Kiefer, J..

7. DGA Jahrestagung 2004
Die kombinierte elektrische und akustische Stimulation des
auditorischen Systems (EAS)
Jan Kiefer1, Marcel Pok2, Oliver Adunka2, Ekkehard Stürzebecher2, Wolfgang Baumgartner3, Marcus Schmidt4, Jochen Tillein5, Qing Ye5, Wolfgang Gstoettner2
Klinik und Poliklinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde des Klinikums r.d.Isar, Technische Universität, München/ Klinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Klinikum der Johann Wolfgang Goethe Universität, Frankfurt
am Main/ HNO-Universitätsklinik des Allgemeinen Krankenhaus (AKH), Wien/ MED-EL Elektromedizinische
Geräte, Innsbruck/ Zentrum der Physiologie des Klinikums der Johann Wolfgang Goethe Universität, Frankfurt am Main
1. Einleitung
Circa 8-10% der deutschen Bevölkerung leiden an einer versorgungsbedürftigen Schwerhörigkeit. In der
Mehrzahl der Fälle handelt es sich um eine Innenohrschwerhörigkeit. Leicht- bis mittelgradige Hörverluste
lassen sich in aller Regel ausreichend durch akustisch
verstärkende Hörgeräte ausgleichen, auch bei höhergradigen Hörverlusten ist eine Hörgeräteversorgung sinnvoll,
häufig jedoch bleibt ein Diskriminationsverlust bestehen.
Besonders problematisch zu versorgen sind Patienten mit
einem Steilabfall der Hörschwellen im Tonaudiogramm.
Eine Verstärkung des Frequenzbereichs oberhalb der
Grenzfrequenz, bei der der Hörverlust 60 dB überschreitet, erbringt häufig keinen Gewinn für das Sprachverstehen; im Gegenteil, bei einigen Patienten kann sich das
Sprachverstehen mit Hörgerät (HG) sogar verschlechtern
[Ching et al. 1998, Hogan and Turner 1998]. Patienten
mit einem solchen Tonaudiogramm, bei dem das Hörvermögen bei 1 kHz bereits einen Verlust von mehr als 65
dB aufweist, erreichen meist im Sprachaudiogramm auch
mit Hörgeräteversorgung in der Regel nicht mehr als 3040% Einsilberverstehen bei Sprachlautstärke . Diese Patienten leiden somit unter einer deutlichen Einschränkung
in Gesprächen, besonders unter ungünstigen akustischen
Bedingungen. Wenn eine akustische Stimulation keine
Verbesserung erbringt, so besteht grundsätzlich die Alternative, Informationen durch eine elektrische Stimulation
mittels Cochlear Implant zu erreichen. Die Möglichkeit
einer kombinierten elektrischen und akustischen Stimulation (EAS) wurde von unserer Arbeitsgruppe aufgezeigt
[von Ilberg et al. 1999]. Bei einer in üblicher Weise
durchgeführten Cochlear Implantation kann das noch
bestehende Hörvermögen nur selten erhalten werden. Es
war daher eine Modifikation der chirurgischen Technik
erforderlich, die den Hörerhalt erlaubt [Lehnhardt 1993,
Gantz et al. 2003, Kiefer et al. 2004]. Wesentliche Aspekte sind die Limitierung der Einführtiefe, so dass die Elektrode nicht in den noch funktionsfähigen apikalen Anteilen
der Cochlea zu liegen kommt, die schonende Eröffnung
der Cochlea in Soft Surgery Technik, die Anwendung von
lokalen Corticosteroiden sowie die sorgfältige Abdichtung der Cochleostomie. In der vorliegenden prospektiven
Studie wurden Patienten mit noch erhaltenem Gehör im
Tieftonbereich aufgenommen und im Hinblick auf eine
kombinierte elektrische und akustische Stimulation mit
einem MED-EL COMBI-40+ Cochlear Implant (CI)
versorgt. Prä- und postoperativ wurde das Sprachverste-
hen in den verschiedenen Konditionen (HG, CI allein, CI
mit HG ipsilateral und kontralateral) gemessen.
2. Methoden
2.1 Cochlear Implant System
Die Patienten wurden mit einem MED-EL COMBI 40
+ Cochlear Implant System versorgt. Das System hat 12
unabhängige
Stimulationskanäle
mit
einer
Gesamtstimulationsrate von 18,180 Pulsen pro Sekunde.
Der Elektrodenträger ist mit einer hohen Flexibilität, einer
glatten Oberfläche sowie relativ geringem Volumen
besonders auf eine atraumatische Insertion ausgelegt. In
der Standardausführung sind die Elektrodenpaare 2.4 mm
auseinander mit einer gesamten Verteilungsstrecke von
26.4 mm (C40+). Für eine limitierte Einführtiefe von ca.
20 mm, wie sie hier durchgeführt wurde, wurde der
Kontaktabstand auf 1.9 mm reduziert. Hieraus resultiert
einen Verteilungsstrecke von 20.9 mm (C40+M).
Postoperativ wurden die Patienten mit einem digitalen
IdO-HG versorgt. Für die Details der chirurgischen
Methode sei auf die ausführliche Darstellung in Kiefer et
al. [2004] verwiesen.
2.2 Patienten
Einschlusskriterien waren eine postlingual aufgetretene Schwerhörigkeit mit erhaltenem Tieftongehör auf dem
zu implantierenden Ohr von weniger als 60 dB Hörverlust
in mindestens zwei der Frequenzen 125, 250 and 500 Hz
und mehr als 60 dB bei 1 kHz und darüber. Das Einsilberverstehen durfte bei optimaler Hörgeräteversorgung
40% bei 70 dB im Freifeld nicht übersteigen. Es wurden
13 Patienten in die Studie aufgenommen (Tabelle 1).
Das Implantationsalter lag zwischen 33 und 77, im
Mittel bei 51 Jahren. Die mittlere Dauer der Schwerhörigkeit betrug 21 Jahre (10-46 Jahre). Präoperativ wurden
verschiedene Hörgeräte verwendet, meist beidseitig. Zwei
Patienten mit gut erhaltenem Tieftongehör nutzten kein
Hörgerät, da sie keinen Gewinn mit Hörgerät verzeichneten.
2.3 Audiologische Messungen
Eine Tonaudiometrie wurde mit Kopfhörern mit einem Hortmann Audiomaster CA 540/2 - Audiometer
durchgeführt, das nach EN ISO 389 Standards kalibriert
war. Vibrotaktile Antworten wurden, soweit möglich,
ausgeschlossen. Bei drei Patienten wurden die Hörschwellen zusätzlich mit Einsteckhörern überprüft, um
vibrotaktile Schwellenangaben auszuschließen, die Er-
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gebnisse stimmten mit den Ergebnissen mit Kopfhörern
weitgehend überein (± 5 dB). Das Sprachverstehen wurde
mit dem Freiburger Sprachverständlichkeitstest für Einsilber überprüft. Präoperative Messungen wurden zunächst seitengetrennt mit Kopfhörer bei 70, 80 und max.
90 dB durchgeführt, zusätzlich im Freifeld mit ein- und
beidseitiger Hörgeräteversorgung bei 70 dB SPL.
Zusätzlich wurde der HSM-Satztest in Ruhe und mit
Störgeräusch bei 10 dB Signal zu Rauschabstand im Freifeld (S0N0) mit optimaler Hörgeräteversorgung, meist
beiderseits, durchgeführt. Postoperativ wurden alle Messungen im Freifeld bei 70 dB SPL durchgeführt. Gemessen wurde in den folgenden Konditionen:
Ipsilaterales Hörgerät allein
Cochlear Implant allein
Cochlear Implant + ipsilaterales Hörgerät (EAS)
Cochlear Implant + beiderseitiges Hörgerät (sofern
möglich)
Akustisches Mithören wurde mittels Ohrstöpseln und
geschlossenen Kopfhörern in den entsprechenden Konditionen (z.B. CI allein) weitgehend ausgeschlossen.
2.4 Einstellung von Hörgeräten und Cochlear Implant
Bei den Hörgeräten wurde die Verstärkung auf den
akustisch ausreichend ansprechbaren Bereich individuell
angepasst, oberhalb von 1 kHz wurde nicht verstärkt. Als
Ausgangswert wurde eine frequenzspezifische Verstärkung in der Hälfte des Hörverlusts (HV/2) gewählt und
individuell modifiziert.
Der elektrisch übertragene Frequenzbereich kann
durch eine Auswahl der Bandpassfilter und die Zuordnung ihrer Ausgänge zu den einzelnen Elektroden programmiert werden.
Bei einer Insertion von 20 mm erreicht die erste Elektrode in etwa die Region von 1 kHz auf der Basilarmembran [Greenwood 1990]. Allerdings berücksichtigt
dies nicht individuelle Unterschiede der Länge der Basilarmembran. Auch wissen wir nicht genau, welche Nervenfasern von einer gegebenen Lokalisation aus stimuliert
werden. Auch war nicht bekannt, ob eine Überlappung
oder aber eine Trennung der akustisch und elektrischen
Frequenzbereiche vorteilhaft wäre. Es wurden daher zunächst 3 Programme eingestellt, die sich in ihrer unteren
Grenzfrequenz unterscheiden. Es wurden die Frequenzen
300, 750 und 1 kHz gewählt. Vergleichstest zeigten, dass
die meisten Patienten mit einer Grenzfrequenz von 300
Hz, also einer Überlappung der akustischen und elektrischen Frequenzrepräsentation, die besten Resultate erzielen. Eine Grenzfrequenz von 750 Hz erzielte bei einzelnen Patienten vergleichbare Resultate.
3. Ergebnisse
3.1. Tonaudiometrische Ergebnisse
Die präoperativen Hörschwellen für alle Patienten sowie die Mittelwerte sind in Abbildungen 1 dargestellt. Bei
250 Hz zeigten 5 Patienten eine Schwelle von 35 dB oder
weniger, insgesamt 7 Patienten hatten Schwellen von 50
dB oder weniger. Abbildung 2 zeigt die Hörschwellen
drei Monate postoperativ. Bezogen auf den Mittelwert der
Frequenzen 125, 250, 500 und 1000 Hz konnte ein Hörerhalt innerhalb von 10 dB zum Ausgangswert bei 8 vom
13 Patienten erzielt werden, bei drei weiteren lag der
Hörverlust zwischen 10 und 20 dB. Zwei Patienten erlitten einen vollständigen Hörverlust. Die mittleren Schwellen zeigten einen Verlust von 18 dB bei 125 und 250 Hz,
15 dB bei 500 Hz und 6 dB bei 1000 Hz. Der Mittelwert
aller Frequenzen stieg von 61 dB HL präoperativ auf 75
dB postoperativ an.
Abb.1: prä- and postoperative Audiogramme
Abb.2: prä- and postoperative Audiogramme
3.2 Sprachaudiometrische Ergebnisse
Das Einsilberverstehen im Freiburger Test Messungen
wurde präoperativ und postoperativ zu den Zeitpunkten 3,
6, 12 und 24 Monate durchgeführt. Die hier aufgeführten
Werte wurden mit Hörgerät bzw. postoperativ mit CI
allein sowie CI und HG (EAS) auf dem gleichen Ohr
gemessen. Aus praktischen Gründen konnten die Messungen zu den Zeitpunkten 3 und 6 Monaten nicht bei
allen Patienten durchgeführt werden, zum Zeitpunkt 1
Jahr liegen jedoch vollständige Datensätze vor. Abbildung 3 zeigt die postoperativen Ergebnisse mit CI allein
(präoperative Werte sind Messungen mit Hörgerät).
Die Mittelwerte sind in fetter, grauer Linie dargestellt.
Zum Vergleich wurden auch die Mittelwerte einer größeren multizentrischen Studie dargestellt, bei der sich das
verwendete Implantat nur in der Anzahl der Kanäle unterscheidet (MED-EL COMBI-40, gepunktete graue Linie)
[Helms et al. 1997]. Präoperativ wurden im Mittel 7%
(SD ±11%, Maximum 35%) erreicht. Ein Jahr nach Implantation stieg das mittlere Resultat mit CI allein auf
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56% (SD ±17%) an (Abbildung 3) und lag signifikant
über dem Ausgangswert.
Mit CI und Hörgerät auf dem gleichen Ohr (EAS)
wurde ein mittleres Ergebnis von 62% erreicht (n=11).
Dieselben Patienten – zwei Patienten mit vollständigem
Hörverlust konnten nicht mit EAS getestet werden – erreichten mit CI allein 54%, der Unterschied war mit p=
0.059 nicht statistisch signifikant und nur als Trend zu
werten. Sechs Patienten erreichten ein besseres Ergebnis
mit EAS im Vergleich zum CI allein (maximal 35 %
Verbesserung), 4 Patienten erreichten ein unverändertes
Ergebnis, ein Patient schnitt mit EAS um 8% schlechter
ab, 2 Patienten konnten EAS aufgrund des Hörverlusts
nicht nutzen. Bei 4 Patienten konnte ein Gewinn durch
Nutzung des kontralateralen Hörgeräts nachgewiesen
werden, darunter fallen zwei Patienten mit vollständigem
Hörverlust sowie zwei weitere Patienten. Unter Einbeziehung dieser Werte wurde ein mittleres Einsilberverstehen
von 67% (SD ±16%) erreicht. Die Differenz zu CI allein
war statistische signifikant (p<0.01)
Im Störgeräusch bei 10 dB Signal/Rauschabstand stieg
das Satzverstehen von 10% präoperativ auf 33% mit CI
allein. Mit EAS fand sich ein Zugewinn im Sprachverstehen von 27% bei den Patienten, die EAS nutzen konnten
(p<0.01). Individuell fanden sich Unterschiede von –2%
bis +72%. Sieben von 12 Patienten zeigten eine Verbesserung des Verstehens mit EAS, bei drei Patienten fand sich
kein Unterschied, 2 Patienten konnten EAS aufgrund des
Hörverlusts nicht nutzen. Diese beiden Patienten konnten
jedoch ihr kontralaterales akustisches Gehör gewinnbringend nutzen. Patienten mit gutem postoperativen Gehör
von besser als 60 dB profitierten am meisten von EAS.
Abb. 3: Einsilberverstehen mit CI allein
Abb. 5 und 6: Ergebnisse des HSM Satztests in Ruhe und im
Rauschen
4. Diskussion
Abb. 4: Einsilberverstehen mit CI + HA (EAS)
Ergebnisse des Satztest präoperativ und nach einem
Jahr können von 12 Patienten berichtet werden, für einen
Patienten liegen keine Jahresdaten vor. Im HSM-Satztest
in Ruhe wurden präoperativ mit Hörgerät im Mittel 32%
erreicht, mit CI allein zeigte sich eine signifikante Steigerung auf 78% (p<0.01). Mit EAS lag der Mittelwert signifikant um 8% höher (p<0.05) als mit CI allein. Die Unterschiede reichten von –2% bis +32%.
Ein hochgradiger Verlust des Hörvermögens im Hochund Mitteltonbereich stellt für betroffene Patienten eine
erhebliche Einschränkung ihrer Kommunikationsfähigkeit
dar, da das Sprachverstehen auch mit Hörgeräteversorgung in vielen Fällen unbefriedigend bleibt. Eine mögliche Therapieform stellt die Kombination aus akustischer
und elektrischer Stimulation dar, die in dieser Studie
prospektiv untersucht wurde. Fragestellung der Studie
war, ob das Hörvermögen auch nach Implantation zumindest teilweise erhalten werden kann, ob eine Kombination
elektrischer und akustischer Signalübertragung möglich
ist und zu einer Verbesserung des Sprachverstehens führen kann.
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In tierexperimentellen Arbeiten, in denen das Antwortverhalten einzelner Neurone des Hörnervs, konnte
gezeigt werden, dass die Antworteigenschaften auf akustische Stimulation bei gleichzeitiger elektrischer Stimulation mit niedrigen oder mittleren Stimulationsstärken im
wesentlichen erhalten bleiben. Bei hohen elektrischen
Pegeln kommt es zu einer zunehmenden Dominanz der
elektrischen Antworten und einer Unterdrückung akustischer Antworten [Tillein et al. 2003]. Auf höherer zentraler Verarbeitungsebene, dem Colliculus inferior, finden
sich vergleichbare Resultate, allerdings mit zunehmend
komplexer Wechselwirkung zwischen beiden Stimulationsformen [Vollmer et al. 2003]. Obgleich tierexperimentelle Arbeiten wichtige Einblicke in die Verarbeitungsmechanismen geben, so kann doch nur die Anwendung am
Menschen Auskunft über die Auswirkungen einer kombinierten EAS auf das Sprachverstehen geben.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen zunächst, dass sich das Hörvermögen nach Cochlea Implantation bei 11 von 13 Patienten zumindest teilweise erhalten ließ, bei 8 von 13 Patienten nahe der Ausgangswerte.
Zwei Patienten ertaubten auf dem implantierten Ohr.
Alle Patienten erreichten mit CI allein bessere Ergebnisse als mit Hörgeräten allein. Verglichen mit Ergebnissen, die in einer größeren Multizenterstudie mit einem
ähnlichen Implantat erzielt wurden, dass sich nur in der
Anzahl der Kanäle unterschied [Helms et al. 1997], erzielten die Patienten der vorliegenden Studie nahezu identische Ergebnisse mit CI. Dies kann als Hinweis darauf
gewertet werden, dass die limitierte Einführtiefe, die dem
Schutz der apikalen Anteile der Cochlea dienen sollte,
keine erheblichen Einbußen an Sprachverstehen mit CI
allein zur Folge hatte.
Die kombinierte Nutzung der elektrischen und akustischen Stimulation (EAS) führte zu einer Verbesserung
des Sprachverstehens bei 6 bzw. 7 der Patienten, je nach
verwendetem Test. Im Einzelfall wurden Verbesserungen
über 70% gemessen. Die größten Verbesserungen sahen
wir bei Satztests im Störgeräusch und bei Patienten mit
gut erhaltenem Restgehör von besser als 60 dB Hörverlust
bei 500 Hz. Diese Ergebnisse zeigen einen deutlichen
synergistischen Effekt der elektrischen und akustischen
Stimulation auf das Sprachverstehen. Subjektiv waren die
Patienten in der Lage, elektrische und akustische Stimulation zu einem Gesamteindruck zu integrieren und berichteten über eine bessere Klangqualität in der kombinierten
EAS im Vergleich zu jeder Stimulationsform allein.
In Simulationen an Normalhörenden konnte eine Verbesserung des Sprachverstehens mit kombinierter EAS im
Vergleich zu jeder Stimulationsform allein nachgewiesen
werden[Dorman et al. 2003]. Dabei war eine Insertionstiefe von 17 und 19 mm einer flacheren Insertionstiefe
überlegen Im Falle eines Hörverlusts für die akustische
Stimulation war das Ergebnis mit simulierter elektrischer
Stimulation bei 19 mm Insertionstiefe nur gering gegenüber einer tieferen Insertion eingeschränkt und immer
noch deutlich besser als mit akustischer Stimulation allein. Bei 13 mm Insertionstiefe dagegen würde ein Verlust des akustischen Hörvermögen zu einem Verlust an
Sprachverstehen gegenüber der simulierten präoperativen
Situation mit Hörgeräten.
Gantz und Turner [2003] berichten über Ergebnisse
der kombinierten elektrischen und akustischen Stimulation bei 6 Patienten mit 6 und 10 mm Insertion. Während
Patienten mit 6 mm Insertion keine ausreichende Verbesserungen des Sprachverstehens aufwiesen, konnte mit
einer 10 mm Insertion eine Verdopplung des Einsilberverstehens im Vergleich zur akustischen Stimulation
sowie eine Verbesserung im kombinierten Stimulation
gegenüber alleiniger elektrischer Stimulation gezeigt
werden. Ein Hörverlust von mehr als 15 dB wurde nicht
beobachtet. Insgesamt erscheinen die Zahlen beider Studien zur EAS noch zu gering, um eine Fazit des relativen
Risikos und des möglichen Gewinns beider Konzepte
ziehen zu können.
Ein Erhalt des akustischen Gehörs öffnet die Möglichkeit, eine elektrische Stimulation auch bei Patienten
mit noch vorhandenem Gehör (bis ca. 1000 Hz) und fehlendem Hochtongehör durchzuführen, ohne die Vorteile
des akustischen Gehörs wie z.B. natürlicher Klang, feine
Differenzierungsfähigkeit für Tonhöhenunterschiede,
große Dynamik zu verlieren. Diese Studie konnte zeigen,
dass die Integration elektrischer und akustischer Stimulation prinzipiell möglich ist und in vielen Fällen zu einem
synergistischen Effekt auf das Sprachverstehen führt,
insbesondere im Störgeräusch. Da ein eintretender Hörverlust, auch wenn er nur partiell sein sollte, die Anwendung der EAS in Frage stellt, wird die Weiterentwicklung
der chirurgischen Techniken mit dem Ziel des vollständigen und sicheren Hörerhalts wesentlich sein, um EAS
einer breiteren Anwendung zuführen zu können. Dann
kann EAS zu einer wichtigen therapeutischen Möglichkeit
in der Therapie Schwerhöriger werden.
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