EAP-Messungen bei Patienten mit einem Cochlea Implantat

Cochleaimplantat-Systeme stellen einen Ersatz für ein funktionsuntaugliches Innenohr dar. Sie rufen Höreindrücke bei Ertaubten und Gehörlosen mittels direkter elektrischer Stimulation des Hörnervs hervor. Nach dem Implantieren eines Cochleaimplantates muß die Ansteuerung jeder Stimulationselektrode individuell an die Hörschwelle und den Pegel angenehmster Lautstärke angepaßt werden. Die Schwierigkeit stellt in diesem Zusammenhang die Kommunikation zwischen dem Patienten und demjenigen, der die Programmierung des Sprachprozessors vornimmt, dar. Bei einigen Patientengruppen - in erster Linie von Geburt an taube Kleinkinder - kann man diese Anpassung ohne weitere Hilfen nicht vornehmen. Hinzu kommt, daß es sinnvoll ist, bei von Geburt an tauben Kindern das Implantat möglichst früh einzusetzen, damit sie in der Phase das Sprechen erlernen können, in der auch hörende Kinder sprechen lernen. Es ist also ein Bedarf gegeben, neben der subjektiven Beschreibung des Höreindrucks auch eine objektive Bewertung der Wirkung der elektrischen Erregung zur Verfügung zu haben. Besonders erfolgversprechend scheint die Messung des Summenaktionspotentials (englisch: Electrically evoked Action Potential, kurz: EAP) des Hörnervs zu sein. Aufbauend auf die Resultate früherer Forschungsarbeiten (P11088-ÖTE) und unter Verwendung bzw. Weiterentwicklung der aus diesem Projekt vorhandenen Hard- und Software soll das Summenaktionspotential bei hohen Stimulationsraten untersucht werden. Ein weiteres Ziel ist das Messen der EAP bei simultaner Stimulation zweier verschiedener Elektroden zur Untersuchung der peripheren Einflüsse des dadurch auftretenden Kanalübersprechens. Schließlich soll die Meßschaltung miniaturisiert werden, sodaß sie in eine in Entwicklung befindliche anwenderspezifische integrierte Schaltung, die für ein neues Cochleaimplantat mit besonders leistungsfähiger Stimulationsstrategie in Entwicklung ist, implementiert werden kann.

Bei hochgradiger Schwerhörigkeit bzw. vollständiger Taubheit kann eine erfolgreiche Rehabilitation oftmals durch die Versorgung des Patienten mit einer Innenohrhörprothese, dem sogenannten Cochlea-Implantat (CI), erfolgen. Cochlea-Implantate beruhen, im Gegensatz zu konventionellen Hörgeräten, auf dem Prinzip der direkten elektrischen Stimulation des Hörnervs. Hierbei werden die Stimulationsmuster durch einen Sprachprozessor unter Anwendung verschiedener Signalverarbeitungsstrategien aus dem Sprachsignal abgeleitet. Wie gut das Sprachverständnis nach der Implantation ist, hängt unter anderem von einer möglichst günstigen patientenspezifischen Einstellung des Sprachprozessors ab. Dabei geht es darum, Schwellenwerte und maximal zulässige Stimulationsamplituden zu finden. Das Auffinden dieser Werte erweist sich insbesondere bei Kleinkindern oft als sehr schwierig, und man erwartet sich Hilfestellung im Einsatz objektiver Messverfahren. Die messtechnische Erfassung des elektrisch evozierten Summenaktionspotentiales ("evoked action potential", EAP) als Reaktion des Hörnervs auf die Stimulation erweist sich in diesem Zusammenhang als besonders geeignet, da hier die direkte Messung der Potentiale der Hörnervenfasern erfolgt. Die geringe Amplitude der evozierten Nervenantwort in Kombination mit dem Vorhandensein unvermeidbarer Störartefakte erfordert den Entwurf besonderer Messverfahren. Hierbei besteht die messtechnische Problematik hauptsächlich im Stimulationsartefakt, der den Messverstärker in die Sättigung treibt und eine Restladung an den Elektroden hinterlässt, die sich der neuronalen Antwort überlagert (Artefaktrestspannung). Im Gegensatz zu üblichen Messsystemen, in denen für die Handhabung des Problems der Verstärkersättigung Verstärker mit kurzer Erholzeit eingesetzt werden, wird im hier ein neuartiges Messverfahren vorgestellt, bei dem während der Stimulation der Verstärker und analog-digital-Wandlervon den Elektroden getrennt ist. Anhand von Patientenmessungen mit einem Testsystem, das auf einer anwenderspezifischen integrierten Schaltung mit implementierten Austast-Verstärker basiert, erfolgt die Evaluierung dieses Messkonzeptes. Dieses Verhalten ist auch bei der Simulation einer einzelnen Nervenfaser zu beobachten. Es konnte eine Korrelation zwischen den EAP-Schwellen und den bei 80 Pulse pro Sekunde (pps) gemessenen subjektiven Schwellen von 84% erreicht werden, der Vergleich mit den Maximalpegel angenehmer Lautstärke (MAL) -Werten ergab einen Korrelationskoeffizienten von etwa 50%. Da moderne Cochlea Implantate mit wesentlich höheren Stimulationsraten betrieben werden, spielen letztlich für eine Anpassung des CIs die sich bei diesen hohen Raten ergebenden subjektiven THR- und MAL-Werte eine Rolle. Die Korrelation zwischen der EAP-Schwelle und der bei einer Stimulationsrate von 2020pps gemessener Hörschwelle ergab einen Korrelationskoeffizienten von nur mehr 49%, jene mit den MAL-Werten bei dieser Rate war nicht signifikant. Um trotzdem von EAP-Messungen auf subjektive THR- und MAL-Werte bei hohen Stimulationsraten schließen zu können, muss die Frequenzabhängigkeit der subjektiven Lautstärkeempfindung berücksichtigt werden. Das erfordert die Kenntnis der Hörschwelle für tiefe sowie hohe Stimulationsraten. Bei der Abschätzung der Dynamikbereiche bei nicht-kooperativen Patienten könnten die Hörschwellen beispielsweise mittels Reaktionsaudiometrie bestimmt werden. Die Werte für die beiden Stimulationsraten müssten nicht exakt sein, weil in die Abschätzung des MAL-Wertes ohnedies nur der Quotient aus diesen Werten eingeht.