Implante coclear

Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Ir para: navegação, pesquisa
Ilustração do interior de um implante coclear.

O Implante Coclear (IC) é um dispositivo eletrônico, parcialmente implantado, que visa proporcionar aos seus usuários sensação auditiva próxima ao fisiológico. O IC é visto como uma boa opção aos portadores de surdez neurossensorial de severa a profunda que não têm condições de escutar e compreender a fala, ou mesmo que escutando alguns sons, essa sensação não é suficiente para o uso social ou profissional. Outro fator relevante à avaliação da possibilidade de realizar o IC é o uso prévio, sem resultados satisfatórios, de aparelhos auditivos clássicos.

O IC possui uma parte externa e outra interna. A parte externa é constituída por um microfone, um microprocessador de fala e um transmissor. A parte interna possui um receptor e estimulador, um eletrodo de referência e um conjunto de eletrodos que são inseridos dentro da cóclea. Esse dispositivo eletrônico tem por objetivo estimular, através desses eletrodos implantados dentro da cóclea, o nervo auditivo que, por sua vez leva os sinais para o encéfalo onde serão decodificados e interpretados como sons.

O mau funcionamento ou a inexistência das células ciliadas internas é a principal causa da perda auditiva neurossensorial. Isso pode ocorrer por várias motivos, dentre eles estão: doenças genéticas ou infecciosas (como rubéola e meningite); exposição exagerada a sons muito intensos; a utilização de drogas ototóxicas (como canamicina, estreptomicina e cisplatina); processo natural do envelhecimento.

É possível que em alguns indivíduos o nervo auditivo esteja danificado ou ausente. É isso que acontece em alguns casos de surdez congênita, em alguns tipos de fraturas especificamente localizadas na região do crânio onde o nervo auditivo está abrigado ou ainda devido a remoção de tumores. Em alguns desses casos ainda é possível utilizar o IC através da estimulação direta ao núcleo coclear dorsal. [1]


Entre as décadas de 80 e 90 ocorreu grande revolução na área dos ICs, devido a maior investimento em pesquisas. Até 1988 cerca de 3 mil pacientes haviam recebido o IC; em 1995 este número subiu para 12 mil; até o ano de 2008 este número já ultrapassa 120 mil. Segundo Gilford et al (2008) muitos pacientes conseguem atingir uma pontuação entre 90 e 100% de acerto nos testes padrões de inteligibilidade de sentenças em ambiente silencioso.

Um grande desafio para os futuros ICs é melhorar o desempenho em ambientes ruidosos.


Funcionamento do implante coclear[editar | editar código-fonte]

Para o desenvolvimento de um implante coclear (IC) que obtenha sucesso em seu funcionamento, é necessário entender a fundo como funciona o sistema auditivo humano. É importante saber como funciona o sistema auditivo natural antes de querer consertá-lo. Para uma compreensão completa do funcionamento do sistema auditivo é necessário ter conhecimentos sobre a fisiologia da audição, acústica, psicoacústica, neurologia, cognição, processamento de sinais, dentre outras áreas. Entender o funcionamento da audição humana requer um conhecimento vasto e multidisciplinar.

Nesta seção pretende-se descrever brevemente o funcionamento de um implante coclear, visando dois pontos específico: a estimulação elétrica do nervo auditivo e o processamento do sinal acústico. Outros aspectos como a transmissão do sinal do componente externo para o interno, o funcionamento do hardware e a codificação do sinal para a transmissão não serão tratados aqui.

Como já dito antes, o sistema completo do implante coclear é composto por diversas partes: (1) um microfone para captar o sinal acústico; (2) um processador digital para transformar o sinal do microfone em um sinal que será a estimulação dos eletrodos implantados na cóclea; (3) um sistema de transmissão e recepção para transmitir as informações da estimulação para a parte interna do sistema; (4) os eletrodos de estimulação na cóclea e (5) um cabo multi-wire para conectar a saída do receptor/estimulador aos vários eletrodos.

Estimulação elétrica do nervo auditivo[editar | editar código-fonte]

O propósito da estimulação elétrica do nervo auditivo é substituir a estimulação que deveria ser feita pelas células ciliadas internas, mas que não ocorre devido ao mau funcionamento ou a inexistência dessas células.

A estimulação do nervo auditivo é feita através de corrente elétrica aplicada pelos eletrodos implantados escala timpanica(scala tympani). Cada eletrodo do conjunto está implantado em uma posição diferente ao longo do comprimento da cóclea e portanto estimulam subpopulações diferentes de neurônios. Os implantes tentam repetir a tonotopia de estimulação criada na cóclea, de forma que os estímulos de alta freqüências estimulem os eletrodos basais (próximos à janela oval) e os estímulos de baixa freqüência estimulem os eletrodos apicais (próximos ao elicotrema). Os estímulos apresentados em cada eletrodo possuem um potência que é relativo ao potencial do eletrodo de referencia, geralmente implantado no músculo temporal. Este tipo de estimulação é chamada monopolar. Existe ainda a estimulação bipolar em que os estímulos são apresentados como diferenças de potenciais entre dois eletrodos vizinhos. A grande maioria dos implantes utilizados é do tipo monopolar pois: (1) a performance é ao menos tão boa quanto a performance da estimulação bipolar, (2) requer um consumo substancialmente menor de energia, aplicando menores correntes e assim prolongando a vida da bateria, (3) as diferenças de limiares ou MCL (most comfortable loudness level) para cada eletrodo são menores com a estimulação monopolar do que com a estimulação bipolar, o que pode melhorar o ajuste do implante coclear ao paciente.

Existem implantes que permitem a inserção máxima de 30,4mm para o eletrodo mais apical, podendo assim estimular as fibras do nervo auditivo que se encontram além da segunda volta da cóclea. A estimulação desta região permite criar a sensação de pitch bem grave, o que não é possível em outros implantes em que a profundidade máxima de inserção é 20mm.

Um dos principais objetivos no projeto de um implante coclear é maximizar o número de populações de neurônios que não se sobrepõem e que podem ser estimuladas pelos eletrodos. As evidências recentes apontam para a existência de 4 a 8 regiões independentes disponíveis no contexto de processamento da fala, mesmo para implantes com 22 eletrodos. O mais provável é que o número de regiões independentes seja limitado pela sobreposição dos campos elétricos dos eletrodos adjacentes (e até mesmo daqueles um pouco mais distantes).[2] As sobreposições são inevitáveis para eletrodos implantados na escala timpanica, pois os eletrodos estão imersos em um fluido de alta condutividade, a perilinfa e estão ainda situados relativamente longe do tecido neural do nervo auditivo. Para um melhor resultado e uma menor sobreposição das zonas de estimulação seria necessário conseguir realizar o implante mais próximo do tecido neural, um novo tipo de eletrodo e tipo de estimulação para reduzir a interferência entre eletrodos.

Processamento digital do sinal acústico[editar | editar código-fonte]

Para que exista uma transformação do sinal acústico em disparos neuronais na base da cóclea é necessário realizar um processamento do sinal de entrada simulando o processamento que ocorreria numa cóclea saudável.

Ilustração de um diagrama típico de processamento de sinal para implante cocleares.

Umas das abordagens existentes hoje é ilustrada na figura ao lado. A estratégia exemplificada consiste em um banco de filtros para separar o sinal em faixas de freqüências, um filtro passa-baixas para extrair o envelope do resultado de cada banda, um mapeamento não linear para compressão dinâmica do sinal e por fim a modulação do sinal será aplicado aos eletrodos implantados na cóclea.

A etapa do banco de filtro deve simular a filtragem existente ao longo do processo auditivo. O ouvido externo pode ser visto como um filtro passa-baixas, como descrito por J. L. Flanagan. [3] Os estudos de G. Békésy [4] mostraram como é a estimulação da membrana basilar por uma onda acústica incidente através da janela oval. Békésy mostra a existência de uma onda acústica viajante no interior da cóclea. Esta onde mecânica estimula a membrana basilar de formas diferentes em sua extensão devido à sua variação da espessura e rigidez ao longo do comprimento. Cada região ao longo da membrana basilar funciona como um filtro passa-faixa, sendo estimulado prioritariamente por uma determinada banda de freqüência. A vibração na membrana basilar por sua vez estimula as células ciliadas dispostas ao longo da cóclea. Cria-se então uma tonotopia na estimulação da cóclea, na qual os estímulos de baixa alta freqüência estimularam a parte basal, onde a membrana é mais fina e mais rígida, e os estímulos de baixa freqüência estimularão a parte apical onde a membrana é mais espessa e menos tensa. Esta tonotopia é recriada digitalmente pelo banco de filtros. É importante que esta tonotopia seja recriada para garantir bons resultados na audição, incluindo a diferenciação de pitch para sons, puros e complexos. A função de Greenwood utilizada muitas vezes para aferir a posição dentro da coclea em que os eletrodos devem ser implantados ou então quais as faixas de freqüências correspondentes à posição dos eletrodos para um ajuste do banco de filtros. Donald D. Greenwood determinou de forma empírica esta relação entre freqüência e local de estimulação em várias espécies de mamíferos, inclusive o homem. [5] [6]

Após o estágio do banco de filtros, cada canal é processado por um detector de envelope, ou um retificador de meia onda, e posteriormente um mapeamento não linear, ou um controle de ganho automático, para reproduzir o funcionamento das células cilidas internas. Ray Meddis desenvolveu um modelo para as células ciliadas internas baseando-se na sua fisiologia. Este modelos simula a transdução mecânico-neural que ocorre nas células ciliadas internas. Neste modelo a função de permeabilidade controla a liberação de neurotransmissores na fenda sináptica. A probabilidade de disparos do neurônio no nervo auditivo é varia com a quantidade de neurotransmissores na fenda. É necessária uma compressão não linear da faixa dinâmica do sinal antes da etapa de modulação para mapear uma faixa extensa que abrange os sons no ambiente, até 100 dB, em uma faixa dinâmica estreita, de aproximadamente 10 dB ou pouco mais. O mapeamento pode ser ainda mais restrito, de uma faixa de 30 dB para os sons da fala em uma faixa de 10 dB, para tanto é necessário algum tipo de controle automático de ganho após a entrada do microfone.


Cocleograma e Correlograma[editar | editar código-fonte]

Os modelos auditivos e as representações perceptuais são matérias que despertam interesse por tentarem entender e resolver os problemas sobre o entendimento do que é som, as suas representações, como funciona o aparelho auditivo humano, como os homens percebem o mundo acústico, como somos capazes de realizar com simplicidade certas tarefas como a separação de fontes e a separação da fonte e do ruido. Os modelos auditivos propõem a transformação de um estímulo acústico em estímulos elétricos que são os potenciais de disparo dos neurônios na base da cóclea. Esta é uma transformação de representação entre dois mundos díspares. Uma forma de visualizar esses potenciais de disparos, de forma a tornar-se inteligível a nossa apreciação, é através de sua representação através de um cocleograma (veja ilustração).

Cocleograma. Probabilidade de disparos em 3 canais diferentes.
Cocleograma. Logarítmo da probabilidade de disparos em todos os canais do cocleograma gerado.

O cocleograma representa o som como padrões de probabilidades de disparo neural ao longo da membrana basilar no decorrer do tempo. Na figura ilustrada, o eixo horizontal é o tempo, o eixo vertical é a localização ao longo da membrana (o inicio da membrana fica na parte mais baixa do gráfico e o final da membrana na parte mais ao topo) e em tons de cinza está representada a probabilidade de disparo neuronal. O cocleograma pode ser visto como uma analogia ao espectrograma.

O uso do cocleograma como uma forma de analisar e compreender o processamento auditivo humano, o reconhecimento de fala e outros aspectos da audição humana, é uma forma pobre de análise e representação. Uma forma mais rica de representação é o correlograma. Este representa o som em figuras bidimensionais ao longo do tempo, permitindo, com esta dimensão extra, a modelagem de muitas outras experiências perceptivas. É possível alinha um vídeo gerado pelo correlograma com o áudio de entrada e assim permitir a compraração entre a percepção auditiva e a representação visual. O correlograma é o gráfico feito a partir da auto-correlação para diferentes valores de atraso. O correlograma do cocleograma será feito a partir da autocorrelação da saída em cada canal (ou eletrodo) para diferentes atrasos. O correlograma é comumente utilizado como uma forma de medir aleatoriedade para uma variável variante no tempo. Se a amostra for aleatória, então a auto-correlação será próxima de zero para qualquer atraso utilizado. Se não for aleatória, ao menos um dos valores de auto-correlação será expressivamente não nulo.

Correlograma gerado para o som de uma vogal.

O correlograma refina a informação obtida pelo cocleograma através do cálculo de periodicidades no sinal através da função de auto-correlação de tempo curto. Desta forma a periodicidade dons sons é bem representada no correlograma. Se o sinal original contiver uma componente aproximadamente periódica, tal como os sons vozeados da fala, ou as notas dos instrumentos musicais, então cada canal excitado pelo sinal terá uma alta similaridade com ele mesmo atrasado do período da repetição. Acredita-se que a informação de periodicidade é uma representação intermediária importante no processamento autiditivo humano e é fundamental para o entendimento da percepção de pitch, para a análise de cenas auditivas e para explicar nossa capacidade de entender sons mesmo quando em ambientes ruidosos.

Critérios básicos de indicação do implante coclear[editar | editar código-fonte]

Pacientes pré-linguais[editar | editar código-fonte]

  • Deficiência auditiva neurosensorial bilateral de grau severo a profundo, com reabilitação fonoaudiológica efetiva há pelo menos 3 meses (crianças de 0 a 18 meses) ou desde a realização do diagnóstico (crianças maiores de 18 meses), que não se beneficiarem do aparelho de amplificação sonora individual (AASI).
  • Neste grupo a idade do paciente é importante.
  • Nas crianças, a idade ideal é até 2 anos de idade, sendo que quanto mais precocemente o paciente é implantado, melhores serão os resultados.
  • Entre 2 e 5 anos os resultados também podem ser bons, porém são inferiores aos pacientes implantados até 2 anos.
  • A partir dos 5 anos os pacientes também podem ser implantados, porém os resultados dependerão de outros fatores como o grau de desenvolvimento da linguagem já adquirida e do trabalho de estimulação auditiva prévia, como uso de prótese auditiva e capacidade de realização de leitura orofacial e linguagem de sinais.

Pacientes pós-linguais[editar | editar código-fonte]

  • Deficiência auditiva neurosensorial bilateral de grau severo a profundo que não se beneficiarem do aparelho de amplificação sonora individual (AASI), ou seja, apresentarem escores inferiores a 50% em testes de reconhecimento de sentenças com o uso da melhor protetização bilateral possível.
  • Não existe limite de tempo para a realização do implante coclear neste grupo, porém quanto maior o tempo de surdez, piores serão os resultados.[7]

Procedimento Cirúrgico[editar | editar código-fonte]

A cirurgia do Implante coclear é realizada com o objetivo de se inserir os dispositivos internos do implante (receptor e eletrodos). A técnica cirúrgica pode variar de acordo com o tipo de aparelho a ser implantado, pois existem diferenças de tamanho e espessura para os receptores internos e externos. Em todo paciente é realizado uma tomografia pré-operatória de osso temporal ou ressonância magnética para verificar a permeabilidade da cóclea. O procedimento cirúrgico é realizado sob anestesia geral durando em média 2 horas.

É realizada tricotomia retro auricular ampliada e o paciente é operado em decúbito dorsal com rotação da cabeça expondo a área a ser explorada. A incisão é realizada na região retroauricular (3-4 cm) com um amplo retalho de pele, tecido subcutâneo e músculo. O retalho músculo-cutâneo pode ser realizado em forma de "C" ou "S" evitando-se lesar a irrigação arterial da região (veja figura).

Incisão em "C" com local e posição de fixação do implante.

Didaticamente podemos dividir o procedimento em seis etapas:

  1. Mastoidectomia, com identificação do canal semicircular lateral, processo curto da bigorna (Figura ao lado, parte A).
  2. Timpanostomia posterior com exposição da janela redonda e cóclea (Figura ao lado, parte B).
  3. Fresagem do osso temporal para fixar o implante. No local da fresagem para fixação do implante retira-se toda camada muscular tentando diminuir assim, a distância entre os receptores externos e internos (Figura ao lado, parte B).
  4. Realização de uma cocleostomia. A escala timpânica é melhor encontrada se a cocleostomia é realizada anterior e superiormente à janela redonda e tem por objetivo criar uma via permeável onde será introduzido o conjunto de eletrodos (Figura ao lado, parte D).
  5. Colocação e fixação do receptor (Figura ao lado, parte C).
  6. Fechamento da incisão.
A) Mastoidectomia e uso de um modelo para marcar a área a ser fresada para colocação do implante. B) Timpanostomia posterior e fresagem do leito do implante. C) Fixação do implante no osso temporal. D) Introdução dos eletrodos na cóclea.


Complicações cirúrgicas[editar | editar código-fonte]

Como todo procedimento cirúrgico, o implante coclear está sujeito a complicações anestésicas e infecções no pós-operatório. Outras complicações seriam:

  1. lesão do nervo facial, o que justifica o monitoramento peroperatório do nervo.
  2. Formação de fístulas liquóricas
  3. Lesão do anel e membrana timpânica
  4. Lesão do seio sigmóide
  5. Lesão da dura-máter

As complicações cirúrgicas são pouco freqüentes quando envolvem uma equipe cirúrgica bem treinada e com experiência na realização de tal procedimento.


(Re)Habilitação[editar | editar código-fonte]

A habilitação ou reabilitação auditiva, em portadores de Implante Coclear (IC), têm como principais objetivos o treinamento auditivo para que possam ocorrer, com o máximo resultado satisfatório, o desenvolvimento da linguagem e da comunicação oral.

Para que se possa alcançar o objetivo proposto, são utilizadas abordagens terapêuticas específicas de acordo com a época de aquisição da deficiência auditiva e a idade do paciente, para assim, maximizar o desempenho das habilidades auditavas com o IC.

A terapia fonoaudiológica pode ser realizada em sessões individuais ou em grupo. As sessões realizadas individualmente devem seguir, preferencialmente, a freqüência de duas a três sessões por semana. As sessões realizadas em grupo podem seguir a freqüência de uma sessão por semana. É importante ressaltar que o tais decisões somente poderão ser tomas após o conhecimento das reais necessidades do indivíduo em questão, ou seja, uma conduta nunca é igual a outra.

A terapia individual deve objetivar o desenvolvimento da linguagem oral e das habilidades auditivas, para assim, possibilitar uma comunicação efetiva e um adequado desenvolvimento global do individuo.

Para que ocorra a terapia conjunta deve sempre respeitar alguns aspectos individuais, para que o grupo se torne o mais homogêneo possível. Tais aspectos são: tempo de utilização efetiva do IC, idade e nível cognitivo do paciente.

É necessário ressaltar que o sucesso de um tratamento desse porte não pode ser atribuído a apenas um profissional. Toda uma equipe está envolvida nesse trabalho constante. Desde do primeiro contato do possível candidato ao IC com seu médico, uma série de profissionais estarão, de alguma forma, envolvidos. São eles: Otorrinolaringologistas, Fonoaudiólogos, Psicólogos e Assistentes Sociais.

Cronologia da implantação coclear[editar | editar código-fonte]

  • 1800 - Alessandro Volta faz o primeiro estudo da estimulação eléctrica, em Itália;
  • 1855 - Sistema auditivo com corrente alternada, por Duchenne de Bolonha, em França;
  • 1868 - Estudo da localização de estímulos e eléctrodos, por Brenner, na Alemanha;
  • 1930 - Experimentação da audição artificial num gato, por Wener e Bray, nos EUA;
  • 1936 - Descoberta do efeito electrofónico das céculas ciliadas, por Stevens e Jones, nos EUA;
  • 1950 - Lundberg implanta o primeiro adulto surdo, na Suécia.
  • 1951 - Distinção das frequências dentro da cóclea, por Anderson e Munson, nos EUA;
  • 1953 - Demonstração de como a pele actua como transdutor, por Flottorp, EUA;
  • 1957 - Gjourno e Eyres implantam o primeiro adulto surdo em França;
  • 1961 - Estimulação do ouvindo através do sinal de rádio, por Frey, em França;
  • 1964 - Doyle e Simmons implantam outro surdo adulto nos EUA;
  • 1973 - House implanta novo adulto surdo, nos EUA;
  • 1978 - Clark implanta o primeiro adulto surdo na Austrália;
  • 1980 - Chouard implanta a primeira criança surda, em França;
  • 1981 - Primeira criança surda implantada por House, nos EUA;
  • 1984 - Implante monocanal 3M House, aprovado pela FDA em surdos pós-linguísticos;
  • 1987 - Implantação da primeira criança no Reino Unido;
  • 1988 - Primeira criança implantada com Nucleus multicanal, na Noruega;
  • 1990 - Implantação da primeira criança na Holanda;
  • 1995 - Estatégias Nucleus Multipeak SKEAK aprovadas pela FDA para adultos com surdez severa;
  • 1997 - Implante coclear aprovado pela FDA em crianças surdas a partir dos dois anos de idade;
  • 1998 - Implante coclear aprovado pela FDA em crianças surdas a partir dos dezoito meses de idade

Referências[editar | editar código-fonte]

  1. Otto, SR; Brackmann DE, Hitselberger WE, Shannon RV, Kuchta J.. (2002-06). "Multichannel auditory brainstem implant: update on performance in 61 patients". Journal of neurosurgery 96 (6): 1063-1071 pp..
  2. Fu, QJ; Nogaki G.. (2005-04). "Noise susceptibility of cochlear implant users: the role of spectral resolution and smearing". Journal of the Association for Research in Otolaryngology 6 (1): 19-27 pp..
  3. Flanagan, J.L.. Speech Analysis, Synthesis and Perception. [S.l.]: Springer-Verlang, 1997.
  4. Békésy, G. von. Experiments in Hearing. [S.l.]: McGraw-Hill, 1960.
  5. Greenwood, DD. (1961). "Critical Bandwidth and the Frequency Coordinates of the Basilar Membrane". Journal of the Acoustical Society of America 33: 1344-1356 pp..
  6. Greenwood, DD. (1990). "A cochlear frequency-position function for several species - 29 years later". Journal of the Acoustical Society of America 87: 2592-2605 pp..
  7. Grupo de Implante Coclear do HC-FMUSP