Audiometria de Tronco Encefálico (ABR)

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1 Audiometria de Tronco Encefálico (ABR) José Filipe Barbosa de Carvalho 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 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 interesse 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 system without contribution of the patient and is based on the principle of the evoked potentials. This article 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 conhecimento de um instrumento biomédico em particular, 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 electrofisiológicas 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 exames 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 restringir às áreas de conhecimento do curso que 1

2 frequenta, Informática e Computação. As soluções de cuidados de saúde têm perspectivas tecnológicas 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 aprendizagem em alguns domínios relacionados podem trazer, mais tarde, diferentes soluções e oportunidades. A motivação para o estudo de um instrumento 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 portuguesa, que sintetizem o funcionamento de um instrumento 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 descoberta [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 equipamento necessário para realizar a ABR tornouse 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 encefálico; Determinação da maturação auditiva periférica; Verificação da maturidade do sistema nervoso central (SNC); Monitorização do estado do nervo auditivo 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 resultantes 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 forma 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 apresentem qualquer patologia. Figura 1 Onda característica da resposta auditiva de tronco encefálico (retirado de [5]). 2

3 Os indivíduos com patologias apresentam variações neste sinal, como a ausência de algumas 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 capta-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 proporcional à raiz quadrada do número de amostras (N) que foram utilizadas na média [3]. do ouvido a testar, do positivo na mastóide do ouvido não testado e da massa no vértex. O bloco seguinte realiza a amplificação e filtragem 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 interferências. Eléctrodos Pré-amplificador e Filtro 4 Arquitectura do Sistema O instrumento utilizado para obter a resposta 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 electroencefalograma, que é digitalizado e processado para melhorar a relação sinal/ruído. A cadeia de instrumentação figura 2 explicita os componentes deste módulo: os sensores (eléctrodos a aplicar 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 Conversão Analógico-Digital Cálculo da Média do Sinal Apresentação da resposta Figura 2 Cadeia de instrumentação da captação 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 graficamente num monitor ou numa impressora, para análise dos especialistas. A cadeia de instrumentação de obtenção do sinal é complexa, composta por diversos componentes, cada um podendo afectar todo o desempenho do aparelho. 3

4 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 hospitalares/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 habitualmente como um produto pronto a usar, especificamente destinado ao exame em questão e de fácil utilização pelos clínicos, não existindo normalmente acções de formação sobre o funcionamento 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 Interacoustics 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 potenciais 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 diapositivos conseguem oferecer múltiplas funcionalidades 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 desenvolvimento e produção e por não serem produzidos em escala, mas também pelo facto de o mercado estar controlado por poucas entidades, quer a nível de fabrico como a nível de distribuição. 6 Montagem Laboratorial Para uma melhor compreensão do instrumento 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 existentes, 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, enquanto o paciente interage com o instrumento através dos auscultadores e dos eléctrodos. A aquisição dos sinais provenientes do electroencefalograma 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 Biopac não estava disponível em laboratório optouse por utilizar uma placa de aquisição da National Instruments (placa NI DAQ), que captura e digitaliza a saída analógica proveniente do Biopac MP35. O controlo e processamento do exame foram então implementados recorrendo ao 4

5 National Instruments LabView 8, que pode interagir com dispositivos externos, como a placa de aquisição e a placa de som, e tratar o sinal obtido. A interface de utilizador foi igualmente desenhada e implementada em LabView. Operador 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 conseguir obter o sinal de interesse figura 5. A imagem apresenta o sinal obtido, após 889 estimulações 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 normalmente mais estáveis e de mais fácil de visualização nos exames. Como é óbvio, a onda característica 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. Placa NI DAQ Placa de som Unidade de aquisição de dados BIOPAC MP35 Eléctrodos Auscultadores Paciente Figura 4 Esquema de componentes utilizados na actividade laboratorial O estímulo ao paciente é efectuado através da placa de som que emite, através de auscultadores 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 Figura 5 Resposta auditiva de tronco encefálico 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 sistema construído de forma experimental e mal isolado. De igual forma, a posição e concentração 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 informáticas. 5

6 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 conhecimentos sobre o aparelho auditivo, instrumentos biomédicos didácticos, com o Biopac Biomedical Engineering, e a instrumentação virtual, com o LabView. Como perspectivas de desenvolvimento deste trabalho encontra-se o teste 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 componentes. 9 Referências Bibliográficas [1] MUSIEK, Frank E.; RINTELMANN, William F. (2001); Perspectivas Actuais em Avaliação Auditiva. Capítulo 7. 1ª Edição. Editora [2] Five Innovations that could change your life over the next five years, IBM, Janeiro de e_in_five/010807/index.htmlhttp:// /ibm/ideasfromibm/us/five_in_five/010807/index.html, consultado em Junho de 2007 [3] KATZ, Jack (1997); Tratado de Audiologia Clínica. Capítulo 22. 4ªEdição. Editora [4] KATZ, Jack (1997); Tratado de Audiologia Clínica. Capítulo 24. 4ªEdição. Editora [4] Patient Assessment: Nervous System h33.asp, consultado em Junho de 2007 [6] KATZ, Jack (1997); Tratado de Audiologia Clínica. Capítulo 25. 4ªEdição. Editora [7] Casa Sonotone Potenciais Evocados consultado em Junho de