Wissen schafft Heilung

 

    Klinik und Poliklinik für
    Hals-, Nasen- und Ohren-
    heilkunde des
    Klinikums rechts der Isar
    der TU München

 

Prof. Dr. Clemens Heiser

Ismaninger Str. 22

81675 München

+49 (0)89 4140-2390

Experimentelle Audiologie

Nach Schätzungen der Weltgesundheits­organisation leiden 350 Millionen Menschen unter Hörstörungen. Hierbei wird zwischen Schallleitungs- und Schallempfindungsschwerhörigkeit unterschieden. Eine Schallleitungsschwerhörigkeit wird durch eine Störung im äußeren Ohr und/oder im Mittelohr verursacht. Eine Störung im Innenohr (Hörschnecke) und/oder des Hörnerven führt zu einer Schallempfindungsschwerhörigkeit. Die Kombination aus beiden Störungen des Hörens nennt man kombinierte Schwerhörigkeit.

Eine Erkrankung der Schallleitung kann in der Regel durch eine hörverbessernde Operation (Tympanoplastik) behoben werden. Eine Schallempfindungsschwerhörigkeit wird durch eine apparative Hörhilfe (Hörgerät) therapiert. In bestimmten Fällen kommen Knochenleitungshörgeräte und (teil-)implantierbare Hörgeräte, sowie sog. Cochlea Implantate zur Anwendung. Während konventionelle Hörgeräte und implantierbare Hörgeräte das Ohr, wie gewohnt, akustisch stimulieren, regt ein Cochlea Implantat den Hörnerven direkt durch elektrische Impulse an.

Selbst bei völliger Taubheit kann damit ein Sprachverstehen mit hohem Erfolg ermöglicht werden.

Der Forschungsbereich „Experimentelle Audiometrie“ befasst sich mit der Aufgabe das gesunde Hören und Schwerhörigkeiten physikalisch messbar zu machen, um dann bei möglichst genauer Diagnose die beste Therapieoption auswählen und anpassen zu können. Hierfür werden mathematisch-physikalische Methoden verwendet, die wiederholbare Ergebnisse ermöglichen (Reproduzierbarkeit).

Aktuelle Forschungsbereiche sind:

1.     Die numerische Modellierung der Biomechanik des Ohres mit der Untersuchung des Einfluss der Cochlea-Implantat Elektrode auf die mechanischen Wanderwellen in der Cochlea.

2.     Untersuchungen des Schwingungsverhaltens des gesunden und pathologischen Mittelohres bei akustischer Anregung und dessen diagnostische Nutzung mittels berührungsloser Messung am Trommelfell.

3.     Untersuchungen zur Schwingungsübertragung von mechanischen Aktoren aktiver Mittelohrhörgeräte, um die Ankopplungsqualität an das Mittelohr und damit den Therapieerfolg von implantierbaren Hörgeräten zu verbessern.

Das erste Thema konnte in einem Verbundprojekt der Europäischen Kommission http://www.sifem-project.eu für  3 Jahre zur Anfertigung einer ingenieurwissenschaftlichen Dissertation gefördert werden. Die Ergebnisse kommen in erster Linie den Patienten mit einem Resthörvermögen bei tiefen Frequenzen (f < 300 Hz) zugute, da die Kenntnis der Schallverarbeitung in der implantierten Cochlea bei diesen Frequenzen eine akustische Versorgung ermöglicht (Elektro-Akustische Stimulation, EAS), die das Sprachverständnis in Störgeräuschen verbessert. 

Das Bild zeigt die 3D Rekonstruktion einer humanen Cochlea mit eingeführter Cochlea Implantat Elektrode
Aus der Dissertation von Katharina Braun (2015) 
https://mediatum.ub.tum.de/node?id=1178830

 

Das zweite Projekt betrifft die objektive Mittelohrdiagnostik, die bisher weitgehend mit der Tympanometrie durchgeführt wird. Die berührungslose Analyse der Trommelfellschwingungen mit einem Laser-Doppler-Vibrometer bietet eine sehr viel feinere Unterscheidung der veränderten Schwingungsmuster bei unterschiedlichen Erkrankungen. Im Rahmen einer Dissertation (Messungen von Trommelfellbewegungen für die verbesserte Mittelohrdiagnostik) wird dieses Verfahren an Normalhörenden und Schwerhörigen validiert.

Gemessene Übertragungsfunktion, die die weitgehende Übereinstimmung mit den in der Literatur vorhandenen Werten zeigt.
Aus HNO (Strenger et al., 2016)

 

Der funktionelle Erfolg der Versorgung mit einem implantierbaren Mittelohrhörgerät hängt in hohem Maße von der Ankopplungsqualität des elektromechanischen Wandlers ab, der während der Implantation an der Gehörknöchel-chenkette zur Vibrationsübertragung befestigt wird. Bisher gibt es zur Überprüfung dieser Ankopplung kein quantitatives Messverfahren. Wir entwickeln derzeit eine intraoperative Messmethode als direkte Rückmeldung an den Operateur. Im Rahmen einer Dissertation (Messungen von Trommelfellbewegungen zur Ankopplungsüber-prüfung von Hörimplantaten) werden zusätzlich Messungen an bereits implantierten Patienten zur postoperativen Verlaufskontrolle vorgenommen.

Die bisherigen Messungen setzen ein kommerziell erhältliches Laser-Doppler-Vibrometer mit hohen Anschaffungs-kosten voraus. Daher arbeiten wir an der Entwicklung eines portablen Handgerätes, das durch einen einfachen optischen Effekt im Linsensystem ebenfalls Schwingungsauslenkungen von Milliardstel Meter (10-9 m) erfassen kann und damit sehr viel preisgünstiger ist. Erste Messungen, die im Rahmen einer Masterarbeit am Lehrstuhl für Medizintechnik der TU München durchgeführt wurden, sprechen für die weitere Fertigung dieses neuen Produkts.

 

Literatur:

Böhnke F, Strenger T (2015) Evaluation of coupling conditions on an active middle ear implant (Vibrant Soundbridge) using laser-doppler vibrometry in vivo, 7th international Symposium on Middle Ear Mechanics in Research and Otology (MEMRO), Aalborg, Dänemark

Strenger T, Brandstetter M, Stark T, Böhnke F (2015) Das Laser-Doppler-Vibrometer in der Otologie: Vom Forschungstool zum diagnostischen Einsatz am Patienten, 86. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie, Berlin, http://www.egms.de/en/meetings/hnod2015/15hnod499.shtml

Böhnke F, Semmelbauer S, Marquardt T (2014) Influence of Young’s Moduli in 3D Fluid-Structure Coupled Models of the Human Cochlea, Proceedings of the 12 th International Mechanics of Hearing Workshop,  Greece                                         http://scitation.aip.org/content/aip/proceeding/aipcp/10.1063/1.4939387

Strenger T, Nusser D, Böhnke F (2014) Laser-Doppler-Vibrometrische Trommelfellmessung per Handgerät - ein neues Tool zur präoperativen Differenzierung von Schallleitungsstörungen?, 85. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie, Dortmund   http://www.egms.de/en/meetings/hnod2014/14hnod517.shtml

Böhnke F, Bretan T, Lehner S, Strenger T (2013) Simulations and Measurements of Human Middle Ear Vibrations Using Multi-Body Systems and Laser-Doppler Vibrometry with the Floating Mass Transducer, Materials 2013, 6, doi:10.3390/ma6104675, 4675-4688

Braun K, Böhnke F, Stark T (2012) Three-dimensional representation of the human cochlea using micro-computed tomography data: Presenting an anatomical model for further numerical calculations, Acta-Otolaryngologica, vol. 132, no. 6, 603-613

Strenger T, Reitsberger M, Stark T, Böhnke F (2011) Laservibrometrische Ankopplungsuntersuchungen des FMTs im Felsenbein, 82. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf-und Hals-Chirurgie, Freiburg                              www.egms.de/static/pdf/journals/cpo/2011-7/cpo000597.pdf

 

Lehrveranstaltung:

Biomechanik des Ohres

Ergänzungsfach (2 SWS, 3 ECTS) für den Master-, Bachelorstudiengang Medizintechnik, das Fachmodul Medizintechnik, ingenieurwissenschaftliche & physikalische Fächer und Mediziner der TU München

 

Ansprechpartner:

PD Dr.-Ing. F. Böhnke
Tel.: 4140 4196