Download Sin título de diapositiva - Departamento de Teoría de la Señal

Universidad
de Granada
Programa de Doctorado
BIOINGENIERÍA Y FÍSICA MÉDICA
SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE
INSTRUMENTACIÓN BIOMÉDICA:
INSTRUMENTACIÓN EN AUDIOLOGÍA
Ángel de la Torre Vega
Dpto. Electrónica y Tecnología de Computadores
Universidad de Granada
Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR
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Esquema de la presentación
• Audiología:
– Anatomía y fisiología del oído
– Anatomía y fisiología de las vías auditivas
• Exploraciones funcionales en ORL
– Medidas subjetivas
– Medidas objetivas
• Programas de screening
• Potenciales evocados auditivos
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Órganos de la audición
• Anatomía (se conoce desde siglo XIX)
• Fisiología (años 60)
• Órganos de la audición:
– Oído externo
– Oído medio
– Oído interno
– Vías auditivas
– Corteza cerebral
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Papel de los órganos
• Oídos externo y medio:
– Protección y transmisión onda mecánica
• Oído interno:
– Transducción auditiva (generación de potenciales de acción)
• Vías auditivas:
– Transmisión de los potenciales de acción
• Corteza cerebral:
– Procesamiento de la información
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cadena de huesecillos
nervio auditivo
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cóclea
ventana
redonda
tímpano
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ventana oval
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Transducción auditiva
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cóclea
cóclea desenrollada
v. oval
estribo
Memb. de
Reissner
Cel.ciliadas
pared
coclear
vibración
v. redonda
perilinfa
nervio
auditivo
Memb. basilar
Impulsos eléctricos
Potenciales de acción
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Los mecanismos involucrados en la audición
son más complicados
• Oído externo: respuesta en frecuencia depende de la dirección
(localización y detección de movimiento de fuentes)
• Oído medio: reflejo estapedial
• Oído interno: sintonización
– Células ciliadas externas (inervación eferente –descendente-)
– Células ciliadas internas (inervación aferente –ascendente-)
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• Vías auditivas: distintas estaciones:
– Tronco cerebral (núcleos cocleares, colículo inferior, cuerpo
geniculado medio)
– Con distintas funciones:
•
•
•
•
Generación reflejo estapedial
Estimulación eferente células ciliadas internas
Inhibición/realce de respuestas
Localización del sonido
• Corteza cerebral:
– Procesamiento de la información
– Conexión con otras áreas (lenguaje)
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Audiología
• Funcionamiento oído normal:
– Procesamiento señal de audio
• Funcionamiento oído patológico:
– Problemas
– Limitaciones en la audición
– Tratamiento
• Exploraciones audiológicas
– Evaluación de la funcionalidad
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El laberinto
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• Laberinto:
– Vestíbulo
– Cóclea
– Conductos semicirculares
• Laberinto:
– Laberinto óseo
– Laberinto membranoso
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Laberinto óseo y cóclea
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Laberinto óseo anterior (cóclea)
1-2 mm
5-6 mm
• Hueso compacto
• Formado en el 5º mes de vida embrionaria
• Tubo cónico, enrollado sobre cono que describe 2 vueltas y
media
32-35 mm
9 mm
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Sección de la cóclea
Sección de la lámina
espiral ósea
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1.
2.
3.
4.
5.
6.
Columela o modiolo
Lámina de los contornos
Canal de Rosenthal
Lámina espiral ósea
Habénula perforata
Orificios salida nervio auditivo
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1.
2.
3.
Canal de Rosenthal
Canal aferente de la
lámina espiral
Habénula perforata
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Laberinto membranoso (rampas cocleares)
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El órgano de Corti
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Células del órgano de Corti
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• Células de soporte
• Células sensoriales
– Células ciliadas externas
•
•
•
•
3 hileras (de 18.000 a 20.000)
90% inervación eferente
5% inervación aferente
Estereocilios tocan membrana tectoria
– Células ciliadas internas
•
•
•
•
1 hilera (aprox. 6.000)
10% inervación eferente
95% inervación aferente
Estereocilios no tocan la membrana tectoria
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Células ciliadas
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
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Núcleo
Mitocondrias
Estereocilios
Placa basal de los estereoc.
Cuerpo de Hensen
Microvellosidades C. Soporte
Placa basal kinocilio vestigial
Fibras nerviosas afer. efer.
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Papel de las células ciliadas externas
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• Capacidad motriz (inervación eferente)
• Mueven la membrana basal
• Relacionadas con mecanismo de afinación o
sintonización
• Relacionadas con las otoemisiones acústicas
• Ototóxicos selectivos (afectan a CCE y no a CCI):
gentamicina, estreptomicina:
– Pérdida de OAE
– Pérdida de capacidad de sintonización
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•
•
•
•
Fisiología de la audición
Oído externo: pabellón y CAE
Oído medio: tímpano y osículos
Oído interno: cóclea
Vías auditivas:
– Nervio acústico (VIII par)
– Tronco cerebral
• Corteza cerebral
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Oído externo
• Pabellón auditivo:
– Amplificación 10dB
– Función de transferencia dependiente de la dirección
(localización y detección de movimiento)
• Conducto Auditivo Externo (CAE):
– Amplifica la zona 2.000 – 5.000 Hz
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Oído medio
• Tímpano y osículos (martillo, yunque y estribo)
• Función: amplificación y transmisión de onda mecánica
al oído interno
• Amplificación:
– Brazo de palanca cadena de huesecillos
– Relación superficie tímpano – platina del estribo (de 14:1 a 27:1)
– Ganancia: 27 – 35 dB dependiendo de la frecuencia
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... Oído medio
• Trompa de Eustaquio:
– Equilibrio de presión del aire entre caja del oído medio y el
exterior
• Si no, disminuye la movilidad del tímpano y se reduce la
ganancia del oído medio
– Drenaje y secreción de agentes antiinfecciosos
• Músculo estapedial:
– Sonido intenso produce contracción bilateral
– Reduce el movimiento del estribo
– Función: reducir ganancia para:
• Protección del oído interno
• Mejor percepción a altas intensidades
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Oído interno
• Conocimientos Siglo XIX:
– Histología: Huschke, Reissner y Corti
– Teoría de la resonancia: Fourier, Ohm, Helmholtz:
cuerdas en el oído interno que vibrarían por
resonancia de acuerdo con frecuencias del sonido
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...Oído interno
• Von Bekesy (años 60)
– Teoría tonotópica
– Onda viajera en la membrana basilar
Para cada frecuencia existe una zona del órgano
de Corti que da una respuesta máxima. Esta zona
da lugar a una sensación precisa de tono
– Nobel en Medicina
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Onda viajera en membrana Basilar
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Punto de máxima estimulación
6 kHz
5 kHz
8 kHz
4 kHz
10 kHz
350 Hz
3200 Hz
250 Hz
600 Hz
12 kHz
800 Hz
20 Hz
200 Hz
80 Hz 150 Hz
2000 Hz
1000 Hz
15 kHz
2500 Hz
1400 Hz
20 kHz
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Respuesta en frecuencia de 6 puntos de la
cóclea
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Teorías de la percepción sonora
• Tonotópica
• Patrón temporal de estimulación
– Frecuencia máxima de disparo en células ciliadas y fibras del
nervio coclear: 400 – 800 descargas por segundo
– Patrón temporal: depende de la sincronización
• Combinación de ambos mecanismos:
– A bajas frecuencias predomina el patrón temporal de
estimulación
– A altas frecuencias predomina tonotopia
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Capacidad de sincronización
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Excitación de las células ciliadas
(mecanismo pasivo)
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1.
2.
3.
4.
5.
6.
Modiolo o columela
M. Tectoria
M. Basal
Lámina reticular
C.C. Interna
C.C. Externa
A.
B-
Reposo
Excitación
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Mecanismo activo (sintonización)
• La actividad de las C.C.E.
modifica la onda viajera,
apareciendo un pico para la
frecuencia sintonizada
• De este modo se mejora
la selectividad frecuencial
por encima de los límites
permitidos por la mecánica
coclear
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Curvas de sintonización
A.
BC-
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Fibras aferentes
C.C. Internas
Membrana basilar
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Curvas de
sintonización
Efecto de daño en
las células ciliadas
externas
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Vías auditivas
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• Nervio coclear:
– 30.000 a 40.000 terminaciones nerviosas que hacen sinapsis con
células ciliadas
• Conexión con tronco cerebral
– Núcleos cocleares
– Colículo inferior
– Cuerpo geniculado medio
• Corteza cerebral
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Vías auditivas
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•
Homolateral para frecuencias bajas
•
Contralateral para frecuencias altas
Corteza cerebral
Cuerpo geniculado medio
Colículo inferior
Núcleos cocleares
Función:
•
Inhibición sonidos estacionarios
•
Disparo sonidos nuevos
•
Audición binaural
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Codificación del sonido (I)
• Frecuencia:
– Mecanismo tonotópico
– Patrón temporal de estimulación (sincronización disparos)
• Intensidad:
– Tasa de disparo
– Número de fibras activadas
• Evolución temporal de intensidad y freq.:
– Ataque – caída de sonidos: sincronización
– Sonidos estacionarios: no se percibe la fase
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Codificación del sonido (II)
• Mecanismos activos de audición:
– Reflejo estapedial
– Sintonización frecuencial:
• Involucra vías eferentes y células ciliadas externas
• Papel clave en la percepción en entornos ruidosos
• Papel clave en la atención en varias fuentes sonoras
• Entrenamiento auditivo
– Inhibición de respuestas estacionarias:
• Papel clave en la percepción en condiciones de ruido
– Detección de desfase entre respuesta bilaterales
• Papel clave en la percepción binaural
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Patologías de la audición
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• Origen
• Hipoacusias
–
–
–
–
–
Transmisión
Neurosensoriales
Mixtas
Retrococleares
(Presbicusias)
• Acúfenos
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– Trauma acústico
– Ototóxicos:
• Antibióticos
• Drogas estimulantes
– Malformaciones
– Síndromes
– Infecciones (otitis, otitis
laberintizadas,
infecciones víricas)
– Anoxia perinatal
– Traumatismo
craneoencefálico
– Meningitis....
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Tipos de pérdida auditiva
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• Nivel de pérdida:
–
–
–
–
Leve
20 – 40 dB
Moderada
40 – 70 dB
Severa
70 – 90 dB
Profunda > 90 dB
• En relación al nivel de lenguaje:
– Prelocutiva / perilocutiva / postlocutiva
• En relación al momento de adquisición:
– Prenatal (genética/adquirida) / perinatal / postnatal
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Exploraciones audiológicas
• Infantil:
– Otoemisiones acústicas (OAE): screening
– Audiometría conductual
– Potenciales evocados auditivos (EABR)
• Adultos:
– Audiometría tonal
– Audiometría verbal
– EABR
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Problemas de la sordera
• En niños:
– Afecta al desarrollo lingüístico
– ...por tanto al desarrollo educativo
– ...y al desarrollo social
• En adultos:
– Dificulta la comunicación
– Vías alternativas:
• Lectura labial (adultos postlocutivos)
• Lenguaje de signos (adultos prelocutivos)
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Tratamiento de hipoacusias
• Importancia de la intervención temprana
• Importancia de los métodos de screening:
– En grupos de riesgo
– Screening universal
• Sorderas moderadas – severas:
– Audífonos (amplificación) analógicos/digitales
• Sorderas severas – profundas:
– Implante coclear (estimulación eléctrica del nervio coclear)
– Implante de tronco cerebral
– Implante de oído medio
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transmisor RF
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receptor RF y
emisor de estímulos
electrodo de referencia
micrófono y
procesador
electrodos
activos
guía de electrodos
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Imagen Rx de un implante
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Exploraciones funcionales en O.R.L.
• Subjetivas:
– Audiometría tonal:
• Campo libre
• Vía aérea
• Vía ósea
– Audiometría verbal (logo-audiometría)
– Audiometría conductual
•
•
•
•
Reflejos
Búsqueda
Audiometría de juego
Condicionamiento
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Exploraciones funcionales en O.R.L.
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• Objetivas:
–
–
–
–
Emisiones Oto-Acústicas (O.A.E.) y D.P.
Timpanometría
Test de reflejo estapedial (S.R.T.)
Potenciales Evocados Auditivos del Tronco (P.E.A.T. ó
E.A.B.R.)
• Limitaciones:
– Por el procedimiento
– Por la precisión
– Falsos positivos / falsos negativos
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Programas de screening
• Incidencia hipoacusia severa-profunda
•
•
•
•
O.A.E.
E.A.B.R.
Seguimiento (exploraciones complementarias)
Tratamiento:
– Prótesis auditivas (audífonos)
– Implantes de oído medio
– Implantes cocleares
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Potenciales evocados auditivos
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Potenciales evocados auditivos
• Electrococleografía
• Potenciales del tronco cerebral
• Potenciales de latencia media
– Potenciales de estado estable
• Potenciales de latencia larga-ultralarga
• Utilidades y limitaciones
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Procedimiento de registro
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Equipo de potenciales evocados
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Potenciales evocados auditivos:
procedimiento de registro
activo
ch 1
ch 2
Headph
Ordenador para
registro de potenciales
Preamplif.
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Registros EABR
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Difucultades del registro de EABR
• Sensibilidad:
– Amplitudes del orden de 500 nV – 1 uV.
– Preamplificador de bajo nivel de ruido
• Artefacto:
– No sincronizado:
• Promediación
• Rechazo de artefacto
– Sincronizado
• Evitar interferencias
• Evitar sincronización
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Promediación
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Variación de los registros en
función de la intensidad
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Universidad
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Amplitud vs nivel estimulación:
Umbral EABR
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Latencias
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EABR en implantes cocleares
• Utilidad de EABR en pacientes con I.C.
– Comprobación funcionalidad
– Estimación de niveles de referencia
– Programación y ajuste del procesador del I.C.
• Dificultades:
– Estímulo eléctrico (1 V – 5 V)
– Registro de respuesta (0.5 uV – 1 uV):
• Artefacto 2e6 veces mayor
• Artefacto sincronizado
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Potenciales de tronco evocados eléctricamente
Configuración típica
activo 1
activo 2
refer.
Sincron.
Preamplif.
Ordenador para
registro de
potenciales
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Estimulador
Sincron.
Ordenador para
generación de
estímulos
Interface
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Registro típico EABR en I.C.
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•
•
•
•
Modelado del artefacto de
estimulación
Circuito RC (resistencia-condensador)
Estimulación-relajación exponencial
Red compleja de elementos RC
Caracterización eléctrica de los tejidos del
paciente
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Modelo artefacto de estimulación
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Tratamiento numérico del artefacto
• Registro = Respuesta Biológica + Artef. Estím.
• Artef. Estím. Comportamiento aprox. exponencial
• Estimación mediante interpolación polinómica
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Tratamiento numérico del artefacto
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Universidad
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Tratamiento numérico del artefacto
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Ejemplo de registros EABR en I.C.
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Test de promontorio
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• Estimulación eléctrica extracoclear:
– Electrodo de aguja transtimpánico
– Electrodo de bola (transtimpánico o timpanotomía
posterior)
• Evaluación de la respuesta:
– Subjetiva
– Objetiva
• Utilidad de la exploración
• Dificultades
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Conclusiones
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• Audiología
– Conceptos básicos
• Screening neonatal universal
– Marco legislativo
– Importancia
• Medidas objetivas en ORL
– Importancia en determinados casos
• Colaboración de físicos o ingenieros con
médicos
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