1  Einleitung und Grundlagen

• 1.1 Einleitung

• 1.2 Anatomie und Physiologie der Kochlea

  • 1.2.1 Gliederung des Innenohres

  • 1.2.2 Anatomie der Kochlea

  • 1.2.3 Physiologie der Kochlea

• 1.3 Otoakustische Emissionen (OAE)

  • 1.3.1 Entstehung

  • 1.3.2 Einteilung

  • 1.3.3 Eigenschaften

  • 1.3.4 Distorsionsprodukt-Otoemissionen (DPOAE)

    • 1.3.4.1 Hypothese zur Enstehung der DPOAE

    • 1.3.4.2  Eigenschaften von DPOAE

    • 1.3.4.3  Abhängigkeit des Pegels der DPOAE mit der Frequenz 2f1-f2 vom Frequenzverhältnis der Primärtöne

    • 1.3.4.4 Abhängigkeit des Pegels der DPOAE mit der Frequenz 2f1-f2 von den Primärtonpegeln

    • 1.3.4.5 Vulnerabilität der DPOAE in Abhängigkeit von den Primärtonpegeln

2  Methodik

• 2.1 Versuchsaufbau zur Tieftonmodulation von DPOAE

  • 2.1.1 Erzeugung des Tieftons

  • 2.1.2 Erzeugung der Primärtöne

  • 2.1.3 Weg des Meßsignals

• 2.2 Digitale Signalverarbeitung und Auswertung der Messergebnisse

  • 2.2.1 Material und Genauigkeit der Darstellung

  • 2.2.2 Prinzip der Auswertung

• 2.3 Weitere Auswertung: Bestimmung der Modulationstiefe der DPOAE-Pegel, Mittelung und Glättung der DPOAE-Pegelverläufe

• 2.4 Ablauf der Messung und Vermeidung von Artefakten

• 2.5 Audiometrische Voruntersuchungen und Auswahl der Testpersonen

• 2.6  Phasenaudiometrie

• 2.7 Reizparameter

  • 2.7.1 Frequenz und Pegel des Tieftons

  • 2.7.2 Primärtonparameter

    • 2.7.2.1 Frequenzen und Frequenzverhältnis der Primärtöne

    • 2.7.2.2 Pegel und Pegeldifferenz der Primärtöne

3  Ergebnisse

• 3.1 Audiometrische Voruntersuchungen

• 3.2  Phasenaudiometrie

• 3.3 Tieftonmodulation von DPOAE

  • 3.3.1 Einfluß des Tieftonpegels

  • 3.3.2 Einfluß der Primärtonpegel

  • 3.3.3 Einfluß der Primärtonfrequenzen

  • 3.3.4  Untersuchung der DPOAE mit der Frequenz 3f1-2f2

  • 3.3.5 Einfluß spontaner otoakustischer Emissionen auf die Messung tiefton­modulierter DPOAE

4  Diskussion

• 4.1 Phasenabhängigkeit der Modulation von DPOAE bei Tieftonmaskierung

• 4.2 Vergleich der phasenabhängigen Modulation der subjektiven Mithör­schwelle und der DPOAE bei Tieftonmaskierung

• 4.3  Der kochleäre Verstärker als Entstehungsort der Modulation

• 4.4 Modellvorstellungen zur Wirkung des Tieftons

• 4.5 Einfluß des Tieftonpegels, der Primärtonpegel und der Primärton­frequenzen auf die Form und das Ausmaß der Modulation

  • 4.5.1 Einfluß des Tieftonpegels

  • 4.5.2 Einfluß der Primärtonpegel

  • 4.5.3 Einfluß der Primärtonfrequenzen

• 4.6 Modulation der DPOAE mit der Frequenz 3f1-2f2

• 4.7 Einfluß spontaner otoakustischer Emissionen (SOAE) auf die Messung tieftonmodulierter DPOAE

• 4.8 Anwendungsmöglichkeiten der Messung tieftonmodulierter DPOAE

5  Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Danksagung

Lebenslauf

Erklärung an Eides Statt

Tab. 1: Geräte zur Tieftonerzeugung, die römische Bezifferung bezieht sich auf das Block­schaltbild (Abb. 7)

Tab. 2: Geräte zur Erzeugung der Primärtöne (s. Abb. 7)

Tab. 3: Weg des Meßsignals

Tab. 4a: Pegelschere nach Janssen et al. (1995)

Tab. 4b: Verwendete Primärtonpegel (die kursiv gedruckten Werte ergeben sich im Gegensatz zu den anderen Werten durch Rundung der Pegelscherenwerte (Tabelle 4a) und nicht durch Berechnung nach der Formel L1 = 0,5 L2 + 35 dB)

Tab. 5: Standardabweichungen der gemittelten DPOAE-Pegel in Abb. 16a (TT: Tiefton).

Tab. 6 (zu Abb. 20 links unten): Mittelwerte und Standardabweichungen (n = 20) der Pegel der unmaskierten DPOAE (“ohne TT”) und der maskierten DPOAE bei 0°+L, 90°+L, 180°+L und 270°+L des Masker­verlaufs

Tab. 7: Steigungen der gemittelten DPOAE-Pegel (n = 20) in Abhängigkeit von L2, unmaskiert (“ohne TT”) und maskiert bei 0°+L, 90°+L, 180°+L und 270°+L des Maskerverlaufs

Tab. 8: Mittelwerte der Modulationstiefen M1 und M2 (und Standardabweichungen) der DPOAE mit der Frequenz 2 kHz (f1 = 2,5 und f2 = 3 kHz) und mit der Frequenz 4 kHz (f1 = 5 und f2 = 6 kHz) bei drei verschiedenen Primärton­pegelpaaren (n = 12), der Masker hat die Frequenz 32,8 Hz und den Pegel 115 dB SPL

Tab. 9: Modulationstiefen M1 und M2 (Mittelwerte und Standardabweichung, n = 3) in Abhängigkeit von den Primärtonfrequenzen; Primärtonpegel: L1 = 45, L2 = 20 dB HL, Maskerfrequenz f_M = 32,8 Hz, Maskerpegel L_M = 115 dB SPL

Tab. 10: Modulationstiefen (Mittelwerte und Standardabweichungen, n = 8) bei Tieftonmaskierung der DPOAE mit den Frequenzen 1,5 kHz (3f1-2f2) und 2 kHz (2f1-f2) mit verschiedenen Tieftonpegeln; die Primärtonpegel sind L1 = 50 und L2 = 25 dB HL

Abb. 1: links: Längsschnitt durch die Kochlea (schematisch). Das Rechteck markiert den Bereich der Ausschnittsvergrößerung im rechten Bild: Scala media mit Cortischem Organ (verändert nach Rohen, 1971, S. 251-252).

Abb. 2: Schematische Anatomie des Cortischen Organs (Zenner, 1994, S. 12).

Abb. 3: Schallinduzierte Auslenkungen in Mittel‑ und Innenohr (Zenner 1994, S.14).

Abb. 4: Modell der Signaltransduktion durch innere und äußere Haarzellen, verändert nach Patuzzi und Rajan (1992), Zenner (1994, S. 32) und Patuzzi (1996, S. 230). TM: Tektorial­membran, OHC: äußere Haarzellen, IHC: innere Haarzellen, AP: Aktionspotential.

Abb. 5: Umhüllende im passiven und aktiven Wanderwellenmodell (Zenner, 1994, S. 22).

Abb. 6: Modell zur Entstehung der DPOAE: Basilarmembranauslenkung (Einhüllende der Wanderwellen) bei Zweitonstimulation (Erweitert nach Janssen et al., 1995), f1 und f2: Frequenzen der Primärtöne (f1 < f2), hier: Frequenzort des Wander­wellen-Amplituden­maximums der Primärtöne; f_DPOAE: Frequenz der DPOAE, hier: Frequenzort des Wanderwellen-Amplitudenmaximums der DPOAE; ÜB: Überlappungsbereich der Wander­wellen.

Abb. 7: Blockschaltbild des Versuchsaufbaus zur Tieftonmodulation von DPOAE; die römische Bezifferung der Geräte bezieht sich auf die Tabellen 1 bis 3.

Abb. 8: a) Sondenmikrofonsignal: akustische Überlagerung der beiden Primärtöne mit dem Tief­ton, b) Hochpaßgefiltertes Signal, c) Frequenzspektrum als Ergebnis einer Frequenz­analyse (FFT) innerhalb eines gleitenden Zeitfensters einstellbarer Breite mit Hamming­funktion, d) DPOAE-Pegel als Zeitfunktion ohne Masker, e) Mit Masker zeigt der DPOAE-Pegel im Zeit­verlauf eine phasenabhängige Modulation.

Abb. 9a: Spektralanalyse des Mikrofonsignals innerhalb eines Zeitfensters mit 21,3 ms Breite, Messung ohne Tiefpaßfilter. Die Primär­töne haben die Frequenzen f1 = 2,5 und f2 = 3 kHz und die Pegel L1 = 50 dB HL und L2 = 25 dB HL.

Abb. 9b (links): Dieselbe Registrierung wie in Abb. 9a (ohne Tiefpaß­filter), Fensterbreite 10,7 ms. Abb. 9c (rechts): Messung mit Tiefpaßfilter (Filterung mit 96 dB/Okt., Grenzfrequenz 2 kHz, schematisch als gestrichelte Linie dargestellt), Fensterbreite 10,7 ms; Primärtöne und Sondensitz wie in der Messung in Abb. 9a und 9b.

Abb. 10: Original­registrierungen der DPOAE-Pegelverläufe (Proband NT rechts) unmaskiert (obere Spur) und mit Tieftonmasker (untere Spur). Die Primärtöne haben die Frequenzen f1 = 2,5 und f2 = 3 kHz und die Pegel L1 = 50 und L2 = 25 dB HL, der Masker hat die Frequenz 32,8 Hz und den Pegel 115 dB SPL.

Abb. 11: Mikrofonsignal 11a) im Kuppler, 11b) im Probandenohr registriert. Fensterbreite 42,7 ms, Messung ohne Tiefpaßfilter; L1 = 50 dBHL, L2 = 25 dB HL.

Abb. 12: Hörschwelle und Kurven gleicher Lautstärkepegel für Sinustöne im freien Schallfeld bei zweiohrigem Hören (“Isophone” [DIN 45630], nach Zenner, 1994, S. 3): Gegenüberstellung von Schalldruck­pegel (in dB SPL) und Lautstärkepegel (in Phon). Bei 1000 Hz entsprechen die Werte der Dezibel­skala denen der Phonskala. Die mittlere Hörschwelle gesunder, junger Versuchs­personen liegt bei 4 Phon. Ein Tiefton mit der Frequenz 32,8 Hz und dem Schalldruckpegel 115 dB SPL (Pfeil) wird mit einer Lautstärke von ca. 98 Phon wahrgenommen.

Abb. 13: Phasenaudiogramm: Mittelwerte (ausgefüllte Kreissymbole, n = 20) und Mittelwerte zu- bzw. abzüglich der einfachen Standardabweichung (leere Kreissymbole) der Mithörschwellen (MHS) eines tieftonmaskierten 2 kHz-Ton­bursts in Abhängigkeit von der Phasenlage eines sinusförmigen Maskertons. MD: Modulations­tiefe; Masker­frequenz f_M = 30 Hz, Maskerpegel L_M = 115 dB SPL.

Abb. 14: Pegelverläufe der DPOAE mit der Frequenz 2 kHz (Mittelwerte, n = 20) unmaskiert (gestrichelte Linie) und maskiert mit Tieftönen unterschiedlicher Pegel (durchgezogene Linien). M1, M2: Modulationstiefen; L: Latenz (s. Text). Die Primärtöne mit den Frequenzen f1 = 2,5 kHz und f2 = 3 kHz haben die Pegel L1 = 50 dB HL, L2 =25 dB HL, der Tieftonmasker hat die Frequenz 32,8 Hz.

Abb. 15: Mittelwerte der Modulationstiefen M1 und M2 (n = 20) der mittleren Tieftonperiode in Abhängigkeit vom Maskerpegel (dicke Linie, ausgefüllte Symbole), zu‑ bzw. abzüglich einer Standardabweichung (dünne Linien, leere Symbole). Frequenzen und Pegel des Maskers und der Primärtöne wie in Abb. 14.

Abb. 16a: Mittelwerte der Pegel der unmaskierten und maskierten DPOAE (n = 20) in Abhängigkeit vom Masker­pegel bei 0°+L, 90°+L und 270°+L. Die Primärtöne mit den Frequenzen f1 = 2,5 und f2 = 3 kHz haben die Pegel L1 = 50 und L2 = 25 dB HL, der Masker hat die Frequenz 32,8 Hz

Abb. 16b: DPOAE-Pegel der der einzelnen Probanden, unmaskiert und maskiert bei 0°+L, 90°+L und 270°+L in Abhängigkeit vom Tieftonpegel. Die Diagramme sind mit den Initialen der Probanden und der gemessenen Seite benannt. Reizparameter wie in Abbildung 16a.

Abb. 17: Pegelverläufe der DPOAE mit der Frequenz 2 kHz (Mittelwerte, n = 20) mit unterschiedlichen Primärtonpegelnpaaren, unmaskiert (gestrichelte Linien) und bei Tieftonmaskierung (durchgezogene Linien). M1, M2: Modulationstiefen; L: Latenz (s. Text). Die Primärtöne haben die Frequenzen f1 = 2,5 kHz, f2 = 3 kHz, der Tieftonmasker mit der Frequenz 32,8 Hz hat den Pegel 115 dB SPL.

Abb. 18: Modulationstiefen M1 und M2: Mittelwerte (dicke Linien, ausgefüllte Symbole) und Mittelwerte zu- bzw. abzüglich einer Standardabweichung (dünne Linien, leere Symbole) in Abhängigkeit von den Primärton­pegeln (n = 20). Die Primärtonfrequenzen sind f1 = 2,5 kHz, f2 = 3 kHz, der Masker hat die Frequenz 32,8 Hz und den Pegel 115 dB SPL.

Abb. 19: Tieftonmodulierter DPOAE-Pegelverlauf (geglättet) mit unterschiedlichen Primärtonpegel­paaren: “Doppelsenken” bei 270° Maskerphase (Proband NT rechts).

Abb. 20: DPOAE-Pegel der Probanden einzeln und gemittelt (Diagramm unten links), unmaskiert und maskiert bei 0°+L, 90°+L und 180°+L des Maskerverlaufes, in Abhängigkeit von den Primärton­pegeln (aufgetragen gegen L2).

Abb. 21: Mittelwerte der Pegelverläufe der unmaskierten und maskierten DPOAE (n = 12) mit den Frequenzen 2 kHz (Primärtonfrequenzen: f1 = 2,5 und f2 = 3 kHz) und 4 kHz (f1 = 5 und f2 = 6 kHz) bei verschiedenen Primärtonpegelpaaren. Der Masker hat die Frequenz 32,8 Hz und den Pegel 115 dB SPL.

Abb. 22: Pegelverläufe der unmaskierten und maskierten DPOAE (Mittelwerte, n = 3) mit den Frequenzen 4, 3,2 und 2 kHz (Primärtonfrequenzen f1 / f2: 5 / 6 kHz, 4 / 4,8 kHz und 2,5 / 3 kHz). Die Primärtonpegel sind L1 = 45 und L2 = 20 dB HL, der Masker mit der Frequenz 32,8 Hz hat den Pegel 115 dB SPL.

Abb. 23a und 23b: Spektralanalysen der Mikrofonsignale (Fensterbreite 42,7 ms) bei Proband NT links mit den Primärtonfrequenzen f1 = 2,5 kHz, f₂ = 3kHz (Abb. 11a) und f1 = 5 kHz, f2 = 6 kHz (Abb. 11b); die Primärtonpegel sind L1 = 55 und L2 = 40 dB HL; beide Messungen ohne Masker.

Abb. 24: Pegelverläufe der unmaskierten und tieftonmaskierten DPOAE mit den Frequenzen 3f1‑2f2 (1,5 kHz) und 2f1‑f2 (2 kHz), Mittelwerte (n = 20). Die Primärtöne haben die Pegel L1 = 60 und L2 = 50 dB HL, der Masker mit der Frequenz 32,8 Hz hat den Pegel 115  dB SPL.

Abb. 25a und 25b: Spektralanalysen der Mikrofonsignale (Fensterbreite 42,7 ms) bei Probandin RJ rechts. Abb. 24a zeigt das Signal unmaskiert, Abb. 24b mit Tieftonmasker (f_M = 32,8 Hz, L_M = 115 dB SPL). Die Primärtöne haben die Frequenzen f1 = 2,5, f2 = 3 kHz und die Pegel L1 = 50, L2 = 25 dB HL.

Abb. 26: Pegelverläufe der SOAE mit den Frequenzen 1,64 kHz (Probandin RJ rechts), 1,08 kHz (Proband MT links) und 1,19 kHz (MT rechts) ohne Masker (gestrichelte Linien) und bei Tieftonmaskierung (dicke Linien). Der Tiefton hat die Frequenz 32,8 Hz und den Pegel 95 dB SPL.

Abb. 27: OHC-Transferkurve: OHC-Rezeptorpotential in Abhängigkeit von der Auslenkung der Stereozilienbündel, gemessen in der Organkultur einer vier Tage alten Mäuse­kochlea; die Werte sind durch zwei Hyperbeln angenähert (durchgezogene Linie; Russell et al., 1986).

Abb. 28: oben: Boltzmannfunktion zweiter Ordnung als Annäherung an die mechano­elektrische Transferfunktion der äußeren Haarzellen am Hauptenstehungsort der DPOAE nahe f2. Der Bereich der Kennlinie, entlang dem der Arbeitspunkt synchron mit den Primärtonfrequenzen verlagert wird, ist dick dargestellt. unten: DPOAE-Pegel als Ausdruck der kubischen Verzerrung in Abhängigkeit von der Auslenkung der Stereozilienbündel für verschiedene Primärtonpegel. Die Änderungen der DPOAE-Pegel durch eine tieftonbedingte Verlagerung von ± 0,05 μm (dick) bzw. ± 0,1 μm (gestrichelt) werden dargestellt und das Zustandekommen der Modulationstiefen M1 und M2 verdeutlicht (Matlabsimulation in Zusammenarbeit mit T. Marquardt [Marquardt, 1998, S. 62]).

Abb. 29: DPOAE-Wachstumsfunktionen (f2 = 4102 Hz, f1/f2 = 1,2) eines Patienten mit kochleärem Trauma (Kurve a, Sternsymbole) und nach Erholung (Kurve b, Kreissymbole; Janssen et al., 1998). Der Quotient aus y und x (Pfeile) ergibt die Steigung der DPOAE-Pegel mit L2 zwischen 40 und 60 dB SPL. Der Bereich der Mittelwerte ± einer Standardabweichung des normalhörenden Kontrollkollektivs (n = 20) ist dunkel hinterlegt. Die Primärtonpegel folgen der “Pegelschere” (s. Kapitel 2.7.2.2, Tab. 4a).