PEAee EN LA DETECCIÓN DE HIPOACUSIA
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- María Pilar Camacho Marín
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1 PEAee EN LA DETECCIÓN DE HIPOACUSIA Lely A. Luengas. Tecnología en Electrónica. Facultad Tecnológica. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá, Colombia. Resumen La audiometría convencional explora el aparato auditivo por medio de una respuesta consciente y voluntaria del individuo, la cual es variable en ciertos casos particulares (simuladores, psicóticos, etc.). Debido a esta alteración se ha visto la necesidad de obtener información cada vez más exacta del receptor auditivo y su vía, para ello se han desarrollado métodos objetivos que exploran el sistema sensorial basados en el estudio de un reflejo o respuesta incontrolada de un sujeto. Hasta el momento se han descrito varias técnicas electrofisiológicas para realizar audiometrías objetivas detalladas por frecuencias, la más reciente y más prometedora en el campo audiométrico es la que emplea potenciales evocados de estado estable (PEAee). Se describe un sistema realizado con el fin de detectar hipoacusia en diferentes frecuencias e intensidades, utilizando una técnica poco explorada, que consiste en el empleo de múltiples frecuencias de estimulación y el registro de potenciales evocados de estado estable (PEAee). Palabras claves Audiometría, desórdenes auditivos, hipoacusia, múltiples respuestas auditivas, potenciales evocados, respuesta auditiva. I. INTRODUCCIÓN La función auditiva se establece a través de la interacción de un sistema complejo que comprende varios niveles: periferia, vías neurales y áreas corticales. Una lesión en cualquiera de estos niveles puede producir pérdida auditiva (hipoacusia). Para determinar el nivel de hipoacusia nació la audiometría, definida como la parte de la audiología que estudia la medida de la audición tanto en los umbrales liminales como a través del campo acústico y todos los problemas derivados de estas medidas. Debido a la importancia de la audición y de los métodos audiométricos, se ha querido realizar un proyecto donde se trabaja un nuevo método para determinar el nivel de audición. En el presente documento se nombran, en primera instancia, las técnicas audiométricas utilizadas normalmente, luego se muestra detalladamente la técnica a utilizar. Finalmente, se aborda el equipo realizado para utilizar el método audiométrico escogido y por último se muestran los resultados obtenidos al utilizar el equipo propuesto. II. MÉTODOS PARA LA EVALUACIÓN DE LA AUDICIÓN Existen varias técnicas para caracterizar el nivel de audición dependiendo del aspecto a examinar, de tipo psicofísicas como Audiometría tonal, Audiometría liminal (Vía aérea y Vía ósea) y Audiometria Supraliminal; y técnicas electroaudiométricas, basadas en el estudio de un reflejo o respuesta incontrolada del individuo. Métodos Psicofísicos Con ellos habitualmente se exploran tres aspectos esenciales de la función auditiva: Sensibilidad auditiva. Gama dinámica. Selectividad de frecuencias. La sensibilidad auditiva se mide determinando la mínima intensidad perceptible o umbral conductual para tonos puros continuos de diferentes frecuencias (audiometría liminal). La exploración de la gama dinámica se puede realizar de distintas formas; el estudio ideal se ejecuta estableciendo la relación entre intensidad subjetiva (sonoridad) y estímulos de intensidad objetiva variable, para cada frecuencia. En pacientes con pérdidas neurosensoriales aparece un fenómeno conocido como reclutamiento, donde pequeños incrementos de intensidad se perciben como incrementos mucho mayores. Una de las pruebas más usadas para el reclutamiento es la audiometría supraliminal. La selectividad de frecuencias se explora psicofisicamente a través de dos aspectos fundamentales: la discriminación de frecuencias y la resolución de frecuencias [2]. Técnicas Electroaudiométricas Es un método objetivo que explora el sistema sensorial, tomando como base los potenciales evocados auditivos (PEA). Los PEA son fluctuaciones cuasi sinusoidales de voltaje en el tiempo que ocurren en respuesta a estímulos sonoros repetitivos de determinadas características y que representan la activación de subpoblaciones neurales a distintos niveles de la vía auditiva desde la cóclea hasta la corteza.
2 Los potenciales se clasifican de acuerdo con el período de tiempo en que ocurren sus componentes medidos a partir de la presentación del estímulo [1] en Respuestas transientes: PEA de corta latencia (PEACL), de media latencia (PEAML), de larga latencia (PEALL) y tardíos; Respuestas sostenidas: potencial microfónico colcear y potencial de sumación; y Respuestas de estado estable: respuesta seguimiento de frecuencia, PEA de estado estable (PEAee). Los más utilizados y estudiados han sido los de corta latencia, pues su estímulo es de tan solo un clic permitiendo detectar el umbral auditivo, pero la respuesta tiene limitaciones en la evaluación selectiva de frecuencia [4], desde hace algunos años se ha venido explorando el uso de los potenciales de estado estable ya que permiten la determinación de umbrales por frecuencias. La intensidad a la cual el potencial evocado deja de ser identificable (umbral electro-fisiológico) se determina al obtenerse un audiograma electro-fisiológico empleando estímulos de diferentes frecuencias. Los Potenciales Evocados Auditivos de Estado Estable (PEAee) permiten realizar la evaluación audiométrica de forma objetiva, ya que se presentan cuando un estímulo repetitivo se conecta al aparato auditivo evocando una forma de onda eléctrica cuyas componentes frecuenciales se mantienen constantes en amplitud y fase sobre prolongados períodos de tiempo. Las respuestas de estado estable se producen cuando los estímulos tienen una frecuencia lo suficientemente rápida para que la respuesta a uno de los estímulos se superponga a la respuesta del estímulo subsiguiente [7]. Es decir, al estimular el sistema auditivo con una frecuencia lo bastante rápida la respuesta transiente provocada por un estímulo se superpone a la del estímulo precedente generando una señal aproximadamente sinusoidal. Debido a la periodicidad presentada por este tipo de potencial, su respuesta se puede evaluar usando técnicas cuantitativas basadas en el análisis de frecuencia. Desde el punto de vista de la exploración audiométrica los PEAee presentan varias ventajas sobre los potenciales evocados auditivos transientes [8]: Existen claros procedimientos estadísticos para determinar la presencia de respuesta. Las respuestas de estado estable permiten emplear estímulos acústicos de larga duración, como tonos continuos de amplitud modulada sinusoidalmente, similares a los empleados en una audiometría convencional. Estos estímulos tienen un contenido espectral más circunscrito con un primer pico a nivel de la frecuencia portadora, otro a la frecuencia portadora más la frecuencia de modulación y un tercero a la frecuencia portadora menos la frecuencia de modulación. Estas características de los tonos modulados los convierten en estímulos más específicos en frecuencia que los chasquidos y los estímulos tonales breves. Por la periodicidad de la respuesta, ésta se describe en forma simple en el dominio de la frecuencia, quedando representada como un pico espectral a la frecuencia de modulación. Gracias a las ventajas citadas anteriormente, en la práctica audiométrica se puede lograr mayor objetividad con la detección automática de la señal, pues en la mayoría de los procedimientos electroaudiométricos se requiere gran pericia por parte del especialista para interpretar los resultados. Los estímulos antes descritos se pueden utilizar para las diferentes frecuencias a explorar, es decir, un estímulo para cada una de las frecuencias [3]. En los últimos años, se ha descrito una nueva metodología de estimulación simultánea con la cual se reduce sensiblemente el tiempo de exploración de un paciente, esta técnica conocida como Potenciales Evocados Auditivos de Estado Estable a Múltiples Frecuencias (PEAee a MF o MASTER, Multiple Auditory Steady State Responses, por sus siglas en inglés) permite la realización de un audiograma electrofisiológico confiable empleando audiometría objetiva, lo cual es de suma importancia en el diagnóstico de trastornos auditivos [8] y se basa en la sumatoria de los diferentes estímulos para obtener una única señal de exploración. III. SISTEMA PROPUESTO Se desarrollo un sistema basado en la técnica MASTER, fundamentada en las propiedades de rectificación del sistema auditivo; como los sonidos causan polarización y despolarización en las celdas internas del cabello, cualquier despolarización de estas celdas causa la audición en las fibras nerviosas y la transforman en potenciales de acción, así, la salida de la cóclea contiene una versión rectificada del estímulo acústico [6] y [7]. Esta rectificación hace que la salida de la cóclea contenga un componente espectral en la frecuencia a la cual la portadora se modulo; este componente permite estimar la respuesta de la cóclea en la frecuencia de la portadora. Cuando se presentan estímulos combinados en el oído, la portadora de cada estímulo tiene su efecto máximo en diferentes segmentos de la membrana basilar, lo cual permite estimular diferentes grupos de celdas internas. Entonces, debido a esta característica rectificadora, la respuesta de estado estable generada por un tono continuo modulado en amplitud, se detecta como un pico espectral a la frecuencia de modulación. Si se estimula con una señal acústica más compleja (sumatoria de múltiples tonos modulados) la respuesta generada queda representada como una serie de picos en el espectro (uno a cada una de las frecuencias de modulación utilizadas). Con esta metodología (siempre que se utilicen frecuencias de modulación diferentes para cada tono y para cada oído) se pueden explorar simultáneamente varias regiones de cóclea y ambos oídos. Así se reduce considerablemente el tiempo de
3 exploración ya que se realiza una audiometría completa detallada por frecuencia sólo con un registro por cada intensidad de estimulación. El esquema general del sistema se muestra en la figura 1. Paciente Estímulo Registro Audiométrico Fig. 1. Esquema del sistema MASTER desarrollado. Estímulo Se presenta por cada oído simultáneamente un estímulo acústico continuo generado como una sumatoria de tonos continuos modulados en amplitud con frecuencias portadoras de 500, 1000, 2000 y 4000 Hz; la modulación de los tonos portadores se realiza a frecuencias diferentes en un rango entre 77 y 105 Hz [7] ver fig. 2. Cada estímulo de amplitud modulada (AM) se obtiene multiplicando dos ondas seno; la onda seno con frecuencia más alta (fc) es la portadora, la onda seno con la frecuencia más baja (fm) forma la evolvente. La ecuación completa para la modulación se da en la ecuación 1. Fig. 2. Configuración de estímulos para las diferentes frecuencias de estudio, de 500 Hz, 1 KHz, 2 KHz y 4 KHz. A. a * sen (2 fct + Øc) * (m * sen (2 fmt + Øm) + m) (1 + m) Ec. (1) En la ecuación 1, a es la amplitud de la portadora, m la cantidad de modulación (desde 0.0 hasta 1.0), y Øc y Øm las fases de las dos ondas seno. Con amplitud igual a uno, 100% de modulación y fases en cero, la ecuación finalmente para la señal es la mostrada en la Ec. 2. B. sen (2 fct) * (sen (2 fmt + 1)) (2) Ec. (2) El estímulo para la estimulación múltiple de cada oído se forma sumando los cuatro estímulos modulados en amplitud individuales y la señal resultante se muestra en la fig. 3. Fig. 3. Estímulo múltiple obtenido de la sumatorias de las cuatro diferentes señales. En A es el estímulo para el oído derecho y en B para el oído izquierdo.
4 Como se dijo anteriormente, la respuesta provocada por cada uno de los tonos portadores se detecta en el espectro (señal analizada en el dominio de la frecuencia) del PEAee como un pico a la frecuencia de modulación correspondiente. De esta forma con un sólo registro se exploran simultáneamente ambos oídos y en cada uno de estos las respuestas correspondientes a 500, 1000, 2000 y 4000 Hz. Registro En las sesiones de registro los individuos se deben ubicar en camas o sillas reclinadas donde estén cómodos. Los electrodos utilizados para el registro son de disco de Plata Cloruro de Plata, Ag/AGCI [6], [7] y [8], se fijan al cuero cabelludo con pasta conductora, antes de colocarlos se realiza una limpieza con alcohol en la región donde se ubican, para así tener una impedancia lo más baja posible (menos de 5 K preferiblemente) y ayudar en la obtención de respuestas más claras y menos contaminadas por el ruido. Los electrodos se colocan: en vertex o Cz (línea media de la cabeza, región central) el positivo, el electrodo de referencia (negativo) se coloca en la línea media posterior del cuello justo debajo de la línea del cabello (7-8 cm abajo del inión) y un electrodo de tierra en Fpz (línea media, en región frontal). Este montaje es el recomendado debido a que el estímulo es bilateral, es decir, se exploran los dos oídos al mismo tiempo. La señal proveniente de los electrodos se amplifica por medio de unos preamplificadotes de bajo ruido, que además realizan aislamiento galvánico entre el paciente y los demás dispositivos electrónicos. De allí pasa a una unidad de amplificación y filtraje, ésta última compuesta de un filtro pasa-bajo con frecuencia de corte de 120 Hz seguido por un filtro pasa-alto con frecuencia de corte de 30 Hz. Una vez la señal se ha adecuado, amplificado y filtrado, se realiza el almacenamiento y tratamiento de estos datos, para ello se ha utilizado una tarjeta de adquisición de datos, sirviendo además como interfaz entre la parte análoga y el PC. Se realizan de 30 a 60 registros, cada uno con 8 ó 16 barridos, cada barrido tiene un tiempo de duración de ms, este valor permite tener un número entero de cada una de las frecuencias involucradas. Análisis Las respuestas se analizan en el dominio de la frecuencia. Primero se realiza un promedio con el fin de mejorar la relación señal/ruido, este promedio se realiza con los registros obtenidos [6]. El promedio obtenido en el dominio del tiempo se transforma en espectro de frecuencia por medio de la Transformada Rápida de Fourier (FFT). Así, se obtiene picos espectrales que corresponden a las repuestas en cada una de las frecuencias de estimulación, ver fig. 4. Fig. 4. Resultado de una muestra audiométrica realizada a un adulto sano. IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se estudiaron cinco (5) sujetos adultos de audición normal (edades entre 17 y 28 años) sin antecedentes de enfermedad mental o neurológica, a los cuales se les realizó la prueba audiométrica MASTER con intensidades de 100, 70, 40 y 20 db. Estos sujetos fueron registrados en un aula del laboratorio de ingeniería, la cual presentaba un nivel de ruido acústico muy superior a los necesitados para una habitación sonoamortiguada, además de un nivel de ruido eléctrico alto. Luego de colocar los electrodos de la forma indicada anteriormente, se procedió a estimular a los pacientes con el nivel de intensidad máxima, 100 db, realizando 60 veces la estimulación, adquisición de datos y almacenamiento de los mismos, luego se procedió a variar la intensidad del estímulo a 70 db, luego a 40 db y por último a 20 db, con el procedimiento antes descrito. Las intensidades exploradas se tomaron de acuerdo a las utilizadas normalmente en las pruebas electrofisiológicas. Por último se ejecutó la operación para obtener el promedio de los datos, el cálculo de la transformada rápida de Fourier y la graficación. En las señales obtenidas se observa la respuesta auditiva en el dominio de la frecuencia, mostrando picos espectrales en
5 cada una de las frecuencias moduladoras utilizadas, además se puede notar que la amplitud de los picos espectrales de la respuesta se reduce muy rápidamente a medida que decrece la intensidad del estímulo. V. CONCLUSIONES Se muestra la posibilidad de un sistema para la detección de hipoacusia utilizando como tecnología diagnóstica una prueba audiométrica objetiva basada en el registro de PEATC. La técnica de potenciales evocados de estado estable utilizando estímulos tonales de múltiples frecuencias, modulados en amplitud en el rango entre 70 y 110 Hz permite la caracterización de los umbrales por frecuencias. Applications in Auditory Evoked Potentials Needham Heights, MA: Allyn & Bacon [7] Picton, T.W., Stapells, D.R., Perrault, N., Baribeau- Braun, J., & Stuss, D.T., Human event related potentials. Current Perspectives. In R.H. Nodar & C. Barber (Eds.) Evoked Potentials II New York: Butterworth, 1984 [8] Savio G., Perez M., Valdés J., Potenciales evocados de estado estable a múltiples frecuencias: Una nueva alternativa para evaluar la audición en forma objetiva Santa Fe de Bogotá, Acta de Otorrinolaringología & Cirugía de cabeza y cuello, Vol Al estimular simultáneamente ambos oídos y las cuatro regiones de frecuencia (500, 1000, 2000 y 4000 Hz) el tiempo de exploración electroaudiométrica se reduce sin perder exactitud en la estimación. Los registros obtenidos se ven afectados notoriamente por el ruido eléctrico presente en el ambiente, ya que para realizar unas pruebas más exactas se debe tener una cámara sonoamortiguada donde se minimice este ruido, lo mismo que la intensidad del ruido del ambiente. Inicialmente el registro constaba de 30 barridos, pero la respuesta obtenida no era satisfactoria, entonces se debió aumentar el número de barridos a 60, lo cual permite eliminar más el nivel de ruido. Finalmente, al considerar los resultados de este trabajo en cuanto a la predictibilidad del umbral conductual y la posibilidad de detectar automáticamente la respuesta, se recomendar la técnica de PEAee a frecuencias de modulación rápida ( Hz) como una herramienta útil y confiable. REFERENCIAS [1] Collavini F. Obtención y monitoreo de potenciales evocados auditivos. Universidad de los Andes. Santa Fe de Bogotá, [2] De Sebastián G., Audiología Práctica Editorial Médica Panamericana. Madrid, España [3] Herdman, A.T. & Stapells, D.R., Auditory steady-state response thresholds of adults with sensorineural hearing impairments. International Journal of Audiology [4] Herdman, A.T., Lins, O., Van Roon, P, Stapells, D.R., Scherg, M., & Picton, T.W., Intracerebral sources of human auditory steady-state responses Brain Topography [5] Small, S.A. & Stapells, D.R., Artifactual responses when recording auditory steady-state responses. Ear and Hearing [6] Stapells, D.R., Picton, T.W., & Durieux-Smith, A., Electrophysiologic measures of frequency-specific auditory function. In J.T. Jacobson, (Ed.) Principles and
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