Sistema per l’acquisizione e l’analisi Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione Università degli Studi di Padova Sistema per l’acquisizione e l’analisi dell’insieme dei potenziali evocati uditivi far-field Relatore: Prof. Giovanni Sparacino Correlatore: Prof. Edoardo Arslan Correlatore: Ing. Fabio Saccomandi Laureando: Paolo De Sordi 10 luglio 2006

Fisiologia dell’udito martello incudine staffa corteccia cerebrale coclea nervo VIII strutture centrali sottocorticali membrana timpanica condotto uditivo esterno Il potenziale evocato uditivo è un segnale di natura biolettrica che si manifesta quando vengono inviati particolari stimoli all’apparato uditivo. Il processo di creazione avviene per mezzo di due fasi: la trasmissione dello stimolo acustico e la percezione dello stesso Gli stimoli acustici giungono sotto forma di onda di pressione, dal mezzo aereo al padiglione, che convoglia i suoni nel condotto uditivo esterno. Da qui giungono al timpano, che vibra, sollecitato dalle onde di compressione e rarefazione. ????? La vibrazione della membrana timpanica si trasmette ai tre ossicini (martello incudine staffa ), che hanno la peculiarità di amplificare il suono di circa 21 volte, enfatizzando il movimento vibratorio. L’ultimo dei tre ossicini, la staffa, imprime il movimento, attraverso la sua platina, alla finestra ovale. Giunta alla coclea, sotto forma di vibrazione, l’energia cinetica (meccanica) attraverso un processo di trasduzione, viene tramutata in energia bioelettrica dall’organo del Corti. Questa energia viene quindi trasmessa attraverso le fibre nervose, al tronco e quindi alla corteccia celebrale. trasduzione meccanico-elettrica mezzo aereo segnale bioelettrico

Sistema per l’acquisizione di PE V Pa Pb P1 P2 Na Nb N1 N2 N0 0 10 20 50 100 200 300 latenza ms Potenziale evocato Acquisizione Stimolazione Per poter acquisire il potenziale evocato, è necessario disporre di un sistema di stimolazione per l’invio di un segnale acustico a un soggetto, quindi di un sistema di acquisizione per acquisire e post elaborare il segnale stesso

Generazione neurofisiologica dei Potenziali Evocati Uditivi Late Corteccia cerebrale uditiva secondaria Middle (MLR) Pa Pb V IV Corteccia acustica primaria Fast (ABR) III I II Collicolo inferiore Corpo genicolato mediale ECochG Lemnisco laterale MC Spiego potenziale evocato… a seconda dello stimolo inviato…..stimolo zone diverse coclea….. Tipi potenziale evocato: FFP e NFP QUINDI: A seconda dello stimolo inviato viene eccitata una diversa zona della coclea e da essa sedi diverse dell’apparato uditivo Ogni stazione del sistema uditivo genera attività elettrica diversa (che richiede un setup sperimentale diverso per ogni tipologia d’esame. ) Se si vanno ad acquisire segnali che si manifestano con latenze da 1 a 10 ms, si riscontra il segnale ABR e Ecog caratteristici per le sedi da organo del corti fino al tronco Se il periodo di osservazione è dell’ordine di 50-100 ms si osservano segnali a latenza media Se si attende ancora si giunge all’ultima stazione, la corteccia cerebrale, acquisendo il segnale svr Per esempio per andare ad indagare la zona dall’organo del Corti fino al tronco….si usa l’ABR. Dal tronco alla corteccia l’MLR e SVR. Questi sono tutti segnali che si manifestano proprio con una certa latenza dipendente dalla loro zona sede. Nuclei Cocleari PS Cellule ciliate interne PA Complesso olivare superiore ms 2 5,6 30 150 Cellule ciliate esterne Nervo acustico Corpo Trapezoide EEG Membrana basilare

Il sistema EraTools (Servizio di Audiologia e Foniatria del Dipartimento di Specialità Medico Chirurgiche dell’Università degli Studi di Padova, Direttore Prof. E.Arslan) Importante al giorno d’oggi in ricerca clinica e nel sistema sanitario poter valutare distintamente i diversi potenziali in modo separato, sia però allo stesso tempo riuscire a valutarli contemporaneamente e poterli analizzare in un contesto più ampio, cosa che i sistemi commerciali presenti nel mercato al giorno d’oggi non consentono di fare. Da alcuni anni è stato realizzato presso il centro Servizio di Audiologia e Foniatria del Dipartimento di Specialit`a Medico Chirurgiche dell’Universit`a degli Studi di Padova un sistema più flessibile x gli esami audiometrici che consente proprio di superare i limiti dei sistemi commerciali presenti nel mercato.

sviluppo del sistema EraTools Scopo della tesi: sviluppo del sistema EraTools 1) GESTIONE SVR (slow vertex response) e FFP (far field potentials) 2) CREAZIONE STIMOLI AD HOC (impulsi, tone burst) 3) TEMPORIZZAZIONE SISTEMA 4) ARCHIVIAZIONE curve (su HD) e parametri su DB SVR: pazienti che potrebbero aver subito perdite uditive nel posto di lavoro 5) ELABORAZIONE dei segnali acquisiti 6) GENERAZIONE report Linguaggio utilizzato: LabVIEW 7.1

Hardware del sistema EraTools 1/2 Una fase fondamentale per l’acquisizione del PE è la generazione e l’invio dello stimolo

Hardware del sistema EraTools 2/2

Nuovo modulo: acquisizione FFP Adesso vi presento più in dettaglio qualcosa che ho realizzato ad integrazione del software In alto a sinistra è stata implementata la funzione oscillloscopio, ovvero appare il segnale biologico del paziente ogni volta che gli viene inviato lo stimolo. Nel waveform graph grande sottostante compare il PE vero e proprio del paziente ottenuto mediando i singoli tracciati Poi diposti ad una struttura a Tab sono stati implementati degli algoritmi che consento la visualizzazione di massimi e minimi sulla singola stimolazione, o lo spettro del segnale, o su tutta la finestra di visualizzazione Dal momento che i tracciati ABR MLR e SVR si manifestano con latenze molto diverse tra loro è stato implementato un algoritmo che ne consente la visualizzazione più trasparente Vengono plottati punto per punto l’intervallo dei tempi comprensivi dei primi 12/15ms, e quindi viene creata una decimazione e compressione dei successivi intervalli temporali Spiego che è costituito da due waveform graph: Il primo:parte lineare…. Il secondo: la volontà di analizzare tutti i potenziali contemporaneamente, ha indotto a sviluppare un algoritmo che consente la visualizzazione espansa dei i primi 10 ms punto per punto, (nei quali si manifesta l’ABR), sia comprimendo i segnali con latenza dai 10 ai 400 ms attraverso un processo di decimazione.

Nuovo modulo: quantificazione clinica del segnale Alla pressione del pulsante calcoli viene avviata una routine di smooth e di ricerca picchi valli. Attraverso cursori verdi per abr e svr possono essere Ricerca picchi valli ritenuti rilevanti all’individuazione di latenze e ampiezze del segnale stesso Alla pressione del pulsante Modulo 90 è avviata una routine di refertazione, che genera un report da inserire nella cartella clinica

Altri moduli sviluppati durante la tesi - Acquisizione potenziale evocato SVR - Refertazione esame SVR - Utility di autorange della scheda di acquisizione - Creazione di filtri digitali per la post-elaborazione - Filtri di selezione, attraverso l’uso query sql, per la ricerca di un paziente - Salvataggio curve acquisite su file binario e parametri su data base - Creazione stimoli: tone burst, click train, click alternato

Conclusioni funzionale nell’esecuzione delle operazioni  Scopo della tesi era lo sviluppo software del sistema EraTools, in particolare: - gestione SVR e FFP - creazione stimoli ad hoc - temporizzazione sistema - archiviazione delle curve acquisite su HD e dei parametri su DB - elaborazione dei segnali acquisiti generazione del report In fase di collaudo, il software ha garantito le specifiche sperimentali e cliniche richieste  Inoltre si è rivelato: veloce nella gestione remota degli strumenti e funzionale nell’esecuzione delle operazioni  Attualmente il software è in fase di test da parte del personale sanitario per l’utilizzo nella routine ospedaliera