「骨導式助聽器」原理:人有辦法透過骨頭振動聽見聲音嗎?

「骨導式助聽器」原理:人有辦法透過骨頭振動聽見聲音嗎?
Photo Credit: Shutterstock/ 達志影像

我們想讓你知道的是

最近超夯的骨傳導耳機究竟是什麼來頭?它跟助聽器又有什麼關係?我們想藉由這篇文章告訴你,同一類的醫療器材,也會因病灶產生機制的不同,而有不同的對應設計方式。

文:許逸翔(本文由多倫多大學醫學生物物理所林發暄教授核稿)

骨傳導耳機?骨導式助聽器?

今天要來說說「骨導式助聽器」的故事。不知道各位有沒有聽過最近超夯的骨傳導耳機呢?只要將耳機表面貼近耳朵附近而不用塞進耳朵,就能聽見聲音?這到底是真的還是假的?

1  單次使用
圖片來源: AfterShokz
AfterShokz公司開發的一款骨傳導耳機

骨傳導耳機所運用的骨傳導技術(Bone Conduction),其實原本是應用在一種稱為「骨導式助聽器」的醫療器材上,聲波的傳遞可以藉由我們顱骨的振動傳遞至內耳的耳蝸,再經由聽神經傳輸訊號到大腦的聽覺中樞,使我們聽見聲音。

不過,好端端的助聽器,為什麼偏偏要用骨導式的呢?這跟我平常聽到的助聽器不太一樣啊?助聽器不就是因為我們耳朵感受聲音的能力變低了,所以要放一個擴音器在耳朵裡,讓它把接收的聲音放大後再傳到耳膜嗎?

2 單次使用
圖片來源:Andrey Popov/Thinkstock
傳統助聽器示意圖:Andrey Popov/Thinkstock

其實傳統助聽器是屬於氣導式的,聲音經由外耳道的空氣傳到耳膜,引發振動產生聽覺,助聽器本身會放在外耳道的外側、中側或是內側,對聲音進行攔截,把它放大後再傳至耳膜。

然而,若病患的外耳道產生病症,或是中耳的聲音傳輸系統遭到破壞等等,使得傳統的氣導式助聽器無法在正常的路徑上對聲音進行放大,那便會出現問題。

骨導式助聽器的出現

此時,我們便需要在其它聲音傳導的路徑上對聲音進行放大,才能協助病患聽清楚外界的聲音。

其它聲音傳導的路徑?聲音不就是藉由空氣從耳道傳到耳膜,再傳到我們的大腦內嗎?

不知道你有沒有發現,當我們摀住耳朵的時候,還是常常可以些微聽見外面的聲音?其實聲音不只可以經由耳道傳導,它也可以透過我們顱骨中「顳骨」的振動,將聲音傳遞至內耳的耳蝸,而這也是「骨導式助聽器」的重要原理。

3 單次使用
圖片來源:Michigan Ent
骨導式助聽器傳聲路徑(圖片來源:Michigan Ent

根據三軍總醫院的衛教資料,骨導式助聽器通常是植入式的(與電子耳相似但並不相同),又稱Bone Anchored Hearing Aids(BAHA),簡稱「巴哈」,是一種藉由手術方式將傳音的鈦金屬植入頭顱骨內的一種骨傳導式助聽器裝置。這樣的助聽器設計由於不會經過外耳道以及中耳耳膜、聽小骨等空氣傳導的構造,因此特別適合中耳或外耳道閉鎖,或中耳構造已經遭到破壞的病患使用。

4  單次使用
圖片來源:EARS
骨導式助聽器外觀(圖片來源:EARS

聽覺產生的原理

人體主要接收聲音的構造是「耳朵」,並在大腦皮質內產生聽覺。然而各位是否覺得奇怪,聲音是以機械波的形式在介質中傳遞,大腦需要接收到神經電訊號才能產生聽覺。機械波與電訊號之間,究竟是如何在我們神秘的聽覺系統裡做轉換呢?

簡單來說,關鍵是在我們內耳的「毛細胞」,人體的耳朵分成外耳、中耳和內耳,聲波(機械波)經由外耳的耳道傳入,作用於外耳與中耳之間的鼓膜,鼓膜產生相應的振動,並帶動中耳內的聽骨鏈,將振動傳遞至內耳。

5  單次使用
圖片來源:衛生數學生健康服務
聽覺系統的結構(圖片來源:衛生數學生健康服務

內耳裡感受聲音刺激的部分稱為耳蝸,裡面充滿著淋巴液,而「毛細胞」便藏在這些淋巴液之中。當聲音的振動經由中耳的聽骨鏈傳遞至內耳的耳蝸時,淋巴液會因振動而受到推擠,而毛細胞連帶受到擺動的同時,就會誘發連接毛細胞的神經末稍產生神經衝動(電訊號)。這些電訊號一旦經由聽神經傳遞至大腦時,我們就能感受到聲音。

聽覺詳細產生機制: 

設計聯想

其實這樣的設計方式十分常見,原有的方法因為受其他的外力因素干擾,導致無法得到想要的結果,因此我們試著找尋是否有第二條、第三條路徑可以得到相同的結果。即使走過的路不同,花費的成本也不一樣,但只要能得到好的結果,便是個好方法。

就像我們平常在搭乘交通工具時,如果前面的路段有嚴重的塞車,那我們可能就會選擇搭乘捷運或是其他更加便捷到達目的地的交通工具。而聲音的傳導也是,若主要的空氣傳導方式受到阻礙,那「骨傳導」也是一種替代方式,協助聽障者利用「骨導式助聽器」聽見外界的聲音。

作者的話

這次會聊到「骨導式助聽器」的主題,主要也是想結合最近的時事。其實骨傳導耳機並沒有如噱頭般這麼神奇,它也是利用一種身體的傳聲方式,來達到聽覺產生的效果。

聲音原本就可以在固體、液體、氣體內傳遞,在耳朵亦是如此。聲音的機械波最終會傳到我們耳朵深處的耳蝸,然而在過程中的傳遞方式並沒有受到任何規範,它能夠經由顳骨的震動傳入,也也夠通過外耳道的空氣震動傳入。兩者最後只有主觀感受到的聲音清淅度、音量大小的差別。

「骨導式助聽器」因為其瞄準的客戶族群不同,在市場上仍佔有一定的比例。也因為這項醫材的出現,使得慢性外耳炎、中耳炎、先天性外耳導狹窄/閉鎖或單側耳聾的患者,能再度享受到聽覺為生活帶來的便利。

本文經UnmetNeeds授權轉載,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航




2022沙崙資安新秀大賽盛大登場!新世代「資蛛人」攜手產官學研,共編臺灣縝密資安網

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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

我們想讓你知道的是

日前2022第一屆沙崙資安新秀大賽決賽於臺灣資安館盛大舉行,跟著我們一起走入現場,掌握臺灣資安產業最新脈動,並進一步了解沙崙資安服務基地(以下簡稱:沙崙基地)為培育臺灣未來的資安新秀,注入了哪些巧思吧!

近年資通訊科技飛速發展,數位轉型在公私企業組織間早已形成浪潮,我國政府也在8月27日正式掛牌成立數位發展部,結合施行多年的「智慧國家方案」推動策略,展現落實數位轉型的十足決心。在全面發展數位基礎建設、資通訊技術時,如何應對新世代的資訊攻擊、抵擋駭客入侵也成為我們必須齊心面對的挑戰。

資安防護並非依靠單點施力就可輕鬆完成,而是需要軟硬體、產業、技術、人才的綜合支撐。就好比要鋪展一張綿密的防護網,若要保證能接下每一次的衝擊,需要依賴的不僅是排列有序、堅固牢靠的絲線,還需要專業的「資蛛人」居中操盤,運用專業的繩結與技術,強化整體防護網的韌性;倘若操作過程有任何不慎,都可能導致鬆脫,讓防護網出現漏洞、失去張力。因此無論硬體再堅固、防護技術再完備,若缺乏具備資安意識的操作人才,任何一小步的失誤仍可能讓整體資安防護功虧一簣。

2022沙崙資安新秀大賽:硬體支援、知識分享、產業嫁接,資源挹注育人才

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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

面對未來全新的資安挑戰,臺灣資安人才培育搖籃「 ACW SOUTH 沙崙資安服務基地」於八月中辦理「2022第一屆沙崙資安新秀大賽」,從人才育成的角度出發,延長黑客松(Hackathon)賽制的競賽時間以強化實作環節,並緊扣沙崙基地的資安推廣使命,採智慧製造、關鍵基礎設施、智慧綠能與跨領域資安應用作為四大競賽主題,期待藉此提攜臺灣年輕世代的資安新秀、強化產業防駭能力。如此專為「人才育成」量身打造的賽制,不只是創造大專校院生投入資安專題實作的機會,也企圖為臺灣的資安產業找尋創新可能。光在短短一個月的報名期間,就有17所大專校院,共計79位學生報名參加,共計33支隊伍提出研究專題參加初選,競爭相當激烈。

為了進一步養成選手的資安技術力,沙崙基地義不容辭地成為選手們的輔導擔當,投入豐富多樣的培育資源:初選入圍的20組隊伍不只能免費租借沙崙基地中超高規格的硬體設施與共創空間,還能優先參加沙崙基地辦理的資安實戰課程、工作坊與主題講座;在年底的成果發表會中,還會邀請臺灣業界的資安廠商參與,讓競賽隊伍不只獲得媒體露出機會,還能與產業實務對話交流,認識產業現況,甚至媒合進入資安產業,獲得工作或合作的珍貴機會。

如此豪華的培育資源更凸顯沙崙資安新秀大賽的特別之處,讓它從單純資安人才自我磨練、發光發熱的黑客松競賽,提升為拔擢資安新秀而舉辦的年度盛會!

資安新秀大賽現場報導:凝聚資安後起新秀,為臺灣注入產業新血

剛進入臺灣資安大會的會場,就看到滿滿的資安新秀們列席而坐,每個人皆摩拳擦掌準備決賽簡報。看著大家因為「沙崙資安新秀大賽」由臺灣北中南東齊聚一堂,為了爭取榮譽及獎勵,彼此競爭、腦力激盪的模樣,不禁令人熱血沸騰感到充滿希望,也深刻感受到沙崙基地對賽事舉辦及人才培育的用心。

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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

決賽共有20組學生團隊從初賽的33支隊伍中脫穎而出,團隊分別來自大同大學、中山大學、中正大學、成功大學、宜蘭大學、南臺科大、高科大、雲科大、嘉義大學、臺東大學、臺科大等11所大專校院,他們在決賽中透過專案簡報來決定到底獎落誰家。而正式競賽開始前,評審們也再三強調,所有決賽團隊的研究主題及概念橫跨多領域且都相當完整,不只想法新穎、也十分切合當今產業的痛點,無論最終是否從決賽中脫穎而出,都希望大家能把握沙崙基地提供的輔導資源,努力實踐專案構想,並在年底的成果展中呈現最棒的結果;來自產業的評審更迫不及待地拋出橄欖枝,願意在產業實務中對同學們伸出雙手,期待未來更多的合作機會。

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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

經過競爭激烈的簡報時間,當下不只驚嘆同學對於社會、產業細膩的觀察,也意識到原來資安與我們的日常其實距離這麼近,例如網頁防駭的主動偵測、通訊軟體訊息的AI辨識等,其實都是與生活密切關聯,但容易存在資安危害或漏洞的小地方。

既然是競賽,終究會決出勝負。本次「2022第一屆沙崙資安新秀大賽」最終分別由國立中山大學的「Starlight」以數獨資訊加密進行隱私保護的研究、國立宜蘭大學的「若『隱』若『線』」以AI動態無線頻譜的安全偵測系統榮獲佳作;國立臺東大學的「哩哪來臺東請你斟酌看」以AI針對資安入侵進行主動判斷並示警的研究榮獲第三名;國立臺灣科技大學的「K459」以工業物聯網之實體密罐系統的開發榮獲第二名;國立中山大學的「特洛伊獵手」以硬體木馬的設計及檢測榮獲第一名。

從得獎的組別也可以發現,今年沙崙資安新秀大賽的議題十分多元,從高度專業的產業面到平易近人的生活面都有所著墨,其中出題觀點與解題手法也令評審大為驚豔,期待年底成果發表會時,這些資安技術有進一步的實踐,未來更對臺灣的資安產業及日常生活帶來協助或補強。

打造全民數位韌性,從自我培力做起

當數位服務深入日常角落,資訊安全與你我的距離其實比你想像的還要接近。大至水廠電廠等國家民生基礎設施、提供資訊服務的民間企業;小至日常中滑滑臉書、撥打電話的舉動,都可能成為駭客攻擊的目標,資安危機甚至還會變換型態,愈來愈難以防範。

因此,沙崙基地培育人才、強化資安能量的使命,不只是影響國家長期發展的重要因子,也是影響「全民數位韌性」能否切實落地的關鍵因素。其實資訊安全的敏銳度、應用科技的數位力,是你我可以從生活中開始培養的,而沙崙基地展示了七大實作平台,透過互動展示與簡易圖說,讓民眾可以具體了解各種資安形式與威脅,如果對於數位發展有所遲疑、或是擔心面對突如其來的資安議題手足無措,不妨找天來沙崙基地晃晃,認識當前資安最新發展,培養與資安大賽選手們一樣敏銳的觀察力與資安意識。

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