0

0
0

文字

分享

0
0
0

這條路走不通就換一條:「骨導式助聽器」的運作原理與設計思路

Unmet Needs 臨床工程專欄_96
・2020/04/09 ・2323字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 499 ・六年級
  • 作者/許逸翔

今天要來說說「骨導式助聽器」的故事。不知道各位有沒有聽過骨傳導耳機呢?只要將耳機表面貼近耳朵附近而不用塞進耳朵,就能聽見聲音?

這到底是真的還是假的?

告訴你,沒有錯!骨傳導耳機所運用的骨傳導技術 (Bone Conduction),其實原本是應用在一種稱為「骨導式助聽器」的醫療器材上,聲波的傳遞可以藉由我們顱骨的振動傳遞至內耳的耳蝸,再經由聽神經將訊號傳輸到大腦的聽覺中樞,使我們聽見聲音。

不過你可能會想,好端端的助聽器,為什麼偏偏要用骨導式的呢?這跟我平常聽到的助聽器不太一樣啊!助聽器不就是因為我們耳朵感受聲音的能力變低了,所以要放一個擴音器在耳朵裡,讓它把接收的聲音放大後再傳到耳膜嗎?你有沒有在唬我?

傳統助聽器。圖/rawpixel.com@Freepik

傳統助聽器的不足?

好啦沒有唬你,其實,傳統助聽器是屬於氣導式的。聲音經由外耳道的空氣傳到耳膜,引發振動產生聽覺,助聽器本身會放在外耳道的外側、中側或是內側,對聲音進行攔截,把它放大後再傳至耳膜。

然而,若病患的外耳道產生病症,或是中耳的聲音傳輸系統遭到破壞……等等,使得傳統的氣導式助聽器無法在正常的路徑上對聲音進行放大,那便會出現問題。

此時,我們便需要在其它聲音傳導的路徑上對聲音進行放大,才能協助病患聽清楚外界的聲音。

欸不過,聲音不就只是藉由空氣從耳道傳到耳膜,再傳到我們的大腦內嗎?

傳統的氣導式助聽器會對聲音進行攔截,把它放大後再傳至耳膜。圖/GIPHY

不!你有沒有發現,當我們摀住耳朵的時候,還是常常可以些微聽見外面的聲音?

其實,聲音不只可以經由耳道傳導,它也可以透過我們顱骨中顳骨的振動,將聲音傳遞至內耳的耳蝸,而這也是「骨導式助聽器」的重要原理。

骨導式助聽器的出現

根據三軍總醫院的衛教資料指出,骨導式助聽器通常是植入式的(與電子耳相似但並不相同),又稱  Bone Anchored Hearing Aids (BAHA),簡稱「巴哈」, 是一種藉由手術方式將傳音的鈦金屬植入頭顱骨內的一種骨傳導式助聽器裝置。

這樣的助聽器設計由於不會經過外耳道以及中耳耳膜、聽小骨等空氣傳導的構造,因此特別適合於中耳或外耳道閉鎖或中耳構造已經遭到破壞的病患使用。

骨導式助聽器的外觀。圖/Ear Associates

聽覺產生的原理

人體主要接收聲音的構造是「耳朵」,並在大腦皮質內產生聽覺。然而,各位是否覺得奇怪,聲音是以機械波的形式在介質中傳遞,大腦需要接收到神經電訊號才能產生聽覺。

機械波與電訊號之間,究竟是如何在我們神秘的聽覺系統裡做轉換呢?

簡單來說,關鍵是在我們內耳的「毛細胞」,人體的耳朵分成外耳、中耳和內耳,聲波(機械波)經由外耳的耳道傳入,作用於外耳與中耳之間的鼓膜,鼓膜產生相應的振動,並帶動中耳內的聽骨鏈,將振動傳遞至內耳。

聽覺系統的結構。圖/香港衛生署學生健康服務

內耳裡感受聲音刺激的部分稱為耳蝸,裡面充滿著淋巴液,而「毛細胞」便藏在這些淋巴液之中。

當聲音的振動經由中耳的聽骨鏈傳遞至內耳的耳蝸時,淋巴液會因振動而受到推擠,而毛細胞連帶受到擺動的同時,就會誘發連接毛細胞的神經末稍產生神經衝動(電訊號),這些電訊號一旦經由聽神經傳遞至大腦時,我們就能感受到聲音!

如果想要更詳細了解聽覺的詳細產生機制,可以看以下這支影片:

骨傳導耳機設計聯想是如何來的呢?

其實這樣的設計方式十分常見。原有的方法因為受其他的外力因素干擾,導致無法得到想要的結果,因此我們試著找尋是否有第二條、第三條路徑可以得到相同的結果。即使走過的路不同,花費的成本也不一樣,但只要能得到好的結果,便是個好方法。

就像我們平常在搭乘交通工具時,如果前面的路段有嚴重的塞車,那我們可能就會選擇搭乘捷運或是其他可以更加便捷到達目的地的交通工具。

而聲音的傳導也是,若主要的空氣傳導方式受到阻礙,那「骨傳導」也是一種替代方式,協助聽障者利用「骨導式助聽器」聽見外界的聲音。

骨導式耳機式意圖。圖/Wikipedia

這次會聊到「骨導式助聽器」的主題,主要也是想結合最近的時事。其實骨傳導耳機並沒有如噱頭般這麼神奇,它也是利用一種身體的傳聲方式,來達到聽覺產生的效果。

聲音原本就可以在固體、液體、氣體內傳遞,在耳朵亦是如此。

聲音的機械波最終會傳到我們耳朵深處的耳蝸,然而在過程中的傳遞方式並沒有受到任何規範,它能夠經由顳骨的震動傳入,也能夠通過外耳道的空氣震動傳入。

兩者最後只有主觀感受到的聲音清淅度、音量大小的差別。

「骨導式助聽器」因為其瞄準的客戶族群不同,在市場上仍佔有一定的比例。

也因為這項醫材的出現,使得慢性外耳炎、中耳炎、先天性外耳導狹窄或是閉鎖,甚至是單側耳聾的患者,能再度享受到聽覺為生活帶來的便利。

文章難易度
Unmet Needs 臨床工程專欄_96
7 篇文章 ・ 231 位粉絲
「臨床工程專欄」希望從醫工的角度出發,與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享,與整理相關的知識資源,讓大家得知,醫材開發,有跡可循。


1

4
0

文字

分享

1
4
0

發炎性腸道疾病的獵奇療法:來一杯「鉤蟲卵」吧!——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/24 ・2290字 ・閱讀時間約 4 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

上一節,我提到了犬蛔蟲,我好不容易才忍住沒有提另外一種寄生蟲:蠕蟲。這類寄生蟲成員眾多,個個都是入侵或躲避免疫系統的行家,牠們有許多花招可以幫助牠們在人體內存活下來、繁榮昌盛。牠們之所以需要這些花招,是因為作為寄生蟲,牠們的個頭太大了,免疫系統不可能看不到牠們。即使是較小的蠕蟲物種,也有幾公釐長,跟病毒或細菌比起來,可謂龐然大物。

蠕蟲感染者的腸道 X 光照片,圖中黑線都是蠕蟲。圖/WIKIPEDIA by Secretariat

在世界上許多較貧窮的地區,由於衛生條件較差,蠕蟲帶來了無盡的痛苦:據統計,世界上約四分之一的人口感染了某種類型的蠕蟲。衛生機構正在嘗試使用預防、清潔的手段和抗蟲藥物來緩解疫情。與此同時,在已開發國家,人們已經成功消滅了蠕蟲疾病。

也許有點過於成功。

免疫反應有幾種不同的形式。我們理解得最透徹的兩種是 Th1 和 Th2(Th 代表輔助 T 細胞,這是一種重要的 T 細胞)。它們的細節比較複雜,但大體畫面是這樣的:這兩種反應處理的是不同類型的感染——Th1 類型的輔助 T 細胞會向吞噬細胞和胞毒 T 細胞發出啟動訊號。聽到「集結號」之後,這些細胞會追蹤並摧毀任何被病毒或特定細菌感染的人類細胞。與此相反,Th2 反應是直接攻擊那些尚未入侵人體的病原體,Th2 細胞會啟動一種叫作嗜酸性球(eosinophils)的免疫細胞,來殺死蠕蟲。只要一種 Th 反應上調,另外一種就會下調。這種機制是合理的,因為這樣可以節約身體的資源,並降低免疫反應的副作用。

TH2 細胞(左)正在被 B 細胞(右)活化。圖/WIKIPEDIA

蠕蟲激發的正是 Th2 反應。有人因此認為,此消彼長,在那些蠕蟲病發病率較高的國家,過敏反應( Th1)的概率恰恰因此更低。(在過去幾十年裡,已開發國家裡出現過敏反應的人越來越多)。流行病調查顯示:蠕蟲越是肆虐,過敏反應就越少。

蠕蟲採取的各種躲避和反擊策略,以及牠們的存在本身,都會對免疫系統產生影響。一個效果就是牠們會抑制發炎反應——要知道,世界上有許多人巴不得他們的發炎反應受到一點抑制呢。

因此,許多患有慢性自體免疫疾病(比如,發炎性腸道疾病)的人現在正在接受蠕蟲療法(用的是鉤蟲),針對其他發炎疾病的臨床治療也正在測試。

Necator Americanus L3 x1000 12-2007.jpg
鉤蟲, 被用在慢性自體免疫疾病的蠕蟲療法 。圖/WIKIPEDIA

這聽起來有點怪誕:有人竟希望——不,堅持要——被寄生蟲感染。他們向醫生求助,醫生給他們的藥是一小杯鉤蟲卵,然後他們就喝下去了。在他們的胃裡,這些卵會孵化,幼蟲會爬出來。然後,不知怎的,患者就感覺好多了。當然,鉤蟲不會存活很久(醫生選擇的物種並不會在人體腸道內存活很久,否則就會有新的麻煩了),因此,過一段時間,患者又要接受新一輪的感染,以維持免疫系統的平衡。

當然,如果我們可以不用蟲子(比如使用其中的有效成分,類似某種「鉤蟲萃取物」的藥物)就可以治療疾病,那就更好了。但是,目前還沒人知道到底哪些成分重要——而且似乎要見效,必須要用活的蠕蟲。

為了解釋關於蠕蟲的這個情況,研究人員提出了「老朋友假說」(old-friends hypothesis),這是「衛生假說」的一個改良版。你也許聽說過「衛生假說」,它已經流傳了很長一段時間,但直到一九八九年才由大衛.斯特拉昌(David Strachan)正式提出。他進行的流行病學調查顯示,那些在農場裡或田野邊上長大的孩子要比那些在城市裡長大的同齡人更少患上過敏。從此之後,「衛生假說」就被用於描述許多不同的觀念,其中一些得到了研究支持,而另一些則沒有。

總的來說,老朋友假說的大意是,人類的免疫系統是在一個充滿微生物的世界裡發育的,我們經常要跟許許多多的微生物打交道。我們已經看到了免疫系統跟腸道微生物的密切聯繫,但是這樣的親密關係也可能會擴展到病原體。免疫系統已經對一定程度的接觸和較量習以為常了。現代西方社會,是人類有史以來最愛清潔、刷洗、消毒的階段,我們受感染的機會大大減少——但這破壞了免疫系統的平衡。我們的免疫系統習慣了跟某些病原體對抗,一旦沒有了對手,它就會工作失常。因此,嬰兒和小朋友也許最好要接觸一點髒東西。

現代社會,是人類有史以來最愛清潔及消毒的階段,我們受感染的機會大大減少,但這破壞了免疫系統的平衡。圖/Pixabay

顯然,你不希望你的孩子臉上有霍亂弧菌,雖然研究人員在二○○○年發現結核病對預防氣喘有幫助,但這並不意味著你要讓孩子染上結核。但是「髒東西」裡含有許多常見病原菌的減毒突變株(不再那麼有害),這可能對孩子的身體有益。沒有它們,孩子日後也許更容易患上免疫疾病——比如過敏和自體免疫病。

問題是,要多乾淨才算乾淨,要多髒才算髒呢?抱歉,我真的不知道答案。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田

所有討論 1
麥田出版_96
156 篇文章 ・ 375 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策