ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 1 Sistemas de petaca y retroauricular.

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1 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 1 Sistemas de petaca y retroauricular

2 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 2 Cuándo es necesario el I.C. (criterios de selección de candidatos) Sordera neurosensorial –No en sordera retrococlear: Implante de tronco cerebral –No en sordera de transmisión: (Pérdidas moderadas) Prótesis auditivas, reconstrucción cadena huesecillos Sordera bilateral profunda Incapacitante para comprensión de voz

3 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 3 Criterios de Inclusión Adultos Sordera neurosensorial severa a profunda: –Sordera neurosensorial severa a profunda de 90 dB o peor a 500 Hz, 1000Hz y 2000Hz sin prótesis en ambos oídos. Estabilidad psicológica y expectativas realistas Fluidez en lenguaje con comprensión de lectura y escritura. Sin beneficio significativo de la amplificación en las mejores condiciones de adaptación posibles. –Puntuación menor o igual al 40% en frases sin apoyo. Duración de la sordera en ambos oídos menor de 25 años.

4 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 4 Criterios de Inclusión Niños Pérdida neurosensorial profunda bilateral con umbrales de 90dB o mayores a 1000 Hz sin beneficio funcional con audífono. Menores de 2 años mostrarán evidencias electrofisiológicas de sordera bilateral profunda. Deben completar un periodo de 3 a 6 meses con amplificación apropiada paralelamente a un programa de rehabilitación intensivo previo a I.C.

5 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR Umbrales auditivos prequirúrgicos

6 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 6 Aportaciones del I.C. Percepción de la voz Percepción de otros sonidos Limitaciones Objetivo: comunicación oral –Desarrollo lingüístico en niños –Comunicación en adultos Funcionamiento del I.C.

7 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 7 La señal de voz /sal/

8 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 8 La señal de voz /s//a//l/

9 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 9 Espectro de las vocales /a/ /e/ /a/ cerrada /i/ /o/ /u/

10 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 10 Espectro de las vocales /a/ /e/ /a/ cerrada /i/ /o/ /u/

11 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 11 Formantes 1º y 2º en vocales 500 1000 1500 2000 2500 3000 2003004005006007008009001000 freq. 2o formante (Hz) freq. 1er formante (Hz) /a/ /o/ /u/ /i/ /e/

12 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 12 Espectro de consonantes sonoras /l/ /R/ /y/ /m/ /n/ /ñ/

13 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 13 Espectro de consonantes fricativas /s/ /ss/ /sh/ /z/ /f/ /j/

14 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 14 Fonemas no estacionarios Fonemas estacionarios: –vocales: /a/ /e/ /i/ /o/ /u/ –consonantes sonoras: /l/ /y/ /R/ /m/ /n/ /ñ/ –consonantes fricativas: /s/ /sh/ /ss/ /z/ /f/ /j/ Fonemas no estacionarios: –Plosivas sordas: /p/ /t/ /k/ –Plosivas sonoras: /b/ /d/ /g/ –Otras consonantes: /ch/ /r/

15 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 15 Espectrograma (representación tiempo - frecuencia)

16 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 16 Espectrograma (representación tiempo - frecuencia) m b o i a kom p r a R p a n

17 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 17 Información relevante de la señal de voz: Para reconocimiento de voz: –Envolvente espectral (formantes) –Evolución temporal de los formantes Información espectral de tiempo corto Información complementaria: –Tono fundamental –Estructura fina del espectro

18 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 18 Cómo funciona el oído Extrae información de la señal de audio. Envía la información al cerebro en forma de estímulos nerviosos. El implante coclear trata de imitar el mecanismo de conversión del sonido en potenciales de acción.

19 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 19 Características del oído humano Configuración de la cóclea: 6.000 células ciliadas internas 40.000 terminaciones nerviosas Repolarización: 2 ms (400 - 500 disparos/seg) Conexión sináptica: sin interacción entre canales Capacidad de un oído entrenado: –Resolución espectral: 1/9 tono –Resolución temporal: 400 - 500 Hz –Resolución de intensidad: 1 dB

20 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 20 Capacidad del oído humano Resolución en frecuencia: 1/9 tono: –fo - 1.013*fo450 Hz - 456 Hz –rango de frecuencia: 20 Hz - 20.000 Hz Resolución en el tiempo: –limitado por tiempo relajación de células ciliadas y terminaciones nerviosas (~400 disparos por seg.) Resolución en intensidad: –Unos 10 niveles de intensidad entre THR-MCL asociados a las distintas terminaciones de cada neurona Mecanismos de adaptación.

21 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 21 Limitaciones del implante coclear No hay conexión sináptica: –Un electrodo estimula muchas fibras –Si se estimulan simultáneamente varios electrodos hay interferencia entre canales Consecuencias: –Pocos electrodos (se representa sólo la envolvente espectral) –Alta tasa de estimulación –En cada instante sólo se estimula un canal

22 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 22 Percepción con Implante Coclear Implante: varios electrodos (muchos menos de 4000) –¿Por qué no más electrodos? –Intervalo de frecuencia 200 Hz - 8500 Hz Respuesta en el tiempo: 1500... 3000 disparos/seg. Respuesta a los distintos niveles de intensidad

23 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 23 Diseño de los Implantes Cocleares Limitaciones acoplamiento entre electrodos y terminaciones nerviosas Limitaciones: – procesamiento de señal –comsumo –tamaño Posibilidades y límites: sonidos / voz

24 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 24 ¿Cómo oye un implantado? No se puede saber Sólo unos pocos pacientes están en condiciones de hacer comparaciones Observación indirecta (qué son capaces de hacer) Teniendo en cuenta todo el proceso de estimulación se puede sintetizar la señal “tal y como la oiría un implantado”

25 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 25 Aportaciones del Implante Coclear Percepción auditiva con calidad suficiente para comprensión del habla (sin ruido) Para ello, antes hay que desarrollar.... –habilidades perceptuales –habilidades lingüísticas Comprensión de la voz en ruido: difícil Percepción de los distintos sonidos, música –proporciona toda la información temporal que un oído normal puede percibir (poca resolución espectral)

26 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 26 Estrategias de codificación Analógicas: –Compressed Analog (Clarion) Pulsátiles: –Extracción de características F0/F1/F2 (Cochlear) MPEAK(Cochlear) –Híbridas: SMSP / SPEAK (Cochlear) N-of-M (Medel) –Forma de onda: ACE / CIS / CIS+ (Cochlear Clarion Medel)

27 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 27 Estrategias Pulsátiles (Digitales) Forma de onda CIS CIS+ Extracción de Características MPEAK F0/F1/F2 F0/F2 IP1 Híbridas n-of-m ACE SPEAK SMSP IP2 Pre-procesamiento

28 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 28 Compressed Analog compresion Estim. elec 1 Estim. elec 2 Estim. elec 3 Estim. elec 4 Estim. elec 5 Banco de filtros Ajuste de niveles Adquisición de la señal Estimulación

29 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 29 Compressed analog Estimulación analógica (no pulsátil) Estimulación simultánea de todos los electrodos (interacción entre canales) –Estimulación bipolar –Campo eléctrico de cercanía

30 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 30 F0 / F1 / F2 Estima parámetros: –F0: tono fundamental (frecuencia) –F1: primer formante (frecuencia y amplitud) –F2: segundo formante (frecuencia y amplitud) Estimula dos electrodos en cada ciclo: –los correspondientes a las frecuencias F1 y F2 –con las amplitudes estimadas para F1 y F2 –con la tasa de estimulación asociada a F0

31 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 31 F0 / F1 / F2 F2 1 k - 3 k Generador de pulsos Selección de electrodos Adquisición de la señal Estimulación F1 300 - 1 k F0 0 - 270 F2 A2 F1 A1 Generador de estímulos Generador de estímulos Extracción de características Ajuste de niveles

32 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 32 F0 / F1 / F2 F2 1 k - 3 k Generador de pulsos Selección de electrodos Adquisición de la señal Estimulación F1 300 - 1 k F0 0 - 270 F2 A2 F1 A1 Generador de estímulos Generador de estímulos Extracción de características Ajuste de niveles Selecciona uno entre canales 6-20 Selecciona uno entre canales 1-5

33 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 33 MPEAK (Multi Peak) F2 800 - 4 k Generador de pulsos Selección de electrodos Adquisición de la señal Estimulación F1 300 - 1 k F0 0 - 270 F2 A2 F1 A1 Generador de estímulos Generador de estímulos Extracción de características Ajuste de niveles 4 k - 6 k 2.8 k - 4 k 2 k - 2.8 k Electrodo 20 Electrodo 17 Electrodo 14

34 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 34 Extracción de características Presentan la información esencial para percibir la voz: –Tono fundamental (F0) –Primer y segundo formante Representación pobre de la voz Sensibilidad a estimación de F0, F1 y F2: –Respuesta pobre en condiciones de ruido

35 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 35 SMSP, SPEAK y N-of-M Adquisición de la señal Selección de los N canales con mayor intensidad Ajuste de niveles Selección de electrodos Estimulación Banco de filtros y detecc. envolvente

36 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 36 Implementaciones (alta tasa de estimulación) : –SMSP: en cada ciclo, 6-de-16 canales –SPEAK: en cada ciclo, 6-de-20 canales –N-of-M: en cada ciclo, 2-de-12 a 11-de-12 Ventajas: –Mejor representación que extracción de carac. –Menos sensible a ruido de fondo Inconvenientes: –Se pierde información (canales con menos energía) Compromiso: – Número de canales - tasa de estimulación

37 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 37 CIS: Continuous Interleaved Sampling Adquisición de la señal Ajuste niveles Banco de filtros y detecc. envolvente Generación estímulos

38 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 38 Implementaciones (alta tasa de estimulación) : –ACE (Nucleus): hasta 8 canales –CIS (Clarion): hasta 8 canales –CIS+ (Medel): hasta 12 canales Ventajas: –Todos los electrodos estimulados en cada ciclo con alta tasa de estimulación –Mejor representación de la señal de audio –Mejor resolución en intensidad –Mayor sensibilidad

39 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 39 Tendencias en estrategias de codificación: –Reducir extracción de características –Alta tasa de estimulación Todas las estrategias actuales (CA, SPEAK, CIS) proporcionan resultados satisfactorios: –Envolvente espectral –Resolución temporal –Resolución en intensidad Prestaciones: –Representación audio suficiente para comprender voz Limitaciones: música y ruido Los implantes en el futuro

40 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 40 ¿Qué es programar el I.C.? Ajustar los parámetros del sistema de implante coclear para que el paciente obtenga un aprovechamiento óptimo: –Parámetros de estimulación –Parámetros de representación del sonido

41 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 41 Montaje para programar I.C. Ordenador para acceder al procesador InterfaceProcesador Transmisor

42 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 42 Programación del procesador Parámetros ajustables: –conexión de electrodos –niveles de estimulación en cada electrodo Umbrales de percepción: THR Máximos niveles de confort: MCL –parámetros especiales Objetivos: –adaptar la estimulación a los valores particulares de cada paciente –proporcionar la máxima calidad de audición

43 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 43 Importancia del ajuste Electrodos activados: –La banda útil se reparte entre los electrodos activos. Si un electrodo no es funcional debe desconectarse Umbrales de percepción: –Para tener sensibilidad (20 - 30 dB) y para poder discriminar niveles de volumen Máximos niveles de confort: –Para escuchar los sonidos fuertes (80 - 110 dB) fuertes pero sin llegar a sensación de dolor

44 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 44 Dificultades del ajuste Colaboración paciente - programador Capacidad / tiempo de atención del paciente Capacidad de expresión del paciente Descripción del paciente subjetiva Tolerancia del paciente a imprecisión Evolución fisiológica del paciente Objetivos mínimos cubiertos

45 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 45 Influencia de la programación en la capacidad de percepción El número de electrodos –rango de frecuencia Electrodos no funcionales conectados –excepciones transitorias Electrodos con estimulaciones colaterales Sobre-estimación de umbrales Infra-estimación de umbrales Desajustes de MCL

46 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 46 Parámetros ajustables: Parámetros de estimulación: –Determinación de electrodos funcionales –Rango dinámico de cada electrodo: umbral y máximo nivel de confort Parámetros de representación del sonido: –Modo de estimulación –Estrategia de codificación –Bandas de frecuencia asignadas a electrodos –Tasa de estimulación –Mapeo de intensidad, volumen, sensibilidad

47 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 47 Determinación de electrodos funcionales –Electrodos dentro de la cóclea –Electrodos dentro de la cóclea en zona poco inervada –Electrodos fuera de la cóclea –Estimulación colateral

48 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 48 Rango dinámico de cada electrodo Rango dinámico eléctrico: es el intervalo comprendido entre –Umbral (THR): mínima estimulación eléctrica que detecta el paciente –Máximo nivel de confort (MCL): máxima estimulación eléctrica que tolera el paciente El rango dinámico debe establecerse para cada electrodo independientemente

49 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 49 20 dB 100 dB THR MCL Rango dinámico acústico Rango dinámico eléctrico Mapeo del rango dinámico acústico al eléctrico

50 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 50 Ejemplo de rango dinámico Ecualización de canales 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 zona apicalzona basal

51 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 51 Ejemplo de rango dinámico Crecimiento de niveles en zona basal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 zona apicalzona basal

52 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 52 Parámetros relacionados con la representación del sonido: Modo de estimulación Estrategia de codificación Bandas de frecuencia asignadas a electrodos Tasa de estimulación Mapeo de intensidad Volumen Sensibilidad Programas para situaciones especiales

53 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 53 Modo de estimulación Configuración eléctrica de los electrodos tierra comun bipolar bipolar + 1bipolar +2 Inactivo Activo Referencia monopolar electrodo extracoclear alejado

54 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 54 Modo de estimulación Distribución de la corriente eléctrica Inactivo Activo Referencia tierra comun bipolar monopolar bipolar + 1bipolar +2

55 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 55 Estrategia de codificación Clarion –Compressed Analog –CIS Cochlear –MPEAK –SPEAK –ACE Medel –N-of-M –CIS

56 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 56 Bandas de frecuencia asignadas a electrodos Rango espectral Distribución de los filtros en frecuencia: (Ancho de banda y frecuencia central de cada canal) –Lineal, logarítmica, lin-log.... –Elegida libremente por el programador 20 Hz200 Hz2 kHz20 kHz Rango espectral audición (20 Hz - 20 kHz) Voz (200 Hz - 6 kHz) Tel. (350 Hz - 3.5 kHz) I.C. típ. (300 Hz - 5 kHz) I. C. máx (200 Hz - 10 kHz)

57 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 57 Tasa de estimulación Es el número de estímulos por segundo en cada electrodo Mejor cuanto más alta –Tiempo de repolarización: 2ms –Conviene que sea superior a 800 o 1000 disparos por segundo Limitada por: –Tecnología del procesador –Número de electrodos activos en cada ciclo de estimulación –Duración de los pulsos eléctricos

58 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 58 Mapeo de intensidad (maplaw) Rango dinámico acústico 20 dB 100 dB Nivel estim. eléctrico THR MCL

59 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 59 Mapeo de intensidad (maplaw) Rango dinámico acústico 20 dB 100 dB Nivel estim. eléctrico THR MCL

60 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 60 Control de volumen Nivel de volumen 0%100% Niveles estimados THR MCL 0 MCL utilizado THR utilizado

61 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 61 Control de volumen Nivel de volumen 0%100% Niveles estimados THR MCL 0 75%

62 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 62 Control de sensibilidad Rango dinámico acústico 20 dB 100 dB Nivel estim. eléctrico THR MCL

63 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 63 Control de sensibilidad Rango dinámico acústico 20 dB 100 dB Nivel estim. eléctrico THR MCL

64 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 64 Control de sensibilidad Rango dinámico acústico 20 dB 100 dB Nivel estim. eléctrico THR MCL

65 ATV 2002 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR 65 Resultados en Implantes Cocleares Factores que afectan: –Edad de implantación –Nivel de lenguaje previo a sordera –Experiencia auditiva previa a sordera –Otros factores: Habilidades intelectuales Entorno social-familiar Presencia de otras patologías Etc....

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