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

  • 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。

關於作者

Unmet Needs 臨床工程專欄

「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。

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