1. HNO
1997 · 45:758–768 © Springer-Verlag 1997 Übersicht
Redaktion H.P. Zenner1 · H. Leysieffer1,2
H.P.Zenner,Tübingen 1 Universitätsklinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde (Direktor:Prof.Dr.H.P.Zenner),Tübingen
2 Implex GmbH Spezialhörgeräte,Ismaning,München
Aktive elektronische
Hörimplantate für Mittel- und
Innenohrschwerhörige –
eine neue Ära der Ohrchirurgie
Teil II: Gegenwärtiger Entwicklungsstand
Zusammenfassung tromagnetische Fredrickson-HEV-Implantat Der gegenwärtige
in der Lage, breitbandige Signale bis 10 kHz Entwicklungsstand aktiver
Aktive Hörimplantate sind gegenwärtig so- zu übertragen.Zu allen elektromagnetischen Hörimplantate
wohl für die Versorgung von Mittelohr- Wandlern gibt es weder ein implantierbares
schwerhörigkeiten wie für die Implantation Mikrophon noch eine implantierbare Batte- An Entwicklung und Anwendung akti-
bei Innenohrschwerhörigkeiten in unter- rie.Von den piezoelektrischen Implantaten ver Hörimplantate arbeiten internatio-
schiedlichem Ausmaß entwickelt worden. wurde kürzlich das Tübinger System beim nal zahlreiche Arbeitsgruppen mit un-
Implantate für Mittelohrschwerhörigkeiten Menschen akut implantiert.Es besteht aus terschiedlichen Konzepten und unter-
haben die Aufgabe, die Impedanztransfor- einem piezoelektrischen, ossikelgekoppelten schiedlichen Ergebnissen. Die Tabelle 2
mation auszugleichen und sollen hier als ITI niedrigenergieverbrauchenden (NEV) Wand- faßt den unterschiedlichen Entwick-
(Impedanz-Transformations-Implantate) be- ler sowie einem implantierbaren Mikrophon. lungsstand der einzelnen Gruppen zu-
zeichnet werden.Drei partielle ITI sind bis Wie beim kanadischen Implantat erreicht die sammen. Im Rahmen dieser Übersicht
zur routinemäßigen, klinischen Anwendung Signalübertragung breitbandig 10 kHz, dies ist es zweckmäßig, zwischen Arbeits-
entwickelt worden:Das schwedische, trans- jedoch bei einem erheblich geringeren Ener- gruppen zu unterscheiden, die nur zur
kutane BAHA, der amerikanische, subkutane gieverbrauch.
AUDIANT sowie das japanische P-MEI.Zah- ● Aktor- oder Wandlerentwicklung
lenmäßig von erheblich größerer Bedeutung Schlüsselwörter beitragen, ohne zu den übrigen 3
sind elektronische Implantate für Innenohr- Komponenten zu publizieren; sowie
schwerhörige, die den kochleären Verstärker Schwerhörigkeit · TICA · CAI · Gruppen, die
(cochlea amplifier:CA) ausgleichen sollen Implantierbares Hörgerät · Cochlear Implant ● partiell implantierbare Systeme ent-
und in der vorliegenden Übersicht daher als wickeln und anwenden. Sie betreiben
CAI (Cochlea-Amplifier-Implantat) bezeichnet Entwicklung und/oder Anwendung
werden.Sie bestehen aus 4 Teilen:1.Wand- aller 4 Komponenten eines aktiven
ler, 2.Mikrophon, Schallaufnehmer, 3.Steue- Implantats, von denen jedoch minde-
rungselektronik sowie 4.Batterie.Ein für die stens eine Komponente nicht implan-
klinische Routineversorgung zugelassenes tiert werden kann. Schließlich folgen
Implantat gibt es noch nicht.Zwei Wandler- Arbeitsgruppen, die
prinzipien wurden bisher für CAI verwandt:
Das elektromagnetische sowie das piezo-
elektrische Prinzip.Elektromagnetische
I m Teil I der Veröffentlichung wurden
die Grundprinzipien aktiver Hörim-
● total implantierbare aktive Systeme
entwickeln und dabei die Implantier-
barkeit aller 4 Komponenten eines
Wandler sind in größerer Zahl entwickelt plantate sowie implantierbarer Hör- aktiven Hörimplantats anstreben.
worden.Am Menschen erprobt wurden das geräte für Mittel- und Innenohr- Vor allem aber soll differenziert wer-
amerikanische Maniglia-Implantat sowie der schwerhörigkeit dargestellt. Darüber den zwischen:
amerikanische „floating-mass-transducer“. hinaus wurde ein Nomenklaturvor- ● ITI-Systemen für Mittelschwerhörig-
Beide gehören zur Kategorie der hochener- schlag für aktive Hörimplantate aufge- keiten (Nomenklatur: s. Teil I) und
gieverbrauchenden (HEV) Implantate mit ei- zeigt, der Basis der Nomenklatur des
nem eingeschränkten Frequenzgang, der hier vorliegenden Teils II der Gesamt- Prof. Dr. H.P. Zenner
nicht den gesamten Sprachbereich umfaßt. übersicht ist. Eine Themenübersicht Universitäts-HNO-Klinik, Silcherstraße 5,
Im Gegensatz dazu ist das kanadische, elek- zeigt Tabelle 1. D-72076 Tübingen& y
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2. HNO
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H.P.Zenner · H.Leysieffer biniert mit Batterie und Steuerungs-
Tabelle 1 elektronik, auf die aus der Haut heraus-
Active electronic hearing implants for Themenübersicht ragende Metallschraube aufgesetzt
patients with conductive and sensori- [46–49], um sie in Vibrationen zu ver-
neural hearing loss – a new era in ear ITI bei Mittelohrschwerhörigkeit setzen (bone anchored hearing aid,
surgery. Part II: Present development • Partielle Implantate P-ITI BAHA).
• Totalimplantate T-ITI
Die direkte mechanische Ankopp-
Summary CAI bei Innenohrschwerhörigkeit lung führt – im Gegensatz zur berüh-
• Partielle Implantate P-CAI rungslosen Ankopplung des unten dar-
Active hearing implants have been devel- gestellten Audianten – zu einer sehr effi-
oped to varying degrees for conductive hear- zienten Impedanztransformation und
ing loss as well as for sensorineural hearing damit zu einer effizienten Anregung
loss.Implants for conductive hearing loss ● CAI-Systemen für Innenohrschwer- der Schädelkalotte, so daß Batterie und
match impedance transformation by the hörige, während Wandler eine aureichende Leistung für
middle ear.They will be referred to as ITI (im- ● CI-Systeme und die Versorgung von Mittelohrschwer-
pedance transformation implants).Three ● BSI-Systeme [Hirn (Brain)-Stamm- hörigkeiten bis 60 dB erzeugen. Zusätz-
partial ITIs have been developed for routine Implantate] nicht Gegenstand dieser lich darf eine Knochenleitungsschwelle
clinical use: the Swedish transcutaneous Übersicht sein sollen. bis 45–60 dB betehen, ohne daß diese
BAHA, the American subcutaneous AUDIANT, durch das Implantat verbessert wird.
and the Japanese P-MEI.Of greater import- ITI bei inoperablen Der Energieverbrauch erfordert in der
ance with respect to the number of patients Mittelohrschwerhörigkeiten Regel einen Batteriewechsel einmal pro
are electronic implants for sensorineural Woche, in einem Teil der Fälle ist ein 2-
hearing loss.These implants are designed to Partielle Implantate: P-ITI oder 3wöchentlicher Austausch ausrei-
replace parts of the function of the cochlea chend [46–49].
amplifier (CA).Therefore, in this study, they Ankopplung über Knochenleitung. Bei die- Obwohl theoretisch-physikalisch
will be called CAI (cochlea amplifier im- sen Implantaten wird ein vibrierender denkbar, ist das Tjellström-Brånemark-
plant).The CAI consist of four parts: (1) trans- Stimulator retroaurikulär in die Schä- BAHA für die Versorgung von aus-
ducer, (2) microphone, (3) control unit, and delkalotte implantiert. Die Vibrationen geprägten Innenohrschwerhörigkeiten
(4) battery.A CAI for routine clinical use does werden über Knochenleitung zum In- gegenwärtig nicht geeignet.
not yet exist.Two transducer principles have nenohr transferiert. Dadurch wird der Das Tjellström-Brånemark-BAHA
thus far been developed for use in CAIs:the Impedanzunterschied zwischen Luft ist das verbreitetste teilimplantierbare
electromagnetic (EM) and the piezoelectric und Innenohr ausgeglichen (Impe- Hörgerät [5, 44, 48]. Indikationen sind
(PE) principle.Most of the transducers that danztransformation). Zwei elektroma- operativ nicht zu behebende Mittel-
have been described are EM transducers.The gnetische Vibratoren sind bis zum kli- ohrschwerhörigkeiten, bei denen ein
American Maniglia implant and the Ameri- nischen Einsatz entwickelt worden: Hörgerät kontraindiziert ist. Beispiele
can floating mass transducer have been sind chronisch-rezidivierende, sezer-
tested in humans.Both belong to the cate- Transkutanes BAHA nach Tjellström-Bråne- nierende Ohrhöhlen oder Mittelohr-
gory of high energy consuming (HEC) im- mark (Abb. 1). Bei diesem teilimplan- mißbildungen. Mehr als 500 Implantate
plants with a limited frequency range that tierbaren Gerät (Nobelpharma, Göte- seit 1977 zeigten, daß die Mittelohr-
does not contain the whole speech spec- borg, Schweden) wird eine Titan- komponente bei 90% der versorgten
trum.This is in contrast to the Canadian elec- schraube als Koppelelement retroauri- Patienten erfolgreich rehabilitiert wer-
tromagnetic Fredrickson-HEC implant which kulär in den Schädelknochen den konnte [49] und bei Vermeidung
is capable of transmitting broad band verankert und transkutan aus der Haut von Hautbewegungen wie von Haarfol-
signals of up to 10 kHz.All ot he HEC-EM herausgeführt, so daß sie äußerlich likeln (z.B. durch mittels auf den Kno-
transducers lack an implantable microphone sichtbar ist. Die Arbeitsgruppe um chen aufgebrachter Spalthaut) uner-
and an implantable battery.The German CAI, Brånemark [3] hat in einem mehrjähri- wünschte Hautreaktionen nur bei
one of the piezoelectrical implants, was gen Entwicklungsprozeß das Problem 8,6% lagen [46]. So implantierte Feder-
recently implanted acutely in humans.It einer transkutanen Metalldurchfüh- spiel [5] bei einer Gruppe von 40 Pati-
consists of a piezoelectrical, ossicle coupled, rung weitgehend gelöst. Wesentlicher enten mit chronischer MOE und mit
low energy consuming (LEC) transducer, as Ansatz ist eine völlige Unbeweglichkeit angeborenen Mißbildungen im Alter
well as an implantable microphone.It allows der Haut um die Implantatregion. Re- zwischen 6 und 70 Jahren Schrauben
a broadband signal of up to 10 kHz, yet at a troaurikulär wird dies durch unmittel- für 56 BAHA bei zumeist einseitiger
considerably lower level of energy. bar am Knochen anhaftende Spalthaut und in Einzelfällen auch beidseitiger
erreicht. Die Implantattechnik vermei- Versorgung. Bis auf 3 Betroffene tragen
Key words det durch Minimierung des operativen alle Implantierten das BAHA täglich
Traumas am Implantatbett weitgehend für 12–14 h.
Hearing loss · TICA · Implantable hearing aid · eine fibröse Kapsel zwischen Schrau-
Cochlea implant ben und Knochen. Subkutaner Audiant nach Hough (Abb. 2).
Nach Einheilen der Schraube wird 1986 beschrieben Hough et al. [18, 19]
ein elektromagnetischer Wandler, kom- einen verkapselten Samariumkobalt-
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3. Übersicht
Tabelle 2
Entwicklungsstand aktiver Hörimplantate
Entwicklungsstand Präklinisch Klinisch
Implantat Aktorentwicklung Systementwicklung Studie zugelassen
ITI
• P-ITI
Knochenleitung a BAHA (3), b Audiant (18, 19)
Ossikelkopplung magnetischer TORP/PORP T-MEI(56) c P-MEI (38–45)
•T-ITI
CAI
• P-CAI
Knochenleitung a BAHA (46–49)
Ossikelkopplung Aktormagnet (9, 10–13, Aktormagnet (17, 29), Koppelelement (6–8, 22), Aktormagnet (20, 21, 32),
15, 20, 21, 31, 34, 35) Piezo (4, 16, 46) e FMT (1)
Implantierbares HG
• T-CAI d Tica (x)
CI
• P-CI MedEl, Nucleus,
Clarion
• T-CI
BSI
• P-BSI Nucleus
• T-BSI
a Nobelpharma, b Xomed, c Rion, d Implex, e Symphonix
magneten, der als Aktor mit Hilfe ei- Schädel gaben an, daß eine ausrei- diant für diese Aufgabe nicht zur Ver-
ner Knochenschraube in den retro- chende Lautheit erreicht wurde. Pati- fügung.
aurikulären Knochen subkutan ver- enten mit großem Schädel konnten
schraubt werden konnte [15, 18, 19]. nicht suffizient versorgt werden, da die Ankopplung an die Ossikelkette. P-MEI nach
Daraus wurde der Audiant bis zur kli- Lautheit unbefriedigend blieb. Ursa- Suzuki und Yanagihara (Abb. 3). Von den
nischen Anwendung entwickelt. Audi- che ist die physikalisch vorgegebene Autoren als „partial middle ear im-
ant (Xomed, Jacksonville, IL, USA) ist hohe Energieaufnahme des elektroma- plant“ (P-MEI) bezeichnet, handelt es
ein Teilimplantat für Mittelohrschwer- gnetischen Systems. Darüber hinaus sich um ein piezoelektrisches, partiell
hörige. Die Aktorschraube wird re- dämpft die transkutane Strecke die Si- implantierbares Hörgerät zur Impe-
troaurikulär subkutan im Schädelkno- gnalübertragung im Vergleich zum danzanpassung (P-ITI) bei mittels
chen verankert. Die Haut über dem Tjellström-Brånemark-BAHA erheb- Tympanoplastik nicht behebbarer
Implantat bleibt intakt. Ein außen zu lich. Die Folge ist, daß die Ausgangslei- Schalleitungsschwerhörigkeit [38–45,
tragendes Gerät umfaßt Mikrophon, stung der teilimplantierbaren Hörpro- 55, 56]. Die Indikationen entsprechen
elektronische Steuerung, Batterie und these bei normalgroßem Schädel oft damit im wesentlichen den teilimplan-
eine elektromagnetische Spule, der nicht ausreicht, eine Knochenleitung tierbaren BAHA. Das Implantat (Rion,
durch die intakte Haut hindurch die mit befriedigender Lautheit für den Tokio, Japan) ist in Japan zur Versor-
implantierte Magnetschraube zu Vi- Patienten zu erzeugen (unzureichende gung von Patienten zugelassen.
brationen anregt. (Es handelt sich also Impedanztransformation). Aus dem Suzuki und Yanagihara benutzen
auch um ein BAHA, wenngleich dieser gleichen Grund ist eine theoretisch einen piezoelektrischen Schwinger, der
Ausdruck für den Audianten unüblich denkbare Versorgung einer Innenohr- das Steigbügelköpfchen antreibt. Der
ist.) schwerhörigkeit technisch nicht mög- piezoelektrische Schwinger ist über ein
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse von lich: Weder reichen die Leistung der Gestänge mit längsverstellbarer und
sechs eigenen Patienten. Alle Patienten Batterie, noch die Leistung des Wand- drehbarer Achse, welche durch das Ma-
berichteten, daß die Wiedergabetreue lers aus, über die Knochenleitung die stoid geführt wird, mit einer Befesti-
des Audianten der der zuvor getrage- Wanderwelle im Innenohr zu verstär- gungsplatte und Titanschrauben an
nen Hörgeräte überlegen war. Jedoch ken. Darüber hinaus steht ein elektro- der Kalotte fixiert. Nach intraoperati-
nur die Patienten mit relativ kleinem nisches Steuerungssystem für den Au- ver Justierung wird die Achse mittels
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4. a b c
Abb.1a–c BAHA nach Tjellström-Brånemark. a Über einen Elektromagneten (6) wird eine in die Weiterentwicklung ihres piezoelektri-
Kalotte (1) osseointegrierte Schraube (3) in Vibration versetzt, wodurch Knochenleitung ermöglicht schen P-MEI zu einem vollständig im-
wird. b Osseointegrierte Schraube mit Aufnahme für den elektromagnetischen Wandler.c Elektroma- plantierbaren Gerät mit dem Namen T-
gnetischer Wandler auf die Schraube aufgesetzt (Nachdruck mit freundlicher Genehmigung)
MEI (Abb. 4).
Zusätzlich zum piezoelektrischen
Klebstoff in der einmal vom Operateur zugelassen ist. Seitdem sind die Ergeb- Vibrator ist vorgesehen, einen Verstär-
festgelegten Stellung gehalten. Mikro- nisse weiterer 16 Patienten publiziert ker mit einem automatischen Pegelbe-
phon, Verstärker und Batterie sind au- worden [45]. Dabei ergaben sich ver- grenzer, eine Batterie mit einem Not-
ßerhalb des Körpers retroaurikulär gleichbare Hörgewinne wie bis zum fallausschalter sowie ein Mikrophon
plaziert. Jahre 1992. zur Implantation zu entwickeln. Hinzu
Seit 1984 wurde im Rahmen klini- kommt, daß das Implantat eine An-
scher Prüfungen das P-MEI bei 46 Pati- Elektromagnetisch angetriebene TORPs und kopplung an den Steigbügel nach Ent-
enten mit Mittelohrhörverlusten bis zu PORPs. Magnetische TORPs und PORPs, fernung des Ambosses sowie des Ham-
63 dB, darunter auch Patienten mit die bei Bedarf elektromagnetisch über merkopfes vorsieht. Dies verhindert
kombinierter Schwerhörigkeit, implan- eine Spule im Gehörgang angetrieben ebenfalls eine Anwendung bei ko-
tiert [56]. werden, wurden sowohl von Goode und chleärer Schwerhörigkeit, da nach ei-
Die Innenohrkomponente betrug Mitarbeitern (Goode, 1988) als auch ner Entfernung des Implantats der ur-
dabei bis zu 40 dB. Beobachtet wurden von Heide et al. (1988) angegeben. Sollte sprüngliche präoperative Zustand
Hörgewinne zwischen 25 und 40 dB, die passive Hörverbesserung nach der funktionell wiederherstellbar sein soll.
wobei sich die Hörgewinne nahezu TORP- oder PORP-Implantation nicht Die Autoren berichten, daß sie eine
ausschließlich auf die Mittelohrkom- ausreichen, so könne die elektromagne- Anwendung beim Menschen nicht an-
ponente bezogen, während die Innen- tische Spule sekundär verwendet wer- streben, da sie Zuverlässigkeit und
ohrkomponente regelmäßig nicht den, um den Magneten in der Prothese Haltbarkeit des T-MEI nicht gesichert
kompensiert werden konnte. Diejeni- anzutreiben. Dadurch könne die Mittel- haben, die akustischen Eigenschaften
gen teilimplantierten Patienten, die zu- ohrkomponente ausgeglichen werden. des Implantates nicht von extern steu-
vor Hörgeräte getragen hatten, gaben Präklinische oder klinische Daten für ern können sowie einen chirurgischen
an, daß die Schallübertragungsqualität die Systeme stehen jedoch aus. Eingriff zum Batteriewechsel vermei-
des Implantats dem Hörgerät deutlich den wollen [56].
überlegen sei und sie eine erheblich Totalimplantate:T-ITI
angenehmere Hörempfindung hätten.
Die Hörqualität des Implantats sei im Yanagihara et al. [56] berichten über
Gegensatz zum Hörgerät nicht mehr die theoretisch und technisch mögliche
künstlich und unterscheide sich in die-
ser Hinsicht vollständig vom Hörein-
druck eines konventionellen Hörge-
räts.
An Komplikationen waren unter 30
Patienten der klinischen Teilstudie, die
von 1984–1992 durchgeführt wurde, in
einzelnen Fällen Drahtbrüche (n=2),
Hautfisteln (n=2), eine Dislokation der
Ankopplung am Steigbügel (n=1) sowie
die Entstehung eines Cholesteatoms
(n=1) zu beobachten [54]. Das Gerät Abb.2 Audiant nach Hough
wurde 1993 so modifiziert, daß es seit (Abdruck mit freundlicher
1994 in Japan zur Patientenversorgung Genehmigung)
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5. Übersicht
Applikation eines Koppelelementes auf
Tabelle 3 die Promontorialwand [46]. Die Versu-
Schalleitungskomponente (dB SPL). Hörergebnisse mit dem Audiant bei che ergaben eine 10mal höhere Übertra-
6 Patienten (1 bis 6) mit chronisch sezernierender Radikalhöhle (A Schalleitungs- gungsamplitude im Vergleich zur Kno-
komponente ohne Hörhilfe; B mit Audiant; C mit Hörgerät) chenleitung über die Schädelkalotte.
Frequenz (kHz) 0,5 1 2 4 0,5 1 2 4 Ankopplung an die Ossikelkette. Elektroma-
A Pat 1 60 60 50 60 Pat 4 45 50 45 30
gnetische Aktorenentwicklungen. Bereits
B 0 0 0 0 30 0 0 10 1935 schlug Wilska [51, 52] vor, kleine
C 20 10 10 20 10 10 0 0 Magnetstücke von 10 mg als Aktoren
A Pat 2 60 55 50 60 Pat 5 30 35 40 30
am Trommelfell zu befestigen und mit
B 20 0 20 20 30 10 10 30 Hilfe einer Spule am Gehörgang ein
C 20 0 0 10 10 0 10 10 magnetisches Feld zu erzeugen. Auch
Plester et al. [34] verfolgten dieses Ziel
A Pat 3 30 30 35 30 Pat 6 50 45 50 55
B 15 15 10 10 20 10 10 20 (Abb. 5). Wilskas Probanden konnten
C 15 15 10 10 20 0 10 20 Töne hören, empfanden jedoch durch
die starke magnetische Anziehung un-
angenehme Gefühle bis hin zu
Schmerzen. Auch die umgekehrte Vor-
CAI: Kochleaverstärkerimplantate für Entwicklung befindlichen, stärkeren gehensweise mit Aufsetzen einer Spule
Innenohrschwerhörige BAHA muß erwartet werden, daß der auf das Trommelfell wurde von Wilska
Energie- und damit der Batteriever- angewendet: aber die Spulentempera-
Die Geschichte implantierbarer Hörge- brauch aufgrund des erheblich höheren tur erzeugte Verbrennungen und
räte [15] beginnt mit der Idee, schwer- Leistungserfordernisses erheblich an- Schmerzen. Heute wissen wir, daß der
hörige Patienten mit einem intakten steigen wird. Interessanterweise mach- wesentliche Vorteil einer direkt an die
Mittelohr, also solche mit einer Innen- ten die Autoren auch Experimente mit Gehörknöchelchen angeschlossenen
ohrschwerhörigkeit zu versorgen [51].
Heute haben aktive Hörimplantate für
die Versorgung von Innenohrschwer-
hörigkeiten die Phase klinischer Studi-
en erreicht [57].
Partielle Implantate und
Aktorenentwicklungen
Ankopplung über Knochenleitung. Prinzi-
piell ist ein CAI, das sich der Knochen-
leitung bedient, möglich. Dementspre-
chend sind Überlegungen angestellt
worden, das Tjellström-Branemark-
BAHA auch als CAI auszubilden und
für kochleäre Schwerhörigkeiten zu
nutzen. Das gegenwärtige, zugelassene a
BAHA kann dazu nicht eingesetzt wer-
den, da es ein reines ITI ist. Steuerungs-
elektronik und Ausgangsleistung sind
für den Ausgleich individuell unter-
schiedlicher Innenohrschwerhörigkei-
ten nicht ausgelegt, so daß bei Tjell-
ström-Branemark-BAHA-Trägern bei-
spielsweise kein Diskriminationsver-
lust von mehr als 40% bestehen darf.
Von Bedeutung ist darüber hinaus, daß
in Versuchen die für mittel- und hoch-
gradige Innenohrschwerhörigkeiten er-
forderlichen hohen vibratorischen An- b c
regungspegel zu einer Schallabstrah-
lung vom Schädel mit Rückkopplung Abb.3a–c P-MEI nach Suzuki und Yanagihara. a Schematische Darstellung des piezoelektrischen
über das Mikrophon des BAHA führten Biegeschwingers, der auf das Steigbügelköpfchen oder eine kleine Columella aufgesetzt wird.
[46–49]. Für diese gegenwärtig in b Einzelkomponenten. c Retroaurikulär getragene äußere Einheit (mit freundlicher Genehmigung)
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6. al. [32] bei Patienten mit sensorineura-
ler Schwerhörigkeit. Im Vergleich zum
Hörgerät gaben die Kranken 1. den
Wegfall des Rückkopplungspfeifens, 2.
eine verbesserte Funktion im Stör-
schall sowie 3. eine natürlichere Hör-
empfindung an. Als weitere Ankopp-
lungspunkte an die Gehörknöchel-
chenkette wurden der Amboß [6–8],
das Amboßsteigbügelgelenk oder
PORPs [21] vorgeschlagen (Abb. 6).
Auch über die Anbringung eines Ma-
gneten am runden Fenster wurde be-
richtet [37]. Grundsätzlich scheinen al-
le Ankopplungspunkte an der Ossikel-
kette für eine Signalübertragung geeig-
net zu sein.
Abb.4 T-MEI nach Suzuki und Yanagihara. Die Abbildung zeigt die Einzelkomponenten (mit freund-
Die elektromagnetische Induktion
licher Genehmigung)
von Vibrationen ist frequenzabhängig:
bei konstanter Spannung und einer
Hörhilfe im Vergleich zu einem kon- von 80 dB SPL zu erzeugen, schwankte Verdopplung der Frequenz kommt es
ventionellen Hörgerät die Verbesse- je nach Abstand der Spule vom am zu einem 6-dB-Abfall des Stroms in der
rung der Schallwiedergabetreue ist Hammer befestigten Magneten zwi- Spule, so daß der Verstärker bei steigen-
[16, 24, 55]. schen 3,5 mA und 28 A. Der Autor [12] der Frequenz immer mehr leisten muß
Zur Beurteilung der relativen berichtete über eine eindrucksvolle Re- und das System auf diesem Weg zuneh-
Wiedergabetreue komplexer Schallsi- duktion der Verzerrungspegel, verbun- mend Energie benötigt.
gnale wie Sprache in Abhängigkeit von den mit einer verbesserten Sprachdis- Ein weiterer Grund dafür, daß an
der direkten mechanischen Ankopp- krimination, besserer Schallqualität Ossikeln befestigte Aktormagneten in
lung eines Aktors an die Gehörknöchel- sowie einer Reduktion der Rückkopp- der Anwendung problematisch sind,
chenkette im Vergleich zu einem kon- lung. Auch Rutschmann et al. [35, 36] liegt in der Ineffizienz der Kopplung
ventionellen Hörgerät führten Maho- klebten 10 mg schwere Magneten auf zwischen Spule und Magnet. Dabei
ney und Vernon [31] Ableitungen von die Trommelfelle normalhörender Pro- muß berücksichtigt werden, daß die Ef-
Mikrophonpotentialen an lärmschwer- banden. Gloric et al. [9] befestigten ei- fizienz mit der 3. Potenz der Distanz ab-
hörigen Meerschweinchen durch. Die nen Magneten am Hammer. Bei Appli- nimmt. Eine intrameatal eingeführte
Ankopplung eines elektromechani- kation eines magnetischen Feldes über Spule führt zur Verlegung des Gehör-
schen Wandlers an den Amboß führte eine externe Spule hörten die Proban- gangs, eine externe Spule ist sehr weit
zu einer 18%igen Verbesserung der Dis- den Musik und Sprache von zufrieden- entfernt und erfordert einen exzessiven
krimination im Vergleich zu Hörgerät stellender Qualität. Energieaufwand.
oder Kopfhörer. Goode and Glattke be- Eine gleiche Vorgehensweise wähl- Ein grundsätzliches Problem des
stätigten diese Ergebnisse bei elektro- ten Hough et al. [20, 21] und McGee et elektromagnetischen Prinzips ist es
magnetischer Ankopplung beim Men-
schen [13].
Goode et al. [10–14] arbeiten seit
1969 an der Entwicklung elektroma-
gnetischer implantierbarer Aktoren.
Sie publizierten Ergebnisse elektroma-
gnetisch induzierten Hörens an 8 nor-
malhörigen menschlichen Probanden.
Dazu verwendeten sie von 1969–1986
Magnete zwischen 50 und 85 mg, die sie
bis zu 22 Monate auf dem Hammergriff
befestigten. Zu den verwendeten Ma-
gnetmaterialien gehörten Platin-Ko-
balt und Samarium-Kobalt. Zur Stimu-
lation benutzten sie Spulen im Gehör-
gang in unmittelbarer Nähe des Trom-
Abb.5 Elektromagnetisches Wandlerprinzip zur induktiven Übertragung akustischer Signale auf
melfells oder auch Spulen auf der das Trommelfell nach Plester et al.[34]. Auf dem Trommelfell wird ein Permanentmagnet
retroaurikulären Haut. Die aufzuwen- angebracht, der durch eine externe Spule angetrieben wird. Um das Magnetfeld im Bereich des
dende Stromstärke, um oberhalb 100 Trommelfellmagnetes zu bündeln sind ein oder mehrere in das Felsenbein einzusetzende
Hz einen äqualenten Schalldruckpegel magnetische Leiter vorgesehen
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7. Übersicht
Abb.6 In die Ossikelkette einzusetzen-
de Wandlermagneten nach Hough (mit
freundlicher Genehmigung)
auch, daß das Wandlerprinzip nur Elektromagnetische Implantatsysteme. Um äquivalenter Ausgangsschalldruckpegel
dann optimal funktioniert, wenn Spule eine möglichst nahe und präzise An- von 100–115 dB SPL, im höheren Fre-
und Permanentmagnet in einer exak- ordnung der Wandlerspule zum am quenzbereich von 95–110 dB SPL, bei ei-
ten räumlichen Beziehung stehen. Ossikel befestigten Aktormagneten zu ner totalen harmonischen Verzerrung
Räumliche Verschiebungen, etwa erreichen, entwickelten Heide et al. [17] >2%. Die Batterie von 1,3 V verbrauchte
durch Verrutschen einer der beiden ein elektromagnetisches Gehörgangs- 0,9 mA.
Komponenten führen zu Verschlechte- implantat (Abb. 8). Gleichzeitig ver- Angewendet bei Patienten mit In-
rungen der Übertragungsqualität. Um folgten sie das Ziel der äußerlichen Un- nenohrschwerhörigkeit zeigte das Im-
diese Problematik zu lösen, entwickel- sichtbarkeit. Das Implantat besteht aus plantat bis 2 kHz einen einem konven-
ten Ball und Maxfried [1] den „Floa- einer batteriebetriebenen Treiberein- tionellen Hörgerät überlegenen Hör-
ting mass transducer“ (FMT), der aus heit mit Spule im Gehörgang sowie ei- gewinn (1 kHz: +16 dB, 2 kHz: +8 dB)
Spule und Magnet besteht (Abb. 7). nem kleinen implantierbaren Seltene- während bei 4 kHz das konventionelle
Beide befinden sich in extrem gerin- Erden-Magneten auf dem Trommelfell Hörgerät überlegen war (4 kHz:
gem Abstand voneinander in einer (Sm-Co, Samarium-Kobalt). Dabei han- −12 dB). Sprachaudiometrisch ergab
Kapsel, die zu Vibrationen angeregt delt es sich um ein Derivat von Sm-CO5, das Implantat im Schnitt einen Hörge-
wird. Wurde der FMT zu Testzwecken welches sich in Biokompatibilitätsstu- winn von 21 dB im Vergleich zu 10 dB
bei Otosklerosepatienten (unmittelbar dien als nicht toxisch herausgestellt bei Hörgeräten (n=6). Kein Patient der
vor der Stapesplastik) vorübergehend hatte [17]. Der Magnet ist als schmale kleinen Gruppe verstand mit dem Im-
am Amboß befestigt [50], dann konnte Scheibe mit einem Durchmesser von plantat schlechter als mit seinem Hör-
in Einzelfällen sogar die Stapesfixati- 2,5–3 mm und einem Gewicht zwischen gerät. Akustische Rückkopplung trat
on überwunden werden, so daß der 25 und 35 mg ausgebildet. Die Treiber- in keinem Fall auf. Bei Versuchen, die
Patient lauter hörte. Die o.g. Fragen einheit paßt vollständig in den äußeren Leistung der konventionellen Hörge-
der Energiebilanz sind allerdings Gehörgang. In-vitro ergab sich zwi- räte der Patienten so zu steigern, daß
auch für das FMT nicht abschließend schen 150 und 1000 Hz ein maximal sie sich der Leistung des Implantats
gelöst.
Grundproblematik der meisten
dargestellten Untersuchungen ist es, Hdo - Teil Empfangsspule
daß diese sich zwar mit implantierba-
ren Magneten als Aktoren eines akti-
ven Hörimplantats, nicht jedoch mit
den übrigen Komponenten, die für ei-
ne klinische Nutzung unverzichtbar
sind, weitgehend auseinandergesetzt
haben. Auch kann eine unerwünschte
Stimulation eines Aktormagneten
durch externe elektromagnetische Si-
gnale nicht ausgeschlossen werden.
Auf diese Schwierigkeiten wies Goode FMT
[12] hin.
Partielle Implantate: P-CAI. Entscheidende
Fortschritte wurden von Arbeitsgrup-
Abb.7 Floating mass transducer nach Ball. Der Floating mass transducer (FMT) wird an der Ossikel-
pen erbracht, die nicht nur isoliert den kette befestigt. Beim FMT ist das Problem der zu großen sowie der wechselnden Distanz zwischen
Aktor, sondern auch weitere Kompo- Spule und Magnet ebenso wie im Implantat nach Fredrickson (s. Abb. 10) gelöst. Signal und Energie
nenten eines aktiven Implantats in ihre erhält er aus einer subkutanen Empfangsspule, die diese wiederum von einem extern zu tragenden
Entwicklung miteinbezogen haben: HdO-Teil übertragen erhält (mit freundlicher Genehmigung)
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8. mit BERA-Untersuchungen an Katzen
ließen bei einer modifizierten Operati-
onstechnik (Magnet am Stapes) Hörge-
winne bis zu 35 und 55 dB erwarten
[30].
Einen anderen Weg wählten Fred-
rickson et al. [6–8] seit 1973 bis heute
(Abb. 10). Sie berichteten über die Ent-
wicklung eines teilimplantierbaren, an
die intakte Kette angekoppelten, elek-
tromagnetischen Systems. Bei Implan-
tation in das Mastoid geschieht die An-
kopplung an die Kette über eine Kop-
pelstange, die als Koppelelement den
Amboßkörper berührt. Das Koppelele-
ment wird durch einen mitimplantier-
Abb.8 Elektromagnetisches Implantat nach Heide (mit freundlicher Genehmigung) ten elektromagnetischen Aktor ange-
trieben, von dem die Koppelstange aus-
geht. Der Aktor ist mit einer subkutan
näherten, ergaben sich Probleme mit Spule von 4000 Windungen hatte einen implantierten HF-Empfängerspule
den Hörgeräten: Es trat typischerweise Abstand von 1–2 mm vom Trommelfell- verbunden. Diese wird durch eine ex-
eine Rückkopplung auf und die Zu- magneten. 1994 stellten sie ihre Weiter- terne Senderspule stimuliert, die mit
nahme der Lautstärke wurde vom Pati- entwicklung vor [30], die sich von ihrer einem Hörgeräteteil verbunden ist und
enten als unangenehm bis schmerz- Arbeit von 1988 vielfältig unterscheidet. Energie und Signal überträgt [6, 8].
haft empfunden. Hintergrundgeräu- Statt am Hammergriff ist der Magnet Wilson et al. [53] zeigten bei Primaten-
sche wurden durch das konventionelle am Amboßkörper, dem Mastoid zuge- versuchen, daß bei derartiger Ankopp-
Hörgerät schlechter verarbeitet als wendet, befestigt. Er wird durch eine lung eines elektromagnetischen Wand-
durch das elektromagnetische Teilim- intramastoidale Spule angetrieben, die lers die Kette nicht unter allzugroße
plantat. telemetrisch transkutan über einen HF- Vorspannung gesetzt werden sollte. Mit
Auch Hough et al. [20, 21] verfolgen Empfänger unter der intakten retro- Zunahme der Vorspannung beobachte-
das Ziel, die elektromagnetische Spule aurikulären Haut gesteuert wird (Abb. ten die Autoren eine mittels BERA fest-
dem ossikelständigen implantierten 9). Eine externe Einheit bestehend aus stellbare Verringerung der audito-
Magneten möglichst zu nähern, wobei Mikrophon, Verstärker, Batterie und rischen Antwort. Eine alternative Me-
sie einen Abstand von 15 mm vorsahen. Sender soll in eine retroaurikuläre, ope- thode ist daher das Ankleben eines
Bei Dauerimplantationen an 5 Patien- rativ anzulegende Hauttasche einge- kleinen Magneten am Amboßkörper,
ten mit mittelgradiger Innenohr- bracht werden. Erste Tierexperimente der durch einen in die Nähe geführten
schwerhörigkeit wurde der Aktorma-
gnet in das Amboß-Steigbügel-Gelenk
eingebracht. Zur Stimulation schlug die
Arbeitsgruppe entweder eine Implanta-
tion der Spule in das Mastoid oder die
Lokalisation im äußeren Gehörgang
vor. Bei den 5 Patienten ließen sich er-
hebliche Schwellanhebungen sowie ei-
ne Verbesserung der Sprachdiskrimi-
nation erkennen. Die Autoren [20, 21]
betonten, daß ihrer Entwicklung die
elektronische Schallsignalverarbeitung
fehle, die zusammen mit dem Mikro-
phon als externes Bauteil auszubilden
sei. Gleichzeitig fehle ein realistisches
Prinzip der Signalübertragung vom ex-
ternen Prozessor zur intramastoidalen
Spule.
1988 stellten Maniglia et al. [29] eine
Gehörgangseinheit vor, in der Mikro-
phon, Steuerung, Batterie und Spule in
einem geschlossenen System vereinigt Abb.9 Elektromagnetisches Implantat nach Maniglia (mit freundlicher Genehmigung). Eine
waren, um einen auf dem Hammer be- externe Einheit wird retroaurikulär in einer Hauttasche (2) getragen. Die verstellbare Halterung (4, 5)
festigten Magneten anzutreiben. Die trägt an ihrem Ende die Spule (6). Ein Magnet (7) ist auf dem Amboß anzementiert
HNO 10·97 | 765

9. Übersicht
hend von einer effizienten in vitro Lei-
stungsfähigkeit wurde eine Tierver-
suchsreihe mit Meerschweinchen be-
gonnen.
Die längste Erfahrung mit piezo-
elektrischen Implantaten hat die japa-
nische Arbeitsgruppe um Yanagihara
und Suzuki [55]. Als Teilimplantat für
Schalleitungsschwerhörigkeiten ent-
wickelt (s. oben), führten sie auch
Überlegungen durch, ihr Implantat für
die Versorgung von Innenohrschwer-
Abb.10 Elektromagnetisches Implantat nach Fredrickson. Ebenso wie beim FMT (s. Abb. 7) sind zwi- hörigkeiten weiterzuentwickeln [16,
schen Spule und Magnet eine exakte geringe Distanz eingehalten, da sich beide in einem intrama- 56]. Nach ihrer Auffassung muß zur
stoidal zu implantierenden Gehäuse befinden. Das Ausgangssignal wird über eine Koppelachse auf Versorgung von Innenohrschwerhörig-
den Amboß übertragen. Dabei wird die Koppelachse in eine mittels eines KTP-Lasers im Amboß an- keiten die Ausgangsleistung ihres Im-
gebrachte Vertiefung eingeführt (mit freundlicher Genehmigung) plantates gesteigert werden. Einer mög-
lichen Vergrößerung der Länge ihres
kleinen Magneten, der wiederum auf ne Linse typische Funktion, nämlich die Piezoelements von z.Z. 7 mm auf mehr
der Koppelstange sitzt, in Bewegung Brechung und Richtungsänderung ei- als 9 mm (zur Steigerung der Auslen-
gesetzt wird. Fredrickson und seine ner elektromagnetischen Welle nicht kung) steht allerdings die Anatomie des
Mitarbeiter konnten ihre seit 1973 an- durchgeführt wird. Angetrieben wird Ohrs entgegen.
dauernde Entwicklung über In-vitro- der Magnet durch eine als Halskette Eine schmalere Ausbildung der
Modelle und akute Tierversuche bis ausgebildete Spule.Vorteil ist das ästhe- Piezoelemente (welches ebenfalls die
hin zu chronischen Primatenimplanta- tische Konzept, bei dem eine Stigmati- Auslenkung steigern würde) würde ei-
tionen weiterführen [6–8]. Mittels au- sierung des Kranken durch die Halsket- ne erhöhte Bruchgefahr in sich bergen.
ditorisch evozierten Potentialen ge- te nicht erfolgt. Nachteile sind der sehr Eine einfache Erhöhung der elektri-
messen, konnte die Funktionsfähigkeit große Abstand der stimulierenden Spu- schen Spannung läßt sich mit ihrem
des Implantates in den Primaten über le vom Empfängermagneten, welches Implantat ebenfalls nicht in dem ge-
1 Jahr beobachtet werden. Das elektro- zu einem außerordentlich hohen Ener- wünschten Umfang umsetzen, da die
magnetische Teilimplantat zeichnet giebedarf führt sowie die Empfindlich- gegenwärtigen Batterieleistungen nicht
sich durch einen verzerrungsarmen, keit gegenüber externen elektromagne- ausreichen und im Falle ausreichender
ebenen Frequenzgang bis 10 kHz aus tischen Feldern. Leistung mit thermischen Problemen
und erreicht Pegel bis zu 140 dB SPL, der transkutanen Übertragungsstrecke
ausreichend auch für hochgradige In- Piezoelektrische Implantatsysteme zu rechnen wäre [16]. Die Autoren spe-
nenohrschwerhörigkeiten. Histologi- kulieren daher, daß ein Ersatz der
sche Analysen des Innenohres der er- Dumon et al. [4] benutzten einen pie- transkutanen Hochfrequenzstrecke
sten explantierten Tiere nach 8 Mona- zoelektrischen Vibrator zur Ankopp- durch eine transkutane Titanschraube
ten Dauerimplantation zeigten im Ver- lung an den Stapeskopf, ohne die Kette nach Brånemark das thermische Pro-
gleich zum Kontrollohr der anderen irreversibel zu unterbrechen. Ausge- blem lösen könnte und zudem einen
Seite die gleiche Zahl von Haarzellen.
Die Autoren schlossen daraus, daß hi-
stologisch keine Schädigung des In-
nenohres nachzuweisen war.
Hudde et al. [22] entwarfen einen
implantierbaren elektromagnetischen
Wandler (Abb. 11), dessen Ausgangssi-
gnal hydrodynamisch an die Rundfen-
stermembran angekoppelt wird.
Von Perkins and Pluvinage [33]
wurde eine interessante Modifikation
einer elektromagnetischen Schallüber-
tragung auf einen am Trommelfell an-
gebrachten Aktormagneten unter der
Bezeichnung „Ohrlinse“ angegeben.
Abb.11 Elektrohydraulisches Implantatkonzept nach Hudde und Hüttenbrink. Ein intramastoidal
Elegant und einfach ist die Anbringung
zu implantierender Wandler wird über einen flüssigkeitsgefüllten Schlauch an ein flüssigkeitsgefüll-
des Magneten auf dem Trommelfell tes Bläschen angeschlossen, das die Membran des runden Fensters berührt. Die elektromagnetisch
und insofern mit Augenkontaktlinsen produzierten Vibrationssignale werden hydrodynamisch durch die Flüssigkeit im Schlauch und im
vergleichbar. Trotzdem ist die Bezeich- Säckchen auf die Rundfenstermembran und damit auf das Innenohr übertragen (mit freundlicher
nung „Linse“ irreführend, da die für ei- Genehmigung)
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10. Die Schallaufnahme erfolgt trommel-
fellnah durch das implantierte Mikro-
phon [27]. Das Signal wird über den im-
plantierten, piezoelektrischen Wandler
direkt an den Amboßkörper angekop-
pelt. Unseres Wissens handelt es sich
um das erste aus Aktor und Mikrophon
bestehende, beim Menschen implan-
Abb.12 Die Kombination des tierte System, welches zudem für die
piezoelektrischen Biegeschwin- Versorgung von Innenohrschwerhörig-
gers nach Suzuki und Yanagiha- keiten geeignet ist. Sein Frequenzgang
ra mit einer perkutanen Schrau- reicht von 50–10000 Hz.
bendurchführung von Energie
Der äquivalente Schallpegel beträgt
und Signalen nach Tjellström.
Auf der Schraube sitzt ein retro- bei 1 kHz 100 dB SPL, steigt ab 1 kHz
aurikulär getragener Konnek- deutlich an und erreicht ab 4 kHz äqui-
tor, der Batterie, Mikrophon und valente Pegel von mehr als 120 dB SPL.
Steuerung enthält (mit freund- Bis 1000 Hz können Innenohrhörverlu-
licher Genehmigung) ste bis 60 dB, ab 2000 Hz auch hochgra-
dige Hörverluste kompensiert werden.
Von besonderer Bedeutung ist es,
Verstärkungsgewinn von 20 dB erbrin- sich damit auf theoretische Erörterun- daß der Tübinger Wandler die genann-
gen könnte [46] (Abb. 12). Da ihr jetzi- gen. Publikationen über den tatsächli- ten Anregungspegel mit einem Mini-
ges Implantat auf Knochenleitungs- chen Bau eines derartigen CAI liegen mum an Energieaufwand erreichte: Die
schwellen von 20–40 dB beschränkt ist jedoch nicht vor. Leistungsaufnahme beträgt bei 1 kHz
[45] schätzen die Autoren die durch das Im Gegensatz dazu berichteten um noch 30µW (bei 100 dB SPL) und
Brånemark-System denkbare Anwen- Zenner et al. [57] kürzlich über die erste damit 100–10000fach weniger als bei
dungserweiterung ihres Implantates klinische Studie von Innenohrschwer- elektromagnetischen Wandlern. Damit
bei Innenohrhörverlusten auf weitere hörigen mit einem piezoelektrischen ist eine Grundvoraussetzung geschaf-
40 dB bis hin zu Knochenleitungshör- Implantat. Dieses von Leysieffer und fen, in naher Zukunft vollständig im-
verlusten von 60–80 dB ein. Die disku- Zenner [28] seit 1988 entwickelte im- plantierbare CAI zu realisieren [2].
tierte Ausgangsleistung vorausgesetzt, plantierbare System (Abb. 13) umfaßt Daher werden im Teil III dieser
vermuten die Autoren aufgrund der ho- einen ins Mastoid implantierbaren Übersicht die Perspektiven aktiver Hör-
hen Wiedergabetreue ihres piezoelek- Wandler von 8 mm Durchmesser [27] implantate unter besonderer Berück-
trischen Implantats im Vergleich zu sowie ein in die hintere knöcherne Ge- sichtigung totalimplantierbarer CAI-
konventionellen Hörgeräten einen hörgangswand transmastoidal subku- Hörgeräte für Innenohrschwerhörige
deutlichen Hörgewinn für zukünftige tan implantierbares Mikrophon (Mem- dargestellt.
Patienten. Die Angaben beschränken brandurchmesser 4,5 mm) (Abb. 13).
Fazit für die Praxis
Für die Versorgung von Mittelohrschwer-
hörigen gibt es gegenwärtig bereits zuge-
lassene, teilimplantierbare elektronische
Hörimplantate. Für Innenohrschwerhörige
ist in den letzten Jahren ein enormer Fort-
schritt erzielt worden, indem Systeme bei
Patienten zu Studienzwecken implantiert
wurden.
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Abb.13 Piezoelektrisches Mikrophon- und Wandlerimplantat nach Leysieffer und Zenner [27]. Ein Sec Intl Symp Electr Impl 8
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tes Mikrophon nimmt die Signale trommelfellnah auf. Der piezoelektrische Wandler koppelt seine der Energieversorgung vollständig implan-
tierbarer Hörgeräte für Innenohrschwerhöri-
Signale über eine Koppelachse wahlweise an den Amboßkörper (im Bild) oder an den langen Amboß- ge. HNO 45 (in Vorbereitung)
schenkel an. Bei fehlendem Amboß kann an den Steigbügelkopf, bei fehlendem Steigbügelüberbau 3. Brånemark PI, Hansson-Adell R, Breine U (1977)
durch eine Perforation in der Fußplatte an die Perilymphe angekoppelt werden. Die im Bild gezeigte Osseointegrated implants in the treatment
Vertiefung im Amboßkörper wird intraoperativ mit einem Ulmer Erbium-YAG-Laser erzeugt [57] of the adentolous jaw.Scand J Plast Reconstr
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HNO 10·97 | 767

11. Übersicht
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