CURSO PRÁCTICO PARA EL FUNCIONAMIENTO Y MANEJO DEL PROCESADOR DE VOZ EN IMPLANTADOS MED-EL Congreso Internacional de Foniatría, Audiología y Psicología.

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1 CURSO PRÁCTICO PARA EL FUNCIONAMIENTO Y MANEJO DEL PROCESADOR DE VOZ EN IMPLANTADOS MED-EL
Congreso Internacional de Foniatría, Audiología y Psicología del Lenguaje Salamanca, de Junio de 2002 Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

2 Parte 1: FUNCIONAMIENTO DEL IMPLANTE COCLEAR
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

3 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

4 Laberinto óseo y cóclea
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5 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

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

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

9 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

10 Células del órgano de Corti
Células de soporte Células sensoriales Células ciliadas externas 3 hileras (de a ) 90% inervación eferente 5% inervación aferente Estereocilios tocan membrana tectoria Células ciliadas internas 1 hilera (aprox ) 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

11 Percepción auditiva cóclea cóclea desenrollada Memb. de v. oval
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

12 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

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

14 Capacidad de sincronización
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15 Pérdidas auditivas Tipo Nivel Origen Transmisión Trauma acústico
Neurosensoriales Mixtas Retrococleares (Presbicusias) Nivel Leves (<20 dB) Moderadas (40-70 dB) Severas (70-90 dB) Profundas (>90 dB) Origen Trauma acústico Ototóxicos: Antibióticos Drogas estimulantes Malformaciones Síndromes Infecciones (otitis, otitis laberintizadas, infecciones víricas) Anoxia perinatal Traumatismo craneoencefálico Meningitis.... Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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

17 Imagen Rx de un implante
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18 Ángel de la Torre Vega – G. I
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19 Objetivos del implante coclear:
Proporcionar una representación del sonido que permita la comunicación oral: Identificar, discriminar y reconocer las distintas unidades de la voz: fonemas sílabas Palabras Proporcionar percepción de los sonidos Limitaciones: Técnicas Aprendizaje Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

20 La señal de voz /sal/ Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

21 La señal de voz /s/ /a/ /l/
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22 Espectro de las vocales
/i/ /a/ /o/ /a/ cerrada /u/ /e/ Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

23 Formantes 1º y 2º en vocales
3000 2500 /e/ /i/ 2000 freq. 2o formante (Hz) 1500 /a/ /u/ /o/ 1000 500 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 freq. 1er formante (Hz) Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

24 Espectro de consonantes sonoras
/m/ /l/ /n/ /y/ /ñ/ /R/ Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

25 Espectro de consonantes fricativas
/z/ /sh/ /f/ /ss/ /j/ Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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

27 Espectrograma (representación tiempo - frecuencia)
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28 Espectrograma (representación tiempo - frecuencia)
m b o i a kom p r a R p a n Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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

30 Cómo funciona el oído Extrae información de la señal de audio
Envía la información al cerebro en forma de estímulos nerviosos Mecanismos de percepción: Tonotópico Patrón temporal de estimulación El implante coclear trata de imitar el mecanismo de conversión del sonido en potenciales de acción Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

31 Características del oído humano
Configuración de la cóclea: 6.000 células ciliadas internas terminaciones nerviosas Repolarización: 2 ms ( disparos/seg) Conexión sináptica: sin interacción entre canales Capacidad de un oído entrenado: Resolución espectral: 1/9 tono (450 – 456 Hz) Resolución temporal: Hz Resolución de intensidad: 1 dB Mecanismos de adaptación Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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

33 Estrategias de estimulación
Separación de señal de audio en bandas de frecuencia Asignación de bandas a electrodos (tonotópica) Estimulación de los electrodos de acuerdo con la energía en cada banda de frecuencia en cada instante de tiempo (patrón temporal) Las limitaciones - compromisos y soluciones dan lugar a las estrategias de estimulación Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

34 Estrategias de codificación
Analógicas: Compressed Analog Pulsátiles: Extracción de características F0/F1/F2 MPEAK Híbridas: SMSP / SPEAK N-of-M ACE Forma de onda: ACE / CIS / CIS+ Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

35 CIS: Continuous Interleaved Sampling
Adquisición de la señal Ajuste niveles Banco de filtros y detecc. envolvente Generación estímulos Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

36 Tendencias en las estrategias
Estimulación monopolar Estimulación pulsátil con pulsos bifásicos Estrategias de forma de onda Algoritmos de respuesta rápida en la detección de envolvente Pulsos no solapados Alta tasa de estimulación Objetivos: Resolución frecuencial Resolución temporal Resolución en intensidad Sensibilidad Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

37 Percepción con Implante Coclear Limitaciones
Resolución espectral: Pocos electrodos (muchos menos de 6.000) ¿Por qué no más electrodos? Intervalo de frecuencia 200 Hz – Hz Resolución temporal: disparos/seg Respuesta a los distintos niveles de intensidad Limitaciones fisiológicas y ausencia de mecanismos de adaptación Limitaciones relacionadas con las habilidades Ángel de la Torre Vega – G.I. Procesamiento de Señales y Comunicaciones – DETC – UGR

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

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