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Z Audiol 2023; 62 (1) 11–19 – Hoth |
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Leistungsoptimierte Signalverarbeitung in der objektiven Audiometrie
Digitale Werkzeuge für die effiziente Messung und Nutzung von AEP und OAE
Optimized signal processing in objective audiometry
Digital tools for the efficient use of AEP und OAE
Sebastian Hoth, Heidelberg
Gewidmet meinem Mentor Dr. Michael Berg, der mich in die Audiologie eingeführt hat.
Zusammenfassung: Objektive Hörprüfmethoden beruhen auf der Rekonstruktion von verrauschten und mit diversen variablen Störeinflüssen überlagerten Signalen kleiner Amplituden. Die zur Bewältigung dieser Aufgabe etablierten Methoden sind die Selektion und Mittelung von Signalabschnitten. Mit diesen bewährten Instrumenten ist jedoch das heutige Potenzial der digitalen Signalverarbeitung bei Weitem nicht ausgeschöpft. In diesem Artikel wird an bereits beschriebene, aber in Vergessenheit geratene Verfahren erinnert und es werden neue Ansätze vorgestellt, die sich teilweise bereits in der klinischen Anwendung als nützlich erwiesen haben, zum anderen Teil noch auf ihre praktische Erprobung warten. Durch die Umsetzung der beschriebenen Verfahren können Präzision und Zuverlässigkeit der aus den otoakustischen Emissionen (OAE) und den akustisch evozierten Potenzialen (AEP) abgeleiteten diagnostischen Aussagen erheblich gesteigert werden.
Zu den Inhalten dieser Übersicht zählen ein für den AEP-Nachweis optimiertes digitales Frequenzfilter, die Erweiterung der Signalmittelung auf die Polarität des Eingangssignals, die Extraktion von Parametern zur Gewinnung von Maßen für Qualität und Signifikanz und die zeitlich differentielle Korrelationsanalyse. Erstmals beschrieben sind die digitale Superposition mehrerer unabhängiger Messkurven zur besseren Darstellung einzelner Signalkomponenten, die Nutzung der statistischen Verteilung der Amplitude und ein Algorithmus zur Berücksichtigung der Reststörung bei der Schwellenbestimmung.
Stichwörter: objektive Audiometrie, akustisch evozierte Potenziale, otoakustische Emissionen, Signalnachweis, Reststörung, Signalstatistik Abstract: The objective methods of audiometry rely on the registration of noisy signals of low amplitude which are contaminated with interferences of diverse and variable sources. The reconstruction of the target signal is performed by selection and averaging of many signal epochs. Beyond these basic digital tools of signal processing, whose practical value is well-proven, further procedures which have never been established in commercial devices are potentially suitable to further improve the signal quality and the reliability of its detection. They are subject of this paper, as well as several new approaches, some of which have already been proven as useful in clinical practice while others are still awaiting their practical application. By implementation of these procedures, the precision and reliability of the diagnostic conclusions derived from otoacoustic emissions (OAE) and auditory evoked potentials (AEP) can be enhanced substantially.
This review aims to exploit the potential of signal processing to the highest possible extent. Its main topics are a digital filter optimized for the detection of AEP, the extension of averaging to the polarity of the signal, the extraction of parameters qualified as measures for quality and significance, and the time-differential analysis of correlation. Furthermore, the digital superposition of several independent recordings, the use of the amplitude distribution and an algorithm developed to reduce the impact of residual noise on the response threshold are described for the first time. Keywords: objective audiometry, auditory evoked potentials, otoacoustic emissions, response detection, residual noise, signal statistics
Erstveröffentlichung in GMS Z Audiol (Audiol Acoust) 2022; 4:Doc06. DOI: 10.3205/zaud000024
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Z Audiol 2023; 62 (1) 6–10 – Moser |
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Mit Lichtstrahlen das Gehör wiederherstellen
Restoring Hearing with Light
Tobias Moser
Institut für Auditorische Neurowissenschaften und InnenOhrLabor, Universitätsmedizin Göttingen, Göttingen, Deutschland
Auditory Neuroscience and Optogenetics Laboratory, Deutsches Primatenzentrum, Göttingen, Deutschland
Auditory Neuroscience & Synaptic Nanophysiology Group, Max-Planck-Institut für multidisziplinäre Naturwissenschaften, Göttingen, Deutschland
Sonderforschungsbereich 889 „Cellular Mechanisms of Sensory Processing“, Universität Göttingen, Göttingen, Deutschland
Exzellenzcluster „Multiscale Bioimaging: from Molecular Machines to Networks of Excitable Cells“ (MBExC), Universität Göttingen, Göttingen, Deutschland
Zusammenfassung: Wenn das Hören versagt, bieten Cochlea-Implantate (CIs) den meisten der CI-Träger ein offenes Sprachverstehen in ruhiger Umgebung. CIs umgehen das defekte Sinnesorgan und stimulieren den Hörnerv elektrisch. Der Flaschenhals der Hörrehabilitation mit aktuell verfügbaren CIs ist deren Limitierung bei der Codierung spektraler Information, die sich aus der breiten Stromausbreitung von jedem Elektrodenkontakt ergibt. Weil Licht räumlich besser begrenzt werden kann, stellt die optische Stimulation des Hörnervs eine vielversprechende Perspektive für einen grundlegenden Fortschritt der CIs dar. Die Entwicklung der optogenetischen Stimulation für zukünftige optische CIs erfordert Anstrengungen zum Design und zur Charakterisierung geeigneter optogenetischer Aktuatoren, zum viralen Gentransfer auf die Neuronen sowie zur Entwicklung mehrkanaliger optischer CIs. Dieser Übersichtsartikel berichtet über den aktuellen Stand der optogenetischen Stimulation der Hörbahn und über die jüngsten Durchbrüche bei der Erzielung hoher zeitlicher Präzision und Frequenzauflösung sowie bei der Etablierung optischer Mehrkanal-CIs.
Stichwörter: Cochlea-Implantat, Optogenetik, Kanalrhodopsin, Gentherapie, Optik Abstract: When hearing fails, cochlear implants (CIs) provide most CI users with open speech understanding in quiet environments. CIs bypass the defective sensory organ and electrically stimulate the auditory nerve. The bottleneck of hearing rehabilitation with currently available CIs is their limitation in encoding spectral information resulting from the broad current spread from each electrode contact. Because light can be confined in space more conveniently, optogenetic stimulation of the auditory nerve represents a promising alternative. The development of optogenetic stimulation for future optical CIs requires efforts to design and characterize appropriate optogenetic actuators, viral gene transfer to neurons, and development of multichannel optical CIs. This review article reports the current status of optogenetic stimulation of the auditory pathway and recent breakthroughs in achieving high temporal precision and frequency resolution and in establishing multichannel optical CIs. Keywords: Cochlear Implant, Optogenetics, Channelrhodopsin, Gene Therapy, Optics
Erstveröffentlichung in GMS Z Audiol (Audiol Acoust) 2023; 5:Doc01. DOI: 10.3205/zaud000027
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Z Audiol 2022; 61 (1) 7–15 – Hesse/Kastellis |
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Tinnitus – Grundlagen und Therapie unter Berücksichtigung der aktuellen S3-Leitlinie „Chronischer Tinnitus“
Tinnitus – Basics and therapy taking into account the current S3 guideline “Chronic Tinnitus”
Gerhard Hesse1,2 Georgios Kastellis2
1 Tinnitus-Klinik am Krankenhaus Bad Arolsen, Deutschland
2 Universität Witten-Herdecke, Witten, Deutschland Zusammenfassung: Tinnitus ist ein Symptom gestörter Hörwahrnehmung und in über 90 % der Fälle mit einem mehr oder weniger stark ausgeprägten Hörverlust vergesellschaftet. Zwar klagen sehr viele Menschen über Ohrgeräusche und suchen entsprechende Behandlungsangebote, tatsächlich sind Ausprägung und Belastung der Beschwerden sehr unterschiedlich und verschwinden bei vielen Menschen auch ohne Therapie wieder bzw. werden habituiert, d. h. nicht mehr störend wahrgenommen. Therapieansätze, die Ohrgeräusche vollständig abschalten können, sind nicht verfügbar, zumal die Ausprägung und Entstehung des Tinnitus individuell sehr unterschiedlich sind. In diesem Review sollen die wissenschaftlichen Erkenntnisse zum Tinnitus zusammengefasst und Therapieformen beschrieben und bewertet werden. Die Übersicht stützt sich dabei auf die unter Federführung der Deutschen Gesellschaft für HNO-Heilkunde, Kopf- und Halschirurgie gerade neu erstellte und im September 2021 veröffentlichte S3-Leitlinie „Chronischer Tinnitus“.
Stichwörter: Tinnitus, Schwerhörigkeit, Hyperakusis, kognitive Verhaltenstherapie, Hörgeräte Abstract: Tinnitus is a symptom of disturbed auditory perception and in more than 90 % connected to hearing loss of different expression. Many people experience tinnitus and seek for treatment, but suffering and burden through the tinnitus is individually very different. With many patients it vanishes after a certain time even without treatment. This process is called habituation, tinnitus is perceived less disturbing. Up to date there is no therapy that can completely switch off the tinnitus, mainly because origin and expression of tinnitus is individual and very different. This review summarizes scientific findings about tinnitus, its origin and comorbidities, and describes and evaluates modern therapies. It is based on the just new elaborated and in September 2021 published S3-Guideline “Chronic Tinnitus”, under the lead management of the German Society of ENT, Head and Neck-Surgery. Keywords: tinnitus, hearing loss, hyperacusis, cognitive behavioural therapy, hearing aids Online-Erstveröffentlichung in GMS Z Audiol (Audiol Acoust). 2021;3:Doc01. DOI: 10.3205/zaud000019
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Z Audiol 2020; 59 (4) 146–155 – Mueller |
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Perspective: Real ear verification of hearing aid gain and output
Blickwinkel: Insitu-Verifikation von Hörgeräteverstärkung und -ausgangsleistung
H. Gustav Mueller 1
1 Vanderbilt University School of Medicine, Nashville, United States Abstract: It is the role of the audiologist to ensure that hearing aids are programmed and fitted to optimize benefit. Research has shown that haphazard fittings lead to reduced performance for the hearing aid user. This paper reviews the evidence supporting the use of validated prescriptive methods such as the NAL-NL2. The use of prescriptive methods includes ensuring that the fitting targets are met relative to ear canal SPL. This verification only can be made using probe-microphone measures; current techniques and procedures for this verification are discussed.
Keywords: probe microphone measures, real ear measures, hearing aid verification, prescriptive hearing aid fittings, NAL-NL2 Zusammenfassung: Aufgabe des Audiologen ist die Programmierung und Anpassung von Hörgeräten, sodass der größtmögliche Gewinn gewährleistet werden kann. Untersuchungen haben gezeigt, dass zufällige Anpassungen zu einer reduzierten Leistung für den Hörgerätenutzer führen. Dieser Artikel überprüft die Belege, die die Nutzung von validierten Berechnungsmethoden wie NAL-NL2 unterstützen. Die Nutzung von Berechnungsmethoden umfasst die Gewährleistung, dass die Anpassziele in Bezug auf die Schalldruckpegel im Gehörgang erreicht werden. Diese Verifikation kann nur mit Sondenmikrofonmessungen durchgeführt werden; aktuelle Techniken und Verfahren für diese Verifikation werden diskutiert. Stichwörter: Sondenmikrofonmessungen, Messungen am menschlichen Ohr, Überprüfung von Hörsystemen, vorberechnete Hörsystemanpassungen, NAL-NL2
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Z Audiol 2017; 56 (4) 140-146 - Sebastian Hoth |
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Ein alternatives Maß für die Amplitude elektrophysiologischer Reizantworten The effective response amplitude of evoked potentials: A useful alternative to the conventional linear amplitude difference Sebastian Hoth
Zusammenfassung: Hintergrund: Die Amplitude der Komponente J5 unter den frühen akustisch evozierten Potentialen wird in der praktischen audiologischen Diagnostik für die Bestimmung der Hörschwelle und vereinzelt auch als Kriterium für ein mögliches Recruitment genutzt. Voraussetzung für diese Anwendungen ist ein aussagekräftiges und gegenüber Störeinflüssen robustes Amplitudenmaß. Der konventionellen Amplitudendifferenz wird hier als Alternative die Effektivamplitude gegenübergestellt.
Methode: Mit der Bestimmung der Koordinaten von J5 wird ein Zeitfenster für die Berechnung der Effektivamplitude festgelegt. Bezogen auf die Reststörung σ ergibt diese Größe ein für die Ermittlung der Reizantwortschwelle nutzbares Signal/Rausch-Verhältnis. Anhand von 1782 FAEP-Messungen (Click-BERA) an 71 Patienten unterschiedlichen Alters und Hörvermögens wurde die Reliabilität dieser Schwellenbestimmung geprüft. Anhand einer zweiten Stichprobe von 39 normalhörenden Probanden wurde die mittlere Normalkennlinie der Effektivamplitude erzeugt. Ergebnisse: Amplitudendifferenz und Effektivamplitude erweisen sich, wenn beide Größen definiert sind, als hoch korreliert (99,3%). Bei Messkurven, in denen für den erfahrenen Untersucher keine Reizantwort identifizierbar ist, liegt die Effektivamplitude zu 93% unter der Grenze von 2 σ (Sensitivität). Wird eine Sensitivität von 96% gefordert, dann muss die Grenze auf 2,2 σ angehoben werden und die Spezifität beträgt 69%. Die in Bezug auf die Maßeinheit skalierten Normalkennlinien beider Amplitudenmaße stimmen bei Reizpegeln von 40 dB nHL und darüber exakt miteinander überein (bis auf eine Proportionalitätskonstante); bei Annäherung an die Schwelle nimmt der Mittelwert der Effektivamplitude in stärkerem Maße ab als der der linearen Amplitudendifferenz. Schlussfolgerung: Die Effektivamplitude unterstützt die individuelle Schwellenbestimmung sowohl visuell wie auch numerisch. Ihre mittleren Normalwerte sind im gesamten Pegelbereich gültig und daher als Referenzmaß besser geeignet als die lineare Amplitudendifferenz. Das hier vorgestellte Konzept enthält keinerlei Annahmen, die seine Gültigkeit auf eine in Bezug auf Reiz und Latenzzeit begrenzte Gruppe von AEP beschränkt. Schlüsselwörter: Frühe akustisch evozierte Potentiale, FAEP, Amplitude, BERA, Schwellenobjektivierung Abstract: Background: In practical audiological diagnostics, the amplitude of the component J5 among the auditory brainstem responses is used as a measure for the perception threshold and further as criterion for a possible loudness recruitment. These applications require a precise quantity which is stable against contamination by background signals. In this paper, the effective response amplitude Aeff is presented as an alternative to the conventional amplitude difference Alin. Method: At the instant of tagging the component J5, a time window for the computation of Aeff is established. In relation to the residual noise σ, this quantity yields a signal to noise ratio which is useful for the determination of the response threshold. The reliability of this method was analyzed on the basis of the data from 1782 click-evoked FAEP recordings. A second sample of 39 normal hearing subjects was explored in order to study the mean values of Aeff in the whole range of stimulus levels. Results: Effective amplitude and linear amplitude difference are highly correlated (99.3%) whenever both quantities are defined. In curves recorded around or below threshold, in which the amplitude difference is not defined, the effective amplitude lies below the limit of 2 σ in 93% of all cases. To achieve a higher sensitivity of 96%, the limit must be raised to 2.2 σ and the associated specificity amounts to 69% according to the receiver operating characteristic (ROC). Regarding the calibrated mean normal values, Aeff and Alin coincide at stimulus levels 40 dB nHL and above (except for a proportionality constant). At lower levels, the mean value of Aeff is lower than that of Alin. Conclusion: The effective response amplitude Aeff supports the individual threshold determination both visually and numerically. Its average normal values are valid in the entire level range even below the response threshold and are therefore better suited as a reference measure than the amplitude difference Alin. The method does not make use of any assumptions which limit its validity to a group of potentials with respect to stimulus or latency. Keywords: Auditory brainstem responses, ABR, amplitude, objective threshold |
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Z Audiol 2017; 56 (2) 52-57 - Frank Waldfahrer |
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Medikamentöse Therapie bei vestibulären Störungen Pharmacological therapy of vestibular disorders Frank Waldfahrer
Zusammenfassung: Schwindel und Gleichgewichtsstörungen sind sehr häufige Symptome und treten vor allem mit zunehmendem Lebensalter auf. Je nach Krankheitsursache stehen differenzierte Behandlungsoptionen zur Verfügung. Dieser Übersichtsartikel widmet sich den medikamentösen Therapieoptionen bei Schwindel. Sehr wichtig ist der Hinweis, das Betahistin faktisch nur bei Morbus Menière eine nachgewiesene Wirksamkeit aufweist.
Schlüsselwörter: vestibulärer Schwindel, Pharmakotherapie, Menière, Betahistin
Abstract: Vertigo and Dizziness are common complaints especially in the elderly population. Dependent to the cause of complaints different therapeutic options are available. These options are discussed in this review. It is very important to know that bestahistine has proven efficacy only in Menière’s disease.
Keywords: vestibular disorders, pharmacological therapy, Menière’s disease, betahistine
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Z Audiol 2016; 55 (3) 94-104 - Asan, Balk, Bieber, Hatzenbühler, Heuer, Hillebrandt, Lewin, Lichter |
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Shedding
light on gene therapy as a future treatment
for sensory disorders – from gene
replacement to optogenetics Gentherapie sensorischer Erkrankungen – zukünftige Behandlungsmöglichkeiten zwischen Genersatz und Optogenetik Asan, Balk, Bieber, Hatzenbühler, Heuer, Hillebrandt, Lewin,
Lichter, Oertel, Petkidis, Reichel, Weber, Wicht, Pangrsic, Vogl
Abstract:
Hearing impairment and blindness are common sensory deficits greatly
compromising patients’ quality of life. As yet, there are few – if any – causal
therapies for sensorineural disorders of the eye and the ear such that hearing
aids, cochlear and retinal implants serve as the most common options for sensory
rehabilitation. Recent advances in diagnostics and treatment show great
potential and may eventually induce a shift towards causal treatment. The use
of viral vectors to either replace a defective gene or introduce a
light-sensitive construct is a promising approach for the future treatment of
sensory disorders. Both visual and auditory defects can be subdivided into
inherited and acquired disorders; therefore, similar approaches could be used
in the respective therapies. Gene transfer was used successfully in the
treatment of Leber’s congenital amaurosis, a monogenic
disease of the retina, in a phase 1 clinical trial. Other pioneering gene
therapy studies in animal models indicate that similar approaches will be
effective in combating other sensory disorders in the near future. However, in
most approaches, further improvements will be necessary before they can safely
be applied in the treatment of patients. Our review aims to summarize the
upcoming methods and targets in the treatment of hearing and visual
impairments.
Keywords:
gene therapy, optogenetics, cochlear hair cells, retina, ophthalmology,
audiology, translational medicine
Zusammenfassung: Schwerhörigkeit und Blindheit sind
weitverbreitete Sinnesdefizite, welche die Lebensqualität der beeinträchtigten Patienten
erheblich einschränken. Zum heutigen Zeitpunkt gibt es für Erkrankungen an Auge
und Ohr nur wenige kausale Behandlungsansätze. Daher bilden Hörgeräte und
Cochlea-Implantate nach wie vor die gängigsten Ansätze zur Rehabilitation des
Hörens, während die Retinaimplantate dies für das Sehen in weit geringerem
Umfang ermöglichen. Die Kombination von modernsten Diagnoseverfahren mit neu
entwickelten Therapiemethoden macht nun Hoffnung auf effizientere
Behandlungsoptionen. Hierbei könnten zukünftig gentherapeutische Ansätze zum
Einsatz kommen, bei denen virale Vektoren dazu verwendet werden, entweder
defekte Gene durch funktionsfähige Varianten zu ersetzen, oder Gene welche
licht-sensitive Proteine kodieren, in das Zielgewebe einzubringen und diese
über optische Prothesen zu stimulieren. Da Erkrankungen des visuellen wie auch
des auditorischen Systems erblich bedingt, aber auch erworbener Natur sein
können, lassen sich gemeinsame gentherapeutische Konzepte erarbeiten, die eine
spezifische und adäquate Behandlung der jeweiligen Krankheit ermöglichen. So
wurden vor kurzem die ersten Phase I klinischen Studien unternommen, um die
Lebersche kongenitale Amaurose, eine monogene, degenerative Erkrankung der
Retina, gentherapeutisch zu behandeln – nach bisherigen Erkenntnissen mit
äußerst positivem Befund. Obwohl die Methodik der Genersatztherapie noch in den
Kinderschuhen steckt und sowohl Verträglichkeit als auch Langzeiteffizienz noch
im Detail getestet werden müssen, geben die Ergebnisse zahlreicher weiterer
Studien an verschiedensten Tiermodellen sensorischer
Erkrankungen dennoch Grund zur Hoffnung zukünftig bessere Behandlungserfolge erzielen
zu können. Dieser Übersichtsartikel beleuchtet diese zukunftsträchtigen
Therapieansätze im Detail und diskutiert ihre Relevanz für die moderne Behandlung
von sensorischen Erkrankungen.
Schlüsselwörter: Gentherapie, Optogenetik, cochleäre
Haarzellen, Retina, Ophthalmologie, Audiologie, translationelle Medizin |
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