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

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Papel de los órganos Oídos externo y medio: Oído interno: 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

cadena de huesecillos nervio auditivo cóclea ventana redonda tímpano ventana oval ventana cóclea nervio auditivo redonda Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Transducción auditiva cóclea cóclea desenrollada estribo v. oval vibración v. redonda Cel.ciliadas Memb. de Reissner perilinfa coclear Memb. basilar Potenciales de acción pared Impulsos eléctricos auditivo nervio Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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-) Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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) Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Audiología Funcionamiento oído normal: Funcionamiento oído patológico: Procesamiento señal de audio Funcionamiento oído patológico: Problemas Limitaciones en la audición Tratamiento Exploraciones audiológicas Evaluación de la funcionalidad Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

El laberinto Laberinto: Vestíbulo Cóclea Conductos semicirculares Laberinto óseo Laberinto membranoso Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Laberinto óseo y cóclea Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Laberinto óseo anterior (cóclea) Hueso compacto Formado en el 5º mes de vida embrionaria Tubo cónico, enrollado sobre cono que describe 2 vueltas y media 5-6 mm 1-2 mm 32-35 mm 9 mm Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Sección de la lámina espiral ósea Sección de la cóclea Sección de la lámina espiral ósea Columela o modiolo Lámina de los contornos Canal de Rosenthal Lámina espiral ósea Habénula perforata Orificios salida nervio auditivo Canal de Rosenthal Canal aferente de la lámina espiral Habénula perforata Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Laberinto membranoso (rampas cocleares) Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

El órgano de Corti Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Células del órgano de Corti 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Células ciliadas Núcleo Mitocondrias Estereocilios Placa basal de los estereoc. Cuerpo de Hensen Microvellosidades C. Soporte Placa basal kinocilio vestigial Fibras nerviosas afer. efer. Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Papel de las células ciliadas externas 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Oído externo Pabellón auditivo: Conducto Auditivo Externo (CAE): 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

... Oído medio Trompa de Eustaquio: Músculo estapedial: 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

...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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Onda viajera en membrana Basilar Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Punto de máxima estimulación 20 Hz 80 Hz 150 Hz 200 Hz 250 Hz 350 Hz 600 Hz 800 Hz 1000 Hz 1400 Hz 2000 Hz 2500 Hz 3200 Hz 4 kHz 5 kHz 6 kHz 8 kHz 10 kHz 12 kHz 15 kHz 20 kHz Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Respuesta en frecuencia de 6 puntos de la cóclea Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Capacidad de sincronización Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Excitación de las células ciliadas (mecanismo pasivo) Modiolo o columela M. Tectoria M. Basal Lámina reticular C.C. Interna C.C. Externa A. Reposo B- Excitación Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Curvas de sintonización A. Fibras aferentes B- C.C. Internas C- Membrana basilar Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Curvas de sintonización Efecto de daño en las células ciliadas externas Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Vías auditivas Nervio coclear: Conexión con tronco cerebral 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Vías auditivas 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Patologías de la audición Origen Trauma acústico Ototóxicos: Antibióticos Drogas estimulantes Malformaciones Síndromes Infecciones (otitis, otitis laberintizadas, infecciones víricas) Anoxia perinatal Traumatismo craneoencefálico Meningitis.... Hipoacusias Transmisión Neurosensoriales Mixtas Retrococleares (Presbicusias) Acúfenos Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Tipos de pérdida auditiva 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Exploraciones audiológicas Infantil: Otoemisiones acústicas (OAE): screening Audiometría conductual Potenciales evocados auditivos (EABR) Adultos: Audiometría tonal Audiometría verbal EABR Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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) Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

electrodo de referencia transmisor RF receptor RF y emisor de estímulos electrodo de referencia micrófono y procesador electrodos activos guía de electrodos Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Imagen Rx de un implante Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Ángel de la Torre Vega – G. I Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Exploraciones funcionales en O.R.L. 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Potenciales evocados auditivos Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Potenciales evocados auditivos Electrococleografía Potenciales del tronco cerebral Potenciales de latencia media Potenciales de estado estable Potenciales de latencia larga-ultralarga Utilidades y limitaciones Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Procedimiento de registro Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Equipo de potenciales evocados Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Potenciales evocados auditivos: procedimiento de registro activo ch 1 ch 2 Headph Preamplif. Ordenador para registro de potenciales Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Registros EABR Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Promediación Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Ángel de la Torre Vega – G. I Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Variación de los registros en función de la intensidad Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Amplitud vs nivel estimulación: Umbral EABR Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Latencias Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Potenciales de tronco evocados eléctricamente Configuración típica activo 1 activo 2 refer. Sincron. Preamplif. Ordenador para generación de estímulos registro de potenciales Estimulador Interface Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Registro típico EABR en I.C. Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Modelado del artefacto de estimulación Circuito RC (resistencia-condensador) Estimulación-relajación exponencial Red compleja de elementos RC Caracterización eléctrica de los tejidos del paciente Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Modelo artefacto de estimulación Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Tratamiento numérico del artefacto Registro = Respuesta Biológica + Artef. Estím. Artef. Estím. Comportamiento aprox. exponencial Estimación mediante interpolación polinómica Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Tratamiento numérico del artefacto Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Tratamiento numérico del artefacto Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Ejemplo de registros EABR en I.C. Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Test de promontorio 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 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

Conclusiones Audiología Screening neonatal universal Conceptos básicos Screening neonatal universal Marco legislativo Importancia Medidas objetivas en ORL Importancia en determinados casos Colaboración de físicos o ingenieros con médicos Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR