BRPI1105974A2 - Dispositivo e processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente - Google Patents

Abstract

"DISPOSITIVO E PROCESSO PARA A DETECÇÃO DE LIMIARES AUDITIVOS DE FORMA OBJETIVA COM BASE NO POTENCIAL EVOCADO EM REGIME PERMANENTE". A matéria tratada refere-se a um dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente. Esse equipamento tem a capacidade de realizar, pelo menos, três exames audiométricos distintos, de gerar formas de onda arbitrária e de utilizar, pelo menos, quatro métodos matemáticos simultâneos.

Description

DISPOSITIVO E PROCESSO PARA A DETECÇÃO DE LIMIARES AUDITIVOS DE FORMA OBJETIVA COM BASE NO POTENCIAL EVOCADO

EM REGIME PERMANENTE

A matéria tratada refere-se a um dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente. Esse equipamento tem a capacidade de realizar, pelo menos, três exames audiométricos distintos, de gerar formas de onda arbitrária e de utilizar, pelo menos, quatro métodos matemáticos simultâneos.

De acordo com o Centro Nacional de Referência na Área da Surdez, a 10 incidência de perdas auditivas é de 2-6/1000 bebês nascidos vivos e aumenta para 6-8/1000, se considerarmos perdas auditivas parciais. Sem audição normal a fala e a linguagem não se desenvolvem normalmente, assim, o desenvolvimento pessoal e social da criança não se processa adequadamente (Disponível em: http://www.ines.org.br/Paginas/testeorelha.html; Acessado em: 15 27/12/2011)

O Instituto Nacional de Saúde dos EUA recomenda que qualquer deficiência auditiva seja identificada e tratada antes de o bebê completar seis meses de idade. O Ministério de Saúde do Brasil está tornando obrigatória a triagem auditiva dos recém-nascidos. Perdas auditivas também acontecem 20 com a idade, por acidentes e pelas condições ambientais (exemplo, no trabalho).

O sistema auditivo pode ser avaliado pela audiometria tonal que é um exame convencional e largamente utilizado que permite medir a audição periférica através da obtenção dos limiares auditivos de tons puros. Apesar de 25 apresentar bons resultados, esse exame é dependente de respostas consistentes por parte das pessoas examinadas, o que Ihe confere um caráter subjetivo.

Nos casos em que os indivíduos são incapazes (bebês, pacientes anestesiados ou com alguma deficiência cognitiva) ou tem motivos para 30 intencionalmente simular uma deficiência auditiva, devem-se utilizar métodos objetivos como a audiometria fisiológica, onde o paciente figura-se como elemento passivo durante o exame. Os dois métodos mais usados atualmente são: • Emissões Otoacusticas (EOA).

• A audiometria baseada no potencial evocado auditivo do tronco cerebral (BERA- Brain Evoked Response Audiometry).

A realização EOA é feita através de uma sonda que possui em sua 5 extremidade uma fonte de excitação sonora e um microfone. A fonte de estímulos excita a orelha interna e o microfone registra a resposta evocada por tais estímulos. De maneira geral, a EOA é um exame de rápida execução capaz de detectar perdas auditivas superiores a 30dB. Entretanto, dadas as suas características, essa técnica não é adequada para avaliar limiares 10 auditivos, ou seja, não avalia o grau da perda auditiva.

O BERA consiste na captação de respostas da atividade elétrica cerebral (Eletroencefalografia - EEG) por meio de eletrodos posicionados no couro cabeludo, após emissão de estímulos auditivos do tipo "click" (pulsos de curta duração). O principal objetivo desse exame é fazer uma avaliação geral 15 das vias auditivas do indivíduo, comparando a forma de onda da resposta a um padrão de normalidade. Embora não requeira a participação do paciente (técnica objetiva), a decisão entre a existência ou não da resposta cerebral ao estímulo, depende da interpretação (subjetiva) de um profissional treinado. Esse exame, assim como a audiometria tonal, pode ser utilizado também para 20 avaliar limiares auditivos em frequências específicas. Porém, o procedimento utilizado para tal levantamento é muito complexo e demorado, o que inviabiliza sua utilização na rotina médica.

Uma recente tecnologia conhecida como Resposta em Regime Permanente (RRP), do inglês Auditory Steady State Response - ASSR, vem a 25 preencher as necessidades de aperfeiçoamento da audiometria fisiológica. Para esse tipo de resposta são utilizados, geralmente, tons contínuos modulados em amplitude (Tons AM). Estudos mostram que a avaliação eletrofisiológica por meio das RRP's, para tons AM com frequências específicas, fornecem limiares auditivos bem próximos daqueles obtidos na 30 audiometria tonal. As respostas que são produzidas por estímulos específicos em frequências específicas são mais adequadas para a exploração audiométrica que as obtidas por "cliques" (BERA), favorecendo uma melhor identificação do perfil audiométrico das perdas auditivas. O que vem despertando a atenção de muitos pesquisadores para o estudo dos RRP's, é a possibilidade de obtenção de um perfil audiométrico abrangente, através da exploração de cada frequência, sem um aumento significativo no tempo de avaliação. Esse exame apresenta propriedades que permitem uma avaliação 5 mais detalhada e objetiva da audição e torna possível a configuração de um "audiograma fisiológico". A análise dos parâmetros (amplitude e fase da frequência modulante) das RRP's pode ser feita automaticamente por meio de softwares de computador. Assim, ao contrário do BERA, não é necessária a interpretação subjetiva de um profissional, uma vez que não há formas de onda 10 para serem identificadas. Para determinar se uma resposta está ou não presente são utilizadas técnicas estatísticas de detecção (LINS, O.G; Auditory steady-state responses to multiple simultaneous stimuli. Electroencephalography and Clinicai Neurophysiology, Amsterdam, v.96, n.5, p.420-432, 1995).

Os primeiros estudos utilizando as RRP no levantamento de limiares

auditivos datam do início da década de 80. Desde então, várias pesquisas vem sendo realizadas visando à obtenção de perfis audiométricos de forma mais rápida e precisa se comparados à audiometria tonal. Entretanto, essa não é uma tarefa fácil, pois é preciso investigar e definir a influência que os 20 parâmetros envolvidos na realização da técnica têm no resultado do exame. Estes parâmetros são, por exemplo, o tipo de estímulo, a forma como os eletrodos são posicionados no couro cabeludo, o tempo de estimulação ou as técnicas de processamento utilizadas para tratar o sinal de EEG e detectar a resposta ao estímulo.

Apresenta-se, no estado da técnica, a dissertação de mestrado,

intitulada "Sistema para detecção de limiar auditivo fisiológico com base no potencial evocado em regime permanente" que trata do desenvolvimento de um sistema para detecção de respostas cerebrais utilizando a técnica ASSR. Nesse texto são exibidos alguns resultados que apresentam semelhanças com 30 o sistema proposto (como, por exemplo, a capacidade de geração de formas de onda arbitrárias). Na conclusão são apresentadas algumas sugestões de melhorias, que não chegaram a ser implementadas e/ou testadas (como aplicações em triagens auditivas e desenvolvimento de outros equipamentos sob a mesma plataforma). Dessa forma, as principais diferenças entre o texto da dissertação e a matéria tratada são a capacidade de realizar avaliações utilizando mais de um canal de coleta; de realizar os exames em tempo real, ou seja, os resultados são exibidos na medida em que o exame é realizado; de 5 efetuar os exames de audiometria tonal e vocal, BERA, ASSR e triagens auditivas; de ser utilizado como um gerador de sinais para outras aplicações médicas ou em outras áreas do conhecimento e de ser capaz de avaliar de mais de quatro frequências por orelha de maneira simultânea. O sistema descrito na dissertação só avalia até quatro frequências simultâneas por orelha. 10 Assim, ele pode enviar até oito estímulos simultaneamente (quatro por orelha).

Também foram encontradas algumas patentes que tratam do mesmo assunto, tais como: patente US 7976473, intitulada “Method and apparatus for signal encoding evoked responses” refere-se a um método e um aparelho que utilizam os benefícios da transmissão e da recepção de um sinal codificado 15 para melhorar o desempenho de dispositivo de testes médicos, que é adaptado para evocar e medir sinais de resposta biológica, tais como potenciais evocados auditivos (AEP) e audiometria de tronco encefálico (ABR). Diferentemente da matéria tratada que é capaz de gerar estímulos para evocar respostas somatosensitivas; de configurar os parâmetros de estimulação, o 20 protocolo de estimulação e os parâmetros de captação e de processamento; de captar respostas evocadas em regime permanente; de realizar audiometria baseada na resposta em regime permanente; de realizar exames de triagem auditiva em neonatos usando a técnica ASSR e de gerar estímulos com forma de onda arbitrária; tom AM, FM, AM e FM juntos, AM2, Burst, Chirp.

A patente US6071246, intitulada “Process for automatic determination of

hearing acuity, particularly of newborns and infants” refere-se a um processo para a determinação automática de audição de recém-nascidos e de lactentes, detectando as respostas auditivas do tronco cerebral (ABRs) ou emissões otoacústicas (EOA), por meio de testes em um domínio de frequência. Esses 30 dois exames audiológicos são distintos da técnica proposta pelo equipamento da matéria tratada.

A patente US7035745, intitulada “Statistical test method for objective verification of auditory steady-state responses (ASSR) in the frequency domain” reivindica um método (Q-sample uniform scores test) para detecção das respostas cerebrais durante a realização da técnica ASSR. Mesmo que a matéria tratada execute a mesma técnica, a mesma utiliza outros métodos de detecção.

A patente US2008200831, intitulada “Method for objective verification of

auditory steady-state responses (ASSR) in the time domain” refere-se a um método para detecção, no domínio do tempo, das respostas cerebrais durante a realização da técnica ASSR. Mesmo que a matéria tratada execute a mesma técnica, a mesma utiliza outros métodos de detecção.

A patente US20060161075, intitulada “Method and system for

modulating a steady state stimulus”, refere-se a um método para geração de sinais AM e para derivações desse sinal e um equipamento para geração, para estimulação, para captação e para detecção de respostas. A matéria tratada, por sua vez, é capaz de gerar estímulos com forma de onda arbitrária (FM, AM e FM juntos, Burst, Chirp, Click).

A patente US2002038208, intitulada “System and method for processing Iow signal-to-noise ratio signals”, refere-se a um equipamento e a um método para detecção de sinais de baixa relação sinal-ruído para aplicações em emissões otoacústicas e ASSR. O método utilizado (Baseados em filtros de 20 Kalman) para a detecção é diferente dos métodos propostos pela matéria tratada.

A patente US5601091, intitulada “Audiometric apparatus and associated screening method”, refere-se a um equipamento e a um método para realizar a triagem auditiva em neonatos. Contudo, essa triagem é realizada utilizando 25 dois métodos (EOA e ABR) distintos daquele utilizado na matéria tratada (ASSR). Com relação aos sinais gerados, o texto indica dois tipos de estímulos semelhantes à presente invenção. Entretanto, a matéria tratada não se limita a esses tipos de estímulos e pode gerar sinais arbitrários e outras funções (FM, AM e FM juntos, Burst, Clicks).

A patente US2008033317, intitulada “Method To Design Acoustic Stimuli

In The Spectral Domain For The Recording Of Auditory Steady-State Responses (ASSR)”, refere-se uma nova forma de estimulo usada para realizar a técnica ASSR. A matéria tratada, por sua vez, não contempla esse estímulo. A patente US20070442344, intitulada “Method and Device for Objective Automated Audiometry”, refere-se a um método para detecção automática de respostas cerebrais quando se utiliza a técnica ABR. Na tecnologia ora proposta, todo o equipamento foi projetado para realizar outra técnica chamada ASSR.

A patente US20040834554, intitulada “System and method for objective evaluation of hearing using auditory steady-state responses”, refere-se a um aparelho e a um método para triagem auditiva de um indivíduo utilizando o método ASSR. Diferentemente, a matéria tratada é capaz de gerar estímulos 10 com frequência além de 8000Hz e intensidades superiores a 80dBHL; realizar o cálculo de quatro métodos matemáticos de detecção, que são o teste espectral F, o teste T-Circular, a MSC (Magnitude Squared Coherence) e o teste de sincronismo de fase (PSM); de realizar cálculos matemáticos utilizando mais de um canal de coleta simultaneamente; e de gerar, além das formas de 15 onda descritas no texto, estímulos com forma arbitrária.

No Brasil, a avaliação auditiva utilizando a tecnologia RRP ainda está incipiente e, por isso, não são encontrados no mercado interno produtos com tecnologia nacional. Isso se deve ao fato de todos os equipamentos utilizados no país serem importados a um custo muito elevado.

As tecnologias supracitadas são, geralmente, muito restritas com relação

às suas funcionalidades, ou seja, o usuário não tem a opção de investigar o efeito que novas formas de estimulação; bem como outros métodos de processamento, têm sobre o desempenho da técnica RRP. Isso impede que novas abordagens sejam investigadas visando o aprimoramento desta técnica 25 no que tange, principalmente, o tempo de execução do exame e a precisão dos resultados.

A matéria tratada é capaz de realizar, pelo menos, três exames na área de audiologia, são eles: Audiometria tonal/Óssea e Logoaudiometria, ABR (Auditory Brainstem Response) e ASSR (Auditory Steady State Response). A 30 principal característica que Ihe confere esta diversidade em aplicações audiológicas é o fato de o equipamento ser capaz de gerar diversas formas de onda. No caso das aplicações audiológicas, utilizam-se fones de ouvidos como elemento transdutor dos sinais elétricos em ondas de pressão sonora. Outras áreas da neurociência e até mesmo outras áreas de pesquisa (como agricultura, como instrumentação, como biologia) podem utilizar esta versatilidade de geração de formas de onda em estudos diversos. Nesses casos, bastaria a utilização de outros transdutores como, por exemplo, os de 5 corrente elétrica, térmico, ópticos para transformar os sinais gerados na grandeza física desejada.

Nas tecnologias existentes no estado da técnica foi possível constatar que algumas referências encontradas focam, principalmente, em reivindicar novos métodos que sejam capazes de obter um diagnóstico de forma mais 10 precisa ou mais rápida; ou ainda, novos tipos de estímulos que possibilitem melhores resultados. Contudo, no caso das técnicas ABR e, principalmente, ASSR, há a possibilidade de obtenção de melhores resultados, explorando técnicas matemáticas já utilizadas, porém sobre novos paradigmas e é justamente nesse ponto que é observada outra diferenciação da tecnologia ora 15 proposta.

As tecnologias existentes no estado da técnica utilizam um ou, no máximo, dois métodos matemáticos para a obtenção das respostas. E nesses casos, todos os textos sugerem a realização das análises utilizando apenas um canal. Isso significa que os sinais cerebrais (que são analisados por esses 20 métodos matemáticos) são captados apenas sob uma medição diferencial (ou, um ponto de referência).

Diferentemente, a matéria tratada propõe a utilização de, pelo menos, quatro métodos matemáticos e, ainda, a possibilidade de que os sinais cerebrais sejam captados de diversas regiões do couro cabeludo simultaneamente. Essa última característica possibilita a obtenção de diagnósticos de maneira mais rápida.

Conforme mencionado anteriormente, a presente invenção realiza técnicas de avaliação auditiva já conhecidas na literatura. Além disso, no caso da ABR e ASSR, os procedimentos intermediários utilizados para a obtenção dos resultados (diagnósticos) utilizam métodos matemáticos também já descritos na literatura.

Outras vantagens da presente invenção é a capacidade de realizar a técnica RRP utilizando diferentes técnicas de processamento de sinais, além de coletar e processar informações de diferentes pontos do couro cabeludo. Dessa forma, reduz-se o tempo de realização do exame e de geração de formas de onda arbitrárias, já que os equipamentos utilizados atualmente geram de 3 a 4 estímulos diferentes. A matéria tratada, então, pode gerar 5 ilimitadas formas de onda uma vez que o usuário tem a opção de criar o estímulo que será utilizado. No caso de estímulos do tipo Tom AM (Amplitude Modulada), a presente invenção possibilita a avaliação de limiares auditivos para mais de quatro freqüências simultâneas por orelha (ao contrário das tecnologias descritas no estado da técnica que se limitam a este valor). Ela 10 também possibilita a aplicação da técnica em exames de triagem auditiva em neonatos.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A Figura 1 mostra, de forma não limitante, o fluxograma do equipamento com um todo.

A Figura 2 mostra, de forma não limitante, o fluxograma da unidade de

controle.

A Figura 3 mostra, de forma não limitante, o fluxograma do bioamplificador.

A Figura 4 mostra, de forma não limitante, a tela da interface gráfica (1) indicando os parâmetros que o usuário pode ajustar.

A Figura 5 mostra, de forma não limitante, o exemplo de configurações para geração de tons AM.

A Figura 6 mostra, de forma não limitante, a configuração da frequência de amostragem.

A Figura 7 mostra, de forma não limitante, o procedimento para

estabelecer a comunicação entre a IG e a UC.

A Figura 8 mostra, de forma não limitante, os resultados fornecidos pelos quatro testes estatísticos (Teste F para o 3o estimulo com M igual a 100 trechos; MSC; PSM e T2Circ) após a análise dos registros de um indivíduo submetido a um Tom AM (Amplitude Modulada) com portadora igual a 1.000Hz e modulante a 86,91 Hz. A Figura 9 mostra, de forma não limitante, o resultados fornecidos pelos testes estatísticos (Teste F para o 3o estimulo com M igual a 100 trechos; MSC; PSM e T2Circ) após a análise das respostas de um indivíduo a um estímulo composto pela sobreposição de quatro tons AM com portadoras iguais a 5 500Hz, 1.000Hz, 2.000Hz e 4.000Hz moduladas, respectivamente, a 81,06Hz; 90,82Hz; 100,59Hz e 110,35Hz; onde: (A) Teste F;(B) MSC; (C) PSM; (D) T2Circ.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O Dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente compreende, pelo menos, em uma interface gráfica (1), que é conectada por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (2) a uma unidade de controle (3); esta envia um sinal elétrico (4) para ser convertido por um transdutor sonoro (5) a, pelo menos, uma onda de sinal sonoro que é enviado por via aérea (6) a um paciente (7); os potenciais evocados pelos estímulos sonoros serão captados por, pelo menos, um eletrodo (8) que está conectado a, pelo menos, um bioamplificador (9), este também está conectado a unidade de controle (3) por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (10); a unidade de controle (3) também é interligada a, pelo menos, um processador (12), que também está conectado a interface gráfica (1) por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (13).

A unidade de controle (3) juntamente com a interface gráfica (1) compõe a etapa responsável pela geração de estímulos sonoros. O bioamplificador (9) juntamente com a unidade de controle (3) compõe o sistema de coleta do 25 eletroencefalograma (EEG) online. E, finalmente, o módulo de processamento de dados (12) representa os softwares responsáveis pelo processamento offline dos sinais EEG coletados visando detectar o potencial evocado auditivo em regime permanente.

A unidade de controle (3) compreende um processador digital de sinais (14) que está ligado a um conversor digital/analógico (15); este é ligado a um filtro analógico (16); que está conectado a um amplificador (17); e, então, é conectado por meio analógico ou digital (4) ao transdutor sonoro (5); além de receber do bioamplificador (9) por meio analógico (10) um sinal que será filtrado (18) e digitalizado (19).

A unidade de controle (3) tem como funções: receber da interface gráfica os parâmetros que configuram o protocolo de estimulação (forma de onda, 5 duração do estímulo, intervalo entre estímulos, número de estímulos, amplitude do estímulo, frequência); gerar e amplificar os estímulos sonoros que serão apresentados ao indivíduo; receber do Bioamplificador (9) o EEG coletado do couro cabeludo; e enviar para o módulo de processamento de dados (12) o EEG para ser processado.

Opcionalmente, a (s) interface (s) gráfica (s) (1), que é (são) conectada

(s) por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (2) à unidade de controle (3); esta envia um sinal elétrico (4) para ser convertido por um transdutor qualquer capaz de converter o sinal elétrico em um estímulo físico específico (temperatura, pressão, corrente elétrica, vibração).

Para gerar estímulos sonoros com intensidades dentro da faixa utilizada

nas avaliações audiométricas (-IOdBSPL a 120dBSPL) foi projetado um circuito que se acopla à saída analógica do DSP (14). Esse circuito consiste em uma fonte de corrente controlada por tensão e tem a função de prover ao fone de ouvido (5) uma corrente elétrica suficiente para produzir pressões sonoras mais elevadas.

O bioamplificador (9) compreende pelo menos um amplificador (20) que, por um lado, recebe do eletrodo (8) sinais do paciente (7); e, pelo outro, envia sinais que passam por, pelo menos, um filtro (21) e seguem para a unidade de controle (3).

O bioamplificador (9) tem como principais funções amplificar (20) e filtrar

(21) os sinais de EEG coletados durante a estimulação do indivíduo.

A amplificação é responsável por elevar os níveis dos sinais de EEG - que são da ordem de alguns microvolts - para amplitudes na faixa de alguns volts. Sua utilização é imprescindível para o funcionamento do sistema, pois os recursos utilizados na aquisição dos potenciais evocados não são capazes de digitalizar sinais com amplitudes tão baixas.

Já a filtragem é responsável por remover do EEG componentes espectrais indesejadas. Essas componentes, geralmente, são os harmônicos da rede elétrica (60Hz, 120Hz, 180Hz etc.) e as frequências que estão fora da faixa espectral de interesse. A utilização deste recurso melhora a relação sinal/ruído e previne a ocorrência de distorções no sinal após a sua digitalização (aliasing).

A interface gráfica (1) tem como principais funções enviar o protocolo de

estimulação (formas de onda, intensidade, frequência, tempo de estimulação, duração do estímulo e o número de estímulos) para a unidade de controle (3) e receber dela os EEG digitalizados para serem processados. Além disso, a interface gráfica (1) tem a função de proporcionar uma interface amigável entre o usuário (profissionais da área de saúde) e a unidade de controle (3).

O usuário tem acesso a todo o protocolo de estimulação em uma tela de visualização no computador e pode operar o sistema de forma simples e intuitiva.

Para implementar a interface gráfica (1), foi utilizado um conjunto de bibliotecas de código aberto em linguagem de programação C++. O ambiente de desenvolvimento utilizado foi a plataforma Eclipse 3.3.2, onde o código foi escrito e depurado. O compilador MingW 3.4, também de código aberto, foi utilizado como compilador.

O processamento dos sinais EEG tem como principal objetivo detectar a presença de um potencial evocado auditivo em regime permanente em meio ao sinal de EEG coletado. Esse processamento é feito, de maneira online, no computador por meio de algoritmos.

Para a análise dos potenciais evocados, foram implementados cinco algoritmos. Um deles se destina à detecção e rejeição de artefatos nos sinais de EEG e os demais à realização dos testes estatísticos de detecção SFT, MSC, PSM e T2circ.

Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente compreende as seguintes etapas:

I. definir o protocolo de estimulação;

II. gerar o protocolo de estimulação com uma forma de onda arbitrária;

III. enviar os estímulos sonoros ao indivíduo; IV. captar o potencial evocado do indivíduo;

V. processar o sinal; e

VI. apresentar os resultados.

Na etapa (I), definem-se os seguintes parâmetros: duração do exame, duração dos estímulos, taxa de amostragem dos sinais do paciente, tipo de estímulo, intensidade do estímulo, números de estímulos, frequência dos estímulos e intervalo entre estímulos.

Na etapa (II), recebem-se todos os parâmetros definidos em (i) e gera uma forma de onda de acordo com os mesmos.

Na etapa (IV), utiliza-se, pelo menos, um canal, e este compreende três

eletrodos.

Na etapa (V), utilizam-se, pelo menos, quatro métodos matemáticos distintos para processar sinais provenientes de, pelo menos, um canal.

Nas etapas (I), (II), (IN), (IV) e (V) utiliza, pelo menos, uma frequência para obtenção de limiar auditivo fisiológico.

O Dispositivo e Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva, com base no potencial evocado em regime permanente, compreende meios para detectar limiares e avaliar perdas auditivas pelos métodos audiometria tonal por via aérea e óssea, logoaudiometria, ASSR e BERA, além de meios de executar a triagem auditiva em neonatos.

Protótipo Desenvolvido

Para desempenhar as quatro funções atribuídas à UC, foi escolhido como recurso de hardware a plataforma de desenvolvimento ADSP-BF533 EzKit Lite da Analog Devices.

A escolha desta plataforma se deve à arquitetura interna de seu

processador que permite a realização de cálculos matemáticos complexos com alto desempenho. A seguir, estão descritas algumas características do ADSP- BF533 que justificam seu alto desempenho:

• Processador de 32 bits;

· Clock do core (núcleo) do DSP de 600 MHz;

• Trabalha com ponto flutuante; • Core com 2 MACS de 16 bits, 2 ULAs de 40 bits, 4 ULAs de 8 bits (dedicado ao tratamento de vídeo) e 1 deslocador de 40 bits;

• RAM interna de 148 KB (80 kB para instruções, 64 kB para dados e 4 kB para rascunho ou Scratchpad);

• 16 pinos de E/S de propósito geral, todos com recurso de interrupção;

• Interface para controle de até 64 MB de memória externa.

Conforme mencionado, o hardware utilizado (ADSP-BF533 EzKit Lite ou simplesmente DSP) consiste em uma plataforma de desenvolvimento. Isso significa que junto ao processador estão ligados alguns circuitos eletrônicos que executam funções variadas. Dentre esses circuitos destacam-se:

• Uma interface de comunicação RS-232;

• Memórias RAM e Flash externas de 32 MB e 2 MB, respectivamente;

• Conector JTAG que permite acesso direto ao núcleo do processador;

• Extensão de todos os pinos do processador por meio de três conectores localizados na parte inferior da placa;

• LED e chaves do tipo push-button para a implementação e teste de aplicações variadas;

• Conversores Analógico/Digitais e Digitais/Analógicos integrados em um mesmo chip (CODEC1836). O conversor analógico/digital suporta até quatro canais de entrada e realiza a aquisição a uma taxa máxima de 48.000 amostras por segundo com uma resolução de até 24bits. O conversor digital/analógico, por sua vez, suporta até seis canais de saída e realiza a construção do sinal analógico a uma taxa de 48.000 amostras por segundo com uma resolução de 10bits.

O DSP (14) é uma plataforma que possui um processador ligado a circuitos integrados com características específicas. Entretanto, para que ele desempenhe as quatro funções para as quais foi designado, é necessário que haja uma interação entre o processador e esses circuitos. Quem estabelece essa interação é o firmware.

De forma sucinta, o firmware é um software dedicado a um hardware, ou seja, um algoritmo que estabelece como um determinado circuito programável irá funcionar. O firmware que controla as funções do DSP no sistema foi desenvolvido em linguagem de programação C++ no ambiente de desenvolvimento VISUALDSP++ 4.0 (Figura 3).

A descrição formal de todas as funções atribuídas à unidade de controle 5 (3) é feita no firmware. Isso significa que no ambiente de desenvolvimento é especificado como será feita a transmissão de dados entre a unidade de controle (3) e a interface gráfica (1); como os estímulos serão gerados pelo conversor digital/analógico (15); como o conversor analógico/digital (19) fará a aquisição dos sinais de EEG; e como serão transmitidos os dados para serem 10 processados (12).

Seguem, abaixo, algumas características do Bioamplificador:

• Ganhos de 5.000, 10.000, 20.000, 50.000 vezes;

• Quatro canais independentes. Cada canal possui três entradas (duas para medições diferenciais e uma para o aterramento);

· Filtro passa alta ajustável em: 0,1 Hz, 0.3 Hz1 1 Hz, 3 Hz, 10 Hz, 30 Hz, e 100 Hz;

• Filtro passa baixa ajustável em: 0,1 kHz, 0.3 kHz, 1 kHz, 3 kHz e 10 kHz;

• Filtro notch 50/60 Hz;

• Alta impedância de entrada: 20 ΜΩ;

· Alta rejeição de modo comum (CMRR): 90 dB.

Segue as especificações técnicas do protótipo desenvolvido 1. Capacidade de geração e ajuste dos parâmetros dos seguintes tipos de estímulos:

a. Tons Puros:

i. Frequência: 20Hz a 20KHz em passos de 1 Hz.

b. Tons modulados em amplitude (AM):

i. índice de modulação: 0% a 100% em passos de 1%;

ii. Frequência da portadora: 20Hz a 20KHz em passos de

1 Hz;

iii. Frequência da modulante: 20Hz a 500Hz em passos de

0.01Hz;

iv. Possibilitar a geração de até 4 tons simultâneos por canal.

c. Tons modulados em amplitude com envelope exponencial (AM2): i. índice de modulação: 0% a 100% em passos de 1%;

ii. Frequência da portadora: 20Hz a 20KHz em passos de

1Hz;

iii. Frequência da modulante: 20Hz a 500Hz em passos de 0.01Hz;

iv. Possibilitar a geração de até 4 tons simultâneos por canal;

v. Potência do envelope exponencial: 1 a 100 em passos de

1.

d. Tons modulados em frequência (FM):

i. índice de modulação: 0 a 100 em passos de 0.01;

ii. Freqüência da portadora: 20Hz a 20KHz em passos de

1Hz;

iii. Frequência do modulante: 20Hz a 500Hz em passos de

0.01Hz.

e. Tons de modulação mista AM+FM (MM):

i. Possui as mesmas especificações dos tons AM e FM, porem só pode ser gerada uma onda em um canal.

f. Tons Chirp:

i. Número de cossenos utilizados: 1 a 100 em passos de 1;

ii. Freqüência de repetição do estímulo: 20Hz a 20KHz em

passos de 1Hz;

iii. A menor freqüência dos N cossenos escolhidos: 20Hz a 20KHz em passos de 1Hz.

g. Tons Burst

i. Freqüência: 20Hz a 20KHz em passos de 1 Hz;

ii. Tempo de subida: 1ms a I.OOOms em passos de 1ms;

iii. Tempo de descida: 1ms a 1.000ms em passos de 1ms;

iv. Tempo de platô: 1ms a 1.000ms em passos de 1ms;

v. Tempo de repouso: 1ms a 1.000ms em passos de 1ms;

vi. Tipo de Janela: Blackman ou Gaussiana.

h. Pulso de curta duração:

i. Largura do pulso: 100ps a 1s em passos de 1ps;

ii. Tempo de repouso: 100ps a 10s em passos de 1ms. 2. Possibilidade de geração de estímulos com intensidades na faixa de -IOdBspI a 120dBspl em passos de IdBspI;

3. Possibilidade de geração de até 100.000 estímulos;

4. Permitir a definição do tempo de duração de cada estímulo entre 0 e 30s com resolução de 0.001s;

5. Definição de intervalos de tempo, de 0 a 30s, entre dois estímulos consecutivos, com resolução de 0.001s;

6. Geração um sinal de sincronismo (trigger) ao início e outro ao fim de cada estímulo;

7. Geração de estímulos a uma taxa de 48.000 amostras por segundo

e com uma resolução de 10bits;

8. Amplificação e filtragem dos sinais de EEG nas faixas de variações possibilitadas pelo bioamplificador, conforme descrito no item 5.1.2;

9. Possibilidade de geração de formas de onda arbitrária por expressões matemáticas ou dados de arquivos;

10. Possibilitar a digitalização dos sinais de EEG com uma resolução de 16bits e com frequências de amostragem de até 16KHz.

A interface gráfica desenvolvida apresenta, em uma mesma tela, todos os parâmetros que o usuário pode selecionar para a geração dos estímulos (Figura 4).

No campo “Parâmetros”, serão definidos a forma de onda e seus respectivos parâmetros (frequência, intensidade etc.).

Quando o usuário aperta o botão “configura modulante”, dentro da aba “Tom AM”, é aberta uma nova janela (à direita da Figura 5) para que ele possa configurar quantos tons serão sobrepostos para constituir o estímulo e se a estimulação será mono ou binaural (2 canais).

Conforme pode ser visto na Figura 4, ele poderá sobrepor ate quatro tons por canal, totalizando oito estímulos distintos. Deve-se destacar, entretanto, que para a estimulação binaural, os tons gerados em cada canal de saída compartilharão as mesmas frequências de portadoras.

No caso da Figura 4 foi definido uma estimulação monoaural composta por apenas um tom com frequências de portadora e modulante iguais a 1.000Hz e 70Hz, respectivamente. A Figura 5 exemplifica outras configurações que podem ser feitas para os estímulos do tipo Tom AM.

No lado esquerdo da Figura 5 é mostrado a configuração de um estímulo monoaural composto pela sobreposição de dois tons com portadoras de 5 1.000Hz e 2.000Hz modulados, respectivamente, a 70Hz e a 90Hz. No lado direito da Figura 5, é exemplificado um estímulo binaural onde cada canal seria composto por apenas um tom. Assim, uma orelha seria estimulada por um tom AM com portadora e modulante iguais a 1.000 Hz e 80 Hz respectivamente, enquanto a outra seria estimulada por outro tom com frequência de portadora 10 igual a 1.000 Hz e de modulante igual a 100 Hz. Nota-se que, neste último caso, a frequência da portadora foi compartilhada por ambos os canais.

Após configurar a forma de onda, o usuário deverá definir dentro do campo “Parâmetros Comuns” o protocolo de estimulação (Figura 4). Nesse local deverá ser informado a duração de cada estímulo (“Duração On”), o 15 intervalo de tempo entre dois estímulos consecutivos (“Duração OFF”) e o número de estímulos que serão apresentados (“Número de estímulos”). Dentro deste campo há ainda um contador (“Estímulo Atual”) que indica ao usuário quantos estímulos foram realizados.

Tendo configurado todos os parâmetros referentes à estimulação, o usuário deverá, por fim, configurar a frequência de amostragem desejada para a aquisição dos sinais de EEG (Figura 6) e estabelecer a comunicação serial entre a interface gráfica (1) e a unidade de controle (3) (Figura 7).

Feito isso, a estimulação poderá ser iniciada através do botão “Iniciar” e, caso seja necessário interrompê-la, o botão “Parar” deverá ser pressionado. Para fechar a interface gráfica (1), basta apertar o botão “Sair”.

Resultados obtidos nos testes do equipamento:

Os gráficos apresentados a seguir (Figura 8) exibem alguns resultados fornecidos pelo equipamento após o teste do equipamento em um indivíduo.

Nesse caso, o indivíduo recebeu um estímulo sonoro constituído por um tom AM com portadora de 1000Hz e modulante de 86.91 Hz.

As linhas horizontais indicam o limiar de referência para tomada de decisão. Se a amplitude da resposta (pico assinalado com o valor "86.91 Hz") estiver acima do limiar (como é o caso da Figura 8), pode-se inferir que o indivíduo percebeu o estímulo.

A Figura 9 apresenta o resultado para uma segunda situação. Nesse caso, a audição do indivíduo foi avaliada simultaneamente em quatro 5 frequências distintas. O estímulo apresentado foi constituído pela sobreposição de quatro tons AM com portadoras iguais a 500Hz, 1.000Hz, 2.000Hz e 4.000Hz moduladas, respectivamente, a 81,06Hz; 90,82Hz; 100,59Hz e 110,35Hz. Nota-se que os gráficos apresentam quatro picos (em 81.06Hz; 90.82Hz; 100.59Hz; 110.35Hz) que ultrapassam o limiar de decisão (linha 10 horizontal) indicando que os quatro estímulos apresentados foram percebidos pelo indivíduo avaliado.

O sistema mostrou-se versátil, sendo capaz de gerar as principais formas de ondas utilizadas tanto na rotina médica quanto nas pesquisas mais recentes voltadas ao estudo dos potenciais evocados auditivos de um modo 15 geral. Além disso, o sistema possibilita o acesso aos principais parâmetros que constituem tanto estas formas de onda, quanto aqueles relativos ao protocolo de estimulação. Tais características conferem ao protótipo um diferencial tecnológico, não observado atualmente na maioria dos equipamentos encontrados no mercado, possibilitando que novos paradigmas de pesquisa 20 sejam investigados, como a utilização de outras formas de estimulação.

Outro aspecto que destaca o sistema é a maneira como ele foi desenvolvido. Os recursos de hardware, software e firmware utilizados fazem do sistema uma plataforma tecnológica, possibilitando que outros exames ligados à avaliação auditiva como o BERA e a Audiometria Tonal sejam 25 realizados, bastando para isso somente modificações nos softwares. Isso significa que dois novos protótipos podem ser construídos a partir do primeiro, em um curto prazo e a custo reduzido.

Claims (13)

1. Dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente caracterizado por compreender, pelo menos, uma interface gráfica (1), que é conectada por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (2) a uma unidade de controle (3); esta envia um sinal elétrico (4) para ser convertido por um transdutor sonoro (5) a, pelo menos, uma onda de sinal sonoro que é enviado por via aérea (6) a um paciente (7); os potenciais evocados pelos estímulos sonoros serão captados por, pelo menos, um eletrodo (8) que está conectado a, pelo menos, um bioamplificador (9), este também está conectado a unidade de controle (3) por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (10); a unidade de controle (3) também é interligada a, pelo menos, um processador (12), que também está conectado a interface gráfica (1) por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (13).

2. Dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas vias analógica ou digital (2), (10) e (13). pertencerem ao grupo compreendendo comunicação serial, USB, Wireless.

3. Dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela unidade de controle (3) compreender um processador digital de sinais (14) que está ligado a um conversor digital/analógico (15); este é ligado a um filtro analógico (16); que está conectado a um amplificador (17); e, então, é conectado por meio analógico ou digital (4) ao transdutor sonoro (5); além de receber do bioamplificador (9) por meio analógico (10) um sinal que será filtrado (18) e digitalizado (19).

4. Dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo sinal digital do bioamplificador (10) estar ligado diretamente ao DSP (14).

5. Dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo bioamplificador (9) compreender pelo menos um amplificador (20) que, por um lado, recebe do eletrodo (8) sinais do paciente (7); e, pelo outro, envia sinais que passam por, pelo menos, um filtro e seguem para a unidade de controle (3).

6. Dispositivo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela (s) interface (s) gráfica (s) (1), que é (são) conectada (s) por meio de, pelo menos, uma via analógica ou digital (2) à unidade de controle (3); esta envia um sinal elétrico (4) para ser convertido por um transdutor qualquer capaz de converter o sinal elétrico em um estímulo físico específico (temperatura, pressão, corrente elétrica, vibração).

7. Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente caracterizado por compreender as seguintes etapas: I. definir o protocolo de estimulação; II. gerar o protocolo de estimulação com uma forma de onda arbitrária; III. enviar os estímulos sonoros ao indivíduo; IV. captar o potencial evocado do indivíduo; V. processar o sinal; e VI. apresentar os resultados.

8. Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela etapa (I) definir os parâmetros, duração do exame, duração dos estímulos, taxa de amostragem dos sinais do paciente, tipo de estímulo, intensidade do estímulo, números de estímulos, frequência dos estímulos e intervalo entre estímulos.

9. Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com as reivindicações 7 e 8, caracterizado pela etapa (II) receber todos os parâmetros definidos em (I) e gerar uma forma de onda de acordo com os mesmos.

10. Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela etapa (IV) utiliza, pelo menos, um canal, e este compreende três eletrodos.

11. Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pela etapa (V) utilizar, pelo menos, quatro métodos matemáticos distintos para processar sinais provenientes de, pelo menos, um canal.

12. Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelas etapas (I), (II), (III), (IV) e (V) utilizar, pelo menos, uma freqüência para obtenção de limiar auditivo fisiológico.

13. Dispositivo e Processo para a detecção de limiares auditivos de forma objetiva com base no potencial evocado em regime permanente, de acordo com as reivindicações 1 a 13, caracterizado por compreender meios para detectar limiares e avaliar perdas auditivas pelos métodos: audiometria tonal, por via aérea e óssea, logoaudiometria, ASSR e BERA, além de meios de executar a triagem auditiva em neonatos.