口腔內的組織傳導式麥克風的制作方法

專利名稱：口腔內的組織傳導式麥克風的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于探測由可聽到的聲音或生物物理的聲音產生的、組織傳導的振動的口腔內的傳感器的方法和器械，其可被應用在聽力設備、用于監測身體或健康的系統或通信設備中。
背景技術：
組織接觸式振動傳感器(接觸式麥克風) 在用于感測如心跳、血液流動或呼吸的來自身體的聲音的電子聽診器中具有廣泛的應用。此類傳感器(或換能器)被放置在接觸皮膚或接觸軟組織的位置并響應于由生物物理過程引起、通過組織傳播的振動產生電信號。另外一種被廣泛應用的電子聽診器是用于探測由使用者發聲而產生的組織振動的喉部麥克風。由聲帶產生的聲(振動)波通過喉嚨周圍的硬組織和軟組織傳播，并在說話時被安裝在外部的接觸式麥克風(美國專利4607383，3746789)所探測。所參考的所有的專利或專利申請的全部內容被通過引用的方式并入本文。
被用來探測用戶說話的另外的組織接觸式麥克風被通常外部安裝在前額的皮膚上、在耳后的骨乳突處或耳道中。與安裝在喉部的傳感器不同，這些麥克風探測由喉部和聲道的其他部分(硬/軟腭、舌、嘴唇、牙齒)的共鳴引起的，通過顱骨(經由骨傳導)進而通過周圍的皮膚組織傳播的振動。無音(NAM)麥克風被設計用來傳導主要在口腔周圍的軟組織中被傳導的微小的聲音振動并被安裝在耳后接近下顎的軟組織上面。
被設計用來探測身體的聲音和/或語音的，被應用在外部的組織接觸式傳感器的示例包括被集成在密封隔膜(美國專利6498854)中的電容板麥克風結構，被放置在空腔上面的壓電聚合物的膜(美國專利6261237,6937736)，被集成在外殼中，第二密封隔膜與組織率禹合器接觸的駐極體麥克風(electret microphone)(美國專利7433484)以及被I禹合到軟的硅膠墊的開放式的電容式麥克風。
組織接觸式麥克風使用多種架構，但其總是包含與皮膚或組織的聲阻抗相匹配的接觸表面，如橡膠、聚氨酯或塑料。當把設備調節為對通過空氣傳播的聲音不夠敏感時，與組織匹配的接觸材料有效地將穿過組織傳播的聲壓波耦合換能器。結果為，傳感器有效地減少環境噪聲并可適合在如工業場所、移動的交通工具或戰場上等噪聲環境下作為雙向通信的設備使用。
近期的研究評估了若干安裝在喉部和顱骨上的組織接觸式麥克風與懸掛式(空氣傳導)麥克風相比較的性能并證明了接觸式麥克風對于語音噪聲比的改善。研究還發現，由于在理論上減少了從如舌和嘴唇的柔軟的發聲器官編碼的信息，接觸式麥克風的語音清晰度次于懸掛式麥克風的語音清晰度。然而，隨著眾多的接觸式麥克風系統被商業銷售，在例如全頭頭盔、防護服和水下裝備的過大的環境噪聲或受裝備限制的環境中，排除使用空氣傳導式麥克風，降低的語音清晰度明顯的可被容許。
依靠用于喉部、耳部或骨傳導的語音的組織接觸式麥克風的現有系統具有顯著的優勢，但其需要在外部安裝的傳感器、電子設備和/或電池。此類裝備可能很笨重并容易被發現、妨礙如頭盔和保護裝置的其他的裝備、可能會封閉耳道以及可能不能被用在潮濕和/ 或惡劣的環境中。
組織接觸式傳感器的領域內的相關的進展包括全植入式助聽器，其中麥克風部分被安裝在耳后正上方的皮下或安裝在耳道的骨壁中。與上述被設計以探測使用者的語音的傳感器不同，被植入的助聽器麥克風被設計來響應周圍環境的聲音(美國專利6516228、 6626822,7204799和7354394)。在這些系統中，由麥克風探測到的信號可能被處理，被放大以及被發射到用于仿真中耳的植入式換能器或被發射到用來仿真聽覺神經的電極。放置于被植入的麥克風上面的薄皮膚層作為隔膜并將由空氣壓力干擾導致的機械振動耦合到嵌入式傳感器(通常為駐極體麥克風)。被植入的麥克風被測試出具有1. 5mV/Pa的平坦的靈敏度響應直至超過5KHz以及同樣情況下的語音清晰度測試證明了在外部的70dB SPL的聲場的條件下被植入的麥克風實現了極好的語言識別。
作為全植入式聽覺系 統的一部分，植入式麥克風在若干方面對用戶有利聽覺系統為全部不可見的，消除了外觀上的障礙；其不封閉耳道，消除了舒適/不相容的問題，并在部分聽力損失情況下改善了對低頻率聲音的感知；以及其容許使用在與傳統助聽器不兼容的環境中或活動中。然而，顯著的缺點為需要手術步驟來安裝或拆卸麥克風、電池和信號調節/放大電子設備，以及必須具有一些在外部為電池充電的裝置。此外，植入的麥克風依賴于若干在皮膚表面的振動和電信號之間的介質轉換電路級，其限制了整體設備的性能。發明內容
本發明旨在解決上述的組織植入式麥克風和在外部應用的組織接觸式麥克風的限制，以實現在內部的、但非手術安裝的(即可拆卸的)、位于口腔中的麥克風中的本類型的傳感器的被指明的優點。靠著頰、腭或齒齦的內表面放置，傳感器作為非可見的聽力設備、身體聲音的監測設備或通信設備中的組件，其可在與大多數已有設備不兼容的環境中運行。
由于如PVDF(聚偏二氟乙烯)的壓電膜的高壓電電壓常數g(壓電電壓常數 g將電壓與產生的應變關聯)、很好的匹配到組織的低的機械阻抗以及普通的魯棒性 (robustness)和機械穩定性，如PVDF(聚偏二氟乙烯)的壓電膜很適合作為口腔內組織接觸傳感器來使用。此外，與在封閉的空氣腔中依靠將機械振動轉變為壓力變化以隨后由空氣傳導式麥克風(諸如在美國專利6516228和7433484中所描述的)來探測的接觸式傳感器不同，組織振動通過壓電膜由壓電效應被直接轉換為電信號。如上面所提到的，所參考的所有的專利或專利申請的全部內容被通過引用的方式并入本文。
當被夾到彎曲的開放式框架結構時，PVDF膜對于法向指向的機械位移(normally directed mechanical displacement)具有非常高的敏感度并且當低于諧振運行時其具有平坦的頻率響應。曲率將法向指向的壓力轉化為可比所施加的應力大很多的、沿著膜的軸線的拉伸應力。所導致的膜應變在膜的電極上產生與所施加的壓力成比例的電荷。膜厚度、曲率半徑(ROC)以及電極的面積可被調整以影響電阻抗、靈敏度、諧振頻率和機械阻抗，因此容許針對應用進行微調。
可拆卸的口腔內的組織傳導式麥克風可與可拆卸的牙齒器具(dentalappliance) 附接、粘接或集成在一起。牙齒器具耦合到牙齒，如上后白齒上，以放置麥克風使得其與口腔中特定的軟組織保持接觸，例如保持緊密的接觸。因為麥克風被放置為盡可能的接近外部的聲音源以最大限度的減少信號衰減，所以口腔粘膜(臉頰的內表面)可能被使用。在另外的示例中，齒齦或腭也可用作可選的位置。
附圖的簡要描述


圖1A展示了曲率將法向指向的壓力轉化為可比所施加的壓力大很多的、沿著膜的軸線的拉伸應力的方法示例。
圖1B展示了作用在梁的端處的引起的梁中的彎曲力矩和沿著膜軸線的拉伸應力的法向力。
圖1C展示了包含被圍繞著橡膠接觸墊纏繞的膜的壓電膜組織接觸式麥克風，其中由于橡膠墊的徑向擴展，作用在墊上的法向力產生了沿著膜軸線的應力。
圖2A展示了被容納在被放置于牙齒的舌側或頰側的金屬或塑料外殼中的牙齒器具的麥克風傳感器的部分。
圖2B展示了包含位于結構開口中間的淺輪廓突出物以確保與軟組織的良好接觸并將振動有效的耦合到PVDF膜的有效部分的接觸透鏡。
圖2C展示了由如304或316不銹鋼或鈦的生物相容性金屬所構建的框架的示例。
圖2D展示了通過將PVDF膜層(例如10mmx20mm，52微米厚)貼合(例如通過氰基丙烯酸酯、環氧樹脂或雙面粘合劑)或機械的夾到彎曲的并開放的金屬框架而構建的麥克風傳感器的示例。
圖3A展示了被指明拉伸方向(1-方向)中的 壓電膜，其中膜的邊緣(在1-方向) 被夾住但兩側沒有被夾住，以及另外展示了使用平坦的開放框架的壓電膜傳感器的可選的布置，其中膜的邊緣(在1-方向)被夾住但兩側沒有被夾住，膜位于中間位置；還展示了使用平坦的開放框架的壓電膜傳感器，其中膜的邊緣(在1-方向)被夾住但兩側沒有被夾住，膜從中間位置偏斜。
圖3B展示了包含被放置在空氣腔后面的駐極體麥克風和隔膜(隔膜與橡膠墊接觸以接觸組織)的設計。
圖3C展示了包含懸臂梁結構的壓電膜傳感器，膜被通過硬粘合劑(例如環氧樹脂)貼到梁的一個表面以及梁的端部被夾到麥克風框架。
圖3D展示了多種梁結構的示例，其不同的特性被納入麥克風以擴展有效的頻率響應。
圖3E展示了傳感器可產生電壓信號的方法的示例，所述電壓信號被相加并被放大以產生寬帶頻率響應。
圖3F展示了包含被夾靠在硬的平臺上并被壓電膜包圍的圓柱形段的橡膠接觸墊。
圖3G展示了被夾在麥克風外殼中的接觸墊的圓柱形部分與硬平臺的中間的壓電陶瓷圓盤的示例。
圖4展示了具有通過硬配線連接到電池電源和下游的電路級的前置放大器電路的麥克風傳感器，其借助于在后白齒后面被引導的導管連接器具的頰側和舌側。
圖5A展示了耦合到牙齒(如上后臼齒的)以放置麥克風從而實現麥克風被放置為盡可能的接近外部的聲音源(例如通過口腔粘膜)以最大限度的減少信號衰減的牙齒器具的示例。
圖5B展示了被耦合到牙齒以放置(例如，靠著顎)麥克風的牙齒器具。
圖5C展示了被耦合到牙齒以放置(例如，靠著齒齦)麥克風的牙齒器具。
圖6A展示了依據應用包含附加的數字信號處理電子設備、發射器或接收器電路 (或兩者都有)、天線和電池(例如鋰離子電池)的牙齒器具的相對的側。
圖6B展示了從麥克風接收到的信號可被存儲在被封裝在牙齒器具中的快閃式存儲器中以在稍后的時間進行分析的方法的示例。
發明的詳細描述
與同空氣傳導式麥克風相似地探測所覆蓋的(組織)膜的機械振動的皮下植入的麥克風不同，被用來探測環境聲音的口腔內麥克風必須響應耦合到頭部的軟組織并通過頭部的軟組織傳播的聲壓波。由于阻抗不匹配以及信號的散射，頭部的空氣/組織邊界成為聲音傳播的重大障礙，以及只有小部分的外部的聲壓能量被傳送到嵌入式傳感器。聲壓波在空氣/水邊界的垂直入射導致理論上33dB(99. 9% )的聲強損失。考慮散射效應也在其中起作用，并通過空氣中的水球體(近似于頭部)的FEA模型預測出略高的聲衰減。
因此用于測量環境聲音的口腔內組織傳導式麥克風必須具有足夠的SNR(信號噪聲比)以在探測最小的期望環 境聲壓水平(SPL)時克服在空氣/組織分界面上的損失。依據標準化的指標，被有效用作聽力設備的部件的口腔內組織麥克風在70dB SPL的條件下應能達到極好的語音清晰度并在60dB SPL的條件下提供有用的性能，其中由于傳播損失，轉化為在傳感器處測量的小于30dB SPL0
當被用來探測由使用者生成的(即本地的)聲音(如語音、呼吸或其他身體聲音) 時，口腔內的組織麥克風感應在使用者的軟組織內傳播的振動并因此并不受限于空氣/組織邊界處的損失。軟組織作為低通濾波器，衰減聲音的高頻部分，但任何在外面安裝的組織接觸式麥克風同樣具有這個作用。
與不添加聲道整形而感知喉的振動的喉部麥克風不同，在口腔內的組織處被探測到的語音信息可能包括來自聲道的很多部分(咽頭、硬的不發音的部分(硬腭、牙齒)以及軟的不發音的部分(舌、軟腭)的貢獻，盡管從口腔內組織的信號可能排除嘴唇和鼻腔的影響，其語音質量可能顯著的優于喉部麥克風的語音質量。由于在引起的骨振動中的聲道部分的較高含量，安裝在顱骨或耳道組織的麥克風可能提供更高的信號質量，但其可能在很小的程度上優于口腔內麥克風。發明者已經展不了與空氣傳導的聲音相比的口腔內麥克風的良好的語音保真度。
由于如PVDF(聚偏二氟乙烯)的壓電膜的高壓電電壓常數g(壓電電壓常數g將電壓與引起的應變關聯)、很好的匹配到組織的低的機械阻抗以及其總體的魯棒性和機械穩定性，如PVDF(聚偏二氟乙烯)的壓電膜很適合作為口腔內組織接觸傳感器來使用。此外，與在封閉的空氣腔中依靠將機械振動轉變為壓力變化以隨后由空氣傳導式麥克風(諸如在美國專利6516228和7433484中所描述的)來探測的接觸式傳感器不同，組織振動通過壓電膜由壓電效應被直接轉換為電信號。
當被夾到彎曲的開放框架結構時，PVDF膜10提供對法向地指向的機械位移的非常高的敏感度，以及當在低于諧振下操作時其具有平坦的頻率響應。曲率將法向指向的壓力或力F轉換為可比所施加的應力大很多的沿著膜軸線的拉伸應力(圖1A)。所導致的膜應變在膜的電極上產生與所施加的壓力成比例的電荷。膜厚度、曲率半徑(ROC)以及電極的面積可被調整以影響電阻抗、靈敏度、諧振頻率和機械阻抗，因此容許針對應用對其進行微調。圖1B示出了當法向指向的力F可被施加到被配置到懸臂梁結構中的膜10的示例， 其中指向的力導致了沿梁的長度的張力Ft。相似的是，圖1C示出了法向指向的力可能被作用于彎曲的結構12以導致彎曲結構上的徑向擴展并在四周被貼合的膜中產生張力的另外的示例。
口腔內的組織傳導式麥克風20與可拆卸的牙齒器具附接、粘接或集成在一起(圖 4A)。牙齒器具耦合到如上后白齒M的牙齒上，來放置麥克風20使得其與口腔中的特定的軟組織保持接觸。由于麥克風20被放置為盡可能的接近外部的聲音源以最大限度的減少信號衰減，所以口腔粘膜(臉頰的內表面)為優選的(圖5A)。齒齦(圖5C)或腭(圖5B) 也可構成替代的位置。例如，如圖5B所示，頰部分100可保持電池和/或電子設備，而經由結構構件22耦合的第二部分102可容納由設備靠著軟腭的部分放置的麥克風(如本文所述)。圖5C展示了另外的變化，其中麥克風20可能被靠著齒齦G的頰側放置而不是放置在單顆牙齒或多顆牙齒表面上。當兩個部分經由結構構件22圍繞白齒被互相耦合時，第二部分104可能如上所述被保持在舌側上。
牙齒器具可能為通過使用牙齒結構的模型而制成并通過熱成型工藝生產的定制的設備(圖4)。其也可利用非定制的形式，該形式可為通過例如連接線或其他的結構構件 22或通過拉伸安裝到合適的位置的扭轉彈簧并然后釋放而被夾到白齒上。連接線或其他的結構構件22可能另外起到用于在設備的兩個部分如接觸內頰表面的頰側麥克風20和可能容納電池和/或電子設備的舌部分24之間引導如電源和/或信號的 管道的作用。2009 年10月29日提交的美國專利申請2009/0268932中描述的另外的安裝技術被并入本文作為參考。牙齒器具包含一個或多個特征26，其可能符合一顆或多顆牙齒的表面并改善牙齒器具在牙齒上的保持和放置。
牙齒器具的麥克風傳感器部分20可能被容納在依據軟組織接觸區域(圖2A)被定位在牙齒的舌側或頰側上的例如金屬、塑料或其他合適的外殼30中。麥克風外殼的牙齒接觸部分可能包含如適合兩個白齒之間的縫隙空間的突起物的有利的特征28，以在使用期間保持定位。麥克風20的外殼的牙齒接觸部分優選包括軟的塑料或橡膠材料以減少經由骨傳導通過牙齒耦合到外殼的振動。外殼30可被例如用液體硅橡膠(LSR)過模制，而外殼 30的接觸軟組織(例如頰的內表面)的部分可能具有硅樹脂或聚氨酯接觸表面32。外殼 30 (其可能封裝如信號調節電子設備)的內部38包含導電涂料或金屬鍍層36以減少麥克風對于電磁干擾的敏感度。
麥克風傳感器20可通過將一層PVDF膜10 (例如10mmx20mm，52微米厚)結合到 (例如通過氰基丙烯酸酯、環氧樹脂或雙面粘合劑40)或機械地夾到彎曲并開放的金屬框架34(圖2D)而構建，使得膜10的拉伸方向(已知的“I”方向44)為沿著框架34的曲率半徑方向(美國專利6937736被作為參考并入本文)。也可使用如PVDF的共聚物(例如PVDF-TrFE)的其他的壓電膜。
框架34 (圖2C)可能由如304或316不銹鋼或鈦的生物相容性金屬所構建。為將無效的膜材料(其增加了寄生電容)的量減為最小，框架的邊緣寬度被保持在可實現的最小值以有效地夾住膜并防止偏斜。在一個示例中可使用1-2_的寬度。曲率半徑直接影響麥克風的靈敏度和諧振頻率(由于膜柔度的影響)。在保持足夠的設備靈敏度的同時，例如 5mm-20mm的框架半徑可能被用來提供高于主要語音頻帶(300_4kHz)的諧振頻率。框架34 通過例如機械緊固件或粘合劑而被集成在麥克風外殼30中。此外，取決于期望的特性，框架34可能被配置為如橢圓形、圓形等的多種不同的形狀。此外，在可選的變化中，在壓電膜保持粘合到圍繞物(enclosure)的接觸表面并與之振動接觸時，框架可被從圍繞物中省略和/或壓電膜可被直接固定到外殼而且不受到框架的支撐。
娃樹脂RTV或聚氨酯橡膠(例如NuSil Med-6015或Dow Corning(道康寧) X3-6121)的接觸層32 (透鏡)被鑲鑄在PVDF膜10的合適位置上。接觸透鏡32包含位于框架開口中間的淺輪廓突出物以確保其與軟組織的良好接觸并使振動有效地耦合到PVDF 膜10的有效部分(圖2B)。透鏡澆鑄過程確保了透鏡和PVDF膜之間在整個表面上緊密的機械接觸并用來密封麥克風組件的前表面來防止液體的侵入。另外的方法為通過使用柔性粘合劑將壓電膜附接到預成型的橡膠接觸層。這需要仔細操作以確保在有效的膜表面上的緊密接觸和在透鏡/外殼界面處的防水密封。為了使機械負載效應變為最小并減小麥克風的輪廓，接觸透鏡可能被限制到例如l_2mm的厚度。
用于壓電膜傳感器20的可選的布置使用平坦的開放的框架34，其中膜的彼此相對的第一組邊緣(在I方向44)被夾住40，但相對的第二組側邊沒有被夾住(圖3A)。作用在接觸透鏡50上的靜態(即“DC”) 壓力(例如當被靠著組織安裝時)引起膜從被拉直的或平坦的中間位置52發生偏斜，導致了上述的彎曲的形態54。這里，引起的曲率54的量由被施加的DC力限定，因此，傳感器的靈敏度和頻率響應將在使用期間發生改變。然而，此布置可能導致更輕/更小的設備和簡化的結構。
通過此架構，膜曲率的量可通過借助于經由引線42連接到第一和第二電極的DC 升壓轉換器電路施加DC電場來可選擇地通過電子手段調整/控制。
可選的是，所需的壓電膜曲率可通過使用柔性粘合劑將膜粘到具有被預先確定的曲率54的橡膠接觸層，并將邊緣(在I方向)夾在框架34和外殼30之間來實現。
壓電膜傳感器10的另外例子并入了懸臂梁結構68。膜10被用硬粘接劑(例如環氧樹脂)結合72到梁的一個表面并且梁的端部被夾70到麥克風的框架(圖3C)。橡膠接觸表面50包含被靠著梁的端部放置的圓柱形部分74使得外部的聲音振動傳播到橡膠50 中并被傳輸到梁68。在這種布置中，作用在梁68的端部的法向力導致了梁68中的彎曲力矩以及沿著膜軸線(圖1B)的拉伸應力。與前面所述的彎曲/夾住的膜10布置一樣，張力作用在膜10的邊緣；膜邊緣的小的有效面積導致了比在膜的表面處測量的應力的大得多的應力，從而在相同的傳入壓力下導致了更高的電壓。
梁的尺寸和材料可以被調整，以提供所需的諧振頻率。例如，與塑料的梁相對比， 鋼梁會產生較高的諧振頻率。具有不同特性的多個梁結構也可包含到麥克風中來擴展有效的頻率響應(圖3D)。在這種布置中，單一的組織接觸墊被應用到兩個梁上，每個梁都具有其自身的頻率響應。比如，每個都具有被布置在梁(如上面所述)上的膜10的高頻率諧振梁80和低頻率諧振梁82可被彼此接近地沿著框架34固定，并且每一個梁80、82可具有相同的被施加的力F。響應于外部振動,傳感器產生的電壓信號被疊加和放大以產生寬帶頻率響應(圖3E)。也就是說，來自高頻率諧振梁80的響應84和來自低頻率諧振梁82的響應 86可被疊加和放大以產生寬帶頻率響應。
可選的是，壓電膜組織接觸式麥克風包含圍繞橡膠接觸墊12纏繞的膜10，其中由于橡膠墊(圖1C)的徑向擴展，作用在墊上的法向力F產生沿著膜10的軸線的張力。橡膠接觸墊50包含被靠著相對硬的平臺90 (圖3F)而被夾住 的圓柱形段94。壓電膜10被纏繞在圓柱體94上并通過使用環氧樹脂或腈基丙烯酸酯或其他的粘合劑而結合到其自身。小的暴露的鍵形物96允許接近底部電極。電引線42被連接到頂部電極和底部電極并被穿過平臺90中的孔引導到麥克風圍繞物38以用于信號調節和放大。
另外的組織接觸式麥克風包含被耦合到橡膠接觸墊50的壓電陶瓷盤92 (例如PZT 5H)。盤92被夾在(并與其接觸)麥克風的外殼內的接觸墊的圓柱形部分94和硬的平臺 90之間(圖3G)。盤92通過例如環氧樹脂或其它本領域中已知的合適的粘合材料結合到平臺90。盤92的直徑和厚度被控制以提供高于感興趣的音頻頻帶的諧振頻率。平臺90可由例如如Ultem(聚醚酰亞胺)或PEEK (聚醚醚酮)的剛性聚合物，或其他合適的聚合物材料制造，以在壓電盤背面提供不匹配的機械阻抗并提高靈敏度。電引線42結合到或焊接到頂部和底部的壓電電極并被引導到圍繞物38，以用于連接到信號調節電子設備。與壓電膜一樣，耦合到陶瓷92的振動導致材料的應變，產生電荷。在本布置中，壓電陶瓷92在其厚度模式運行(3方向，沿著極化方向)，并且如PZT5H的陶瓷比本模式中的膜顯著地更有效。 然而，陶瓷92( 30MRayl)的高的聲阻抗限制了可從橡膠耦合的聲能的量。通過利用陶瓷 /環氧樹脂合成物來減少聲阻抗( 15MRayl),機械稱合可被顯著地改善。
口腔內的組織麥克風的最后的示例可包含基于在美國專利7433484中所述的那些的聲音振動傳感器。此設計包含被放置在空氣腔66和隔膜60后面的駐極體麥克風62, 隔膜60與橡膠墊50保持接觸以接觸組織(圖3B)。駐極體麥克風通常適于在外面使用并包含通到外面空氣中的泄壓孔。通過密封的封閉外殼，傳感器可被集成在之前所述的可拆卸的牙齒器具中。被封閉在麥克風背后的腔室內的空氣66具有影響設備的諧振頻率的勁度力抗的作用并可抵消由于加入的組織層而產生的額外的機械負載。
由于被安裝在上臼齒的頰側，口腔內的組織傳導式麥克風組件被容納在不大于例如20mm(水平長度)x20m(垂直寬度)XlOmm(輪廓高度)的空間內，以在例如講話、吃、喝以及笑的正常活動期間改善舒適性并保持隱蔽。安裝在上顎的另外的安裝配置需要相似的尺寸限制以最小程度的影響說話并避免咽反射。
為了有效地驅動另外的電路級，PVDF膜或駐極體麥克風傳感器的高電容量要求信號調節電路被放置在盡可能接近傳感器的位置。前置放大器可包含用于阻抗變換和信號增益的高輸入阻抗(例如> IOM Ohm)的低噪聲JFET晶體管或商用駐極體放大器芯片，并可與傳感器一起被封裝在麥克風的外殼中。帶通濾波器可在信號放大后被使用以突出如 300Hz-4000Hz的語音頻段。
由于麥克風20本身的尺寸限制，牙齒器具的相對的側24可根據不同的應用包含額外的數字信號處理電子設備、發射或接受電路(或兩者)、天線和電池(例如鋰離子電池)。在這種情況下，麥克風傳感器或前置放大電路借助于在后白齒后面被引導的連接器具的頰測和舌側的導管22，被通過硬配線連接到電池電源和下游的電路級。
設備可在必要時(依據使用的目的或在為封閉的電池充電時)從口中拆卸。充電可使用感應裝置(其中在牙齒器具封裝中需要感應線圈)或通過直接耦合暴露的電接觸體來完成。
可拆卸的口腔內組織麥克風可被用作如中耳或耳蝸植入物的聽力系統的一體的部分。在這種情況下，口腔內麥克風將取代外部的空氣傳導式麥克風或皮下植入式麥克風。 由口腔內的麥克風探測到的信號將被處理/過濾，放大以及通過例如近場磁感應(NFMI)或低功耗射頻(RF)鏈路被無線發射到植入式接收線圈以用于另外的信號處理并刺激中耳或聽覺神經。口腔內的麥克風提供了用于隱蔽的中耳或耳蝸植入式聽覺系統的非手術的解決方案。
在另外的使用中，口腔內的麥克風可被集成到口腔內的骨傳導式聽覺系統中，其中牙齒被引起響應于外部信號的振動，其中被引起的振動通過骨傳導傳播到耳蝸并被使用者察覺為聲音。在此系統中，組織麥克風和骨換能器可被包含到相同的牙齒器具中，其中麥克風信號被通過硬配線傳輸到驅動電子設備。可選的是，麥克風被放置在嘴的一側上并將接收到的聲音無線發射到被放置在嘴的相對的一側上的另一器具以驅動牙齒。在又一種可選的方案中，麥克風可以被放置在嘴的下部或上部，并將接收的聲音無線發射到被以互補的方式放置在嘴的相對的下部或上部的另一器具。以這種方式，口腔內的組織麥克風構成了隱蔽的并可拆卸的聽力設備。
此外，口腔內的組織麥克風可被用作通信系統的一部分，例如，收集和處理使用者的語音并將包含語音的信號無線發射到電話機(例如，蜂窩電話)、無線電收發設備(例如， 手持式無線電收發設備)，或其他能夠使用標準的低功率無線電通信協議(例如，藍牙)接收和/或發射信號的通信設備。如前所述，組織麥克風對外部的空氣傳導的聲音不敏感，因此所述系統在高噪聲環境中將是特別有用的。
可選的是，通信系統可利用具有更高功率的發射電子設備以將范圍增加至10-100 米或以上。因此使用者能夠佩戴完全隱蔽的麥克風并與位于遠處的接收機通信。在這種情況下，口腔內的組織麥克風可被用來探測使用者的語音、生物物理的聲音(例如呼吸、心跳的聲音，及其他)或環境聲音。
在另外的應用中，麥克風可被用作用于監測使用者的語音、生物物理聲音，或環境聲音的口腔內的錄音系統的一部分。從麥克風20接收到的信號可被儲存到被封裝在牙齒器具的舌部分24中的快閃式存儲器或其他合適的存儲器儲存設備中以用于在稍后時間的分析(圖6B)。
對于本領域的技術人員顯而易見的是，用于實施本發明的上述組件方法的修改、 實際可行的不同變化之間的組合，以及本發明各個方面的變化都在本發明權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種可拆卸的口腔內器具，其包括器具外殼，其被配置用來可拆卸地附接到實施對象口中的一顆或多顆牙齒；和，由所述外殼支撐的麥克風，其中所述麥克風具有接觸表面，當所述外殼被附接到所述一顆或多顆牙齒時，所述接觸表面被放置為靠著所述口中的粘膜表面接觸，其中所述麥克風的接觸表面具有與所述粘膜表面相匹配的聲阻抗。
2.如權利要求1所述的器具，其中所述器具外殼包括從所述外殼延伸并被連接到所述麥克風的結構構件。
3.如權利要求1所述的器具，其中所述器具外殼沿著所述一顆或多顆牙齒的第一表面放置，并且所述麥克風沿著所述一顆或多顆牙齒的第二相對的表面放置。
4.如權利要求1所述的器具，其中所述外殼還包括與所述麥克風相對的突起物使得所述突起物的尺寸被設置為與兩顆鄰近的牙齒之間的縫隙空間相適應。
5.如權利要求1所述的器具，其中所述麥克風包括由被固定在所述外殼內的框架所支撐的壓電膜，其中所述壓電膜與所述接觸表面進行振動通信。
6.如權利要求5所述的器具，其中所述壓電膜包括PVDF膜。
7.如權利要求1所述的器具，其中所述麥克風包括被固定到所述外殼并不被框架支撐的壓電膜，其中所述壓電膜被附著到所述接觸表面并與所述接觸表面振動接觸。
8.如權利要求1所述的器具，其中所述麥克風包括被放置在空氣腔后面并接近與所述接觸表面振動通信的隔膜的駐極體麥克風。
9.如權利要求1所述的器具，其中所述麥克風包括被梁支撐的壓電膜，其在所述梁的第一端部處被固定在所述外殼中，并在所述梁的第二端部處與所述接觸表面振動通信。
10.如權利要求1所述的器具，其中所述麥克風包括具有第一頻率諧振的第一梁以及具有與所述第一頻率諧振不同的第二頻率諧振的第二梁，其中所述第一梁和所述第二梁中的每個被互相接近地固定在所述外殼中使得所述梁中的每個與所述接觸表面振動通信。
11.如權利要求1所述的器具，其中所述麥克風包括與所述接觸表面振動通信的內部突起物以及被纏繞在所述突起物的周圍的壓電膜。
12.如權利要求1所述的器具，其中所述麥克風包括與所述接觸表面振動通信的壓電陶瓷盤。
13.—種口腔內的組織傳導式麥克風，其包括圍繞物，其具有適合于被放置在實施對象的口中的尺寸并具有組織接觸部分；框架，其被放置在所述圍繞物中；和，壓電膜，其被固定到所述圍繞物中的所述框架，使得由所述組織接觸部分產生的致動向所述壓電膜施加力，其中所述圍繞物具有與所述口中的組織匹配的阻抗。
14.一種口腔內的組織傳導式麥克風,其包括圍繞物，其具有適合于被放置在實施對象的口中的尺寸并具有組織接觸部分；和，壓電膜，其被支撐在所述圍繞物中，使得由所述組織接觸部分產生的致動向所述壓電膜施加力，其中所述圍繞物具有與所述口中的組織匹配的阻抗。
15.—種探測實施對象口中的聲信號的方法，包括在所述口中靠著組織區域放置麥克風圍繞物的組織接觸部分，其中圍繞物的所述組織接觸部分具有與所述組織區域匹配的聲阻抗；接收經由所述圍繞物的所述組織接觸部分穿過所述組織區域發射的聲信號；以及，致動所述圍繞物中的壓電膜使得產生表示所述聲信號的電信號。
16.如權利要求15所述的方法，其中放置組織接觸部分包括靠著所述實施對象的頰的內表面放置所述組織接觸部分。
17.如權利要求16所述的方法，其中放置還包括靠著所述實施對象的一顆或多顆牙齒的表面放置所述麥克風圍繞物使得靠著所述頰的內表面的接觸被保持。
18.如權利要求16所述的方法，其中放置還包括靠著所述實施對象的齒齦表面放置所述麥克風圍繞物使得靠著所述頰的內表面的接觸被保持。
19.如權利要求15所述的方法，其中放置組織接觸部分包括靠著所述實施對象的軟腭放置所述組織接觸部分。
20.如權利要求15所述的方法，其中放置組織接觸部分包括靠著所述實施對象的齒齦表面放置所述組織接觸部分。
21.如權利要求15所述的方法，其中接收聲信號包括在所述壓電膜中產生拉伸應力使得產生對應于所述聲信號的電信號。
22.如權利要求15所述的方法，其中致動壓電膜包括致動PVDF膜。
23.如權利要求15所述的方法，還包括將表示所述聲信號的所述電信號發射到能夠接收和/或發射信號的通信設備。
24.如權利要求15所述的方法，還包括記錄表示所述聲信號的所述電信號。
25.如權利要求15所述的方法，其中致動壓電膜包括致動被固定到所述圍繞物中的框架的所述壓電膜。
26.—種雙向通信的口腔內器具,其包括被配置用于可拆卸地附接到實施對象口中的一顆或多顆牙齒的器具外殼；被所述外殼支撐的麥克風，其中所述麥克風具有接觸表面，當所述外殼被附接到所述一顆或多顆牙齒時，所述接觸表面被放置為靠著所述口中的粘膜表面接觸，并且其中所述麥克風具有與所述粘膜表面匹配的聲阻抗；以及，與所述粘膜表面振動接觸的換能器，其中所述換能器被配置用來探測穿過所述粘膜表面的由使用者產生的聲音，并且所述器具被配置用來無線發射包含所述由使用者產生的聲音的信號。
27.如權利要求26所述的器具，其中所述器具外殼沿著所述一顆或多顆牙齒的第一表面放置，并且所述麥克風沿著所述一顆或多顆牙齒的第二相對的表面放置。
28.如權利要求26所述的器具，其中所述麥克風包括由固定在所述外殼中的框架支撐的壓電膜，其中所述壓電膜與所述接觸表面振動通信。
29.如權利要求26所述的器具，其中所述壓電膜包括PVDF膜。
30.如權利要求26所述的器具，其中所述麥克風包括被放置在空氣腔后面并接近與所述接觸表面振動通信的隔膜的駐極體麥克風。
31.如權利要求26所述的器具，其中所述器具被配置用來向電話機或無線電設備無線地發射信號。
32.如權利要求26所述的器具，其中所述無線信號經由低功率無線電通信協議發射。
33.如權利要求26所述的器具，其中所述無線信號在IO-1OOm的范圍內發射。
34.如權利要求26所述的器具，其中由使用者產生的聲音包括由使用者產生的語音或生物物理聲音。
全文摘要
口腔內的組織傳導式麥克風的裝置和方法被描述為位于口腔內的、內部的但非手術安裝的麥克風。口腔內的組織傳導式麥克風可附接、粘接或集成到可拆卸的牙齒器具，所述牙齒器具靠著頰、腭或齒齦的內表面放置。傳感器用作不可察覺的聽力設備、身體聲音的監測設備或通信設備的一部分，其可在大部分現有設備不適宜的環境中操作。通常情況下，作為傳感器的壓電膜與組織很好的匹配并直接將通過口腔粘膜、齒齦或腭接收的信號通過壓電效應轉換為電信號。
文檔編號H04R1/08GK103026730SQ201180022497
公開日2013年4月3日 申請日期2011年5月27日 優先權日2010年5月28日
發明者蒂姆·普羅克斯, 雷薩·卡薩亞恩 申請人:索尼圖斯醫療公司