Beschreibung

In den letzten Jahren hat sich die Hörgerätetechnologie stark weiterentwickelt und große Fortschritte in der Miniaturisierung gemacht. Es gibt immer mehr implantierbare Hörsysteme, um verschiedene Formen der Schwerhörigkeit zu behandeln.

Eine neue Generation von Hörgeräten sind aktive Mittelohrimplantate (AMEI, active middle ear implant). Sie bestehen in der Regel aus einem Schallwandler, der den ankommenden Schall aufnimmt und in elektrische Signale umsetzt, und einem implantierten elektromechanischen Aktor, der das Innenohr direkt oder indirekt stimuliert.

Das aktuelle Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der experimentellen Untersuchung und der computergestützten Simulation des mechanischen Verhaltens von AMEI. Es wird zusammen mit Partnern aus der Industrie durchgeführt. Ziel der Arbeiten ist die mechanisch günstige Gestaltung von AMEI hinsichtlich einer adäquaten Erregung des Gehörs.

In Laborexperimenten kann das räumliche Bewegungsverhalten von AMEI durch Messungen mit einem 3D-Laser-Doppler-Vibrometer erfasst werden. Ein Vergleich mit Bewegungsformen des natürlichen Mittelohrs, die aus Messungen und Simulationen der hiesigen Arbeitsgruppe Dynamik des Hörens sowie deren klinisch-universitären Partnern zugänglich sind, erlaubt eine Bewertung der Imitation der natürlichen Innenohrerregung. Unter Verwendung von Nachbildungen natürlicher Strukturen können AMEI im eingebauten Zustand unter definierten Randbedingungen messtechnisch untersucht werden.

Die Simulation des Bewegungs- und Übertragungsverhaltens von AMEI ermöglicht eine Vorhersage des dynamischen Verhaltens sowie eine Sensitivitätsanalyse, z.B. auf die Variation von Geometrieparametern, bereits während der Entwicklungsphase. In virtuellen Experimenten kann das Verhalten des AMEI unter variablen Randbedingungen untersucht werden. Von Interesse sind z.B. der Einfluss der nichtlinearen Eigenschaften der Koppelstelle zwischen dem AMEI und der angetriebenen natürlichen Struktur auf das dynamische Verhalten oder die Variation des Arbeitspunkts unter dem Einfluss einer statischen Vorspannung. Die Visualisierung der simulierten Bewegungen erfolgt in einer Virtual-Reality-Umgebung.

Grundlage der Simulation von AMEI und der gekoppelten natürlichen Struktur ist eine dreidimensionale mechanische Modellbildung basierend auf dem Konzept der elastischen Mehrkörpersysteme (EMBS, elastic multi-body system). Zu deren rechnergestützten Umsetzung steht das am ITM entwickelte Programmsystem Neweul-M² zur Verfügung. Die physikalischen Parameter des Modells werden aus Laborversuchen und simulatorischen Untersuchungen von Teilsystemen gewonnen. Mittels einer Parameteroptimierung kann das simulierte Übertragungsverhalten an das gemessene Verhalten des realen Systems angepasst werden.

Ansprechpartner

• Dr.-Ing. Christoph Heckeler
• Dr.-Ing. Albrecht Eiber