Audiometria de Tronco Encefálico (ABR)

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Audiometria de Tronco Encefálico (ABR)

José Filipe Barbosa de Carvalho (josé[email protected])

19 de Junho de 2007

Mestrado Integrado em Engenharia Informática e Computação Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias, s/n 4200-465 Porto PORTUGAL

Resumo: A audiometria de tronco encefálico (ABR) permite avaliar o estado do sistema auditivo sem

colaboração do paciente e baseia-se no princípio dos potenciais evocados. Este artigo descreve o inte-resse médico, o princípio de funcionamento, a arquitectura e o contexto de utilização do instrumento biomédico que permite realizar este exame, bem como a montagem de um instrumento experimental que permite obter a resposta auditiva.

Abstract: The Auditory Brainstem Response (ABR) allows to evaluate the state of the auditory

sys-tem without contribution of the patient and is based on the principle of the evoked potentials. This ar-ticle describes the medical interest, the operation principle, the architecture and the context of use of the biomedical instrument that allows do this examination, as well as the assembly of an experimental instrument that allows to get the auditory response.

1 Introdução

Este trabalho pretende aprofundar o conhe-cimento de um instrumento biomédico em parti-cular, descrevendo o princípio dos potenciais evocados auditivos e explorando um dos exames relacionados com esta área de conhecimento: a resposta auditiva do tronco encefálico ou ABR (Auditory Brainstem Response).

Os potenciais evocados são respostas elec-trofisiológicas do cortéx cerebral a estímulos sensoriais externos, que podem ser registadas através de um electroencefalograma (EEG). Os potenciais evocados auditivos centram-se na avaliação do estado de órgãos relacionados com o sistema auditivo, tendo surgido diferentes exa-mes que avaliam diferentes respostas, quer as de

curta latência, como a electrococleografia (ECochG) ou a ABR, quer as de média e longa latência, como o MLR e o complexo N1-P2, respectivamente.

As respostas de curta latência são as “mais populares clinicamente, tanto em centros de audiologia como de otorronolaringologia, ambos com o objectivo de avaliação otoneurológica e estimação da sensibilidade auditiva” [1]. Por essa razão, este estudo centra-se numa das respostas de curta latência anteriormente apresentadas: na audiometria de tronco encefálico (ABR).

Ao longo do seu percurso académico, o autor deste estudo procurou sempre não se res-tringir às áreas de conhecimento do curso que

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frequenta, Informática e Computação. As solu-ções de cuidados de saúde têm perspectivas tec-nológicas e económicas muito favoráveis no futuro, tal como um estudo elaborado pela IBM que enquadra o diagnóstico médico como uma das cinco inovações que podem mudar a nossa vida nos próximos cinco anos [2]. Logo, a apren-dizagem em alguns domínios relacionados podem trazer, mais tarde, diferentes soluções e oportunidades.

A motivação para o estudo de um instru-mento relacionado com o sistema auditivo surgiu naturalmente em conversa com uma pessoa mais próxima, e pretende colmatar a não existência de documentos, nomeadamente na língua portugue-sa, que sintetizem o funcionamento de um ins-trumento de audiometria de tronco encefálico.

2 Interesse Médico

A descoberta da utilidade da ABR para detectar lesões do nervo auditivo introduziu mais uma ferramenta de avaliação otoneurológica e estimação da sensibilidade auditiva. Esta desco-berta[4] decorreu de diversos estudos durante a década de setenta, tanto por Daly e seus colegas, que descreveram alterações da resposta auditiva do tronco encefálico em quatro pacientes com tumor do nervo acústico, como por Selters e Brackmann.

Com o desenvolvimento da tecnologia moderna, nomeadamente da electrónica, o equi-pamento necessário para realizar a ABR tornou-se viável do ponto de vista financeiro, além de permitir realizar a avaliação de uma forma não invasiva e com sujeitos não colaborantes. Assim, as principais aplicações clínicas da audiometria de tronco encefálico são:

• Determinação dos limiares auditivos (especialmente em recém-nascidos, crianças e adultos não cooperantes ou simuladores de uma falsa surdez);

• Tipificação das perdas auditivas;

• Neurodiagnóstico do nervo auditivo;

• Avaliação das disfunções do tronco

• Determinação da maturação auditiva periférica;

• Verificação da maturidade do sistema nervoso central (SNC);

• Monitorização do estado do nervo audi-tivo e tronco encefálico em cirurgias;

• Avaliação da morte cerebral;

• Diagnóstico diferencial de patologia coclear e retrococlear.

3 Princípio de Funcionamento

A audiometria de tronco encefálico procura avaliar o estado do aparelho auditivo através da captação de sinais bio-eléctricos em resposta a um estímulo sonoro. Os sinais ocorrem ao nível do cérebro, sendo por isso obtidos a partir de um electroencefalograma (EEG).

Como os sinais obtidos num EEG são resul-tantes não só de toda a actividade cerebral do paciente, desde a realização das funções vitais até ao raciocínio lógico, mas também de todas as interferências externas e mesmo internas (como uma deglutição), não é possível distinguir o sinal relacionado com o estimulo auditivo. Desta for-ma a resposta do tronco encefálico é o sinal de interesse e os restantes correspondem a ruído.

O sinal de interesse corresponde à onda apresentada na figura 1 em sujeitos que não apre-sentem qualquer patologia.

Figura 1 – Onda característica da resposta auditiva de tronco encefálico (retirado de [5]).

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Os indivíduos com patologias apresentam variações neste sinal, como a ausência de algu-mas ondas ou maiores latências na resposta, que os especialistas conseguem interpretar.

Para se obter a resposta auditiva, realiza-se uma média do sinal, baseando-se na ideia que o sinal é fixo e está em sincronia com o estímulo, e que o ruído é aleatório no tempo [3]. Assim cap-ta-se uma amostra discreta dos sinais cerebrais durante alguns milissegundos, por cada estímulo efectuado. Por sua vez, todas as amostras são somadas (para cálculo da média), esperando-se que o sinal de interesse apareça, decorrente de uma melhoria na relação sinal/ruído. A melhoria desta relação tem sido apresentada como propor-cional à raiz quadrada do número de amostras (N) que foram utilizadas na média [3].

4 Arquitectura do Sistema

O instrumento utilizado para obter a respos-ta auditiva de tronco encefálico é normalmente constituído por dois módulos: um responsável por emitir o estímulo auditivo a aplicar sobre o paciente e outro que se encarrega de captar e processar a resposta correspondente.

O primeiro módulo é constituído por um emissor de som que transmite cliques para um auscultador (a colocar no ouvido a testar). Segundo [3] o clique de estímulo adequado é o BBC (broad band clique), embora outros cliques possam também chegar a bons resultados.

O segundo módulo garante a captação do sinal de resposta, através de um electroencefalo-grama, que é digitalizado e processado para melhorar a relação sinal/ruído. A cadeia de ins-trumentação – figura 2 – explicita os componen-tes deste módulo: os sensores (eléctrodos a apli-car no paciente), um bloco de pré-amplificação e filtragem, o conversor de sinal analógico-digital, o cálculo da média e a apresentação da resposta.

Os eléctrodos podem ser aplicados segundo diferentes configurações, que têm influência nos resultados obtidos. Uma configuração possível é a colocação do eléctrodo negativo na mastóide

do ouvido a testar, do positivo na mastóide do ouvido não testado e da massa no vértex.

O bloco seguinte realiza a amplificação e fil-tragem da informação captada nos eléctrodos, pois os sinais aplicados na entrada do sistema são de muito baixa amplitude, na ordem dos micro volts, tornando-os muito mais sensíveis a interfe-rências.

Pré-amplificador e Filtro Eléctrodos

Conversão Analógico-Digital

Cálculo da Média do Sinal

Apresentação da resposta

Figura 2 – Cadeia de instrumentação da cap-tação do sinal encefálico

A conversão analógico-digital é realizada para que o sinal possa ser processado recorrendo a circuitos de electrónica digital, nomeadamente para calcular a média do sinal.

Por fim, o sinal obtido é apresentado grafica-mente num monitor ou numa impressora, para análise dos especialistas.

A cadeia de instrumentação de obtenção do sinal é complexa, composta por diversos compo-nentes, cada um podendo afectar todo o desem-penho do aparelho.

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5 Contexto de Utilização

Nos dias de hoje, a audiometria de tronco encefálico é realizada de forma relativamente rotineira, por audiologistas, tanto em consultórios particulares como em centros hospitala-res/universitários [1]. O sujeito submetido a exame deita-se sobre uma marquesa e deve estar o mais relaxado possível, sendo preferencial que se encontre a dormir, recorrendo-se em alguns casos à sedação de indivíduos mais irrequietos, como as crianças [6]. Se possível a sala onde se realiza o exame deve ser electromagneticamente isolada recorrendo, por exemplo, a uma cabine metálica, e distante de fontes electromagnéticas muito fortes.

Os equipamentos são fornecidos habitual-mente como um produto pronto a usar, especifi-camente destinado ao exame em questão e de fácil utilização pelos clínicos, não existindo nor-malmente acções de formação sobre o funciona-mento dos aparelhos. Como exemplo de alguns aparelhos pode-se citar o Interacoustics EP15 (figura 3) ou o Maico MB11.

Figura 3 – Contexto de utilização do Intera-coustics EP15 (imagem retirada de [7])

Nos últimos anos têm surgido aparelhos que integram não só a audiometria de tronco encefálico mas também outros exames de poten-ciais evocados, como a electrococleografia ou o P300, de que é exemplo o Interacoustics EP25. Como a cadeia de instrumentação dos diversos potenciais evocados são relativamente parecidas,

e as diferenças se encontram na aplicação dos sensores e no processamento do sinal, estes dia-positivos conseguem oferecer múltiplas funciona-lidades com praticamente o mesmo custo de produção.

Os aparelhos utilizados em Portugal são importados, existindo empresas nacionais que se encarregam da distribuição e suporte como, por exemplo, a Casa Sonotone. Os preços praticados são muito elevados, devido aos custos de desen-volvimento e produção e por não serem produzi-dos em escala, mas também pelo facto de o mer-cado estar controlado por poucas entidades, quer a nível de fabrico como a nível de distribuição.

6 Montagem Laboratorial

Para uma melhor compreensão do instru-mento biomédico em estudo, procurou-se realizar o exame, em ambiente laboratorial, aproveitando os recursos disponibilizados pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

Os componentes utilizados na montagem são apresentados na figura 4, e resultaram de algumas adaptações de alguns sistemas existen-tes, nomeadamente a unidade de aquisição de dados Biopac MP35 e os eléctrodos utilizados fazem parte do Biopac Biomedical Engineering.

O operador controla e monitoriza o sistema através de uma interface no computador, enquan-to o paciente interage com o instrumenenquan-to através dos auscultadores e dos eléctrodos.

A aquisição dos sinais provenientes do elec-troencefalograma é realizada através da unidade de aquisição de dados Biopac MP35, de forma a simplificar questões de instrumentação: esta amplifica e elimina o ruído do sinal proveniente dos eléctrodos, para além de garantir as questões ligadas à segurança do paciente, possuindo uma saída analógica com este novo sinal.

Como a interface de programação do Bio-pac não estava disponível em laboratório optou-se por utilizar uma placa de aquisição da Natio-nal Instruments (placa NI DAQ), que captura e digitaliza a saída analógica proveniente do Bio-pac MP35. O controlo e processamento do exa-me foram então impleexa-mentados recorrendo ao

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National Instruments LabView 8, que pode inte-ragir com dispositivos externos, como a placa de aquisição e a placa de som, e tratar o sinal obti-do. A interface de utilizador foi igualmente dese-nhada e implementada em LabView.

Operador

Paciente

Auscultadores Eléctrodos

Unidade de aquisição de dados BIOPAC MP35

Placa NI DAQ

Placa de som

Figura 4 – Esquema de componentes utiliza-dos na actividade laboratorial

O estímulo ao paciente é efectuado através da placa de som que emite, através de ausculta-dores de inserção, os cliques. De referir que apenas um auscultador deve ser colocado sobre o ouvido do paciente a ser testado.

7 Análise de Resultados

O resultado da montagem laboratorial teve um sucesso moderado, conseguindo-se obter um gráfico que apresenta semelhanças com o sinal característico, o que revela que se está a

conse-guir obter o sinal de interesse – figura 5. A ima-gem apresenta o sinal obtido, após 889 estimula-ções sobre um indivíduo do sexo masculino de 23 anos, aparentemente sem qualquer lesão no aparelho auditivo, sendo notórias as ondas I, III e V até aos 7 milisegundos, sendo estas as nor-malmente mais estáveis e de mais fácil de visua-lização nos exames. Como é óbvio, a onda carac-terística apresentada na figura 1 é apenas um resultado ideal e muito difícil de alcançar nos exames realizados em consultórios, logo não era esperado encontrar conseguir experimentalmente resultados tão bons.

Figura 5 – Resposta auditiva de tronco encefáli-co encefáli-conseguida em ambiente laboratorial

Os resultados obtidos foram satisfatórios tendo em conta que o exame foi realizado num laboratório contendo inúmeras fontes potenciais de interferência electromagnética sobre um sis-tema construído de forma experimental e mal isolado. De igual forma, a posição e concentra-ção do sujeito submetido ao exame pode ter influenciado o seu resultado, pois este não se encontrava devidamente relaxado nem deitado sobre uma marquesa.

Outro factor que pode ter influenciado os resultados é que o estímulo utilizado não foi o mais adequado, um BBC, mas sim um clique normal, existente em diversas aplicações infor-máticas.

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8 Conclusões e Perspectivas de

Desenvolvimento

O estudo de um instrumento de engenharia biomédica permitiu conhecer diversas questões e dificuldades na concepção e implementação deste tipo de aparelhos, bem como aprofundar conhe-cimentos sobre o aparelho auditivo, instrumentos biomédicos didácticos, com o Biopac Biomedical Engineering, e a instrumentação virtual, com o LabView.

Como perspectivas de desenvolvimento des-te trabalho encontra-se o des-tesdes-te e verificação dos resultados obtidos, bem como a melhoria da interface de utilizador. De igual forma devem ser estudados métodos de melhorar a qualidade do sinal obtido, nomeadamente a utilização de mais alguns filtros de sinal e no isolamento dos com-ponentes.

9 Referências Bibliográficas

[1] MUSIEK, Frank E.; RINTELMANN, Wil-liam F. (2001); Perspectivas Actuais em Avalia-ção Auditiva. Capítulo 7. 1ª EdiAvalia-ção. Editora Manole, Ltda. São Paulo.

[2] Five Innovations that could change your life over the next five years, IBM, Janeiro de 2007

http://www.ibm.com/ibm/ideasfromibm/us/fiv e_in_five/010807/index.htmlhttp://www.ibm.com /ibm/ideasfromibm/us/five_in_five/010807/index .html, consultado em Junho de 2007

[3] KATZ, Jack (1997); Tratado de Audiolo-gia Clínica. Capítulo 22. 4ªEdição. Editora Manole, Ltda. São Paulo.

[4] Patient Assessment: Nervous System http://connection.lww.com/Products/morton/C h33.asp, consultado em Junho de 2007

[7] Casa Sonotone – Potenciais Evocados http://www.casasonotone-porto.com/abr.htm, consultado em Junho de 2007