Preclinical acoustic efficiency evaluation of bionic ear

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Objective. To study the major acoustic properties of the prototype of bionic ear developed in order to confirm its functional performance.

Materials and methods. Acoustic properties of the bionic ear were measured using Random Phase MultiSine signal in a test bench, which simulated the implant-emitter-osseous tissue-inner ear system. The resulting pulse response was converted to the target characteristics: FR and group lag. Experiments were carried out for -6dB signal level, 10 times for each of the methods used.

Results. Microtia is a congenital auricular hypoplasia or aplasia (anotia) which often involves impairment or total loss of hearing. One way to rehabilitate this type of patients is to use bone-conducting apparatuses (bone anchored hearing aids), which allow to compensate for the functional component but not to restore facial aesthetics. This paper deals with major acoustic properties of the prototype bionic ear we have previously developed, in order to confirm its functional performance for clinical use. Our analysis of acoustic characteristics of the bionic ear system showed the frequency response was uniform enough in extended voice frequency range (100 to 10000 Hz). The experimental research demonstrated that operating time of the prototype bionic ear to battery depletion is 10 h 26 min with 25 % amplification, 10 h 05 min with 50 % amplification, 9 h 48 min with 75 % amplification.

Thus, the acoustic characteristics of the vibratory emitter were determined, which confirmed that the bionic artificial ear was eligible for clinical testing.

Conclusions. Major frequency response of the vibratory emitter was measured, and confirmed that preclinical studies were successful and the bionic ear was eligible for clinical testing.

About the authors

S. D. Arutyunov

A.I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Email: sd.arutyunov@mail.ru

MD, PhD, Professor, Head of Department of Propaedeutics of Dental Diseases

Russian Federation, Moscow

A. A. Yuzhakov

Perm National Research Polytechnic University

Email: sd.arutyunov@mail.ru

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department of Automatics and Telemechanics

Russian Federation, Perm

I. I. Bezukladnikov

Perm National Research Polytechnic University

Email: sd.arutyunov@mail.ru

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Automatics and Telemechanics

Russian Federation, Perm

N. B. Astashina

E.A. Vagner Perm State Medical University

Email: sd.arutyunov@mail.ru

MD, PhD, Associate Professor, Head of Department of Orthopedic Dentistry

Russian Federation, Perm

A. M. Elovikov

E.A. Vagner Perm State Medical University

Email: sd.arutyunov@mail.ru

MD, PhD, Associate Professor, Head of Department of Otorhinolaryngology

Russian Federation, Perm

A. A. Baydarov

Perm National Research Polytechnic University; E.A. Vagner Perm State Medical University

Email: sd.arutyunov@mail.ru

Candidate of Technical Sciences, Deputy Rector for Informational Technologies and Innovative Development, Head of Department of Medical Informatics and Medical Systems Management, Associate Professor of Department of Automatics and Telemechanics

Russian Federation, Perm; Perm

P. V. Mayorov

Perm National Research Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: sd.arutyunov@mail.ru

postgraduate student, Department of Automatics and Telemechanics

Russian Federation, Perm

References

  1. Luquetti D.V., Leoncini E., Mastroiacovo P. Microtia-anotia: a global review of prevalence rates. Birth. Defects. Res. A Clin. Mol. Teratol. 2011; 9: 813–822.
  2. Kösling S., Omenzetter M., Bartel-Friedrich S. Congenital malformations of the external and middle ear. Eur. J. Radiol. 2009; 2: 269–279.
  3. Park E., Lee G., Jung H.H., Im G.J. Analysis of Inner Ear Anomalies in Unilateral Congenital Aural Atresia Combined With Microtia. Clin. Exp. Otorhinolaryngol. 2019; 2: 176–180.
  4. Zhang T.Y., Bulstrode N., Chang K.W., Cho Y.S., Frenzel H., Jiang D., Kesser B.W., Siegert R., Triglia J.M. International Consensus Recommendations on Microtia, Aural Atresia and Functional Ear Reconstruction. J. Int. Adv. Otol. 2019; 2: 204–208.
  5. Bhavana K. Our Experience of Treating Wide Spectrum of External Ear Canal Atresia of Different Etiologies in Pediatric Patients. Indian. J. Otolaryngol. Head Neck Surg. 2017; 3: 363–369.
  6. Chang S., Zhang Q. International Consensus Recommendations on Microtia, Aural Atresia and Functional Ear Reconstruction. J. Int. Adv. Otol. 2019; 3: 472–473.
  7. Colletti V., Miorelli V., OrsiA., Sacchetto L., Carner M. Deafness and the bionic ear. Artif. Cells. Blood. Substit. Immobil. Biotechnol. 2003; 2: 139–143.
  8. Al-Qahtani K., Aleisa M., Albader A., Brousseau V. J., Lessard M., Schloss M., Islam T. External auditory canal atresia: Surgical correction compared with bone anchored hearing device. J. Taibah Univ. Medical Sci. 2014; 4: 307–310.
  9. Casanova M.J., Ferraz S.M., Coutinho M.B., Magalhães A., e Sousa C.A. Hearing rehabilitation with osseointegrated hearing implant in bilateral congenital external auditory canal atresia. Acta Otorrinolaringol. Esp. 2021; 5: 288–294.
  10. Lippmann E., Pritchett C., Ittner C., Hoff S.R. Transcutaneous Osseointegrated Implants for Pediatric Patients With Aural Atresia. JAMA Otolaryngol. Head Neck. Surg. 2018; 8: 704–709.
  11. Ruhl D.S., Kesser B.W. Atresiaplasty in Congenital Aural Atresia: What the Facial Plastic Surgeon Needs to Know. Facial Plast. Surg. Clin. North Am. 2018; 1: 87–96.
  12. Johns A.L., Lucash R.E., Im D.D., Lewin S.L. Pre and post-operative psychological functioning in younger and older children with microtia. J. Plast. Reconstr. Aesthet. Surg. 2015; 4: 492–497.
  13. Arutyunov S., Polyakov D.; Muslov S., Kharazyan A., Stepanov A., Astashina N. Study of the Quality of Life of Patients Using the QL PAER Specific Questionnaire After Prosthetic Auricular Reconstruction. Clinical Dentistry (Russia) 2021; 1: 160–164.
  14. Arutyunov A.S., Kitsul I.S., Arytyunov S.D., Makarevich A.A. The methodological basis of studying quality of life of patients with maxillofacial defects. Russian Journal of Dentistry 2009; 3: 51–54.
  15. Jung Y.H., Park B., Kim J.U., Kim T.I. Bioinspired Electronics for Artificial Sensory Systems. Adv. Mater. 2019; 34: e1803637.
  16. Mannoor M.S., Jiang Z., James T., Kong Y.L., Malatesta K.A., Soboyejo W.O., Verma N., Gracias D.H., McAlpine M.C. 3D printed bionic ears. Nano Lett. 2013; 6: 2634–2639.
  17. Zaszczyńska A., Moczulska-Heljak M., Gradys A., Sajkiewicz P. Advances in 3D Printing for Tissue Engineering. Materials 2021; 14: 3149.
  18. Arutyunov S.D., Stepanov A.G., Arutyunov A.S., Astashina N.B., Yuzhakov A.A., Elovikov A.M. Bionicheskiy protez ukha. Patent RF na izobretenie № 2729723. Moscow 2020.
  19. Arutyunov S.D., Astashina N.B., Bajdarov A.A., Gurko V.A., Mayorov P.V., Freyman V.I., Yuzhakov A.A. Development and research of a wireless control system for device “Bionic ear”. Radio Electronics, Computer Science, Control. 2020; 3: 194–207.
  20. Muslov S.A., Polyakov D.I., Lotkov A.I., Stepanov A.G., Arutyunov S.D. Measurement and Calculation of Mechanical Properties of Silicone Rubber. Russ. Phys. J. 2021; 9: 1525–1529.
  21. Polyakov D.I., Tsarev V.N., Ippolitov E.V., Muslov S.A., Kharakh Y.N., Arutyunov S.D. Clinical and microbiological aspects of the auricle prosthetic reconstruction. Parodontologiya 2021; 4: 327–333.
  22. Unkovsky A.S., Deev M.S., Arutyunov S.D., Lebedenko I.Yu. CAD/CAM technology in the dental ectoprosthetics. Russian Journal of Dentistry 2012; 6: 45–48.
  23. Tarrazó-Serrano D., Castiñeira-Ibáñez S., Sánchez-Aparisi E., Uris A., Rubio C. MRI Compatible Planar Material Acoustic Lenses. Appl. Sci. 2018; 8: 2634.
  24. Pichardo S., Sin V.W., Hynynen K. Multi-frequency characterization of the speed of sound and attenuation coefficient for longitudinal transmission of freshly excised human skulls. Phys. Med. Biol. 2011; 1: 219–250.
  25. Gilmore J.N. Design for everyone: Apple AirPods and the mediation of accessibility. Crit. Stud. Media Commun. 2019; 5: 482–494.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. General view and cross-section of the test bench

Download (109KB)
3. Fig. 2. Amplitude-frequency response of a sinusoidal signal at: a – F = 500 Hz and 100% power; b – F = 2 kHz and 100% power; c – F = 10 kHz and 100% power %

Download (262KB)

Copyright (c) 2022 Arutyunov S.D., Yuzhakov A.A., Bezukladnikov I.I., Astashina N.B., Elovikov A.M., Baydarov A.A., Mayorov P.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».