En día 238 ... MJ dijo

Hola a todos. Pues de las 3D paso a hablar de bandas frecuenciales respondiendo a la pregunta que hace ya días formulo nuestra amiga Tutxi.
Disculpas por la extensión...

El propósito de un implante coclear es el de restablecer la sensación sonora en personas hipoacúsicas profundas mediante la estimulación eléctrica del nervio auditivo en una estructura anatómica concreta donde este se encuentra ordenado espacialmente en función de la frecuencia sonora que debe detectar.

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Esa estructura anatómica es la cóclea.
El implante coclear ha de analizar el sonido y procesarlo de forma que los estímulos eléctricos que genere en la cóclea contengan información comprensible y sus usuarios puedan percibir los sonidos tanto débiles como muy intensos de forma cómoda. Este análisis y procesamiento forman parte de lo que se conoce como estrategia de codificación.
Cada fabricante de implantes cocleares aborda los desafíos tecnológicos que presenta el restablecimiento de la audición utilizando las soluciones tecnológicas que estima son más adecuadas para su diseño.
Un implante coclear genera pequeños impulsos eléctricos bifásicos en la cóclea a través de unos microelectrodos que se encuentran colocados en diferentes posiciones de la cóclea. A cada uno de estos electrodos se le asigna un determinado canal al que, a su vez, se le asigna una banda frecuencial.
Denominamos ciclo de estimulación a la secuencia de disparo de los pulsos bifásicos por parte de un implante coclear de forma que cada canal solamente dispara una vez y los canales disparan de forma secuencial, una vez que han disparado todos los canales de un implante coclear y se prepara para disparar de nuevo el primer canal, se iniciaría otro ciclo de disparo. Por ejemplo, imaginemos un implante coclear de 4 canales y que estos disparan según el orden 1, 2, 3, y 4; 1, 2, 3, y 4; así cada ciclo de estimulación de este implante se iniciaría con el disparo del canal 1 y se terminaría con el disparo del canal 4; iniciándose un nuevo ciclo nuevamente con el disparo del canal 1.
Se denomina banda frecuencial a la información extraída por el implante coclear para su análisis perteneciente al dominio de la frecuencia y comprendida entre dos valores de frecuencia determinados. Esto es, para hacerlo más sencillo imaginemos nuevamente un hipotético sistema de cuatro canales, que analiza entre 100 y 6000Hz. Así, dividiremos el espectro entre 100 y 6000Hz en cuatro “bloques”, por ejemplo el primer bloque comprendido entre 100 y 300Hz dispondrá de la información frecuencial existente en la señal captada por el micrófono que esté comprendida entre esos dos valores. El segundo bloque, por ejemplo, podría ser entre 301Hz y 2000Hz, el tercero entre 2001 y 3500 Hz y el cuarto y último entre 3501 y 6000Hz. En este caso tendríamos un hipotético implante coclear con cuatro canales, que puede transmitir la información comprendida entre 100 y 6000Hz y que tiene cuatro “bloques” o bandas frecuenciales cada una de ellas asignada a uno de los canales. De forma que por ejemplo al canal 1 le corresponde la banda 100-300Hz, al canal 2 la banda 301-2000Hz, al canal 3 la banda 2001-3500Hz y al canal 4 la banda 3501-6000Hz. En este ejemplo las bandas frecuenciales son absolutas, y mediante el sistema de análisis que empleamos cada canal proporciona solamente la información comprendida entre los dos valores de frecuencia determinados por su banda frecuencial, ni más ni menos.
Y en el momento del tiempo en que el implante genera el pulso bifásico en un determinado canal transmite a su vez la “potencia” (o amplitud) contenida en ese momento en la banda frecuencial codificada en la amplitud (o altura) del pulso bifásico. Nuevamente para determinar el valor de amplitud de ese pulso bifásico hay que emplear algún modo de análisis que nos permita conocer la cantidad de energía presente en ese momento del tiempo en la banda frecuencial correspondiente, para lo que se emplean fundamentalmente dos sistemas diferentes. Uno de ellos es mediante un rectificado y filtrado de paso bajo de la señal contenida en la banda frecuencial y otro sistema es el empleo de un algoritmo de cálculo basado en la transformada de Hilbert. Este último caso tiene una respuesta más lineal cuando la señal de entrada se encuentra muy modulada en amplitud, mientras que el rectificado y filtrado de paso bajo, por las características electrónicas del diseño, genera un rizado artificial de la señal de salida cuando la señal de entrada se encuentra muy modulada en amplitud.
Como hemos comentado, cada fabricante emplea unas soluciones tecnológicas u otras dependiendo de varios factores, como qué es lo que desea que haga su sistema, qué otros compromisos tecnológicos ha adquirido a la hora de diseñar su electrónica y qué posibilidades le permite esto, cómo cree que puede proporcionar mejores resultados a sus usuarios, a qué tecnología propia o externa tiene acceso, etc.… No obstante es importante tener en cuenta que las prestaciones auditivas de un implante coclear no dependen solamente de un paso determinado en el proceso de análisis de la señal, si no que en verdad depende del resultado de la suma de todos los pasos dados en ese proceso. Teniendo en cuenta a su vez que las prestaciones que pueden observarse en los usuarios como personas independientes dependen no solamente de esos procesos, si no adicionalmente de toda una serie de circunstancias personales como su historia auditiva, su experiencia, su patología o patologías asociadas, su capacidad de aprendizaje, el tiempo de evolución de su hipoacusia, etc… Lo que hace muy difícil pronosticar resultados antes de la intervención, así como comparar resultados entre dos sujetos diferentes. Ahora veamos de forma simplificada como cada fabricante, a fecha de hoy, realiza este análisis en función de la solución tecnológica que le ha parecido más oportuna.
En el caso de Coclear, el número de canales es 22 distribuidos en 22 mm que permite una cobertura coclear máxima de 420º. Cada canal tiene asignada una banda frecuencial, luego el numero de bandas frecuenciales a su vez es de 22. Utilizando la estrategia de codificación ACE, en cada ciclo de estimulación se estimulan aquellos 16 canales que superan un determinado valor de energía, potencia, amplitud de la señal o como lo queramos llamar. El fabricante lo llama máximas. La división del espectro sonoro que capta el micrófono en bandas frecuenciales se realiza mediante un algoritmo matemático conocido como transformada rápida de Fourier (que no furriel que era el cabo que tenían en la mili aquellos que la hayan hecho y que tenía a su cargo la distribución de suministros de determinadas cosas o actividades). La transformada rápida de Fourier es muy precisa para el análisis espectral, con bandas frecuenciales absolutas, como las del ejemplo anterior, cada canal proporciona solamente la información comprendida entre los dos valores de frecuencia determinados por el límite superior e inferior asignado a su banda frecuencial, ni más ni menos. Pero no es tan precisa en resolución temporal, es más, se presenta la media de los valores de esas frecuencias que han aparecido durante la ventana de tiempo que se haya empleado por la transformada rápida de Fourier para realizar el análisis. Una vez conocido qué canal ha de estimularse la amplitud del estímulo viene determinada por la amplitud de la envolvente de la señal de la banda frecuencial asignada y el ritmo de disparo de los pulsos bifásicos por el reloj interno del implante.
Entiéndase que los valores de canales, máximas bandas frecuenciales, etc… para todos los fabricantes pueden ser modificados por quien realice la programación para adaptar el implante a las condiciones especificas de cada usuario, pudiendo ser su número como máximo el expresado y como mínimo el que el profesional que realiza la programación estime oportuno por las condiciones anatomopatológicas del usuario y técnicas particulares de su implante.
En el caso de Advanced Bionics, el número de canales es 16 distribuidos a lo largo de 25 mm que permite una cobertura coclear máxima de 450º, el análisis frecuencial también se realiza mediante una transformada de Fourier. Pero en su estrategia de codificación HiRes120, en lugar de extraer 16 bandas frecuenciales extrae 120. En cada ciclo de estimulación, en lugar de asignar una única banda frecuencial a un canal calcula las 15 bandas de las 120 que superan una cierta máxima y determina cual sería la posición en la cóclea de esas 15 bandas asignando a cada banda frecuencial un par de electrodos en función de la posición que deba tener la banda frecuencial en la cóclea. Así, para cada par de electrodos existen 8 bandas frecuenciales a elegir, entonces, cuando los 16 electrodos estos se conjugan en 15 pares, por lo tanto 15 multiplicado por las 8 bandas frecuenciales entre las que puede escoger por par de electrodos en cada ciclo de estimulación nos dan las 120 bandas frecuenciales posibles de las que habla el fabricante.
Cuando dispara el pulso en cada canal (par de electrodos) genera pulsos bifásicos simultáneos en los dos canales adyacentes, controlando la amplitud del pulso en cada canal para que se genere una región con mayor carga eléctrica en la posición intermedia entre esos dos canales donde teóricamente debería detectarse la frecuencia correspondiente a esa banda. Esta particularidad permite que variando las amplitudes de los pulsos bifásicos enviados a cada electrodo del par, pueda desplazarse la región de máxima carga hasta 8 posiciones, según menciona el fabricante, comprendidas entre los dos electrodos del par. El propósito de esto teóricamente es mejorar la resolución espectral más allá de lo que permitiría el número de electrodos físicos que disponibles en la cóclea, ya que si quisiéramos construir una guía de electrodos con 120 puntos posibles de estimulación en la cóclea deberíamos tener al menos 120 cables y 120 contactos en esa guía de electrodos. Esto supondría un contenido metálico y tamaño de la guía de electrodos demasiado grandes para que pueda ser empleada en la clínica habitual. Su aproximación es bastante creativa, sin embargo requiere una enorme capacidad de cálculo por parte del procesador que a su vez incrementa sensiblemente la cantidad de energía necesaria para hacer funcionar el sistema.
Una vez conocido qué canal ha de estimularse la amplitud del estímulo viene determinada por la amplitud de la envolvente de la señal de la banda frecuencial asignada y el ritmo de disparo de los pulsos bifásicos por el reloj interno del implante.
En el caso de MED-EL el número de electrodos intracocleares es 24, el número de canales es 12 (cada canal cuenta con dos electrodos) distribuidos a lo largo de 31 mm que permite una cobertura coclear completa de hasta 720º. El número de bandas frecuenciales extraídas de la señal sonora original es de 12. Sin embargo para extraer del sonido original, las bandas frecuenciales, en lugar de emplear una función matemática que halla la existencia de frecuencias comprendidas entre dos valores en un determinado tiempo y que consume capacidad de cálculo del procesador y energía extra, emplea una solución de hardware que presenta un banco de filtros de paso de banda constituido por filtros triangulares (FIR). Estos filtros generan bandas frecuenciales continuas que no son absolutas como las del ejemplo ni limitan la resolución temporal del análisis como lo hace la transformada de Fourier, esto es, si la frecuencia analizada es próxima al valor central del filtro esa frecuencia solamente estará presente en esa banda frecuencial, pero a medida que nos alejemos de la frecuencia central y nos aproximemos al valor de la siguiente banda frecuencial, la señal será captada por los filtros de las dos bandas, teniendo un mayor peso específico en aquella banda frecuencial de la que esté más próxima del valor central. Al realizarse esta operación por hardware no compromete la potencia de cálculo del procesador ni su consumo. Mediante la estrategia de codificación FSP-1 actual, una vez que se generan los pulsos bifásicos de estimulación (que en los sistemas de Implante Coclear producidos por MED-EL en cada ciclo de estimulación estimulan todos los canales disponibles y no solamente los que superen un valor máximo) el pulso generado en un determinado canal puede tener componentes frecuenciales de los canales adyacentes, inmediatamente superior o inferior. Una vez liberado el pulso bifásico en un determinado canal, la carga eléctrica generada permanece en el medio donde se liberó durante un pequeño espacio de tiempo de forma que se produce un efecto de sumación temporal a la carga eléctrica generada por el canal inmediatamente superior o inferior cuando este genera su pulso de estimulación desplazando el pico de máxima carga a una posición intermedia entre ambos canales en función de la componente frecuencial de la banda frecuencial asignada a este canal que hubiera sido incluida en la banda frecuencial del canal anterior. Esto genera un fenómeno de guiado del campo eléctrico similar al que hemos descrito anteriormente mejorando la resolución espectral más allá de lo que nos permite el número de electrodos físicos y generando picos de percepción intermedia entre los canales que no estarían limitados a 120 ni a un número en concreto si no al número de neuronas disponibles para transmitir el mensaje. Todo ello sin dedicar capacidad de cálculo del procesador y por lo tanto reduciendo el consumo energético del mismo. Adicionalmente a esto, en la estrategia FSP-1, los pulsos generados en los canales de baja frecuencia (por debajo de 1000 HZ) están sincronizados con la estructura fina temporal del espectro sonoro. Aportando una mejor resolución temporal de lo que se podría aportar solamente presentando la evolución de la envolvente de la señal sonora. Parece ser que esto tiene un cierto impacto en la discriminación de la palabra en entornos difíciles, la naturalidad del sonido y la naturalidad de la música.
La amplitud de cada estímulo viene determinada por la amplitud de la envolvente de la señal de la banda frecuencial asignada en el momento en el que se genera el estímulo y el ritmo de disparo de los pulsos bifásicos de los canales de estructura fina temporal (aquellos inferiores a 1000Hz) viene determinado por la modulación de frecuencia de la banda frecuencial asignada, no por el reloj interno del implante. Con lo que se pretende representar mejor la información contenida en la señal original.
En cualquier caso es significativo que un usuario de implante coclear no solamente escucha 22, 16, 12 ó 120 tonos distintos, Si eso fuese así un piano solamente tendría tantas teclas distintas como canales o bandas frecuenciales tuviera el implante del usuario que escucha el piano. Sin embargo existen usuarios que pueden diferenciar tonos de ¼ de octava y según algunas publicaciones los usuarios de IC pueden distinguir entre 900 y 80 tonos diferentes (dependiendo de su experiencia, historia auditiva, educación musical, condiciones físicas, patológicas, etc…) Estos números son muy superiores a 22, 16 ó 12, lo que indica que el fenómeno de sumación de campos eléctricos generados por los canales al disparar sus pulso eléctricos y por lo tanto la generación de picos de percepción intermedios es algo que se produce en todos los implantados cocleares. Otra cosa es que el propio implantado esté capacitado para discernir este fenómeno, y que la información que se aporte sea la adecuada, de ahí la variabilidad entre casos.

Espero haber resuelto alguna duda. Abrazossss

[Ver original del 07/09/2009 21:25]