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开发可用于前沿医疗技术——人工耳蜗的集成电路

2021-01-12
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人造器官可以为残障人士的生活提供有力支持,并有助于改善他们的生活质量 (QOL)。人工耳蜗被认为是所有人造器官中最先进的一种,这种电子设备嵌入并在人体内运行,因此需要高度准确、可靠的集成电路 (IC) *1。ICsense 是一家专门从事专用集成电路 (ASIC) *2 开发业务的供应商,产品广泛应用于医疗设备以及消费、汽车和工业市场上的其他各种电子设备,本文将介绍 ICsense 在开发集成电路过程中的一些幕后故事。


  • 什么是人工耳蜗以及它是如何为听障人士的生活提供支持的

  • 作为人工耳蜗领域的领先公司,Cochlear 为何会选择 ICsense

  • 根据客户需求设计和开发ASIC



什么是人工耳蜗以及它是如何为听障人士的生活提供支持的?


人工耳蜗旨在模拟健康内耳(或耳蜗)的功能。随着电子元件尺寸不断缩小而复杂度不断增加,人造器官的性能已经得到了显著改善。它们可以代替内耳中受损的感觉毛细胞,声音清晰度优于助听器。


人工耳蜗植入系统包含两个部分。一个是外部声音处理器,包括两个用于捕捉声音的麦克风,处理器将声音转换为电信号,再传送给内部植入体。另一个是植入体,通过外科手术将植入体植入皮下并连接耳蜗内的电机阵列,该电机列阵接收由外部声音处理器发送的电信号,再传送给大脑听觉神经。对于许多听障人士来说,它已经成为日常生活中必不可少的一部分。


人工耳蜗的工作原理

图片由 Cochlear Limited 提供



  1. 声音处理器上的麦克风拾取周围的声音并转换为数字信号

  2. 数据以无线方式传输到体内的植入体

  3. 植入体将电信号传送到耳蜗的电极上

  4. 耳蜗中的听觉神经纤维接收信号并将其发送到大脑,从而产生声音的感觉

图片由 Cochlear Limited 提供

Cochlear 的人工耳蜗植入体(左)和声音处理器(右)



作为人工耳蜗领域的领先公司,Cochlear 为何会选择 ICsense?


总部位于澳大利亚的 Cochlear Limited 推出了世界上首款人工耳蜗,并且多年来一直致力于不断提高它的性能。自 1967 年成立以来,Cochlear 已经帮助全球超过 550,000 人改善了听力。十多年前,Cochlear 决定与 ICsense(TDK Group 旗下一家专门从事定制 ASIC 开发的公司)合作,以 ICsense 作为关键元件供应商来为他们的人工耳蜗产品设计和开发 ASIC。

Cochlear 总经理 Carl Van Himbeeck 表示:“我们之所以选择 ICsense,不仅仅是因为他们的技术能力,而且还考虑到他们在植入式医疗应用方面的丰富设计经验;尤其重要的是,我们双方能够以开放的方式展开协作。这让我们能够继往开来,携手前行,以最佳的设计为实现目标而努力。”

Cochlear 技术中心总经理 Carl Van Himbeeck 畅谈他们与 ICsense 的协作开发


Cochlear 的人工耳蜗植入体中整合了由 ICsense 设计的 ASIC,其中包括电源管理、用于生成可编程模拟信号(该信号将传递到与听觉神经相连的电极)的电路,以及用于检测人体微小神经反应(以微伏为单位)的电路(称为神经反应遥测 (NRT))。


ICsense 高级业务开发经理 Jeroen Van Ham 强调了混合信号*3 设计在桥接模拟与数字世界方面所具有的独特优势。“对于采用电池供电的高性能设备来说,低噪声、低功耗和小尺寸至关重要。在过去 15 年中,开发连通模拟与数字域的电路一直是我们专注的专业领域。世界上没有多少公司拥有我们这样的规模和能力来设计模拟、数字和高压电路,尤其是风险还如此之低。”



根据客户需求设计和开发ASIC


ICsense 通过了 ISO 13485 *4 认证,这是一项专门面向医疗设备开发的质量管理体系国际标准。Van Ham 介绍了与 Cochlear 的合作模式。“要想让最新的医学开发成果走向成功,您需要与客户展开真诚的合作。由于高可靠性医疗设备需要进行额外的设计和验证、安全审查及报告,因此整个开发过程需要更长的时间。我们与 Cochlear 的合作远不只是一般意义上的供应商与客户的关系。”


ICsense 将这种通过满足客户需求来实现产品价值最大化的过程称为“定制”开发。就像为 Cochlear 这样的医疗领域客户提供服务一样,ICsense 还继续致力于为每个客户开发定制 IC,而不管客户属于汽车、工业还是消费市场,如定制服装。


ASIC 开发流程

开发定制 ASIC 与开发通用 IC 的不同之处在于,定制 ASIC 是针对一个客户的规格而量身定制的


谈及未来,Van Ham 也是满怀憧憬。“在 50 多年前,我们开始了让听障人士听到声音的旅程。从现在起的 10 到 20 年内,我相信我们能够帮助那些失明的人士重见光明。与听力相比,这个目标在技术上要复杂得多,但我看到相关的开发工作已经开始展开。”

ICsense 将继续开发先进的 IC 解决方案,以积极应对当今世界的诸多挑战。一个看似毫不起眼的芯片,却承载着改变我们未来的巨大潜力。





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术语解说

*1. IC:Integrated Circuit(集成电路)的缩写,它是指一组位于单个芯片上,由晶体管、二极管、电阻和电容等元件组成的电子电路。

*2. ASIC:Application Specific Integrated Circuit(专用集成电路)的缩写,它是指一种针对特定用途而整合了诸多功能的 IC。

*3. 混合信号 IC:一种在单个芯片上处理模拟和数字信号的半导体电路。

*4. ISO 13485:一项国际公认的、专门面向医疗设备的质量管理体系标准。与 ISO 9001 相比,在文档记录、质量管理实践和风险管理等方面的要求要全面得多。它是确保医疗设备质量、可靠性和安全性的基础。

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