9 Gründe für die Relevanz der CI-Elektrode

1996 brachte MED-EL das COMBI40+ Cochlea-Implantat mit einer 31 Millimeter langen Elektrode zur Abdeckung der gesamten Cochlea-Länge auf den Markt. Seit damals besteht ein wesentlicher Aspekt der MED-EL Philosophie darin, unsere Implantate möglichst exakt auf die Voraussetzungen und Bedürfnisse jedes einzelnen Patienten abzustimmen. Die Implantate sollen sich unseren Nutzer*innen anpassen, nicht umgekehrt.

Mittlerweile wissen wir, dass jede Cochlea einzigartig ist. Um den unendlichen Variationen an Formen, Größen und Längen gerecht zu werden, haben wir nicht nur unser Elektrodenportfolio weiterentwickelt, sondern bieten heute zusätzlich eine chirurgische Planungssoftware zur Unterstützung der Elektrodenwahl. Die Software visualisiert unterschiedliche Elektroden präoperativ in der individuellen Cochlea des Patienten. So lässt sich vor dem ersten Schnitt exakt erheben, welcher Elektrodenträger der Cochlea-Länge am besten entspricht und nach der Implantation das volle Potenzial der Cochlea auszuschöpfen vermag.

Im Folgenden befassen wir uns mit neun Aspekten des Zusammenhangs von Elektrodenträger und Hörresultat. Jeder der neun Abschnitte stützt sich auf neueste Forschungsergebnisse und schlägt die Brücke von der Wissenschaft zur täglichen Arbeit mit Ihren Patient*innen.

1. Die Hörstrukturen in der Cochlea gehen tiefer als 1,5 Windungen

Hochauflösende 3D-Synchrotron-Aufnahmen des Cochlea-Inneren zeigen, dass die für die Stimulation relevanten neuralen Strukturen, etwa der Rosenthal-Kanal oder das Ganglion spirale, weiter in die Cochlea reichen, als von manchen Forschenden lange angenommen wurde.Li, H., Schart-Morén, N., Rohani, S. A., Ladak, H. M., Rask-Andersen, H., & Agrawal, S. (2020). Synchrotron radiation-based reconstruction of the human spiral ganglion: Implications for cochlear implantation. Ear & Hearing, 41(1), 173–181. https://doi.org/10.1097/aud.0000000000000738[1]Li, H., Helpard, L., Ekeroot, J., Rohani, S. A., Zhu, N., Rask-Andersen, H., Ladak, H. M., & Agrawal, S. (2021). Three-dimensional tonotopic mapping of the human cochlea based on synchrotron radiation phase-contrast imaging. Scientific Reports, 11(1). https://doi.org/10.1038/s41598-021-83225-w [2]Helpard, L., Li, H., Rohani, S. A., Zhu, N., Rask-Andersen, H., Agrawal, S., & Ladak, H. M. (2021). An approach for individualized cochlear frequency mapping determined from 3D synchrotron radiation phase-contrast imaging. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 68(12), 3602–3611. https://doi.org/10.1109/tbme.2021.3080116[3]

Die Bildgebung mittels Synchrotron bietet entscheidende Vorteile, wenn es um die Darstellung der winzigen Strukturen der Cochlea geht: Zum einen lässt sich das Anfärben umgehen, das häufig mit einem Schwund verbunden ist. Zum anderen liefert das Synchrotron hochauflösende Darstellungen winzigster Strukturen im Mikrometerbereich, wie sie in diesem Kontrast und Detailreichtum mit anderen Verfahren nicht zu erzielen sind.

Dank Synchrotron-Bildgebung haben wir ein besseres Verständnis der komplexen Anatomie der Cochlea. Eine zentrale Erkenntnis ist, dass sich das Ganglion spirale fast über die gesamte Winkellänge der Cochlea ausdehnt. Studien zeigen, dass sich die durchschnittliche Länge des Ganglions über mehr als anderthalb Cochlea-Windungen, in einigen Fällen sogar über mehr als zwei Windungen, erstreckt.

Publikationen, die auf Synchrotron-Bilder zurückgreifen, zeigen einen weiter in die Cochlea reichenden Verlauf des Ganglion spirale als ältere Studien, die sich auf andere Methoden stützen. Eine Metaanalyse über Veröffentlichungen, die sich zwischen 1968 und 2018 mit der Anzahl und angularen Tiefe von Spiralganglion-Zellkörpern in der Cochlea befassten, zeigt auf, dass diese Zellkörper eine Tiefe von 630° bis 680 °erreichen, also mehr als anderthalb Windungen.Dhanasingh, A. E., Rajan, G., & van de Heyning, P. (2020). Presence of the spiral ganglion cell bodies beyond the basal turn of the human cochlea. Cochlear Implants International, 21(3), 145–152. https://doi.org/10.1080/14670100.2019.1694226[4]

2. Längere Elektrodenträger sind mit besserer Sprachwahrnehmung assoziiert

2023 wurde eine systematische Metaanalyse mehrerer Studien zur angularen Insertionstiefe von CI-Elektrodenträgern veröffentlicht.Breitsprecher, T. M., Baumgartner, W. D., Brown, K., Dazert, S., Doyle, U., Dhanasingh, A., ... & Weiss, N. M. (2023). Effect of Cochlear Implant Electrode Insertion Depth on Speech Perception Outcomes: A Systematic Review. Otology & Neurotology Open, 3(4), e045.[5] Dabei stellte sich heraus, dass 15 der 23 berücksichtigten Studien eine signifikante positive Korrelation oder zumindest einen positiven Zusammenhang zwischen Einführtiefe und Sprachwahrnehmung fanden.

Eine nach der erwähnten Metaanalyse publizierte Studie kommt ebenfalls zu dem Ergebnis, dass “Patienten mit tieferen Insertionen in Aufgaben zum Spracherkennen besser abschnitten“.Weller, T., Timm, M. E., Lenarz, T., & Büchner, A. (2023). Cochlear coverage with lateral wall cochlear implant electrode arrays affects post-operative speech recognition. PLOS ONE, 18(7). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0287450[6] Zusätzlich wiesen Personen mit tieferen Insertionen deutlichere Verbesserung gegenüber dem präoperativen Zustand auf als Personen mit weniger tief in der Cochlea platzierten Elektrodenträgern.

Sprachwahrnehmung und Insertionswinkel

Aus diesen Erkenntnissen lässt sich schließen, dass bessere Ergebnisse in der Sprachwahrnehmung erzielt werden, wenn Elektrodenträger lang genug sind, um mehr als nur anderthalb Cochlea-Windungen zu stimulieren.

3. Eine tiefe Insertion trägt zu einer natürlicheren Klangqualität bei

Aus der Erkenntnis, dass die neuralen Strukturen tiefer als anderthalb Windungen in die Cochlea reichen, folgt, dass CI-Elektrodenträger mehr als anderthalb Windungen erreichen und stimulieren sollten, um einen möglichst exakten tonotopen Abgleich zu erzielen. Nur wenn eine bestimmte Frequenz genau an jenen Haarzellen stimuliert wird, die beim natürlichen Hören für die Verarbeitung dieser Frequenz zuständig sind, kann das Gehirn den korrekten Ton verstehen.Li, H., Schart-Moren, N., Rohani, S., A., Ladak, H., M., Rask-Andersen, A., & Agrawal, S. (2020). Synchrotron Radiation-Based Reconstruction of the Human Spiral Ganglion: Implications for Cochlear Implantation. Ear Hear. 41(1).[7]

Ein Elektrodenträger kann nur jene Bereiche stimulieren, die er erreicht. Ist er zu kurz, um Areale hinter den ersten anderthalb Cochlea-Windungen elektrisch zu reizen, werden die in diesen Arealen verarbeiteten niederen Frequenzen nicht korrekt stimuliert. Doch genau diese tiefen Frequenzen sind ein wichtiger Schlüssel zu einer natürlicheren Klangqualität mit einem Cochlea-Implantat. Zahlreiche Studien belegen, dass die exakte Übereinstimmung von Tonhöhe und Stimulationsort in der Cochlea der einzig zuverlässige Weg zu einer möglichst naturgetreuen Tonhöhenwahrnehmung mit dem CI ist.Landsberger, D. M., Svrakic, M., Roland, J. T., & Svirsky, M. (2015). The relationship between insertion angles, default frequency allocations, and spiral ganglion place pitch in cochlear implants. Ear & Hearing, 36(5). https://doi.org/10.1097/aud.0000000000000163 [8]Landsberger, D. M., Vermeire, K., Claes, A., Van Rompaey, V., & Van de Heyning, P. (2016). Qualities of single electrode stimulation as a function of rate and place of stimulation with a cochlear implant. Ear & Hearing, 37(3). https://doi.org/10.1097/aud.0000000000000250[9]Li, H., Schart-Morén, N., Rohani, S. A., Ladak, H. M., Rask-Andersen, H., & Agrawal, S. (2019). Synchrotron radiation-based reconstruction of the human spiral ganglion: Implications for cochlear implantation. Ear & Hearing, 41(1), 173–181. https://doi.org/10.1097/aud.0000000000000738[10]McDermott, H., Sucher, C., & Simpson, A. (2009). Electro-Acoustic Stimulation: Acoustic and Electric Pitch Comparisons. Audiology and Neurotology, 14(Suppl. 1), 2–7. https://doi.org/10.1159/000206489[11]Roy, A. T., Penninger, R. T., Pearl, M. S., Wuerfel, W., Jiradejvong, P., Carver, C., Buechner, A., & Limb, C. J. (2016). Deeper cochlear implant electrode insertion angle improves detection of musical sound quality deterioration related to bass frequency removal. Otology & Neurotology, 37(2), 146–151. https://doi.org/10.1097/mao.0000000000000932[12]Schatzer, R., Vermeire, K., Visser, D., Krenmayr, A., Kals, M., Voormolen, M., Van de Heyning, P., & Zierhofer, C. (2014). Electric-acoustic pitch comparisons in single-sided-deaf cochlear implant users: Frequency-place functions and rate pitch. Hearing Research, 309, 26–35. https://doi.org/10.1016/j.heares.2013.11.003[13]Rader, T., Döge, J., Adel, Y., Weissgerber, T., & Baumann, U. (2016). Place dependent stimulation rates improve pitch perception in cochlear implantees with single-sided deafness. Hearing Research, 339, 94–103. https://doi.org/10.1016/j.heares.2016.06.013[14]

Natürliche Tonhöhenübereinstimmung mit MED-EL FineHearing

Zusätzlich zum tonotopen Abgleich spielen die ratenbasierte Kodierung Schatzer, R., Vermeire, K., Visser, D., Krenmayr, A., Kals, M., Voormolen, M., Van de Heyning, P., & Zierhofer, C. (2014). Electric-acoustic pitch comparisons in single-sided-deaf cochlear implant users: Frequency-place functions and rate pitch. Hearing Research, 309, 26–35. https://doi.org/10.1016/j.heares.2013.11.003[13], FineHearing und die phasenstarre Stimulation in der apikalen Cochlea-Region eine entscheidende Rolle in Bezug auf eine hohe, möglichst natürlich Klangqualität mit dem CI.

4. Eine tiefer eingeführte Elektrode unterstützt den Musikgenuss

Decken Elektrodenträger mehr als die ersten anderthalb Cochlea-Windungen ab, lassen sich auch die für die tiefen Frequenzen zuständigen Nervenstrukturen elektrisch stimulieren. Wie wir im weiteren Verlauf zeigen werden, gelingt dies nur mit MED-EL Elektrodenträgern. Durch diese einzigartige apikale Cochlea-Stimulation sind Menschen mit MED-EL Cochlea-Implantaten in der Lage, Basstöne auch wirklich als solche wahrzunehmen.Roy, A. T., Carver, C., Jiradejvong, P., & Limb, C. J. (2015). Musical Sound Quality in cochlear implant users. Ear & Hearing, 36(5), 582–590. https://doi.org/10.1097/aud.0000000000000170[15]Roy, A. T., Penninger, R. T., Pearl, M. S., Wuerfel, W., Jiradejvong, P., Carver, C., Buechner, A., & Limb, C. J. (2016). Deeper cochlear implant electrode insertion angle improves detection of musical sound quality deterioration related to bass frequency removal. Otology & Neurotology, 37(2), 146–151. https://doi.org/10.1097/mao.0000000000000932[16]

Dank der ausgefeilten Klangkodierungsstrategien und der langen Elektrodenträger sorgen unsere Implantate dafür, dass alle Tonhöhen und die feinen Nuancen von Musik hörbar werden. Diese Präzision und Klangfülle machen MED-EL Cochlea-Implantate zur idealen Wahl für alle, die Musik nicht nur wahrnehmen, sondern genießen möchten.

5. Cochleae variieren in Größe und Form

Eine weitere aktuelle Metaanalyse quantifizierte die Variation von acht Cochlea-Dimensionen aus 33 Studien, welche die Einschlusskriterien erfüllten.Curtis, D. P., Baumann, A. N., & Jeyakumar, A. (2023). Variation in cochlear size: A systematic review. International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology, 171, 111659. https://doi.org/10.1016/j.ijporl.2023.111659[17] Anhand der Daten von 5.791 Cochleae fasste die Studie die gewichteten Mittel- und Spannweitenwerte zusammen, einschließlich der Länge des Ductus cochlearis und der Cochlea-Höhe. Die mittlere Länge des Ductus cochlearis wurde mit 33,04 mm berechnet, wobei die Spanne von 28,2 bis 36,4 mm reichte (n = 2.252). Die Höhe der Cochlea betrug im Mittel 5,14 mm, wobei die Spanne von 2,8 bis 6,9 mm reichte (n = 2.098).

Wie bereits erwähnt, verfolgen wir bei MED-EL eine klare Philosophie: Das Implantat soll sich dem Nutzer anpassen, nicht umgekehrt. Kein anderer CI-Hersteller bietet eine derart umfassende Auswahl an Elektrodenträgern, um den unterschiedlichen Größen und Formen der menschlichen Cochlea gerecht zu werden.

Wir empfehlen Chirurg*innen, die intuitive OTOPLAN Software in die Planung von Implantationen einfließen zu lassen, um präoperativ auf Grundlage exakter Vermessungen der Cochlea die passende Elektrode in der Cochlea zu visualisieren. Die Auswahl aus sechs flexiblen Elektrodenträger mit einer Länge von 22 bis 34 mm erlaubt es, jede Cochlea zur Gänze zu stimulieren.

FLEX Elektroden: Individualisierte Cochlea-Implantate für jede Cochlea

Wie sehr Cochlea-Größen variieren, lässt sich daran erkennen, dass mit demselben Elektrodenträger-Modell bei unterschiedlichen Patient*innen völlig andere angulare Insertionstiefen erzielt werden. Eine Analyse von 47 Implantationen mit der FLEXSOFT Elektrode von MED-EL zeigte Insertionstiefen zwischen 581° und 675° (der Mittelwert lag bei 628°).Canfarotta, M. W., Dillon, M. T., Brown, K. D., Pillsbury, H. C., Dedmon, M. M., & O’Connell, B. P. (2021). Insertion depth and cochlear implant speech recognition outcomes: A Comparative Study of 28- and 31.5-mm lateral wall arrays. Otology & Neurotology, 43(2), 183–189. https://doi.org/10.1097/mao.0000000000003416[18] Tiefere Insertionen führten zu besserer Tonhöhenwahrnehmung mit dem CI:

Unten sehen Sie die Mittelwerte und Standardabweichungen des postoperativen Insertionswinkels von am Markt erhältlichen Elektrodenträgern. Aus der Grafik lässt sich ablesen, dass die FLEX28 und FLEXSOFT Elektrodenträger von MED-EL im Schnitt Insertionstiefen aufweisen, die weiter als anderthalb Windungen in die Cochlea reichen.

Nur MED-EL Elektrodenträger erreichen mehr als anderthalb Cochlea-Windungen

6. Selbst die kleinste Cochlea bietet Platz für eine FLEX Elektrode

Die FLEX Elektrodenträger von MED-EL verfügen über die einzigartige FLEX Tip Technologie, also flexible, abgerundete Spitzen, die beim Einführen der natürlichen Form der Cochlea folgen. Durch diese schonende Insertion wird vermieden, dass die Elektrode die Basilarmembran durchstößt und in die Scala vestibuli abweicht.Dhanasingh, A. & Jolly, C. (2019). Review on cochlear implant electrode array tip fold-over and scalar deviation. J Otol. 14(3). 94-100[19]

Neueste Synchrotron-Aufnahmen belegen außerdem, dass selbst in der kleinsten Cochlea ausreichend Platz besteht, um eine FLEX Elektrode über eine Länge von bis zu zwei Windungen in der Scala tympani aufzunehmen.Micuda, A., Li, H., Rask‐Andersen, H., Ladak, H. M., & Agrawal, S. K. (2024). Morphologic analysis of the Scala tympani using synchrotron: Implications for cochlear implantation. The Laryngoscope. https://doi.org/10.1002/lary.31263[20]

FLEX Elektroden: Dünne, lange Elektrodenträger zur Stimulation der gesamten Cochlea

7. Die Elektrode sollte immer zur jeweiligen Cochlea passen

Zur Ermittlung der optimalen Elektrode für eine tiefere Insertion als anderthalb Windungen bietet sich die chirurgische Planungssoftware OTOPLAN mit der Möglichkeit zur Elektrodenvisualisierung in der jeweiligen Patienten-Cochlea an. OTOPLAN nutzt präoperative Bilder der Cochlea zu deren exakter Vermessung und stellt sie dreidimensional dar. Mithilfe von Parametern wie der Länge des Ductus cochlearis oder der Cochlea-Höhe lassen sich Elektrodenträger virtuell einführen, um die optimale Länge besser einschätzen zu können.Koch, R. W., Ladak, H. M., Elfarnawany, M., & Agrawal, S. K. (2017). Measuring cochlear duct length – a historical analysis of methods and results. Journal of Otolaryngology - Head & Neck Surgery, 46(1). https://doi.org/10.1186/s40463-017-0194-2[21]

Die 2024 veröffentlichte Version von OTOPLAN ermöglicht die rasche und detailgenaue 3D-Rekonstruktion des kompletten Innenohrs inkl. Cochlea, Scala tympani, Scala vestibuli, Rundfenstermembran, knöchernem Überhang, Bogengängen und dem inneren Gehörgang.

In dieser Rekonstruktion lassen sich unterschiedliche Elektrodenträger virtuell in die Cochlea einführen, um Insertionswinkel und Frequenzabdeckung zu visualisieren. Darüber hinaus unterstützt die dreidimensionale Darstellung die spätere Platzierung des Implantats und damit des Audioprozessors, was insbesondere für bilateral implantierte Personen von Bedeutung für das ästhetische Ergebnis ist.

8. Die anatomiebasierte Anpassung von MED-EL kann Hörresultate optimieren

Nur die Elektrodenträger von MED-EL sind darauf ausgelegt, die Cochlea zur Gänze zu stimulieren und damit ihr volles Potenzial auszuschöpfen. Soll ein möglichst exakter tonotoper Abgleich und damit ein noch natürlicheres Hörgefühl erreicht werden, müssen die langen Elektrodenträger mit anatomiebasierter Anpassung (anatomy-based fitting, ABF) kombiniert werden. Diese einzigartige Funktion in der MAESTRO Anpasssoftware von MED-EL kann das Hörresultat zusätzlich verbessern – Voraussetzung für eine signifikante Verbesserung durch ABF ist allerdings eine Einführtiefe des Elektrodenträgers von anderthalb Windungen oder mehr.

Mithilfe der anatomiebasierten Anpassung können die stimulierten Frequenzen noch präziser auf die natürliche tonotope Karte jeder Cochlea abgestimmt werden.

Durch die Kombination von Bilddaten aus OTOPLAN und MAESTRO 10 lassen sich die Mittenfrequenzen gemäß der genauen Position jedes einzelnen Elektrodenkontakts in der Cochlea zuweisen. Verfügbar ist diese innovative Funktion für alle Nutzer*innen eines SONNET 2, SONNET 2 EAS oder RONDO 3 Audioprozessors.

Noch ist diese Art der ortsspezifischen, anatomiebasierten Frequenzanpassung relativ neu. Erste Studien dazu zeigen jedoch vielversprechende Ergebnisse – insbesondere bei Personen mit bilateraler CI-Versorgung oder EAS-System. ABF dürfte außerdem für einen rascheren Hörerfolg nach der CI-Operation sorgen.

Was die Umsetzung anatomiebasierter Anpassung nun noch einfacher macht: Mit der 2024 veröffentlichten Version von OTOPLAN genügt bereits ein einfaches Röntgenbild, um die exakte Position jedes einzelnen Elektrodenkontakts in der Cochlea ermitteln zu können.

9. Gesunde, funktionsfähige Strukturen der Cochlea erhalten

Ein taubes Ohr ist kein totes Ohr. Das Design des Elektrodenträgers spielt eine entscheidende Rolle zur Erhaltung neuraler Cochlea-Strukturen. CI-Technologie und allgemein die medizinische Versorgung von Hörverlust entwickeln sich stetig weiter. Noch ist offen, welche Methoden und Wege es in der Zukunft geben mag, um das Resthörvermögen und verbliebene funktionale Strukturen im Innenohr zur Wiederherstellung des Gehörs zu nutzen. Allein die Erahnung solcher zukünftigen Technologien und Therapien macht es geradezu notwendig, Implantationen möglichst schonend durchzuführen. Je weniger die sensiblen Cochlea-Strukturen im Zuge der CI-Versorgung beschädigt werden, desto größer wird die Chance sein, von zukünftigen Entwicklungen zu profitieren.

Die FLEX Elektrodenträger von MED-EL tragen erwiesenermaßen zum Erhalt der Cochlea-Strukturen bei. Zwei Belege dafür liefern die hervorragenden Hörresultate von MED-EL Nutzer*innen mit EAS-Systemen sowie die hohe Rate an erfolgreichen Elektrodenträger-Platzierungen in der Scala tympani.

Menschen, die ein EAS-System bekommen, verfügen präoperativ über ein substanzielles Resthörvermögen. Langfristiges postoperatives Resthörvermögen nach der Implantation mit einer FLEX Elektrode ist ein starkes Indiz dafür, dass die natürliche Anatomie und Physiologie der Cochlea erhalten werden konnten. Etliche Studien zeigen, dass flexible, weiche Elektrodenträger einen solchen Strukturerhalt in der Cochlea ermöglichen.Helbig, S., Adel, Y., Rader, T., Stoever, T., & Baumann, U. (2016). Long-term hearing preservation outcomes after cochlear implantation for electric-acoustic stimulation. Otol Neurotol. 37(9).[22]Manjaly, J.G., Nash, R., Ellis, W., Britz, A., Lavy, J.A., Shaida, A., Saeed, S.R., & Khalil, S.S., (2018). Hearing preservation with standard length electrodes in pediatric cochlear implantation. Otol Neurotol. 39(9)[23]US Food & Drug Administration. (2016). Premarket approval, MED-EL, MED-EL EAS System. P000025/S084.[24]Nassiri, A.M., Yawn, R.J., Gifford, R. H., Haynes, D.S., Roberts, J.B., Gilbane, M.S., Murfee, J., & Bennett, M.L. (2019). Intraoperative electrically evoked compound action potential (ECAP) measurements in traditional and hearing preservation cochlear implantation. J Am Acad Audiol. 30(10). 918¬–926.[25]

Durchschnittliche Platzierungsrate in der Scala tympani

Deviationsrate in die Scala vestibuli

Steife, vorgeformte Elektroden neigen wesentlich stärker dazu, die filigrane Basilarmembran zwischen Scala tympani und Scala vestibuli zu beschädigen. Die flexiblen MED-EL Elektrodenträger lassen sich mit einer nahezu 100-%-Erfolgsrate in die Scala tympani einführen. So bleiben die winzigen, empfindlichen Strukturen im Cochlea-Inneren erhalten, was am Ende zu einem besseren Hörresultat beiträgt.

Auch hier bietet die neue OTOPLAN Version eine praktische Funktion: Durch Image Fusion lassen sich Bilder aus unterschiedlichen Zeiträumen (prä- und postoperativ) und Modalitäten (CT und MRT) zusammenführen, um eine noch genauere visuelle Information zu erhalten. Konkret kann dieses Verfahren unter anderem dazu genutzt werden, die postoperative Lage aller Elektrodenkontakte mittels CT-Daten zu bestätigen.

Weitere Informationen

Wenn Sie mehr über die FLEX Elektrodenträger von MED-EL wissen möchten, kontaktieren Sie bitte Ihr lokales MED-EL Team.

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