Messstände und Messmethodik

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Abbildung 1: Messaufbau zur Untersuchung der Auswirkungen von Druckänderungen im Cranium auf quasistatische Verschiebungen der Kette und die Übertragungseigenschaften des Mittelohrs.
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Abbildung 2: Messaufbau zur Messung mechanischer Eigenschaften von passiven und aktiven Implantaten.
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Abbildung 3: Mobiler Messaufbau zur Messung von Applikationskräften bei der Implantation von Prothesen im Mittelohr.
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Abbildung 4: Mobiler Messaufbau zur Messung von Druckereignissen in Alltagsituationen.

Beschreibung

Messungen an biologischen Strukturen sind hinsichtlich des Messaufbaus und der Messprozedur größeren Anforderungen unterworfen als dies bei technischen Systemen der Fall ist. Vor dem Einsatz am Felsenbein wird die Messmethodik an einem technischen Ersatzsystemen ausgiebig getestet und verifiziert.

Die Messaufbauten sind meist mit Normteilen aus Aluminium aufgebaut (Bosch-Profile) und auf vom Fundament schwingungsentkoppelten Platten aufgestellt, deren Eigenfrequenzen von 2-5 Hz weit unterhalb des Messbereichs liegen.

Es werden Messungen von statischen Deformationen und dynamischen Schwingantworten durchgeführt, aus denen Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der natürlichen Strukturen und von Implantaten abgeleitet werden. Zur Messung quasistatischer Kraft-Verschiebungsbeziehungen an der Ossikelkette werden die Kräfte punktuell als auch flächenförmig aufgebracht. Aus diesen Messungen lässt sich das viskoelastische Materialverhalten in unterschiedlichen Zeitskalen (physiologischer Hörbereich sowie Kriech- und Relaxationsvorgänge) ableiten.

Am Messaufbau in Abbildung 1 werden die statischen und dynamischen Auswirkungen von variablem Innenohrdruck untersucht. Zum einen werden dazu die räumliche Kettenverlagerung bei variablem Hirndruck mit dem 3D-Laser erfasst und die Veränderung des dynamischen Übertragungsverhaltens bei akustischer Anregung anhand der räumlichen Steigbügelbewegungen bewertet. Der Innenohrdruck wird am geöffneten oberen Bogengang, z.b. Dehiszenz, variiert, wobei die Cochlea sonst intakt bleibt.

Einen entscheidenden Einfluss auf die Übertragungsqualität des rekonstruierten Gehörs haben neben den nichtlinearen Eigenschaften der Kette das dynamische Verhalten des Implantats selbst und die Eigenschaften der Kopplung zwischen Aktor und Ossikel oder zwischen Aktor und passiver Prothese (DACS). Der Einfluss der Vorspannung auf die Robustheit der Schallübertragung, die Bänderbelastungen und die maximal mögliche Verstärkung wurden in Simulationen ermittelt. Abbildung 2 zeigt einen Messaufbau, an dem statische und dynamische Eigenschaften von Implantaten näher bestimmmt werden.

Zur Messung der Kräfte bei der Implantation von Prothesen wird der Messaufbau in Abbildung 3 verwendet.

Druckmessungen im Zug ergaben, dass nach einem chirurgischen Eingriff im Ohr insbesondere die Zugfahrt mit einem ICE eine kritische Druckbelastung darstellt. Kurz nach einer ausgeführten Stapedotomie kann dies durchaus zu Schädigungen führen, wie ein Vergleich mit klinischen Beobachtungen zeigt. Abbildung 4 zeigt das mobile Druckmessgerät, mit dem verschiedene Drucksituationen im Alltag erfasst werden können.

Zur Messwerterfassung und Steuerung der Messstände werden unterschiedliche dSPACE Systeme verwendet. Das erste ist ein externer dSPACE Rechner (AutoBox) mit der Prozessorkarte DS1005. Mit der Analogeingabekarte DS2003 können 32 Analogsignale im Messbereich ±10 V und einer Wandlergenauigkeit von 16 Bit eingelesen werden. Die Encoderkarte DS3001 besitzt 5 Inkrementalencodereingänge und wird zum Erfassen der Motordrehungen der Positioniereinrichtungen verwendet. Die Analogausgabekarte DS2102 hat 6 Ausgänge mit parallelen D/A Wandlern, jeder mit 16 Bit Auflösung. Über die Analogausgabekarte werden die Anregungssignale und die Motorspannungen für die mechanischen Verstelltische der Messaufbauten ausgegeben. Das zweite System benützt eine Datenerfassungskarte DS1102, welche ebenfalls mit einer Autobox betrieben wird.

Ansprechpartner

Peter Eberhard
Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h.

Peter Eberhard

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