Luận văn thạc sĩ Vật lý kỹ thuật: Tối ưu hóa quy trình cấy ghép ốc tai điện tử cho người khiếm thính

Được công tác trong một đơn vị chuyên cung cấp các giải pháp chẩn đoán và can thiệp cho bệnh nhân khiếm thính là công ty HearLIFE, học viên mong muốn được đóng góp các hiểu biết chuyên m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG - TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS HUỲNH QUANG LINH

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Huỳnh Quang Linh

Tp HCM, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….………

(Họ tên và chữ ký)

Trước tiên, tôi xin gởi lời chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong trường Đại Học Bách Khoa và trong bộ môn vật lý kỹ thuật y sinh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian theo học ở trường mà nhờ đó mà tôi đã có được một nền tảng cơ sở để có thể hoàn thành luận văn này

Tiếp theo tôi xin trân trọng và đặc biệt cảm ơn thầy Huỳnh Quang Linh Thầy luôn định hướng, chỉ dạy và dõi theo trong suốt quá trình tôi làm luận văn Thầy đã tận tình giải thích rõ những điểm tôi còn vướng mắc, chỉnh sửa những thiếu sót giúp tôi hoàn thiện luận văn của mình

Tôi cũng gửi lời tri ân, sự kính trọng và tấm lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, bạn bè, đồng nghiệp đã luôn ở bên cạnh hỗ trợ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể học tập trong suốt thời gian đại học và sau đó là cao học ở mái trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM

Cuối cùng tôi xin chúc các thầy, các cô trong bộ môn kỹ thuật y sinh ngày càng đạt được nhiều những thành công trong sự nghiệp nghiên cứu khoa học và đào tạo ra những nhân tài phục vụ đất nước

Tôi mong rằng Khoa Khoa Học Ứng Dụng nói chung và bộ môn kỹ thuật y sinh nói riêng sẽ luôn phát triển ngày càng vững mạnh

Tp Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2015

Dương Phú An

Khiếm thính là căn bệnh khuyết tật rất thường hay gặp ở trẻ em và để lại hậu quả nặng nề cho sự phát triển ngôn ngữ, trí tuệ của trẻ Ở Việt Nam hiện nay đã ứng dụng giải pháp thính giác điện tử giúp trẻ khiếm thính có cơ hội được phục hồi sức nghe và phát triển hòa nhập cộng đồng

Luận văn đã khảo sát cấu tạo và hoạt động của ốc tai điện tử, phân loại các hệ thống thính giác điện tử và nghiên cứu các chiến lược xử lý lập trình hiệu chỉnh cho ốc tai điện tử Trên cơ sở đó, đề tài đã đề xuất các các giải pháp cải thiện chất lượng sử dụng các hệ thống ốc tai điện tử và thực hiện một số thực nghiệm minh chứng

ABSTRACT

Deafness is a very common disability in children, which cause severe consequences for the development of language and intelligence of children At present in Vietnam many electronic hearing solutions have been deployed, that enable hearing impaired children having the capability to restore hearing power and enhance community integration

The dissertation has examined the structure and operation of the electronic cochlear implant, classify the electronic hearing system and study the programming strategy for the calibration of electronic cochlear implants On base of mentioned studies, the some solutions to improve quality of electronic cochlear system have been proposed and some illustrated experiments have been carried out as well

Tôi cam đoan luận văn “TỐI ƯU HÓA QUY TRÌNH CẤY GHÉP ỐC TAI ĐIỆN TỬ CHO NGƯỜI KHIẾM THÍNH” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Kết quả đạt được trong luận văn không sao chép lại của người khác Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực

Luận văn này chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Ký tên,

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÍNH HỌC 4

1.1 Cơ bản về thính giác và bệnh khiếm thính 4

1.2 Ảnh hưởng của bệnh khiếm thính lên bệnh nhân, gia đình và xã hội 4

1.3 Vai trò của thính giác với sự phát triển của trẻ 5

1.4 Cấu trúc giải phẫu của tai 6

1.4.7 Dây thần kinh VIII 9

1.4.8 Dây thần kinh VIII ốc tai 10

1.5 Chức năng của tai 10

1.5.1 Chức năng thăng bằng 10

1.5.2 Thăng bằng tư thế 10

1.5.3 Thăng bằng chỉnh thế 11

1.5.4 Chức năng thính giác 11

1.6 Âm thanh và đặc tính cơ học của âm thanh 11

1.7 Cơ chế sinh lý nghe 13

1.8 Các nguyên nhân điếc 14

1.9 Phân loại các dạng mất thính lực 15

1.10 Thính lực đồ 15

1.11 Máy đo thính lực 16

2.1 Định nghĩa và phân loại thính giác điện tử 18

2.1.1 Máy trợ thính thường quy 18

2.1.2 Máy trợ thính đường xương (Bone Anchored Hearing Aid) 21

2.1.3 Ốc tai điện tử 23

2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của ốc tai điện tử 25

2.3 Lập trình cho ốc tai điện tử 28

2.4 Quá trình cấy ghép ốc tai điện tử 31

2.4.1 Lựa chọn ứng viên 31

2.4.2 Lựa chọn dãy điện cực phù hợp 32

2.4.3 Mổ đặt điện cực vào ốc tai 34

2.5 Các phép đo nội phẫu hỗ trợ phẫu thuật 37

2.5.1 Đo trở kháng và trường qua da – Impedance and Field Telemetry (IFT) 37

2.5.2 Đo đáp ứng thần kinh thính giác qua da – Auditory nerve Response Telemetry 40

2.6 Hiệu chỉnh ốc điện tử (fitting) và điều trị ngôn ngữ cho người mang ốc tai điện tử 45

2.6.1 Quy trình hiệu chỉnh OTĐT 45

2.6.2 Các thông số trong quá trình chỉnh máy 46

2.7 Điều trị phục hồi ngôn ngữ cho người được cấy ghép ốc tai điện tử 53

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CẤY ỐC TAI ĐIỆN TỬ 54

3.1 Đánh giá nghe hiểu âm thanh bằng một bên và 2 bên OTĐT trong các môi trường âm thanh khác nhau 54

3.2 Kết quả thực nghiệm.………63

3.3 Đánh giá và kết luận……… 65

CHƯƠNG 4: THỰC TRẠNG, ĐÁNH GIÁ, ĐỀ XUẤT, GIẢI PHÁP…… 69

4.1 Thực tế ứng dụng thính giác điện tử tại Việt Nam……….69

4.2 Các đề xuất, giải pháp……… 70

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN……… 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….……… 77

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CIS : Continuous Interleave Sampling HD-CIS : High Definition Continuous Interleave Sampling OTDT : Ốc tai điện tử

FSP : Fine Structure Programming VSB : Vibrant Sound Bridge DIB : Diagnostic Interface Box ALD : Assistic Listening Devices SRT : Speech Recognition Threshold SDS : Speech Discrimination Score HINT : Hearing In Noise Test

DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ

Bảng 3.1: Kết quả ngưỡng nghe nhận biết lời nói của 10 đối tượng cấy ốc tai điện tử……… 63 Bảng 3.2: Điểm số phân biệt lời nói SDS 10 đối tượng cấy ốc tai điện tử………64 Bảng 3.3: Điểm số nghe hiểu câu của 10 đối tượng cấy ốc tai điện tử trong môi trường yên tĩnh……… 65 Bảng 3.4: Điểm số nghe hiểu câu của 10 đối tượng cấy ốc tai điện tử trong môi trường ồn ào……… 65 Đồ thị 3.1: So sánh điểm số nghe hiểu câu trong môi trường yên tĩnh và ồn ào………66

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Biểu đồ thống kê mức độ phát triển ngôn ngữ ở trẻ Màu xanh là biểu đồ

của trẻ bình thường Màu đỏ là biểu đồ của trẻ 5

Hình 1.2: Cấu tạo của tai người 6

Hình 1.3: Giải phẫu tai và đường truyền thính giác 10

Hình 1.4: Thính lực đồ và các âm thanh đời sống 16

Hình 1.5: Máy đo thính lực 17

Hình 2.1: Sơ đồ khối cơ bản của máy trợ thính analog và kỹ thuật số 19

Hình 2.2: Các thành phần chính của máy trợ thính 20

Hình 2.3: Máy trợ thính đường xương đeo ngoài dạng kính mắt, dạng băng-đôn 21

Hình 2.4 Máy trợ thính đường xương dạng cấy ghép bán phần BAHA - Cochlear 22 Hình 2.5: Máy trợ thính đường xương cấy ghép toàn phần BoneBridge – Med-EL 22 Hình 2.6: Cấu trúc thần kinh ốc tai 24

Hình 2.7: Cách thức hoạt động của OTĐT

Hình 2.8: Các thành phần chính của hệ thống ốc tai điện tử đã được cấy ghép 25

Hình 2.9: Sơ đồ khối miêu tả hoạt động của OTĐT 26

Hình 2.10: Mặt cắt của ốc tai đã được cấy điện cực 27

Hình 2.11: Chiến lược xử lý lấy mẫu liên kênh liên tục CIS 30

Hình 2.12 : Phân tách tín hiệu sử dụng biến đổi Hilbert 31

Hình 2.13: Các điện cực nén, điện cực trung bình, điện cực đôi cho ốc tai dị dạng.33 Hình 2.14: So sánh chiều dài điện cực tiêu chuẩn của một số hãng MED-EL, Cochlear, Advanced Bionics 34

Hình 2.15: Vị trí đặt bộ cấy trên lớp da đầu 35

Hình 2.16: Thiết bị giao tiếp với bộ cấy DIB – Diagnostic Interface Box và phần mềm MAESTRO 37

Hình 2.17: Dạng sóng đáp ứng của mô tế bào thần kinh trước kích thích điện đảo pha 40

một điện cực và ghi nhận tín hiệu tại điện cực kế tiếp 40

Hình 2.19: Phương pháp Signal blanking 44

Hình 2.20: Sơ đồ khối của mạch đo ART 45

Hình 2.21: Các đại lượng của xung kích thích A: Biên độ (cường độ dòng kích thích) T: Thời gian độ rộng xung kích thích; Q: Điện tích của xung kích thích 47

Hình 2.22: Hai giai đoạn của quá trình quản lý âm thanh tự động 49

Hình 2.23: Phân bố tần số cho các kênh trong một MAP 51

Hình 2.24: Các kiểu phân bố các bộ lọc thông dải cho các kênh tần số 51

Hình 2.25: So sánh spectrogram của các chiến lược lập trình 54

Hình 4.1: Telecoil và biểu tượng có hỗ trợ Telecoil ……… 71

Hình 4.2: Hệ thống hỗ trợ nghe hearing loop sử dụng tại các nơi công cộng……72

Hình 4.3: Giải pháp hỗ trợ nghe bằng FM……… 73

Lý do chọn đề tài

Khiếm thính là căn bệnh khuyết tật rất thường hay gặp ở trẻ em và để lại hậu quả nặng nề cho sự phát triển ngôn ngữ, trí tuệ và học hành và xã hội của trẻ vì thính giác là phương tiện chủ yếu và hiệu quả để con người giao tiếp và thu nhận thông tin

Ở Việt Nam hiện nay đã ứng dụng giải pháp thính giác điện tử giúp người khiếm thính có cơ hội được phục hồi sức nghe và phát triển hòa nhập cộng đồng Tuy nhiên do còn ở giai đoạn non trẻ nên hiểu biết chung của cộng đồng và thậm chí của đội ngũ chuyên môn chưa được hệ thống, khái quát hóa để từ đó can thiệp và điều trị chuyên nghiệp hơn

Được công tác trong một đơn vị chuyên cung cấp các giải pháp chẩn đoán và can thiệp cho bệnh nhân khiếm thính là công ty HearLIFE, học viên mong muốn được đóng góp các hiểu biết chuyên môn được đào tạo và thu nhận qua kinh nghiệm làm việc để góp phần phát triển lĩnh vực nghiên cứu về ứng dụng thính giác điện tử cho người khiếm thính

Lịch sử nghiên cứu [3]

Máy trợ thính đầu tiên được Thomas Edison vốn là một người bị giảm thính lực nghiên cứu chế tạo từ thiết bị điện thoại của Bell từ năm 1878 Sau đó Miller Reese Hutchison tại Hoa Kỳ và Frederick Alt tại Áo đã cố gắng sử dụng các điện thoại thời đó như một dạng máy trợ thính nhưng không khả dụng vì mức độ khuếch đại quá nhỏ chỉ đưa được âm thanh lên cỡ 15dB trong khi hội thoại thông thường là 40-60dB Cũng trong thế kỷ 18 – 19 Alexandre Volta cũng đã phát minh ra hiệu ứng kích thích mô tế bào của dòng điện khi cho dòng điện đi qua một cái đùi ếch

Cùng với phát minh về ống khuếch đại chân không của Lee De Forest (1907), công ty Western Electric Co., ở New York đã phát triển máy trợ thính khoa học đầu

tiên năm 1920 có khả năng khuếch đại âm thanh lên 70dB và đáp ứng tần số rộng hơn Trọng lượng máy lúc đó khoảng 100kg và kích thước như một chiếc thùng và giảm xuống với model mới năm 1928 là 4kg Cùng thời gian này Wever and Bray (1930) Gersuni and Volokhov (1936) và các nhà khoa học bằng các nghiên cứu độc lập đã chỉ ra hiệu ứng âm thanh nghe được khi kích thích dòng điện lên thần kinh thính giác đặt nền móng cho việc nghiên cứu các thiết bị trợ thính có thể cấy ghép được kích thích trực tiếp lên thần kinh thính giác thay thế cho cơ quan thính giác đã tổn thương nặng không thể phục hồi và hỗ trợ được

Những năm 1970 các máy trợ thính analog ngày càng nhỏ gọn và có thể đeo được, có hệ số khuếch đại cao Máy trợ thính kỹ thuật số cũng đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Trong khi đó các hệ thống thính giác điện tử cấy ghép cũng đang hoàn thiện dần và đi vào sản xuất thương mại (hãng Cochlear / Úc, Med- el / Áo)

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn

Luận văn này nhằm mục đích thực hiện tổng quan về các vấn đề thời sự liên quan trong việc ứng dụng thính giác điện tử can thiệp phục hồi sức nghe và ngôn ngữ cho trẻ khiếm thính và đi vào chi tiết là các loại thính giác điện tử cấy ghép mà cụ thể ở đây là ốc tai điện tử cấy ghép

Phạm vi nghiên cứu bao gồm các kiến thức cơ bản về thính học, giải phẫu sinh lý nghe, hệ thống thính giác, cấu tạo và hoạt động của ốc tai điện tử, các chiến lược xử lý lập trình hiệu chỉnh cho ốc tai điện tử

Đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ sau: - Tổng hợp các kiến thức về kỹ thuật ốc tai điện tử tạo nên một cái nhìn tổng

quan phức hợp dưới góc độ của ngành kỹ thuật y sinh và điện tử y sinh về lĩnh vực thính giác điện tử

- Tổng hợp, phân tích, so sánh các chiến lược thiết kế phần cứng và lập trình kích thích cho ốc tai điện tử

- Đề xuất các giải pháp tối ưu hóa quy trình lắp đặt hiệu chỉnh nhằm cải thiện chất lượng sử dụng các hệ thống ốc tai điện tử

- Thực nghiệm quy trình nhằm minh chứng giải pháp trên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THÍNH HỌC

1.1 Cơ bản về thính giác và bệnh khiếm thính

Thính giác là một trong năm giác quan của con người, là một trong hai cửa ngõ chính để con người tiếp thu thông tin Bên cạnh thị giác giúp thu nhận hình ảnh, thính giác giúp con người thu nhận âm thanh qua đó đánh giá sự vật, thu nhận lời nói qua đó chuyển tải các thông tin trực tiếp lên não

Đặc biệt, thính giác là tiền đề để phát triển ngôn ngữ như đã từng được biết đến là yếu tố chính giúp con người phát triển từ thời cổ đại thành người hiện đại

Thính giác không đơn giản chỉ là cơ quan tai, phần chính của thính giác nằm tại vỏ não, được gọi là “não thính giác” Thành phần tai gồm có tai ngoài, tai giữa, tai trong, thần kinh thính giác có vai trò như một cơ quan ngoại vi giúp thu nhận, chuyển đổi và dẫn truyền thông tin về âm thanh lên trung khu thính giác

Khiếm thính là tình trạng bệnh ở người hoặc động vật có thính giác kém, suy giảm trong khi các cá thể khác có thể nghe được âm thanh một cách dễ dàng Ngoài ra tiếng Việt còn sử dụng các từ như “điếc”,”nghe kém”, “mất thính lực”, “lãng tai” để diễn tả tình trạng bệnh này

Như vậy khiếm thính nói chung chỉ sự khiếm khuyết ở cơ quan thính giác từ tai cho đến não bộ khiến cho việc nhận biết âm thanh bị kém đi

1.2 Ảnh hưởng của bệnh khiếm thính lên bệnh nhân, gia đình và xã hội

Đến nay vẫn chưa có một thống kê đầy đủ nào của các tổ chức, cá nhân nào đó về ảnh hưởng của khiếm thính lên cá nhân người bệnh, gia đình và xã hội Tuy nhiên hầu hết các nghiên cứu, đánh giá đều cho thấy việc khó khăn trong tiếp nhận âm thanh là cản trở lớn đối với sự phát triển, chất lượng cuộc sống của những cá nhân mắc phải Đặc biệt đối với trẻ em bị khiếm thính bẩm sinh hoặc khiếm thính từ rất sớm trong giai đoạn phát triển hình thành tư duy của não bộ, việc không nghe được có thể dẫn đến việc trẻ không thể học nói được và không thể học kiến thức văn

hóa được Trẻ chỉ còn con đường học thông qua ngôn ngữ ký hiệu, qua mắt là những phương thức khó khăn và không được sử dụng rộng rãi trong xã hội Kết quả từ sự thiệt thòi trên là một cá nhân phát triển không toàn diện, năng suất lao động kém và bị hạn chế trong các cơ hội của cuộc sống, sự nghiệp

1.3 Vai trò của thính giác với sự phát triển của trẻ

Trẻ em học ngôn ngữ từ trong bụng mẹ, ngay từ lúc lọt lòng bé đã giao tiếp với mẹ thông qua các âm thanh mẹ nựng, ru, dỗ dành… Bằng cách lắng nghe lâu dài não bộ trẻ hình thành nên vùng thính giác ở vỏ não Giai đoạn phát triển ngôn ngữ bùng nổ ở trẻ từ 1-3 tuổi sau thời gian này sự phát triển ngôn ngữ giảm dần và giảm đáng kể ở trẻ sau 6 tuổi Phần lớn trẻ học thông qua nghe lỏm, nghe đoạn hội thoại của người lớn và bắt chước lại Nếu thính giác kém thì đương nhiên ngôn ngữ sẽ kém phát triển

Hình 1.1: Biểu đồ thống kê so sánh mức độ phát triển ngôn ngữ

ở trẻ bình thường và trẻ khiếm thính [7]

Trẻ em khiếm thính nếu được can thiệp máy trợ thính, cấy ghép ốc tai điện tử sớm sẽ có cơ hội phát triển ngôn ngữ gần như trẻ bình thường Kết

Mederake [ 7 ] dựa trên điểm vấn đáp ngôn ngữ LittleEARS Có thể thấy nếu trẻ được can thiệp sớm thì khả năng phát triển ngôn ngữ của trẻ sẽ tiệm cận với khả năng phát triển ngôn ngữ của trẻ bình thường

1.4 Cấu trúc giải phẫu của tai

Tai là bộ máy nghe đồng thời là bộ máy thăng bằng Vì thế cấu tạo của tai rất đặc biệt, làm sao cho hai chức năng đó phối hợp thực hiện mà không ảnh hưởng tới nhau

Đặc điểm giải phẫu và tổ chức học:

Hình 1.2: Cấu tạo của tai người 1.4.1 Tai ngoài

Tai ngoài có loa tai và ống tai ngoài Loa tai ở người có những nếp lồi lõm, có tác dụng thu nhận âm thanh từ mọi phía mà không cần xoay như một số động vật

Ống tai ngoài hơi cong xuống dưới và ra sau Cấu trúc này có tác dụng bảo vệ tai nhưng hơi khó cho thầy thuốc khi khám tai Ống tai ngoài có lông và tuyến nhầy (ráy tai), phần da che phủ sụn ống tai dính chặt vào sụn và xương nên rất nhạy cảm, có mụn nhọt hay dụng cụ vào là rất đau Giới hạn bên trong là màng nhĩ Màng nhĩ cấu tạo bởi 4 lớp: lớp da liên kết với ống tai ngoài, 2 lớp sợi hình tia và hình vòng bên, trong là niêm mạc, có cán búa áp phía trên, có cơ căng màng nhỉ bám vào cán búa Nhìn từ ngoài vào thấy màng nhỉ có màu hồng sáng và bóng Nếu bên trong có mủ thì màng sẽ mất bóng và đục, có thể rạch màng nhỉ để thăm dò hoặc tháo mủ ra

1.4.2 Tai giữa

Tai giữa gồm có hòm nhỉ nằm trong phần đá của xương thái dương, có dung tích1/2ml, trong đó có 3 xương con: xương búa, xương đe và xương bàn đạp Thành trước có vòi eustache (vòi nhỉ) thông với hầu, bình thường vòi này đóng, chỉ mở ra để cân bằng áp lực khi nuốt hoặc ngáp Vì nó thông với hầu nên vi trùng ở hầu có thể đi lên để làm viêm tai giữa, có thể làm thủng màng nhĩ và chảy mủ tai Tai giữa còn thông với các xoang chủm, có thể gây viêm tai xương chủm Bên trong là cửa sổ tròn (cửa sổ tiền đình) liên hệ với tiền đình tai trong Nền của xương bàn đạp đậy lên cửa sổ tiền đình

1.4.3 Tai trong

Tai trong có cơ quan thính giác và bộ máy thăng bằng gồm có mê đạo xương và mê đạo màng Mê đạo xương chứa ngoại dịch còn mê đạo màng chứa nội dịch, nằm trong phần đá của xương thái dương Cấu tạo của mê đạo (mê lộ) gồm 2 phần: Tiền đình và ống khuyên

1.4.4 Tiền đình

Được cấu tạo bởi 2 túi: Túi xoang và túi cầu (xoang nang và cầu nang) Túi xoang liên hệ với tai giữa bằng cửa sổ bầu dục, túi cầu liên hệ bằng cửa sổ tròn, phía phải liên hệ với các ống bán khuyên, phía trái liên hệ với ốc tai, thành bên còn có lỗ để cho dây thần kinh tiền đình và ốc tai đi vào não Trong tiền đình có một lớp màng gọi là tiền đình màng, lớp này có những đầu mút thần kinh tiền đình gọi là

điểm thần kinh cảm giác về áp suất trong tiền đình, ở túi nang có điểm macula utriculi, còn ở túi cầu có điểm macula sacculi Trong tiền đình chứa một chất gọi là nội dịch, dịch này gần giống dịch nội bào, nhiều kali nhưng ít protein hơn

1.4.5 Các ống bán khuyên

Có 3 ống bán khuyên sắp xếp theo 3 chiều khác nhau trong không gian, đường kính mỗi ống chừng 2-4m, mỗi ống có một đầu phình Các ống chụm lại với nhau và thông với tiền đình Trong ống có lót một lớp màng gọi là màng bán khuyên, ở chổ phình mỗi ống có các đầu mút của thần kinh tiền đình có chức năng tiếp nhận thay đổi áp suất trong các ống này, chúng được gọi là mào bóng (mào thính giác: crista ampularis) trong các ống này cũng chứa nội dịch như trong tiền đình và thông với tiền đình

1.4.6 Ốc tai

Ốc tai nằm trong mê đạo xương, có ống ốc tai đó là một ống dài 32mm, xoắn hình trôn ốc 2 vòng rưỡi nằm trong ốc tai Ốc tai được chia làm 3 phần nhỏ có 2 màng chạy suốt từ đầu đến cuối ốc tai Đó là vịnh tiền đình ở phía trên bên phải, vịnh nhĩ ở dưới và vịnh ốc tai hay còn gọi là vịnh trung gian trong ốc tai Vịnh tiền đình liên hệ với cửa sổ bầu dục còn vịnh nhĩ liên hệ với cửa sổ tròn Vịnh trung gian có cơ quan Corti, đó là bộ máy thính giác Trong ống này có chứa nội dịch và thông với tiền đình cũng như các ống bán khuyên Cơ quan Corti gồm có những tế bào Corti, đường hầm và màng phủ Corti

Tế bào Corti đó là những tế bào có lông là những thụ thể thính giác, được chia thành 4 lớp: 3 lớp ngoài có khoảng 20.000 tế bào dựa vào thành bên của đường hầm Corti, lớp trong có 3.500 tế bào nằm bên kia đường hầm Trên đầu tế bào này có lông, xuyên qua tấm lưới được bao phủ bởi màng phủ Đuôi của những tế bào Corti là những sợi thần kinh sẽ tạo thành thần kinh ốc tai (thính giác )

Đường hầm Corti là những tế bào trụ tròn xếp thành hai dãy chụm đầu vào nhau tạo thành đường hầm chạy suốt từ đầu đến cuối ốc tai

Màng phủ Corti là một màng mỏng, đàn hồi, nằm trên đầu những tế bào

lớp ngoài của tế bào Corti, ôm lấy những tế bào này Màng đáy là những vách ngăn giữa vịnh nhĩ và vịnh trung gian trong ốc tai, vịnh tiền đình có 2 phần: Phần xương ở phía vịnh tiền đình và phần màng ở phía vịnh trung gian trong ốc tai Màng này gồm những sợi liên kết chạy ngang tạo thành 1 vách ngăn giữa vịnh nhĩ và vịnh trung gian Đặc điểm màng này có thể cho ngoại dịch trong vịnh nhĩ thấm qua Vì vậy đường hầm Corti và đáy những tế bào có lông của corti đều ngâm mình trong ngoại dịch Trong lúc đó, những lông của tế bào Corti lại ngâm mình trong nội dịch Đó là một điểm cần chú ý vì thành phần trong nội dịch tương tự như dịch nội tế bào (chứa nhiều kali hơn nhưng ít protein hơn nội dịch tế bào) Ngoại dịch có thành phần gần giống dịch não tuỷ (có nhiều natri) nhưng lại có nhiều protein hơn dịch não tuỷ Có lẽ sự chênh lệch thành phần giữa dịch nội bào và ngoại bào đóng vai trò trong hoạt động điện khi có kích thích của những sóng âm ở nội dịch và ngoại dịch, trong lúc đó, màng đáy và màng phủ đều rung chuyển mỗi khi có thay đổi áp suất do sóng âm gây nên

1.4.7 Dây thần kinh VIII

Gồm có hai thành phần: tiền đình là các sợi trục bắt nguồn từ tiền đình và các ống khuyên, nhánh ốc tai bắt nguồn từ các tế bào Corti trong ốc tai Cả hai nhập lại với nhau thành dây VIII, nhưng các bó vẫn riêng lẻ và có nhiệm vụ khác nhau Dây VIII cùng chạy chung một lỗ với dây VII (mặt) trong ống tai rồi thoát ra khỏi lỗ ống tai để vào hố sọ sau Tại đây nó tách thành 2 rễ: rễ tiền đình và rễ ốc tai, chui vào thân não ở rãnh hành cầu để vào các nhân ở cầu não rồi chúng được phân chia đường đi khác nhau theo chức năng

Hình 1.3: Giải phẫu tai và đường truyền thính giác 1.4.8 Dây thần kinh VIII ốc tai

Vào nhân lưng và nhân bụng của nhân VIII, đó là trung tâm phản xạ thính giác ở cầu não, từ đó chạy vào thể gối giữa của đồi thị, rồi lên vỏ não vùng thái dương Ngoài ra cũng có một số sợi bắt chéo sang bên đối diện chạy vào tiểu não hoặc vào đồi thị rồi lên vỏ não bên đối diện, dây VIII tiền đình vào nhân tiền đình ở cầu não, rẽ ngay sang tiểu não, một số chạy thẳng lên đồi thị cùng bên, một số khác bắt chéo sang đồi thị bên đối diện Ngoài ra còn những bó chạy xuống tuỷ sống cùng bên và bắt chéo sang bên đối diện rồi chạy xuống tuỷ sống

1.5 Chức năng của tai

1.5.1 Chức năng thăng bằng

Tiền đình và các ống bán khuyên là nơi có các đầu mút sợi thần kinh nhận cảm về sự thay đổi áp suất chất nội dịch trong tai rồi truyền theo thần kinh tiền đình lên các phần thần kinh trung ương để thực hiện chức năng thăng bằng Magnus chia thành hai loại thăng bằng:

1.5.2 Thăng bằng tư thế

Thăng bằng tư thế do tiền đình đảm nhiệm, các bộ phận nhận cảm trong tiền đình có liên quan với trương lực cơ và phản xạ trọng lượng cơ thể đè lên hai bàn chân gây phản xạ thăng bằng trong tư thế đứng Đó là thăng bằng tư thế trong trạng

1.5.3 Thăng bằng chỉnh thế

Khi thực hiện những động tác phức tạp làm chuyển động nội dịch trong các ống bán khuyên Các ống này được sắp xếp 3 chiều khác nhau trong không gian Khi thay đổi tư thế thì các chất dịch này chuyển động theo hướng ngược lại với động tác, nên người ta sẽ nhận biết được sự thay đổi đó và biết được vị trí đỉnh đầu của mình nằm ở hướng nào trong không gian Khi tổn thương ống bán khuyên nào thì đầu ngả về phía bên đó, nếu tổn thương cả 3 ống thì bị chóng mặt và dễ bị ngã, gọi là rối loạn tiền đình Căn cứ vào đường đi của dây tiền đình lên trung ương tới các phần thần kinh khác, ta thấy có mối liên quan với các bộ phận khác trong phản xạ thăng bằng khi làm các động tác phức tạp nhưng vẫn đảm bảo tính chính xác của nó:

- Các cơ vận nhãn định hướng đường chân trời, khi mất thăng bằng thì bị lay tròng mắt

- Tiểu não điều khiển các loại thăng bằng nói trên - Nhân đỏ và nhân tiền đình điều khiển trương lực cơ - Vỏ não đóng vai trò điều khiển chỉ đạo chung - Tuỷ sống thực hiện các mệnh lệnh vận cơ và trương lực cơ để giữ thăng bằng hoặc thực hiện các động tác chính xác

Thí nghiệm: Cho một người ngồi trên ghế quay, quay 10 vòng trong 20 giây (2 giây /1 vòng) khi dừng lại thì xuất hiện lay tròng mắt, nếu quá 25 giây mà chưa hết lay tròng mắt thì người đó quá nhạy cảm với xóc, những người này dễ bị say nóng, say xe, máy bay, tàu thuỷ Nếu dưới 10 giây mà đã hết lay thì người này kém nhạy với xóc, khó phân biệt phương hướng Hai loại người này sẽ bị loại khi khám tuyển phi công thuỷ thủ Để giảm bớt hiện tượng nhạy cảm với xóc thì cần được luyện tập như tập xà, nhào lộn, đánh đu sẽ hạn chế được bệnh say nóng

1.5.4 Chức năng thính giác: Chức năng thính giác là chức năng chính của tai

mà ta sẽ nghiên cứu trong các phần tiếp theo

1.6 Âm thanh và đặc tính cơ học của âm thanh

Tính chất vật lý của âm thanh:

Âm thanh là sự chuyển động của sóng âm trong các môi trường: khí, lỏng, rắn, trong chất khí và lỏng, sóng âm chuyển động theo chiều dọc, còn trong chất rắn thì chuyển động theo cả hai chiều: dọc và ngang

Tốc độ sóng âm trong chất khí: 340m/ giây, trong nước: 1460m/ giây

Khả năng phân biệt của tai người:

Người ta có thể phân biệt được 34000 âm thanh khác nhau, nhưng quy ra 3 loại chính:

Âm độ: là độ cao của âm, tính tần số dao động bằng Herzt (Hz) trong 1 giây Tai người chỉ nghe được trong phạm vi > 16 và < 20.000 Hz (cao quá hoặc thấp quá thì không nghe được Trong âm nhạc, các âm: đồ, rê, mi, fa, sol, la, si (8 octaves) có tần số từ 14 đến 4000 Hz

Cường độ: tính bằng Watt/cm2 Đơn vị của cường độ sóng âm là bel = 10-6

Watt/cm2 Tính cường độ là decibel (dB) Cường độ âm yếu hoặc mạnh quá thì cũng không nghe được, mạnh quá sẽ gây cảm giác đau tai, có khi rách màng nhĩ

Âm sắc: là âm thanh phát ra do nhiều nguồn khác nhau như khi chơi nhạc: tiếng sáo, kèn, violon , cho nhiều âm sắc khác nhau Nhờ âm sắc khác nhau đó mà người ta có thể phân biệt được giọng nói của người quen hay lạ Nhờ âm sắc khác nhau mà người ta chọn loại nhạc cụ mà mình ưa thích và cũng nhờ nhiều loại nhạc cụ có âm sắc khác nhau mà có thể biểu diễn hoà nhạc

Cường độ một số âm thường gặp và tiếng ồn

1.7 Cơ chế sinh lý nghe

Dẫn truyền tiếng động bằng đường không khí: Khi sóng âm lọt vào tai sẽ làm rung màng nhĩ, Xương búa gắn với màng nhĩ rung đập vào xương đe, xương đe thúc vào xương bàn đạp, xương bàn đạp đạp vào cửa sổ bầu dục Cửa sổ bầu dục bị rung với tần số giống như của màng nhĩ và âm thanh sẽ được dẫn truyền trong chất dịch nằm trong vịn tiền đình làm rung màng Reissner và màng đáy gây biến đổi điện thế ở tế bào Corti và theo dây thần kinh ốc tai vào trung ương ở thuỳ thái dương

Như vậy sóng âm được truyền đi qua 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: sóng âm chuyển động trong không khí đến màng nhĩ làm rung màng nhĩ, làm cho cán búa bị rung

Giai đoạn 2: Sóng âm biến thành lực cơ học làm cho hệ xương con ở tai giữa hoạt động như một đòn bẩy, lực này đạp vào cửa sổ bầu dục

Giai đoạn 3: Từ cửa sổ bầu dục, sóng âm di chuyển trong chất dịch ở vịn tiền đình làm rung màng reissner và màng đáy gây kích thích tế bào Corti

Giai đoạn 4: tế bào Corti bị kích thích, khử cực và gây xung động điện dẫn truyền trong dây thần kinh ốc tai đến trung ương thính giác cả hai bán cầu não Các trung tâm thính giác này sẽ nhận được âm thanh

Dẫn truyền tiếng động bằng đường xương:

Nếu dùng âm thoa gõ vào vật cứng xong cắm vào đầu, trong khi đó tai đã bịt kín vẫn nghe được tiếng rung của âm thoa

Đặt đồng hồ đeo tay (loại đồng hồ có tiếng kêu) vào giữa các răng cửa và ngậm mồm, bịt tai, cũng nghe được tiếng tích tắc của đồng hồ Hoặc ngậm miệng, bịt tai, cắn hai hàm răng vào nhau cũng nghe được tiếng kêu của răng va nhau

Điều nói trên được giải thích là tiếng động dẫn truyền trong chất rắn (xương), truyền vào chất dịch ở vịn tiền đình và dẫn truyền tiếp theo cơ chế nói trên Dĩ nhiên người ta không dùng con đường này để nghe, mà có giá trị chẩn đoán nguyên nhân điếc

1.8 Các nguyên nhân điếc

Điếc bẩm sinh: điếc này thường kèm theo câm gọi là câm điếc Nguyên nhân là tật ống tai ngoài, màng nhĩ quá dày, hệ xương con không hoạt động, cơ quan Corti không phát triển, vùng thính giác ở vỏ não không phát triển hoặc bị tổn thương bẩm sinh

Điếc mắc phải: nếu điếc xảy ra chậm, khi trẻ đã biết nói nhiều thì không câm Nguyên nhân do thủng màng nhĩ lớn, hệ xương con bị dính hoặc bị huỷ hoại do viêm tai giữa Đa số trường hợp này không hồi phục phải dùng máy nghe

Điếc thần kinh: thường do thuốc gây độc hại thần kinh ốc tai như steptomycin trong điều trị lao lâu ngày, dùng quinin liều cao trong sốt rét kéo dài lúc đầu chỉ ù tai sau đó lãng tai, cuối cùng bị điếc, ngừng thuốc ngay có thể hồi phục, nếu không sẽ bị điếc không hồi phục

Điếc già: tế bào Corti kém hoạt động hoặc vùng thính giác vỏ não bị thoái hoá cũng là loại điếc thần kinh do già nua

Người ta có thể dùng máy xác định khả năng nghe để phát hiện điếc bằng cách cho đối tượng nghe những âm thanh đơn ở nhiều tần số khác nhau nhờ một tai nghe gắn vào máy Cường độ ngưỡng của mỗi tần số được xác định và ghi lên biểu đồ, so sánh số với biểu đồ chuẩn của người bình thường Máy đo thính giác có thể đo được

mức độ điếc và hình ảnh các loại âm nghe được

1.9 Phân loại các dạng mất thính lực

Dựa trên vị trí tổn thương, tính chất của tổn thương tại một hay nhiều vị trí của con đường xử lý âm thanh của hệ thống thính giác, mất thính lực hay khiếm thính được chia thành các dạng sau

- Mất thính lực dẫn truyền: Tổn thương xuất hiện ở khâu dẫn truyền âm thanh gồm loa tai, ống tai ngoài, màng nhĩ, chuỗi xương con Nguyên nhân có thể do dị vật cản trở, thủng màng nhĩ, viêm tai giữa có dịch, chuỗi xương con bị tổn thương … Các dạng mất thính lực này thường ở dạng nhẹ đến nặng, có thể can thiệp chữa trị bằng thuốc, phẫu thuật hoặc máy trợ thính

- Mất thính lực tiếp nhận: Tổn thương khu trú ở khâu tiếp nhận của tai tức tai trong hay ốc tai Đây là cơ quan “tiếp nhận” dao động cơ học của âm thanh và chuyển thành các xung điện đưa lên não Nếu do một nguyên nhân nào đó như bệnh tật, kháng sinh, di truyền, bức xạ, tuổi cao, viêm nhiễm khiến các tế bào lông hay các cơ quan Corti bị tổn thương, âm thanh dù lớn nhưng cũng không thể được tiếp nhận và chuyển đổi thành dạng tín hiệu điện Do đó, mất thính lực tiếp nhận thường ở mức độ nặng cho đến sâu và thường có biểu hiện diễn tiến tức nặng thêm

- Mất thính lực hỗn hợp: Bao gồm cả nguyên nhân dẫn truyền và tiếp nhận - Mất thính lực thần kinh sau ốc tai: Là dạng mất thính lực nguyên nhân do sự dẫn truyền tín hiệu thần kinh lên não bị gián đoạn hoặc vùng não thính giác bị mất chức năng xử lý âm thanh, bị chất trắng che lấp

1.10 Thính lực đồ

Để đánh giá mức độ và tính chất của tính trạng mất thính lực hay khiếm thính của bệnh nhân, các nhà thính học đưa ra khái niệm về thính lực đồ Thính lực đồ hay đồ thị nghe của một bệnh nhân là một đồ thị biểu diễn khả năng nghe của bệnh nhân ở các vùng âm thanh có tần số khác nhau, từ âm trầm đến âm bổng

Như ta đã biết, âm thanh là một dao động cơ học được đặc trưng bởi:

- Biên độ hay được gọi là “cao độ” của âm thanh được tính bằng đơn vị dB - Tần số của âm hay còn gọi là “nhịp độ”, “sắc độ” hay “âm sắc”

Tất cả các âm thanh trong cuộc sống đều là phức hợp của các tần số đơn âm do đó nếu một người nghe được tất cả các đơn âm ở các tần số thì người đó sẽ nghe được các âm thanh trong tần số đó Thực tế, các âm thanh trong đời sống hàng ngày có tần số từ 0 cho đến 8000Hz

Ngưỡng nghe ở một tần số là một đại lượng chỉ cao độ thấp nhất ở tần số đó mà người được đo bắt đầu phát hiện được âm thanh Như vậy thính lực đồ chính là đồ thị biểu diễn bởi các ngưỡng nghe tại các tần số khác nhau trong dải tần số đo

Hình 1.4: Thính lực đồ và các âm thanh đời sống

Dựa trên đồ thị thính lực nằm trên những vùng ngưỡng nghe nào bác sỹ thính học kết luận bệnh nhân bị mất thính lực ở mức độ nhẹ, trung bình, nặng hoặc sâu

1.11 Máy đo thính lực

Để có được thính lực đồ của bệnh nhân, các nhà thính học sử dụng một thiết bị

được gọi là máy đo thính lực để phát ra các âm thanh đơn âm ( một tần số) ở các cường độ khác nhau trong một phòng kín cách âm Sau đó nhà thính học ghi nhận ngưỡng cường độ âm thấp nhất tại mỗi tần số mà bệnh nhân phản hồi lại là có nghe được là ngưỡng nghe của bệnh nhân tại tần số đó Thông thường hay kiểm tra tại các tần số 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz, 8000Hz

Trong phép đo thính lực bác sỹ có thể sử dụng cách truyền âm thanh theo đường khí bằng loa ngoài, headphone, tai phone nhét tai…để mô phỏng quá trình nghe bình thường, hoặc sử dụng bộ rung truyền âm thanh qua đường xương để truyền âm thanh trực tiếp vào ốc tai qua đường xương Khi so sánh khả năng nghe ở đường xương và đường khí, các nhà thính học có thể kết luận về hiện trạng của ốc tai và khả năng dẫn truyền âm thanh của đường khí

Hình 1.5: Máy đo thính lực

CHƯƠNG 2 THÍNH GIÁC ĐIỆN TỬ, ỐC TAI ĐIỆN TỬ CẤY GHÉP

2.1 Định nghĩa và phân loại thính giác điện tử

Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ điện tử y sinh, ngày càng có nhiều các thiết bị điện tử được sử dụng để hỗ trợ cho người nghe kém Thính giác điện tử nói chung là các thiết bị điện tử được sử dụng để giúp người nghe kém có thể nghe được các âm thanh nằm ngoài ngưỡng nghe của họ

Dựa trên đặc điểm hoạt động của từng loại thính giác điện tử có thể tạm chia thành các loại sau:

 Máy trợ thính thường quy  Máy trợ thính cấy ghép đường xương  Ốc tai điện tử

 Điện cực thân não  Các hệ thống kết hợp Mặc dù máy trợ thính thường quy ( hay gọi tắt là máy trợ thính) có thể được phân loại là thính giác điện tử nhưng trong phạm vi của luận văn này, phần được đi sâu nghiên cứu nhiều hơn sẽ là các loại thính giác điện tử cấy ghép, thay thế hầu như toàn bộ chức năng của tai người mà tiêu biểu là ốc tai điện tử Ốc tai điện tử là một thành tựu công nghệ đầu tiên giúp thay thế hoàn toàn một giác quan của con người bằng một thiết bị cấy ghép Ốc tai điện tử bao hàm bên trong nó các công nghệ hàng đầu về thu nhận, mã hóa và xử lý tín hiệu âm thanh cũng như các công nghệ điều chế xung để mô phỏng các xung điện mà ốc tai gửi lên não Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn về ốc tai điện tử, ta có thể nghiên cứu sơ bộ về lịch sử phát triển của máy trợ thính

2.1.1 Máy trợ thính thường quy

Máy trợ thính về cơ bản là một thiết bị điện tử khuếch đại âm thanh để biến đổi âm thanh đầu vào cho phù hợp với ngưỡng nghe của người khiếm thính

Âm thanh thực thế được thu nhận bởi một Microphone, chuyển thành tín hiệu điện, được khuếch đại và xử lý sau đó chuyển ra loa biến đổi trở lại thành âm thanh đã được xử lý cho phù hợp với khả năng nghe của người đeo

Về cơ bản, máy trợ thính có hai dạng là máy trợ thính Analog và máy trợ thính kỹ thuật số

Máy trợ thính Analog chỉ đơn thuần khuếch đại toàn bộ tín hiệu âm thanh lên, có thể có thêm một số xử lý như mạch lọc, mạch kẹp, Trong khi đó máy trợ thính kỹ thuật số sẽ số hóa toàn bộ tín hiệu âm thanh để có các thao tác xử lý đa dạng hơn với các thuật toán lọc nhiễu, khuếch đại, dịch tần, lọc tiếng nói và âm nền giúp nghe rõ hơn bớt nhiễu hơn…

Hình 2.1: Sơ đồ khối cơ bản của máy trợ thính analog và kỹ thuật số

Các thành phần chính của máy trợ thính:

- Microphone: là một cảm biến chuyển đổi sự biến thiên áp suất âm thanh không khí thành tín hiệu điện

- Khối khuếch đại: Khuếch đại công suất tín hiệu - Loa phát: Chuyển tín hiệu điện thành âm thanh - Móc tai: Làm nhiệm vụ cố định máy trên vành tai và đồng thời dẫn truyền âm thanh vào ống tai

- Núm tai (ear mould): làm bằng vật liệu Silincon hoặc nhựa cứng, theo đúng hình dạng của từng tai sao cho đặt khít vào tai người đeo, giúp âm thanh khuếch đại không bị lọt ra ngoài dẫn đến giảm công suất và gây hú ( feedback)\

- Pin: Thường sử dụng pin 1,5V

Hình 2.2: Các thành phần chính của máy trợ thính

Các hạn chế của máy trợ thính - Máy trợ thính bị hạn chế độ khuếch đại ở tần số cao: Đây là hạn chế sinh ra do giới hạn vật lý của các phần tử rung trong tranduscer hay speaker của máy trợ thính

- Phải sử dụng núm tai gây bí ống tai ngoài, có thể phát sinh viêm tai Đối

để đeo máy - Xuất hiện tiếng hú tiếng rít ( feedback) gây khó chịu cho người đeo: Khi âm thanh máy trợ thính bị lọt ra truyền ngược trở lại mic thu nhận sẽ tạo thành một vòng lặp khiến âm bị khuếch đại rất cao tạo thành tiếng hú, tiếng rít

- Việc hiệu chỉnh máy trợ thính cho các trường hợp điếc nặng và sâu là tương đối phức tạp, đòi hỏi phải có sự theo dõi liên tục vì lúc này máy trợ thính hoạt động ở công suất cao dễ phát sinh nhiễu, hú

2.1.2 Máy trợ thính đường xương (Bone Anchored Hearing Aid)

Trong một số trường hợp bệnh lý: bệnh nhân bị dị dạng không có vành tai, không có ống tai, hệ thống xương con dẫn truyền bị hỏng không thể phục hồi, bệnh nhân không muốn đeo máy trợ thính vì bị viêm tai ứ dịch… máy trợ thính đường xương có thể giúp ích

Máy trợ thính đường xương là một dạng máy trợ thính truyền âm thanh đầu ra theo dạng truyền rung động cơ học qua đường xương đến trực tiếp ốc tai của người đeo, bỏ qua khâu dẫn truyền của màng nhĩ, xương búa, xương đe, xương bàn đạp và cửa sổ bầu dục

Máy trợ thính đường xương có thể được đeo ngoài, rung động truyền từ ngoài vào hoặc có thể được phẫu thuật cấy ghép trực tiếp vào xương chũm của bệnh nhân để tăng hiệu quả truyền âm thanh

Hình 2.3: Máy trợ thính đường xương đeo ngoài dạng kính mắt, dạng băng-đô

Hình 2.4 Máy trợ thính đường xương dạng cấy ghép bán phần BAHA - Cochlear

Hình 2.5: Máy trợ thính đường xương cấy ghép toàn phần BoneBridge – Med-EL

Để đạt được hiệu quả dẫn truyền âm thanh tốt, hầu hết máy trợ thính đường xương đều được cấy ghép lên xương sọ Ở hình thức cấy bán phần, một chiếc vít nhỏ bằng titan sẽ được vít một phần vào hộp sọ, một phần được lồi ra ngoài Máy trợ thính và bộ rung sẽ được vặn vào phần phía ngoài cố định ở đó và thu nhận âm thanh rồi truyền vào thông qua cây vít này Đây là phương pháp tỏ ra khá hiệu quả tuy nhiên về mặt thẩm mỹ, an toàn và nguy cơ nhiễm trùng cao nên chưa đáp ứng được nhu cầu của người bệnh Tiêu biểu của công nghệ này là sản phẩm BAHA của hãng Cochlear đến từ Úc

Trong vài năm trở lại đây, kỹ thuật cấy toàn phần đã được thử nghiệm thành công và đưa ra thị trường Ở công nghệ này, bộ rung đường xương được cấy lên xương chũm và được đặt hoàn toàn dưới da Bộ thu nhận và xử lý tín hiệu được cố định trên đầu thông qua lực hút nam châm với bộ cấy rung đường xương và hai thành phần này giao tiếp với nhau bằng sóng điện từ qua da để truyền tín hiệu Công nghệ này được phát triển và đưa ra thị trường bởi Med-El, nhà sản xuất điện cực ốc tai của Châu Âu

2.1.3 Ốc tai điện tử

Tất cả các loại máy trợ thính chỉ hoạt động tốt khi sức nghe tự nhiên của người bệnh vẫn còn Nếu tổn thương xảy ra ở tai trong tức ốc tai (điếc tiếp nhận), các tế bào lông hay các cơ quan corti bị tổn thương không còn làm nhiệm vụ tiếp nhận chuyển đổi tín hiệu âm thanh lên não hoặc các vùng hạch xoắn dẫn truyền (spiral ganglion) tổn thương thì dù có khuếch đại rất cao bệnh nhân cũng khó nghe được Khi đó, giải pháp cấy điện cực ốc tai hay ốc tai điện tử là giải pháp cuối cùng để giành lại sức nghe, kết nối người bệnh với thế giới âm thanh

Hình 2.6: Cấu trúc thần kinh ốc tai

Ốc tai điện tử hoạt động hoàn toàn khác với các máy trợ thính thông thường Nếu như đầu ra của máy trợ thính là âm thanh sau đó nhờ ốc tai của bệnh nhân chuyển thành tín hiệu điện gửi lên não thính giác thì ốc tai điện tử mô phỏng toàn bộ quá trình này bằng việc thu nhận và chuyển đổi âm thanh thành các tín hiệu điện và thông qua con đường dẫn truyền thần kinh để gửi tín hiệu lên não

Cách thức mà người sử dụng làm quen với OTĐT cũng rất khác biệt Do tín

Màng Đáy Bình thường

TB lông

Tế bào hạch xoắn Điếc

Tai giữa

Thần kinh trung ương Tai trong

hiệu từ OTĐT gửi lên không thể giống hệt với tín hiệu từ ốc tai cũ nên nếu bệnh nhân bị điếc sau ngôn ngữ thì phải mất thời gian mới làm quen được Người được cấy ghép OTĐT phải trải qua quá trình tập luyện với “tai mới” và não bộ sẽ từ từ thích nghi với những xung điện mới này để hình thành nên hệ thống ngôn ngữ và âm thanh tương ứng Quá trình này ở trẻ nhỏ bị điếc bẩm sinh có thể trở nên tự nhiên hơn do các bé chưa từng hoặc có rất ít trải nghiệm âm thanh trong não bộ

2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của ốc tai điện tử [2]

Hình 2.8: Các thành phần chính của hệ thống ốc tai điện tử đã được cấy ghép

Bộ phận bên ngoài của ốc tai điện từ bao gồm: - Micro phone thu nhận âm thanh

- Bộ xử lý tín hiệu số đã được lập trình sẵn các chương trình xử lý, mã hóa âm thanh thành xung điện Các chương trình này được gọi là các Map, được lập trình bởi

kỹ sư lâm sàng hoặc nhà thính học dựa trên thính lực đồ và đáp ứng của bệnh nhân - Khối điều chế và khuếch đại: điều chế các xung vào các sóng RF để truyền vào bên trong bộ cấy dưới da

- Cuộn cảm (coil) đóng vai trò như anten truyền sóng Bộ phận cấy ghép bên trong gồm:

- Anten thu nhận tín hiệu - Khối giải điều chế và giải mã - Bộ chuyển đổi D-A thành xung kích thích - Mạch telemetry giúp thực hiện các phép đo trở kháng, đáp ứng thần kinh qua da - Dãy điện cực kích thích

Hình 2.9: Sơ đồ khối miêu tả hoạt động của OTĐT

Để đi sâu vào nghiên cứu hoạt động của hệ thống ốc tai điện tử, chúng ta sẽ xem xét các khía cạnh của việc kích thích điện trực tiếp lên nhân ốc tai

Kích thích điện trực tiếp lên thần kinh thính giác được thực hiện bằng dòng

điện thông qua các điện cực được phân bố đều trong vịnh nhĩ của (Scala Tympani) một trong ba vịnh chứa dịch của ốc tai Biên giới giữa vịnh nhĩ và vịnh trung gian là màng đáy và cơ quan Corti, biên giới giữa vịnh nhĩ và vịnh tiền đình là màng Reissner Mặt cắt của ốc tai trong hình dưới đây

Hình 2.10: Mặt cắt của ốc tai đã được cấy điện cực

Trong hình ta có thể thấy ba vịnh của ốc tai và một phần điện cực được đặt vào vịnh nhĩ Dãy điện cực được luồn vào vịnh nhĩ của ốc tai nhờ việc phẫu thuật viên khoan mở phần xương ở vùng đáy ốc tai ở phía vịnh nhĩ ( kỹ thuật mở ốc tai – Cochleostomy) Một cách khác dãy điện cực có thể được luồn vào thông qua màng cửa sổ tròn của ốc tai Độ sâu của việc luồn điện cực bị hạn chế bởi chiều rộng thu hẹp dần của ốc tai ở phần đỉnh và độ xoắn vòng của ốc tai và độ gập ghềnh không bằng phẳng đặc biệt ở phần đỉnh của ốc tai Hiện chưa có điện cực nào có thể luồn sâu hơn 30mm và thực tế thường chỉ ở mức từ 18 – 26 mm ( Tổng chiều dài của ốc tai khoảng 35mm) Trong một số trường hợp, điện cực chỉ được luồn rất nông do cản trở của cấu trúc xương

Các điện cực khác nhau của dãy điện cực có thể kích thích các nhóm nơ ron khác nhau Như đã bàn ở các phần trước, nơ-ron ở các vị trí khác nhau dọc theo chiều dài của ốc tai sẽ đáp ứng với các tần số khác nhau ở người bình thường Các hệ thống cấy ghép cố gắng mô phỏng cấu trúc tần số “tonotopic” bằng cách kích thích các tần số cao ở các điện cực ở vùng đáy ốc tai và các âm tần số trầm sẽ được xử lý để kích thích bằng các điện cực ở vùng đỉnh của ốc tai Các cặp điện cực ở gần nhau được sử dụng để tạo thành một kích thích lưỡng cực, nhưng đôi khi những điện cực đơn lẻ cũng có thể được sử dụng với một điện cực tham chiếu ở xa để tạo ra các kích thích đơn cực Hiện nay kích thích đơn cực được sử dụng rộng rãi do vẫn đạt được hiệu quả đáp ứng thần kinh thính giác như mong muốn trong khi tiêu hao ít năng lượng hơn

Đặc tính không gian của các kích thích với điện cực đặt trong vịnh nhĩ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hướng và xắp xếp hình học của các điện cực, khoảng cách của điện cực đến các cấu trúc nơ-ron mục tiêu, và tình trạng của ốc tai được cấy ghép xét ở khía cạnh những vùng thần kinh còn lại và vấn đề xơ hóa Một mục tiêu quan trọng của thiết kế điện cực là tối đa hóa số lượng các vùng tập trung nhiều nơ-ron không chồng lấn có thể được định vị bởi điện cực Tuy nhiên hiện nay thực tế cho thấy chỉ có nhiều nhất 4-8 vùng được độc lập với thiết kết dãy điện cực gồm 22 bản cực Số lượng vùng độc lập có vẻ như bị giới hạn bởi sự chồng lấn điện trường của các điện cực nằm kế nhau Sự chồng lấn này là khó tránh khỏi vì điện cực được đặt trong một môi trường chất lỏng có độ dẫn điện cao và khoảng cách từ điện cực đến các nơ-ron mục tiêu là khá xa

2.3 Lập trình cho ốc tai điện tử [6]

Một khía cạnh quan trọng trong thiết kế của các bộ kích thích thần kinh giác quan là làm sao chuyển đổi tín hiệu ở cảm biến đầu vào thành tập hợp các kích thích thần kinh mà hệ thống thần kinh trung ương có thể diễn dịch được Tất nhiên số lượng kích thích đến được các vùng độc lập càng nhiều càng có lợi, tuy nhiên nếu xảy ra sự chồng lấn, số lượng các kênh thông tin độc lập có thể giảm đi đáng kể

tạo ra lợi ích mà thậm chí có thể giảm khả năng hoạt động của hệ thống Do đó số kênh thông tin xử lý cần được tối ưu hóa

Đối với ốc tai điện tử, quá trình tối ưu hóa hóa này được gọi là các chiến lược lập trình Ngày nay sự phát triển của các chiến lược lập trình đã giúp cải thiện rất lớn khả năng nhận biết ngôn ngữ của những người được cấy ghép

Chiến lược cơ bản và ban đầu nhất để chuyển tải thông tin đến thần kinh thính giác đã và đang được sử dụng rộng rãi là chiến lược lấy mẫu liên kênh liên tục – Continuous Interleaved Sampling (CIS) được sử dụng như chiến lược xử lý mặc định của tất cả các loại ốc tai điện tử và được ứng dụng rộng rãi trong lâm sàng

Chiến lược CIS lọc lời nói hoặc các âm thanh đầu vào thành những dải tần số nhờ các bộ lọc thông dải Độ thay đổi đường bao tín hiệu ở những dải tần số khác nhau được đưa đến các điện cực tương ứng trong ốc tai thông qua điều chế với một sóng mang là xung lưỡng cực Tín hiệu đường bao được tách ra từ các bộ lọc thông dải được nén với một hàm ánh xạ phi tuyến trước khi được điều chế với sóng mang để ánh xạ toàn bộ dải động rất rộng của âm thanh môi trường ( khoảng 100dB đến một dải hẹp của thính giác điện kích thích ( khoảng 10dB) Đầu ra của mỗi kênh dải tần được đưa đến từng điện cực tương ứng từ tần số thấp đến tần số cao ít nhất theo thứ tự hoặc nếu tốt hơn là vị trí chính xác của phân bố tần số trong ốc tai

Các chuỗi xung kích thích cho từng kênh được truyền tuần tự theo thời gian do đó tránh được hiện tượng tương tác chéo giữa các điện cực thường được thể hiện bằng phép cộng vector điện trường của các điện cực kích thích đồng thời