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Aus dem Med. Zentrum für Hals-Nasen Ohrenheilkunde Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. med. J. A. Werner Direktorin: Frau Prof. Dr. med. Roswitha Berger des Fachbereichs Medizin der Philipps-Universität Marburg in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Standort Marburg „Optimierung der akustischen Reize für die objektive Hörschwellenbestimmung durch AMFR“ Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der gesamten Humanmedizin dem Fachbereich Medizin der Philipps-Universität Marburg vorgelegt von Thomas Berger aus Leipzig Marburg, 2007

„Optimierung der akustischen Reize für die objektive ...archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2007/0246/pdf/dtb.pdfTheodor Fechner und Ernst Heinrich Weber gehörten. Beide Wissenschaftler

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Aus dem Med. Zentrum für Hals-Nasen Ohrenheilkunde

Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie

Geschäftsführender Direktor: Prof. Dr. med. J. A. Werner

Direktorin: Frau Prof. Dr. med. Roswitha Berger

des Fachbereichs Medizin der Philipps-Universität Marburg

in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH,

Standort Marburg

„Optimierung der akustischen Reize für die objektive

Hörschwellenbestimmung durch AMFR“

Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der gesamten Humanmedizin

dem Fachbereich Medizin der Philipps-Universität Marburg

vorgelegt von

Thomas Berger aus Leipzig

Marburg, 2007

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Angenommen vom Fachbereich Medizin der Philipps-Universität Marburg

am: 29. März 2007

Gedruckt mit Genehmigung des Fachbereichs

Dekan: Prof. Dr. med. B. Maisch

Referent: Prof. Dr. med. R. Berger

Korreferent: Prof. Dr. med. J. Röper

2. Korreferent: Prof. Dr. med. N. Sommer

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Meiner Familie

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Inhaltsangabe 1.Einleitung ................................................................................................. 8

1.1 allgemeine Problemstellung............................................................... 9

1.2 Hörprüfmethoden............................................................................. 11

1.2.1 subjektive Hörprüfmethoden..................................................... 12

1.2.2 objektive Hörprüfmethoden ...................................................... 16

1.3 Bedeutung der objektiven Hörprüfung ............................................ 19

1.4 Zielsetzung....................................................................................... 20

2. Literaturübersicht zur Thematik............................................................ 21

2.1 Grundlagen der Hörphysiologie ...................................................... 21

2.1.1 Schallaufnahme ......................................................................... 22

2.1.2 Schallübertragung und Weiterleitung ....................................... 22

2.1.3 Schallverarbeitung..................................................................... 24

2.1.3.1 Das Corti – Organ und der Transduktionsprozess ................ 27

2.1.3.2 Weiterentwicklung des Cochlea Modells............................... 31

2.1.3 Zentrale Hörverarbeitung .......................................................... 33

2.2.Schwerhörigkeiten ........................................................................... 36

2.2.1 Schallleitungsschwerhörigkeiten............................................... 36

2.2.2 Schallempfindungsschwerhörigkeiten ...................................... 37

2.2.2.1 Innenohrschwerhörigkeit........................................................ 37

2.2.2.2 Zentrale Hörstörung ............................................................... 38

2.3 Hörbahnreifung Myelisierung ......................................................... 39

2.3.1 Entwicklung des peripheren Hörorgans .................................... 39

2.3.2 Entwicklung der zentralen Hörbahn.......................................... 40

2.3.3 Hörbahnreifung und seine Auswirkungen ................................ 42

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2.4 Grundlagen der akustisch evozierten Potentiale.............................. 44

2.4.1 Allgemein .................................................................................. 44

2.4.2 Geschichtlicher Rückblick ........................................................ 45

2.4.3 Anatomische-physiologische Grundlage .................................. 46

2.4.4 Klassifikation............................................................................. 47

2.4.5 generelle Untersuchungstechnik und Durchführung................. 49

2.5 Hirnstammaudiometrie (BERA, ABR)............................................ 52

2.6 Akustische Reizung mittels AMFR – ASSR................................... 55

2.7 Reizformen für die Ableitung AEP ................................................. 59

2.7.1 Tonimpulse................................................................................ 59

2.7.2 Click-Reize................................................................................ 60

2.7.3 Chirp-Reize ............................................................................... 62

2.7.4 Neue Reize ................................................................................ 64

3. Material & Methodik............................................................................. 66

3.1 Beschreibung der neuen Stimuli ...................................................... 66

3.2 Versuchspersonen ............................................................................ 72

3.3 Messvorbereitung und Messdurchführung ...................................... 74

3.4 Auswertung...................................................................................... 76

3.5 Statistische Bearbeitung................................................................... 78

4. Ergebnisse ............................................................................................. 79

5. Diskussion ............................................................................................. 85

6. Zusammenfassung und Fazit................................................................. 89

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7. Tabellen ................................................................................................. 92

8. Abbildungsverzeichnis .......................................................................... 94

9. Literatur ............................................................................................... 100

10. Anhang .............................................................................................. 109

11. Lebenslauf ......................................................................................... 112

12. Verzeichnis der akademischen Lehrer .............................................. 114

13. Danksagung....................................................................................... 115

14. Ehrenwörtliche Erklärung ................................................................. 116

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Abkürzungen:

o AABR: Automated Auditory Brainstem Responses

o Abb.: Abbildung

o ABR: Auditory Brainstem Responses

o ADANO: Arbeitsgemeinschaft Deutschsprachiger Audiologen und

Neurootologen

o AEP: Auditorisch evozierte Potentiale

o AM: Amplitudenmodulation

o AMFR: Amplitude Modulation Following Response

o ASSR: Auditory Steady State Response

o BERA: Brainstem Electric Responses Audiometry

o CERA: Cortical Evoked Response Audiometry

o CORA: Audiometrie mit konditionierten Orientierungsreflexen

o CW: Cosinus-Wave

o dB: Dezibel

o dB SL dB Sensation Level

o dB SPL dB Sound Pressure Level

o DPOAE: Otoakustische Emissionen von Distorsionsprodukten

o EcochG: Elekrocochleographie

o EEG: Elektro-Encephalogramm

o EOAE: Evozierten otoakustischen Emissionen

o ERA: Electric Response Audiometry

o et. al. und andere

o FAEP: Frühe akustisch evozierte Potentiale

o FM: Frequenzmodulation

o FO: Frequency offset

o FFT: Fast Fourier Transformation

o Gl.: Gleichung

o Hz: Hertz

o kΩ: Kilo Ohm

o MAEP: Mittlere auditorisch evozierte Potentiale

o MASTER: Multiple Auditory Steady-State Evoked Response

o MC: Multi-Carrier

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o MIRA: Multichannel Infant Reflex Audiometry

o NN-BERA: Notched-Noise-BERA

o nHL: normal Hearing Level

o NHS: Neugeborenen Hörscreening

o OAE: Otoakustische Emissionen

o PC: Phase corrected

o PC*: modifizierte Rayleigh Test

o p.c: post conceptionem

o REM: Rapid-Eye-Movement

o SAEP: Späte auditorisch evozierte Potentiale

o SFOAE: Stimulusfrequenzemissionen

o SNR: Signal-Rausch-Verhältnis

o SOAE: Spontane otoakustische Emissionen

o SSW: Schwangerschaftswoche

o Tab.: Tabelle

o TEOAE: Transitorisch evozierte otoakustische Emissionen

o VCR: Audiometrie mit visueller Verstärkung

o WHO: Weltgesundheitsorganisation der Vereinten Nationen

o ZNS: Zentrales Nervensystem

Ansonsten gelten die SI - Einheiten

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1.Einleitung

Das menschliche Ohr verarbeitet Schallreize mit äußerster Präzision. Die große

Leistungsfähigkeit des Ohres umfasst Lautstärken zwischen 10 dB, wie das

Blätterrauschen bis hin zu 120 dB, einem Donnerknall, der schmerzhaft empfunden

werden kann. Beim leisesten Geräusch ist der Schalldruck millionenfach kleiner als

beim lautesten. Der Schalldruck an der Hörschwelle beträgt ein Milliardstel des

atmosphärischen Drucks.

Neben der hohen Sensitivität und dem großen Dynamikbereich verfügt das Hörorgan

über einen großen Frequenzbereich und eine große Frequenztrennschärfe. Der

Frequenzbereich des menschlichen Ohres umfasst mehr als 10 Oktaven. Ein geschultes

Ohr kann zwei Töne differenzieren, deren Frequenzunterschied nur 0,2% beträgt.

Kaum eine Sinneswahrnehmung, wie die des Hörens, vermag einen so tiefen und

nachhaltigen Eindruck der uns umgebenden Welt zu vermitteln und wird doch

gleichzeitig so sehr vernachlässigt. Wir leben in einer geräuschvollen Welt. Ihre

Gefahren können sich mit großen Lautstärken ankündigen deren Wahrnehmung

lebenswichtig sein kann.

Keine andere Sinneswahrnehmung besitzt einen so ausgedehnten Dynamikbereich bei

gleichermaßen hervorragend ausgeprägten Fähigkeiten der Analyse und Synthese.

Erstere äußert sich z. B. in der Möglichkeit, Tonhöhen absolut zu bestimmen, letztere

z. B. in der, ein Klanggemisch als Musik oder Sprache wahrzunehmen. Leise Klänge

der Natur oder einer Musik erzeugen ein ”akustisches Abbild“ des Raumes, in dem wir

uns befinden.

Das Ohr kann uns wie kein anderes Sinnesorgan unterschiedliche Eindrücke

vermitteln, diese können uns beruhigen oder aber auch aggressiv und nervös stimmen.

Der Leistung des Ohres haben wir die zwischenmenschliche Kommunikation zu

verdanken, denn nur dass was wir „hören“, können wir auch verarbeiten. Dazu muss

eine Analyse des Schalls erfolgen. Eine solche Schallverarbeitung findet im Innenohr

statt und ermöglicht dass wir Sprache aufnehmen und entwickeln können.

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1.1 allgemeine Problemstellung

Sprache gilt als wichtigstes Medium für die zwischenmenschliche Kommunikation.

Zum Spracherwerb ist ein ungestörtes Hörsystem eines der wichtigsten

Voraussetzungen.

Schon im Altertum wurde das Hören als der wichtigste Sinn erkannt und es war

bekannt, dass bei seinem Ausfall kein Spracherwerb möglich ist.

Trotz dieses Wissens und der Bedeutung des Hörsinns für die Sprachentwicklung

werden Schwerhörigkeiten bei Kindern auch heute noch zu spät diagnostiziert [25].

Bei einer Datenerhebung, die mit Eltern schwerhörigen Kindern von Hartmann [30]

durchgeführt wurde, konnte festgestellt werden, dass durchschnittlich bis 21 Monate

vergehen, bis hochgradige Schwerhörigkeiten diagnostiziert werden. Ursache dieses

Missstandes lässt sich auf vielfältige Faktoren zurückführen.

Primär herrscht eine weitreichende Unkenntnis über die frühzeitige Erkennung von

Hörstörungen im Kindesalter und weiterhin wurde und wird mit diagnostisch nicht

gerechten Hörprüfmethoden untersucht.

Zur Revidierung dieses Missstandes wird in letzter Zeit intensiv an der Einführung

einer flächendeckenden und funktionierenden Hörscreening - Methodik gearbeitet.

Die Umsetzung dieser Herausforderung ist eine Aufgabe von sozialer Bedeutung und

bedarf der materiellen und ideellen Unterstützung und Förderung aller Gruppen der

Gesellschaft.

Die WHO hat klare Richtlinien und Empfehlungen für die Einführung von

Vorsorgeuntersuchung erstellt. Voraussetzungen sind Aussagen zur

Krankheitshäufigkeit, Klärung der Diagnosesicherung, der Therapiefähigkeit, der

Nachsorge und auch wirtschaftliche Gesichtspunkte müssen berücksichtigt werden.:

• Die gesuchte Erkrankung ist ernst

• Die gesuchte Erkrankung ist häufig

• Es muss ein erkennbares latentes oder symptomatisches Stadium der Krankheit

geben

• Die Erkrankung muss therapierbar sein

• Früher Therapiebeginn soll die Prognose verbessern

• Weitere Diagnostik und Therapie muss verfügbar sein

• Screening–Methode muss zumutbar sein

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• Screening–Verfahren muss genügende Güteeigenschaften haben

• Koordination von Screening und Diagnostik

• Früherkennung und Frühbehandlung haben positive Kosten/Nutzen-Relation

Für die westliche Welt gilt, dass von 1000 lebendgeborenen Kinder 1-2 mit einer

hochgradigen Schwerhörigkeit geboren werden [25],[29].

Vergleicht man diese Inzidenz mit den Krankheitshäufigkeiten heute schon üblichen

Vorsorgeuntersuchungen wie bei der Phenylketonurie 1: 10000, Hypothyreose 1:3500,

dann wird die Dringlichkeit für die Einführung einer Früherkennungsmaßnahme zum

Ausschluss einer Hörstörungen unterstrichen. Wichtige Voraussetzungen zur

Einführung eines Hörscreenings sind Prüfmethoden mit hoher Spezifität und einer

Praktikabilität in der Durchführung. Dazu zählen eine schnelle und für jedermann,

leicht durchführbare Messung.

Solche Untersuchungsmethoden existieren bereits.

Die bisher benutzten objektiven Hörprüfmethoden, zu denen die

Hirnstammaudiometrie (Brainstem Electric Responses Audiometry - BERA) und die

otoakustischen Emissionen (OAE) gehören, ermöglichen unterschiedliche

Bewertungen hinsichtlich der topographischen Zuordnung einer Hörstörung. Die

Hirnstammaudiometrie gestattet den Ausschluss einer Hörstörungen bis zum

Hirnstamm. Der Nachweis von otoakustischen Emissionen ist Ausdruck einer intakten

Funktion der äußeren Haarzellen in der Cochlea. Trotz der Möglichkeit Hörstörungen

objektiv nachzuweisen, bestehen bis heute Grenzen in der exakten Bewertung des

Hörverlustes. Die BERA lässt derzeit keine schwellennahe Hörprüfung zu und die

OAE sind durch Geräusche in der Umwelt als sehr störanfällig einzuschätzen. Sie

erlauben außerdem keine Bewertung einer retrocochleären Störung.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung zur Optimierung akustischer Reize um

möglichst schwellennahe Hörantworten zu erhalten, die dann im Einsatz beim

Hörscreening genutzt werden können.

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1.2 Hörprüfmethoden

Die Untersuchung der Sinneswahrnehmung geht auf Psychophysiker zurück, zu denen

Theodor Fechner und Ernst Heinrich Weber gehörten. Beide Wissenschaftler waren in

Leipzig tätig. Ihnen ist zu verdanken, dass die Beziehungen zwischen objektiven

physikalischen Dimensionen und subjektiver Empfindung in ein kausales

Abhängigkeitsverhältnis gebracht werden können.

Überprüfung des Hörvermögens gestaltet sich besonders bei Kleinkindern schwierig.

Bei Erwachsenen wird zur Bestimmung der Hörschwelle meist die

Tonschwellenaudiometrie angewandt. Es ist üblich, dass mittels einer Geste oder durch

Knopfdruck signalisiert wird, ob ein über Kopfhörer angebotener Ton wahrgenommen

wird. Die Tonschwellenaudiometrie ermöglicht Aussagen über den Hörverlust

bezüglich der Lautstärke und der Frequenz. Diese Art der Hörprüfung verlangt die

aktive Mitarbeit der Patienten und bietet dadurch jedoch auch viel Raum für

Fehlinterpretationen.

Diese Methoden sind jedoch für eine Überprüfung des Hörvermögens von

Kleinstkinder ungeeignet, da Kinder frühestens ab dem 3. Lebensjahr in der Lage sind,

aktiv an einem Hörtest mitzuwirken. Gerade aber in diesem Alter ist es besonders

wichtig, verlässliche Aussagen über das Hörvermögen des Kindes zu erhalten.

Für die Diagnostik kindlicher Hörstörungen werden in der Pädaudiologie

unterschiedliche, sich aber ergänzende Hörprüfverfahren genutzt. Es ist notwendig

sehr zeitig eine Aussonderungsuntersuchungen (Screening) durchzuführen und nach

entsprechenden Hinweisen auf ein auffälliges Ergebnis, muss möglichst schnell eine

exakte Bestimmung des Hörverlustes erfolgen. Dafür ist die Anwendung von

objektiven Hörprüfungen erforderlich. Selbstverständlich müssen auch

Verhaltensbeobachtungen im sogenannten „Freifeld“ zur Diagnosesicherung

durchgeführt werden. Gerade in der Diagnostik kindlicher Schwerhörigkeiten müssen

subjektive und objektive Hör-Prüfmethoden eingesetzt werden. Beide Verfahren haben

ihre Berechtigung aber auch ihre Grenzen. Eine wichtige Aufgabe der Pädaudiologie

besteht darin, beide Methoden ergänzend zu nutzen, wobei den objektiven Verfahren

die größere Bedeutung zugeschrieben wird.

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1.2.1 subjektive Hörprüfmethoden

Bei dieser Vorgehensweise werden Reaktionen auf angebotene Schallreize bewertet

und auf ihre Reproduzierbarkeit überprüft.

Da hierbei überschwellige akustische Stimuli eingesetzt werden, ist eine exakte

Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Hörorganes nicht möglich.

Es handelt sich bei den subjektiven Methoden somit um eine relativ „grobe“ Form der

Hördiagnostik, die zudem stark an die Beobachtungsgabe und die Genauigkeit des

Untersuchers gebunden ist.

Darüber hinaus variieren die zu beobachtenden Reaktionen in Abhängigkeit vom Alter

des untersuchten Kindes.

Die Reflexaudiometrie findet bei Neugeborenen bis zum 4. Lebensmonat

Verwendung.

Das Prinzip dieses Verfahrens beruht auf der Auslösung unbedingter Reflexe durch die

Stimulation mit überschwelligen Reizen und kann auch als objektiver Test angesehen

werden.

Die ausgelösten Reflexe zeigen sich in Form von sogenannten Reflexbewegungen, wie

beispielsweise Augenbewegung oder auch in dem Innehalten von Bewegungen.

Darüber hinaus lassen sich Änderungen der Atem- und Herzfrequenz sowie der Mimik

beobachten.

Beobachtete Reaktionen bei Säuglingen nach akustischem Stimulus:

• Moro-Reflex

• Aureopalpebralreflex

• Bewegung der oberen Extremität(en), STARTL-Reflex

• Bewegung der unteren Extremitäten

• Innehalten der Bewegung

• Atemfrequenzänderung, wiederholbar

• Mimikänderungen, Saug-Schmatzbewegungen

• sonstige reproduzierbare Reaktionen

• keine Reaktionen [63]

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Als weitere Methoden der Reflexaudiometrie werden unter anderem die Multichannel

Infant Reflex Audiometry (MIRA) im 1.Lebensjahr, Crib-o-gram bei Neugeborenen,

Babybett (nach Biesalski) ab 3.Lebensmonat [10] eingesetzt.

Trotz der bereits erwähnten Einschränkungen stellt die Reflexaudiometrie wegen ihres

geringen zeitlichen und materiellen Aufwandes einen wichtigen Teil der

pädaudiologischen Diagnostik dar.

Ab etwa dem 4. Lebensmonat berücksichtigt der Untersucher unbewusste

Orientierungs-reaktionen [32], welche entwicklungsphysiologisch an die Stelle der

unbedingten Reflexbewegungen treten.

Als problematisch erweist sich die schlechte Reproduzierbarkeit dieser unbewussten

Orientierungsreaktionen [28].

Hieraus resultieren unbefriedigende Ergebnisse, die den großen technischen Aufwand

zur Registrierung der Orientierungsreaktionen kaum rechtfertigen [99].

Im 2.-3. Lebensjahr eingesetzte Verfahren beruhen auf der Bahnung von

Orientierungs-reaktionen.

Dies geschieht durch Stimulation mit Licht- und Schallreizen, wobei der Lichtreiz als

Belohnung für die Reaktion auf den überschwelligen Schallreiz dient [28].

Durch wiederholtes „Training“ dieser bedingten Reflexe wird die Reaktion des Kindes

auf die angebotenen Reize zunehmend exakter.

Bekannt geworden sind diese Verfahren unter den Namen Audiometrie mit

konditionierten Orientierungsreflexen (CORA) sowie Audiometrie mit visueller

Verstärkung (VCR).

Mit etwa 3 Jahren ist bei Kindern ein gewisses Maß an Kooperation zu erwarten, was

den Einsatz der Spielaudiometrie erlaubt. Dabei wird die Hörreaktionsschwelle durch

eine Spielhandlung im freien Schallfeld ermittelt. Idealerweise werden für diese

Methode Kopfhörer zur Darbietung des Testtons verwendet, um eine seitengetrennte

Analyse des Hörvermögens zu ermöglichen. Das Kind lernt einen gehörten Ton als

Aufforderung für eine Spielhandlung anzusehen [81].

Nachdem es einen Ton über den Kopfhörer wahrgenommen hat, darf es beispielsweise

Bauklötze aufeinander stellen. Hier stehen mehrere Varianten bezüglich der

„Belohnung“ zur Verfügung, wobei es sinnvoll ist, die „Belohnungsform“ den

spielerischen Vorlieben des Kindes anzupassen. Aufgeführt seien hier nur das

Ingangsetzen einer Eisenbahn [38] oder das Abspielen eines Märchenfilmes auf

Knopfdruck nach wahrgenommenem Testton [39]. Wichtig ist zu erwähnen, dass bei

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der Spielaudiometrie die bewusste Reaktion des Kindes auf Schallreize im

Vordergrund steht.

In der Tonaudiometrie werden dem Probanden über Kopfhörer Testtöne mit

verschiedenen Frequenzen und Lautstärken angeboten. Nach der Wahrnehmung des

Tones erfolgt eine Rückmeldung durch Knopfdruck, bei kleinen Kindern oder

entwicklungsreduzierten älteren Kindern erfolgt die Antwortgebung durch

Klötzchenstecken oder Ringe auffädeln. Durch dieses Verfahren kann die Hörschwelle

für Knochen- und Luftleitung bestimmt werden. Unter Hörschwelle versteht man dabei

die Lautstärke, bei der ein Ton gerade eben wahrnehmbar wird. Der Abstand zwischen

der Hörschwelle eines hörbeeinträchtigen Kindes und der eines normalhörenden

Kindes heißt Hörverlust.

Die Tonschwellenaudiometrie kann in der Regel ab dem 4. Lebensjahr durchgeführt

werden.

Die Sprachaudiometrie dient der Prüfung des Sprachverständnisses. Zur Einhaltung

konstanter Reizparameter wird das Prüfmaterial von einem Tonträger (Zahlen,

Einsilber und Satzreihen) monaural oder binaural in unterschiedlichen Lautstärken

über Lautsprecher oder Kopfhörer angeboten. Das Sprachverständnis wird in Prozent

der verstandenen Wörter angegeben. Zur Erfassung des kindlichen

Sprachverständnisses existieren spezielle standardisierte Testverfahren, wie der

Mainzer Kindersprachtest [9] oder der Göttinger Kindersprachverständnistest [36].

Der Mainzer Kindersprachtest ist in drei Gruppen aufgeteilt. Der Sprachtest I

entspricht inhaltlich dem Wortschatz normalhörender Kinder unter vier Jahren. In Test

II werden Kinder von vier bis fünf Jahren erfasst und Test III kommt für Kinder von

sechs bis acht Jahren zur Anwendung. Bei den Testen I und II kann zusätzlich eine

Bildserie angeboten werden.

Der Göttinger Sprachverständnistest I ist für das Kindergartenkind (3-4 Jahren) und

der Göttinger Sprachverständnistest II für das Vorschulkind (5-6 Jahren) geeignet.

Die gehörten Wörter müssen Symbolen zugeordnet werden.

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Die Sprachaudiometrie im freien Schallfeld bietet eine wichtige Information über die

tatsächliche Hörleistung.

Eine quantitative Bestimmung des Gehörs und eine grobe Orientierung, ob ein

Innenohr- oder Mittelohrschaden vorliegt, geschieht durch die Sprachabstandsprüfung.

Beim Innenohrschaden besteht eine große Differenz zwischen dem Verstehen von

Flüstern und der Umgangsprache, während bei einer Mittelohrschwerhörigkeit das

Verstehen bei beiden Sprechweisen annähernd gleich eingeschränkt ist [53]. Während

beim Erwachsenen und älteren Kind die Hörweite mit Umgangs- und Flüstersprache

durch Vorsprechen zweisilbiger Zahlen aus verschiedenen Abständen geprüft wird,

geschieht dies beim Kleinkind oder mehrfach behinderten Kind durch Nennen von

Spielzeug, welches das Kind, sofern es das Prüfwort verstanden hat, aus dem vor ihm

liegenden Spielzeug auswählen soll [37]. Dabei wird auch das Sprachverständnis mit

erfasst.

Die Prüfung des Sprachverständnisses unter dem Einfluss von Störlärm kommt den

Verhältnissen im täglichen Leben näher [81]. Sie empfiehlt sich daher für besondere

Fragestellungen, wie für die Anpassung von Hörgeräten, die Beurteilung von

geringgradigen Hörminderungen und die Erfassung von funktionellen Hörstörungen

[6]. Mit der Prüfung des Sprachverständnisses im Störlärm kann auch der Hörgewinn

durch die Hörgeräteversorgung insbesondere bei einseitiger Schwerhörigkeit beurteilt

werden.

Zuletzt sei noch erwähnt, dass zur Testung zentraler Hörleistungen der dichotische

Sprachtest zur Verfügung steht. In der Kinderaudiometrie wird der Test von

Uttenweiler, eine kindgerechte Modifikation des Feldmann-Test für Erwachsene. Er

dient der Diagnostik bei zentralen auditiven Wahrnehmungsstörungen gedacht [54].

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1.2.2 objektive Hörprüfmethoden

Ein bedeutender Bestandteil der objektiven Verfahren ist die Impedanzaudiometrie

durch Tympanometrie und Stapediusreflexmessung.

Die ersten Untersuchungen erfolgten durch Metz (1942), der schon wesentliche

Erkenntnisse über die Funktion der Mittelohrmuskeln und der Tube erarbeitete.

Die Tympanometrie stellt eine indirekte Tubenfunktionsprüfung dar, indem sie die

Auswirkungen mangelnder Paukenbelüftung registriert, nämlich den Unterdruck, der

als Folge unzureichender Tubenöffnung entsteht, oder bei einer

Flüssigkeitsansammlung im Mittelohr. Hierbei wird die akustische Impedanz des

Trommelfells während einer Druckänderung gemessen. Dazu wird eine Sonde in den

Gehörgang eingebracht, die den Gehörgang vollständig verschließt. Diese Sonde

enthält drei Schlauchleitungen. Die eine leitet einen Sondenton in den Gehörgang, die

andere führt ein Mikrophon und die dritte baut mittels einer Pumpe definierte Über-

und Unterdrücke im Gehörgang auf. Jetzt erzeugt man zunächst einen Überdruck, dann

einen Druckgleichheit wie im Mittelohr und anschließend einen Unterdruck. Dadurch

lässt sich die druckabhängige Impedanzänderung durch die Messung des reflektierten

Sondentonanteils in einer Kurve (Tympanogramm) aufzeichnen.

Diese Untersuchung dient der Bestimmung der Trommelfellbeweglichkeit, der

Tubenfunktion, der indirekten Messung vom Druck im Mittelohr sowie dem Nachweis

von pathologischen Prozessen im Mittelohrbereich und gibt Auskunft über den

Zustand der Gehörknöchelchenkette. Die Tympanometrie sollte immer der

Stapediusreflexmessung und der Registrierung otoakustischer Emissionen

vorgeschaltet werden [85].

Bei der Stapediusreflexmessung wird die Eigenschaft des Musculus stapedius

genutzt, bei Schallreizen, die mehr als 70 dB über der Hörschwelle liegen, sich zu

kontrahieren (akustikofazialer Reflex). Der akustikofaziale Reflex, der im Hirnstamm

mit dem Nervus cochlearis als afferenten Schenkel und dem Nervus facialis als

efferenten Schenkel verschaltet ist, wird hierbei gemessen [85].

Die Kontraktion des Musculus stapedius führt zu einer messbaren Änderung

(Erhöhung) der akustischen Impedanz und zu einer Abschwächung der

Schallübertragung. Der Stapediusreflex wird meist bei Schallstimuli mit 500, 1000,

2000 und 4000 Hz bei einem Sondenton von 220 Hz geprüft. Die Schwelle für den

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Stapediusreflex liegt beim gesunden Gehör für die genannten Töne zwischen 70 und

90 dB. Zur Auslösung des Reflexes wird das kontralaterale Ohr (Reizohr) beschallt

und auf dem zu messenden Ohr (Sondenohr) die Impedanzänderung über den

reflektierten Sondentonschallanteil gemessen.

Voraussetzung für die Messung des Stapediusreflex ist eine funktionierende

Gehörknöchelchenkette und ein intaktes Trommelfell.

Ist der akustische Widerstand, z.B. durch einen Erguss im Mittelohr, ohnehin deutlich

erhöht, lässt sich der Stapediusreflex nicht mehr auslösen Weitere pathologische

Befunde sind etwa bei Adhäsionen, Fazialisparese und

Schallempfindungsschwerhörigkeit sowie einem Akustikneurinom zu erwarten. Bei

Innenohrschwerhörigkeiten, zumindest bei gering bis mittelgradigen

Innenohrschwerhörigkeiten, findet man nicht selten eine normale Stapediusreflex-

Schwelle.

Zusätzlich kann, über die Registrierung der, durch die Bewegung des Trommelfells

(Tympanic Membran Displacement) provozierten Volumenänderung des äußeren

Gehörgangs, Rückschlüsse über den intracochleären perilymphatischen Druck und den

intrakraniellen Druck Rückschlüsse gezogen werden [11].

Beide Verfahren zur Impedanzmessung liefern aussagekräftige Ergebnisse zur

Funktion des Gehörknöchelchen- Trommelfell- Apparates und können bei

entsprechenden Messwerten Hinweise auf eine Hörstörung geben [24],[28].

Bei den otoakustische Emissionen (OAE) handelt es sich um Schallaussendungen des

Innenohrs, die in der Cochlea generiert werden, und retrograd über die

Gehörknöchelchenkette und das Trommelfell nach außen gelangen, wo sie mit einem,

im äußeren Gehörgang platzierten, empfindlichen Mikrophon nachgewiesen werden

können. Sie entstehen als Folge der periodischen Kontraktion äußerer Haarzellen und

ihrer assoziierten mechanischen Strukturen [40].

Der Hörnerv ist bei der Erzeugung der OAE´s nicht beteiligt und es können demnach

keine Aussagen über den Verlauf oder Ausschlüsse über mögliche pathologische

Veränderungen erfolgen..

Die Otoakustischen Emissionen können spontan vorhanden sein, spontane

otoakustische Emissionen (SOAE) oder mit akustisch Reizen erzwungen werden.

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SOAE können bei Normalhörigen in durchschnittlich 44% nachgewiesen werden

[125], bei Innenohrschwerhörigen sind sie hingegen nur selten nachweisbar. Der

klinische Nutzen ihres Nachweises ist zwar gering, doch es ist zu beachten, dass sie

andere OAE in Frequenz und Amplitude beeinflussen [91].

Die Messung der evozierten otoakustischen Emissionen OAE (EOAE) hingegen hat

sich in der audiologischen Diagnostik etabliert. Sie werden durch externe akustische

Reize ausgelöst und als transitorisch evozierte otoakustische Emissionen (TEOAE)

oder otoakustische Emissionen von Distorsionsprodukten (DPOAE) nachgewiesen.

Eine weitere Form der OAE, die Stimulusfrequenzemissionen (SFOAE), entstehen bei

stationärer Anregung mit einem Ton. Sie haben die Frequenz des anregenden Tones

und geben die Emission im schmalen Bereich des Wanderwellenmaximums wieder. Im

Ganzen gesehen haben sie keine klinische Relevanz, und werden nicht zu

audiologischen Zwecken genutzt. Während die Stimuli bei der Messung von DPOAE

aus der simultanen Darbietung zweier, in Frequenz und Lautstärke unterschiedlicher,

Sinustöne (Primärtöne) besteht, wird zur Auslösung von TEOAE ein breitbandiger

Stimulus, ein sogenannter Click - Reiz, verwendet.

Durch die Verwendung des breitbandigen Click-Stimulus wird fast die gesamte

Cochlea angeregt. An Stellen mit einer unregelmäßigen Anordnung der äußeren

Haarzellen kann es zu Impedanzsprüngen mit unterschiedlicher Verformbarkeit der

Basilarmembran kommen.

Diese Regionen der Cochlea werden durch den Click häufiger erreicht als durch die

bitonale Stimulation bei Messung der DPOAE. Die Messung der TEOAE eignet sich

so eher für eine globale Überprüfung der Cochlea - Funktion, wogegen DPOAE besser

dazu geeignet sind, um die Funktionsfähigkeit der Cochlea in einem bestimmten

Frequenzbereich zu testen [95].

Die wichtigste Anwendung der OAE ist die Screeninguntersuchung der cochleären

Funktion bei Neugeborenen, Säuglingen und Kleinkindern. Sie ermöglicht schnell und

ohne Sedierung einen Überblick über eine mögliche Hörstörung. Die Lokalisation der

Schwerhörigkeit, Mittelohr oder sensineural, und das Ausmaß können mit des

otoakustischen Emissionen nicht bestimmt werden.

Einen großen Anteil an der objektiven Hördiagnostik haben Verfahren, bei denen unter

Zuhilfenahme verschiedener Meßmethoden, Potentialänderungen neuronaler Synapsen

der menschlichen Hörbahn nach Stimulation durch Schallreize abgeleitet werden.

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Bei diesen objektiven Hörprüfmethoden handelt es sich um die Erfassung von

auditorisch evozierten Potentialen (AEP). Da sich die zugrunde liegende Arbeit

diesem Verfahren näher beschäftigt, wird in der Literaturübersicht unter den Punkten

2.4 und 2.5 genauer auf diese Methode zur objektiven Hörprüfung eingegangen.

1.3 Bedeutung der objektiven Hörprüfung

Im Gegensatz zu den psychoakustischen, subjektiven Verfahren erlaubt die objektive

Audiometrie die Prüfung des Hörvermögens ohne die aktiven Angaben des Patienten.

Die Untersuchungen messen Funktionen des Gehörs an Hand physiologischer und

objektiver Parameter. Dadurch helfen sie bei der Interpretation von

verhaltensaudiometrischen Ergebnissen. Vor allem die Untersuchung des Gehörs von

Säuglingen, Kleinkindern und Personen mit mentalen oder kognitiven

Einschränkungen bietet einen großen Einsatzbereich für die objektiven

Hörprüfmethoden.

Heutzutage versteht man unter objektiven Hörprüfungen im engeren Sinne Verfahren,

die sich an das EEG, die Hirnstrommessung, anlehnen.

Grundansatzpunkt ist, im Gegensatz zu subjektiven psychoakustischen Verfahren, die

Möglichkeit der Beurteilung des Hörvermögens alleine durch Registrierung

auditorischer reizkorrelierter Parameter. Damit öffnet sich ein großes Feld von

Diagnosemöglichkeiten mit großer ständig steigender Bedeutung.

Im Fachbereich der Audiologie liegt das Hauptaugenmerk auf der

Hörschwellendiagnostik. Dabei können mit der Registrierung auditorisch evozierter

Potentiale Aussagen über kindliche Hörstörungen gewonnen werden oder bieten Hilfe

zur Aufdeckung von nichtorganischen Hörstörungen, wie Aggravation und

psychogene Hörstörungen.

Andere klinische Anwendungsgebiete finden sich mit der Topodiagnostik zwischen

cochleären und retrocochleären Hörstörungen oder dem Nachweis eines

Akustikusneurinom. Auch in der Neurologie werden zur Differenzierung von

ischämischen Hirnläsionen oder der Multiplen Sklerose objektive Hörprüfungen

herangezogen und werden mit Sicherheit in Zukunft an Bedeutung gewinnen.

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1.4 Zielsetzung

Die Prävalenz von frühkindlichen Hörstörungen wird unterschiedlich angegeben und

liegt nach Schätzungen von Watkin, White u.a. bei 1,5 bis 6 pro 1000 Lebendgeburten

[116]. Somit stellen Hörschäden mit eine der häufigsten Erkrankungen bei

Neugeborenen dar [114]. Eine frühzeitige und exakte Diagnostik kindlicher

Hörstörungen ist wie bei kaum einem anderen Krankheitsbild Vorbedingung für eine

suffiziente Therapie und sollte niemals nur mit einer Methode erfolgen. Erst die

Anwendung unterschiedlicher Testmethoden erlaubt es, mit hinreichender Sicherheit

Rückschlüsse auf das Ausmaß der Störung und ihren eventuellen Sitz zu ziehen.

Regelmäßige Kontrollen nach einer diagnostizierten Hörstörung sind darüber hinaus

erforderlich, um eine Progredienz des Hörverlustes rechtzeitig zu erkennen und

therapeutisch zu würdigen [48].

Mit Hilfe der akustisch evozierten Potentiale und der Hirnstammaudiometrie werden

Verfahren benutzt, um Hörstörungen schnell und sicher zu diagnostizieren.

Aufgabe der vorliegenden Studie ist es, die Effizienz neuer phasenkompensierten

Breitband-Stimuli an einer großen Gruppe von normalhörenden jugendlichen

Probanden zu prüfen und mit der des Standard-Clicks sowie des Flat-Chirps nach Dau

et al. (2000) zu vergleichen.

Die Ergebnisse die im Rahmen dieser Studie ermittelt werden, sollen außerdem dazu

dienen die Realisierbarkeit der neuer Reize im Einsatz eines "frequenzspezifischen"

Hörscreening zu überprüfen.

Damit erhofft man sich eine besonders kurze Messzeit und ein hörschwellennahes

Ergebnis bei der Hörschwellendiagnostik zu ermöglichen.

Besondere Bedeutung hat eine solches Resultat im Einsatz beim Neugeborenen

Hörscreening (NHS) [7],[8]. Ein sicheres und schnelles Verfahren hilft unverzüglich

mit der Versorgung des hörgeschädigten Kindes zu beginnen, unnötige

Folgeuntersuchungen zu vermeiden oder damit verbundene unnötige Beunruhigung

der Eltern bei unsicherem Ergebnis zu verhindern.

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2. Literaturübersicht zur Thematik

2.1 Grundlagen der Hörphysiologie

Das Ohr ist eines der wichtigsten Sinnesorgane des Menschen. Über das Ohr erfolgt

die Aufnahme von Schall und ermöglicht dadurch die sprachliche Kommunikation,

ohne die ein Individuum aus der Gesellschaft ausgeschlossen sein kann [19]. Der für

die Schallverarbeitung wichtigste Teil des Ohres liegt im härtesten Knochen des

Schädels, dem Felsenbein und ist dadurch weitestgehend vor mechanischen

Einflüssen geschützt.

Physiologisch betrachtet gliedert man das Ohr in einen peripheren und einen zentralen

Anteil.

Das periphere Hörorgan, im Schläfenbein (Os temporale) gelegen, wird in drei

Abschnitte eingeteilt: Äußeres Ohr, Mittelohr und Innenohr.

Abb. 1: Auditorische Peripherie des Menschen, nach Dallos [15]

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2.1.1 Schallaufnahme

Das äußere Ohr (Auris externa) wird durch die Ohrmuschel (Auricula) und den

äußeren Gehörgang gebildet. Durch seine trichterförmige Anatomie werden

Schallwellen differenziert den sensiblen Mittelohrstrukturen zugeführt [84].

Darüber hinaus besitzt die Ohrmuschel eine Richtcharakteristik, die zur Lokalisation

der Schallquelle beiträgt. Abhängig vom Ort der Schallquelle werden bereits

bestimmte Frequenzkomponenten verstärkt oder abgeschwächt [94]. Der so

modifizierte Schall wird durch den äußeren Gehörgang praktisch dämpfungsfrei bis

zum Trommelfell geleitet.

Die Resonanzfrequenz des circa drei cm langen Gehörganges liegt bei 3 kHz,

entsprechend findet sich das Maximum der Übertragungsfunktion im Frequenzbereich

von 1-4 kHz [10].

2.1.2 Schallübertragung und Weiterleitung

Das Mittelohr (Auris media) umfasst Trommelfell, Paukenhöhle, die pneumatischen

Räume und steht über die Ohrtrompete (Tuba Eustachii) mit dem Nasopharynx in

Verbindung. Zum Innenohr hin wird es durch das ovale Fenster begrenzt. Das Cavum

tympani als wichtigster Mittelohrraum ist gegen den äußeren Gehörgang durch das

Trommelfell abgegrenzt, welches seinerseits über eine Kette aus drei

Gehörknöchelchen an das Innenohr gekoppelt ist. Diese bilden die Schallleitungskette

und sind maßgeblich an der Hauptfunktion des Mittelohres, der Impedanzanpassung

und Übertragung der Schwingungen des Trommelfells auf das Innenohr, beteiligt. Die

zweite wichtige Funktion besteht im Ausgleichen der sich ständig ändernden statischen

Luftdrücke zwischen der Paukenhöhle und der Atmosphäre.

Die wichtigste Aufgabe des Mittelohres ist die Impedanzanpassung, denn es überträgt

den Schall aus dem Medium Luft auf das Medium Flüssigkeit des Innenohres. Da

diese beiden Medien verschiedene Schallkennimpedanzen besitzen, entstehen bei der

Übertragung des Schalls Reflexionsverluste. Das Ziel des Trommelfell-

Gehörknöchelchen-Apparates ist es, diese zu minimieren. Die Impedanzanpassung

wird durch eine Druckerhöhung über zwei verschiedene Mechanismen erreicht.

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Zum einen ist die Stapedesfußplatte erheblich kleiner als die Kontaktfläche von

Hammer und Trommelfell. Das ovale Fenster weist 3 mm2 auf im Vergleich zu der 50

mm2 großen Fläche des Trommelfelles. So entsteht bei gleicher Kraft der Schallwelle

ein höherer Druck. Zum anderen wird durch die Hebelwirkung der unterschiedlich

langen Gehörknöchelchen eine Druckerhöhung um den Faktor 1,3 erreicht. Dadurch

erfolgt die Schallübertragung im Mittelohr mit nur minimalen Reflexionsverlusten.

Die Schallübertragung ist frequenzabhängig, da physikalische Größen wie Masse,

Elastizität und Schwingungseigenschaften des Trommelfelles beteiligt sind [94].

Die Resonanzfrequenz des Mittelohr, bei der die Schallenergie besonders effektiv

übertragen wird, liegt bei 1-4 kHz, was dem Schallspektrum unserer Sprache

entspricht.

Zusätzlich kann die Schallübertragung durch die zwei Mittelohrmuskeln reguliert

werden. Der Musculus tensor tympani setzt am Hammer an, der Musculus stapedius

am Stapes. Die Binnenohrmuskeln dämpfen die Schwingungen der

Gehörknöchelchenkette. Ein längeres Nachschwingen, das für die Schallübertragung

sehr nachteilig wäre, wird so vermieden. Außerdem verhindern die Binnenohrmuskeln

durch ihre Kontraktion, dass extreme Schalldruckschwankungen des

Umgebungsluftdruck sich nachteilig auf das Innenohr auswirken.

Abb. 2: Schematische Darstellung der Ossikelbewegung, bei der Übertragung vom Mittelohr zum Innenohr [94]

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2.1.3 Schallverarbeitung

Zum Innenohr werden die Hörschnecke (Cochlea) und das Vestibularorgan gerechnet,

die beide in der Pars petrosa des Schläfenbeins liegen. Die Aufgabe des

Gleichgewichtsorganes besteht in der Messung und Meldung von

Translationsbewegungen oder Winkelbeschleunigungen [114].

Die für die Wahrnehmung des Schalls notwendige Umwandlung von mechanischer in

elektrische Energie vollzieht sich jedoch im schneckenförmigen Gang der Cochlea.

Weiterhin werden im Innenohr ein häutiges Labyrinth und ein dieses als Kapsel

umgebenes knöchernes Labyrinth unterschieden. Das knöcherne Labyrinth des

Hörorgans, die Schnecke (Cochlea) ist mit Perilymphe gefüllt. Das häutige Labyrinth

(Ductus cochlearis) enthält Endolymphe und befindet sich zwischen der Vorhoftreppe

(Scala vestibuli) und der Paukentreppe (Scala tympani) [93]. Die Cochlea windet sich

zweieinhalb mal spiralförmig um die knöcherne Schneckenachse (Modiolus).

Von der Schneckenachse ragt eine Knochenleiste (Lamina spiralis ossea) in den

Schneckenkanal. Die Knochenleiste geht über in die Basalmembran, die mit der

lateralen Wand des Schneckenkanals verbunden ist. Dadurch wird die Cochlea in eine

obere (Scala vestibuli) und eine untere (Scala tympani) geteilt. Die Skalen stehen an

der Schneckenspitze durch das Helicotrema miteinander in Verbindung.

Abb.3: Darstellung der Cochlea und mit Längsschnitt

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Die Scala vestibuli öffnet sich in den Vorhof, während die Scala tympani an die

mediale Paukenhöhle grenzt und den Abschluss zum Mittelohr über die Membran des

runden Fensters bildet. Wie bereits beschrieben enthalten beide die, der

extrazellulären Flüssigkeit gleichenden, Perilymphe. Als Entstehungsmechanismus

der Perilymphe wird die Ultrafiltration aus dem Blut angesehen.

Der Ductus cochlearis (Scala media), liegt am Boden der Scala vestibuli Die

Endolymphe wird von der die Scala media lateral begrenzenden Stria vascularis

produziert und wird im Saccus endolymphaticus resorbiert. Sie ähnelt in ihrer

kaliumreichen Zusammensetzung der Flüssigkeit des Interzellularraumes.

Die unterschiedlichen Elektrolytkonzentrationen, in Endo- und Perilymphe, die ein

elektrisches Potential von –80mV erzeugen, werden durch aktiven Ionentransport und

passive Diffusion aufrechterhalten.

Zwischen der Scala vestibuli und dem Ductus cochlearis liegt die für Ionen

durchlässige Reissner-Membran, während Ductus cochlearis und Scala tympani durch

die Basilarmembran getrennt werden. Auf der Basilarmembran befindet sich das Corti-

Organ, das von der Tektorialmembran bedeckt wird.

Die genannten Strukturen dienen der Weiterleitung und Verarbeitung des Schallsignals

vom Mittelohr bis zum Corti-Organ. Die vom Stapes am ovalen Fenster übertragene

Schallenergie

löst schallsynchrone Flüssigkeitsverschiebungen im perilymphatischen Raum aus.

Die inkompressible Perilymphe leitet diese weiter und überträgt sie auf die

Basilarmembran.

So entsteht entlang der Membran eine Wellenbewegung, die im Jahre 1928 von G. von

Békésy entdeckt und als Wanderwelle bezeichnet wurde. Die Wanderwelle beginnt mit

sehr kleiner Amplitude, wächst in Richtung Schneckenspitze langsam an, um dann an

einer bestimmten, von der Anregungsfrequenz abhängigen Stelle, ein Maximum

auszubilden. Sie läuft mit hoher Geschwindigkeit in die Cochlea hinein und wird dann

im Maximum sehr schnell abgebremst.

Warum es bei der Wanderwelle zu einer Frequenzdispersion kommt, lässt sich durch

den unterschiedlichen Widerstand erklären den die Wanderwelle entlang der

Basilarmembran in Richtung Schneckenspitze vorfindet. Der ortsvariable Widerstand

ist eine Folge der unterschiedlichen Steifigkeit der Basilarmembran. Die

Basilarmembran ist an der Schneckenbasis mit einer Breite von 0,04mm um mehr als

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das tausendfache steifer als an der Schneckenspitze mit einer Breite von 0,5mm. Dies

ist auch der Grund dafür, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit in Richtung

maximaler Ausbauchung immer geringer und die Auslenkungsamplitude immer größer

werden [41].

Abb. 4: Schematische Darstellung der Cochlea in gestreckter Form. Auf der Basilarmembran ist die Ausbreitung einer Wanderwelle dargestellt [11]

Die Frequenz kodiert demnach den Ort der maximalen Amplitude, höhere Frequenzen

liefern ein Maximum in Richtung des Stapes, der Basis der Schnecke, niedrigere

bilden das Amplitudenmaximum näher am Helicotremas aus.

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Auf diese Weise dient die Basilarmembran der Frequenz-Ort-Transformation im Sinne

einer Spektralanalyse. Der nächste Schritt ist die Umwandlung des mechanischen

Energie in ein elektrisches Signal.

Abb. 5: Frequenz- Orts- Transformation auf der Basilarmembran; apikal tiefe Frequenzen, basal, hohe Frequenzen

2.1.3.1 Das Corti – Organ und der Transduktionsprozess

Das Corti-Organ liegt als wulstförmige Verdickung auf der Basilarmembran und

enthält die sekundären Rezeptoren des Hörorganes in Form von inneren und äußeren

Haarzellen. Die circa 3500 inneren Haarzellen sind einreihig angeordnet und für die

Übermittlung der Sinnesinformation zuständig.

Die 12000 äußeren Haarzellen bilden in der Basalwindung der Schnecke drei, in der

mittleren Windung vier und in der oberen Windung fünf Reihen. Alle Haarzellen

tragen an ihrer oberen Fläche eine dichte kutikulare Schicht, in der die Stereovilli

befestigt sind. Diese stehen im Halbkreis, meist in drei abgestuften Reihen. Die

Stereovilli sind untereinander durch dünne Proteinfäden, sogenannte tip-links,

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verbunden. Außerdem besteht zumindest bei den äußeren Haarzellen eine Befestigung

der Zilien an der Tektorialmembran.

Abb. 6: Schematische Darstellung des Corti-Organs mit inneren & äußeren Haarzellen [7]

Die Stereozilien der inneren Haarzellen haben keinen direkten Kontakt und werden

über den entstehenden Flüssigkeitsstrom im Sinne einer hydraulischen Koppelung

deflektiert [98].

Das normalerweise neben den Stereovilli existierende Kinozilium ist bei den

Haarzellen des Corti-Organs rudimentär.

An der Basis der Haarzellen bestehen synapsenartige Kontakte zu den zugehörigen

Nervenfasern. Die afferente Versorgung entstammt aus den Bipolarzellen des

Ganglion spirale. 90% der Afferenzen ziehen als myelinisierte Fasern zu den inneren

Haarzellen. Dabei innerviert jede Faser nur genau eine innere Haarzelle. Lediglich die

restlichen 10% der peripheren Fortsätze der Bipolarzellen innervieren die zahlenmäßig

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stark überlegenen äußeren Haarzellen. So kommt es vor, dass bis zu 20 äußere

Haarzellen von nur einer Faser versorgt werden [104].

Über den Nervus cochlearis erreichen auch efferente Fasern die Haarzellen.

Interessanterweise werden die inneren Haarzellen hauptsächlich von dünnen, nicht

myelinisierten Fasern versorgt, die Innervation der äußeren Haarzellen erfolgt jedoch

durch dickere myelinisierte Fasern. Oft ziehen mehrere efferente Fasern zu einer

einzelnen äußeren Haarzelle. Somit liegt die hauptsächliche Bedeutung der Efferenzen

in der Steuerung der äußeren Haarzellen. Es wird eine Erhöhung der Sensitivität

vermutet, z.B. zur besseren Hörbarkeit von Signalen in verrauschter Umgebung

[100],[47].

Das von den Haarzellen zu verarbeitende Signal entsteht in der Auslenkung der

Basilarmembran um 10-10 m an der Stelle des Amplitudenmaximums. Die Umwandlung

erfolgt durch eine Abbiegung der Stereovilli. Bei den angehefteten Zilien der äußeren

Haarzellen geschieht dies durch eine Relativbewegung zwischen Tektorialmembran

und Basilarmembran. Die freien Zilien der inneren Haarzellen werden durch die

Strömung der Endolymphe bewegt. Das Abbiegen der Stereovilli und das Dehnen der

tip-links stellt den adäquaten Reiz zur Öffnung der Ionenkanäle an der Spitze der

Zilien dar. Aufgrund des vorhandenen Potentialgefälles zwischen Endolymphe und

Corti-Lymphe, der Lymphe innerhalb des Corti-Organs, die in ihrer Zusammensetzung

der Perilymphe ähnelt, beginnt nun ein Kaliumeinstrom in die Zelle.

Die hieraus resultierende Depolarisierung induziert eine oszillierende Längenänderung

der äußeren Haarzelle. Diese Fähigkeit zur aktiven Bewegung ist in zahlreichen

Studien an isolierten vitalen Haarzellen erwiesen worden [1],[123].

Durch diesen aktiven Prozess, einer elektromechanischen Transduktion, verstärken sie

die Amplitude der Wanderwelle und dämpfen benachbarte Basilarmembranabschnitte.

Dieser cochleäre Verstärker ermöglicht so den inneren Haarzellen, auch bei sehr

schwachen akustischen Reizen sensorisch wirksam zu werden [11]. Durch diese

Kontraktion entsteht eine zusätzliche Schwingungsenergie, die die Auslenkung der

inneren Haarzellen frequenzspezifisch verstärkt.

Für die Kodierung der Lautstärke sind zwei Mechanismen verantwortlich. Bei

Erhöhung des Schallpegels dehnt sich der Erregungsbereich auf der Basilarmembran

aus, so dass zum einen die Anzahl der erregten Sinneszellen wächst und zum anderen

die Wahrscheinlichkeit der Aktionpotentialauslösung als Folge der Erhöhung der

Auslenkamplitude zunimmt. Das bedeutet, das mit steigender Lautstärke immer mehr

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Nervenfasern aktiviert werden und sich die Aktionspotentialrate der einzelnen

Nervenfasern zunehmend erhöht [40].

Der durch Auslenkung der Stereovilli verursachter K+–Einstrom und die daraus

resultierenden Depolarisation bewirken an den inneren Haarzellen jedoch nicht (wie

bei den äußeren Haarzellen) eine Längenänderung der Haarzelle, sondern die Öffnung

spannungsabhängiger Ca+–Kanäle, die zu einer Transmitterausschüttung (Glutamat)

an der basalen Seite der Zelle führt. Die afferenten Nervenfasern werden erregt, es

entstehen Aktionspotentiale.

Da jede Hörnervenfaser ihre Information nur von einer einzigen (inneren) Haarzelle

erhält, besteht von vornherein eine außerordentlich scharfe Trennung bestimmter

weitergeleiteter Frequenzen in das ZNS. Diese, als Tonotopie bezeichnete, Trennung

wird entlang der gesamten Hörbahn beibehalten.

Über die Afferenzen des Nervus cochlearis werden die Signale zum zentralen

Hörorgan weitergeleitet.

Abb. 7: schematische Darstellung des Transduktionsmechanismus aus Klinke Physiologie [94]

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2.1.3.2 Weiterentwicklung des Cochlea Modells

Die Modellvorstellungen der Frequenzanalyse im Innenohr entwickelten sich in drei

Hauptepochen. Helmholtz´ Idee, der als Resonatoren wirkenden gespannten Saiten,

bestimmte bis in die 40er Jahre dieses Jahrhunderts die Vorstellung der

Frequenzanalyse mittels mechanischer Resonanzelemente [34]. Er versuchte die

Tonhöhenwahrnehmung mit der Vorstellung zu erklären, dass die Basilarmembran aus

einer großen Zahl von Resonatoren zusammengesetzt sei und dass beim Einwirken

eines Tones oder Tongemisches der bzw. die zugehörigen Resonatoren ansprechen

würden. Diese Theorie wurde jedoch nicht der tatsächlichen Dämpfung des Innenohres

gerecht [54].

Die zweite Periode wurde dominiert von der Funktionsbeschreibung anhand der

passiven Wanderwellen, die G. von Békésy in seinen Experimenten beschrieb, und

dauerte bis zum Ende der 70er Jahre. Er konnte schon im Jahre 1920 an menschlichen

Gehörknochen über kleinste Bohrungen und mit Hilfe von Mikroskopen die

Physiologie der Cochlea auf Schallreize beobachten. Er beschrieb sehr ausführlich das

Phänomen der Wanderwelle, wobei jeder Wellenlänge einer bestimmten Lokalisation

auf der Basilarmembran zugeordnet werden kann.

Dieses Phänomen sowie der Aufbau einer maximalen Antwort an dem für die

jeweilige Frequenz typischen Lokalisation und der danach sofortigen Abschwächung

der Wanderwelle, erklärte Bekesy durch das Zusammenspiel von der Steifheit des

Corti- Organs und Einflüssen von Dämpfung [5].

Jedoch bestand bei beiden Ansätzen ein fundamentaler Widerspruch zwischen der

Leistungsfähigkeit des Gehörs und den Modellvorstellungen. Erst in den 60ér Jahren

als durch neuere Techniken, wie z. B. den Mössbauer Effekt, bei der radioaktiv

markierte Elemente auf der Basilarmembran platziert werden und auch kleinste

Bewegungen registriert werden konnten, waren genauere Untersuchungen möglich.

Ein erster experimenteller Nachweis des nichtlinearen Verhaltens des Innenohres

gelang Rhode 1971 [88]. Aber der Widerspruch zwischen den hochabgestimmten

Tuningkurven des Hörnervs und dem relativ breitbandigen Schwingungsverhalten der

Basilarmembran konnte dadurch noch nicht geklärt werden. Durch Untersuchungen

von Sellick et al. [97] und Johnstone et al. [45] wurde bei Messungen der

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Basilarmembranbewegung mittels des Mössbauer-Effekts auch deren

hochabgestimmtes Schwingungsverhalten nachgewiesen.

Am meisten jedoch zeigte sich, dass die extreme Steilheit der Frequenzantwort nach

der maximalen Antwort der Wanderwelle, nicht allein mit einem Zusammenspiel

zwischen Steifheit- und Dämpfungseigenschaften des Corti-Organ zu erklären ist. Als

Antwort wurde durch nachfolgende Theorien das Resonanz-Phänomen gefunden. Man

erklärte sich die Eigenschaften der Basilarmembran als Interaktion von Steifheit und

Resistenz plus eine Menge an Masse, die die Grundlage für Resonanz darstellt [18].

De Boer (1980) schlug ein Basilarmembran-Modell vor, indem die

Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wandelwelle längs der Cochlea (x-Richtung) durch

einen exponentiellen Abfall gegeben ist (Gleichung (1)). Dieses Modell ist

eindimensional und linear und beschreibt das grundsätzliche mechanische Verhalten

der Basilarmembran mit seiner frequenzabhängigen Laufzeit-Verzögerungen in der

Cochlea.

Gleichung (1) mit C0 = 109 g s-2 cm-2; h = 0.1 cm; ρ = 1.0 g cm-3; α = 3.0 cm-1,

Die Konstanten α und Co geben über c(x)=Coe-ax die Steifigkeit c(x) der

Basilarmembran an der Stelle x an. Die Konstante ρ entspricht der Dichte der

Flüssigkeit in der Scala vestibuli bzw. Scala tympani der Kochlea. Die Größe h

schließlich ist die sogenannte „effektive Höhe“ der Scala vestibuli. Sie berechnet sich

aus dem Quotienten der Querschnittsfläche der Scala vestibuli an der Stelle x und der

Breite der Basilarmembran an derselben Stelle. Sie wird in dieser Näherung als

konstant angesehen.

Durch die Umwandlung der mechanischen Vorgänge in eine exponentielle Funktion

konnte somit nicht nur die Ausbreitungsgeschwindigkeit sondern auch der Zeitpunkt,

an dem die Wanderwelle die Basilarmembran am Ort x maximal auslenkt bestimmt

werden.

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Greenwood (1990) setzte diese Überlegungen fort und ergänzte sie durch seine Theorie

der Frequenz-Orts-Transformation [27] (Gleichung (2)). Dabei schlug er eine Art

Frequenzmappe für die Cochlea vor.

Für jeden Millimeter der (35 mm langen) der Cochlea bestimmte er 35 kritische

Bandbreiten, bei denen Spektralkomponenten gehört werden könne.

Gleichung (2) mit a = 16.7 mm; b = 0.006046 Hz-1 ; c = 1; L = 34,85

Die Größe x gibt dabei den Abstand vom ovalen Fenster in mm an.

Die Konstante L = 34,85 mm steht für die mittlere Länge der Basilarmembran. Die

weiteren Konstanten haben folgende Werte: a = 16.7 mm; b = 0.006046 Hz-1 ; c = 1

Damit konnte der Zeitpunkt der Anregung auf der Basilarmembran in Abhängigkeit

von der Frequenz des Reizes bestimmt werden und es lässt sich nun direkt die Dauer

berechnen, die z.B. ein Click-Reiz benötigt, um einen vorgegebenen Frequenzbereich

zu durchlaufen [118].

Somit lieferten beide wichtige Grundlagen, die auch heute in der Generierung

neuartiger Reizformen für die objektive Hörprüfung benutzt werden.

2.1.4 Zentrale Hörverarbeitung

Die zentrale Hörbahn beginnt mit dem Ganglion spirale cochleae im Felsenbein. Die

hier liegenden Nervenfasern stellen das erste Neuron dar und erhalten über ihre

Dendriten die Informationen aus dem peripheren Hörorgan. Die Axone der

Bipolarzellen schließen sich zur Pars cochlearis des 8. Hirnnerven zusammen und

ziehen zum Rautenhirn. Die Nervenfasern teilen sich auf und enden am Nucleus

cochlearis ventralis, beziehungsweise am Nucleus cochlearis dorsalis. In den Nuclei

cochlearis befindet sich das 2. Neuron. Die vom Nucleus ventralis abgehenden Axone

stellen die ventrale Hörbahn dar. Sie ziehen um den oberen Teil des Nucleus olivaris

herum und bilden den Trapezkörper, an dem ein geringer Teil der Axone endet. Der

übrige Anteil wird im Trapezkörper auf das 3. Neuron umgeschaltet und zieht

daraufhin zur Gegenseite, wo er sich dem Lemniscus lateralis anschließt.

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Die dorsale Hörbahn, bestehend aus einem dorsalen und einem intermediären Anteil,

wird von Axonen gebildet, die den Neuronen des Nucleus cochlearis dorsalis

entstammen.

Die Axone kreuzen als Striae acusticae dorsalis im Bereich der Raphe zur Gegenseite.

Sie ziehen im Bereich des Lemniscus lateralis zum Colliculus inferior und von dort

zum Corpus geniculatum mediale. Durch die Umschaltung auf das 4. Neuron in den

medialen Kniehöckern entstehen Kollateralen für Reflexe auf akustische Reize.

Die Axone der 4. Neurone vereinigen sich zur Radiatio acustica.

Über die Capsula interna erreicht die Hörstrahlung das primäre akustische Rindenfeld,

Area 41. Die Heschelschen Querwindungen in den Gyri temporale transversi sind das

morphologische Korrelat dieser Area. Die Areale 42 und 22 sind sekundäre Hörfelder.

Zusammen mit dem sogenannten Wernickesche Sprachzentrum, das für das

Verständnis der Sprache verantwortlich ist, werden sie auch als akustisches

Assoziationszentrum bezeichnet.

Als Hörrinde ist also ein Bezirk anzusehen, der wesentlich größer ist als die

Heschelschen Querwindungen.

Beim Ausfall des Ganglion spirale oder der Nuclei cochlearis kommt es auf der

betroffenen Seite zur vollständigen Taubheit. Fallen jedoch höher liegende Kerne der

Hörbahn aus, resultiert hieraus keine vollständige Taubheit, da die Hörbahn von den

Nuclei cochlearis an aufwärts einen doppelseitigen Verlauf nimmt.

Die Aufgabe des zentralen auditiven Systems liegt in der Analyse der eingehenden

Informationen. Dies geschieht z.B. mit Hilfe der Spektralanalyse, da über die gesamte

Hörbahn und auch in der Hörrinde die geordnete Abbildung der Frequenzen erhalten

bleibt. Durch diese tonotope Organisation kann das zentrale auditive System vom Ort

der Erregung in der Hörrinde auf die Schallfrequenz des auslösenden akustischen

Signals rückschließen. Außerdem führt die Hörrinde eine Periodizitätsanalyse durch.

Die Haarzellen des Corti-Organs lösen Aktionspotentiale nur bei der

Aufwärtsbewegung der Basilarmembran aus. Man spricht von phasengekoppelter

Entladung.

Die Sequenz der Aktionspotentiale spiegelt also die Zeitstruktur des Schallreizes

wieder.

Das zentrale auditive System kann von der Zeitstruktur auf die zugehörigen

Schallfrequenzen zurückrechnen.

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Diese Analysen dienen dem Cortex zur Mustererkennung, wobei bestimmte Merkmale

des Schallsignals, wie Frequenzübergänge, Intensitätsmuster oder Zeitstrukturen, auch

schon im Verlauf der Hörbahn herausgearbeitet werden.

Eine weitere Leistung des auditorischen Systems ist die Differenzierung von

interauralen Zeit- und Intensitätsunterschieden. So ist bei binauralem Hören eine

genauere Lokalisierung der Schallquelle möglich. Der Cortex kann Laufzeitdifferenzen

von bis zu 3·10-5ß s beurteilen, diese Zeit entspricht einer Abweichung von etwa 3° von

der Mittellinie. Auch geringste Intensitätsunterschiede von nur einem dB können von

der Hörrinde ausgewertet werden.

Die auf diese Weise sehr exakte Lokalisierung der Schallquelle dient der Bildung eines

Raumeindruckes. Bei der Erstellung dieses Raumeindruckes spielt neben dem Cortex

der Colliculus superior eine wichtige Rolle, da hier eine Karte des Hörraumes

aufgebaut wird [94].

Die interauralen Zeit- und Intensitätsdifferenzen werden außerdem beim

Selektionsprozess genutzt. Hintergrundlärm kann so unterdrückt und ein biologisch

interessantes Signal, wie z.B. die Sprache, hervorgehoben werden. Die Hörbarkeit

eines Signals verbessert sich um bis zu 15 dB durch den Selektionsprozess. Neben der

Hörrinde ist hieran vor allem der Colliculus inferior beteiligt.

Bei einer monauralen Schwerhörigkeit leiden also sowohl die akustische

Raumorientierung als auch die Fähigkeit, akustische Signale herauszufiltern.

Abb. 8: schematische Aufbau des Menschliche Gehörs und Darstellung der aufsteigenden Hörbahn im Bereich des Hirnstamms ( nach Nieuwenhuys et al. 1988) [70]

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2.2.Schwerhörigkeiten

Erkrankungen im Schalltransport oder den Sinneshaarzellen, die sich im Cortischen

Organ des Innenohrs befinden, führen zu Schwerhörigkeiten. Der

zwischenmenschliche Kontakt kann durch ein gestörtes Hörsystem erheblich

beeinträchtigt werden oder ganz und gar aufgehoben sein und damit zur sozialen

Isolation des Betroffenen beitragen.

Auf die Bedeutung unseres Gehörs hat auch der Philosoph Immanuel Kant

hingewiesen, denn er postulierte im Jahre 1756 den berühmten Satz:

„Taubheit trennt von den Menschen, Blindheit von den Dingen“.

Die Nomenklatur in der Bezeichnung von Hörstörungen, die heute verwendet wird,

verursacht einige Verwirrungen, da ältere Bezeichnungen an Bedeutung verlieren,

während neue Erkenntnisse die Palette von Begriffen erweitern. Leider wird immer

noch keine einheitliche Terminologie verwendet, was zu Ungenauigkeiten in der

Bezeichnung der Zuordnung zwischen Lokalisation und Funktion der Störung führt.

2.2.1 Schallleitungsschwerhörigkeiten Schallleitungsschwerhörigkeit ist eine Störung der Schallübertragung vom Aussenohr

in das Innenohr. Die Schalleitung ist durch Versteifung, Dämpfung oder Blockierung

beeinträchtigt

Als mögliche Ursachen kommen z.B. angeborene bzw. erworbene Missbildungen oder

ein Verschluss des Gehörganges mit Cerumen, durch Fremdkörper oder Tumoren in

Frage.

Auch Störungen der Mittelohrfunktion können eine Schalleitungsstörung verursachen.

Dabei ist an Trommelfellbeschädigungen, Tubenbelüftungsstörungen, Entzündungen

oder Veränderungen an der Gehörknöchelchenkette, wie bei der Otosklerose, zu

denken.

Charakteristisch für die Schalleitungsschwerhörigkeit ist die Abschwächung des in das

Innenohr gelangenden Luftschalls.

Oftmals lässt sich die genaue Genese der Schalleitungsschwerhörigkeit durch eine

äußere Untersuchung und mikroskopische Inspektion des Gehörganges und des

Trommelfelles klären und ist der HNO-ärztlichen Therapie gut zugänglich.

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2.2.2. Schallempfindungsschwerhörigkeiten

Bei den Schallempfindungsschwerhörigkeiten unterscheidet man die cochleäre oder

sensineurale Schwerhörigkeit und die retrocochleäre Schwerhörigkeit

2.2.2.1 Innenohrschwerhörigkeit

Die Innenohrschwerhörigkeit ist durch eine Funktionsstörung der Sinneshaarzellen

gekennzeichnet.

Verschiedene Defekte können eine solche Schwerhörigkeit verursachen:

Die angeborenen hereditären Innenohrschwerhörigkeiten werden in isolierte

Innenohrschwerhörigkeiten oder monosymptomatisch, bei denen keine weiteren

organischen Fehlbildungen vorliegen, und polysymptomatische Erkrankungen

eingeteilt.

Zu den zuletzt genannten zählen folgende klinisch bedeutsame Syndrome: Alport-

Syndrom, Pendred-Syndrom und Usher-Syndrom und andere. Der Anteil der

monosynaptischen Schwerhörigkeiten beträgt dabei über 70%.

Erworbene Innenohrschwerhörigkeiten werden durch prä-, peri- und postnatale

Schädigungen hervorgerufen. Hierunter fallen die prä- und perinatale Asphyxie, die

kongenitale Schwangerschaftsinfektionen, Frühgeburtlichkeit, niedriges

Geburtsgewicht, Medikamente und Geburtstraumen oder maschinelle Beatmung über

10 Tage .

Eine postnatal erworbene Innenohrschwerhörigkeit kann durch verschiedene

Infektionen verursacht werden. In den meisten Fällen ist eine bakterielle Meningitis

verantwortlich, die bis zur beidseitigen Gehörlosigkeit führen kann.

Auch andere Infektionen wie die Otitis bei Masern oder Mumps gehen mit dem Risiko

einer Innenohrschwerhörigkeit einher. Als weitere Ursachen sind ototoxische

Substanzen bekannt. Während Folgeschäden durch ototoxische Antibiotika rückläufig

sind, treten nun ototoxische Chemotherapeutika in den Vordergrund, die allerdings nur

unter vitaler Indikation eingesetzt werden.

Bei traumatisch bedingten Innenohrschwerhörigkeiten findet sich häufig eine

Felsenbeinquerfraktur oder eine Schädigung der Haarzellen.

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Auch die akuten und chronischen Lärmschwerhörigkeiten und die Presbyakusis

zählen zum großen Feld der Innenohrschwerhörigkeiten.

Zusammenfassend ist bei einer Innenohrschwerhörigkeit die Umwandlung des in die

Cochlea gelangenden Schalls in neuronale Erregungsmuster gestört und es resultiert

ein qualitativer und quantitativer Hörverlust, der vor allem bei den angeborenen

Störungen, kaum einer medikamentösen oder operativen Therapie zugänglich ist.

2.2.2.2 Zentrale Hörstörung

Eine retrocochleäre Hörstörung bezeichnet grundsätzlich jede Hörstörung, deren

Ursache der Cochlea nachgeschaltet ist.

Die wichtigsten Ursachen einer retrocochleäre Hörstörung sind Tumoren des inneren

Gehörgangs und des Kleinhirnbrückenwinkel, wie das Akustikusneurinom. Weiterhin

kommt es durch Kompressionen durch Gefäßschlingen oder Veränderungen des

Hörnervs, wie z.B. bei Multipler Sklerose zu den typischen subjektiven Beschwerden

der zentralen Hörstörung. Dazu zählen, neben Tinnitus, vestibulären Symptomen, ein

fehlendes Recruitment, auffällige Ermüdung bei auditiven Belastungen und schlechtes

Sprachverständnis. Auch das Richtungshören und die Signalerkennung bei

Störgeräuschen sind gewöhnlich auffallend schlecht [82].

Bei Kindern beruht eine retrocochleäre oder zentrale Schwerhörigkeit meist auf einer

Reifestörung der zentralen Hörbahn, sie werden auch als auditorische Neuropathie

bezeichnet und können in unterschiedlichem Schweregrad auftreten. In einigen Fällen

imponieren diese Hörstörung wie eine Taubheit. Gegenwärtig rückt diese Art der

Hörstörung ins Interesse vieler Forschergruppen [101],[102].

Neben diesen Reifestörungen existieren auch akustische Wahrnehmungsstörungen bis

hin zur akustischen Agnosie. Die genaue Ätiologie lässt sich in der Mehrheit der Fälle

nicht nachweisen.

Ein Beispiel für eine progrediente zentrale Schwerhörigkeit ist das Landau-Kleffner-

Syndrom. Nach vorausgehender unauffälliger Entwicklung treten im Rahmen dieses

Syndromes im 2.-13. Lebensjahr akustische Agnosie und EEG-Veränderungen mit

Krampfanfällen auf.

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2.3 Hörbahnreifung Myelisierung

Um Störungen der Entwicklung des Hörbahnsystems beurteilen zu können, müssen

zunächst die anatomisch-physiologischen Vorgänge der Reifung und Entwicklung des

menschlichen Gehörs, wie sie unter Normalbedingungen ablaufen, betrachtet werden.

2.3.1 Entwicklung des peripheren Hörorgans

Bereits mit etwa drei Wochen post conceptionem (p.c.) wird der primäre Gehörgang

angelegt. Über die Entwicklung der Gehörgangsplatte bilden sich im siebten Monat der

endgültige äußere Gehörgang und das Trommelfell aus. Im Alter von sechs Wochen

beginnt die Ohrmuschel sich zu entwickeln und erreicht beim 20 Wochen alten Fetus

die Form des Erwachsenen, wächst jedoch bis etwa zum neunten Lebensjahr weiter

[71].

Ebenfalls im Alter von 3 Wochen werden aus der ersten Schlundtasche die primitive

Paukenhöhle und die Tuba Eustachii angelegt [52]. Gegen Ende der siebten Woche

verdichtet sich das Mesenchym über der primitiven Paukenhöhle. Aus dieser

Proliferation entwickeln sich die knorpeligen Vorläufer der Gehörknöchelchen.

Im Alter von etwa 16 Wochen setzt die Verknöcherung der Gehörknöchelchen mit

dem Stapes ein. Mit der Pneumatisation des Tympanons ist in der 37. Woche die

Mittelohrentwicklung abgeschlossen [122].

Bereits 15.-75. Tag p.c. beginnt die Entwicklung des Innenohres, das aber insgesamt

das letzte Element des peripheren Hörorgans ist, das im Laufe der Ontogenese seine

volle Funktion erreicht [61]. Es kann somit als der limitierende Faktor für den Beginn

der Hörfunktion angesehen werden [62], [90].

6 Wochen p.c. ist die Otozyste nachweisbar [92]. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Wand

des Gehörbläschens schon eine Anhäufung von Ganglienzellen an [122], die im

weiteren Verlauf das Ganglion statoacusticum [83] und das Ganglion spirale cochleae

ausbilden [122].

Durch Faltenbildung entstehen auch der Saccus und Ductus endolymphaticus. Die

Entwicklung der Bogengänge und der Schnecke setzt ein, wobei sich der

phylogenetisch jüngere cochleäre Anteil später ausdifferenziert als der vestibuläre

[3],[89]. Nach Northern und Downs (1991) [71] ist die Differenzierung des häutigen

Labyrinths in der 12.Woche abgeschlossen.

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Ab dem vierten Lebensmonat p.c. sind alle cochleären Windungen mit Nervenfasern

versorgt. Während die inneren Haarzellen mehr und mehr von afferenten Fasern

innerviert werden, verdrängen im Laufe der Entwicklung bis zum adulten Stadium

efferente Verbindungen weitestgehend die afferenten Verknüpfungen der äußeren

Haarzellen [4],[46],[104].

Nach etwa 23 Wochen ist mit der abgeschlossenen Ossifikation des Labyrinths das

Innenohr voll differenziert und hat damit in der Mitte der fetalen Entwicklung als

einziges Sinnesorgan sowohl Erwachsenengröße als auch einen adulten

Differenzierungsgrad erreicht [71].

2.3.2 Entwicklung der zentralen Hörbahn

Allgemein läuft die Entwicklung der Neurone im zentralen Nervensystem (ZNS) nach

einem typischen Muster ab, das sich so auch auf die Zellen des Hörbahnsystems

übertragen lässt. Neben der Proliferation, die ihren Höhepunkt beim Menschen im

siebten bis neunten pränatalen Monat erreicht, der Migration, das heißt der gerichteten

Wanderung der Neuroblasten, spielt auch die Differenzierung der Nervenzellen in

ihren bestimmten Zellverbänden eine Rolle. Schließlich kommt es zur Bildung von

neuronalen Vernetzungen und zur Myelinisierung der Nervenfasern. Die

Myelinscheide eines Axons stellt einen elektrischen Isolator dar und damit eine

Vorraussetzung für eine schnelle Erregungsleitung. In den myelinisierten Bezirken

können durch die Axonmembran keine Ströme fliessen. So ist bei einer Erregung, d.h.

Depolarisation, der Stromkreis über relativ weit entfernte Schnürringmembranen

möglich. Dies führt zu einer saltatorischen, einer sprunghaften Erregungsfortleitung

und damit einer beträchtlichen Erhöhung der Nervenleitgeschwindigkeit. Eine

Markscheidenreifung erfolgt aber nur im Bereich verfestigter neuronaler

Verbindungen.

Das Wissen über den Ablauf der Myelinisierung der einzelnen Hörbahnanteile ist von

besonderer Bedeutung bei der Betrachtung und Beurteilung der Reifung der Hörbahn

mit Hilfe der FAEP, da durch diesen Vorgang die Nervenleitgeschwindigkeit ganz

entscheidend verbessert wird.

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Die Entwicklung des Ganglion spirale (1.Neuron) hängt eng mit dem Werden des

Corti - Organs zusammen.

Das ZNS stammt vom Ektoderm ab. In der 3. SSW entsteht die Neuralplatte, welche

sich zum Neuralrohr schließt. Dann entwickelt sich aus drei Erweiterungen des

Neuralrohres, den sogenannten Gehirnbläschen (Rhomb-, Mes- und Prosenzeophalon)

das Gehirn [51].

Die Hirnstammkerne entstehen ca. in der 6.-7. Embryonalwoche.

Im Mesenzephalon (Mittelhirn) formiert sich im weiteren Entwicklungsverlauf die

Vierhügelplatte, deren hinterer Bereich einen Teil der zentralen Hörbahn bildet.

Aus dem mittleren Abschnitt des Prosencephalons geht das Dienzephalon

(Zwischenhirn) hervor. Am Boden dieses Hirnabschnittes wölbt sich der Thalamus in

die Lichtung vor. Dort werden dann unter anderem sensorische Impulse des Hörens

vor Erreichen der Hirnrinde umgeschaltet [52].

Im Corpus geniculatum mediale findet man im 6. Fetalmonat von Fasern umschlossene

Zellgruppen [56]. Etwa im 8. Monat der Schwangerschaft kommt es zum Abschluss

der Nervenzellteilung in den Strukturen der zentralen Hörbahn [49]. Die folgende

Ausreifung der Strukturen der Hörbahn ist hauptsächlich das Ergebnis von wachsender

Myelinisierung, zunehmender Synapsendichte und Synapseneffektivität [22].

Myelinisierung, Synaptogenese und Verschaltung der zentralen Hörbahn benötigen

akustische Reize aus der Umwelt (Hörreize) [119]. So zeigen pränatale

Myelinisierungsprozesse der Hörbahnaxone, dass das Ungeborene bereits im Uterus

adäquate Reize zur Ausreifung des akustischen Systems rezipiert (z.B. Organgeräusche

der Mutter, Stimme der Mutter) [64].

Die Myelinisierung der afferenten Hörbahn bis zum Colliculus inferior ist im neunten

Fetalmonat abgeschlossen. Ab der 30. SSW können bereits evozierte

Hirnstammpotentiale bei hohen Klickintensitäten abgeleitet werden [119]. Die

Ausreifung der Hörstrahlung zur Hirnrinde erfolgt im ersten Jahr nach der Geburt.

Dieser Zeitraum wird als sensible Phase bezeichnet [64], [81].

Zu Beginn des 3. Lebensjahres finden die auditiven Reifungsprozesse ihren Abschluss

[10].

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2.3.3 Hörbahnreifung und seine Auswirkungen

„Hören“ bedeutet das Erlernen akustische Informationen zu interpretieren.

Es ist in erster Linie eine Auswertung von Schallereignissen durch das Gehirn. Der

Hörnerv gibt die im mechanischen Schallreiz enthaltene Information kodiert an das

Gehirn weiter. Durch spezielle Nervennetze wird eine Schallanalyse durchgeführt.

Allerdings ist die Ausbildung solcher neuronalen Strukturen nur möglich, wenn

Schallreize auch die Hörbahn erreichen. Ist eine Aufnahme von Schallreizen, zum

Beispiel bei einer Erkrankung oder Fehlanlage des Innenohres ausgeschlossen oder nur

bruchstückhaft vorhanden, unterbleibt die Reifung des zentralen Systems.

Der anfänglich periphere Hörschaden führt zu zentralen Defiziten, da der Schallreiz

nicht in das zentrale Hörsystem gelangt. Es resultiert im schwersten Fall eine

„Taubheit“.

Kommen die zentralen Reifungsprozesse nicht in der sensiblen Reifungsphase

zustande, können sie im späteren Lebensalter nur unvollständig aufgebaut werden

[115].

Tierexperimentelle Untersuchungen über den Einfluss akustischer Deprivationen auf

die Hörbahn weisen nach, dass eine reduzierte akustische Stimulation innerhalb

kritischer und sensibler Phasen objektiv nachweisbare Reifungsverzögerungen

induzieren kann, die im weiteren Entwicklungsverlauf nicht mehr vollständig zu

kompensieren sind [115],[55],[49].

Insbesondere wurden Degenerationen neuronaler Strukturen bei ertaubten Tieren

nachgewiesen [121],[117],[57].

Auch für die Hörentwicklung des Menschen sind die ersten nachgeburtlichen Wochen

wichtig. Der Einfluss einer frühen akustischen Stimulation auf die Synaptogenese

konnte durch Volumenzunahme der Kerngebiete belegt werden [31]. Ein Baby lernt in

den ersten Wochen Schallreize zu analysieren, wenn in seiner unmittelbaren

Umgebung viel gesprochen wird. Die parallel dazu ablaufende motorische

Entwicklung unterstützt den Spracherwerb und führt dazu, dass sogenannte

Lallmonologe und Lautverdoppelungen entstehen. Die ersten willkürlichen

Sprachlaute werden als bewusste Lautnachahmung bezeichnet und sind Ausdruck für

ein intaktes Hörvermögen. Kinder mit unerkannter hochgradiger Hörstörung können

diesen Entwicklungsschritt nicht erreichen.

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Das Erlernen von sprachlicher Kommunikation ist zwar genetisch vorprogrammiert

kann aber beim Kind nur durch eine intakte sprechende Umwelt zur

Sprachentwicklung führen.

Dies wird von Seiten der Eltern durch den „baby-talk“ unterstützt und wird

transkulturell eingesetzt. Das Kind nimmt diese Lautbilder auf und versucht, diese zu

wiederholen. Diese Phase der bewussten Lautnachahmung wird als zweite Lallphase

bezeichnet und findet ab dem sechsten Monat statt. Gleichzeitig nimmt in dieser Phase

die Zahl der Synapsen im linken Schläfenlappen explosionsartig zu. Neben der

Zunahme der Produktion von Lauten entwickelt sich ein Sprachverständnis was eine

Analyse von Schallereignissen voraussetzt. [50].

Die zweite Lallphase ist sehr wichtig für das zentrale Hörsystem. Verstummt das Baby

liegt damit ein Hinweis auf eine Hörstörung vor [49],[50]. Wird eine Schwerhörigkeit

während der sensiblen Reifungsphase nicht behandelt, resultieren Defizite in der

Entwicklung der zentralen Hörbahn sowie deren Verknüpfungen mit anderen

auditorischen Systemen wie dem zentralen Sprachsystem und der zentralen Steuerung

der Sprechmotorik. Daraus resultieren eine reduzierte Ausbildung des

Sprachverständnisses sowie weitere Sprachentwicklungsstörungen und sekundäre

Behinderungen wie zentrale Verarbeitungsstörungen mit kognitiven

Leistungseinschränkungen und Störungen der emotionalen und psychosozialen

Entwicklung. Dies wirkt sich auf die spätere schulische und berufliche Entwicklung

aus [113].

Selbst milde Hörstörungen von 35-40 dB nHL bedeuten für ein Kind, dass ihm ca. 50

% der täglichen Konversation fehlen und führen zu einer sich daraus entwickelnden

erheblichen Sprachentwicklungsstörung [2]. Hochgradige Schwerhörigkeiten über 70

dB rufen unbehandelt in der Regel das Bild der „Taubstummheit“ hervor, da die

Rückkopplung zwischen Hören und Sprechen fehlt [33].

Sprachliche Fähigkeit und Lernvermögen schwerhöriger Kinder korrelieren mit dem

Therapiebeginn [103]. Frühversorgte Kinder, die vor dem sechsten Lebensmonat eine

Hörhilfe erhalten haben, zeigen signifikant bessere Ergebnisse als später versorgte

Kinder [35]. Wenn der Diagnosezeitpunkt einer Schwerhörigkeit innerhalb der ersten

sechs Monate nach der Geburt liegt, verbessert sich die Prognose für die intellektuelle,

emotionale und Sprachentwicklung verglichen mit später detektierten

Schwerhörigkeiten [23]. Das alles belegt die Notwendigkeit einer frühen Erfassung

und Behandlung einer konnatalen Schwerhörigkeit.

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2.4 Grundlagen der akustisch evozierten Potentiale

2.4.1 Allgemein

Adäquate Reizung von Sinnesorganen führt zur Entstehung von Generatorpotentialen

in den spezifischen Sinnesrezeptoren. Die Höhe des Generatorpotentials bestimmt die

Zahl und die Frequenz der Nervenaktionspotentiale in den angeschlossenen

Nervenfasern. Die Aktionspotentiale erreichen über mehrere hintereinandergeschaltete

Neuronen die spezifischen sensorischen Rindenfelder, wobei bereits vor deren

Eintreffen im Cortex Prozesse der Filterung und Integration in den einzelnen

synaptischen Schaltstationen ablaufen. Die Fortleitung von Informationen in

peripheren Nerven und in zentralnervösen Leitungsbahnen ist eine Fortleitung von

Aktionspotentialen und als solche messbar. Bei elektronischer Summation einer

genügenden Anzahl von Reizantworten gelingt diese Messung von der intakten

Körperoberfläche aus und stellt damit eine klinisch anwendbare nicht invasive

Untersuchungsmethode dar.

Alle einem modalitätsspezifischen Reiz folgende Reizantworten werden unter dem

Begriff „Evozierte Potentiale“ subsummiert. Dabei ist in allen derzeit klinisch

untersuchten Sinnessystemen die wichtigste Messgröße die Latenz der Reizantworten.

Die diagnostische Methode der „Evozierten Potentiale“ untersucht also in erster Linie

die Geschwindigkeit, mit der die Impulse in dem jeweiligen Sinnessystem geleitet

werden. Weitere Messparameter sind die Amplitude und die Form der Reizantworten,

die unter anderem abhängig sind von der Zahl der funktionsfähigen Neuronen und dem

Grad der Synchronizität, mit dem die Impulse in den verschiedenen Nervenfasern einer

sensorischen Bahn übertragen werden.

Messungen evozierter Potentiale stellen somit eine Funktionsprüfung der jeweiligen

sensorischen Leitungsbahn dar und erlauben Rückschlüsse auf deren

Funktionstüchtigkeit [105].

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2.4.2 Geschichtlicher Rückblick

Die allgemeine Entwicklung der Hörphysiologie wurde in mehreren

Übersichtsarbeiten erörtert (Davis et al. 1934; Békésy 1960; Weber 1961).

Bereits im 19. Jahrhundert (1875) entdeckte Richard Caton eine elektrische

Hirnaktivität bei Tieren und leitete motorische und durch Sinnesreize ausgelöste

Potentiale mit einem Saitengalvanometer ab. Zwei Jahre später beschrieb Danilevsky

zusätzlich Potentialänderungen nach akustischer Reizung am Tierhirn.

Die weitere Erforschung dieser Potentiale vollzog sich auf Grund des technischen

Entwicklungsstandes langsam, so konnten erst 1927 von Forbes et al. Aktionsströme

am Ohr der Katze nach akustischer Stimulierung gemessen werden [12].

Schon wenige Jahre nach Entdeckung des Elektroenzephalogramms (Berger 1929)

wurde durch Kornmüller (1933) und Davis (1939) von der Kopfhaut des Menschen

ableitbare Potentiale beschrieben, die nach Applikation eines auditorischen Reizes

auftreten.

Später wurden diese Antworten, da sie am Vertex mit größter Amplitude ableitbar

sind, als Vertex-Potentiale bezeichnet. Erst die Einführung der Mittelungstechniken

(Dawson 1951, 1954) ermöglichte eine intensive Erforschung reizabhängiger

Potentiale im ZNS am intakten Organismus und damit die klinisch-diagnostische

Anwendung, v.a. der im Hirnstamm generierten frühen Komponente des AEP [54].

Keidel 1962 und Davis H.1964,1966 und 1968 erarbeiteten unabhängig von einander

weitere Methoden zur Ableitung bioelektrischer Potentiale, wobei Davis erstmals eine

Vertexelektrode benutzte. Beide erkannten die Möglichkeit der Nutzung dieser

Potentiale für die klinische Audiometrie und standen somit am Beginn des

diagnostischen Einsatzes der Elektrischen Reaktionsaudiometrie (ERA), was Burian et

al. 1968/69 in die Praxis umsetzte.

Die Entdeckung einer Methode der Fernfeldtechnik mit Elektroden am Mastoid und

am Vertex durch Sohmer und Feinmesser 1967, Jewett 1970 und Jewett und Williston

1971 wurde zum Meilenstein in der Entwicklung der ERA. Zusätzlich fanden sie noch

4 Wellen, die Jewett mit römischen Ziffern bezeichnete. Diese Bezeichnung ist heute

die geläufigste.

Auch in Deutschland folgte man dieser Entwicklung. 1970 setzte Theissing die

Methode zur Hörprüfung bei Kindern ein (Latenzen 10-27 ms). Gerull fand 1972 ein

akustisch evoziertes Potential mit einer Latenz von 6-10 ms am gesamten Schädel

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(Welle Jewett V). Zwei Jahre später gelang es Strecker fünf frühe Wellen (Jewett IV)

mit guter Reproduzierbarkeit abzuleiten.

Die erste Publikation über die systematische Anwendung der Frühe akustisch evozierte

Potentiale (FAEP) in der Neurootologie veröffentlichten Sohmer et al. 1974 mit

Ergebnissen bei cochleären und retrocochleären Störungen. [67].

2.4.3 Anatomische-physiologische Grundlage

Als akustisch evozierte Potentiale (AEP) bezeichnet man cortikale und subcortikale

elektrische Spannungsdifferenzen, welche in zeitlicher Relation zu einer externen

akustischen Stimulation stehen und durch elektronische Signalverarbeitung aus dem

EEG herausgefiltert werden können. Aufgezeichnet wird die elektrische Aktivität in

der Cochlea (Rezeption), dem Nervus acusticus und zentral-nervösen Abschnitten wie

dem Hirnstamm, der Hörstrahlung und der Hörrinde.

Es lassen sich prä- und postsynaptische Potentiale auslösen. Zu den präsynaptischen

AEP zählen die Summations- und Mikrophonpotentiale. Die Einteilung der

postsynaptischen AEP erfolgt auf Grund verschiedener Latenzen in frühe, mittlere und

späte AEP. Hierbei bestehen die frühen Potentiale aus prä- und postsynaptischen

Komponenten und die mittleren und späten Potentiale nur aus postsynaptischen

Komponenten. Die Ableitung der elektrische Aktivität, welche ihren Ursprung im

Hörnerv und Hirnstamm hat, bezeichnet man als Hirnstammaudiometrie (Brainstem

Evoked Response Audiometry - BERA). Bei der Ableitung der AEP werden neben

diesen zentralnervösen auch Antworten der Muskulatur (z.B. Stapediusreflex) und

elektrodermale Aktivitäten nach akustischer Stimulation erfasst.

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2.4.4 Klassifikation

Eigenschaften und Formen der AEP hängen u.a. von ihrem zeitlichen Auftreten nach

dem akustischen Reiz oder ihrer Latenzzeit ab. Aus klinisch-otologische Sicht

erscheint es sinnvoll, eine Einteilung zu treffen, die die AEP als Überbegriff versteht

und die bemüht ist, für die unterschiedlichen Ableitungen sich möglichst streng an die

zeitliche Folge der Reizantworten zu halten.

AEP mit kurzer Latenz treten sehr kurz nach einem Reiz auf und sind Strukturen

zuzuordnen, die frühzeitig durch den akustischen Reiz angeregt werden. Aufgrund der

anatomischen Strukturen und der unterschiedlichen Latenzen der auditorisch

evozierten Potentiale unterscheidet man:

• Elekrocochleographie (ECochG):

Registrierung der Potentiale der Cochlea und des Hörnervs. Diese Potentiale treten ca.

1-3ms nach dem Reiz auf. Mit ihrer Hilfe werden neben Nervenpotentialen auch

Rezeptorpotentiale und Verschiebungen des endocochleären Potentials registriert. Zur

Durchführung der ECochG muss eine Elektrode möglichst nahe an die Cochlea

herangebracht werden. Es werden durch das Trommelfell geschobenen

Nadelelektroden auf dem Promontorium aufgesetzt oder speziell konstruierte

Gehörgangselektroden verwendet. Da hierzu zumindest eine Parazentese gemacht

werden muss, muss diese Diagnostik bei Kindern in Narkose durchgeführt werden Mit

der Elektrocochleographie ist eine gezielte Bestimmung der cochleären Funktion und

der Hörnervenfunktion. Die Elektrocochleographie kann bei speziellen

Fragestellungen wie Synchronisationsstörungen, perisynaptischen Audio- und

Neuropathien und im Einzelfall in der Vorbereitung zur Cochlea-Implantation

eingesetzt werden.

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• Hirnstammpotentiale früher Latenz (BERA = brainstem electric response

audiometry; ABR = auditory brainstem responses):

Registrierung der Potentiale des Hörnervs und des Hirnstamms mit Latenzen bis 10ms.

Die BERA misst die frühen auditorisch evozierten Potentiale (FAEP) der Hörbahn bis

einschließlich Hirnstamm aufgrund einer akustischen Stimulation mit

unterschiedlichen Schalldruckpegeln. Sie stellt eine für alle Altersgruppen geeignete

objektive Messmethode zur Feststellung der Hörschwelle und zum Ausschluss einer

retrocochleären Störung dar. Da sie Gegenstand der hier dargestellten Studie ist wird

sie unter Punkt 2.6 noch genauer beschrieben.

• Potentiale mittlere Latenz (MAEP = mittlere auditorisch evozierte

Potentiale):

Registrierung der Potentiale mit Latenzzeiten von 10-100ms. Sie stammen mit ihren

ersten Anteilen aus dem Lemniscus lateralis, mit den nachfolgenden aus den

auditorischen Feldern des Thalamus und der primären kortikalen Projektion sowie aus

den Muskeln des Nackens und der Retroauricularregion und sind somit teils

myogenen, teils neurogenen Ursprungs. Die MAEP können zur Bestimmung der

Hörschwelle im tiefen Frequenzbereich eingesetzt werden. Natürlicher Schlaf und

Narkose beeinflussen diese Potentiale, was ihre Auswertung erschwert.

• Hirnrindenpotentiale später Latenz (SAEP = späte auditorisch evozierte

Potentiale):

Registrierung der Potentiale mit Latenzen von 100-1000ms. Sie sind Inhalt der

Cortical ERA, Hirnrindenpotentiale (CERA) und als ihr Ursprung gelten vor allem die

primäre und sekundäre Hörrinde. Sie können im Prinzip mit jedem wiederholbaren

akustischen Stimulus ausgelöst werden. Die physikalischen Eigenschaften der Reize

führen zu reizkorrelierten Antworten, die zur objektiven, reizspezifischen

Hörschwellenbestimmung eingesetzt werden können. Daneben kann auch der

Informationsgehalt eines Reizes zu typischen CERA führen, die sich zur Diagnostik

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von kognitiven Prozessen eigenen. Allgemein jedoch wird der klinisch-otologische

Wert der SAEP heute als begrenzt angesehen.

Für eine CERA muss das Kind wach und aufmerksam sein. Um diesen Zustand

einigermaßen konstant zu erhalten, können ältere Kinder während der Messung ein

Buch lesen oder einen Film schauen. Die CERA kann nicht in Narkose bestimmt

werden, da nur im Rapid-Eye-Movement (REM)-Schlaf eine dem für dieses Verfahren

erforderlichen Wachzustand vergleichbare Messung möglich wäre. Die Messwerte der

CERA entsprechen denen der Freifelduntersuchung. Die Messung mit verschiedenen

Frequenzen hat eine längere Messdauer und kann bei kleineren Kindern zu

Complianceschwierigkeiten führen [96]. Die Messungen werden bei unterschiedlichen

Reizfolgeraten durchgeführt, um die Grenzen der Verarbeitungsgeschwindigkeit des

auditiven Systems zu ermitteln. Im Kontext der Diagnostik bei

Schallempfindungsschwerhörigkeit dient die CERA der topographischen

Differenzierung cochleärer Ursachen, hörbahnbezogener und corticaler Lokalisationen

der Störung. Über eine Ableitung mit Knochenleitungshörern können Aussagen zu

Schallleitungsstörungen erhoben werden. Die CERA kann als objektive

frequenzbezogene Hörprüfung verwendet werden [54].

2.4.5 generelle Untersuchungstechnik und Durchführung

Der grundsätzliche apparative Aufbau ist in Abb. 9 wiedergegeben. Jedes Einzelteil

dieser Anordnung muss von hoher Güte sein, wenn verlässliche und vergleichbare

Untersuchungsergebnisse erzielt werden sollen.

Grundbedingungen für eine optimale Registrierung der AEP sind eine eindeutig

definierte Reizform und Reizapplikation, verlässliche akustische Abschirmung,

korrekte Elektrodenanlage ausreichende Verstärkung der registrierten Potentiale

verbunden mit einer wirksamen Artefaktunterdrückung [106].

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Abb.9: Blockdiagramm von Reiz- und Registrierapparatur

Der geschilderte Aufbau ist zumeist in handelsüblichen Geräten zusammengefügt, im

einzelnen deshalb kaum noch zu erkennen. Für audiometrische Zwecke sind besonders

für die Messungen im schwellennahen Bereich hohe Anforderungen an den

technischen Aufwand und an die angeführten Rahmenbedingungen der Untersuchung

zu stellen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden durch die ADANO

(Arbeitsgemeinschaft Deutschsprachiger Audiologen und Neurootologen) im Jahre

1994 eine Empfehlung für die Durchführung der Elektrischen Reaktionsaudiometrie

(ERA) ausgearbeitet, die die Bedingungen festlegt, die bei der Durchführung der ERA

als Teil der audiologischen Diagnostik eingehalten werden sollten.

Das Messprinzip besteht darin, in regelmäßiger oder unregelmäßiger Folge

auditorische Reize zu applizieren und die durch sie ausgelöste Änderung der

Hirnaktivität zu registrieren. Um Reizantworten auch auf geringere Reizlautstärken

und aus verschiedenen Stationen der Hörbahn erfassen zu können, bedarf es sowohl

der häufigen Wiederholung des Reizes als auch einer rechnergestützten Auswertung

der registrierten bioelektrischen Hirnaktivität (EEG).

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Der Computer soll durch Mittelung aus dem „Rauschen“ des EEG´s die Antwort

erkennbar machen. Dafür ist es notwendig, dass ein konstanter zeitlicher Bezug

zwischen dem Reiz und dem auszuwertenden EEG-Abschnitt besteht. Dies geschieht

durch einen Triggerimpuls, der den auditorischen Reiz auslöst und synchron dazu den

Rechner in Gang setzt. Der Rechner wertet also jeweils nur die Zeitabschnitte des

EEG´s aus, die dem Reiz unmittelbar folgen. Der Vorgang wiederholt sich mit jedem

neuen Triggerimpuls. Da im Gegensatz zur Reizantwort die Spontanaktivität des Hirns

nicht auf den Trigger und damit nicht auf den Reiz bezogen ist, bleibt der

reizunabhängige Anteil des EEGs konstant, während sich mit zunehmender Anzahl der

Durchgänge die reizsynchronen Abschnitte addieren [54].

Abb.10: Doppelt-logarithmische Darstellung der postsynaptischen akustisch evozierten Potentiale

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2.5 Hirnstammaudiometrie (BERA, ABR)

Unter den verschiedenen auditorisch evozierten Potentialen sind die

Hirnstammpotentiale die diagnostisch wichtigsten und am häufigsten durchgeführten.

Sie treten mit kurzer Latenz bis etwa 10 ms nach einem akustischen Reiz auf. Zur

Auslösung wird meist ein kurzer Clicks beziehungsweise frequenzspezifische Stimuli

verwendet. Für die Ableitung der BERA muss der Stimulus 1000-2000 mal wiederholt

und die nachfolgenden Antwort gemittelt werden. Mit Hilfe von angeklebten

Oberflächenelektroden, auf dem Scheitel und der über dem Mastoid, kann eine

typische Wellenform nachgewiesen werden, die auch im Schlaf und in Narkose fast

unverändert bleibt. Sie weist 5-6 typische Potentiale auf, die nach Jewett mit den

römischen Ziffern I-VI bezeichnet werden. Bei normalen Potentialen lassen sich die

einzelnen Wellen den anatomischen Strukturen ungefähr zuordnen.

Abb. 11: Verlauf der Hörbahn, Kennzeichnung der Orte der Potentialgenerierung der FAEP durch römische Ziffern nach Jewett [66]

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Die BERA stellt die wohl genaueste Methode der quantitativen Bestimmung des

Hörverlusts bei sehr jungen und/oder unkooperativen Kindern dar, die auch

frequenzspezifisch erfolgen kann. Im Unterschied zur sensorischen

Schallempfindungsschwerhörigkeit sind bei der neuralen

Schallempfindungsschwerhörigkeit in der BERA die Leitzeiten (absolute Latenzen,

Interpeaklatenzen) des Signals verlängert. Es ist dabei zu beachten, dass sich bereits

physiologischerweise die Latenzen verlängern und die Amplituden verringern, wenn

die Reizintensität abnimmt. Die verschiedenen Interpeaklatenzen geben dabei

Aufschluss über die genauere Lokalisation der Störung (Reizleitung, Topodiagnostik),

also über das Vorliegen einer retrocochleären Störung wie auch über den Stand der

Hörbahnreifung [77]. Es wird somit eine Differenzierung zwischen sensorischer und

neuraler oder zentraler Schwerhörigkeit möglich [54]. Bei Kindern wird die BERA

besser im Spontanschlaf oder in Sedierung beziehungsweise Narkose durchgeführt.

Die Click-BERA allein ist zur Einschätzung des Hörvermögens noch nicht

ausreichend. Sie ist am besten durch frequenzbezogene Einzelreize zu ergänzen, da bei

dieser Untersuchung ansonsten eine Schwerhörigkeit in einzelnen Frequenzen

übersehen werden kann. Die Grenzen der Diagnostik liegen für die BERA im

Frequenzbereich von 1000 bis 4000 Hz. Dabei werden nur die neuralen Strukturen bis

zum oberen Hirnstamm erfasst.

Bei der Notched-Noise-Masking-Technik (NN-BERA) erfolgt eine Verdeckung mit

Bandlückenrauschen [76]. Dabei wird simultan mit einem kurzen Tonimpuls ein

Bandlückenrauschen dargeboten, dessen Senkenminimum der Trägerfrequenz des

Tonimpulses entspricht. Hierbei ist zwar die Reproduzierbarkeit noch nicht

ausreichend gewährleistet, es wird aber eine hohe Frequenzspezifität erreicht

Bei der Amplitude-Modulation-Following-Response (AMFR) wird die Trägerfrequenz

mit einer sinusförmigen Modulationsfrequenz (Wiederholungsrate des Reizes)

moduliert. Die Schwelle kann sogar für mehrere Frequenzen (MASTER - multiple

auditory steady-state evoked response) simultan bestimmt werden und es lassen sich

beide Ohren bei dichotischer Beschallung gleichzeitig testen [74]. Die AMFR befindet

sich noch in der klinischen Erprobung.

Bezüglich der Reizapplikation kommen bei der BERA in der Regel Kopfhörer zum

Einsatz. In besonderen Ausnahmefällen werden auch Lautsprecher, bei Kleinkindern

Schlauchzuleitungen sowie kleine Einsteckhörer und bei Gehörgangsatresie

Knochenleitungshörer verwendet. Das Ausmaß einer Schalleitungsstörung kann durch

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den Vergleich der mit dem Luftleitungshörer ermittelten Luftleitungsschwelle und der

mit dem Knochenleitungshörer ermittelten Knochenleitungsschwelle beurteilt werden.

Aber auch die Auswertung der Wellen I und V können bei einer Schallleitungsstörung

eine Spezifität von 98% und eine Sensitivität von 94% erreichen. Dabei korreliert die

BERA besser mit dem Ausmaß der Schallleitungsstörung bei einem Mittelohrerguss

als bei einer Pathologie der Gehörknöchelchenkette [96].

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2.6 Akustische Reizung mittels AMFR – ASSR

Aufgrund ihrer hohen Frequenzspezifität und der Möglichkeit, Aussagen über das

Hören auch im tieferen Frequenzbereich zu erlauben, bietet die Registrierung von

Amplitude Modulation Following Responses (AMFR) eine interessante Alternative zur

objektiven Einschätzung des Hörvermögens und hat sich als vielversprechend für die

Bestimmung der frequenzabhängigen Hörschwelle bei Kleinkindern erwiesen

[72],[79],[87],[58],[111],[26]. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht in der

Möglichkeit eines objektiven Nachweises der Potentiale auf Basis einfacher

statistischer Tests [75].

Die Amplitude Modulation Following Response (AMFR) ist eine auditorisch evozierte

steady-state Response (ASSR). Diese Untergruppe der akustisch evozierten Potentiale

wird durch einen kontinuierlich präsentierten, sinusförmig amplitudenmodulierten Ton

mit Trägersignal hervorgerufen.

Abb. 12: Amplitudenmoduliertes Signal mit den beiden sogenannten Einhüllenden [120]

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Bei der Terminologie von »Steady-State-Potentialen« folgt man Hoke und Hoke

(1997) und bezeichnen damit Potentiale des auditorischen Systems, die während der

Gesamtdauer des akustischen Reizes anhalten und dabei der Zeitstruktur des Reizes

folgen, wobei Steady-State-Potentiale im engeren Sinne der Reizwiederholungs- bzw.

der Modulationsrate folgen.

Obwohl sich damit im Prinzip jeder akustische Reiz, der eine zeitliche Struktur im

Sinne einer Modulation oder Reizwiederholung aufweist, zur Auslösung von Steady-

State-Potentialen eignet, nehmen sinusförmig modulierte Reintöne eine Sonderstellung

ein [69].

Als Reiz wird ein amplitudenmodulierter Ton verwendet, dessen Spektrum im

Frequenzbereich aus drei Komponenten besteht: der Trägerfrequenz und jeweils einer

Frequenz links und rechts vom Träger im Abstand der Modulationsfrequenz.

Die AMFR ist nur annähernd sinusoidal. Im Frequenzbereich wird sie bei Einhaltung

einer ganzzahligen Relation zwischen der Periodenlänge des Modulationssignals und

der Länge der transformierten Epoche durch mehrere Harmonische repräsentiert. Die

Frequenz der ersten Harmonischen (Grundwelle) entspricht dabei der

Modulationsfrequenz, die höheren Harmonischen folgen im Abstand der

Modulationsfrequenz [13].

Diese feste Beziehung zwischen Modulationsfrequenz und der Lage der Harmonischen

im Spektrum bietet die Grundlage für einen objektiven Nachweis der Antwort mit

relativ einfachen statistischen Methoden. Man kann für den objektiven

Antwortnachweis (response detection) entweder nur die Grundwelle heranziehen

[112],[42] oder einen geeigneten statistischen Test auf die Grundwelle und mehrere

höhere Harmonische anwenden [13]. Cebulla et al. 2004 konnten zeigen, dass sich die

Nachweisempfindlichkeit durch die Einbeziehung von mehreren Harmonischen, also

von mehr Information über die Antwort, erhöhen lässt. Das ist auch wünschenswert, da

das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der Antwort sehr klein ist [14]. Der Antwort-

Nachweis in der Nähe der Hörschwelle ist infolge der kleinen Antwortamplitude

problematisch. Eine größere Antwortamplitude ist zu erwarten, wenn der erregte

Bereich auf der Basilarmembran etwas verbreitert wird.

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Abb.13: schematische Darstellung der AMFR nach Pethe et al. [73]

Der prinzipielle Unterschied zwischen den durch Reintöne evozierten Potentialen und

der AMFR ist demnach, dass die AMFR eine Antwort auf die Einhüllende und nicht

die zeitliche Feinstruktur des Stimulus darstellt. Stimuliert man mit einem solchen

Reiz die Cochlea, so konzentriert sich die gesamte Anregungsenergie auf einen

schmalen Bereich der Basilarmembran [65].

Modifikationen dieses Reizes entstehen durch eine Kombination von Amplituden- und

Frequenzmodulation [79], durch eine Modifikation der sinusförmigen Hüllkurve hin zu

steileren Flanken [43], durch die Anwendung mehrerer eng beieinander liegender

Trägerfrequenzen (Stürzebecher et al. 2001) oder durch Verwendung von weißem oder

bandpassgefiltertem Rauschen anstelle des tonalen Trägers [44].

Picton hat 2003 eine Klassifikation von verschiedenen ASSR Reiztypen vorgestellt

[78].

Die Grundidee der Verwendung der AMFR zur Hörschwellenbestimmung ist, durch

Variation der Stimulus-Trägerfrequenz, Aussagen über das Hörvermögen in

unterschiedlichen Frequenzbereichen zu erhalten, wobei das detektierte Potential

immer eine Antwort auf die gleichbleibende Modulationsfrequenz darstellt. Die

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Messung der AMFR bietet daher bei frequenzspezifischer Anregung die Möglichkeit,

objektive Aussagen über das Hörvermögen zu erhalten

Das Haupteinsatzgebiet der Diagnostik mit Hilfe der AMFR stellt der Bereich der

Pädaudiologie dar (Rance et al., 1998)[86]. Dabei ist besonders der dem Neugeborenen

Hörscreening (NHS) folgende diagnostische Abschnitt von internationalem Interesse.

Für den Einsatz einer möglichst früh beginnenden apparativen Rehabilitation ist die

Kenntnis über den Verlauf der Hörschwelle über die Möglichkeit der groben

Abschätzung hinaus, wie sie die Hirnstammpotentiale liefert, von großem Interesse.

Wenn die Untersuchungen an den Kindern ähnlich überzeugende Ergebnisse wie bei

den Erwachsenen ergeben, könnte sich die Registrierung der AMFR zukünftig zu einer

Standardmethode in der Pädaudiologie entwickeln.

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2.7 Reizformen für die Ableitung AEP

Die zur Ableitung der akustisch evozierten Potentiale verwendeten Reizformen sind

sehr vielschichtig und Gegenstand vieler wissenschaftlichen Arbeiten, die sich um eine

stetige Verbesserung für die klinischen Aufgaben bemühen.

Einerseits unterscheidet man frequenzspezifische Reize, von andererseits zeitlich gut

definierten Frequenzgemischen, wie den „click“ oder den „chirp“.

2.7.1 Tonimpulse

Ein reiner Ton ist ein frequenzspezifischer Reiz. Zur Wahrnehmung eines bestimmten

Tons bedarf es einer Tondauer von mindestens 200 ms. Zur Vermeidung von

Artefakten sollten Anstieg und Abfall eine bestimmte Mindestzeit nicht unterschreiten.

Der Sinuston ist ein künstlich erzeugter Ton, dessen Schallwelle wie die Sinusfunktion

oder Cosinusfunktion schwingen Die Darbietung reiner Töne stößt also auf

physiologisch vorgegebene Grenzen. Um diesem gerecht zu werden, werden zusätzlich

Reintöne verwendet, bei denen eine Amplituden- (AM) oder Frequenzmodulation

(FM) vorgenommen wurde.

Prototypen dargebotener Reintonreize sind der Ton-Pip mit einer kurzen Anstiegszeit,

keinem Plateau und einer kurzen Abfallzeit. Ein Ton-Burst hingegen besitzt variable

Anstiegszeiten und Plateauzeiten. Die Anwendungen von frequenzspezifischen Reizen

stellen besondere Anforderungen an Apparatur und Untersucher, da

Resonanzfrequenzen von Wandler, Gehörgang und Mittelohr berücksichtigt werden

müssen.

Abb.14: Darstellung eines reinen Sinuston und als Gauß-Burst modifiziert [20]

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15a: AM:100%; FM:0%

15b: AM:50%; FM:20% Abb.15: Darstellung von Reintönen mit Amplitudenmodulation (15a) und zusätzlicher Frequenzmodulation (15b) nach Picton [80]

2.7.2 Click-Reize

Der „Click“-Reiz besteht aus zeitlich gut definierten Frequenzgemisch, das durch

einen elektrischen Rechteckimpuls oder einer Sinushalbwelle generiert wird. Für sein

Plateau ist eine Dauer von 150-200µs als günstig ermittelt worden. Clicks werden vom

Ohr nicht als Ton empfunden, sondern haben eher einen knackartigen Charakter und

sind deshalb zunächst nicht frequenzspezifisch. Der elektrisch gut definierte Verlauf

des Clicks wird außerdem im elektroakustischen Wandler insofern verfälscht, als die

hohen Frequenzanteile nur im Beginn des Clicks enthalten sind, das Nachschwingen

dagegen ein deutlich tieferes Frequenzspektrum aufweist. Diese Tatsache hat man sich

zu eigen gemacht, um so schließlich doch eine gewisse Frequenzspezifität wieder zu

erreichen.

Seine höchsten Frequenzanteile weist der Click unmittelbar zu Beginn auf. Hierdurch

wird die gesamte Basilarmembran, insbesondere der proximale Anteil, ausgelenkt und

somit ein hoher Grad der Synchronisation afferenter Fasern erreicht. Die Hauptenergie

liegt meist im Frequenzbereich zwischen 1-4kHz. Click-evozierte Potentiale werden

insbesondere für AEP kurzer und mittlerer Latenz verwendet. Besondere Bedeutung

besitzen Variationen der frühen akustisch evozierten Potentiale aufgrund

unterschiedlicher Polarität des Click. Man unterscheidet Druck- von Sogimpulsen

(condensation und rarefaction) sowie eine alternierende Reizform. Die Erregung der

Sinneszellen auf der Basilarmembran erfolgt zeitlich synchron zu dem Sogimpuls. Ein

auditorisches Neuron antwortet nur während des Sogimpuls, wenn die Basilarmembran

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zur Scala vestibuli ausgelenkt wird. Es stellt sich als außerordentlich wichtig heraus,

sämtliche Reizparameter zu definieren und möglichst zu normieren, um eine

Vergleichbarkeit der Resultate desselben und verschiedener Labors zu erreichen.

Der bisher verwendete Click ist ein Breitbandsignal, das über die ausgelöste

Wanderwelle nacheinander alle Frequenzbereiche der Cochlea anregt. Die

Geschwindigkeit der Wanderwellen ist im basalen Teil der Cochlea am größten und

nimmt von der Basis zum Apex ab. Infolge der dadurch bedingten höheren

Synchronisation der Erregungen im basalen Cochleaabschnitt trägt im wesentlichen

der Frequenzbereich oberhalb 1 kHz zur click-evozierten ABR bei. Die erhebliche

Laufzeitverzögerung der Wanderwelle auf der Basilarmembran der Cochlea (travelling

wave delay) im Bereich der tieferfrequenten Strukturen führt dazu, dass die zeitlich

verzögerten Antworten aus diesem Bereich in der Summenantwort nur eine geringe

Rolle spielen [59].

Abb. 16: schematische Darstellung eines Click-Reizes [120}

Abb.17: Zeitverlauf und Frequenzspektrum eines Clickreizes [20]

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2.7.3 Chirp-Reize

Als Chirp (von engl. Chirp = Zwitschern) bezeichnet man in der Signalverarbeitung

ein Signal, dessen Frequenz sich zeitlich ändert.

Zur Beurteilung von frequenzspezifische Informationen unterhalb von 2kHz mit Hilfe

der FAEP, stellen die Cochlea-Mechanik und die Zeit-Frequenz-Unschärfe der oben

genannten Reizformen limitierende Faktoren dar. Wie bereits dargestellt lassen sich

mit Click-evozierten Potentialen über die Erregung des Hörnervs im Tieftonbereich

nur ungenaue Angaben machen, da die Erregung unterhalb von 1kHz schnell abnimmt

Lütkenhöner et al., 1990 [59] sowie Dau et. al. 2000 [16] stellten Chirp-Signale vor,

die in weiterführenden Arbeiten zeigten, dass der Chirp-Stimulus in Kombination mit

einem Hochpass-Maskierer sehr gut geeignet ist, um Informationen über das

Hörvermögen besonders im tieffrequenten Bereich abzuleiten.

Der Chirp ist ein breitbandiger Reiz, bei dem im Unterschied zum Click durch den

Ausgleich der frequenzabhängigen Laufzeitunterschiede auf der Basilarmembran die

maximale Erregung in allen Frequenzbereichen synchron erfolgt.

Abb. 18: Darstellung eines Chirp-Reizes [20]

Lütkenhöner et al., 1990 orientierten sich bei der Bestimmung des „delays along the

cochlear partition“ (Verzögerung entlang der Cochlea-Teilbereiche) an der von den

frequenzspezifischen ABR bekannten Latenzverschiebung. Dau et al., 2000 haben bei

dem von ihnen konstruierten Chirp die zeitliche Dispersion auf der Grundlage des

Cochleamodells von de Boer, 1980 [18], mit den Parametern von Greenwood, 1990

[27], errechnet. In beiden Publikationen wird für die Chirp-Stimulation eine im

Vergleich zum Standard-Click größere ABR-Amplitude berichtet. Die Ergebnisse

wurden jedoch noch nicht in einer ausreichend großen Studie bestätigt. In der

klinischen Praxis ist der Chirp bis jetzt noch nicht als ABR-Stimulus eingeführt

worden.

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Abb. 19: Oben: Schematische Darstellung des für die Messungen verwendeten Clickreizes (links) und des Chirpreizes (rechts). Mitte: Interne neuronale Repräsentation der beiden Signale nach der Verarbeitung in der Cochlea. Der Chirp (rechts) bewirkt eine im Vergleich zum Click (links) höhere Synchronisation der Aktivität über große Bereiche der Cochlea hinweg. Unten: Zugehörige akustisch evozierte Potenziale für Click und Chirp für verschiedene Eingangspegel. Der Chirp bewirkt eine höhere Amplitude der Welle V als der Click. [17]

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2.7.4 Neue Reize

Im Jahre 2001 wurde durch Stürzebecher und Cebulla ein neuer Stimulus vorgestellt,

der aus mehreren amplitudenmodulierten Trägern besteht. Die Modulationsfrequenz ist

für alle Träger identisch. Der Frequenzabstand der Träger beträgt das Ein- oder

Zweifache der Modulationsfrequenz (multiple carrier stimuli (MC-stimuli)) [108].

Dadurch konnte das SNR der Antwort um einem Faktor bis zu 1,6 vergrößert werden.

Abb.20: Zeitfunktion (oben) und Frequenzspektrum (unten) einer a) Amplitudenmodulation im Vergleich zu den Mehrfachträgerreizen (MC- Stimuli): b) AM2MF2, c) AM3MF1, d) AM3MF2 [108]

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Ein Ziel der vorliegenden Studie war es, einen AMFR-Stimulus zu konstruieren, der

wie der MC-stimulus einen breiteren Bereich der Basilarmembran erregt, bei dem aber

im Gegensatz zum MC-stimulus durch Kompensation des Cochlea-delays eine

weitgehend synchrone Erregung im durch den Stimulus erreichten Bereich und damit

ein größeres SNR der Antwort erzielt wird.

Außerdem war noch ein zweites Problem zu lösen, um gerade bei 500 Hz optimale

Voraussetzungen für den Nachweis der AMFR zu erreichen: Ein Vorteil der AMFR

besteht darin, dass der elektrische Reizartefakt im Spektrum im Bereich der

Trägerfrequenz und der durch die Modulation bedingten Seitenfrequenzen liegt,

während die Frequenz der Antwort durch die Modulationsfrequenz bestimmt wird. Der

elektrische Reizartefakt stört deshalb nicht, solange man sich beim statistischen

Antwortnachweis nur auf die 1. Harmonische beschränkt. Cebulla et al., 2004 [13]

konnten aber zeigen, dass bei Einbeziehung von bis zu 5 höheren Harmonischen

zusätzlich zur 1. Harmonischen eine höhere Erkennungsrate (detection rate) und eine

kürzere mittlere Erkennungszeit (mean detection time) zu erreichen sind. Im Gegensatz

zu den höheren Frequenzen 1000, 2000 und 4000 Hz ist das bei 500 Hz bisher aber aus

folgendem Grund nur eingeschränkt möglich. Bereits bei dem üblichen single-carrier

stimulus (einfach Trägerreiz ) mit einer Trägerfrequenz von z.B. 540 Hz und einer

Modulationsfrequenz von 90 Hz fällt die untere Seitenfrequenz des Stimulus mit der 5.

Harmonischen der Antwort zusammen. Hier kann also bei Berücksichtigung von 5

Harmonischen ein elektrischer Reizartefakt zu einem falschen Ergebnis des

statistischen Tests führen. Noch erheblich kritischer sind die Verhältnisse bei

Anwendung des MC-stimulus bei 500 Hz. Hier kann bereits die 3. Harmonische der

Antwort durch einen elektrischen Reizartefakt beeinflusst sein. Gerade bei 500 Hz, wo

optimale Bedingungen für Generierung und Nachweis der Antwort erforderlich sind,

besteht also das Problem, dass zum Antwortnachweis nicht der Statistiktest mit der

größeren Testpower eingesetzt werden kann. Das zweite Ziel der vorliegenden Studie

bestand deshalb darin, einen AMFR-Stimulus zu konstruieren, bei dem zusätzlich zu

der oben beschriebenen Kompensation der Cochlea-Laufzeit auch ein Frequenz-

Versatz zwischen den Seitenfrequenzen des Stimulus und den Harmonischen der

Antwort realisiert ist. Bei einen derartigen Frequenz-Versatz ist eine Überlagerung der

Harmonischen der Antwort durch einen elektrischen Reizartefakt nicht mehr möglich.

Die Einbeziehung der höheren Harmonischen der Antwort beim statistischen

Antwortnachweis wäre dann auch bei 500 Hz problemlos möglich.

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In der vorliegenden Arbeit werden die nach obigen Vorgaben konstruierten Stimuli

vorgestellt. Die Effizienz der neuen AMFR-Stimuli wird im Rahmen dieser

Untersuchung an einer großen Gruppe von normalhörenden Probanden überprüft.

3. Material & Methodik

Die Grundlage der Untersuchung war die Erprobung neuer Reize (AMFR-Stimuli) für

die Anwendung bei der Hirnstammaudiometrie (BERA). Das Ziel für den Einsatz

neuer Reize liegt in einer kürzeren Untersuchungszeit und der Möglichkeit die bisher

schwer zugängliche tiefe Frequenz von 500 Hz zu erfassen. Dafür wurde die Studie der

Ethikkommission der Universität - Marburg zur Begutachtung vorgelegt, die dieser

Untersuchung mit einem positivem Votum zustimmte.

Alle Probanden wurden über den Inhalt der Studie aufgeklärt und nach Zustimmung,

die im Zuge der Vorbereitung stattfand, wurde das Einverständnis zur Untersuchung

schriftlich eingeholt.

3.1 Beschreibung der neuen Stimuli

Die übliche Generierung der AMFR-Stimuli erfolgt durch Modulation eines Trägers

(in der Regel 500, 1000, 2000 und 4000 Hz) mit einem sinusförmigen

Modulationssignal (in der Regel im Bereich 70 bis 100 Hz). Die Anstiegssteilheit der

Hüllkurve ist relativ gering. Durch den MC-Stimulus mit einem Frequenzabstand der

modulierten Träger entsprechend dem Ein- oder Zweifachen der Modulationsfrequenz

konnten wir einen Reiz mit einem steileren Anstieg der Hüllkurve erzeugen, der einen

breiteren Bereich der Basilarmembran erregt [108].

Die folgende Darstellung wurde den publizierten physikalischen Grundlagen der von

Stürzebecher und Cebulla konzipierten neuen Reizen entnommen [110].

Ein für die Evozierung von AMFR geeignetes Reizsignal kann aber auch ohne

Modulation, durch Addition von mehreren Sinus- oder Kosinusschwingungen erzeugt

werden, wenn die Frequenzdifferenz entsprechend der gewünschten Wiederhol-Rate

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des Reizsignals gewählt wird. Die Anzahl der addierten Schwingungen bestimmt die

Breite des aktivierten Bereichs auf der Basilarmembran. Im weiteren wird die

Darstellung mittels cos-Funktionen gewählt. Das Reizsignal wird durch Gleichung (3)

beschrieben:

{ }[ ]

{ }∑−

=

+=

−+++++=

1

01

1

)2cos(1)(

)})1({2cos(...)12cos(2cos1)(

n

krl

rlrll

tkffn

ty

tfnftfftfn

ty

π

πππ

Gleichung (3) mit:

n = Anzahl der Kosinusschwingungen

fl = tiefste Frequenz der n Kosinusschwingungen

fr = Wiederholrate des Reizsignals

Die höchste Frequenz fh der n Kosinusschwingungen ist dann fh = fl+(n-1)fr.

In Abb. 21a ist für n=7 rechts die Zeitfunktion und links das Frequenzspektrum dieses

Signals dargestellt. Die tiefste Frequenz ist hier fl = 269,53 Hz, die Wiederholrate ist

fr = 89,84 Hz. (Die Frequenzangaben wurden auf 2 Stellen nach dem Komma

gerundet.) Der Stimulus hat folglich eine Bandbreite von etwa 270 – 808 Hz, die

Mittenfrequenz ist 539 Hz. In Abb. 21a ist zwischen den Reizen eine deutliche

Welligkeit (ripple) zu erkennen. Diese Welligkeit kann reduziert werden, indem die

Kosinusschwingungen mit der tiefsten und der höchsten Frequenz gemäß Gl. (4) nur

mit der halben Amplitude der übrigen Wellen berücksichtigt werden.

{ }∑−

=

+−

=1

02 )2cos(

11)(

n

krlk tkffa

nty π

Gleichung (4) mit:

ak = 0,5 für k=0 und k=n-1,

ak = 1 für alle übrigen k.

Die durch diese Maßnahme gemäß Gl. (4) geglättete Zeitfunktion ist in Abb. 21b

dargestellt. Dieser Reiz wird im weiteren als cosinus-waves stimulus (CW-Stimulus)

bezeichnet.

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Die Konstruktion der CW-Stimuli aus einzelnen Cosinuswellen bietet nun die

Möglichkeit einer frequenzabhängigen Phasenkorrektur zur Kompensation der

frequenzabhängigen Laufzeit in der Cochlea. Als Grundlage für die Korrektur wurde

das Cochlea-Modell von de Boer (1980) gewählt. Dabei wurden in de Boers Gleichung

die von Greenwood (1990) angegebenen Konstanten verwendet.

Abb. 22: Cochlea delay nach de Boer (1980)

Abb. 22 zeigt die Frequenzabhängigkeit der Laufzeitverzögerung der Wanderwelle auf

der Basilarmembran der Cochlea relativ zu 100 Hz. Aus der Darstellung ist zu

entnehmen, dass die tiefste Frequenzkomponente (270 Hz) des in Abb. 21a und 21b

dargestellten Reizes um mehr als 3 ms gegenüber der höchsten (808 Hz) verzögert ist.

Um diese Laufzeitdifferenzen zu kompensieren, wurde in Gleichung (4) ein

Phasenwinkel φk eingefügt, der die mit dem Modell von de Boer errechneten

frequenzabhängigen Laufzeit-Verzögerungen berücksichtigt:

{ }∑−

=

++−

=1

03 )2cos(

11)(

n

kkrlk tkffa

nty ϕπ

Gleichung (5) mit:

φk = frequenzabhängige Phasenverschiebung errechnet aus

der delay-time gemäß dem Cochlea-Modell von de Boer

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In Abb. 21c ist für n=7 rechts die Zeitfunktion und links das Frequenzspektrum dieses

Signals dargestellt. Das Frequenzspektrum des Reizes ist identisch mit dem in Abb.

21b dargestellten, da die Phasenbeziehungen in der Darstellung nicht berücksichtigt

werden. Die Zeitfunktion in Abb. 21c zeigt dagegen im Gegensatz zu Fig. 1b eine

"rechts-links Asymmetrie" infolge der Einführung der Zeitverzögerung (time delays).

Die CW-Stimuli mit Phasenkorrektur werden im weiteren durch den Zusatz PC (phase

corrected) gekennzeichnet.

Es gilt allgemein die Regel, Träger- und Modulationsfrequenz der AMFR-Stimuli so

zu wählen, dass die Trägerfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der

Modulationsfrequenz ist. Das führt zu dem oben für die MC-Stimuli erläuterten

Problem, dass es insbesondere beim 500-Hz-Reiz zu einer Überlagerung des

elektrischen Reizartefaktes der tiefen Frequenzen des Stimulus mit den Harmonischen

der Reizantwort kommen kann. Das gleiche gilt auch für die hier beschriebenen neuen

CW-Stimuli. In Abb. 21c ist die Lage der ersten 6 Harmonischen der Antwort durch

Pfeile markiert. Führt man nun in Gl. (5) einen Frequenz-Offset foff gemäß Gl. (6) ein,

so bewirkt das eine Verschiebung der Frequenzen des Stimulus (frequency offset), die

erste Harmonische der Antwort erscheint dagegen weiterhin bei fr und die höheren

Harmonischen bei Vielfachen von fr.

{ }∑−

=

+−+−

=1

04 )2cos(

11)(

n

kkoffrlk tfkffa

nty ϕπ

Gleichung (6) mit:

0 < foff < fr

Bei beliebiger Wahl von foff innerhalb der angegebenen Grenzen geht allerdings die

starre Kopplung zwischen den Frequenzen des Stimulus und der Wiederholrate fr

verloren, es kommt zu einem periodischen Durchlaufen (cycling). Es ist deshalb

sinnvoll, 2

roff

ff = zu wählen. Hierbei ergibt sich eine Phasenkopplung über 2

Perioden von fr. Das Ergebnis ist, wie in Abb. 21d erkennbar, ein alternierender

Stimulus.

Die Harmonischen der Antwort erscheinen weiterhin bei den gleichen Frequenzen wie

in Fig. 1c, die Frequenzkomponenten des Stimulus sind dagegen im Spektrum um fr/2

nach links verschoben. Damit ist die insbesondere bei 500 Hz notwendige Trennung

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70

von Reizartefakt und den Harmonischen der Antwort erreicht. Die CW-Stimuli mit

frequency offset werden im weiteren durch den Zusatz FO gekennzeichnet.

Obwohl sich diese Studie auf die Problematik bei 500 Hz konzentriert, wurden auch

die Frequenzen 1000, 2000 und 4000 Hz einbezogen. Bei diesen Frequenzen ist durch

die Korrektur des Cochlea-Delays kaum ein Gewinn zu erwarten. Es war aber zu

kontrollieren, ob die auf neue Art konstruierten Reize auch bei diesen Frequenzen

effektiv sind. Die Anzahl der bei Reizgenerierung addierten Sinusschwingungen war

immer 7 mit folgender Ausnahme: Bei 4000 Hz wurde auch ein Reiz mit 11

Sinusschwingungen einbezogen. Das frequency offset ist nur bei 500 Hz erforderlich,

um den Einsatz eines q-sample Tests zu ermöglichen und wurde deshalb nur bei diesen

Reizen eingefügt. Wie im Abschnitt 3.2 (Versuchspersonen) erläutert wird, war die

Anzahl der möglichen Untersuchungen limitiert. Deshalb wurde der übliche AMFR-

Stimulus (amplitudenmodulierter Träger) nur bei 500 Hz und 2000 Hz zum Vergleich

mitgetestet. a)

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ampl

itude

Time / ms

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ampl

itude

Time / ms

200 400 600 800 1000 1200

Spe

ctra

lam

plitu

de/ d

B

Frequency/ Hz0

-30

-20

-10

0

10

b)

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Ampl

itude

Time / ms

200 400 600 800 1000 1200

Spe

ctra

lam

plitu

de/ d

B

Frequency/ Hz0

-30

-20

-10

0

10

0

-30

-20

-10

0

10

c)

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Am

plitu

de

Time / ms0 5 10 15 20 25 30 35 40

200 400 600 800 1000 1200

Spec

trala

mpl

itude

/ dB

Frequency/ Hz0

-30

-20

-10

0

10

0

-30

-20

-10

0

10

d)

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Am

plitu

de

Time / ms0 5 10 15 20 25 30 35 40

200 400 600 800 1000 1200

Spe

ctra

lam

plitu

de/ d

B

Frequency/ Hz0

-30

-20

-10

0

10

0

-30

-20

-10

0

10

Abb. 21a-d: Darstellung von Zeitfunktion und Frequenzspektrum der neuen 500-Hz-Reize

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Die folgenden Reize wurden für die hier beschriebene Studie verwendet:

• 500-Hz-Stimuli

1. AM500 üblicher amplitudenmodulierter 500-Hz-Träger

2. 7CW500 mit 7 Sinusfrequenzen konstruierter CW-Stimulus

3. 7CW500PC wie unter 2., zusätzlich phase corrected

4. 7CW500PC/FO wie unter 3., zusätzlich mit frequency offset

Bei den übrigen Reizen ergibt sich die Erklärung der Bezeichnung aus der Erklärung

der 500-Hz-Reize.

• 1000-Hz-Stimuli • 2000-Hz-Stimuli • 4000-Hz-Stimuli

5. 7CW1000 7. AM2000 10. 7CW4000

6. 7CW1000PC 8. 7CW2000 11. 7CW4000PC

9. 7CW2000PC 12. 11CW4000PC

Der für alle untersuchten Stimuli gewählte Reizpegel lag bei 30 dB nHL. Die

Kalibrierung der Reize erfolgte subjektiv mit 10 Probanden aus der gleichen Gruppe

der normalhörenden Jugendlichen, mit denen die Untersuchungen der vorliegenden

Studie durchgeführt wurden. Für jeden Reiz wurde die individuelle subjektive

Hörschwelle ermittelt. Aus den individuellen Schwellenpegeln wurde für jeden Reiz

der Schwellen-Mittelwert berechnet.

Die Reihenfolge der Applikation der oben genannten Stimuli wurde automatisch

randomisiert dargeboten.

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3.2 Versuchspersonen

Die Untersuchung wurden an insgesamt 70 Probanden durchgeführt.

Voraussetzung zur Teilnahme war eine Normalhörigkeit und die schriftliche

Zustimmung für die Messungen. Bei 14 männlichen und 56 weiblichen Probanden im

Alter zwischen 17 – 34 Jahren, deren Hörverlust für reine Töne bei den verwendeten

Frequenzen höchstens 10 dB HL betrug, führten wir eine BERA- Untersuchung mit

unterschiedlichen akustischen Reizen durch.

Die meisten der Probanden waren Studierende einer Logopäden-Schule. Da dieser

Beruf vorwiegend von Frauen ausgeübt wird, überwiegen in der Stichprobe die

weiblichen Probanden. Von den ABR ist bekannt, dass die Potentialamplitude bei

Frauen in der Regel etwas größer ist als bei Männern. Die AMFR verhalten sich

wahrscheinlich ähnlich, dazu liegen allerdings noch keine Untersuchungen vor. Die

Ergebnisse der Studie werden durch das Überwiegen der weiblichen Probanden jedoch

nicht beeinträchtigt, da keine Aussagen zur absoluten AMFR-Amplitude angestrebt

wurden. Es geht hier vielmehr um den Vergleich der AMFR-Amplituden bei

unterschiedlichen Reizbedingungen.

Bei allen Probanden wurden vor den Messungen eine Tonschwellenaudiometrie und

Tympanometrie durchgeführt, um einen Hörschwellenverlust oder eine entzündlichen

Mittelohrprozess auszuschließen.

Als Versuchsort diente ein schallisolierter Raum mit einer integrierten, extra für die

Messungen aufgebauten, Hörkabine mit der Möglichkeit die Kabel der Elektroden

nach außen zu leiten und dort an den Computer anzuschließen und unabhängig vom

Messvorgang zu verarbeiten. Diese Situation zur Ableitung bot ideale Verhältnisse. In

der Hörkabine befand sich für die Probanden eine Untersuchungsliege, auf der sie

bequem liegen konnten. Während der Messungen wurde der Raum abgedunkelt und

die Probanden wurden gebeten sich zu entspannen und wenn möglich zu schlafen.

Jedoch je nach Tageszeit der Messungen war es nicht allen Probanden möglich

einzuschlafen.

Mit den gleichen Probanden erfolgte auch eine nochmalige Testung von weiteren

neuen Reizen, die für den Einsatz im Neugeborenen-Hörscreening vorgesehen sind.

Die Ergebnisse dazu sind noch nicht publiziert.

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Abb. 25 a+b: Fotoaufnahme des Untersuchungsraumes und der eingebauten Hörkabine

Die Ableitungen dauerten durchschnittlich eine bis anderthalb Stunde. Insgesamt

wurden jeweils 2 Ableitungen mit jedem Probanden durchgeführt. Die lange

Untersuchungszeit war ein limitierender Faktor für die Untersuchungen, da nach einer

Stunde liegend, eine steigende Unruhe der Probanden erkennbar war, was sich in

verschlechterten Messergebnisse zeigte.

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Möglicherweise war das auch der Grund, weshalb einige Probanden zur zweiten

Ableitung nicht erschienen sind, da sie die Messungen in der Hörkabine und dem

zusätzlich abgedunkeltem Raum als unangenehm empfanden.

Da die Stimuli für die AMFR Generierung und die neuen Reize für das Hörscreening

randomisiert appliziert wurden, hatte das „Nichterscheinen“ der Probanden zum 2.Test

immer Auswirkungen in der statistischen Bewertung für beide Arten von Reizen.

Die Anzahl der Paare, die für die verschiedenen Paarvergleiche zur statistischen

Bearbeitung zur Verfügung standen ist deshalb kleiner als die oben genannte

Gesamtanzahl der Probanden und differiert für die verschiedenen Vergleiche.

3.3 Messvorbereitung und Messdurchführung

Die zur Messung benutzten Elektroden wurden am Vertex (Cz) und am ipsilateralen

Mastoid befestigt. Die für die Erdung bestimmte Elektrode wurde an der Stirn

befestigt. Die Hautbereiche für die Elektrodenkontakte wurde vorher mit einer dafür

geeigneten Hautreinigungspaste aufgeraut und mittels handelsübliches Elektrodengel

für einen optimalen Elektrodenkontakt gesorgt. Die Impedanz zwischen der Mastoid-

bzw. Vertex-Elektrode und der Stirnelektrode sollte 5 kΩ nicht überschreiten und lag

meist zwischen 1,5-2,5 kΩ. Die Spannung zwischen den Elektroden wurde über ein

zweites Screening Bera-Gerät (Echoscreen) bestimmt und wenn die Impedanz

oberhalb von 5 kΩ lag, so wurden die Elektroden wieder entfernt und der Vorgang

wiederholt.

Für die Registrierung der Potentiale wurde das Gerät MB11-2 der Firma MAICO

Diagnostics (GmbH) verwendet. Anstelle des sonst üblich verwendeten Hörers

(BERAphon) wurde zur Reizapplikation ein Kopfhörer (HDA 280, Sennheiser) und

ein separater Vorverstärker (Pre-amplifier) benutzt.

Die Filter Bandbreite betrug 25 Hz (6dB/Oktave) und 1,5 kHz (24dB/oktave).

Die Analog zu Digital (AD) Transformationsrate hatte mit 16 kHz die gleiche Größe

wie die DA Transformationsrate. Das EEG wurde während der Stimulation

kontinuierlich auf einer Festplatte aufgenommen und gespeichert.

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Unabhängig von der späteren off-line-Analyse wurden die Daten bereits während der

Datenregistrierung mittels Fouriertransformation in den Frequenzbereich transformiert.

Mit einer sequentiellen Teststrategie wurde der modifizierte Rayleigh Test (PC*) [68]

auf die 1. Harmonische der Antwort angewendet. Die Datenregistrierung erfolgte

generell über etwa 153 Sekunden, auch wenn die Antwort bereits vorher als „pass“

nachgewiesen wurde. Falls bis 153 Sekunden keine Antwort nachweisbar war, wurde

die Registrierung fortgesetzt und ca. 10 Sekunden nach Erreichen eines signifikanten

Testergebnisses gestoppt. Falls eine Antwort mit PC* nach 300 Sekunden nicht

nachweisbar war, wurde die Datenregistrierung abgebrochen.

Abb.25: Programmoberfläche hier: positive Reiz-Antwort (im Pass) und fortlaufende Registrierung bis 153 sec, bei negativer Antwort Registrierung max 300 sec [8]

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3.4 Auswertung

Die Durchführung „objektiver Hörprüfungen“ ist erst dann als objektiv anzusehen,

wenn die Ergebnisbewertung auch „automatisch“ und unabhängig vom Untersucher

erfolgen kann. Die Bewertung von Reizantworten bei einer BERA- Untersuchung

erfordert bis heute große Erfahrung durch den Untersucher. Für die Anwendung,

besonders im NHS, ist der Einsatz von objektiven Verfahren mit automatischen

Ergebnisbewertung (AABR) von entscheidender Bedeutung [7],[8].

Weltweit wird deshalb an Verfahren mit automatischen Ergebnisbewertung gearbeitet.

Grundlage für die Auswertung der Ergebnisse liefert ein neu entwickelter Algorithmus

von Stürzebecher, der im folgenden dargestellt wird. Mit Hilfe dieser

Ergebnisbewertung wird die BERA-Untersuchungen zu einer „echten“ objektiven

Untersuchungsmethode.

Die Analyse der gespeicherten Daten erfolgte nachträglich für alle Messungen

zusammen. Die Länge der aufgenommen EEG Segmente waren infolge des oben

beschriebenen Abbruchkriteriums nicht einheitlich. Die EEG Segmente wurden in

Epochen mit einer Länge von 1.024 sec geteilt. Jede einzelne Epoche wurde mit Hilfe

der Fast Fourier Transformation (FFT) in den Frequenzbereich umgewandelt. Dadurch

ergab sich ein Frequenzbereich von 0.976 Hz (1/1.024 sec).

Über die ermittelten Werte der bereinigten SNR, der Nachweisrate (detection rate) und

der Nachweiszeit (detection time) wurde die Effizienz der Stimuli festgelegt.

Für die SNR-Berechnung wurden die ersten 150 Epochen (record length 153,6 sec.)

gemittelt. Der Mittelwert wurde mittels FFT in den Frequenzbereich transformiert. Die

Frequenzauflösung war etwa 1 Hz. Die rauschkorrigierte SNR der Harmonischen

wurde durch folgende Gleichung berechnet:

NNSSNR −

=*

Gleichung (7) mit:

NSS +=* *S - Amplitude der Antwort im Frequenzspektrum

S - Amplitude des Signalsanteils an der Antwort N - Amplitude des Geräuschanteils an der Antwort N - Hauptamplitude des Hintergrundgeräuschs, bestimmt/geschätzt durch 10 Spektralkomponenten (jeweils 10 Linien rechts bzw. links der Antwort)

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Das rauschkorrigierte SNR ist im Gegensatz zur üblichen SNR-Angabe bei Gleichheit

von Signal und Rauschen nicht 1 sondern 0.

Im dem Fall, dass keine Antwort erfolgte und die Amplitude der Antwort unter der der

Rauschamplitude lag, wurde die daraus folgende negative SNR als null betrachtet, da

negative Werte für die SNR nicht zulässig sind.

Der Antwortnachweis erfolgte bei 500 Hz für die Stimuli ohne frequency off-set mit

einer Modifikation [13] des modifizierten Rayleigh Tests [68], die statt der Rangzahlen

der spektralen Amplituden die spektralen Amplituden verwendet. Für den Nachweis

der Antworten auf alle übrigen Stimuli wurde eine Modifikation [107] des q-sample

uniform scores Test [60] eingesetzt. Während der q-sample uniform scores Test von

Mardia nur die in eine Rangordnung gebrachten Phasen verwendet, bleiben die Phasen

bei der Modifikation dieses Tests ungereiht, und es werden zusätzlich die in eine

Rangordnung gebrachten spektralen Amplituden berücksichtigt. Dadurch konnte die

Testpower erhöht werden. Bei Anwendung des q-sample Tests wurden 6 Harmonische

der Antwort in die Testung einbezogen, während der modifizierte Rayleigh Test nur

eine Harmonische (in der Regel die Grundwelle) testet. Getestet wurde mit einer

Irrtumswahrscheinlichkeit von α = 1%. Bei der offline-Anwendung der statistischen

Tests für den Antwortnachweis wurde eine sequentielle Teststrategie angewendet. Im

ersten Schritt wurde der Test auf die ersten 10 Epochen angewendet. Nach jedem

Testen wurde die Stichprobe um 1 Epoche vergrößert, bis eine Antwort nachweisbar

oder der maximal verfügbare Stichprobenumfang erreicht war. Um bei dem durch das

sequentielle Vorgehen bedingten häufigen Testen die vorgegebenen

Irrtumswahrscheinlichkeit α = 1% zu gewährleisten, wurden die kritischen Testwerte

gemäß dem dafür entwickelten Verfahren [109] bestimmt.

Da die verschiedenen Reize bei den gleichen Probanden angewendet wurden, müssen

zum Prüfen der Differenzen zwischen den Ergebnissen (Nachweisrate, Nachweiszeit,

SNR) statistische Tests für abhängige Stichproben eingesetzt werden, d.h, es müssen

immer Paarvergleiche durchgeführt werden. Oben wurde bereits erläutert, dass die

Anzahl der möglichen Paare kleiner als die Anzahl der Probanden ist, weil nicht alle

Reize bei allen Probanden getestet werden konnten.

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3.5 Statistische Bearbeitung

Die statistische Signifikanz für die SNR Unterschiede bei verschiedenen AMFR

Reizen wurde mit dem Wilcoxon matched pairs signed rank test getestet. Hierbei

wurde auch das SNR der Aufnahmen einbezogen, bei denen keine Antwort

nachweisbar war. Die Nachweiszeit wurde aus der Anzahl der für den Signalnachweis

erforderlichen minimalen Anzahl von Epochen berechnet. Bei Aufzeichnungen ohne

nachweisbare Antwort wurde als Nachweiszeit die maximale Untersuchungsdauer von

300 Sekunden berücksichtigt. Eine andere Möglichkeit wäre das Weglassen aller

Paare, bei denen einer der beiden Reize keine nachweisbare Antwort evoziert hat,

gewesen. Das gewählte Vorgehen führt jedoch zu realistischeren Angaben zur

Untersuchungsdauer. Die Differenzen der Nachweiszeit für die verschiedenen AMFR-

stimuli wurden ebenfalls mit dem Wilcoxon matched pairs signed rank test getestet.

Die Differenzen der für die verschiedenen Stimuli erhaltenen Nachweisraten wurden

mit dem McNemar Test auf Signifikanz geprüft.

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4. Ergebnisse

Bei insgesamt 70 Probanden wurden in 2 Sitzungen von je einer bis anderthalb

Stunden BERA-Ableitungen durchgeführt. Dabei kamen bis zu 35 verschiedene

akustische Reizformen zu Einsatz.

Für die statistische Bearbeitung dieser Arbeit wurden im Schnitt circa 62 Probanden

und die vorher beschriebenen 12 Stimuli verwendet.

Die Testergebnisse für die 500-Hz-Stimuli sind in Tabelle 1 aufgelistet. Angegeben

sind die Nachweisrate, der Median der individuellen Nachweiszeit sowie Mittelwert

und Standardabweichung des SNR der ersten Harmonischen. Das wesentliche Ziel der

Studie war es, insbesondere bei 500 Hz neue Stimuli zu entwickeln, die dem üblichen

modulierten single-carrier stimulus (AM500 in der ersten Zeile von Tabelle 1)

überlegen sind. In der zweiten bis fünften Zeile von Tabelle 1 sind die mit den neuen

Stimuli erhaltenen Ergebnisse dargestellt. Die Differenzen zwischen den Ergebnissen

der 3 neuen Stimuli und den Ergebnissen für AM500 wurden auf Signifikanz geprüft.

Die errechneten p-Werte sind unter den jeweiligen Ergebnis-Werten der neuen Stimuli

angegeben.

N

Stimulus

statistischer

Test

Nachweisrate

(%)

Nachweiszeit

(s)

(Median)

SNR (SD)

62

AM500

one-sample

Test 74.2 119.5 2.57 (2.5)

62

7CW500

one-sample

Test

77.4

ns

71.5

ns

3.22 (2.9)

p=0.036

62

7CW500PC

one-sample

Test

85.5

p=0.047

61.5

p=0.013

3.77 (3.5)

p=0.0053

54

7CW500PC/FO

q-sample

Test

94.4

p=0.013

42

0.0006

3.54 (3.3)

p=0.048

Tab 1.: Nachweisraten, Nachweiszeiten und SNR der ersten Harmonischen der evozierten Antworten bei Anwendung der 500-Hz-Stimuli. Der Nachweis erfolgte mit dem modifizierten Rayleigh-Test MRTV2 und für den Stimulus 7CW500PCFO mit dem modifizierten QUSC-Test MQSTV3. Die Irrtumswahrscheinlichkeit war α = 1 %. Die entsprechenden Wahrscheinlichkeiten (p-Werte, ns= nicht signifikant) sind ebenfalls angegeben. N ist die Anzahl der Probanden.

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80

Der Stimulus 7CW500 evoziert zwar eine Antwort mit einem signifikant größeren

SNR als AM500 (3.22 verglichen mit 2.57, Vergrößerung des SNR um 25%),

Nachweisrate (77.4% verglichen mit 74.2%) und Nachweiszeit (Median: 71.5 s

verglichen mit 119.5 s) beider Reize unterscheiden sich jedoch nicht signifikant. Die

Einführung der Phasenkorrektur (7CW500PC) führt dagegen im Vergleich zu AM500

zu einer signifikanten Verbesserung bei allen 3 Messgrößen. Im Vergleich zu AM500

steigt die Nachweisrate um etwa 11% auf 85.5%. Dabei kommt es zu einer

annähernden Halbierung des Median der Nachweiszeit von 119.5 s auf 61.5 s. Das

rauschkorrigierte SNR erreicht 3.77, das bedeutet eine Erhöhung um 46% gegenüber

AM500. Führt man bei dem Stimulus 7CW500PC ein frequency off-set gemäß

Gleichung (6) ein, so kann wegen der dadurch bewirkten Separierung von elektrischem

Reizartefakt und den Harmonischen der Antwort ein q-sample Test für den

Antwortnachweis eingesetzt werden. Das führt zu einer weiteren Erhöhung der

Nachweisrate auf 94.4% sowie im Vergleich zu AM500 zu einer weiteren Reduzierung

der Nachweiszeit (Median 42 s). Der Median der Nachweiszeit beträgt mit 42 s nur

etwas mehr als ein Drittel des Median der Nachweiszeit für AM500 (119.5 s).

Entsprechend ist das SNR der ersten Harmonischen der mit den neuen Reizen

evozierten Antworten signifikant größer als bei Stimulation mit AM500.

In Tabelle 2 sind die Ergebnisse für 1000 Hz, 2000 Hz und 4000 Hz

zusammengefasst. Ein Vergleich der neuen Stimuli mit dem üblichen

amplitudenmodulierten Träger wurde hier nur bei 2000 Hz (AM2000) durchgeführt.

Wie erwartet, unterscheiden sich die Ergebnisse bei 1000 Hz für 7CW1000 und

7CW1000PC nicht. Auch bei 2000 Hz ist die Differenz der Nachweisrate für den

bekannten Reiz AM2000 (86%) und den gemäß Gleichung 4 durch Summation von 7

cos-Wellen konstruierten Reiz 7CW2000 (93%) nicht signifikant. Die Nachweiszeit ist

dagegen für 7CW2000 signifikant geringer (42 s verglichen mit 85 s), und das SNR ist

signifikant größer (3.5 verglichen mit 2.43, Vergrößerung des SNR um 44%). Die

Laufzeitkorrektur (7CW2000PC) führt zu einer weiteren, gegenüber 7CW2000 aber

nicht signifikanten Verbesserung. Hier ist auch die Nachweisrate (98,2%) signifikant

höher als bei AM2000 (86%). Der Median der Nachweiszeit beträgt mit 28 s nur noch

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81

ein Drittel des Median der Nachweiszeit für AM2000 (85 s). Dabei ist das mittlere

SNR für 7CW2000PC um 73% größer als für AM2000. Bei 4000 Hz führt die

Laufzeitkorrektur bei 7CW4000PC im Vergleich zu 7CW4000 zu keiner

Verbesserung. Auch mit dem breiteren Stimulus 11CW4000PC ergibt sich keine

Erhöhung der Nachweisrate. Im Vergleich zu 7CW4000 ist jedoch die Nachweiszeit

signifikant kürzer (41 s verglichen mit 59 s), und das SNR ist signifikant höher (2.89

verglichen mit 2.43).

Tab 2.: Nachweisraten, Nachweiszeiten und SNR der ersten Harmonischen der evozierten Antworten bei Anwendung der 1000-, 2000- und 4000-Hz-Stimuli. Der Nachweis erfolgte mit dem modifizierten QUSC-Test MQSTV3. Die Irrtumswahrscheinlichkeit war α = 1 %. Die entsprechenden Wahrscheinlichkeiten (p-Werte, ns= nicht signifikant) sind ebenfalls angegeben. N ist die Anzahl der Probanden.

N

Stimulus

Nachweisrate

(%)

Nachweiszeit

(s)

Median

SNR (SD)

7CW1000 95.2 21.0 4.42 (3.7)

63

7CW1000PC 96.8 21.0 4.34 (3.8)

AM2000 86.0 85.0 2.43 (1.8)

7CW2000

93.0

ns

42.0

p=0.003

3.50 (2.5)

p=0.0031

57

7CW2000PC

98.2

p=0.011

28.0

p=0.00002

4.21 (2.4)

p=0.00047

7CW4000 95.0 59.0 2.43 (1.8)

7CW4000PC 95.0 57.5 2.74 (2.1)

60

11CW4000PC

96.7

ns

41.5

p=0.017

2.89 (2.3)

p=0,038

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In Abb. 23 a ist für 500 Hz das mittlere rauschkorrigierte SNR der Harmonischen 1-4

der Antworten auf den neuen Stimulus 7CW500PC/FO im Vergleich zu den

Antworten auf AM500 dargestellt. Abb. 23 b zeigt den Vergleich zwischen

7CW2000PC und AM2000 für die Harmonischen 1 - 6. Bei 500 Hz war die

Beschränkung auf nur 4 Harmonische notwendig, da die 5. Harmonische der Antwort

mit der unteren Seitenfrequenz des modulierten Trägers von AM500 zusammenfällt.

Ein Beitrag des elektrischen Reizartefaktes ist deshalb ab der 5. Harmonischen nicht

auszuschließen. Bei 2000 Hz liegen die wesentlichen höheren Harmonischen der

Reizantwort noch ausreichend weit ab vom Stimulusartefakt. Die Darstellungen

bestätigt frühere Ergebnisse von Cebulla [13], dass auch bei der mit den üblichen

Reizen (AM500 und AM2000) evozierten Antwort neben der ersten Harmonischen

höhere Harmonische mit wesentlichen Amplituden vorhanden sind. Das gilt erst recht

für die mit den neuen Reizen evozierten Antworten. Bei 500 Hz ist das SNR der 1. – 3.

Harmonischen, bei 2000 Hz der 1. – 4. Harmonischen der Antwort auf die neuen Reize

(CW500PC/FO, CW2000PC) signifikant größer als bei den üblichen Reizen (AM55,

AM2000). Ein one-sample Test, der nur die erste Harmonische berücksichtigt,

vernachlässigt ganz offensichtlich einen wesentlichen Teil der für die response

detection zur Verfügung stehenden Information.

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Abb. 23a: Rauschkorrigiertes SNR für die ersten 4 Harmonischen der AMFR Spektren zweier Datenpools: AMFR evoziert mit 7CW500PCFO und AMFR als Antwort auf einen amplitudenmodulierten Reiz (AM500)

Abb. 23b: Rauschkorrigiertes SNR für die ersten 6 Harmonischen der AMFR Spektren zweier Datenpools: AMFR evoziert mit 7CW2000PC und AMFR als Antwort auf einen gewöhnlichen amplitudenmodulierten Reiz (AM2000)

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Abb. 24 zeigt die Häufigkeitsverteilung der für die 4 Stimuli 7CW500PC/FO,

7CW1000PC, 7CW2000PC und 11CW4000PC zusammengefassten individuellen

detection times. Wegen des für eine Häufigkeitsverteilung zu geringen

Stichprobenumfangs waren getrennte Darstellungen für die 4 Frequenzen nicht

sinnvoll. Die gewählte Klassenbreite ist 10 s. Das Maximum der Verteilung liegt bei

einer detection time von 20 s. Innerhalb von 50 s werden bei dem gewählten Reizlevel

von 30 dBHL 63.5%, innerhalb von 100 s 81.2% der Antworten nachgewiesen. Für

den Nachweis von 15% der registrierten Antworten war eine Zeit zwischen 100 und

300 s erforderlich. Für 3.7% aller Antworten gelingt der Nachweis innerhalb der

vorgegebenen Zeit von 300 s nicht. Die bei 300 s angegebene Häufigkeit resultiert in

erster Linie aus den nicht nachgewiesenen Antworten.

Abb. 24: Häufigkeitsverteilung (frequency distribution) der für die 4 Stimuli 7CW500PC/FO, 7CW1000PC, 7CW2000PC und 11CW4000PC zusammengefassten individuellen detection times. Die Klassenbreite ist 10 s.

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5. Diskussion

Ziel der Untersuchung war die Testung neuer Reize beim Einsatz in der

Hirnstammaudiometrie. Es wurde erwartet, dass sich durch die Optimierung der Reize

die Untersuchungszeit verkürzen lässt und eine frequenzspezifische Ableitung möglich

wird.

Derzeit existiert keine Möglichkeit den Frequenzbereich unter 1000 Hz objektiv zu

erfassen. Für die apparative Versorgung einer Schwerhörigkeit ist allerdings dieser

Bereich von großer Bedeutung.

Bei einer objektiven frequenzspezifischen Hörschwellenmessung mittels akustisch

evozierter Potentiale besteht generell das Problem, dass bei 500 Hz in der Regel

Differenzen zwischen der objektiv gemessenen und der subjektiven Hörschwelle

resultieren. Das gilt für die einfache Tonpuls-Messung, wie auch für die Notched-

Noise BERA und natürlich auch für die Schwellenmessungen mittels der AMFR.

Ursache dafür sind die ungünstigen Synchronisationsbedingungen im apikalen Teil der

Cochlea infolge des hier erheblich größeren Laufzeitunterschiedes der Wanderwelle.

Bei den AMFR kommt noch hinzu, dass der übliche Stimulus (amplitudenmodulierter

Träger) nur einen schmalen Frequenzbereich erregt. Das gilt nicht nur für 500 Hz,

sondern für alle Frequenzen. Dadurch ist der Reiz zwar sehr frequenzspezifisch, die

Antwort ist aber klein und schwer nachzuweisen. Eine größere Antwort ist zumindest

bei den höheren Frequenzen zu erwarten, wenn das Frequenzspektrum des Reizes

verbreitert wird. Die dadurch bedingte Verminderung der Frequenzspezifität ist

unkritisch und kann toleriert werden. Bei 500 Hz führt diese Maßnahme wegen der

eingeschränkten Synchronisation jedoch nicht zu einer wesentlichen Verbesserung. Es

ist zu erwarten, dass durch eine Kompensation der Laufzeitverzögerung der

Wanderwelle der Kochlea (Cochlea delay) bei den einzelnen Frequenzkomponenten

des verbreiterten 500-Hz-Reizes eine höhere Synchronisation der Erregungen in dem

stimulierten Frequenzbereich und infolgedessen eine größere Antwortamplitude erzielt

werden kann. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Cochlea-Modell von de Boer

die Eigenschaften der menschlichen Cochlea ausreichend genau beschreibt. Da die

Cochlea beim Kleinkind bereits ausgereift ist [71], kann das Modell auch für dieses

Alter als gültig angenommen werden.

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Die hier vorgestellte Studie hatte das Ziel, insbesondere bei 500 Hz die nach obigen

Gesichtspunkten konstruierten neuen Reize an einer Gruppe von normalhörenden,

erwachsenen Probanden zu testen. Die Ergebnisse konnten unsere Erwartungen

bestätigen. Die alleinige Verbreiterung des Reizes von 3 Spektrallinien (AM500) auf 7

Spektrallinien (7CW500) hat zwar eine signifikante Vergrößerung des SNR zur Folge

(2.57 auf 3.22), das reicht aber nicht für eine signifikante Erhöhung der Nachweisrate

und eine signifikante Verkürzung der Nachweiszeit aus. Zu berücksichtigen ist, dass

bei der Nachweiszeit nicht die Differenz der Median-Werte getestet wurde, sondern im

Paarvergleich eine Prüfung der individuellen Paardifferenzen erfolgte. Die Korrektur

des Laufzeitunterschieds (travelling delays) (7CW500PC) führt zu der erwarteten

weiteren Verbesserung des SNR und damit auch von Nachweisrate und Nachweiszeit

im Vergleich zu AM500.

In einer früheren Publikation [108] hatten die Autoren Stürzebecher et al., 2001, mit

dem Mehrfachträger-Reiz AM3MF2 (Abb. 20) einen SNR-Gewinn von 60%

gegenüber dem üblichen AMFR-Reiz gefunden. Die jetzigen Ergebnisse zeigen, dass

der Gewinn damals etwas überschätzt wurde. Das Spektrum von AM3MF2 ist

vergleichbar mit den jetzt vorgestellten 7CW-Stimuli, für die ein SNR-Gewinn

zwischen 25% (500 Hz) und 44% (2000 Hz) im Vergleich zum üblichen AMFR-Reiz

gefunden wurde. Durch die Einführung der Phasenkorrektur erhöht sich der Gewinn

auf 37% - 46% (500 Hz) bzw. 73% (2000 Hz). Ursache der damals etwas zu hohen

Schätzung des Gewinns ist sehr wahrscheinlich die mit 14 Probanden kleine

Stichprobe, die auf Grund der hohen interindividuellen Variabilität der AMFR

offenbar noch keine sichere Bestimmung des SNR-Gewinns erlaubte. Die neuen

Untersuchungen an einer wesentlich größeren Stichprobe (54-63 Probanden) konnte

für die neuen Reize verlässliche Angaben zur Effizienz nachweisen.

Die zusätzliche Einführung eines Frequenz offsets bei dem 500-Hz-Reiz

(7CW500PC/FO) ermöglicht auch bei 500 Hz den Einsatz eines q-sample Tests für die

Antwortnachweis, was zu einer weiteren Verbesserung der Nachweisrate führt. Die mit

dem neuen 500-Hz-Reiz bei Einsatz eines q-sample Tests erzielte Nachweisrate liegt

auf etwa dem gleichen Niveau wie die Nachweisrate für die ebenfalls verbesserten

Stimuli bei den übrigen Frequenzen. Der Median der Nachweiszeit liegt dagegen bei

500 Hz (42 s) und 4000 Hz (41.5 s) bei ungefähr doppelt so langen Zeiten wie bei

1000 Hz (21 s) und 2000 Hz (28 s).

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Wie die in Abb. 24 für alle 4 Frequenzen zusammengefasste Verteilung der

individuellen Nachweiszeit zeigt, wird aber der größte Teil der registrierten Antworten

(ca. 80%) innerhalb von 100 s nachgewiesen. Das lange auslaufende Ende der

Verteilung mit 15% aller registrierten, sowie mit 3.7% nicht nachgewiesenen

Antworten kann folgendermaßen erklärt werden:

Die Probanden waren vor Beginn der Untersuchung aufgefordert worden, während der

Untersuchung mit geschlossenen Augen ruhig zu liegen und möglichst zu schlafen.

Wie auch das während der Untersuchung geführte Protokoll offenbart, waren aber

viele Probanden nicht in der Lage zu schlafen. Bei einer Reihe von Probanden war zu

bemerken, dass sie zum Schluss, also vor allem während der letzten Phase der

Untersuchung, unruhig wurden. Für die Registrierung von AMFR sind das keine

günstigen Ableitbedingungen. Je größer die Unruhe ist, um so höher ist der

Rauschanteil im Spektrum der Antwort und um so schwieriger wird der

Antwortnachweis. Bei zu großer Unruhe ist in Schwellennähe ein Antwortnachweis

überhaupt nicht möglich. Für den praktischen Einsatz der AMFR- Schwellenmessung

ist deshalb zu fordern, dass die Kinder möglichst im natürlichen Schlaf oder unter

leichter Sedierung untersucht werden. Im Schlaf ergibt sich infolge der geringeren

Amplitude des Spontan-EEGs ein größeres SNR im Vergleich zum Wachzustand und

damit eine günstigere Bedingung für die Antwortnachweis. Bei Beachtung dieser

Forderung sind mit den neuen Reizen auch in Schwellennähe kurze Zeiten für die

response detection zu erwarten.

Im Falle einer Schwerhörigkeit im Innenohr kann durch das bei einer Innenohr-

Schwerhörigkeit bestehende Recruitment der Antwortnachweis in Schwellennähe

wesentlich erleichtert werden. Dies stellt einen Vorteil für eine schwellennahe

Ableitung dar.

Ein weiteres Problem ergibt sich bei der Festlegung eines bestimmtes Zeitlimit für die

Registrierung einer Antwort (hier 300 s). Für schwellennahe Messungen kann das hier

gewählte Zeitlimit von 300 s bei einem nicht ausreichend ruhigen Kind zu kurz sein.

Da bei jeder Schwellenbestimmung auch eine unterschwellige Messung notwendig ist,

führt eine noch weiter verlängerte maximale Zeitvorgabe zu einer nicht vertretbaren

Verlängerung der gesamten Untersuchungsdauer. Eine intelligente automatische

Steuerung der maximalen Registrierdauer, z.B. in Abhängigkeit von der Entwicklung

des statistischen Testwertes im Verlauf des sequentiellen Testablaufs, erscheint als

eine günstigere Lösung.

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Wenn der Testwert im Verlauf der sequentiellen Testung einen stetigen Anstieg zeigt

und nach Ablauf von 300 s z.B. 70% des kritischen Testwertes erreicht hat, sollte die

Registrierung automatisch fortgesetzt werden. Bewegt sich dagegen der Testwert

ständig nur unterhalb von z.B. 50% des kritischen Testwertes, dann muss die

Untersuchung nicht zwingend über eine Länge von 300 s erfolgen, sondern kann nach

z.B. 3 – 4 Minuten mit dem Ergebnis "keine Antwort nachweisbar" abgebrochen

werden. Auf diese Weise kann eine weitere Optimierung des Zeitaufwands für die

objektive Schwellenmessung erreicht werden.

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6. Zusammenfassung und Fazit Sprache ist das wichtigste Kommunikationsmittel des Menschen. Um Sprache zu

erwerden, ist ein intaktes Hörvermögen notwendig. Untersuchungen zur Hörfähigkeit

müssen deshalb sehr frühzeitig erfolgen. Weltweit wird an der Einführung und

Umsetzung eines Neugeborenen Hörscreenings (NHS) gearbeitet um der notwendigen

Forderung einer entwicklungsbeeinträchtigenden Hörstörung frühzeitig therapeutisch

begegnen zu können.

Entgegen der sonstigen biologischen Strategie, Funktionsabläufe mehrfach

abzusichern, ist der Erwerb der Sprachfähigkeit ausschließlich auf das volle

Funktionieren der Fähigkeit, hören zu können, angewiesen. Ist diese insuffizient oder

fällt sie ganz aus, kann sich Sprache nur unvollkommen oder überhaupt nicht

entwickeln. Eine frühkindliche Schwerhörigkeit muss spätestens mit dem sechsten

Lebensmonat behandelt werden, da sonst eine lebenslängliche

Sprachentwicklungsstörung und konsekutiv eine Beeinträchtigung kognitiver

Fähigkeiten drohen. Wird eine frühkindliche Schwerhörigkeit zu spät erkannt, so kann

die verspätete Therapie die bereits eingetretene Sprachentwicklungsstörung nicht mehr

vollständig kompensieren. Die Folge ist eine lebenslange Benachteiligung des Kindes

im sozialem Leben, in Schule und im Beruf [124].

Statistiken haben aufgezeigt, dass in Deutschland die Diagnostik einer hochgradigen

frühkindlichen Schwerhörigkeit im Schnitt im Alter von 19,5 Monaten beginnt und

weitere 6 Monate bis zur Diagnosesicherung notwendig sind [25],[29]. Diese Situation

ist nicht länger akzeptabel, so dass die Forderung für ein NHS besteht. Unabhängig

davon sollten alle Ärzte, die Säuglinge und Kleinkinder betreuen, an das Vorliegen

kindlicher Hörstörungen denken, ihre Auswirkungen insbesondere in Bezug zur

Sprachentwicklung kennen und über die Möglichkeiten einer frühen

Diagnosesicherung informiert sein.

Neben dieser wichtigen Information müssen auch Gesundheitspolitiker und

Krankenkassen in die Umsetzung einer solchen Vorsorgeuntersuchung mit der Klärung

der Kostenübernahme eingebunden werden.

Mit dem Einsatz objektiver Hördiagnostik gibt es Untersuchungsverfahren die sich für

ein flächendeckendes Neugeborenen- Hörscreening eignen [7],[8]. Bislang gibt es

jedoch noch keinen bundeseinheitlichen Weg für die Durchführung eines

flächendeckendes NHS. Die Frage der Untersuchungsmethode ist noch nicht

einheitlich geklärt.

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Es existieren zwei unterschiedliche objektive Hörprüfverfahren, einerseits die Messung

otoakustischer Emission (OAE) und die Ermittlung frühen auditorisch evozierten

Potentiale mittels BERA- Verfahren. Beide Verfahren haben jeweils Vor- und

Nachteile.

Da jedoch durch die OAE eine Beteiligung des Hörnerv, die Lokalisation der

Schwerhörigkeit (Mittelohr oder sensineural) und das Ausmaß des Hörverlustes nicht

bestimmt werden kann, spricht vieles für die Verwendung der BERA- Verfahren als

geeignete Untersuchungsmethode.

Doch auch hierfür gibt es noch viele Verbesserungswünsche, damit die BERA als

Standartmethode im Einsatz beim Neugeborenen-Hörscreening genutzt zu werden.

Weltweit wird daran geforscht für die noch bestehenden Probleme Lösungen zu

finden.

Dazu müssen BERA-Geräte weiterentwickelt werden, die eine sichere, schnellere und

möglichst schwellennahe Hörprüfung ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen ist die

Testung neuer akustischer Reiz erforderlich.

Die bisher verwendeten Reize, wie der Click oder Chirp, ließen keine Aussagen über

frequenzspezifische Hörtonverluste zu, da sie einen breiten Frequenzbereich in der

Cochlea anregen.

Auch die in dieser Arbeit vorgelegten Ergebnisse beschäftigen sich mit dieser

Thematik. Über die Registrierung der AMFR bietet sich die Möglichkeit mit Hilfe der

hier vorgestellten neuartig konzipierten Reizimpulse und auch durch neue

Nachweismethoden eine höhere Erkennungsrate (detection rate) und eine kürzere

mittlere Erkennungszeit (mean detection time) zu erreichen. Damit konnte ein neuer

Ansatz für die objektive Hördiagnostik bereitet werden.

Die bei dieser Untersuchung gefundenen Resultate, können als Meilenstein in der

objektiven Hördiagnostik und damit auf diesem wissenschaftlichen Feld gewertet

werden.

Es konnte eine signifikante Verbesserung in der Erkennungsrate bei den bisher so

schwierig nachweisbaren Potentialen im Tieftonbereich um 500 Hz erreicht worden.

Weiterhin ließ sich mit den angewandten neuen phasenkorrigierten Reizen die

Messzeit signifikant verkürzen.

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Wir konnten nachweisen, das die neuen Reize effizienter als die bisher üblichen Click-

Reize sind. Die Untersuchung hat sich als sehr praktikabel herausgestellt und

ermöglicht in der zukünftigen Anwendung eine hörschwellennahe Messung in sehr

kurzer Untersuchungszeit.

Damit wurden die vorangegangen theoretischen Überlegungen bestätigt, mit denen

sich nun weitere Verbesserungen in der Anwendung eröffnen und die Gegenstand

weiterfolgender Arbeiten sein werden.

Mit dieser, durch uns erprobten und nun frequenzspezifischen und hörschwellennahen

Registrierung von Auditory Steady-State Responses (ASSR) vergrößert sich die

Hoffnung für ein sicheres und schnelles Verfahren in der Anwendung im

Neugeborenen-Hörscreening.

Dieses Ergebnis trägt weiterhin dazu bei unnötige Folgeuntersuchungen zu vermeiden

und hilft dadurch Untersuchungskosten einzusparen und wendet eine unnötige

Beunruhigung der Eltern ab, da eine sichere Ergebnisbewertung vorliegt.

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7. Tabellen

Tabelle 1

Für die 3 neuen Stimuli wurde der Unterschied der Ergebnisse im Vergleich zu

AM500 auf Signifikanz geprüft. Die entsprechenden Wahrscheinlichkeiten (p-Werte)

sind ebenfalls angegeben.

Detection rate, Median of the detection time and noise-corrected SNR (SD) of the first

harmonic for the responses to the usual 500-Hz-AMFR stimulus (AM500) and three

new stimuli.n is the number of probands.

N

Stimulus

statistical

Test

Detection

Rate (%)

Detection

Time (s)

(Median)

SNR (SD)

First

Harmonic

62

AM500

one-sample

Test 74.2 119.5 2.57 (2.5)

62

7CW500

one-sample

Test

77.4

ns

71.5

ns

3.22 (2.9)

p=0.036

62

7CW500PC

one-sample

Test

85.5

p=0.047

61.5

p=0.013

3.77 (3.5)

p=0.0053

54

7CW500PC/FO

q-sample

Test

94.4

p=0.013

42

0.0006

3.54 (3.3)

p=0.048

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Tabelle 2

Für die 3 neuen 2000-Hz-Stimuli wurde der Unterschied der Ergebnisse im Vergleich

zu AM2000 auf Signifikanz geprüft, ebenso 11CW4000PC gegen 7CW4000. Die

entsprechenden Wahrscheinlichkeiten (p-Werte, ns = nicht significant) sind ebenfalls

angegeben.

Detection rate, Median of the detection time and noise-corrected SNR (SD) of the first

harmonic for the responses auf 2 neue 1000-Hz-Reize, 2 neue 2000-Hz-Reize, 3 neue

4000-Hz-Reize sowie für den üblichen 2000-Hz-Reiz (AM2000). n is the number of

probands.

N

Stimulus

Detection

Rate (%)

Detection

Time (s)

Median

SNR (SD)

First

Harmonic

7CW1000 95.2 21.0 4.42 (3.7)

63

7CW1000PC 96.8 21.0 4.34 (3.8)

AM2000 86.0 85.0 2.43 (1.8)

7CW2000

93.0

ns

42.0

p=0.003

3.50 (2.5)

p=0.0031

57

7CW2000PC

98.2

p=0.011

28.0

p=0.00002

4.21 (2.4)

p=0.00047

7CW4000 95.0 59.0 2.43 (1.8)

7CW4000PC 95.0 57.5 2.74 (2.1)

60

11CW4000PC

96.7

ns

41.5

p=0.017

2.89 (2.3)

p=0,038

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8. Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Auditorische Peripherie des Menschen, nach Dallos [15]

Abb. 2: Schematische Darstellung der Ossikelbewegung, bei der Übertragung

vom Mittelohr zum Innenohr [94]

Abb. 3: Darstellung der Cochlea und mit Längsschnitt, in

http://www.sissa.it/multidisc/cochlea/cochlea.html

Abb. 4: Schematische Darstellung der Cochlea in gestreckter Form. Auf der

Basilarmembran ist die Ausbreitung einer Wanderwelle dargestellt [11]

und http://www.vimm.it/cochlea/

Abb. 5: Frequenz- Orts- Transformation auf der Basilarmembran; apikal tiefe

Frequenzen, basal, hohe Frequenzen, in http://www.vimm.it/cochlea/

Abb. 6: Schematische Darstellung des Corti-Organs mit inneren & äußeren

Haarzellen, in http://www.vimm.it/cochlea/

Abb. 7: schematische Darstellung des Transduktionsmechanismus aus Klinke

Physiologie [94]

Abb. 8: schematische Aufbau des Menschliche Gehörs und Darstellung der

aufsteigenden Hörbahn im Bereich des Hirnstamms ( nach

Nieuwenhuys et al. 1988) [70]

Abb. 9: Blockdiagramm von Reiz- und Registrierapparatur

Abb. 10: Doppelt-logarithmische Darstellung der postsynaptischen akustisch

evozierten Potentiale

Abb. 11: Verlauf der Hörbahn, Kennzeichnung der Orte der Potentialgenerierung

der FAEP durch römische Ziffern nach Jewett [66]

Abb. 12: Amplitudenmoduliertes Signal mit den beiden sogenannten

Einhüllenden [120]

Abb. 13: schematische Darstellung der AMFR nach Pethe et al. [73]

Abb. 14: Darstellung eines reinen Sinuston und als Gauß-Burst modifiziert [20]

Abb. 15: Darstellung von Reintönen mit Amplitudenmodulation (15a) und

zusätzlicher Frequenzmodulation (15b) nach Picton [80]

Abb. 16: schematische Darstellung eines Click-Reizes [20}

Abb. 17: Zeitverlauf und Frequenzspektrum eines Clickreizes [20]

Abb. 18: Darstellung eines Chirp-Reizes [20]

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Abb. 19: Oben: Schematische Darstellung des für die Messungen verwendeten

Clickreizes (links) und des Chirpreizes (rechts). Mitte: Interne neuronale

Repräsentation der beiden Signale nach der Verarbeitung in der

Cochlea. Der Chirp (rechts) bewirkt eine im Vergleich zum Click (links)

höhere Synchronisation der Aktivität über große Bereiche der Cochlea

hinweg. Unten: Zugehörige akustisch evozierte Potenziale für Click und

Chirp für verschiedene Eingangspegel. Der Chirp bewirkt eine höhere

Amplitude der Welle V als der Click. [17]

Abb.20: Zeitfunktion (oben) und Frequenzspektrum (unten) einer

a) Amplitudenmodulation im Vergleich zu den Mehrfachträgerreizen

(MC- Stimuli): b) AM2MF2, c) AM3MF1, d) AM3MF2 [108]

Abb. 21 Darstellung von Zeitfunktion und Frequenzspektrum der neuen 500-Hz

Reize

a) 7 summierte cos-Wellen

b) erste und siebente cos-Welle haben nur die halbe Amplitude der

übrigen 5 Wellen(7CW500).

c) 7 summierte cos-Wellen gemäß b), aber mit Laufzeitkorrektur

(7CW500PC)

d) 7 summierte cos-Wellen gemäß c) mit zusätzlichem Frequenzoffset

(7CW500PC/FO)

Die Pfeile geben die Lage der ersten 6 Harmonischen der Antwort an.

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Abb. 21a-d:

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97

Abb. 22: Cochlea delay nach de Boer (1980)

Dargestellt ist, bezogen auf 100 Hz, die für die höheren Frequenzen

einzuführende Zeitverzögerung.

Abb. 22:

Abb. 23: Mittleres rauschkorrigiertes SNR

a) für die ersten 4 Harmonischen der 500-Hz-Reize AM500 und

7CW500PC/FO

b) für die ersten 6 Harmonischen der 2000-Hz-Reize AM2000 und

7CW2000PC

Abb. 23a:

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Abb. 23b:

Abb. 24: Häufigkeitsverteilung (frequency distribution) der für die 4 Stimuli

7CW500PC/FO, 7CW1000PC, 7CW2000PC und 11CW4000PC

zusammengefassten individuellen detection times. Die Klassenbreite ist

10 s.

Abb. 24:

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Abb.25 a+b: Fotoaufnahme des Untersuchungsraumes und der eingebauten

Hörkabine

Abb.26: Programmoberfläche hier: positive Reiz-Antwort (im Pass) und

fortlaufende Registrierung bis 153 sec, bei negativer Antwort

Registrierung max 300 sec [8]

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[123] Zenner, H.P.: Motility of outer haircells as an activ, axtinmediated process,

Acta Otolaryngol., 105, pp. 39-44, Stockholm, 1988 [124] Zenner, H.P.: Frühdiagnostik und Therapie von Hörstörungen beim Säugling

und Kleinkind: 21. Deutsches Ärzteblatt 94,: 19, p. 1279 , 1997

[125] Zwicker, E.: Periphere Verarbeitung akustischer Information Arbeits- und Ergebnisbericht des SFB 204 der DFG, 1988

Publikation der Ergebnisse dieser Arbeit: [110] Stürzebecher, E., Cebulla, M., Elberling, C., Berger, T.: New efficient stimuli

for evoking frequency-specific auditory steady-state responses, Journal of the American Academy of Audiology, 17: pp. 448-461, 2006

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10. Anhang

1. Aufklärungsblatt zur Studie für Versuchspersonen:

Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie Direktorin: Frau Prof. Dr. med. R. Berger Klinikum der Philipps-Universität, Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie, 35033 Marburg Hausanschrift: Deutschhausstraße 3, 35037 Marburg

Postanschrift: 35033 Marburg

Telefon: (06421) 28-66439 Telefax: (06421) 28-62824 e-mail: Roswitha.Berger @med.uni-marburg.de

Internet: www.med.uni-marburg.de/phoniatrie

Aktenzeichen:

Datum: 24.03.2007

Bearbeiter: Prof. Berger

Aufklärungsblatt zur Studie: Optimierung der akustischen Reize für die objektive Hörschwellenbestimmung durch die Amplitude-Modulation Following Responses (AMFR) Sehr geehrte Damen und Herren, Aussagen zum Hörvermögens lassen sich besonders im Säuglings- und Kleinkindalter nur mit Einsatz objektiver Untersuchungsverfahren ermöglichen. Als das wichtigste objektive Verfahren gilt die Registrierung von Hirnstammpotentialen (BERA- „Brainstem Elektric Response Audiometry“), die als Antwort auf einen akustischen Reiz erfolgen. Die für die diese Untersuchung benutzten akustischen Reize sind sogenannte Clicks, Reize mit einem Frequenzspektrum zwischen 1000- 4000 Hz. Die Antworten auf diesen akustischen Stimulus ermöglichen deshalb lediglich Aussagen zu einem Hörverlust im Frequenzbereich zwischen 1000 und 4000 Hz, da die Sinneshaarzellen der Hörschnecke nur in diesem Bereich und dazu gleichzeitig erregt werden. Wird im Gegensatz zu den bisher üblichen Click- Reizen eine andere akustische Stimulation benutzt, dann kann man die Sinneszellen der Hörschnecke frequenzspezifisch reizen. Dies lässt sich mit amplitudenmodulierten Tönen ermöglichen. Eine periodische Schwankung solch eines Tones erzeugt eine Antwort, die AMFR (Amplitude Modulation Following Response), die sich im Frequenzspektrum nachweisen lässt. Solange der Reiz andauert, ist auch eine periodische Antwort zu registrieren. Durch den Einsatz dieser neuen akustischen Reize würde es möglich werden, eine Hörschwelle frequenzspezifisch und objektiv zu bestimmen. Besonders im Säuglings- und Kleinkindalter hat eine solche Testung große Bedeutung.

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Noch sind die geeigneten amplitudenmodulierten Töne, die einen Nachweis bis an die Hörschwelle möglich machen, nicht exakt ermittelt worden. Deshalb möchten wir Sie bitten an der Studie teilzunehmen. Zur Registrierung der Antworten auf die akustische Reizung ist es nötig Ihnen 3 handelsübliche Klebeelektroden anzulegen. (Jeweils hinter dem Ohr und eine auf die Stirn, unmittelbar am Haaransatz).Über Kopfhörer werden Ihnen unterschiedliche Töne übermittelt. Die Lautstärke dieser Töne liegt bei 40 dB, was einem Flüstern entspricht. Sie sollen dazu entspannt liegen. Sie können sogar schlafen, da keine aktive Mitarbeit erforderlich ist. Die Untersuchung wird in einer Hörkabine durchgeführt. Insgesamt rechnen wir mit einer Untersuchungszeit von 40 min. Selbstverständlich können Sie ohne Angaben von Gründen die Untersuchung abbrechen, denn die Teilnahme ist freiwillig. Ihre ermittelten „Hör Antworten“ auf den akustischen Reiz werden über einen Computer gespeichert und mit einen statistischen Test bearbeitet. Über die Mittelwertbestimmung lassen sich Aussagen über den optimalen Reiz finden. Univ.-Prof. Dr. R. Berger

2. Empfehlungen der Arbeitsgemeinschaft Deutschsprachiger Audiologen und

Neurootologen (ADANO) zur Durchführung der Elektrischen Reaktions-

Audiometrie nachlesbar unter: http://www.hno.org/adano/ERA-Empfehlungen.pdf

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3. Einverständniserklärung, die von jedem Probanden vor den Untersuchungen

unterschrieben werden musste:

Einverständniserklärung Optimierung der akustischen Reize für die objektive Hörschwellenbestimmung durch

die Amplitude-Modulation Following Responses (AMFR) Ich, bin über das Wesen, Bedeutung und Tragweite der o g. Studie aufgeklärt worden und habe die Aufklärung gelesen und verstanden. Alle Fragen zu dieser Studie wurden von Frau Prof. Berger beantwortet. Ich hatte genügend Zeit für meine Entscheidung und bin bereit an der o.g. Studie teilzunehmen. Mit der Weitergabe bzw. statistischen Bearbeitung der Studienergebnisse bin ich einverstanden. Ich weiß, dass ich ohne Angaben von Gründen meine Einwilligung zur Teilnahme widerrufen kann, ohne dass mir daraus Nachteile erwachsen. Eine Kopie der Aufklärung habe ich erhalten. Prof. Dr. Berger Probandenunterschrift Marburg, am:

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11. Lebenslauf

Persönliche Daten

Name, Vorname: Berger, Thomas

Geburtsdatum: 21 Dezember 1978 in Leipzig

Geburtsort: Leipzig

Familienstand: ledig

Konfession: evangelisch

Eltern: Dr. med. Hans-Dietrich Berger

Facharzt für Innere Medizin, Rheumatologie

Prof. Dr. med. Roswitha Berger, geb. Wieczorek

Fachärztin für HNO und Phoniatrie/Pädaudiologie

Schulbildung

1985-1991 Clara-Zetkin Oberschule, Leipzig

1991-1993 Thomasgymnasium, Leipzig

1993-1998 Gymnasium Philippinum, Marburg

Zivildienst

08.1998 - 08.1999 Altenpflegeheim Johannisheim, Freiburg i. Br.

Studium

10.1999 - 05.2006 Studium der Humanmedizin an der Universität zu Leipzig

09.2001 Ärztliche Vorprüfung

09.2002 Erster Abschnitt der Ärztliche Prüfung

03.2005 Zweiter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

04.2006 Dritter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

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Auslandsaufenthalt

09.2002 – 09.2003 Studium an der „Faculdade de Medicina“ in Lissabon, Portugal

im Rahmen des Studentenaustauschprogramm „ERASMUS“

Famulaturen

02.2002 - 03.2002 A.Ö. Bezirkskrankenhaus, Hall in Tirol

Fachbereich Innere Medizin

03.2003 - 04.2003 Hospital Santa Maria, Lissabon

Fachbereich Chirurgie

08.2003 - 09.2003 Hospital Santa Maria, Lissabon

Fachbereich Transplantationschirurgie

08.2004 - 09.2004 Praxis von MR Dr. med. J. Petzold, Leipzig

Facharzt für Allgemeinmedizin

Praktisches Jahr

Innere Medizin Krankenhaus St. Elisabeth

Lehrkrankenhaus der Universität Leipzig

Chirurgie IsMett, Istituto Mediterraneo per i Trapianti e Terapie ad Alta

Specializzazione, Palermo, Italien

Lehrkrankenhaus der UPMC, University of Pittsburgh Medical

Center, USA

Neurologie Ospedale Regionale di Lugano,

Lehrkrankenhaus der Universität Zürich, Schweiz

Dissertation

Thema „Optimierung der akustischen Reize für die objektive

Hörschwellenbestimmung durch AMFR“

Philipps-Universität Marburg

Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie

Fachmedizin für Sprach-, Stimm- und kindliche Hörstörungen

Direktorin: Prof. Dr. med. Roswitha Berger

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12. Verzeichnis der akademischen Lehrer Meine akademischen Lehrer waren Damen/Herren in Leipzig:

Adam Poeggel

Angermeyer Preiß

Arnold Reuter

Becker Riha

Bootz Rodloff

Brähler Salis-Soglio v.

Dorschner Sandholzer

Emmrich Schmidt F.

Froster Schmidt W.

Gebhardt Schober

Geyer Schreinicke

Glander Schwarz

Hauss Thiery

Hennig Uharek

Hinz Viehweg

Illes Wagner

Kamprad Wiedemann

Keller Wittekind

Kiess Zimmer

Kleemann

Klötzer

Löffler

Metzner

Nörenberg

Olthoff

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13. Danksagung

Recht herzlich bedanke ich mich bei Frau Prof. Dr. med. Roswitha Berger von der

Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie des Fachbereichs Medizin der Philipps-

Universität Marburg für die Überlassung des Themas und die kontinuierliche

wissenschaftliche Anleitung während der notwendigen Messungen, deren Auswertung

und der Entstehung der vorliegenden Arbeit.

Weiterhin danke ich Herrn Prof. E. Stürzebecher, dem ehemaligen Leiter und Herrn

PD M. Cebulla, Mitarbeiter des Bereich für Medizinische Akustik am Medizinischen

Zentrum der HNO-Heilkunde der Johann Wolfgang von Goethe Universität Frankfurt

am Main für die Einarbeitung in das faszinierende Gebiet der objektiven

Hörprüfmethoden mittels BERA, die Bereitstellung der neuen Reize und für die Hilfe

bei der statistischen Auswertung der Ergebnisse dieser Arbeit.

Ebenso möchte ich mich bei allen Mitarbeitern der Klinik für Phoniatrie und

Pädaudiologie des Fachbereichs Medizin der Philipps-Universität Marburg, im

Besonderen bei Herrn Dipl.- Ing. J. Müller, Herrn S. Schwarz und Frau R. Wandel

bedanken, die mir jederzeit mit ihren Ratschlägen und ihrem Engagement konstruktiv

und tatkräftig zur Seite standen.

Auch meiner Familie möchte ich danken, die mir überhaupt erst mein Studium

ermöglicht hat und stetiger Antrieb für die Erstellung dieser Arbeit war.

Zuletzt genannt, jedoch genauso herzlich, bedanke ich mich bei allen Probanden,

darunter alte und neu gewonnene Freunde, ohne deren Mithilfe kein erfolgreiches

Arbeiten möglich gewesen wäre.

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14. Ehrenwörtliche Erklärung

Ehrenwörtliche Erklärung

Ich erkläre ehrenwörtlich, dass ich die dem Fachbereich Medizin der Philipps-

Universität in Marburg/Lahn zur Promotionsprüfung eingereichte Arbeit mit dem

Titel:

„Optimierung der akustischen Reize für die objektive Hörschwellenbestimmung

durch AMFR“

in der Klinik für Phoniatrie und Pädaudiologie, Fachmedizin für Sprach-, Stimm- und

kindliche Hörstörungen unter Betreuung und Anleitung von Direktorin Frau Prof. Dr.

med. Roswitha Berger ohne sonstige Hilfe selbst durchgeführt und bei der Abfassung

keine anderen als die in der Arbeit aufgeführten Hilfsmittel benutzt habe. Ich habe

bisher an keinem anderen in- oder ausländischen Medizinischen Fachbereich ein

Gesuch um Zulassung zur Promotion eingereicht, noch die vorliegende oder eine

andere Arbeit als Dissertation vorgelegt.

Vorliegende Arbeit wurde in folgenden Publikationsorganen veröffentlicht:

Stürzebecher, E., Cebulla, M., Elberling, C., Berger, T.: New efficient stimuli for evoking frequency-specific auditory steady-state responses, Journal of the American Academy of Audiology, 17: pp. 448-461, 2006

Marburg, den