Beschreibung

Abbildung 1: Soft CliP Steigbügelprothese am Applikationskraft-Messstand.

Abbildung 2: Messung des Wärmeeintrags bei der Applikation einer Formgedächtnisprothese.

Abbildung 3: Simulation des Wärmeeintrags bei der Laserapplikation der NiTiBond-Formgedächtnisprothese.

Abbildung 4: Lasermessung eines aktiven Mittelohrimplantats.

Bei einer Schwerhörigkeit, die durch eine Pathologie des Mittelohrs hervorgerufen wird, kann oft eine chirurgische Rekonstruktion wieder Hören ermöglichen. Neben passiven Mittelohrimplantaten, z.B. Steigbügelprothesen, gewinnen in den letzten Jahren aktive Implantate, die im Gegensatz zu passiven Implantaten eine zusätzliche Energieversorgung benötigen, zunehmend an Bedeutung.

Zusammen mit Partnern aus der Klinik und der Industrie ist die hiesige Arbeitsgruppe in der Entwicklung von passiven und aktiven Implantaten tätig. Ziel der Forschungsaktivitäten ist eine aus mechanischer Sicht optimale Gestaltung im Hinblick auf die Erregung des Gehörs.

Entscheidend für die Funktion eines Implantats ist die Ankopplung an die jeweilige natürliche Struktur. In der Koppelstelle müssen sehr kleine physiologische Druckvariationen verzerrungsfrei übertragen werden können. Daneben soll der Kontakt auch bei vergleichsweise großen quasistatischen Druckschwankungen erhalten bleiben.

Zur experimentellen Untersuchung von passiven Mittelohrprothesen steht ein Labor mit unterschiedlichen Messständen zur Verfügung. In statischen Kraft-Verschiebungs-Messungen können beispielsweise die Klemmkraft oder die räumlichen Applikationskräfte erfasst werden. Dynamische Messungen mittels Laser-Vibrometrie erlauben die Analyse der Kopplungseigenschaften und deren Einfluss auf das Übertragungsverhalten.

Aktuelle Studien der Arbeitsgruppe zeigen, dass bei der Applikation von Steigbügelprothesen je nach Typ (Crimp-, Clip- oder Formgedächtnisprothese) Kräfte auf die verbleibende Knöchelchenkette ausgeübt werden, die unter Umständen zu Schäden führen können. In Zusammenarbeit mit der Firma Kurz wurde die mechanisch optimierte Steigbügelprothese Soft CliP® entwickelt, die eine crimpfreie Applikation bei definierter geringer Kraft erlaubt.

Formgedächtnisprothesen aus Nickel-Titan-Legierungen werden durch Erwärmen z.B. kraftfrei durch Laserbeschuss appliziert. In Kooperation mit klinischen Partnern (USZ Zürich) führt die Arbeitsgruppe Untersuchungen des Wärmeeintrags während der Applikation durch. Hierfür steht ein Versuchsstand mit Wärmebildkamera zur Verfügung. Computersimulationen erlauben eine Analyse und Optimierung des Wärmeeintrags und -flusses noch vor der Prototyp-Phase. Die Stapesprothese NiTiBOND® der Firma Kurz, die mit definierten Wärmeapplikationsbereichen den Amboss vor Überhitzung schützt, wurde am Institut mitentwickelt.

Aktive Mitteohrimplantate können wieder ein Hören ermöglichen, wenn eine passive Rekonstruktion der Knöchelchenkette nicht ausreicht oder nicht möglich ist. In Kooperation mit der Firma Phonak Acoustic Implants ist die Arbeitsgruppe an der Entwicklung und Erprobung des aktiven Hörsystems DACS (Direct Acoustic Cochlear Stimulation) beteiligt. Gegenstand der Forschungsaktivitäten ist die Analyse des räumlichen mechanischen Verhaltens des Implantats in Simulationen und Experimenten und die Optimierung der Schallübertragung.

Ein weiteres aktuelles Forschungsgebiet ist die aktive Erregung des Gehörs über das runde Fenster. Der Kontakt zwischen dem Koppelelement des verwendeten Implantats und der Rundfenstermembran stellt eine unilaterale Bindung dar. Neben anatomischen Restriktionen ist deshalb die Vorspannung in der Koppelstelle von besonderer Bedeutung. Im Experiment an einem künstlichen Cochleamodell kann der Einfluss von unterschiedlichen nichtlinearen Vorspannungen und Lasten auf das Übertragungsverhalten untersucht werden. Hierfür steht ein automatisierter Messstand mit 3D-Laser-Doppler-Vibrometer zur Verfügung. Die Steuerung erfolgt über ein dSPACE-System. Computersimulationen ermöglichen eine Vorhersage des dynamischen Verhaltens auf Basis der Grundgesetze der Mechanik. Durch Variation von physikalischen Parametern können gezielte Sensitivitätsanalysen durchgeführt werden. Die zugrunde liegende mathematische Modellbildung basiert auf dem Konzept der elastischen Mehrkörpersysteme und der Finiten-Elemente-Methode.

Ansprechpartner

• Dr.-Ing. Albrecht Eiber
• Dr.-Ing. Christoph Heckeler
• Dipl.-Ing. Philipp Wahl