Новая конструкция слуховых имплантатов с 3D-печатными переходниками минимизирует потерю звука

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета Политеха, Пермского государственного медицинского университета имени академика Е. А. Вагнера и Российского университета медицины разработали новую конструкцию крепления слуховых имплантатов. Она позволит создавать слуховые аппараты с учетом индивидуальных анатомических особенностей пациентов и снизит искажения на семнадцать процентов в сравнении с традиционными аналогами.

При легких формах нарушения слуха часто используются обычные слуховые аппараты, но пациентам с врожденными дефектами или травмами уха такие приборы не подходят. В таких случаях применяются аппараты костного звукопроведения, передающие звук через костные ткани вместо воздушных вибраций. Проблема таких устройств в том, что они используют стандартные металлические крепления, не учитывающие индивидуальные анатомические особенности пациентов. Как результат, контакт может быть неполным, звук может доходить до внутреннего уха ослабленным или искаженным.

При проектировании стандартных аппаратов костного звукопроведения в основном используются металлические переходники с шарообразными наконечниками — деталями, соединяющими наружную часть аппарата с имплантатом в черепе. Металл со временем изнашивается, и крепления становятся менее надежными. Кроме того, такие переходники делают типовыми, хотя у всех пациентов разная толщина костей и индивидуальное строение головы.

Другая проблема в том, что шарообразная форма наконечника крепления обеспечивает лишь точечное соприкосновение с имплантатом, а значит вибратор — часть аппарата, которая создает колебания для передачи звука — касается кости не всей поверхностью, а только в одной точке. В результате часть энергии рассеивается, появляются посторонние шумы и искажения, а звук доходит до внутреннего уха ослабленным и нечетким. Разработанная учеными Пермского национального исследовательского политехнического университета Политеха, Пермского государственного медицинского университета имени академика Е. А. Вагнера и Российского университета медицины конструкция крепления учитывает индивидуальные особенности каждого пациента и обеспечивает более плотное и надежное соединение, сообщает пресс-служба ПНИПУ.

Ученые проанализировали особенности работы существующих моделей и выяснили, что само расположение имплантатов в кости не оказывает значительного влияния на качество звука, но если крепление неплотное или установлено неровно, качество звука снижается. Новая конструкция включает несколько элементов. Первый — титановый имплантат, вкручиваемый в височную кость. Второй — переходник. Главное отличие от старых конструкций в том, что в новой разработке вместо шарообразного наконечника исследователи сделали плоскую контактную площадку, за счет чего вибратор прилегает к имплантату всей поверхностью.

Кроме того, ученые добавили новый элемент — полимерное кольцо для гашения лишних вибраций, создающих искажения. Кольцо повышает плотность и упругость соединения между переходником и протезом, при этом снижая трение между металлическими деталями. Наличие в слуховом аппарате полимерного кольца позволит значительно продлить срок эксплуатации.

Ученые также разработали программу для моделирования индивидуальных переходников. На этапе предоперационной подготовки врач сможет ввести в толщину кости, особенности строения черепа, нужную высоту и форму крепления, после чего инструмент автоматически построит 3D-модель оптимального переходника.

В традиционном производстве таких аппаратов используется дорогостоящая механическая обработка с высокой трудоемкостью и большими объемами отходов. Вместо этого ученые предложили использовать 3D-печать титановыми порошками как более экономически эффективный метод изготовления персонализированных приспособлений.

«Для проверки эффективности новой разработки мы провели эксперименты и сравнили две системы — старую с шарообразным металлическим креплением, и новую с плоской вибропроводящей платформой и полимерным кольцом. Мы измеряли, как эти системы передают звук на разных частотах, которые способен слышать человек. Особое внимание уделили средним показателям, от 500 до 2000 Гц, поскольку именно в этом диапазоне мы воспринимаем речь. По результатам эксперимента составлены графики, наглядно показывающие, на каких частотах колебания проходят хорошо, а где проваливаются», — рассказал доцент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ Сергей Сторожев.

Новая конструкция лучше передает звук на всех частотах, а общее искажение сигнала снизилось более чем на семнадцать процентов в сравнению с ранее известными решениями. Доклад научной команды опубликован в журнале «Вестник ПГТУ. Радиотехнические и инфокоммуникационные системы».

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru