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Frequenzanalyse optoakustisch induzierter Schallwellen zur Stimulation des Hörorgans
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Authors
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Larissa Schatteburg
- Universitätsklinikum des Saarlandes, HNO, Homburg/Saar, DE
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Katharina Sorg
- INM-Leibniz-Institut für neue Materialien, Saarbrücken, DE
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Gabriela Moreira Lana
- INM-Leibniz-Institut für neue Materialien, Saarbrücken, DE
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Achim Langenbucher
- Universitätsklinikum des Saarlandes, Experimentelle Ophthalmologie, Homburg/Saar, DE
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Bernhard Schick
- Universitätsklinikum des Saarlandes, HNO, Homburg/Saar, DE
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Eduard Arzt
- INM-Leibniz-Institut für neue Materialien, Saarbrücken, DE
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Gentiana Ioana Wenzel
- Universitätsklinikum des Saarlandes, HNO, Homburg/Saar, DE
| Published: | March 1, 2023 |
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Fragestellung: Die optoakustische Stimulation des Hörorgans eröffnet sich als mögliche Alternative zur konventionellen Schalleinwirkung, die in heute gängigen Hörgeräten Verwendung findet. Der optoakustische Effekt tritt auf, wenn ein Medium durch die Absorption von Laserpulsen eine Temperaturtransiente erfährt. Durch die vorübergehende Expansion und gefolgter Kontraktion der bestrahlten, vibrierfähigen Struktur entstehen Schallwellen. Um als Grundlage für eine neue Technik der Hörprothesen zu dienen, muss die optoakustische Stimulation frequenzspezifisch wirken. Daher ist das Ziel dieser Arbeit, durch eine Frequenzanalyse der an einem absorbierenden Silikonfilm erzeugten Schallwellen die Qualität der Stimulation zu charakterisieren.
Methoden: In vorangegangen Untersuchungen wurden absorbierende Silikonfilme auf das Trommelfell von Mäusen am Umbo aufgebracht und intensitätsmodulierten Laserpulsen ausgesetzt. Die so induzierten, optoakustischen, auditorischen Hirnstammpotentiale (oABRs) zeigten eine Verdreifachung der Amplitude der Welle I im Vergleich zur Stimulation des nativen Trommelfells ohne aufgebrachten Silikonfilm. Um weiterführend den Einfluss des Silikonfilms auf die Stimulation zu analysieren, wurde im Folgenden eine Frequenzanalyse der induzierten Schallwellen vorgenommen. Die Experimente erfolgten an einem künstlichen Trommelfell bestehend aus einem Kunststoffring, überzogen mit einer elastischen Kunststoffmembran. Darauf aufgebracht wurde ein Silikonfilm in der Größe der verwendeten Filme im Tiermodell. Die durch die Absorption der Laserpulse erzeugten Schallwellen wurden mit einem Mikrofon detektiert und mit Hilfe einer Fouriertransformation das Frequenzspektrum dargestellt. Anschließend wurde das Frequenzspektrum des Eingangssignals mit dem der induzierten Schallwellen verglichen.
Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen, dass bei Verwendung eines absorbierenden Films Intermodulationsfrequenzen auftreten. Die akustische Messung der optoakustisch induzierten Schallwellen und das dazugehörige Frequenzspektrum wurden bei Bestrahlung eines auf einer Kunststoffmembran sitzenden Silikonfilms ausgewertet. Die verwendeten Laserpulse mit einer Laserpulsrate (LPR) von 50 kHz wurden mit einem überlagerten Sinus der Frequenzen 4; 4,2; 4,5 und 4,9 kHz intensitätsmoduliert. Um die Frequenz der LPR traten Intermodulationsfrequenzen auf, die charakteristisch daran zu erkennen waren, dass zusätzliche Frequenzen bei 50 ± 4; 4,2; 4,5 und 4,9 kHz im Spektrum auftraten.
Schlussfolgerung: Zusammenfassend konnte nachgewiesen werden, dass sich bei Verwendung von absorbierenden Filmen während der optoakustischen Stimulation Intermodulationsfrequenzen ausbilden, die allerdings für den Menschen im nicht hörbaren Bereich von über 20 kHz liegen und sich um die Frequenz der LPR ausbilden. Wie sich die Ausbildung der Intermodulationsfrequenzen bei weiteren Frequenzen verhält, wird in den weiterhin geplanten Experimenten analysiert werden.
