análise de potenciais evocados auditivos de tronco encefálico

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
4ª Semana do Servidor e 5ª Semana Acadêmica
2008 – UFU 30 anos
ANÁLISE DE POTENCIAIS EVOCADOS AUDITIVOS DE TRONCO
ENCEFÁLICO ATRAVÉS DE UMA INTERFACE COMPUTACIONAL
(BIOPEATE)
Liedson Oliveira dos Santos
Wellington Maycon Santos Bernardes
Adriano O. Andrade
Kheline Naves
Universidade Federal de Uberlândia
Avenida João Naves de Ávila, 2121. Bloco 1E Campus Santa Mônica. CEP: 38408-100. Uberlândia – MG.
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Resumo: Este projeto apresenta a proposta de um software para a realização de estudos de
Potenciais Evocados Auditivos de Tronco Encefálico. Baseada nesta proposta será implementado o
BioPEATE, um sistema composto por um ambiente amigável de interface onde o usuário executará
tarefas específicas em análise de tais sinais. O módulo de interface será desenvolvido em C++ e
auxiliará no controle de exames e nas funções de apoio ao diagnóstico.
Palavras-chave: Potenciais Evocados Auditivos de Tronco Encefálico, BioPEATE.
INTRODUÇÃO
Os potenciais evocados auditivos de tronco encefálico (PEATE) são potenciais de curta
latência que ocorrem em um intervalo de 0 a 15 milissegundos a partir do fornecimento de uma
estimulação acústica e obtidos da atividade elétrica cerebral resultante (Antoneli, 2006).
Estes sinais são registrados de forma não invasiva através de eletrodos posicionados no
escalpo e ocorrem devido à manifestação elétrica cerebral resultante da ação combinada dos
neurônios. Mesmo a sedação ou anestesia, quando necessárias, não interferem no resultado,
tornando sua utilização e aplicação clinica muito difundida.
O registro dos potenciais evocados de tronco cerebral nos propicia acesso eletrofisiológico
do sistema nervoso central, que vai da região dos núcleos cocleares, passando pela ponte, até o nível
dos colículos inferiores (mesencéfalo). As medidas dos PEATE são referidas, como um método
objetivo de avaliação do status do sistema auditivo e central.
Sendo sinais de amplitude muito baixa, da ordem de micro volts, e considerando-se também
a presença de outras fontes de ruído, tais como atividade normal de Eletroencefalograma, atividade
muscular e ruído eletrônico, os sinais de PEATE são difíceis de serem adquiridos e analisados.
Assumindo estes ruídos como sendo aleatórios, a solução mais difundida para a obtenção de
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Acadêmico do curso de Engenharia Elétrica.
Acadêmico do curso de Engenharia Elétrica.
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Doutoranda do curso de Engenharia Elétrica.
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Orientador.
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PEATE é a promediação, onde a média aritmética de um número suficientemente grande de épocas
é tomada como o sinal desejado (Jardim et al., 2008).
O processo completo, portanto, consiste em aplicar uma estimulação auditiva repetida, filtrar
o sinal adquirido e descartar ou promediar cada época obtida, até que se alcance uma quantidade
pré-definida de respostas válidas. Durante todo o processo o examinador pode acompanhar a
evolução do sinal promediado, a partir de sua visualização gráfica (Jardim et al., 2008).
Com o recente desenvolvimento da tecnologia de processamento digital de sinais e
conseqüente seu barateamento, pode-se reduzir a eletrônica analógica ao mínimo necessário à
amplificação dos sinais captados pelos eletrodos, substituindo-se bancos de filtros e comparadores
por suas respectivas implementações digitais.
Atualmente os aplicativos disponíveis para manipulação e análise de PEATE são de difícil
manuseio e uso. Cabe ao examinador então, ter um bom preparo de estudo do mesmo, para que ele
consiga manipulá-lo, usando os recursos que são oferecidos. Mediante a grande necessidade de se
executar tarefas específicas em análise de tais sinais, é proposto o projeto de um software com o
objetivo de auxiliar na decomposição e na análise do PEATE. O BioPEATE será uma ferramenta de
fácil uso, pois exigirá do usuário apenas conhecimentos básicos em computação e informática,
fornecendo assim praticidade aos estudos destes tais sinais.
ESTRUTURAS GERADORAS DO PEATE
As principais componentes do sinal obtido na promediação são um conjunto de ondas
denominadas de ondas de Jewett, descrita por Hood (1998), a partir das classificações de Moller,
em 1994 e Moore, em 1987 (Antoneli, 2006). As ondas são descritas abaixo:
• Onda I- originada da porção distal do oitavo (VIII) par craniano;
• Onda II- originada principalmente da porção proximal do VIII par craniano, com
possibilidade de uma pequena contribuição da porção mais distal do nervo auditivo;
• Onda III- originária principalmente dos neurônios do núcleo coclear, com a possível
contribuição de fibras que chegam a essa estrutura;
• Onda IV- a geração neural desta onda é incerta, apesar dos neurônios de terceira
ordem do complexo olivar superior estarem mais envolvidos. Outras contribuições
incluem o núcleo coclear e o lemnisco lateral;
• Onda V- originária da ativação do lemnisco lateral e do colículo inferior, no tronco
encefálico.
A Figura 1 mostra o sinal que é avaliado pelo examinador e pelos sistemas que propõem
automatizar a extração das ondas.
Figura 1: Ondas do PEATE com suas respectivas numerações.
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Deve ser enfatizado que os picos das ondas IV, V, VI e VII do PEATE têm origem
complexa, com mais de uma estrutura anatômica contribuindo para a formação de cada pico. Os
únicos sítios obrigatórios de sinapse, nas vias auditivas do tronco encefálico, são o núcleo coclear e
o colículo inferior e entre essas vias existe uma série de vias paralelas (Antoneli, 2006).
REGISTRO DO PEATE
A forma mais empregada para a obtenção do PEATE é a utilização de eletrodos no escalpo.
Os PEATE são captados por meio de eletrodos metálicos e transferidos por fios condutores até os
amplificadores do equipamento de registro. As diferenças de potencial entre um par de eletrodos
são registradas, o primeiro eletrodo chamado ativo ou positivo, que pode ser situado no escalpo,
vértice ou parte central da fronte e o outro, de referência, também chamado de eletrodo negativo, é
colocado no lóbulo da orelha a ser testada, ou na mastóide do mesmo lado (Freitas et al., 2006).
Existe ainda um terceiro eletrodo, que funciona como terra, chamado de eletrodo massa ou
terra, que pode ser colocado na fronte ou até mesmo na mastóide oposta ao eletrodo referência. Essa
variação na colocação do eletrodo terra geralmente está relacionada ao equipamento utilizado,
podendo apresentar três ou quatro cabos para a conexão dos eletrodos. Quando existem apenas três
cabos para conexão, o eletrodo colocado na mastóide contralateral funciona como terra. Todos os
eletrodos devem estar conectados a um pré-amplificador (Freitas et al., 2006).
A Figura 2 mostra o posicionamento dos eletrodos no paciente, onde Fz é eletrodo terra,
posicionado entre as sobrancelhas, Cz e os pares (A1 e A2) e (M1 e M2) são eletrodos de referência
posicionados respectivamente no vértex, nos lóbulos da orelha e na mastóide.
Figura 2: Posicionamento dos eletrodos para registro do sinal PEATE.
Na confecção de eletrodos são empregadas técnicas adequadas para diminuir efeitos
indesejáveis que podem contaminar o registro, como utilização de metais, geralmente a prata,
chamada eletrodos de prata (cloreto de prata).
Microcomputadores são utilizados para processar as respostas e efetuar promediações entre
o sinal desejado e o ruído. Como o ruído tem caráter aleatório, o mesmo tenderá a zero após o
processo de promediação e o sinal aparece evidenciado.
Durante a obtenção dos registros, o paciente deve estar confortavelmente instalado, para
diminuir os artefatos de origem muscular, captados como ruídos. Profissionais da área consideram
que os registros obtidos em pacientes com maior relaxamento apresentam maior nitidez de
respostas, sem, no entanto, influenciar sua latência ou amplitude (Freitas et al., 2006).
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CARACTERISTICAS DO ESTÍMULO
O tipo de estímulo auditivo mais utilizado nas investigações eletrofisiológicas é o click
transiente de banda larga, gerado quando se aplica um pulso de curta duração, geralmente de 0,1
milissegundos. O espectro de freqüência gerado por esse tipo de estímulo auditivo é amplo, porém
sua energia máxima encontra-se entre 2 e 4 kHz. A taxa de apresentação do estímulo na pesquisa do
PEATE encontra-se entre 20 e 30 clicks por segundo, pois falsos resultados podem ser encontrados
com taxas muito baixas ou muito elevadas, decorrentes de variações inter-indivíduos (Hall, 1992).
A estimulação geralmente ocorre de forma monoaural, isto é, a pesquisa dos PEATE se faz
de um lado por vez, ou direito ou esquerdo, e ipsilateralmente, ou seja, o eletrodo referência é
colocado no mesmo lado do estímulo. O total de promediações pode estar entre 500 e 4000,
dependendo das condições de registro do exame. Entretanto, os somatórios mais aceitos são de 1000
ou 2000 clicks por traçado registrado.
O tempo de registro considerado após a estimulação, também referida como janela, é de 10
ou 15 milissegundos. A intensidade do estímulo a ser apresentado pode sofrer grande variação
dependendo do motivo pelo qual o exame foi solicitado.
A última característica do estimulo é a polaridade. Ela pode ser positiva, negativa ou
alternada. A polaridade positiva ou condensação ocorre quando existe um movimento inicial do
diafragma do fone em direção à membrana timpânica. A polaridade negativa ou rarefação ocorre
quando existe um movimento inicial do diafragma do fone em direção contrária à membrana
timpânica e a polaridade alternada é obtida através do fornecimento de um pulso positivo e um
negativo, apresentados seqüencialmente (Hall, 1992).
PARÂMETROS DE ANÁLISE DO PEATE
O registro do PEATE apresenta três principais características a serem consideradas:
morfologia, amplitude e latência.
A morfologia e a amplitude geralmente não são diretamente analisadas na rotina clínica,
apesar de carregarem importantes informações sobre as condições de condução neural das vias
auditivas. Uma das justificativas e a principal para ambas as características, é a grande variabilidade
do normal, encontrada no registro das ondas, fato este que não permite a diferenciação entre
achados normais e anormais.
Na interpretação do registro de PEATE, a característica principal analisada é a latência,
composta de três parâmetros: o primeiro, a latência absoluta da onda, que é o intervalo de tempo
entre a apresentação do estimulo auditivo e o pico da onda e tem como unidade de medida o
milissegundo (ms), o segundo parâmetro é a medida entre os picos (latência interpicos) que é o
tempo transcorrido entre os picos registrados. Em contraste com a latência absoluta que está
relacionada com o início do estímulo apresentado, o intervalo de latência interpico utiliza a latência
do pico mais precoce como referência. O terceiro parâmetro é a diferença da latência interaural,
comparada a latência absoluta da onda V obtida no lado direito e a obtida no lado esquerdo em
níveis de intensidade iguais (Matas et al., 2005).
A latência absoluta das ondas, geradas pelas diversas estruturas envolvidas na obtenção do
PEATE, aumenta à medida que se afasta da cóclea. A latência absoluta tem variação relativamente
pequena para cada onda, entre as principais (I, III e V), para os indivíduos normais. Existem, porém,
variações nos valores considerados normais, decorrentes principalmente do equipamento, tipo de
eletrodo, forma de colocação, pasta eletrolítica utilizada, dentre outros.
A latência da onda do PEATE é a característica mais confiável e o aspecto mais importante a
ser analisado (Matas et al., 2005). Sabe-se que, quanto maior a intensidade do estímulo, menor será
a latência absoluta da onda, sendo, portanto, a latência inversamente proporcional à intensidade do
estímulo.
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RECURSOS PARA ANÁLISE DO PEATE
Para o estudo do PEATE, será projetado o BioPEATE, um software que executará tarefas
específicas em análise de tais sinais. O software será codificado em C++ e estará apto para rodar em
plataforma .NET.
O BioPEATE possuíra um menu que fornecerá ao usuário as seguintes opções: file, tools,
help.
•
File: Com este recurso poderemos abrir (carregar) e salvar os arquivos em estudo,
pedir nova janela, fechar uma janela e sair do programa.
•
Tools: Com esta ferramenta poderemos aplicar um zoom no sinal em análise e/ou
filtrá-la para suavizar suas curvas.
•
Help: Este fornecerá informações sobre a origem do software e algumas dicas de
manuseio do mesmo.
Os arquivos estão divididos em dois canais: canal 1 e canal 2. O canal 1 contém os arquivos
referentes à coleta do ouvido esquerdo, e o canal 2 contém arquivos referentes à coleta do ouvido
direito. Para este projeto, há 10 arquivos aquisionados, onde cada arquivo contém 16 sinais. Destes,
8 sinais são pertinentes ao ouvido direito e 8 são pertinentes ao ouvido esquerdo, ambos contendo
sinais ipsilaterais e contralaterais. Cada sinal foi avaliado para as intensidades de 20, 40, 60 e 80
dB.
A Figura 3 a seguir mostra um diagrama de blocos, exemplificando a seqüência lógica a ser
cumprida pelo software.
Ipsilateral
BioPEATE
File
Arquivos
Carregar
Contralateral
Sinais PEATE
Ondas
Latência
Analisar
Visualização
Abrir
Amplitude
Zoom
Filtro
Salvar
Figura 3: Diagrama de blocos do BioPEATE.
Após ler os arquivos o software os carregará em uma área destinada à visualização dos
mesmos. Nesta área será possível escolher o arquivo (10 arquivos), o sinal (16 sinais) e o seu tipo
(ipsilateral ou contralateral). Selecionados os campos, o usuário poderá abrir o sinal desejado.
O software conterá uma área destinada a visualizar tais sinais. Desta forma, as ondas
poderão ser analisadas e estudas. Na área de visualização estará disponível um cursor que se moverá
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ao longo da onda, possibilitando ao operador a marcação, em cada uma das épocas adquiridas das
componentes de interesse, de tal forma que facilite ao usuário à determinação das ondas (I a VII). O
usuário poderá também clicar com o próprio mouse no sinal alocando qualquer ponto desejado a
uma determinada onda. A partir desta marcação são indicadas as latências e amplitudes.
Logo abaixo da área de visualização da onda, o software conterá três campos, um
informando o valor de amplitude, outro o valor de latência, e o último informando o valor (1 a 7) da
última onda marcada. O examinador poderá salvar os dados pertinentes à onda em estudo.
Procedendo assim, estes dados serão salvos em uma pasta default, e conterá informações como,
canal (canal 1 ou canal 2), arquivo (1 a 10), sinal (1 a 16), o ouvido (direito ou esquerdo), o tipo da
onda (ipsilateral ou contralateral), a onda (1 a 7), a amplitude da onda marcada e seu respectivo
valor de latência.
O PROTÓTIPO
Figura 4: Software BioPEATE.
O BioPEATE mostrado na Figura 4 será um software de fácil uso, pois seus recursos exigem
do usuário apenas conhecimentos básicos de computação. A Figura 5 exemplifica a execução de
certas tarefas e seus resultados no BioPEATE.
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Figura 5: Exemplo da execução de tarefas no BioPEATE.
Podemos definir o BioPEATE como um software de interface amigável onde o examinador
poderá executar tarefas específicas em análise de sinais PEATE, desta forma auxiliando no controle
de exames e nas funções de apoio ao diagnóstico.
CONCLUSÃO
Potenciais Evocados Auditivos de Tronco Encefálico (PEATE) são respostas de curta
latência que além de determinar o nível mínimo de resposta eletrofisiológica auditiva auxiliam na
caracterização do tipo de perda auditiva e na localização topográfica da lesão (Hall, 1992).
Tendo em vista que, os softwares encontrados no mercado para estudo de PEATE são de
difícil manuseio, a proposta a ser trabalhada é na elaboração de um ambiente amigável de tal forma
que se consiga manipular e analisar tais sinais com mais praticidade. O BioPEATE exigirá do
usuário apenas conhecimentos básicos em computação pois seus recursos serão de fácil uso. De
posse desta facilidade, o examinador poderá executar as tarefas necessárias na decomposição e
análise dos sinais PEATE. Este projeto enfatiza a relevância do estudo dos PEATE como
complemento dos procedimentos audiológicos de rotina, auxiliando no diagnóstico de problemas
auditivos e na localização de lesões de vias auditivas de patologias que as comprometem no seu
trajeto no tronco cerebral.
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AGRADECIMENTOS
Nosso grupo de pesquisa gostaria de agradecer a Faculdade de Engenharia Elétrica da
Universidade Federal de Uberlândia pelo acesso ao laboratório de Engenharia Biomédica
(BIOLAB) e também ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
que tem financiado o projeto n° C-007/2008 contribuindo com a nossa investigação.
BIBLIOGRAFIA
ANTONELI, M. Z. (2006) Potenciais Evocados Auditivos de Tronco Encefálico na
Holoprosencefalia. Distúrbios da Comunicação Humana. Bauru, Universidade de São Paulo.
FREITAS, V. S. D., ALVARENGA, K. D. F., MORETIM, M., SOUZA, E. F. D. & FILHO, O. A. C.
(2006) Bone conduction auditory brainstem responses in normal hearing individuals. Pró-Fono
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HALL, J. W. (1992) Handbook of auditory evoked responses.
JARDIM, M., PERSON, O. C. & RAPOPORT, P. B. (2008) Brainstem auditory evoked potencials
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123-128.
MATAS, C. G., LEITE, R. A., GONÇALVES, I. C. & NEVES, I. F. (2005) Brainstem Auditory
Evoked Potential in Individuals with Conductive and Sensorineural Hearing Losses. Distúrbios da
Comunicação, 18, 9-18.
ANALYSIS OF POTENTIAL OF BRAIN STEM AUDITORY EVOKED
THROUGH A COMPUTER INTERFACE
(BIOPEATE)
Liedson Oliveira dos Santos
Wellington Maycon Santos Bernardes
Adriano O. Andrade
Kheline Naves
Universidade Federal de Uberlândia
Avenida João Naves de Ávila, 2121. Bloco 1E Campus Santa Mônica. CEP: 38408-100. Uberlândia – MG.
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Abstract: This project presents a proposal for software for studies of Potential of Brain Stem
Auditory Evoked. Based on this proposal will be implemented as BioPEATE, a system composed of
an environment friendly interface where you perform specific tasks in analysis of such signals. The
module will be developed to interface C++ and assist in control of examinations and the functions
to support the diagnosis.
Keywords: Potential of brain stem auditory evoked, BioPEATE.
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