DE19618961A1 - Gerät zur elektromechanischen Stimulation und Prüfung des Gehörs - Google Patents

Gerät zur elektromechanischen Stimulation und Prüfung des Gehörs

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Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Geräten zur elektromechanischen Stimulation und Prüfung des Gehörs.
Generell wird das Hörvermögen des Menschen derart überprüft, daß ein Schallsignal und damit eine akustische Welle über geeignete elektroakustische Einrichtungen dem Probanden monaural (einohrig) bzw. binaural (beidohrig) dargeboten werden und der Proband auf ent­ sprechende Fragestellungen subjektiv reagiert, die dem jeweiligen Zweck der psychoakusti­ schen Untersuchung adäquat sind. Diese elektroakustischen Einrichtungen werden mit dem Sammelbegriff Audiometer bezeichnet, wobei in den häufigsten Anwendungsfällen das Prüfsignal entweder auf elektronischem Weg erzeugt wird (analoge bzw. digitale Signalgene­ ratoren) oder von einem geeigneten Tonträger (Magnetband, Compact Disc etc.) entnommen wird. Diese Prüfsignale werden dem Probanden auf akustischem Weg zumeist über Lautspre­ cher unter sog. Freifeldbedingungen oder über speziell kalibrierte Meß-Kopfhörer dargebo­ ten. In Sonderfallen werden diese akustischen Signale über kurze Schalleitungsschläuche und Ohrpaßstücke zum äußeren Gehörgang geleitet, wenn z. B. ein akustisch dicht abgeschlosse­ nes Volumen vor dem Trommelfell für die spezielle Prüfung gefordert wird. Darüber hinaus existieren objektive Hörprüfungsverfahren (z. B. BERA: Brainstem Evoked Response Audio­ metry), bei denen akustisch evozierte neuronale Antworten über Hautelektroden abgenom­ men und entsprechend analysiert werden (Böhme, G., Welzl-Müller, K: "Audiometrie: Hör­ prüfungen im Erwachsenen- und Kindesalter". Verlag Hans Huber, Bern, 1988, ISBN: 3- 456-81620-0).
Bei allen Verfahren wird grundsätzlich ein akustisches Signal dargeboten, welches auf be­ kannte Weise das Trommelfell in mechanische Schwingungen versetzt, die über die Gehör­ knöchelchenkette des Mittelohres zum Innenohr fortgeleitet und dort in ein neuronales Reiz­ muster umgewandelt werden, welches zu einem Höreindruck führt.
Insbesondere bei objektiven Hörprüfungsverfahren (z. B. BERA) bestehen in der akustischen Anregungsart jedoch einige Nachteile, wie z. B. die durch die zumeist verwendeten elektro­ dynamischen oder elektromagnetischen Kopfhörer erzeugten magnetischen Felder. Diese magnetischen (Stör-)Felder führen zu Problemen bei der Vorverarbeitung und Analyse der von der Hautoberfläche des Kopfes elektrisch abgeleiteten evozierten Potentiale, die im nV-Bereich liegen können. Bei überschwellig monaural dargebotenen akustischen Signalen entsteht weiterhin bei mittleren bis höheren Schallpegeln das Problem des "Überhörens" des nicht untersuchten, kontralateralen Ohres durch akustische Schallabstrahlung des Kopfhörers bzw. durch Körperschall (Knochenleitung), was zur Notwendigkeit der akustischen Vertäu­ bung (Maskierung) dieses kontralateralen Ohres führt. Dieser Effekt ist bei zahlreichen psychoakustischen Fragestellungen unerwünscht, jedoch unvermeidlich.
Neuere Ansätze von teil- bzw. vollimplantierbaren Hörgeräten, bei denen das (geschädigte) Gehör nicht mehr akustisch, sondern mechanisch durch direkte mechanische Ankopplung eines entsprechenden Wandlers an verschiedene Bereiche des Mittelohres stimuliert wird, führen zu der Notwendigkeit, dem zur Implantation anstehenden Probanden die zu er­ wartende Hörverbesserung bzw. Klangqualität präoperativ zu demonstrieren. Dies ist mit bekannten Verfahren jedoch nichtinvasiv, d. h. ohne operativen Eingriff, nicht möglich.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben genannten Probleme durch einen grundsätzlich anderen Ansatz der Signaldarbietung zu umgehen bzw. weitgehend zu vermei­ den oder im Beispiel der (teil)implantierbaren Hörgeräte eine präoperative audiologische Diagnostik adäquat überhaupt zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß grundsätzlich dadurch gelöst, daß die Prüf- bzw. Demonstrationssignale nicht auf akustischem Weg, sondern durch direkte mechanische Sti­ mulation der vom äußeren Gehörgang her zugänglichen Gehörknöchelchenkette des Mittel­ ohres dem Gehör dargeboten werden. Zu diesem Zweck wird ein Gerät zur elektromechani­ schen Stimulation und Prüfung des Gehörs geschaffen, welches einen elektromechanischen Wandler zum Erzeugen von mechanischen Schwingungen im Audiobereich sowie ein starres, mechanisches Koppelelement aufweist, um die mechanischen Schwingungen ohne opera­ tiven Eingriff durch den äußeren Gehörgang in direktem mechanischem Kontakt auf das Zentrum des Trommelfells und damit auf den Hammergriff der Gehörknöchelchenkette des Mittelohres zu übertragen.
In Anwendung der Erfindung wird durch einen entsprechend ausgebildeten HNO-Arzt der schwingende Teil des elektromechanischen Wandlers über ein geeignetes Koppelelement unter optischer Kontrolle und mittels geeigneter Positionier- und Fixiationswerkzeuge durch den äußeren Gehörgang im zentralen Bereich des Trommelfells, dem Umbo (Nabel des Trommelfells, mit welchem der Endpunkt des Hammergriffs verwachsen ist), abgesetzt, me­ chanisch in direkten Kontakt mit diesem Zentrum gebracht und in direktem mechanischem Kontakt gehalten. Auf diesem Weg werden die mechanischen Schwingungen des Wandlers unmittelbar und direkt mechanisch an die Kette der Gehörknöchelchen gekoppelt und zum Innenohr fortgeleitet, und sie führen so zu einem Höreindruck.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere können zum Erzeugen von audiologischen Prüf- und Testsignalen elektronische Signalgeneratoren vorgesehen sein, mit welchen sich frei wählbare Signale erzeugen lassen, oder es können alternativ bzw. wahlweise mit Tonträgern wie z. B. Magnetbändern oder Compact Discs arbeitende Signalquellen benutzt werden. Unabhängig von der Art der Signal­ quelle sollte ein Verstärker mit treibender Endstufe zum Zuführen der audiologischen Prüf- und Testsignale zu dem elektromechanischen Wandler vorgesehen sein.
Das Einbringen des erfindungsgemäßen Geräts läßt sich einfacher für die untersuchende Per­ son und gleichzeitig sicherer für den Patienten gestalten, wenn der elektromechanische Wandler in einem in den Eingangsbereich des äußeren Gehörgangs einzubringenden Wand­ lergehäuse untergebracht ist, dessen geometrische Abmessungen so gewählt sind, daß die untersuchende Person auch unter Verwendung eines Mikroskopes freie Sicht auf das das Zentrum des Trommelfells mechanisch kontaktierende Wirkende des Koppelelementes behält.
Vorzugsweise ist das Koppelelement als stabförmig ausgeführtes, in axialer Richtung steifes Bauteil ausgeführt, dessen von dem Wandler abgewandtes Wirkende einen verletzungsfreien, mechanischen Kontakt zum Zentrum des Trommelfells gewährleistet, wobei es sich als besonders vorteilhaft erweist, wenn das Koppelelement manuell leicht biegbar gestaltet ist,so daß es den individuellen geometrischen Formen des äußeren Gehörgangs angepaßt werden kann.
Wenn das Koppelelement nicht mechanisch fest, sondern über eine mechanische Steckver­ bindung mit dem Wandler verbunden ist, lassen sich z. B. unterschiedliche Koppelelemente realisieren, die beispielsweise aus hygienischen Gründen leicht austauschbar und als Einweg­ artikel ausführbar sind.
Vorzugsweise ist der elektromechanische Wandler in Verbindung mit dem mechanischen Koppelelement so ausgeführt, daß die erste mechanische Resonanzfrequenz am oberen Ende des spektralen Übertragungsbereiches von 10 kHz liegt. Auf diese Weise lassen sich aufgrund der Breitbandigkeit kurze Einschwingzeiten erreichen.
Um ferner eine von den individuellen Schwankungen der biologischen Lastimpedanz unab­ hängige Einprägung der Auslenkung des Wirkendes des Koppelelementes zu erreichen, ist der elektromechanische Wandler zweckmäßig so ausgeführt, daß seine mechanische Quell­ impedanz im gesamten spektralen Übertragungsbereich deutlich größer ist als die mecha­ nische Lastimpedanz, die durch das biologische System Trommelfell, Gehörknöchelchen­ kette und Innenohr gebildet wird.
Die Untersuchung läßt sich für den Patienten noch angenehmer gestalten, wenn der elek­ tromechanische Wandler durch die konstruktive Gestaltung des Wandlergehäuses akustisch so gekapselt ist, daß das Schallsignal, das durch die schwingenden Wandlerstrukturen abge­ strahlt wird, so minimiert ist, daß bei hohen Stimulationspegeln auf eine akustische Vertäu­ bung des kontralateralen, nicht untersuchten Ohres verzichtet werden kann.
Der elektromechanische Wandler kann auf dem Prinzip der elektrodynamischen, elektro­ magnetischen, magnetostriktiven, kapazitiven oder piezoelektrischen Wandlung beruhen, wobei ein nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitender elektromechanischer Wandler bevorzugt wird, da sich auf diese Weise insbesondere bei Untersuchungsmethoden mit abgeleiteten evozierten Potentialen magnetische Streufelder gänzlich vermeiden lassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das aus Signalquelle, Verstärker und elektro­ mechanischem Wandler mit Koppelelement bestehende System als präoperatives Diagnose- und Demonstrationsgerät der zu erwartenden Übertragungsqualität bei der Applikation teil- und vollimplantierbarer Hörgeräte ausgeführt.
Um eine simultane, beidohrige Stimulation und Prüfung des Gehörs zu ermöglichen, kann das Gerät doppelt ausgeführt sein.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegende einzige Figur, in welcher das erfindungsgemäße System im Detail dargestellt ist, näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden von einem Generatorteil 10 elektrische Prüf­ signale, wie z. B. reine Sinustöne oder breitbandige Signale (Rauschen etc.), erzeugt, wobei diese bezüglich der funktionalen Parameter (Frequenz, Pegel, zeitliche Sequenzen, Hüll­ kurven usw.) eingestellt werden können. Diese vorverarbeiteten Signale werden mit einem Verstärker 12, der eine treibende, dem gewählten Wandlerverfahren entsprechende Endstufe enthält, verstärkt und einem elektromechanischen Wandler 14 zugeführt. Alternativ zu der Erzeugung der Prüfsignale mittels des Generatorteils 10 können die Signale wie bei bekann­ ten Audiometern auch von einem Tonträger 16 (Magnetband, Compact Disc etc.) entnommen und dem Verstärker 12 zugeführt werden. Der Wandler 14, der nach allen bekannten elek­ tromechanischen Wandlungsprinzipien (dynamisch, magnetisch, piezoelektrisch, kapazitiv/ dielektrisch, magnetostriktiv) arbeiten kann, wobei vorzugsweise die piezoelektrischen bzw. kapazitiven E-Feld-Wandlertypen aufgrund des Fehlens magnetischer Störfelder gewählt werden, wird mit geeigneten Hilfsmitteln nahe an den Eingang des äußeren Gehörgangs 18 des zu untersuchenden Ohres gebracht. Die äußeren Abmessungen dieses Wandlers 14 sind dabei so gestaltet, daß die untersuchende Person noch freien Einblick (gestrichelte Sichtlinie 20) durch den äußeren Gehörgang 18 bis auf das Zentrum 22 (Umbo) des Trommelfells 24 hat. Der elektromechanische Wandler 14 wandelt die elektrischen Treibersignale in mecha­ nische Schwingungen um. Diese Wandlerschwingungen werden auf ein in seiner Längsachse mechanisch starres Koppelelement 26 übertragen, das mechanisch fest oder mittels einer (nicht gezeigten) Steckverbindung mit dem schwingenden Teil des Wandlers 14 verbunden ist. Das Koppelelement 26, das in der Zeichnung als stabförmiges Bauteil dargestellt ist, kon­ taktiert nach Absenken durch die untersuchende Person mit seinem dem Wandler abge­ wandten Ende 28 mechanisch mit leichtem Druck das Zentrum 22 (Umbo) des Trommelfells 24. Somit werden die mechanischen Wandlerschwingungen über die Gehörknöchelchenkette Hammer 30, Amboß 32 und Steigbügel 34 auf das Innenohr oder die Schnecke 36 über­ tragen, um zu einem Höreindruck zu führen. Das Ende 28 des stabförmigen Koppelelementes 26 ist dabei so gestaltet und durch geeignete Maßnahmen oberflächenbehandelt, daß einer­ seits nach Positionieren und Absenken ein Abrutschen vom Umbo 22 vermieden wird und andererseits eine Verletzungsgefahr dieses Trommelfellbereiches ausgeschlossen werden kann.
Nachdem die geometrischen Abmessungen des äußeren Gehörgangs 18 anatomisch indivi­ duellen Schwankungen unterliegen und der Gehörgang 18 grundsätzlich leicht gebogen ver­ läuft, ist das stabförmige Koppelelement 26 vorzugsweise so gestaltet, daß es einerseits in axialer Richtung zur Vermeidung von mechanischen Resonanzen im Hörbereich eine mög­ lichst hohe Steifigkeit aufweist und andererseits durch die untersuchende Person manuell ohne weiteres verformbar (biegbar) ist, um eine Anpassung an die leichte, individuelle Krümmung des Gehörgangs 18 zu erreichen und somit eine Berührung des schwingenden Koppelelementes mit Bereichen des äußeren Gehörgangs zu vermeiden. Wie oben erwähnt, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn das Koppelelement 26 nicht fest mit dem Wandler 14 verbunden ist, sondern z. B. über eine mechanisch geeignete Steckvorrichtung. Auf diese Weise können unterschiedlich lange Koppelelemente für individuell verschiedene Längen des äußeren Gehörgangs realisiert werden, wobei diese unterschiedlichen Koppelelemente billig herstellbar sind und somit aus hygienischen Gründen bei Reihenuntersuchungen als Einmal- Artikel ausführbar sind.
Zweckmäßigerweise ist das elektromechanische Gesamtsystem, bestehend aus Wandler 14 und Koppelelement 26, mit seinen das Betriebsverhalten bestimmenden dynamischen Kom­ ponenten Masse und Steifigkeit so dimensioniert, daß einerseits ein hochabgestimmtes System vorliegt, d. h., die erste mechanische Resonanzfrequenz am oberen Ende des ange­ strebten Übertragungsfrequenzbereiches ( 10 kHz) liegt. Durch diese Breitbandigkeit wird im Zeitverhalten eine kurze Einschwingzeit des Systems erreicht, was zu einem guten Impulsübertragungsverhalten des Systems führt. Andererseits sollte die mechanische Quellimpedanz dieses Systems deutlich über der biologischen Lastimpedanz liegen, die durch das System Trommelfell, Gehörknöchelchenkette und angekoppeltes, hydromechani­ sches Innenohr gebildet wird, um eine frequenzunabhängige Einprägung der Wandler- und damit Koppelelement-Auslenkung zu erreichen. Auf diese Weise ist es möglich, interindivi­ duelle Hörprüfungsergebnisse zu vergleichen, da der Stimuluspegel dann nicht abhängig ist von der unbekannten, individuellen Schwankung der mechanischen (biologischen) Lastim­ pedanzen.
Die mit dem Gesamtsystem, bestehend aus der den Wandler 14 treibenden Endstufe und dem Wandler 14, erreichbare mechanische Auslenkung des Koppelelementes 26 sollte für audio­ logische subjektive und objektive Hörprüfungen Werte erreichen, die einem äquivalenten Schallpegel entsprechen, der am oberen Ende des audiologischen Dynamikbereiches liegt, also ca. 120 bis 130 dB SPL. Dies entspricht bei tiefen und mittleren Frequenzen bis ca. 1-2 kHz Auslenkungsamplituden von etwa 1-5 µm.
Bei entsprechender Ausführung des äußeren Wandlergehäuses (Kapselung) ist die unver­ meidlich vorhandene akustische Schallabstrählung der schwingenden Wandlerteile bei hohen Stimulationspegeln so reduzierbar, daß eine akustische, zusätzliche Anregung des untersuch­ ten Ohres bzw. ein Mithören des kontralateralen Gehörs eliminiert wird, wodurch die Not­ wendigkeit der akustischen Vertäubung des kontralateralen Ohres vermieden wird.
Wird im Falle der Applikation eines teil- bzw. vollimplantierbaren Hörgerätes der elektrome­ chanische Wandler dieses Implantatsystems als Wandler 14 und das signalvorverarbeitende Modul dieses Implantatsystems als Verstärker 12 verwendet, kann das erfindungsgemäße Gerät zur präoperativen Beurteilung der Übertragungsqualität und Tauglichkeit des vorgese­ henen Implantatsystems bei dem betreffenden Probanden verwendet werden.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Gerät bei doppelter Ausführung beidohrig bei einem Probanden angewendet werden, um eine simultane, binaurale Hörprüfung durchzuführen.
Bezugszeichenliste
10 Generatorteil
12 Verstärker
14 Wandler
16 Tonträger
18 Gehörgang
20 Sichtlinie
22 Zentrum des Trommelfells (Umbo)
24 Trommelfell
26 Koppelelement
28 dem Trommelfell zugewandtes Ende von 26
30 Hammer
32 Amboß
34 Steigbügel
36 Innenohr (Schnecke)

Claims (14)

1. Gerät zur elektromechanischen Stimulation und Prüfung des Gehörs, gekennzeichnet durch einen elektromechanischen Wandler (14) zum Erzeugen von mechanischen Schwingungen im Audiobereich und ein starres, mechanisches Koppelelement (26) zum Übertragen der mechanischen Schwingungen ohne operativen Eingriff durch den äußeren Gehörgang (18) in direktem mechanischem Kontakt auf das Zentrum (22) des Trommelfells (24) und damit auf den Hammergriff der Gehörknöchelchenkette (30, 32, 34) des Mittelohres.
2. Stimulations- und Prüfgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens einen elektronischen Signalgenerator (10) und/oder mindestens eine mit Tonträgern wie Magnetbändern oder Compact Discs arbeitende Signalquelle (16) zum Erzeugen von audiologischen Prüf- und Testsignalen sowie durch einen Verstärker (12) mit treiben­ der Endstufe zum Zuführen der audiologischen Prüf- und Testsignale zu dem elektro­ mechanischen Wandler (14).
3. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (14) in einem in den Eingangs­ bereich des äußeren Gehörgangs (18) einzubringenden Wandlergehäuse untergebracht ist, dessen geometrische Abmessungen so gewählt sind, daß die untersuchende Person auch unter Verwendung eines Mikroskopes freie Sicht auf das das Zentrum (22) des Trommelfells (24) mechanisch kontaktierende Wirkende (28) des Koppelelementes (26) behält.
4. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (26) als stabförmiges, in axialer Richtung steifes Bauteil ausgeführt ist, dessen von dem Wandler (14) abgewandtes Wirkende (28) konstruktiv so ausgebildet ist, daß ein verletzungsfreier, mechanischer Kontakt zum Zentrum (22) des Trommelfells (24) gewährleistet ist.
5. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (26) manuell leicht biegbar gestaltet ist.
6. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement (26) über eine mechanische Steckverbindung mit dem Wandler (14) verbunden ist.
7. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (14) in Verbindung mit dem mechanischen Koppelelement (26) so ausgeführt ist, daß die erste mechanische Reso­ nanzfrequenz am oberen Ende des spektralen Übertragungsbereiches von 10 kHz liegt.
8. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (14) so ausgeführt ist, daß seine mechanische Quellimpedanz im gesamten spektralen Übertragungsbereich deutlich größer ist als die mechanische Lastimpedanz, die durch das biologische System Trom­ melfell (24), Gehörknöchelchenkette (30, 32, 34) und Innenohr (36) gebildet wird.
9. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der den Wandler (14) treibende Verstärker (12) und der Wandler selbst so aus­ gelegt sind, daß der Wandler mit Koppelelement (26) im gesamten spektralen, audio­ logischen Übertragungsbereich bei mechanisch angekoppelter Gehörknöchelchenkette (30, 32, 34) maximale Auslenkungsamplituden im Bereich von 1-5 µm erzeugt, die einem äquivalenten Schalldruckpegel von 120-140 dB SPL entsprechen.
10. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (14) durch die konstruktive Gestaltung des Wandlergehäuses akustisch so gekapselt ist, daß das Schallsignal, das durch die schwingenden Wandlerstrukturen abgestrahlt wird, so minimiert ist, daß bei hohen Stimulationspegeln auf eine akustische Vertäubung des kontralateralen, nicht untersuchten Ohres verzichtet werden kann.
11. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (14) auf dem Prinzip der elektro­ dynamischen, elektromagnetischen, magnetostriktiven, kapazitiven oder piezoelektri­ schen Wandlung beruht.
12. Stimulations- und Prüfgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Wandler (14) nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitet.
13. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das aus Signalquelle (10, 16), Verstärker (12) und elektromechanischem Wandler (14) mit Koppelelement (26) bestehende System als präoperatives Diagnose- und Demonstrationsgerät der zu erwartenden Übertragungsqualität bei der Applikation teil- und vollimplantierbarer Hörgeräte ausgeführt ist.
14. Stimulations- und Prüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät doppelt ausgeführt ist, um eine simultane, beidohrige Stimulation und Prüfung des Gehörs zu ermöglichen.
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