Cochlea-Implantate sind revolutionäre Hörgeräte, die das Hörvermögen von Personen mit schwerem Hörverlust bis hin zur Taubheit wiederherstellen können. Sie wandeln den Schall in elektrische Impulse um, die das Gehirn als Klang interpretiert. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Einblick in die beeindruckende Technik hinter dem Cochlea-Implantat und seiner Funktionsweise wie etwa durch den 3D Mikrodruck oder gewindefurchende Schrauben.

Nanoscribe Cochlea Implantat

 

Inhalt

Laut der Weltgesundheitsorganisation (WHO) hören 2019 ca. 466 Millionen Menschen schlecht und damit leiden über 5 % der Weltbevölkerung an Hörverlust. Ein Weg in Richtung aktiver Teilhabe am sozialen Leben von schwerhörigen, unter schwerem Hörverlust leidenden oder gar tauben Menschen kann für diejenigen, bei denen konventionelle Hörgeräte nur eine geringe oder überhaupt keine Verbesserung bringen, die so genannte Cochlea-Implantat-Technologie von Oticon Medical sein. Diese wird seit ihrer Entwicklung in den 60er Jahren immer wieder verbessert, wie nachfolgende Beispiele zeigen.

So funktioniert ein Cochlea Implantat

17.07.2023 | MED-EL, österreichischer Hersteller für Hörimplantate, öffnet mit seinen innovativen Lösungen Menschen die Tür, um wieder hören zu können. Das Synchrony Cochlea Implantat wird in die Hörschnecke des Innenohrs und unter die Haut implantiert. Das Video zeigt anschaulich, wie das Hörsystem funktioniert. 



3D-gedruckte Mikrostrukturen verbesseren Cochlea Implantat

27.01.2020 | Wissenschaftler haben auf Basis der 3D Mikrofabrikation von Mikrostrukturen von Nanoscribe ein neuartiges Cochlea Implantat entwickelt. Mittels 3D-Druck hergestelle Mikrostrukturen geben über kleinste Strukturen Steroide ab. Damit bringen die Forscher erstmals ein hochpräzises 3D gedrucktes Steroid Reservoir und ein 2D MEMS basiertes Elektrodenarray für die Herstellung neuer Cochlea-Implantate zusammen. Das Cochlea-Implantat Design wurde zur Senkung der Restgehör Schädigung durch ein Elektroden Einführungstrauma konzipiert.

Bei manchen Patienten ist ein schwerer Hörverlust auf geschädigte Haarzellen im Innenohr (Cochlea) zurückzuführen. Bei dieser Erkrankung lässt sich der Hörnerv mit Cochlea-Implantaten stimulieren. Das Cochlea Implantat ist eine Hörgerät für das Ohr von Gehörlosen und Ertaubten, deren Hörnerv als Teilorgan der auditiven Wahrnehmung noch funktionsfähig ist.


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Ein internationales Team von Bio-Wissenschaftlern des Bio-Microrobotics Laboratory of the Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) entwickelte in Zusammenarbeit mit der Microsystems Lab of the Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL) und der Ajou University ein neuartiges Cochlea-Implantat. Es schützt das verbliebene Hör-Vermögen der Patienten vor einer Schädigung durch die Einführung von Elektroden.

Mit den Photonic Professional-Systemen von Nanoscribe haben die Wissenschaftler poröse Mikrostrukturen hergestellt. Diese wurden auf einem Elektrodenarray montiert. Sie haben nachgewiesen, dass die Cochlea-Implantate den Hörnerv stimulieren. An Meerschweinchen haben die Forscher gezeigt, dass die 3D-gedruckten Mikro-Reservoirs Steroide konstant lokal freisetzen und so nachweislich das Restgehör schützen können.

Hochpräzise Unterstützung von Cochlea Implantaten

Cochlea ImplantatDas Cochlea Elektrodenarray mit Mikrostrukturen ist ein flexibles 2D Elektrodenarray auf Basis der mikroelektromechanischen Systemtechnik MEMS. Es soll die elektrische Stimulation des Hörnervs im Gehirn auslösen. Die MEMS basierte Elektrode wurde mit mehreren einzelnen mikroskopisch porösen 3D Strukturen aufgebaut, die Steroide enthalten und gezielt freisetzen.

Die hochpräzisen 3D-Mikrostrukturen wurden mittels Zwei-Photonen Polymerisation unter Verwendung des Solution Set Medium Features hergestellt. Damit ließen sich die porösen Strukturen in Mikrometergröße herstellen. Der vielseitige 3D-Druck von Nanoscribe ermöglichte die geometrisch exakte Herstellung der Mikrostrukturen mit den erforderlichen Abmessungen und die Beschichtung einer großen, porösen Oberfläche mit Steroiden.

Mikro 3D-Druck in der Biowissenschaft

Die Vielfältigkeit der 3D-Mikrofabrikation ermöglicht die Materialisierung komplexer mikrostrukturierter Teile mit außerordentlicher Präzision. Die Mikroteile können entsprechend der Anforderungen in den Biowissenschaften beliebig gestaltet werden. Zellgerüste, Mikrostents oder Mikronadeln lassen sich so herstellen.


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Auch Druckmaterialien haben einen großen Einfluss auf die Eigenschaften der finalen 3D-Druck Objekten. Mit Blick auf die Anforderungen der Mikrofabrikation erforscht Nanoscribe die verschiedensten Material Zusammensetzungen und entwickelt u. a. biokompatible Fotolacke.

Mikroschrauben unterstützen Cochlea-Implantat-Technologie

EJOT Cochlea Implantat


11.06.2020 | Bringen konventionelle Hörgeräte nicht den nötigen Erfolg, dass schwerhörige oder gar taube Menschen wieder am sozialen Leben Teil haben können, hilft die Cochlea-Technologie von Opticon Medical. Die selbstfurchenden Schrauben von Ejot gewährleisten darin eine dauerhaft sichere Verbindung.

Das Cochlea-Implantat ist ein elektronisches medizintechnisches Gerät, das die Funktion des beschädigten Innenohrs wahrnimmt. Im Unterschied zu Hörgeräten, die lediglich die Lautstärke von Geräuschen erhöhen, übernehmen Cochlea-Implantate die Funktion der beschädigten Teile des Innenohrs (der Cochlea), um Audiosignale an das Gehirn zu übertragen.

Mit dem Neuro One hat der global agierende Spezialanbieter Oticon Medical eine neue Generation von Soundprozessoren auf den Markt gebracht, die die neuesten Vorteile von Hörgeräten und Cochlea-Implantaten kombinieren. Die fortschrittliche Technologie ermöglicht eine Analyse des Hörumfeldes und passt sich damit automatisch an neue Hörumgebungen an. Neben einer Vielzahl automatisierter Funktionen, einer innovativen Signalverarbeitung sowie benutzerfreundlichen Bluetooth-Technologien sorgt dies für einen klareren Klang und bestes Sprache- und Hörverständnis.

Selbstfurchende Schrauben

Oticon Medical Neuro OneAuch bei der verwendeten Hardware setzt Oticon Medical auf höchste Qualität. Das moderne und individualisierbare Design des Neuro One ist extrem robust und erfüllt höchste Sicherheitsanforderungen. Eine Schlüsselrolle für eine lange Lebensdauer kommt dabei, neben den verwendeten Materialien, insbesondere auch der zum Einsatz kommenden Verbindungstechnik zu.

Bei der Verschraubung der Platine mit einem Kunststoffträger setzt Oticon auf selbstfurchende Schrauben des Verbindungstechnik-Spezialisten Ejot. Die in diesem Anwendungsbereich zum Einsatz kommenden Delta PT-Schrauben sind für höchste Belastungen konzipiert und gewährleisten eine dauerhaft sichere Verbindung, auch bei täglicher Belastung durch Vibrationen und Erschütterungen.

Spezielle Gewindegeometrie

Die spezielle Gewindegeometrie der Delta PT Schraube ist das Ergebnis einer konsequenten Analyse der Materialverdrängung beim Gewindefurchen. Der Flankenwinkel dieser Schraube ermöglicht eine Reduzierung der Radialdehnung gegenüber herkömmlichen Gewindeflanken. Er erzeugt nur eine geringe radiale Dehnung, so dass sehr dünnwandige Konstruktionen, wie auch bei der Anwendung im Neuro One, realisiert werden können. Die optimierte Steigung der Schraube wurde durch das ausgewogene Verhältnis von möglichst großer Vorspannkraft bei kleiner Flächenpressung im Kunststoff ermittelt.


Arnold VerschraubungEffizient von Direkt Verschraubung bis zum Schraubenantrieb


Sie ermöglicht damit eine sehr hohe Gewindeüberdeckung, auch bei kleinen Einschraubtiefen. Das Ergebnis ist eine besonders hohe verbindungstechnische Leistungsfähigkeit dieses speziellen Verbindungselementes.

Kleinstschraube mit 1 mm Durchmesser

EJOT Mikroschrauben CochleaAufgrund der sehr kompakten Bauweise des Neuro One wurde die zum Einsatz kommende Verbindungslösung bei minimalem Bauraum realisiert. Unter diesen speziellen Bedingungen musste die Delta PT als Mikroschraube ausgelegt werden. Die verwendeten Kleinstschrauben mit einem Durchmesser von gerade einmal 1 mm besitzen alle Vorteile der größeren Abmessungen, insbesondere eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung aufgrund der selbstfurchenden Eigenschaft.

Im Gegensatz zu metrischen Schraubverbindungen, bei denen immer eine definierte Toleranz in der Gewindepaarung vorliegt, wird bei der hier eingesetzten Direktverschraubung eine maximale Festigkeit durch das toleranzfrei erzeugte Gewinde realisiert. Der Vorteil dieser Spielfreiheit wiegt im Verhältnis umso größer, je kleiner die Verbindung ausgelegt ist. Somit ist auch im Mikrobereich immer eine dauerhafte, sehr haltbare Verbindung sichergestellt. 

Die gewindefurchenden Kleinstschrauben ersparen darüber hinaus den zusätzlichen Arbeitsgang des vorherigen Gewindeschneidens, welches sich bei kleineren Schraubendimensionen ungleich schwieriger als bei größeren Abmessungen darstellt. Weiterhin entfällt der hohe Werkzeugverschleiß, der bei metrischen Schraubverbindungen aufgrund des dafür notwendigen Gewindeschneidens entsteht. Somit können auch Kosteneinsparungs-Potenziale beim Einsatz der Mikroschrauben ausgeschöpft werden.

Technisches Allgemeinwissen

Was ist ein Cochlea Implantat?

Ein Cochlea-Implantat ist ein elektronisches medizinisches Gerät, das die Funktion des geschädigten Innenohrs ersetzen oder verbessern kann. Es ermöglicht Menschen mit schwerem Hörverlust oder Taubheit die Wahrnehmung von Klang. Im Gegensatz zu Hörgeräten, die lediglich den Schall verstärken, wandelt ein Cochlea-Implantat Schallwellen in elektrische Impulse um, die direkt an den Hörnerv gesendet und vom Gehirn als Klang interpretiert werden.

Die Entwicklung des Cochlea-Implantats begann in den 1960er Jahren. Dr. William House, ein US-amerikanischer HNO-Arzt, gilt häufig als "Vater des Cochlea-Implantats". Er entwickelte das erste funktionierende Implantat, das 1961 erstmals einem Patienten eingesetzt wurde. Allerdings wurde das Cochlea-Implantat erst 1984 von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für Erwachsene und 1990 für Kinder zugelassen.

Die Marktdurchdringung von Cochlea-Implantaten hat seit ihrer Erfindung stetig zugenommen. Laut der World Health Organization (WHO) gab es 2019 weltweit etwa 500.000 Nutzer mit CI Versorgung.

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Autorenangabe
Angela Struck

Angela Struck ist freie Journalistin und Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.

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