Cochlea-Implantat mit NRT

Cochlea-Implantate stellen einen Ersatz für ein funktionsuntaugliches Innenohr dar. Sie rufen Höreindrücke bei Gehörlosen mittels direkter elektrischer Stimulation des Hörnervs hervor. Von der Vielzahl untersuchter Stimulationsstrategien haben sich international in den letzten Jahren speziell Methoden basierend auf hochfrequent- pulsatilen Stimulationssignalen als besonders erfolgreich herauskristallisiert. Mit herkömmlichen Stimulationselektroden besteht allerdings das Problem des Kanalübersprechens zwischen den einzelnen Kanälen. Dem wird dadurch begegnet, daß nicht-simultane Stimulationspulse verwendet werden, daß also zu einem Zeitpunkt nur stets ein Stimulationskanal aktiv ist. Jüngste Erfolge bei der Entwicklung von Stimulationselektroden zeigen mittlerweile, daß die Elektroden wesentlich kanalselektiver plaziert werden können, womit das Problem des Kanalübersprechens zunehmend entschärft wird. Damit erhöhen sich die Chancen für die Brauchbarkeit von Strategien mit simultaner Stimulation von Kanälen. Ein Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung von hochfrequent pulsatilen Stimulationsstrategien, bei denen nicht nur einer, sondern mehrere Stimulationskanäle gleichzeitig aktiv sind. Es besteht die Hoffnung, daß die damit verbundene Erhöhung der Stimulationsrate auf den einzelnen Kanälen ein "natürlicheres" Verhalten der Nervenfasern bewirken könnte. Bei diesen Untersuchungen wird stets auf die technisch/physikalische Implementierbarkeit in einem praktischen Implantat geachtet. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts die Entwicklung eines Systems zur Messung von sog. Summenaktionspotentialen (engl. EAPs bzw. electrically evoked action potentials). Ein EAP ist die Antwort des nervösen Gewebes auf einen bestimmten Stimulationsreiz, wobei die EAP-Amplituden zwischen 10m V - 1000m V liegen. Es besteht die Hoffnung, mit der Messung der EAPs eine objektive Testmethode zur Erfassung bestimmter patientenspezifischer Parameter, etwa der (elektrischen) Hörschwelle (engl. "threshold level" bzw. THL) und der Stimulationsamplitude für angenehme Lautstärke (engl. "most comfortable level" bzw. MCL) zu erhalten. Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt gegenwärtig in sog. Anpaßsitzungen, in denen der Patient subjektiv seine Höreindrücke auf Stimulationsreize schildert. Bei einer zunehmend größer werdenden Gruppe von Patienten, z.B. kleine Kinder oder von Geburt an Taube ist diese Vorgangsweise allerdings nicht zielführend. Die Bestimmung von EAPs soll direkt mittels des projektierten Implantats möglich sein.

Eine Methode zur objektiven Bestimmung von patientenspezifischen Stimulationsparametern für Patienten mit einem Cochlea-Implantat bildet die sogenannte "Neuronal-Telemetrie" (NRT). Dazu wird die neuronale Reaktion des Innenohrs auf elektrische Stimulationsreize, das sogenannte "elektrisch evozierten Aktionspotential" (EAP) gemessen, quantisiert, und nach außen gesendet. Die direkte Messung von EAPs ist ein Schritt zur automatischen Anpassung eines CI an patientenspezifische Erfordernisse. Es wird vorausgesetzt, daß ein direkter Zusammenhang zwischen der EAP-Amplitude und der subjektiven Lautstärke besteht. Aufgrund der kleinen Amplituden der EAPs (im Bereich 10V-2000V) ist es technisch allerdings relativ schwierig, exakte Messungen durchzuführen. In breiterer klinischer Anwendung könnte NRT insbesondere dann von großem Nutzen sein, wenn keine direkte Kommunikation mit dem CI-Patienten möglich ist, z.B. bei sehr kleinen Kindern. Cochlea Implantat dienen zur Rehabilitation von tauben oder höchstgradig schwerhörigen Personen. Mit Hilfe eines CI werden Höreindrücke durch direkte Elektrostimulation des Hörnervs hervorgerufen. In den letzten Jahren konnten CI-Systeme beträchtlich verbessert werden. Die meisten CI-Patienten erreichen heute offenes Sprachverständnis, viele sind wieder in der Lage, das Telefon zu benützen. Im Rahmen des Projekts wurden die technischen Grundlagen für ein CI mit NRT-Sstem entwickelt. Das CI eignet sich zur Implementierung von hochfrequenz-pulsatilen Stimulationsstrategien. Stimulationspulse können in den einzelnen Elektroden sowohl zeitlich nicht-überlappend, als auch parallel mit vollständiger zeitlicher Überlappung erzeugt werden. Die wesentlichen technischen Spezifkationen sind: HF-Strecke: Kanalkodierung: Amplitude Shift Keying (ASK) HF-Träger: ca. 11MHz Bitrate: 600kbit/s, selbsttaktendes Bitformat Stimulationseigenschaften: Max. Anzahl der Kanäle: 16 Pulsformen: biphasisch oder triphasisch Max. Stimulationsrate Standard CIS: 31kpulses/sec Max. Anzahl von Kanälen bei simultaner Stimulation: 16 Stimulationsmodus: Monopolar gegen entfernte Masseelektrode NRT-System: Dauer des Meßfensters: 1.7ms A/D Konversion: 1.2MHz -S Modulator 1. Ordnung Max. Eingangssignal: 2200V Dauer der Rückmeldung: 6.9ms Das CI-Konzept wurde in enger Kooperation mit der Firma MED-EL in Innsbruck entwickelt. Die wesentlichen Ergebnisse dieses Projekts können daher direkt zur Realisierung eines "Next Generation-" CI-Systems verwendet werden. International hat siche MED-EL mittlerweile als einer der drei marktführenden Hersteller von CI- Systemen etabliert, mit 14 Niederlassungen und insgesamt ca. 350 Angestellten weltweit.