骨伝導

骨伝導は、主に頭蓋骨を介して内耳に音が伝導することであり、これにより、聞き手は外耳道が塞がれている場合でも音声コンテンツを認識できます。骨伝導伝達は、音波が骨、具体的には頭蓋骨の骨を振動させるため絶えず発生しますが、平均的な人にとって、骨を介して伝達される音と外耳道を介して空気中を伝達される音を区別することは困難です。骨を介した意図的な音の伝達は、骨伝導ヘッドフォンのように正常な聴力を持つ人に対して、または特定の種類の聴覚障害の治療オプションとして使用できます。骨は一般に、高周波音に比べて低周波音の伝達に効果的です。

骨伝導は第二聴覚経路とも呼ばれ、第三聴覚経路と考えられている 軟骨伝導と混同しないように注意してください。

骨伝導は、録音して再生すると人の声が違って聞こえる理由の1つです。頭蓋骨は空気よりも低い周波数をよく伝導するため、人は自分の声が他の人よりも低く豊かであると感じ、自分の声を録音すると予想よりも高く聞こえることがよくあります（音声対決を参照）。^{[1] [2]}

音楽家は弦楽器の調律時に音叉を使って骨伝導を利用することがある。音叉が振動し始めたら、茎を奥歯の間に挟んで口の中に入れると、骨伝導で音を聞き続けることができ、両手で自由に調律を行うことができる。^[3] ルートヴィヒ・ヴァン・ベートーヴェンは聴力をほとんど失った後、棒の片方の端を口の中に入れ、もう一方の端をピアノの縁に当てて骨伝導を利用していたと噂されていたことで有名である。^[4]

また、一部の動物は音を感知し、骨を通して振動を送受信することでコミュニケーションをとることもできることが観察されています。^[5]

骨伝導と外耳道を直接通した聴覚感度の比較は、聴覚学者が中耳（鼓膜と蝸牛（内耳）の間の領域）の病状を特定するのに役立ちます。骨伝導の聴力が外耳道（気骨間隙）よりも著しく優れている場合、^[6]外耳道（耳垢の蓄積など）、鼓膜、または耳小骨に問題があることが疑われます。^{[7]この方法は、イタリアの医師ヒエロニムス・}カピヴァッチによって最初に発見されました。^[8]

最初の骨伝導補聴器は15世紀に発明されました。イタリアの医師ジロラモ・カルダーノは、棒を歯の間に挟み、もう一方の端を楽器に取り付けると、難聴の人でも音楽が聞こえることに気づきました。^[9]この方法は、晩年に聴力が衰えたベートーヴェンによって使用されました。 ^[10] 1820年代、フランスの医師ジャン・マルク・ガスパール・イタールは、棒のもう一方の端を楽器ではなく別の話し手の口に取り付けることで、この装置を改良しました。この発明はイタールの棒として知られていました。^[8] 1923年、ヒューゴ・ガーンズバックは「オソフォン」と呼ばれる新しいタイプの骨伝導補聴器を考案し、^[11]後に「フォノソン」でこれを改良しました。^[12]骨伝導補聴器は、頭の側面にぴったりとフィットするメガネにも取り付けられています。^[13]

1970年代、ヨーテボリの医師チーム、特にアンダース・チェルストロームは、音を伝える外部オーディオプロセッサを取り付けることができる隣接するネジ付きの骨振動板を乳様突起骨に埋め込むというアイデアを思いつきました。最初の3人の患者にインプラントが行われたのが1977年でした。この装置は良好な結果をもたらし、骨固定型補聴器、またはBAHAとして知られるようになりました。^[9] 2012年、このアイデアはBONEBRIDGE装置の導入によりさらに一歩前進しました。BAHAインプラントは経皮装置であり、ネジの支台が皮膚から突き出ている必要がありますが、BONEBRIDGEは経皮装置であり、完全に皮膚の下に埋め込まれます。この場合、オーディオプロセッサは磁石によって所定の位置に保持されます。^[14]

骨伝導装置は、伝音性難聴または混合性難聴の患者に適しています。伝音性難聴は、蝸牛は機能しているものの、外耳または内耳に問題があり、音の振動が蝸牛に届かない患者です。^{[15]これは、}閉鎖症、小耳症、ゴールデンハー症候群、トリーチャー・コリンズ症候群などの病状によって引き起こされる可能性があります。^[16]骨伝導は、従来の空気伝導補聴器を使用できない人にとっても良い選択肢です。^[15]

骨伝導装置は片側難聴の人にも使われ、片側の内耳が機能していない状態です。この場合、装置は機能していない側の音を拾い、骨を通して振動として反対側の機能している蝸牛に送ります。^[17]

骨伝導補聴器にはさまざまな種類がありますが、そのほとんどは同じ原理で動作し、マイク、信号処理、電源、振動を生成するトランスデューサーなどの必要なコンポーネントで構成されています。補聴器のマイクは、周囲の音信号を拾います。次に、信号は最適化されてトランスデューサーに送信され、トランスデューサーが振動を生成します。特定の骨伝導補聴器システムに応じて、振動は頭蓋骨を介して直接送信されるか、皮膚を介して内耳に送信されます。最終的に、内耳が振動を拾い、脳の 聴覚皮質に送信します。

骨伝導デバイスにはそれぞれ異なる機能があります。主な機能は次のとおりです。

外科用骨伝導装置は、体内インプラントと音を伝達するために使用される体外オーディオプロセッサで構成されています。装置を埋め込むには手術が必要ですが、これは通常、全身麻酔下で外来手術として行われますが、^[18]これは埋め込まれる装置と患者の健康状態によって異なります。

非外科的デバイスは、外部オーディオプロセッサのみで構成されています。プロセッサは単に振動し、皮膚と骨の両方を振動させ、その振動を蝸牛に伝えます。非外科的デバイスは、インプラント手術を受ける年齢に達していない子供や、滲出性中耳炎や耳の感染症によって一時的に伝音性難聴を患っている子供に最適です。^[19]

非外科的骨伝導デバイスを皮膚に装着する方法には、ヘッドバンド、接着剤^[20]、骨伝導メガネ^{[13]など様々な方法があります。デバイスには、} MED-ELのADHEAR 、^[21]、CochlearのBAHA Start 、^[22]、 BHMのコンタクトミニまたはコンタクトフォルテ^{[23] 、} Oticon MedicalのPonto Softbandなどがあります。^[24]ヘッドバンドやメガネベースのデバイスとは異なり、接着式デバイスは振動を伝達するために頭部に圧力をかける必要がありません。このため、接着式デバイスのユーザーは、デバイスを毎日より長く装着していると報告しています。^[25]

経皮骨伝導装置は、電子的または機械的な音声信号を皮膚を通して伝達する。言い換えれば、外部オーディオプロセッサと内部インプラントの間には、閉じた無傷の皮膚がある。プロセッサは、磁気吸引力を使用してインプラント上に固定される。現在市販されている経皮装置には、Cochlear 社の BAHA Attract ^[26]および Osia ^[27]や、MED-EL 社の BONEBRIDGE ^[28]などがある。 経皮装置では、インプラントの一部 (アバットメントと呼ばれる) が皮膚から突き出ている。次に、オーディオプロセッサがアバットメントにカチッとはまり、インプラントに直接接続される。^[29]経皮装置には、Cochlear 社の BAHA Connect ^[30]や Oticon Medical 社の Ponto ^{[31]などがある。経皮装置は、軽度の赤みから}肉芽組織の形成や再発性感染 に至るまで、皮膚の合併症に関連している。最も重篤な合併症では、さらなる手術やアバットメントの除去とその後の再移植が必要になる場合があります。^[32]経皮インプラントによる皮膚の問題に関するある研究では、合併症率が最大84%であることが明らかになりました。 ^[33]別の研究では、骨結合型補聴器の合併症のメタ分析により、最大34.5%の症例で再手術が必要であることが示されました。^[34]その後、皮膚合併症の再発を回避または軽減するために経皮デバイスが設計されました。^[17]

能動型骨伝導装置は、インプラントが骨を直接刺激する振動を生成する装置です。受動型骨伝導装置では、振動はオーディオプロセッサによって生成され、皮膚またはアバットメントを通過してインプラントと骨に伝わります。^[35]主な能動型骨伝導装置は、MED-EL の BONEBRIDGE ^[28]と Cochlear の Osia です。^[36]どちらも能動型経皮装置です。外部のオーディオプロセッサが音の振動を拾い、皮膚を通して内部のインプラントに電子的に伝達し、インプラントが骨を直接かつ能動的に振動させます。これらの振動は頭蓋骨を介して蝸牛に伝導され、通常どおり処理されます。^[35]

主な受動型骨伝導デバイスは、コクレア社のBAHA Attract ^[37]とBAHA Connect ^[38]、オーティコン社のPonto ^{[39] 、}メドトロニック社のAlpha 2 MPOである。^[40] BAHA ConnectとPontoは受動型の経皮デバイスで、オーディオプロセッサは皮膚に挿入されたアバットメントに固定される。オーディオプロセッサが振動し、その振動がアバットメントを介してインプラントに送られ、次に骨を通って蝸牛に送られる。^[35] BAHA AttractとAlpha 2は経皮デバイスだが、同じように動作する。オーディオプロセッサが振動し、骨を介してインプラントに機械的振動が送られる。しかし、経皮デバイスとは異なり、オーディオプロセッサからの振動は皮膚を通過してから内部のインプラントに到達する。これらの振動は頭蓋骨を通って蝸牛に伝導され、能動型デバイスと同様に通常通りに処理される。^[35]

能動経皮骨伝導装置と受動経皮骨伝導装置は、受動経皮骨伝導装置よりも音質が優れている傾向がある。受動経皮装置は音の振動を皮膚を通して送り、皮膚を通過する際に音の強度がいくらか失われ、最大20 dBの信号減衰を引き起こす。^[17]これに対抗するために、受動経皮装置では、最適な伝導を実現するために皮膚を圧迫する強力な磁石の使用が必要になる場合がある。これにより、2つの磁石の間の皮膚と軟部組織に痛みや炎症が生じ、最悪の場合壊死を引き起こす可能性がある。^{[17]ある研究では、術後}漿液腫、血腫、創傷感染、皮膚潰瘍、離開などの積極的管理を必要とする合併症として定義される重大な合併症が症例の5.2%に認められた。^[41]

骨伝導製品は通常、次の 3 つのグループに分類されます。

• ハンズフリーヘッドセットやヘッドフォンなどの一般的な製品
• 骨伝導補聴器と補助聴取装置
• 特殊な通信製品（水中や高ノイズ環境向けなど）

特殊な通信機器の一例としては、スキューバダイバーが使用する骨伝導スピーカーがある。この装置はゴムで覆われた圧電性の可撓性ディスクで、直径約40ミリメートル（1.6インチ）、厚さ約6ミリメートル（0.24インチ）である。接続ケーブルがディスクに成形されており、丈夫で防水性のあるアセンブリとなっている。使用時には、スピーカーを耳の後ろのドーム型の骨の突起の1つに固定し、驚くほどクリアで鮮明な音がユーザーの頭の中から聞こえてくるように感じられる。^[42]

Google Glassデバイスは、ユーザーの耳の横にあるトランスデューサーを通じてユーザーに情報を中継する骨伝導技術を採用しています。骨伝導を使用すると、Glassユーザーが受信した音声コンテンツは、部外者にはほとんど聞こえません。^[43]

ドイツの放送局スカイ・ドイツと広告代理店BBDOドイツは、骨伝導を使った広告キャンペーンで協力し、2013年6月にフランスのカンヌで開催された国際クリエイティビティ・フェスティバルで初公​​開された。「トーキング・ウィンドウ」という広告コンセプトは、骨伝導を使って電車の窓ガラスに頭をもたせかける公共交通機関の乗客に広告を伝えるというものだ。オーストラリアのマコーリー大学の学者は、乗客が音を聞かないようにするには、窓に触れないことに加え、窓からの振動を伝えない素材で作られた減衰装置を使う必要があると示唆した。^{[44] [45]}

ランドローバーBARは、BAEシステムズが設計した「軍用」骨伝導技術を、2017年のアメリカズカップで使用するヘルメットに採用した。^[46]ヘルメットのおかげで、クルーはレース中や過酷で騒がしい環境でも、耳が覆われていないため状況認識を維持しながら、互いに効果的にコミュニケーションをとることができた。^[47]

2019年3月、ロンドンの国立海洋博物館で、英国の作曲家ホリー・ハーディングが音楽パフォーマンスの一環として骨伝導ヘッドホンを初めて使用しました。^[48]この技術の使用により、聴衆はヘッドセットで事前に録音された音楽トラックを聴き、その間に生のオーケストラが別の関連のある音楽トラックを演奏することができました。この多層効果により、電子音とデジタル編集された音が初めてスピーカーを使わずに生演奏と組み合わせて聞こえるようになり、音源がリスナーの近く、遠く、または周囲にあるように聞こえるようになりました。

研究によると、骨伝導ヘッドホンを使用すると、自分の声と他人の声を区別しやすくなることが分かっています。^[49]この発見は、統合失調症などの症状に臨床的に関連している可能性があります。^[49]

骨伝導ヘッドホンは頭蓋骨を通して内耳に音を伝えるため、耳は周囲の音を拾う自由があり、ユーザーはインイヤー型やオーバーイヤー型の音響ヘッドホンよりも高い状況認識力を維持しながら音声を聞くことができます。しかし、ヘッドホンを使用しない場合よりも周囲の状況認識力が低下する可能性があります。^[50]

• 骨伝導聴性脳幹反応
• ウェーバーテスト
• リンネテスト
• ヘッドフォン
• コクレア・バハ
• サウンドバイト聴覚システム