Passive Mittelohrimplantate
Unsere Forschungsarbeiten umfassen Simulationen und experimentelle Untersuchungen an passiven Implantaten mit dem Ziel einer schrittweisen Designoptimierung. Im Zentrum steht die Kombination aus Laser-Doppler-Vibrometrie (LDV), Versuchen an technischen Ersatzmodellen sowie Felsenbeinexperimenten und Finite-Elemente-(FE)-Modellierungen. Dadurch verfolgen wir das Ziel, eine optimale Schallübertragung bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität und Robustheit zu erreichen.
Mithilfe von LDV charakterisieren wir das Schwingungsverhalten der Prothese experimentell. Ergänzend analysieren wir in FE-Simulationen systematisch zentrale Einflussfaktoren, beispielsweise die Art der Befestigung der Prothese und deren Auswirkungen auf das Hörergebnis.
Steigbügelprothesen werden eingesetzt, um die durch Otosklerose bedingte Versteifung des Steigbügels zu kompensieren und die Schallweiterleitung wiederherzustellen. Die Prothese koppelt die Schwingung direkt in die Innenohrflüssigkeit ein und stellt so die Verbindung zwischen Mittel- und Innenohr wieder her. Diese Situation lässt sich in den FE-Modellen abbilden, sodass unterschiedliche Prothesentypen und Operationsvarianten hinsichtlich ihres akustischen Ergebnisses bewertet werden können. Die Simulationsergebnisse werden durch Experimente in technischen Ersatzmodellen und Felsenbeinpräparaten validiert und fließen iterativ in die Weiterentwicklung der Prothese ein. Ziel ist eine langfristig stabile und effektive Hörverbesserung.
Neben der Entwicklung und Optimierung von Implantaten adressieren wir auch deren Anwendung im chirurgischen Kontext. Dazu entwickeln wir eine innovative Trainingsumgebung für hochpräzise Eingriffe im Mittelohr. Ziel ist es, die aus Simulationen und Experimenten gewonnenen biomechanischen Erkenntnisse in realitätsnahe Trainingsszenarien zu überführen.
Die Mixed-Reality-Umgebung kombiniert eine visuelle Darstellung der anatomischen Strukturen mit einer taktilen Rückmeldung biomechanischer Kräfte und ermöglicht so eine multisensorische Schulung chirurgischer Fertigkeiten. Grundlage bildet ein neuartiger methodischer Ansatz in Form eines sogenannten Metadata-Grid-Modells, das Kräfte, Steifigkeiten und Gewebeverformungen in einer voxelbasierten Struktur beschreibt.
Durch die Kopplung dieses Modells mit nichtlinearen FE-Simulationen werden relevante biomechanische Effekte – insbesondere kleinste plastische Verformungen der Prothese beim Crimp-Vorgang sowie Bewegungen der Gehörknöchelchen – erfasst und für Echtzeitanwendungen aufbereitet. Die komplexen Daten werden durch polynomiale Approximationsfunktionen reduziert, sodass eine effiziente und stabile Echtzeitberechnung mit hoher Bildwiederholrate ermöglicht wird.
Auf dieser Basis können chirurgische Arbeitsschritte realitätsnah simuliert, Kraftverläufe analysiert und als Referenzdaten für das Training unterschiedlicher Erfahrungsstufen genutzt werden. Die Kombination aus physikalisch fundierter Simulation, experimenteller Validierung und immersiver Trainingsumgebung trägt dazu bei, die Lernkurve zu verkürzen und die Patientensicherheit bei Implantationen nachhaltig zu verbessern.
