝置可以最大限度的與顱骨接觸,保障振動傳遞的效果。人類的顳骨在大小和形態上有巨大差異。BCI植入過程中,需要考慮是否與植入者顱骨結構相貼合。透過對正常顳骨的研究發現,16 mm植入直徑,4 mm植入深度可以滿足95%的正常結構患者需求。但由於顱骨面積過小,慢性感染,畸形或耳部手術史,部分患者不能達到這個標準。在12 mm植入直徑情況下,6mm植入深度也可考慮。因此,BCI設計時考慮這些因骨導聽覺技術專題素,目前對絕大部分患者植入安全性得以保障。

另外需要考慮的還包括植入手術的侵入性。對於患者而言,侵入性小的手術操作通常意味著手術安全

係數的提升。植入裝置越深,可能造成術後併發症的機率越大。目前所有BCDs植入手術過程均是安全簡

單的。Baha植入僅需局麻下10~15分鐘手術時間,BCI和骨橋通常需要全麻手術操作。骨橋手術相比而

言難度係數較高,在術前評估時需要確定骨橋的植入部分是否可以放置在乳突部,或者是否需要考慮乙狀

竇後入路。因此,對於顱骨存在畸形或曾經歷耳部手術的患者,術前影像學評估尤為重要。

本文回顧了常見的BCDs裝置和系統。主要分為傳統BCDs,被動驅動BCDs,主動驅動BCDs(經皮

或穿皮)和口內BCDs。在植入後效果方面,主動驅動BCDs(穿皮或經皮)的術後言語識別能力最佳,原因在於主動驅動BCDs直接將聲刺激傳遞至顱骨,而不經過面板傳遞。由於穿皮BCDs造成的面板損害和併發症,今後經皮BCDs是研究的熱點和方向。