способ настройки кохлеарного импланта

Формула изобретения

1. Способ настройки кохлеарного импланта, включающий стимуляцию электродов импланта и определение по ответной реакции имплантированного пациента на поданные стимулы комфортного уровня громкости звука, отличающийся тем, что электроды стимулируют группами с помощью полосовых акустических сигналов и каждая последующая группа частично перекрывает предыдущую, а уровень громкости звука на отдельном электроде определяют по ощущению сигналов, воспринятых пациентом с этого электрода в разных группах.

2. Способ настройки кохлеарного импланта по п.1, отличающийся тем, что в группу включают, по меньшей мере, три соседних электрода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии и аудиологии, и может найти применение при настройке речевого процессора у пациентов с кохлеарными имплантами.

Реабилитация больных с глубокой степенью тугоухости и глухотой является сложной проблемой ввиду отсутствия действенных методов лечения и низкой эффективности электроакустической коррекции для значительной части таких больных. В настоящее время в качестве одного из наиболее перспективных направлений реабилитации людей с большими потерями слуха и их интеграции в среду слышащих можно рассматривать кохлеарную имплантацию (далее КИ). КИ - это операция, в процессе которой во внутреннее ухо пациента вводится цепочка электродов, обеспечивающая восприятие звуковой информации посредством электрической стимуляции сохранившихся волокон слухового нерва.

В отличие от обычного слухового аппарата, который усиливает акустические сигналы, кохлеарный имплант преобразует их в последовательность электрических импульсов, возбуждающих слуховой нерв. Использование КИ основано на том обстоятельстве, что при сенсоневральной тугоухости наиболее часто поражены рецепторы улитки (волосковые клетки), в то время как волокна слухового нерва долгое время (до 10-15 лет) остаются сохранными. Однако для обеспечения адекватного слухового восприятия требуется преобразование акустического сигнала, в норме воспринимаемого волосковыми клетками, в последовательность электрических импульсов, стимулирующих волокна слухового нерва. Эту функцию при поврежденных волосковых клетках и выполняет КИ.

Преобразование акустических сигналов в электрические импульсы, которые возбуждают волокна слухового нерва, обеспечивая полноценное слуховое восприятие, - очень сложная задача. Это обусловлено, прежде всего, тем, что в улитке имеется более 20000 рецепторов, которые обеспечивают детальное спектральное представление акустического сигнала. В то же время максимальное число электродов в КИ в настоящее время не превышает 24.

При этом динамический диапазон восприятия акустических сигналов составляет 120 дБ, а для электрического тока всего лишь 10-20 дБ, то есть отличается в 100000 раз. Также следует отметить, что при использовании КИ не участвуют естественные механизмы первичной переработки сигналов в улитке, обеспечивающие частотную селективность, слуховую адаптацию, защитные механизмы и многое другое.

Кохлеарный имплант состоит из наружной и имплантируемой частей. Наружная часть - это микрофон, речевой процессор (далее РП) и передатчик. Микрофон воспринимает и передает сигналы в РП, который крепится или за ухом пациента, или на его одежде, как карманный слуховой аппарат. В РП происходит переработка речевого сигнала в импульсы, которые по проводу подаются на передатчик, удерживаемый с помощью магнита за ухом пациента над имплантированным приемником. Передатчик по радиоканалу передает информацию и энергию для питания импланта на приемник.

Имплантируемая часть включает в себя приемник с индукционной катушкой и цепочку (до 22) электродов. Приемник имплантируется под кожу в углубление, сделанное в височной кости, а цепочка электродов вводится в барабанную лестницу на глубину до 30 мм через отверстие около круглого окна. Имплантируемая часть не имеет никаких внешних разъемов, ее питание и передача информации происходит по радиоканалу.

Операцию проводят под общим наркозом, продолжительность ее составляет около 3 часов. На следующий день пациенты встают и передвигаются без проблем. Их выписывают через 3-5 дней, а первое включение и настройку РП производят через один месяц. Точная настройка речевого процессора в большой степени определяет успех реабилитации пациентов после кохлеарной имплантации.

Из литературы известен способ настройки речевого процессора у имплантированных пациентов путем регистрации пороговых уровней интраоперационного стапедиального рефлекса [1].

Способ включает регистрацию сокращения стапедиальной мышцы противоположного уха в ответ на электрическую стимуляцию импланта. Зарегистрированные на отдельных электродах уровни порога рефлекса используют для настройки речевого процессора.

Недостатками данного способа является то, что, во-первых, стапедиальный рефлекс может быть зарегистрирован не у всех обследуемых, во-вторых, пороговый уровень рефлекса не является окончательным значением при настройке, а может служить лишь опорной точкой для настройки речевого процессора КИ.

Известен также электрофизиологический способ настройки процессора кохлеарного импланта, включающий телеметрию нервного ответа [2].

Способ включает регистрацию потенциалов ствола мозга в ответ на электрическую стимуляцию, производимую на исследуемое ухо.

Недостатком данного способа является то, что он недостаточно надежен, так как вызванные потенциалы регистрируются лишь у 80% пациентов. Кроме того, следует отметить, что этот способ не дает возможности точно устанавливать необходимые уровни электрических стимулов на отдельных электродах. Это подтверждается слабой корреляционной связью между установками уровней по объективным измерениям и субъективным оценкам, поскольку коэффициент корреляции не превышает 50-60%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является способ настройки речевого процессора кохлеарных имплантов Combi-40/40+ и Tempo+ [3].

Для проведения настройки используют компьютер, специальную программу и согласующее устройство. Компьютер соответствующим образом подключают к речевому процессору, запускают программу и далее управление всеми параметрами работы КИ производят с клавиатуры компьютера.

Способ включает подачу электрических стимулов на каждый отдельный электрод поочередно и определение по реакции пациента комфортного и порогового уровней восприятия тока. После определения необходимых параметров стимулов в каждом из электродов их значения вводят в память речевого процессора. По окончании процедуры настройки проводят активацию процессора, и пациент начинает слышать окружающие звуки.

Данный способ позволяет производить настройку речевого процессора КИ по прикосновению к дискомфорту. Иначе говоря, для определения максимально комфортного уровня восприятия громкости пациенту необходимо ощутить минимально дискомфортный уровень звука, вызываемый электрическими стимулами. При этом оценку восприятия громкости производят в каждом электроде по очереди, а установленные таким образом уровни стимулов определяют комфортный уровень восприятия речи.

Недостатком данного способа является то, что комфортный уровень громкости определяют при стимуляции каждого электрода по отдельности. При этом возникает ощущение того или иного узкополосного стимула: от низкочастотного стимула до высокочастотного стимула. Из-за значительных различий ощущений на разных электродах даже не все взрослые справляются с этой задачей, некоторые из них сами отмечают трудность оценки громкости стимулов разных полосовых спектров.

Ребенку еще сложнее оценить громкость стимулов на отдельном электроде, в связи с тем, что ребенок вследствие отсутствия слухового опыта не полностью отдает отчет в своих ощущениях и поэтому никак не отражает своего суждения о громкости. В таком случае трудно получить достоверную оценку.

У взрослых пациентов возможен такой вариант, что при оценке громкости на отдельном электроде они определяют в каждом из них комфорт, а при активации процессора и проверки разговорной речью пациент не удовлетворен громкостью.

Таким образом, оценка комфорта при стимуляции каждого отдельного электрода недостаточно надежный критерий для оптимальной настройки процессора данного пациента. Кроме того, после активации процессора и проверки восприятия речи с полным спектром при обнаружении негативной реакции неясно, на каких электродах произошло превышение комфортного уровня.

Технический результат заявляемого решения состоит в повышении точности настройки процессора имплантированных пациентов, включая детей, с которыми отсутствует речевой контакт, путем уменьшения влияния субъективного фактора при оценке ощущений, возникающих при стимулировании импланта.

Для достижения указанного технического результата в способе настройки кохлеарного импланта, включающем стимуляцию электродов импланта и определение по ответной реакции имплантированного пациента на поданные стимулы комфортного уровня громкости звука, согласно предложению электроды стимулируют группами с помощью полосовых акустических сигналов, причем каждая последующая группа частично перекрывает предыдущую, а уровень громкости звука на отдельном электроде определяют по ощущению сигналов, воспринятых пациентом с этого электрода в разных группах, при этом в группу включают, по меньшей мере, три соседних электрода.

Наличие отличительных признаков, а именно стимуляция электродов группами с помощью полосовых акустических сигналов, где каждая последующая группа частично перекрывает предыдущую, определение уровня громкости звука на отдельном электроде по ощущению сигналов, воспринятых пациентом с этого электрода в разных группах электродов, включение в группу, по меньшей мере, трех соседних электродов, свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».

Заявляемый способ позволяет оценивать громкость при одновременной стимуляции нескольких электродов с помощью полосовых акустических (звуковых) сигналов. Поскольку стимулируют одновременно 3-4 соседних электрода, суммарное слуховое ощущение, естественно, отличается от того, которое возникает при стимуляции током одного электрода, что существенно облегчает оценку его громкости и повышает точность настройки процессора КИ.

Также следует отметить, что настройка процессора КИ максимально приближена к естественным условиям, так как пациент оценивает громкость звуковых сигналов, которые окружают его в реальной жизни.

Из вышесказанного следует, что технический результат изобретения достигается новой совокупностью существенных признаков, как вновь введенных, так и известных, следовательно, заявляемый способ соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена таблица 1, в которой представлены номера электродов, одновременно стимулируемых полосовыми акустическими сигналами у восьми- и двенадцатиканального имплантов; на фиг.2 представлена таблица 2 с результатами оценки громкости электрических стимулов, подаваемых на отдельные электроды, где Т - тихо, Х - хорошо, Г - громко, а 1-12 - номера электродов; на фиг.3 изображена таблица 3, в которой представлена оценка громкости в зависимости от суммы полос.

Способ осуществляют следующим образом.

В качестве стимулов были использованы звуковые сигналы, а именно полосовые шумы, вырезанные из синтезированного белого шума. Для полосовой фильтрации была использована компьютерная программа спектральной переработки речевого сигнала [4].

Эта программа дает возможность выделять из полного спектра частотные полосы различной ширины. Спектр белого шума обрабатывали в диапазоне частот 300-5500 Гц. Спектральные полосы имели ширину, равную сумме ширин трех соседних полос в случае 8-канального импланта (С40) или сумме ширин четырех соседних полос в случае 12-канального импланта (С40+). При этом полосы перекрывались (фиг.1). Продолжительность стимуляции такими полосовыми стимулами составляла 30 секунд, уровень интенсивности 100 дБ.

Исследование восприятия громкости полосовых стимулов было проведено на 6 имплантированных пациентах, которые с пониманием оценивали свои ощущения. Следует отметить, что во время стандартной настройки (по способу-прототипу) эти пациенты четко устанавливали комфортную громкость как по отдельности на каждом электроде, так и при стимуляции электродов в режиме «SWEEP». В этом случае производили последовательную стимуляцию всех электродов по очереди. При оценке громкости звуковых полос они также без труда давали однозначную оценку своим ощущениям. У опытных испытуемых обнаружено хорошее совпадение оценок громкости полосовых шумов и электрических стимулов.

Помимо оценки настройки проводили корректировку программы к форме АЧХ микрофона. Поскольку при настройке устанавливается амплитуда электрического стимула, то ее максимальное значение определяет комфортную громкость. Но амплитуда связана со звуковой энергией полосы, обрабатываемой в данном электроде, а энергия (суммарная) интегралом площади. Так как амплитудно-частотная характеристика всего тракта имеет неравномерности, то хотя амплитуда токов по электродам установлена на комфортном уровне, но вследствие неравномерности характеристики микрофона, выходной электрический сигнал в результате не создает комфортное ощущение. То есть комфорт по току не равен комфорту по звуку.

Экспериментально установлено хорошее совпадение оценок громкости полосовых шумов и громкости, определяемой электрическими стимулами.

В процессе работы с маленькими детьми были сделаны следующие наблюдения. При непрерывной стимуляции в течение 30 секунд отчетливо проявляется реакция ребенка на полосовые звуковые стимулы. Равенство громкости отмечалось, например, одинаковым размахом рук или равным расстоянием руки от пола. При изменении громкости изменялась и отображаемая ребенком оценка громкости. При воздействии белого шума размах рук становился шире. При уменьшении громкости - размах рук уменьшался. При отсутствии дискомфорта не отмечалось никаких негативных реакций.

Однако при наличии дискомфорта появляются следующие негативные реакции: ребенок морщится или отодвигается от источника звука. Иногда ребенок, сидя на руках у матери, отворачивается и прижимается к ней. При подаче звука ребенок, сидящий на стуле, может попытаться уйти, то есть отдалиться от источника звука.

Таким образом, дети могут определить свое ощущение, показав некоторыми знаками или поведением, что им слышно хорошо или неприятно.

Следует отметить, что при определении ощущения громкости на отдельных электродах оценки при повторных измерениях располагаются во всем диапазоне: на одном электроде может быть громко, тихо, хорошо. Так, ребенок показывает на картинке с изображением, например, дерева различной величины все градации громкости звука. При полосовых звуках ребенок работает более стабильно - либо громко-хорошо, либо тихо-хорошо. Часто отмечается одна и та же оценка.

Так, в таблице 2 (фиг.2) представлены результаты настройки КИ пациентки В., 6 лет, с оценками громкости электрических стимулов (прототип), подаваемых на отдельные электроды. Можно видеть разброс оценок по всем электродам. А во 2, 7, 8, 12 встречаются все оценки от «тихо» до «громко». При проверке полосовыми (звуковыми) стимулами пациентка однозначно дала оценку по всем электродам, например при стимуляции сигналами по 3-й программе («громкой» мощности), все оценила как «громко».

Настройка процессора у 7 имплантированных детей проводилась на основании проведенных наблюдений.

Способ поясняется следующим примером.

Пациент П., 5 лет. При стандартной процедуре настройки процессора у этого ребенка не было отмечено негативной реакции при электрической стимуляции на каждом электроде, а также в режиме «SWEEP».

При стимуляции полосовыми шумами зарегистрированы следующие оценки громкости полосовых стимулов, представленные в таблице 3 (фиг.3). Использованы следующие оценки: 0 - нормально, 1 - громко. Ребенок своим поведением отражал свою оценку громкости.

При стимуляции полосами до 8-го электрода ребенок улыбался, с интересом участвовал в исследовании. Были поставлены оценки: 0 - нормально. При стимуляции полосами, начиная с 7 электрода, ребенок выражал недовольство: морщился, отворачивался. В этом случае - при негативной реакции - стимуляция прекращалась немедленно.

В соответствии с полученными результатами на электродах 9-12 уровни стимуляции были понижены. При повторном обследовании не отмечено никаких негативных реакций при стимуляции всеми полосами. Полученные уровни были записаны в следующую, во вторую программу. При активации процессора никаких негативных реакций не отмечалось.

Далее уровни второй программы были увеличены на одну ступень, и такая настройка была записана в третью программу. При проверке живой речью отмечена незначительная негативная реакция. Далее уровни второй программы были уменьшены на две ступени, и такая настройка записана в первую программу.

На этом настройка процессора была закончена.

Способ прошел апробацию в ФГУ «Санкт-Петербургский НИИ уха, горла, носа и речи Росздрава».

Предложенный способ облегчает выполнение процедуры настройки для пациента, что подтверждается полученными более стабильными оценками. Благодаря такому подходу появляется возможность произвести более точную настройку процессора имплантированных пациентов, что особенно важно для имплантированных детей, с которыми отсутствует речевой контакт. Настройка с использованием полосовых звуковых стимулов более приближена к реальным условиям, чем настройка с оценкой громкости электрических стимулов, подаваемых на отдельные электроды.

Способ обеспечивает повышение точности настройки за счет уменьшения влияния субъективного фактора из-за упрощения процедуры оценки уровня комфортной громкости и использования стабильных критериев субъективной оценки. Способ также позволяет провести корректировку программы к форме АЧХ микрофона.

Из вышесказанного следует, что предлагаемый способ обеспечивает технический результат, не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Источники информации

1. Lorens A., Anderson I. ESRT and MCL correlations in experienced paediatric cochlear implant users // Cochlear Implants international - 2004. - Vol.5, N1 - P.28-37.

2. Dillier N, Lai WK et al. Measurement of the electrically evoked compound action potential via a neural response telemetry system // Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. - 2002. - Vol.111, N5. - Р.407-414.

3. Петров С.М. Некоторые аспекты настройки речевого процессора кохлеарных имплантов "Combi-40/40+" и "Тетро+" // Вестник оториноларингологии, - 2002. - N6. - С.16-18.

4. Патент РФ №2121242, H 04 R 25/00.1998.