970109 rev 110902 Föreläsning om hörapparater och hörseltekniska hjälpmedel för blivande företagsekonomer, kortfattade anteckningar Erik Berninger, civ ing, med dr, Hörsel- och Balanskliniken, Karolinska Universitetssjukhuset, Stockholm Allmänt 800,000 personer i Sverige anger att de besväras av hörselnedsättning, 80 % av dessa är sensorineurala hörselnedsättningar som drabbat örats sensoriska eller neurala funktioner. Den normala hörseln karakteriseras av en mycket stor dynamik, 140 db eller 10 7 ggr. Audiogrammet (Fig. 1), som beskriver hörtrösklarna i frekvensområdet 125 till 8,000 Hz, är den vanligast förekommande mätningen inom hörselvården. Hörapparater (HA), olika typer av implantat samt hörseltekniska hjälpmedel är de viktigaste hjälpmedlen för en god hörselrehabilitering. 11 audiologiska kliniker (hörselkliniker, ibland organisatoriskt del av ÖNH) i landet. Frequency (Hz) 0 125 250 500 1000 2000 4000 8000 10 Pure-tone level (db HL) 20 30 40 50 60 70 80 90 Subject: ELt ( bil. tinnitus) 100 Fig. 1. Bilden visar ett audiogram som beskriver hörtrösklarna för vänster (x) respektive höger öra (o). Mörka svaga toner återfinns uppe till vänster i diagrammet, medan ljusa starka toner återfinns nere till höger i diagrammet. Enheten är db HL (db hearing level), 0 db HL motsvarar medelvärdet av hörtrösklarna för unga normalhörande individer. Stigande ålder medför ofta försämrad hörsel vid högre frekvenser. Fysiologi Vibrationer i luft leds via mellanörats ljudöverförande apparat till den vätskefyllda snäckan, 1
belägen tillsammans med yrselorganet i innerörat, där en vandrande fortskridande våg uppstår, vars vibration momentant förstärks av de yttre hårcellerna (OHC, ca 12,000), samtidigt som de inre hårcellerna (IHC, ca 3,500) omvandlar vibrationerna till nervimpulser som fortleds via hörselnerv (30,000 neuron) och hjärnstam till auditiva cortex belägen i temporalloben (Fig. 2-3). Mellanörat förstärker ljudtrycket med ca 30 db (fasriktigt), 27 db beroende på area-transformation från trumhinna till ovala fönstret, 3 db som en hävstångseffekt i hörselbenskedjan. Bortfall av mellanörats funktion leder till 60 db:s hörselförlust, vilket beror på att innerörats båda fönster (ovala respektive runda fönstret) nås av näst intill samma ljudtryck. Platsteorin, skarp filterfunktion (OHC), halvvågslikriktning. Vågutbredningshastigheten i innerörats cochlea minskar successivt med avståndet från ovala fönstret, från 20 m/s (10 khz) till 2 m/s vid platsen för störst känslighet för 500 Hz. Tidskonstant ca 50 µs, avsevärt högre på neuronal nivå. Olika typer av fibrer, ca 40 db:s dynamik i en enskild fiber. 30' nervfibrer. Fig.2. Schematisk bild som visar ljudets utbredning från ytteröra till en vätskerörelse i innerörats cochlea för att där transformeras till nervsignaler som fortleds via hörselnerv och hjärnstam till auditiva cortex. 2
Fig. 3. Humancochlea i genomskärning. Fyra rader av yttre hårceller (OHC) är väl synliga liksom en rad inre hårceller (IHC). Normalfungerande OHC förstärker vibrationerna utmed basilarmembranet så att örats känslighet ökar, medan IHC transformerar vibrationerna till nervimpulser som så småningom når auditiva cortex. Elektronmikroskopisk bild: Helge Rask Andersen. Akustik Öra, huvud och bål bildar tillsammans ett riktningsberoende filter. För frekvenser under 1500 Hz avböjs ljudet runt huvudet, medan en tydlig transkraniell dämpning sker för frekvenser över 1500 Hz. Concha- och hörselgångsresonans, jfr kupad hand bakom örat. Pinna o concha essentiella för lokalisation av ljudkälla i vertikalplanet, frekvenskomponenter över 4 khz viktigast. Bullernivå under ca 35 db(a), kontor etc. Relativt kort efterklangstid, under 0.6 sek, krävs för en god taluppfattning. Det skadade örats försämrade upplösning i tids och frekvensledd. RASTI (Rapid Speech Transmission Index) för objektiv bedömning av en transmissionskanals kvalitet. 3
Tal: Max peak vid 400 Hz, sedan fall med 10 db/oktav. f-spektrat varierar med röststyrkan. Vokaler identifieras med relationen mellan F1/F2. Konsonanter identifieras via den temporala variationen, viktigt att urskilja korta uppehåll innan vissa konsonanter uttalas. Bevaras amplitudvariationerna över ca 4 Hz blir S/N opåverkat av antalet kompressionskanaler. Reaktionstid på ca 250 ms bevarar denna information. Modulationsmaximum oberoende av selekterat oktavband, max inträffar vid ca 2.5 Hz, i närheten av modulationsfrekvensen för enskilda ord. Tal i konkurrerande tal är den vanligast förekommande störande ljudsituationen. Medelvärde av normalstarkt tal på avståndet 1 m: 65 db SPL (motsvarande 40-45 db HL); variation: +12 db, - 18 db. RASTI ger ungefär samma resultat som PB-word score, litet log karakteristik över funktionen PBword vs score (RASTI). Hörapparater Definition visavi hörseltekniska hjälpmedel, luft, benledningsapparater, cochleära implantat (CI). Olika typer av luftledningsapparater (BÖ, AiÖ, CiC; Fig. 4). Lin/olin [in-utsvtid, adaptiv utsvtid, adaptiv frekvensgång, antal band (jfr Plomp), Dig (Oticon, Widex), K-amp, Killion (var i bakgrundsnivåer)], Antal kanaler, ReSound - snabbt växande HA-bolag (nr 5 1995, startat 1985) - uppköpt av Great Nordic (Dk) 1999 - GN Resound, olineära HA med 2 kanaler: full dynamic range compression. Peritympanic. Gemensam std för överföring av parametrar, Hi-Pro box, Noah. Individuell anpassing av HA sker med hjälp av audiogrammet och kännedom om typ och grad av hörselnedsättning. Programmerbara apparater: Medger val av lyssningsprogram, Widex Quattro, lin 4 prog. Phonak, 3 prog med möjlighet till val av riktningskarakteristik. HA med radiomottagare i audiosko (430 MHz), nu även med inbyggd radiomottagare. Digitala apparater: Denna typ av hörapparater introducerades 1997. Dynamik, 6 db per bit (ca 85 db S/N) vid introduktionen. I f-ledd inget problem. Oticon (Oticon DigiFocus), 2-kanaler, 7 filterbankar: syllabisk kompression i baskanalen för att minimera maskeringseffekten (låga frekvenser maskerar högre frekvenser i ett skadat öra), automatisk reglering i diskantkanalen. Ökad precision vid inställningen av frekvensgången. Widex Senso (WS) CX, hg-app, 0.8 ma i tomgångsström, 13 Zn-luft batteri räcker ca 150 h. 20 bit, 32 khz sampl frekv, 40 M aritm op/sek. WS CiC lanserades sommaren 1997. Ett flertal andra firmor har lanserat digitala hörapparater (Siemens, ReSound och Danavox). För närvarande är 98% av alla hörapparater som försäljs i Sverige digitala. De är ej känsliga för störningar från mobiltelefoner. 4
Fig. 4. Generell beskrivning av olika typer av hörappareter och hörseltekniska hjälpmedel. Hörselgångsinsatsakustik: Hörselgångsinsatsen är en mycket viktig del i det akustiska samspelet mellan HA o individ. Komplicerat förhållande. Mindre mellan-individuell variation med AiÖ och CiC. För den vanligaste typen av hörselnedsätting, diskantnedsättning, kan öppna insatser användas, vilket också sker i ökande utsträckning. Fördelen med denna typ av hörselgångsinsats är att individuella insatser inte behöver tillverkas. 5
Kompressionsteknologier: Koppla till recruitment! Olika typer av behov; red av dynamik, normalisering av loudness, brusreducering. Allm: Snabb attack-tid (1 ms) för undvikande av obehag vid exponering för starka ljud. Långsam utsvängningstid (70-140 ms) för undvikande av distorsion vid exponering av svagt ljud, dock ej alltför långsam så att svaga ljud blir ohörbara. Syllabisk kompression, reaktionstider jämförbara med stavelsers duration, oberoende kanaler: LF respektive HF 2-kanals system förbättrar S/N när en stark eller svag signal presenteras i respektive frekvensband. Lineär förstärkning påverkar ej detta förhållande. 1-kanal system försämrar emellertid S/N. Kompressionsgrad, ca 2:1. Enligt Plomp (Noise, amplification, compression) viktigt att skilja mellan interna och externa variationer i talet. Avseende de interna variationerna är lineär förstärkning bättre än samtliga typer av kompression, gäller både normalhörande (test med brus) och hörselskadade. Fler än 3 kanaler medför en betydande försämring av S/N, kompressionsgrad (a -> a/n, n=kompr grad) överstigande 2 likaså. För de externa variationerna är det emellertid annorlunda, normalhörande klarar att uppfatta tal mellan 30 db(a) och 80 db(a), normalt tal ligger mellan 55 och 60 db(a). En mkt hög kompressionsgrad medför att örat exponeras för ungefär samma ljudnivå oberoende av om insignalen är tal eller inte. Korta tidskonstanter leder till variation i frekvensspektrat. Transparens vid höga nivåer. Mätning av tidskonstant: 2 khz, rise, 55 -> 80 db, tid till 2 db från konst nivå inträffat. Fall; drop från 80 till 55 db, tid till dess signalen nått 2 db från slutvärdet. Anpassnings-/utvärderingsmetoder: FF, IF, loudness scaling (oktavband), T, TiB, Inst av obehagsnivå, APHAB - enkät, Göteborgsprofilen, dagböcker. NAL/POGO - 'half-gain rule'. Framtida utveckling: Riktningsberoende HA-karakteristik för att förbättra kommunikation i buller. Implanterbara HA. Hörseltekniska hjälpmedel Förbättring av S/N, mycket viktigt redan vid lindriga hörselnedsättningar. Obligatoriskt hjälpmedel för hörselskadade elever som följer normalhörandes skolundervisning. Varseblivningshjälpmedel, dörr, telefon etc. Offentliga lokaler, teleslingor (B=k*I); enkel mottagare, relativt ofta som teleslingornas funktion är undermålig. Digitala apparater med utpräglad riktningskarakteristik, som följaktligen kräver en face kommunikation. Radiomottagare som appliceras på en huvudburen HA är relativt vanligt förekommande för att minska effekter av störande ljudreflektioner (efterklang) och alltför låga ljudnivåer i föreläsningssituationer och vid lyssning på tv t ex. Cochleaimplantat I världen finns idag 150 000 användare av cochleärt implantat (CI, Fig. 5-7), medan det i Sverige finns ungefär 1000 vuxna och 500 barn som hör med CI. Vuxendöva (>= 95 db HL, hörtrösklar sämre än ca 70 db HL med hörapparat och mycket begränsad nytta), barn (>1 år). Andel barn som implanteras ökar påtagligt vilket är en följd av universell hörselscreening på nyfödda barn (i Stockholms läns landsting hörseltestas 30000 nyfödda barn varje år), i Tyskland nu över hälften av de som implanteras. 6
A. B. Fig 5 (A-B). Placeringen av en flerkanalig implantatelektrod i humancochlea. 7
Fig. 6. Implantatspets med 12 elektroder och en röntgenbild där den syns införd i cochlean. Aktiv längd 25 mm, diameter 1.0-0.5 mm (MED-EL) Fig. 7. Cochleaimplantat med sin elektrod och fjärrkontroll. I världen uppskattas att 15% av CI-bärarna är anpassade med CI på både vänster och höger öra. Bak-örat modell vanligast. Flerkanaliga system. Digitala strömpulser, konsekutiv stimulering. CItest vid implantatet. Hälften av de personer som erhåller CI i Sverige är idag barn. Nästan alla döva barn får CI på båda öronen (Fig. 8). Förhoppningen är att de med tiden ska utveckla en binaural hörsel, något som är omöjligt när man bara hör med ett öra. Två CI ger bättre ljudlokalisations- och taluppfattningsförmåga jämfört med ett CI. Vuxna kan också ha stor nytta av ett andra CI, men i Sverige har endast ett fåtal fått chansen till detta. Främst en kostnadsfråga. Cirka 100 personer får CI vid Karolinska Universitetssjukhuset årligen. En ljudprocessor kostar 65000 SEK och ett implantat 120 000 SEK. Därutöver tillkommer kostnaden för operation och rehabilitering. Kostnad-nytta ( Cost-benefit ) analyser för vuxna CIanvändare visar att kostnaden är försvarbar då livskvalitén för individen ökar då man får hörseln åter. För många bryts en tidigare isolering, för en del innebär det att man kan fortsätta med sitt yrkesverksamma liv. 8
Fig. 8. Röntgenbild som visar CI på både vänster och höger öra hos ett litet barn. I den nedre delen av bilden är implantatet avbildat medan de båda mottagarenheterna syns i den övre delen av bilden. 9
Benförankrade hörapparater Benförankrade hörapparater (BAHA) baseras på den svenska uppfinningen implanterbara titanskruvar som integreras i mänsklig benvävnad och därmed erbjuder en effektiv överföring av ljudvibrationer (Fig. 9). Personer med kronisk mellanöredysfunktion, som kan innebära 60 dbs hörförlust, kan med BAHA bli näst intill normaltröskelhörande eftersom BAHA medger stimulering av innerörats cochlea direkt via benlett ljud. Fig. 9. Skiss över benförankrad hörapparat som förankrats i skallens ben via en titanskruv för effektiv överföring av ljudvågor till vibrationer i skallens ben som sedan detekteras av sensoriska sinnesceller i innerörats cochlea. Mellanöreimplantat Mellanöreimplantat erbjuder en ny behandlingsmöjlighet för patienter som ej kan använda konventionella hörapparater på grund av t ex kroniska inflammationstillstånd i ytterörats hörselgång. Ordinationskriterierna är stabila sensorineurala hörselnedsättningar i kombination med normal mellanörefunktion. Ljudöverföringssystemet är mycket likt det som används vid cochleär stimulering. Implantatet, som opereras in i hörselbenskedjan, överför ljud från en huvudburen hörapparats mikrofon till en rörelse i den intakta hörselbenskedjan, via en elektromagnetisk omvandlare (Fig. 10). Implantatet, omvandlaren, inkluderar en aluminiumoxidöverdragen pistong varmed fibrös vävnadstillväxt befrämjas. Därigenom åstadkoms en stabil vibrationsöverföring till hörselbenskedjan. Ljudprocessorn hörapparaten är en tvåkanalig, digital, signalbehandlare (WDRC) som medger separat förstärkningsinställning i åtta frekvensband. Kompressionsgrad regleras i respektive kanal. 10
Fig. 10. Mellanöreimplantat som i sin modernaste version är helt osynlig. Ljudet överförs via en ljudprocessor till vibrationer i den intakta hörselbenskedjan. Kandidat för denna typ av hörapparat är bl a personer med kroniska inflammatoriska processer i ytterörat som omöjliggör användning av konventionella hörapparater. Marknader SUB: S, 54' HA (medel 94-95) till ett värde av 138 MSEK, för 1999 prognostiseras 65 HA till ett värde av 220 MSEK. BAHA: 30/år, Cochl implantat: ca 1,000 i Sverige (2005). 2005: 89 HA till 64 personer per år. 110 försåldes i Sverige under 2007, ca 42% av de hörselskadade anpassas med hörapparater på både vänster och höger öra. Omsättningen var under 2007, 270 MSEK för hörapparater samt ca 100 MSEK för hörseltekniska hjälpmedel. Omsättningen har idag stigit till 300 MSEK för de 140 som säljs under en ettårsperiod, dvs medelpriset för en HA har sjunkit. 80% av hörapparaterna är bak-örat apparater i Sverige. Totalt använder ca 317 personer HA i Sverige. (Widex, ReSound, Oticon (S). Siemens, Starkey, Oticon, GN ReSound). Världsmarknaden för HA uppgår idag till ca 10 M apparater. När marknaden uppgick till 5.5 M apparater, var antalet apparater 2.1 M i Europa och 2.1 M i USA. Andel binaurala utprovningar ökar (fn får 70% av patienterna vid HS 2 HA, genomsnittet i S var tidigare ca 25%). Indikationsområdet utvidgas, HA allt mer sofistikerade och bättre. 230 modeller (lika många som häckande fågelarter) försäljs i S. Ca 10 leverantörer. Danska företag (3 st) världsledande. 11
Characteristics of normal newborn TEOAEs. Gender differences and ear asymmetries 12