Zur apparativen Versorgung von Schwerhörigkeiten stehen seit mehreren Jahrzehnten äußerlich zu tragende (konventionelle) Hörgeräte zur Verfügung. Fast ebenso lange wird an implantierbaren Hörgeräten geforscht, um verschiedene systembedingte Eigenschaften konventioneller Hörgeräte zu verbessern. Konventionelle Hörgeräte wandeln Luftschall in elektrische Signale um und geben diese verstärkt als Luftschall wieder aus. Statt der Lautsprechermembran konventioneller Hörgeräte, versetzt der elektromechanische Wandler implantierbarer Mittelohrhörgeräte über eine direkte Ankopplung das Mittel- bzw. das Innenohr in Schwingungen. Erst im letzten Jahrzehnt konnten sich (teil-)implantierbare Mittelohrhörgeräte in der klinischen Anwendung durchsetzen und stehen heutzutage zwar nicht als Ersatz der konventionellen Hörgeräte, jedoch als sinnvolle Ergänzung in der Patientenversorgung zur Verfügung. Das weltweit am häufigsten implantierte System ist die sogenannte Vibrant Soundbridge. Der elektromechanische Wandler des Systems Vibrant Soundbridge nennt sich Floating Mass Transducer (FMT). Diese flottierende Masse ist ein kleiner Magnet im Innern eines etwa 2 mm großen Titantönnchens, das von einer elektrischen Spule umwickelt ist. Wird ein Wechselstrom an diese Spule angelegt, bewegt sich der Magnet mit der Frequenz des Stromes vor- und zurück. Das Gehäuse bewegt sich entgegengesetzt und überträgt die Schwingungen nach entsprechender Ankopplung auf die Gehörknöchelchenkette bzw. das runde Fenster. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Schwingungsvorgänge und die Leistungsfähigkeit des FMT von der technischen Seite aus zu untersuchen, um Hinweise zu gewinnen, den klinischen Erfolg verbessern zu können. Zum besseren Verständnis der verwendeten (und dem Mediziner meist nicht trivialen) mathematischen und physikalischen Methoden werden einige theoretische Grundlagen zu Schwingungsmodellen und deren Berechnung in der Arbeit referiert. Das Schwingungsverhalten zweier zur Verfügung stehender FMTs als Messobjekte wurde mittels eines Laserdopplervibrometers (LDV) untersucht. Die Laserdopplervibrometrie ist ein berührungsloses Messverfahren, bei dem durch die Frequenzverschiebung des vom Objekt reflektierten Lasermessstrahls kleinste Schwingungsgeschwindigkeiten und damit -auslenkungen bis in den Femtometerbereich (10^-15 m) gemessen werden können. Es wurde zunächst die messtechnische Linearität der FMTs geprüft. Danach wurde der Einfluss der Kabellänge des Anregungskabels auf die Schwingung untersucht. In weiteren Messreihen erfolgte die Bestimmung der Anzahl der Freiheitsgrade, die der FMT während der Schwingung ausnutzt. Mit einem veränderten Versuchsaufbau wurde schließlich noch die Kraft bestimmt, die der FMT je anliegender Spannung auf eine angekoppelte Struktur auszuüben vermag. Es konnte gezeigt werden, dass die Schwingungsamplitude des FMTs linear proportional zu Anregungsspannung ist. Die Kabellänge des Zuleitungskabels nimmt normalerweise keinen Einfluss auf das Schwingungsverhalten des FMTs. Bei sehr kurz eingefasstem Kabel konnte jedoch ein deutlicher Effekt nachgewiesen werden. Die Schwingung in 5 von 6 Freiheitsgraden wurde nachgewiesen, wobei der FMT hauptsächlich 3 Freiheitsgrade nutzt. Es überwiegt die gewünschte pistonartige translatorische Bewegung entlang der Längsachse. Unter der Verwendung von physikalischen Schwingungsmodellen zu gekoppelten Schwingungen konnten die Messwerte der FMT-Schwingung mit einem theoretisch berechneten Kurvenverlauf zur Deckung gebracht werden. Anschließend konnten dadurch die Schwingungskoeffizienten der Differentialgleichung bestimmt werden. Aus dem Ergebnis ließ sich eine Kraft von größenordnungsmäßig 3 mN pro Volt Anregungsspannung errechnen. Über die Umrechnung der Kraft auf äquivalente Schalldruckpegel am Stapes konnten die Messwerte mit Literaturangaben verglichen werden und eine gute Korrelation gezeigt werden. Die Ergebnisse werden vor dem Hintergrund der Anwendbarkeit in der Klinik und der Forschung diskutiert. Während das Schwingungsverhalten in drei Dimensionen Untersuchungsansätze zur Ankopplung des FMTs am Amboss und am runden Fenster aufzeigt, lassen sich die Angaben der Kraft und der Koeffizienten der Differentialgleichung für Felsenbeinmessungen z. B. mit einem FMT als Schwingungs-Aktor nutzen. / Besides conventional hearing aids for treatment of sensorineural hearing loss there are implantable hearing devices in focus of investigation since decades. Where conventional hearing aids have a loudspeaker to lead the amplified sound to the tympanic membrane, implantable hearing devices include an electromechanical transducer which directly connects to the middle ear structures. The electromechanical transducer of the Vibrant Soundbridge is the so-called Floating Mass Transducer (FMT). It consists of a floating magnet built in a tiny titanium housing surrounded by an electric coil. An alternating current passing through the coil sets the magnet and therefore the housing in a back and forth motion. Since the FMT is affixed to the long process of the incus or to the round window of the middle ear, the vibrations are forwarded to the inner ear. Two FMTs were analyzed and characterized by Laser Doppler Vibrometry (LDV). LDV is a non-contact measurement system used to measure smallest vibrations with displacement dimensions of even femtometer (10^-15 m). First, the linearity of the specimen were proved. Then the influence of the length of the electric connection wire of the FMT was investigated. In a third set up the number of degrees of freedom of the FMT was determined. In another examination the theoretically possible driving force of the FMT was measured. The vibration amplitude of the FMT is linear proportional to the excitation voltage. Only with a very short handled connection wire the vibration motion of the FMT is affected. The motion follows mainly 3 of 6 degrees of freedom whereas the favourable piston like motion is most. The driving force was calculated in a dimension of 3 millinewton per volt. The measured data were compared with current literature and proved a good correlation. Findings are discussed in view of practicability in clinical and research scope, i.e. connection of the FMT to the incus or to the round window and using the FMT as a vibrating actor in temporal bone experiments.

Untersucht wurde die Veränderung der Schallleitungskomponente von einmal und mehrfach operierten Ohren. Einmal Operierte hörten signifikant besser als mehrfach operierte Ohren. Ohren mit Tympanoplastik Typ I hörten signifikant besser als Ohren mit Tympanoplastik Typ III/PORP und diese wiederum besser als Tympanoplastik Typ III/TORP. Bei Ohren mit Stapedektomie lag die Revisionsrate bei 1 %, der Hörgewinn bei über 20 dB. Ausschließlich in Würzburg operierte Ohren hörten signifikant besser als alio loco voroperierte Ohren und erreichten einen größeren Hörgewinn. / The change of the air-bone gap was examined by ears operated several times and once. Once operated heard significantly better than several times operated ears. Ears with tympanoplasty type I heard significantly better than ears with tympanoplasty type III/PORP and these better than tympanoplasty again type III/TORP. With ears with stapedectomy the check rate lay with 1%, the hearing gain with more than 20 dB. Exclusively in Wurzburg operated ears heard significantly better than alio loco preoperated ears and reached a bigger hearing improvement.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Die Optimierung der Akquisitionstechniken führte zu einer verbesserten Abgrenzbarkeit klinisch relevanter Bilddetails und war gleichzeitig Voraussetzung für die Erzeugung bildqualitativ hochwertiger dreidimensionaler Bildrekonstruktionen. Die Kombination aus hochauflösenden Akquisitionstechniken und der dreidimensionalen Visualisierung mittels Volume Rendering ermöglichte die nicht-invasive endoluminale Darstellung im Sinne einer virtuellen Oto- bzw. Neuroendoskopie. Trotz weitgehender Übereinstimmung zwischen der realen und virtuell dargestellten Pathomorphologie ossikulärer Strukturen in der Mittelohr-Bildgebung zeigten sich methodische Limitationen in der Erfassung der Pathophysiologie. Die 3D-Bildgebung des Innenohrs gewährleistete eine detaillierte Darstellung pathoanatomisch komplexer Veränderungen und erlaubte dadurch Rückschlüsse auf die Pathogenese. Insbesondere in der Bildgebung des Mittelohrs und Kleinhirn-Brückenwinkels erwiesen sich die virtuell-endoskopischen Ansichten als komplementäre Darstellungstechniken, deren Ergebnisse im Zusammenhang mit den primären Schnittbilddaten und den klinischen Untersuchungsergebnissen zu interpretieren sind. Prospektiv ist aufgrund neuer Gerätetechnologien in der Bilddaten-Erfassung (z.B. 16-Schicht-Spiral-CT) sowie höheren Rechnerleistungen in der Daten-Nachverarbeitung von einer zunehmenden Verbreitung dreidimensionaler Bildgebungstechniken auszugehen. / Optimized data acquisition resulted in an improved delineation of critical image elements and was a prerequisite for generating 3D reconstructions of high image quality. Combining high-resolution data acquisition and 3D visualization by means of volume rendering allowed for the noninvasive endoluminal assessment known as virtual oto- and neuroendoscopy. Despite a high degree of agreement between the intraoperatively verified ossicular pathomorphology and that visualized by virtual otoscopy in middle ear imaging methodological limitations were encountered with respect to pathophysiological evaluation. 3D imaging provided detailed views of even complex pathoanatomical conditions, thus permitting conclusions regarding the underlying pathogenesis. As far as imaging of the middle ear and cerebellopontine angle was concerned, virtual endoscopic views proved to be complementary visualization techniques whose results have to be interpreted in the context of the primary cross-sectional data and clinical findings. Prospectively, a more widespread use of 3D imaging techniques may be expected from upcoming acquisition technologies (for example 16-slice helical CT) as well as from more powerful computers with improved image data postprocessing capacities.

Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2008

Eine totale Mittelohr-Prothese (TORP) mit einem mit Silikon ummantelten Kugelgelenk ist in der Lage Druckveränderungen zu kompensieren und somit eine bessere Schallübertragung, im Vergleich zu starren Prothesen, zu erzielen. Die Ergebnisse können als vorläufig betrachtet werden, da diese experimentelle Studie sich auf eine von vielen verschiedenen möglichen Situationen der Tympanoplastik und eine damit verbundene kleine Stichprobengröße beschränkte. Dennoch sind die Ergebnisse mit der flexiblen TORP vielversprechend für die weitere Entwicklung. / A total ossicular replacement prosthesis (TORP) with a silicone coated ball and socket joint (BSJ) is able to compensate pressure changes and therefore provide better sound transmission compared with rigid prostheses. The findings may be considered preliminary as this experimental study was limited to just one of the many different possible situations of tympanoplasty and it involved a small sample size. Nevertheless, the results with the flexible TORP were promising and could encourage further investigations on such prostheses.

Das impedanzwandelnde Hören ist eine wichtige Verfeinerung des Gehörsystems der Tetrapoden indem es einen Energieverlust während der Schallübertragung vermeidet. Anatomisch ist es durch eine Unterteilung des Foramen Metoticum in eine vordere Fenestra Pseudorotunda und ein hinteres Vagus Foramen charakterisiert. Dieses System trat mehrmals unabhängig in Amniota auf, und obwohl schon vorher vermutet wurde, dass es eine Homoplasie für Archosauria darstellt, wurde diese Hypothese bisher noch nicht geprüft. Demnach wurden 17 Hirnschädel Merkmale für 111 Taxa kodiert und auf einem informellen Supertrees optimiert. Die Analyse ergab, dass die Fenestra Pseudorotunda unbhängig acht Mal in Archosauria auftrat, mit fünf Umkehrungen. Während dieses Merkmal plastisch für Dinosauria ist, es trat nur einmal in Pseudosuchia auf. Eine Tree Shape-Analyse ergab, dass sechs Verschiebungen in den Diversifizierungsraten in Pseudosuchia und sieben in Dinosauria zu finden sind, von denen nur die der Ornithischia mit der Fenestra Pseudorotunda in Beziehung stehen. Viele Zustandsveränderungen erfolgen an der Basis der Dinosauria aber bei Pseudosuchia sind diese vor der Entstehung der Crocodyliformes und an der Basis der Notosuchia und Thalattosuchia konzentriert. Die Korrelationen zwischen Zustandsveränderungen und Verschiebungen sind höher in Dinosauria, während bei Pseudosuchia nur Mesoeucrocodylia eine ähnliche Anzahl aufweist. Daraus folgt, dass das impedanzwandelnde Hören nicht homolog in Archosauria ist, und dass es nicht als Schlüsselinnovation zur Erklärung der Vielfalt betrachtet werden kann, obwohl es eine Rolle in der Diversifizierung der Ornithischia spielte. Insgesamt ist die Anatomie des Hirnschädels der Dinosauria plastischer als die der Pseudosuchia. Die Positionierung des Pterygoid-Quadratum-Komplexes an die Seitenwand des Hirnschädels in Crocodyliformes stellt eine anatomische Beschränkung dar, welche nur von Notosuchia und Thalattosuchia durchbrochen wurde. / Impedance-matching hearing is considered an important refinement of the auditory system of tetrapods because it reduces energy loss during sound transmission. Anatomically, it is characterized by the sub-division of the metotic foramen into a posterior vagus foramen and an anterior fenestra pseudorotunda. Impedance-matching hearing has evolved independently in several tetrapod groups including archosaurs and although it has been suggested that it represents a homoplasy, this hypothesis has never been tested. Therefore, 17 braincase characters were coded for 111 taxa and mapped on an informal supertree. Optimization of the characters revealed that the fenestra pseudorotunda appeared eight times independently in Archosauria, with five reversals. While this character is plastic in dinosaurs, it appeared only once in pseudosuchians. A tree-shape analysis revealed that pseudosuchians had six shifts in diversification rates, while dinosaurs had seven. Of these, only ornithischian ones are correlated to the appearance of impedance-matching hearing. Many of the overall state changes occur at the origin of major dinosaurian clades, but for pseudosuchians they are concentrated prior to the origin of Crocodyliformes and at the origin of Notosuchia and Thalattosuchia. The overall number of correspondences between character state changes and shifts in diversification rates is higher for dinosaurs, whereas in Pseudosuchia only Mesoeucrocodylia has a similar amount. It is thus possible to conclude that impedance-matching hearing is not homologous for archosaurs, and that it cannot be considered a key innovation triggering diversification. However, it may have played some role in ornithischian diversification. In general, the braincase anatomy of dinosaurs is more plastic than that of pseudosuchians. The abutting of the pterygo-quadrate complex against the lateral braincase wall was a strong anatomical constraint for crocodyliforms broken only by notosuchians and thalatosuchians.

Background: Some patients with chronic middle ear disease and multiple failed revisions, who also need a hearing aid, may benefit from an active middle ear implant. An advantage of an active middle ear implant is that the ear canal is unoccluded. Methods: Following extensive experimental development in temporal bones and investigations of various locations and attachments of a Vibrant Soundbridge transducer, a new titanium clip holder for the vibrant floating mass transducer was developed. This assembly is a total ossicular replacement prosthesis (TORP) that is placed on the stapes footplate. Six patients were implanted with this device. Results: Acoustic results demonstrate significantly improved gain, especially in the high frequencies, which is typically unobtainable by conventional hearing aids. Conclusion: The simple procedure of placing an active TORP assembly on the stapes footplate, similar to the implantation of a passive TORP prosthesis during tympanoplasty, offers promising treatment for cases of incurable middle ear disease. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

In order to get a better insight into the function of the human middle ear it is necessary to simulate its dynamic behaviour by means of the finite-element method. Three-dimensional measurements of the surfaces of the tympanic membrane and of the auditory ossicles malleus, incus and stapes are carried out and geometrical models are created. On the basis of these data, finite-element models are constructed and the dynamic behaviour of the combinations tympanic membrane with malleus in its elastic suspensions and stapes with annular ligament is simulated. Natural frequencies and mode shapes are computed by modal analysis. These investigations showed that the ossicles can be treated as rigid bodies only in a restricted frequency range from 0 to 3.5 kHz. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

This paper presents a method of parameter identification for a finite-element model of the human middle ear. The parameter values are estimated using a characterization of the difference in natural frequencies and mode shapes of the tympanic membrane between the model and the specimens. Experimental results were obtained from temporal bone specimens under sound excitation (300–3,000 Hz). The first 3 modes of the tympanic membrane could be observed with a laser scanning vibrometer and were used to estimate the stiffness parameters for the orthotropic finite-element model of the eardrum. A further point of discussion is the parameter sensitivity and its implication for the identification process. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.