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Neue klinische Anwendungen der Laser-Doppler-Vibrometrie in der Otologie

New clinical applications for laser Doppler vibrometry in otology

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Zusammenfassung

Hintergrund

Für die Untersuchung der Mittelohrmechanik ist eine Messmethode erforderlich, die Vibrationsbewegungen im Nanometerbereich zu messen vermag, ohne dabei den Schwingungsvorgang zu beeinflussen. Zahlreiche Messverfahren kamen zur Anwendung, bis sich die Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV) als Standardverfahren in der Ohrforschung etablierte.

Ziel der Arbeit

Ziel war die Darstellung der klinischen Anwendungsmöglichkeiten eines LDV-Systems in der Otologie.

Material und Methoden

Verwendet wurde ein kommerzielles Ein-Punkt-Vibrometer. Der Lasermesskopf wurde sowohl in Verbindung mit einem Operationsmikroskop verwendet als auch als handgeführtes Messgerät zur Messung direkt im Gehörgang. Hierbei kam eine selbstentwickelte Vorsatzeinheit unter Verwendung einer elastischen Linse zur Anwendung. Schwingungsmessungen des Mittelohrs erfolgten im Felsenbeinmodell sowie intra- und postoperativ an Patienten im Zuge der Implantation einer Vibrant Soundbridge (VSB, Fa. MED-EL GmbH, Innsbruck, Österreich).

Ergebnisse

Verschiedene pathologische Mittelohrveränderungen zeigen eine unterschiedliche Frequenzantwort des Umbos. Die LDV kann für eine intraoperative objektive Ankopplungsüberprüfung des Floating Mass Transducer (FMT, Fa. MED-EL) an die Ossikelkette bei der Implantation einer Vibrant Soundbridge verwendet werden. Postoperativ kann die Methode hilfreich sein, falls eine Verschlechterung der Soundbridge-Verstärkungsleistung bemerkt wird. Gemessen wird eine Veränderung der Transferfunktion des Umbos, hervorgerufen z. B. durch eine Vernarbung des Mittelohrs oder eine Dislokation des FMT.

Schlussfolgerung

Die LDV bietet sich für viele klinische Fragestellungen in der Otologie an. Durch die hohen Kosten für ein LDV-System und den verhältnismäßig großen apparativen Aufwand sowie einen breiten Korridor zur Interpretation der Messergebnisse hat es die Methode jedoch (noch) nicht geschafft, sich im klinischen Alltag zu etablieren.

Abstract

Background

An instrument to measure vibration in the middle ear needs to be sensitive enough to detect displacement on a nanometer scale, yet not affect the vibration itself. Numerous techniques have been described in the literature, but laser Doppler vibrometry (LDV) has nowadays become established as the standard method in hearing research.

Objective

This article aims to present possible clinical applications of an LDV system in otology.

Materials and methods

A commercially available single-point vibrometer was used. Measurements were carried out both with the sensor head mounted on an operating microscope and as a handheld device with the sensor head manually inserted in the ear canal. For the latter, a custom-made unit containing an electrically tunable lens was attached to the sensor head. Middle ear vibrations were measured in a temporal bone model as well as in patients during and after implantation of a Vibrant Soundbridge (VSB; MED-EL Corp., Durham/NC, USA).

Results

Different types of middle ear pathologies can be distinguished by the frequency response of the umbo. The LDV technique can be used for intraoperative quantification of the coupling quality of the VSB’s Floating Mass Transducer (FMT; MED-EL) to the ossicle chain during VSB implantation. Postoperatively, the method serves as a follow-up testing tool if a deterioration in aided hearing threshold occurs. The measurement can reveal changes in the umbo transfer function, e. g., due to middle ear scarring or dislocation of the FMT.

Conclusion

Many clinical questions in otology can be addressed by LDV. However, due to the high acquisition costs of an LDV system, the relatively large instrumental setup, and the large inter-ear variability of middle-ear function, the technique has not (yet) become established in clinical routine.

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Correspondence to Dr. med. T. Strenger.

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Interessenkonflikt

T. Strenger, M. Brandstetter, T. Stark und F. Böhnke erhielten Reisekostenunterstützung durch die Fa. MED-EL GmbH, Starnberg. T. Stark erhielt Studienunterstützung durch die Fa. MED-EL GmbH, Innsbruck.

Alle Untersuchungen wurden in Übereinstimmung mit der Deklaration von Helsinki in der aktuellen Fassung vom Oktober 2013 (Fortaleza, Brasilien) durchgeführt. Die Probanden und Patienten bestätigten schriftlich ihr Einverständnis zur Teilnahme an der Studie nach umfassender Aufklärung.

Caption Electronic Supplementary Material

Video: „Das Laser-Doppler-Vibrometer in der Otologie: vom Forschungstool zum diagnostischen Einsatz am Patienten“. Neben einem historischen Überblick werden das technische Prinzip des Messverfahrens und verschiedene Anwendungen vom Labor bis zum intraoperativen Einsatz präsentiert. Es wird außerdem erstmals eine Modifikation des Messsystems vorgestellt, die die Anwendung am Patienten erleichtern soll. © T. Strenger, alle Rechte vorbehalten. (Videoausschnitte mit freundl. Genehmigung von © Polytec GmbH. Alle Patienten, die über Bildmaterial zu identifizieren sind, haben hierzu ihre schriftliche Einwilligung gegeben.)

Video: „Das Laser-Doppler-Vibrometer in der Otologie: vom Forschungstool zum diagnostischen Einsatz am Patienten“. Neben einem historischen Überblick werden das technische Prinzip des Messverfahrens und verschiedene Anwendungen vom Labor bis zum intraoperativen Einsatz präsentiert. Es wird außerdem erstmals eine Modifikation des Messsystems vorgestellt, die die Anwendung am Patienten erleichtern soll. © T. Strenger, alle Rechte vorbehalten. (Videoausschnitte mit freundl. Genehmigung von © Polytec GmbH. Alle Patienten, die über Bildmaterial zu identifizieren sind, haben hierzu ihre schriftliche Einwilligung gegeben.)

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Strenger, T., Brandstetter, M., Stark, T. et al. Neue klinische Anwendungen der Laser-Doppler-Vibrometrie in der Otologie. HNO 66, 265–279 (2018). https://doi.org/10.1007/s00106-018-0473-x

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Schlüsselwörter

  • Trommelfell
  • Schwingung
  • Mittelohr
  • Kombinierte Schallleitungs-/sensorineurale Schwerhörigkeit
  • Implantierbare Hörgeräte

Keywords

  • Tympanic membrane
  • Vibration
  • Middle ear
  • Mixed conductive-sensorineural hearing loss
  • Implantable hearing aids