Experimentelle Untersuchungen zu Mittelohrimplantaten mit integriertem mikromechanischem Gelenk

Zusammenfassung

Hintergrund: Bei quasistatischen Druckschwankungen wie beim Valsalva-Versuch kommt es insbesondere bei verzögertem Druckausgleich zu größeren Trommelfellauslenkungen. Starre und in ihrer Länge determinierte TORP (total ossicular replacement prosthesis) können bei derartigen Distanzveränderungen zwischen Trommelfell und ovaler Nische dislozieren oder das Innenohr gefährden. Ausgehend von einer dem Menschen nahezu vergleichbaren Hörleistung des Vogel Strauß sahen wir die Möglichkeit, prinzipiell eine verlustarme Schallübertragung mit einer flexiblen Columella-Konstruktion zu erreichen. Methode: Untersucht wurde eine neu entwickelte Mittelohrtotalprothese mit integriertem mikromechanischem Gelenk. Mit dem Laser-Doppler-Vibrometer wurden im Felsenbeinpräparat die Übertragungsfunktion und das Verhalten bei Druckapplikation am Trommelfell gemessen. Ergebnisse: Wenn die Kette mit einer elastischen Knickprothese ersetzt wurde, konnte bei druckbelastetem Trommelfell eine geringere Fußplattenverschiebung in das Vestibulum gemessen werden, als dies bei Einsetzen einer starren Titanprothese der Fall war. Die Übertragungsfunktion der starren und flexiblen Prothesen war als gleichwertig anzusehen. Schlussfolgerungen: Mit der vorgestellten Knickkonstruktion kann einer Dislokation oder einer übermäßigen Belastung der Fußplatte entgegengewirkt werden. Auch ist bei einer chronischen Belüftungsstörung eine Prothesenextrusion weniger wahrscheinlich. Es konnte somit gezeigt werden, dass mit einer elastischen Komponente in der Ersatzcolumella ein höheres Maß an Sicherheit erreicht werden kann, ohne Verluste in der Schalltransmission hinzunehmen zu müssen.

Abstract

Background: Quasi static pressure changes as they occur in altitude changes or Valsalva's manoeuvre are causing great tympanic membrane displacements. These can produce a prosthesis dislocation from the stapes footplate, in case of using a TORP for reconstruction. Additionally, prostheses extrusions can occur in the chronically poor ventilated middle ear. Anatomical studies on the ostrich demonstrate that the flexible columella in the avian middle ear provides a good sound transmission and features an effective inner ear protection in pressure changes. Material and Methods: Focusing on this bionic attempt, we designed a new micro joint TORP by interposing a silicone ball joint in the prosthesis shaft. This prototype was used for frequency response measurements with the laser Doppler vibrometer in the ventilated middle ear and under conditions of increased pressure in the external auditory canal. Results: Frequency response measurements showed comparable results to those using a conventional TORP. Investigations on pressure changes in the external auditory canal demonstrated a significant decrease in footplate excursion after reconstruction with the new micro-joint prosthesis then compared to a common TORP. Conclusions: The insertion of the new silicone bordered micro joint into a TORP shaft provides an effective method to decrease the potentially damaging stapes footplate excursions after complete ossicular reconstruction. Limited deflections of the prosthesis shaft reduce the occurring forces on the stapes footplate as they partly bore the quasi static pressure changes. Thus, the micro joint can reduce the risk of prostheses dislocation and annular ligament damage and is additionally providing a proper sound transmission through the reconstructed middle ear. Moreover, the bionic modification of a TORP reflects the remaining possibilities for further improvements in prosthetic reconstruction.

Mittelohr - Gehörknöchelchenersatz - Mittelohrimplantate - Columella - Übertragungsfunktion - Druckprotektion - Gelenk - Knick

middle ear - TORP - columella prosthesis - bionic - tympanoplasty

Literatur

• 1 Fleischer G. Evolutionary principles of the mammalian middle ear.  Advances in Anatomy, Embryology and Cell Biology. Berlin, Heidelberg, New York; Springer 1978; 55 (5): 3-69
• 2 Hüttenbrink K-B. Ein Vergleich der Morphologie von Säugetier- und Vogelgehörknöchelchen und Überlegungen zur asymmetrischen Form des menschlichen Steigbügels.  Laryng Rhinol Otol. 1996;  75 123-128
• 3 Saunders J C, Johnstone B M. A comparative analysis of middle-ear function in non-mammalian vertebrates.  Acta Otolaryngol. 1972;  73 353-361
• 4 Goode R L. The ideal middle ear prosthesis.  In: Hüttenbrink K-B (Hrsg). Middle ear mechanics in research and otosurgery. Dresden; Dept. of Oto-Rhino-Laryngology, Univ. Hospital, Univ. of Technology 1997: 169-174
• 5 Stupp G H, Dalchow C, Grün D, Stupp H F, Wustrow J. Titan-Prothesen im Mittelohr. 3-Jahres-Erfahrungsbericht.  Laryng-Rhinol-Otol. 1999;  78 299-303
• 6 Johnstone B M, Taylor K J. Physiology of the middle ear transmission system.  J Otolaryngol Soc Aust. 1971;  3 226-228
• 7 Dost P. Biomaterialien in der rekonstruktiven Mittelohrchirurgie.  Laryngo-Rhino-Otol. 2000;  79 53-72
• 8 Menendez-Colino L, Bernal-Sprekelsen M, Alobid I, Traserra-Coderch J. Preliminary functional results of tympanoplasty with titanium prostheses.  Otolaryngol Head Neck Surg. 2004;  131 747-749
• 9 Merchant S-N, McKenna M J, Rosowski J-J. Current status and future challanges of tympanoplasty.  Eur Arch Otolaryngol. 1998;  255 221-228
• 10 Myer 3rd  C M, Cotton R T. Total ossicular replacement prosthesis: unusual cause of a perilymph fistula.  Am J Otol. 1982;  4 123-125
• 11 Pau H W. Footplate perforation caused by TORP's; acoustic trauma caused by surgical noise.  In: Hütenbrink K-B (Hrsg). Middle ear mechanics in researchand otosurgery. Dresden; Dept. of Oto-Rhino-Laryngology, Univ.-Hospital Carl Gustav Carus, Univ. of Technology 1997: 207-211
• 12 Beutner D, Stumpf R, Preuss S F, Zahnert T, Hüttenbrink K-B. Zur Gefahr einer Fraktur der Fußplatte durch unterschiedlich große TORP-Prothesenfüße.  Laryngo-Rhino-Otol. 2007;  2 112-116
• 13 Huttenbrink K B. Manipulating the mobile stapes during tympanoplasty: the risk of stapedial luxation.  Laryngoscope. 1993;  103 668-672
• 14 Spector W S (Hrsg). Handbook of Biological Data. Philadelphia, London; W. B. Saunders Company 1956
• 15 Beleites T, Bornitz M, Zahnert T. Übertragungseigenschaften alternativ designter Gehörknöchelchenprothesen.  Biomaterialien. 2005;  6 12-13
• 16 Bornitz M, Zahnert T, Hüttenbrink K-B, Hardtke H-J. Design considerations for length variable prostheses: Finite Element model simulations.  In: Gyo K, Wada H, Hato N, Koike T (Hrsg). Middle ear mechanics in research and otology. Singapore; World Scientific Publishing 2004: 153-160
• 17 Stupp C H, Dalchow C, Grun D, Stupp H F, Wustrow J. Three years of experience with titanium implants in the middle ear.  Laryngo-Rhino-Otologie. 1999;  78 299-303
• 18 Hillman T A, Shelton C. Ossicular chain reconstruction: titanium versus plastipore.  Laryngoscope. 2003;  113 1731-1735
• 19 Neff B A, Rizer F M, Schuring A G, Lippy W H. Tympano-ossiculoplasty utilizing the Spiggle and Theis titanium total ossicular replacement prosthesis.  Laryngoscope. 2003;  113 1525-1529
• 20 Rondini-Gilli E, Grayeli A B, Borges Crosara P F, El Garem H, Mosnier I, Bouccara D, Sterkers O. Ossiculoplasty with total hydroxylapatite prostheses anatomical and functional outcomes.  Otol Neurotol. 2003;  24 543-547
• 21 Fisch U, May J, Linder T, Naumann I C. A new L-shaped titanium prosthesis for total reconstruction of the ossicular chain.  Otol Neurotol. 2004;  25 891-902
• 22 Martin A D, Harner S G. Ossicular reconstruction with titanium prosthesis.  Laryngoscope. 2004;  114 61-64
• 23 Schmerber S, Troussier J, Dumas G, Lavieille J P, Nguyen D Q. Hearing results with the titanium ossicular replacement prostheses.  Eur Arch Otorhinolaryngol. 2006;  263 (4) 347-354