Gekoppeltes Mittel- und Innenohrmodell zur modellgestützten Hördiagnose auf Basis objektiver audiometrischer Messgrößen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Ernst Dalhoff; Dr. Lars Kirsten; Professor Dr.-Ing. Michael Lauxmann
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Akustik ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567964272

Weltweit leiden über 400 Mio. Menschen unter behandlungsbedürftigem Hörverlust, mit steigender Tendenz. Eine zielgerichtete und effektive Entwicklung neuartiger Arzneimittel zum Schutz und zur Wiederherstellung des Hörsystems im Innenohr, wie auch die frühzeitige Therapie und Operationsplanung im Mittelohr, benötigen eine gegenüber heute präzisere und effizientere Hördiagnostik. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, eine hochpräzise, frequenz- und ortsaufgelöste, objektive Diagnose des individuellen Hörsignalverarbeitungspfades zu erhalten - ausgehend vom Schalldruck im Gehörgang bis zur Anregung der inneren Haarzellen im Innenohr. Hierzu sollen die innovativen objektiven audiometrischen Messmethoden der Breitband-Impedanz- Tympanometrie (WBT) und der gepulsten Distorsionsprodukt- Otoakustischen Emissionen (DPOAE) sowie die Optische Kohärenztomographie (OCT) des Trommelfells als Ausgangsbasis für einen Messdatensatz in einem Individuum dienen. Für die Auswertung der Messdaten liegen in den Arbeitsgruppen zwei hochentwickelte physikalisch-biologisch begründete Modelle des Mittel- und Innenohrs vor, welche numerisch gekoppelt werden sollen. Das akusto-mechanische Finite-Elemente-Mittelohrmodell der Arbeitsgruppe Lauxmann umfasst den Gehörgang, das Trommelfell und die Knöchelchen inklusive aller Gelenke und Bänder. Das hydrodynamische Innenohrmodell der Arbeitsgruppe Dalhoff bildet den cochleären Verstärker mit den Haarsinneszellen und seiner Energieversorgung ab. Das gekoppelte Gesamtmodell enthält so alle diagnostisch messbaren Ein- und Ausgangsgrößen bis zur Nervenweiterleitung. Über den Stapediusreflexbogen können Eigenschaften der neuralen Hörbahn bis zum Hirnstamm miterfasst werden. Durch Parameteridentifikationsmethoden, wie z.B. Machine-Learning-gestützte Bayes-Inferenz, sollen klinisch indikative Modellparameter, anhand derer der Hörverlust bemessen werden kann, im Abgleich von Modell und Patientenmessungen individuell identifiziert werden. Der methodische Ansatz soll zunächst im post- mortem-Präparat des menschlichen Felsenbeins auf Basis von WBT- und OCT-Messdaten durch invasive Laser-Doppler-Vibrometer- Messungen und μCT-Messungen validiert werden. Anschließend soll die modellbasierte Auswertung auf Probanden übertragen werden unter Hinzunahme der DPOAE-Messdaten und Verwendung des gekoppelten Mittel- und Innenohrmodells. Im Probanden lässt sich die modellbasiert prädizierte Mittelohrübertragungsfunktion mit Hilfe der DPOAE-Pegelkarten anhand der relativen Änderungen bei statischen Druckänderungen verifizieren. Es wird erwartet, dass die Möglichkeit, die Mittelohrübertragung modellbasiert hochpräzise vorherzusagen, über das Projekt hinaus positive Auswirkungen in vielen Anwendungsfällen der Hördiagnostik hat, insbesondere für das Neugeborenen-Hörscreening, Hördiagnostik von Kindern, aber auch die Detektion seltener Hörerkrankungen, wie z.B. der Bogengangsdehiszenz oder der nichtinvasiven Messung des intrakraniellen Drucks.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen