Modulo de estimulación auditiva para potenciales evocados auditivos y audiometría tonal Cadirola Fernando, Astiasarán Paul, Carlos Mercuri, Rubén Acevedo Laboratorio de Ingeniería de Rehabilitación e Investigaciones Neuromusculares y Sensoriales (L.I.R.I.N.S.) Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Entre Ríos [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Resumen En este trabajo se presenta un módulo de estimulación acústica para ser utilizado en el registro de potenciales evocados auditivos y audiometría tonal. Los potenciales evocados auditivos (PEA) son señales eléctricas que se producen como respuesta de las vías auditivas a un estímulo acústico. La audiometría tonal es un examen audiológico que proporciona información subjetiva de la pérdida de audición de una persona en función de la frecuencia del estímulo aplicado. El diseño del módulo se basó en los microcontroladores PIC16F873 y PIC16F874 de la empresa Microchip®. Presenta una interfaz con el usuario que permite ingresar los parámetros de estimulación a través de un teclado o bien a través de transmisión de datos serie desde una computadora personal. Esto permite utilizar el módulo en forma independiente o como parte de un sistema basado en una computadora personal. Los parámetros de estimulación están en función de los tres tipos de estímulos disponibles: tono click y ráfagas (tono burst) para potenciales evocados auditivos que pueden estar acompañados con ruido de enmascaramiento, y tonos puros para audiometría tonal. Para el caso del click se programa el tipo, la intensidad y la frecuencia de estimulación. En el caso del tono burst se programa la intensidad, la frecuencia de estimulación, la frecuencia del tono y los tiempos de subida, bajada y meseta de la envolvente. Para los tonos puros se programa la intensidad, la frecuencia de tono y la duración.

I. Introducción Los potenciales evocados son señales eléctricas, registradas mediante electrodos aplicados sobre el cuero cabelludo, que se producen como respuesta de los sistemas sensoriales a la aplicación de un estímulo adecuado. Los potenciales evocados auditivos (PEA) representan la respuesta de las vías auditivas a un estímulo acústico y permiten evaluar el estado y funcionalidad de las mismas. Los PEA se dividen en distintos tipos según la duración de la señal registrada, de los cuales los más utilizados en la clínica son los potenciales evocados auditivos de tronco cerebral (PEATC), que corresponden a los potenciales registrados dentro de los 10 ms posteriores al estímulo. [1] Los estímulos involucrados en el registro de PEA son de distintos tipos, aunque el de uso más común es el click, que consiste en un pulso rectangular con una duración que oscila entre los 100 y 200 µs y es aplicado a la persona a través de un auricular. Un estímulo de este tipo tiene energía en una amplia banda de frecuencia, por lo tanto tenderá a estimular áreas más grandes de la cóclea que un estímulo específico en frecuencia; y como consecuencia de esto la respuesta del tronco cerebral será más clara. Otro estímulo utilizado es un tono burst, el cual es un tono senoidal modulado por una envolvente trapezoidal, y el ruido de enmascaramiento [2][3].

La audiometría tonal es un examen audiológico que proporciona información subjetiva de la pérdida de audición de una persona en función de la frecuencia del estímulo aplicado. En este caso el estímulo utilizado es un tono puro de una frecuencia determinada y eventualmente, al igual que en potenciales evocados auditivos, se utiliza ruido de enmascaramiento del oído no estimulado [4]. II. Materiales y métodos La construcción del módulo se realizó en sucesivas etapas, comenzando con el diseño del mismo en base a especificaciones técnicas y características necesarias en los estímulos utilizados tanto en PEA así como también para audiometría tonal [1][4]. Una vez diseñado, se implementó un prototipo en protoboard sobre el cual se realizaron las pruebas de funcionamiento, finalizadas las cuales se creó el circuito impreso para el ensamblaje final donde se calibró el módulo. A continuación se muestra un diagrama de bloques general del módulo:

Fig. 1 - Diagrama en bloques del módulo.

El funcionamiento del módulo está basado en un microcontrolador PIC16F874 de la empresa Microchip®, el cuál controla un display de cristal líquido (LCD), de 4 líneas y 20 caracteres, que permite la visualización de los parámetros de configuración del módulo (oído a estimular, enmascaramiento del oído contralateral, modo calibración, modo de funcionamiento y parámetros de estimulación). Además del LCD, también controla leds para informar el estado del módulo (encendido, estimulando, oído que se está estimulando y si se usa enmascaramiento del oído contralateral), y un teclado de 6 teclas por medio del cual el usuario ingresa los parámetros de estimulación en el modo autónomo. En caso que el módulo esté trabajando en modo subordinado, los parámetros de configuración se transmiten desde una computadora personal mediante una conexión serie tipo RS232. Esta transmisión se utiliza también para transmitir los parámetros de configuración a la computadora personal en caso que se trabaje en modo autónomo. El bloque denominado estimulador es el encargado de interpretar los parámetros de configuración ingresados para controlar el funcionamiento del generador de señales, además genera una señal de sincronismo que le permite a la computadora iniciar el registro en caso de PEA. En la figura 2 se muestra el diagrama de bloques del generador de señales, el cual está compuesto por el generador de click, generador de ruido, modulador de amplitud y

generador de tono. El generador de click tiene la función de invertir o no la señal cuadrada proveniente del microcontrolador; en caso de invertirla se tiene un click de rarefacción, en caso contrario será de condensación, al combinarlos se obtiene un click alternado. El generador de ruido proporciona la señal de enmascaramiento [2]. El generador de tono puro y tono burst comparten los mismos bloques de generación, estos son el generador de tono y el modulador de amplitud. Para generar el tono puro la señal moduladora proveniente del microcontrolador se mantiene constante, en el caso del tono burst se le da la forma trapezoidal adecuada en función de los tiempos de subida, bajada y meseta. Todos estas señales son enviadas al bloque de multiplexación donde se selecciona el oído a estimular y el tipo de estímulo a realizar.

Fig. 2 - Diagrama en bloques del Generador.

III. Resultados Los parámetros de configuración del módulo desarrollado se muestran en la tabla I. Tabla I – Parámetros de configuración. Tipo de estímulos Todos excepto tonos puros

Parámetros Frecuencia de presentación

Todos Click Tono burst

Intensidad de estimulación Ancho Tiempo de subida y bajada Tiempo de meseta Frecuencias de estimulación

Tono puro

Frecuencias de estimulación

Ruido de enmascaramiento

Frec. corte inferior mínima Frec. corte inferior máxima Frec. Corte superior

Descripción 0.1 a 9.9 e.p.s. en pasos de 0.1 e.p.s 10 a 100 e.p.s. en pasos de 1 e.p.s. 0 dB a 120 dB en pasos de 1 dB 50 µs a 1000 µs en pasos de 50 µs 1 ms a 100 ms en pasos de 1 ms 1 ms a 200 ms en pasos de 1 ms 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 7000 y 8000 Hz. 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 7000 y 8000 Hz. 0.034 Hz 330 Hz Dada por la respuesta del auricular (TDH 39 Telephonics®)

En la figura 3 se muestra, a la izquierda, los registros de la señal eléctrica tomada a la salida del amplificador de potencia y a la derecha se muestra su correspondiente respuesta sonora registrada con un micrófono acoplado al auricular y conectado a una placa de sonido Sound Blaster 16®. En el caso del estímulo tipo tono burst se observa una buena correlación entre la morfología de la señal eléctrica y la acústica, mientras que en el caso del click se observa que la morfología de la señal acústica dista mucho de la eléctrica, esto se debe a la acción de lo auriculares Telephonics TDH 39® y concuerda con la descripción realizada para distintos modelos en [5]. B

0 . 8

0 . 8

0 . 6

0 . 6 p lit u d

1

0 . 4 0 . 2 0

A m

A m

p lit u d

A

1

-0 . 2

0 . 4 0 . 2 0 -0 . 2

-0 . 4

-0 . 4

-0 . 6

-0 . 6

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-0 . 8

-1

-1

0

1

2

3

4 T ie m

5

p o

6

7 x

1 0

0

0 . 5

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2

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2 . 5 x

1 0

- 3

D

1 0 . 8

0 . 6

0 . 6 p lit u d

1 0 . 8

0 . 4 0 . 2 0

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p lit u d

C

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1 T ie m

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0 . 4 0 . 2 0 -0 . 2

-0 . 4

-0 . 4

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-0 . 6

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-1

-1

0

0 . 0 0 5

0 . 0 1 T ie m

0 . 0 1 5

0 . 0 2

0

0 . 0 0 5

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0 . 0 1 T ie m

0 . 0 1 5

0 . 0 2

p o

Fig. 3 – Estímulos eléctricos y acústicos.

IV. Conclusiones Se logró un diseño que permite una implementación del equipo a un costo relativamente bajo con un tamaño reducido que facilita su transporte. El sistema es capaz de generar estímulos tipo click, tono burst, tonos puros y ruido de enmascaramiento. Sin embargo, por medio de programación se podrían llegar a realizar otros tipos de estímulos como pueden ser las ráfagas de click, tonos con diferentes envolventes a la trapezoidal, entre otros. Los rangos de variación de los parámetros de estimulación son equivalentes al de los equipos comerciales en intensidad y frecuencias como así también la forma del estímulo. Las mediciones realizadas permiten concluir que la precisión alcanzada en click es muy buena para la finalidad que tendrá el módulo. En el caso del tono burst se esta trabajando para hacer los ajustes finales, que se realizan por software lo que nos asegura un buen control de la generación del mismo. Finalmente es importante destacar que el módulo permite calibrar los parámetros de configuración por medio de software en caso de que sea necesario. Referencias [1] John T. Jacobson, “The Auditory Brainstem Response”, College Hill Press, 1985. [2] Bruce A. Weber “Masking and Bone Conduction Testing in Brainstem Response Audiometry”. “Seminar in Hearing”, Volumen 4 Number 4. Ed Thieme-Stratton, Noveber 1983.

[3] Keith Chiappa, “Evoked Potentials in Clinical Medicine”, Lippincot-Raven, 3º ed., 1997. [4] Gonzalo de Sebastián, “Audiología Práctica”, 5º Ed., Editorial Médica Panamericana, 1999. [5] Gorga M, Abbas P, Worthington D. “Some Issues Relevant to the Frequency-Specific Auditory Brainstem Responses”. “Seminar in Hearing”, Volumen 4 Number 4. Ed Thieme-Stratton, November 1983.