Smarte Modellbasierte Hördiagnostik
Hörstörungen gehören in Industrieländern zu den sechs häufigsten Erkrankungen. Sie erschweren die Kommunikation und können zur sozialen Isolation von Betroffenen führen. Für eine gezielte Therapie ist eine rechtzeitige und präzise Diagnose wichtig. Pathologien des Mittelohrs lassen sich mit gängigen Methoden wie Otoskopie, Audiometrie, Tympanometrie und bildgebenden Verfahren jedoch oft nicht sicher feststellen. Häufig muss eine Operation zur Abklärung durchgeführt werden – verbunden mit Risiken für die Patienten und hohen Kosten.
Moderne Verfahren wie die Breitbandtympanometrie (WBT) liefern zwar spezifische Messwerte, sind aber wegen der starken individuellen Unterschiede schwer auszuwerten und finden daher in der Praxis wenig Anwendung.
Wir entwickeln ein künstliches neuronales Netzwerk, das mit simulierten Daten aus einem Finite-Elemente-Mittelohrmodell sowie ausgewählten Patientendaten trainiert wird. Ziel ist, WBT-Messwerte automatisch auszuwerten und einem konkreten Krankheitsbild zuzuordnen. Der intelligente Algorithmus soll in ein Diagnosegerät integriert werden und Ärztinnen und Ärzten als Entscheidungshilfe dienen – und sich durch bestätigte Fälle kontinuierlich weiterentwickeln.
Das Projekt verfolgt das Ziel, eine hochpräzise, frequenz- und ortsaufgelöste objektive Hördiagnose zu ermöglichen. Grundlage ist die Kopplung zweier biophysikalischer Detailmodelle – eines akusto-mechanischen Mittelohrmodells und eines hydrodynamischen Innenohrmodells – mit klinisch verfügbaren Messmethoden: Breitbandimpedanz-Tympanometrie (WBT), Optischer Kohärenztomographie (OCT) und gepulste Distorsionsprodukt-Otoakustische Emissionen (DPOAE). Diese Kombination erlaubt erstmals die simultane Analyse der anterograden und retrograden Schallübertragung im Mittelohr sowie die Erfassung cochleärer Verstärkungsprozesse. Ziel ist es, pathologische Veränderungen im Mittelohr und Innenohr nicht-invasiv zu lokalisieren und quantitativ zu bewerten – eine Voraussetzung für präzisionsmedizinische Therapien und die Verbesserung von Diagnostik und Therapieplanung.
Angestrebter Erkenntnisgewinn / Neuartigkeit und Ungewissheit
Das Projekt betritt Neuland, da bisher keine Methode existiert, die die gesamte Hörkette vom Trommelfell bis zur cochleären Verstärkung modellbasiert und ortsaufgelöst diagnostisch erfasst. Neuartig ist die Kopplung zweier hochentwickelter physikalischer Modelle mit objektiven Messverfahren und die Nutzung inverser Methoden zur Parameteridentifikation. Ungewiss ist, ob die numerische Kopplung der Modelle im Zeitbereich für DPOAE-Simulationen effizient realisierbar ist und ob die Reduktion der Parameteranzahl (<10 klinisch relevante Größen) die Schätzgenauigkeit bei realen Patientendaten gewährleistet.
Eckpunkte zum Projekt:
Beteiligte Personen: Prof. Dr.-Ing. Michael Lauxmann
Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektfinanzierung
Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg kofinanziert von der Europäischen Union sowie die Volkswagen- und Vector-Stiftung.
