WO2017182682A1 - Método para la detección automática de fold-over en implantes de porta-electrodos mediante matriz de potenciales - Google Patents

Método para la detección automática de fold-over en implantes de porta-electrodos mediante matriz de potenciales Download PDF

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Ángel Manuel RAMOS MACÍAS
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Definitions

  • the present description refers to the automatic detection of where an electrode holder has been folded, hereinafter Fold-Over ,, in patients with cochlear implants objectively. More specifically, the present description refers to procedures for detecting on which electrodes a Fold-Over has been produced and determining the affected area. In addition, it also refers to devices and software to carry out these procedures.
  • the cochlea is the sensitive organ responsible for transmitting / transforming the acoustic stimulus to the brain.
  • the cochlea is located in the inner ear and is mainly formed by 3 conduits, tympanic scale, vestibular scale and the organ of Corti which is responsible for enhancing this transformation from acoustic stimulation to nervous stimulation.
  • Hearing losses of a severe-deep sensorineural nature are mainly due to a series of alterations in the inner ear, the cochlea, which produce a malfunction in the conversion of the acoustic stimulus into nerve stimulation. In these situations, the most successful therapeutic solution is cochlear implantation.
  • the cochlear implant is an electrical stimulation device for nerve fibers in the inner ear.
  • the classic cochlear implant system is composed of a part that includes a microphone that captures sound and a signal processor. The processed signal is sent to the internal component by means of a magnetic induction coil. The internal part builds the electrical pulse of the stimulation and sends it to each of the electrodes that are in an electrode holder that is inserted into the cochlea, usually in the tympanic scale, for the stimulation of nerve fibers.
  • the correct insertion of this electrode holder is essential for the correct functioning of the prosthesis.
  • One of the possible causes of an incorrect insertion of the electrode holder is the Fold-Over. Which disables the affected electrodes and therefore a reimplantation of the electrode guide will be necessary.
  • the two ways to verify that during the insertion there has been no Fold-Gver of the electrode holder it is by means of medical imaging tests (for example, Computerized Tomography, Radiography ...), which force the patient to be exposed to radiation during the process of obtaining medical images, the need for medical equipment in the operating room, as well as a subsequent analysis by an expert to improve the correct insertion of the electrode holder.
  • Another method is by means of neuronal activation measures after stimulation, which are not determinant since it is possible to have no neuronal response due to various causes not related to the Fold-Over, in addition to the amount of time required to obtain these measures and complexity when interpreting the results.
  • An activation level is defined (in some implementations it is defined in
  • the other electrodes of the electrode holder are traced by recording and storing the electric potential value to which each electrode is while stimulating the electrode holder under evaluation,
  • the secondary diagonal can be detected by:
  • this method it is possible to determine after insertion of the electrode holder whether or not there is a Fo ⁇ d-Ovér and if it exists, on which electrode or electrodes the Fold-Over has been produced. Basically, for this, the obtaining of the potential measurements by the electrodes of the electrode holder and the processing of these power measurements allows to obtain as a result the existence or not of! Fold-Over and on which electrode or electrodes is produced.
  • the method may also comprise a conditioning stage of the potential measurements, this conditioning stage being configured to reduce the noise of these measurements, detection of defective electrodes and scaling and standardization of the measurements at the interval [0 / 1] prior to the process stage.
  • this conditioning stage may comprise one or more elements of filtering of the electrical potential measurements. Where some of the implementations of these filters could be:
  • the electrical stimulus is composed of a single phase biphasic pulse and the measurement of the potential is obtained at the end of the first phase of the stimulus. In this way, the potential obtained is maximum,
  • the matrix data structure may degenerate into a vector when a single electrode is evaluated relative to the rest of the electrodes.
  • Said computer program may be stored in physical storage media, such as recording media, a computer memory, or a read-only memory, or it may be carried by a carrier wave, such as electrical or optical,
  • a computer system that can comprise a memory and a processor is described, instructions executable by the processor being stored in the memory and these instructions comprising functionalities to execute a procedure to detect if a Fold-Over has occurred and on which electrode has been produced, as described above.
  • Figure 1 shows the structure of the cochlea with a correctly implanted cochlear implant
  • Figure 2 shows the structure of the cochlea with a cochlear implant implanted with a Fold-Over
  • Figure 3 shows a schematic diagram of the organization of the measures in the potential matrix
  • Figure 4 shows a graph of a matrix of potentials without Fold-Over in a series of experiments
  • Figure 5 shows a graph of a matrix of potentials with Fold-Over located in a series of experiments.
  • Figure 6 shows a graph of a potential matrix without Fold-Over and with a damaged electrode in a series of experiments.
  • Figure 7 shows a flow chart of the method to detect Fold-Overs
  • a cochlea (1) is shown, showing a correct insertion of the electrode holder (3) and in Figure 2 an insert where a Fold-Over of the electrode holder (4) has been produced. ).
  • the distance between the electrodes (2) moves away as we move along the electrode holder in the case of a correct Insertion, Figure 1, and in the case of a Fold-Gver ,.
  • Figure 2 it is observed ran fa distance between some of the electrodes is less than in the case that the guide was correctly. This decrease in distance will produce that in case of stimulating an electrode, the potential perceived in the rest of the electrodes, increases in potential can occur when in the ideal situation that value should tend to 0,
  • the method for the detection of Fold -Over (11) has been designed in the present examples taking into account the use of a power matrix (10) obtained from activation a. electrode and recording the value of the potential in all other electrodes.
  • the matrix (10) is organized as follows:
  • the box [10,3] of the matrix (IO) stores the value of the potential recorded by electrode number 10 while electrode number 3 was activated.
  • the potential matrix 10 can comprise different numbers of electrodes depending on the electrode holder guide used.
  • the method for the detection of Fold-Over (1 1) may include:
  • the method (1 1) for the detection of Fold-Over can comprise different configurations at the stage level.
  • the configuration is based on the use of a matrix data structure.

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Abstract

La descripción se refiere a un método (11) para la detección de uno o más Fold-Over en un porta electrodos. El método se caracteriza por comprender una etapa (12) de adquisición de los potenciales generados por uno o más electrodos (2) del porta-electrodos; una etapa (13) configurada para cancelar los errores de las de medidas y acondicionar las medidas; una etapa (14) para la detección de electrodos defectuosos no relacionados con Fold-Over; un de etapa (15) para la detección de la segunda diagonal que evidencia la presencia de un Fold-Over; una etapa (18) para detectar el electrodo sobre el que se produce el Fold-Over.

Description

Método para !a detección automática de Fold-Over en implantes de porta-electrodos mediante matriz de potenciales
La presente descripción se refiere a la detección automática de donde un porta-electrodos se ha doblado, en adelante Fold-Over,, en pacientes con Implante coclear de manera objetiva. Más concretamente, la presente descripción se refiere a procedimientos para detectar sobre que electrodos se ha producido un Fold-Over y determinar el área afectada. Además, se refiere también a dispositivos y programas informáticos para llevar a cabo estos procedimientos.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
La cóclea es el órgano sensitivo encargado en transmitir/transformar el estímulo acústico al cerebro. La cóclea se encuentra en el oído interno y está formado principalmente por 3 conducios, escala timpánica, escala vestibular y el órgano de Corti el cual es eí encargado enhacer esta transformación del estímulo acústico a estímulo nervioso.
Las pérdidas auditivas de carácter neurosensorial severo-profunda, se deben fundamentalmente a una serie de alteraciones en el oído interno, la cóclea, que producen un mal funcionamiento en la conversión del estímulo acústico en estímulo nervio. En esas situaciones la solución terapéutica con mayor éxito es la implantación coclear.
El implante coclear es un dispositivo de estimulación eléctrica de las fibras nerviosas del oído interno. Ei sistema de implante coclear clásico está compuesto por una parte que incluye un micrófono que captura el sonido y un procesador de señal. La señal procesada se envía al componente interno mediante una bobina de inducción magnética. La parte interna construye el pulso eléctrico de la estimulación y lo envía a cada uno de los electrodos que se encuentran en un porta-electrodos que se inserta dentro de la cóclea, normalmente en la escala timpánica, para la estimulación de las fibras nerviosas.
Por consiguiente, la correcta inserción de este porta-electrodos es fundamental para un correcto funcionamiento de la prótesis. Una de las posibles causas de una incorrecta inserción del porta -electrodos es el Fold-Over. La cual inhabilita los electrodos afectados y por tanto se necesitará realizar una reimplantación de la guía de electrodos. Actualmente las dos maneras de verificar que durante la inserción no se ha producido un Fold- Gver del porta-electrodos, es mediante pruebas de imágenes médicas (por ejemplo, Tomografía Computerizada, Radiografía... ), las cuales obligan a exponer al paciente a radiación durante el proceso de obtención de las imágenes médicas, la necesidad del equipamiento médico en quirófano así corno un posterior análisis por un experto para vaiorar la correcta inserción del porta-electrodos. Otro método es mediante medidas de activación neuronal tras fa estimulación, las cuales no son determinantes ya que es posible no tener respuesta neuronal por diversas causas no relacionadas con el Fold-Over, además de la cantidad de tiempo necesaria para la obtención de estas medidas y la complejidad a la hora de interpretar los resultados.
Por consiguiente, existe la necesidad de un método que permita detectar automáticamente lo descritos anteriormente.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
En un primer aspecto, se describe una metodología para detectar uno o más Fold-Over de un porta-electrodos de un paciente:
● Un método y dispositivo para obtener los valores del potencial eléctrico producido por la activación de un electrodo de evaluación respecto a todos los demás:
o Se define un nivel de activación(en algunas ímplementaciones se define en
Culombios) del electrodo del porta-electrodos en evaluación
o Se recorren los demás electrodos del porta-electrodos registrando y almacenando el valor potencial eléctrico ai cual está cada electrodo mientras se estimula el porta-electrodos en evaluación,
● Se organizan los potenciales obtenido en una estructura de datos matriciai, en donde se represente en fas filas el electrodo estimulado y en las columnas el potencia! percibido en cada electrodo, o viceversa.
● Se detecta y verifica la existencia de una o varias diagonales secundarias de la matriz.
En algunas impiementaciones, la diagonal secundaria se puede detectar por:
o Desviación estándar;
o Búsqueda de pendientes positivas en el potencial;
o Búsqueda de cambio de pendiente en el potencia!; o Localización de máximos;
o Búsqueda de pendientes positivas en el potenciai;
o Búsqueda de cambio de pendiente en el potenciai;
• En caso de tener una diagonal secundaria, se verifica que existe un Fold-Over, y se define como el punto o puntos de dobladura el cruce entre la diagonal primaria(se entiende diagonal primara aquella en la que el electrodo que. es estimulado y el que percibe el potenciai es el mismo) y la secundaria,
De este modo, mediante este método se consigue determinar tras la inserción del porta- electrodos si existe o no un Foíd-Ovér y en caso de existir, sobre que electrodo o electrodos se ha producido el Fold-Over. Básicamente, para ello, la obtención dé las medidas del potencial por parte de ios electrodos del porta-electrodos y del procesamiento de estas medidas de potenciai permite obtener como resultado la existencia o no de! Fold-Over y en sobre que electrodo o electrodos se produce.
En algunos ejemplos, el método puede comprender además de una etapa de acondicionamiento de las medidas de potencial, estando configurada esta etapa de acondicionamiento para reducir el ruido de éstas medidas, detección de electrodos defectuosos y escalado y normalizado de las medidas ai intervalo [0/1] anterior a la etapa de proceso. Para ello, esta etapa de acondicionamiento puede comprender uno o más elementos de filtrado de las medidas de potencial eléctrico. Donde alguna de las impJementaciones de estos filtros podrían ser:
o Filtro de mediana;
o Filtro de media;
o Filtro adaptativo;
De acuerdo con algunos ejemplos, el estimulo eléctrico se compone de un pulso bifásico monopaíar y la medida del potencial se obtíerse ai final de la primera fase del estímulo. De este modo, el potencial obtenido es máximo,
En algunos ejemplos, la estructura de datos matricial puede degenerar en un vector cuando se evalúa un único electrodo respecto al resto de los electrodos. Así como no necesariamente se ha de registrar el valor del potencial eléctrico en todos ios electrodos cuando uno de ellos está en evaluación. Dicho programa de ordenador puede estar almacenado en unos medios de almacenamiento físico, tales como unos medios de grabación, una memoria de ordenador, o una memoria de solo lectura, o puede ser portado por una onda portadora, tal como eléctrica u óptica,
En otro aspecto, se describe un sistema informático que puede comprender una memoria y un procesador, estando almacenadas en la memoria instrucciones ejecutables por el procesador y comprendiendo estas instrucciones funcionalidades para ejecutar un procedimiento para detectar si se ha producido un Fold-Over y sobre que electrodo se ha producido, tal como el descrito anteriormente.
Oíros objetos, ventajas y características de realizaciones de la invención se pondrán de manifiesto para el experto en la materia a partir de la descripción, o se pueden aprender con la práctica de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación, se describirán realizaciones particulares de la presente invención a titulo de ejemplo no limitativo,, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 muestra la estructura de la cóclea con un implante coclear correctamente implantado;
La Figura 2 muestra la estructura de la cóclea con un implante coclear implantado con un Fold-Over;
La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de la organización de las medidas en la matriz de potenciales;
La Figura 4 muestra un gráfico de-una matriz de potenciales sin Fold-Over en una serie de experimentos;
La Figura 5 muestra un gráfico de una matriz de potenciales con Fold-Over localizado en una serie dé experimento.
La Figura 6 muestra un gráfico de una matriz de potenciales sin Fold-Over y con un electrodo dañado en una serie de experimento.
La Figura 7 muestra un diagrama de flujo del método para detectar Fold-Overs; EXPOSICIÓN DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN
Como se puede ver en la Figura 1 se muestra una cóclea (1 ), donde se ve una inserción correcta del porta-electrodos (3) y en la Figura 2 una inserción donde se ha producido un Fold- Over del porta-electrodo (4). De este modo se puede observar que la distancia entre los electrodos(2) se alejan según nos desplazamos a lo largo del porta-electrodo en el caso de una Inserción correcta, Figura 1 , y en el caso de un Fold-Gver,. Figura 2, se observa corrió fa distancia entre algunos de ios electrodos es menor que en el caso que la guía estuviera de forma correcta. Esa disminución de la distancia producirá que en caso de estimular un electrodo, el potencial percibido en el resto de los electrodos, puede producirse aumentos del potencial cuando en la situación ideal ese valor debería tender a 0,
De este modo, el método para la detección de Fold -Over (11 ) se ha diseñado en los presentes ejemplos teniendo en cuenta el uso de una matriz de potencia les(10) obtenidos a partir de la activación un. electrodo y registro del valor del potencial en todos los demás electrodos. La matriz(10) se organiza de la siguiente forma:
● En las columnas de la matriz( 10) se encuentran los electrodos evaluados
● En las filas de la matriz(10) se encuentran los electrodos que han registrado el potencial
● En cada una de las celdas de la maíriz(10) se encuentra registrado el valor del potencial.
Por tanto la casilla [10,3] de la matriz(IO) almacena eí valor del potencial registrado por el electrodo número 10 mientras se activaba el electrodo número 3. En este punto es importante señalar que la matriz de potenciales 10 puede comprender diferentes números de electrodos dependiendo de la guía porta-electrodos empleada.
Como se puede ver en la Figura 7, de acuerdo con algunos ejemplos, el método para la detección de Fold-Over (1 1 ) puede constar:
● Una etapa (12) donde se obtiene la matriz de potenciales (10)
● Una etapa. (13) donde se acondicionen las medidas del potencial obtenidas. Donde alguna de las implementaciones de estos filtros podrían ser:
o Filtro de mediana;
o Filtro de media; o Filtro adaptativo;
● Una etapa (14) donde se detecten errores en e! porta-electrodos tales corno corto circuitos, circuito abierto, burbujas u otros problemas no relacionados con el Fold- Over.
● Una etapa (15) donde se detecte la presencia de una segunda diagonal (8}, Donde alguna de las implementaciones podrían ser:
o Desviación estándar;
o Búsqueda de pendientes positivas en el potencial;
o Búsqueda de cambio de pendiente en el potencial;
o Localización de máximos;
o Búsqueda de pendientes positivas en el potencia!;
o Búsqueda de cambio de pendiente en el potencial;
● Una etapa (16) donde se calcule el electrodo sobre el cual pivota el Fold-Over en caso de que en la etapa anterior (15) se hubiera detectado un Fold-Over.
En éste punto es importante señalar que el método (1 1 ) para la detección de Fold-Over puede comprender diferentes configuraciones a nivel de etapas. Asi, tal como se ha descrito anteriormente, en los presentes ejemplos la configuración se basa en el uso de una estructura de datos matricial.
De este modo, a continuación se describen tres ejemplos de las posibles matrices de potencial obtenidas en tres situaciones diferentes:
● En la Figura 4, se observa una matriz de potencial para la cual la inserción del porta- electrodos a sido correcta, donde todos los electrodos funcionan. Se observa que únicamente existe una diagonal principal (7).
● En la Figura 5, se observa una matriz de potencial para la cual la inserción del porta- electrodos a sido incorrecta y se ha: producido un Fold-Over, donde todos los electrodos funcionan. Se observa que existe una diagonal principal (7) y además una diagonal secundaria (8).
● En la Figura 6, se observa una matriz de potencial para la cual la inserción del porta- electrodos a sido correcta, donde el último electrodos no funciona correctamente. Se observa que existe una diagonal principal (7) donde el uno de sus valores (9) sobresale de la media del resto de los valores.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Método para la detección de un Fold-Over en porta-electrodos de implante coclear caracterizado por:
· Una etapa para obtener los valores del potencial eléctrico producido por la activación de un electrodo de evaluación respecto a todos los demás, al cual se organizan los potenciales obtenido en una estructura de datos matricial, en donde se represente en las filas el electrodo estimulado y en las columnas el potencial percibido en cada electrodo, o viceversa.
· Una etapa de para la detección y verificación de la existencia de una o varias diagonales secundarias de la matriz. En caso de tener matriz secundaria, se verifica que existe un Fold-Over, y se define como el punto o puntos de dobladura el cruce entre la diagonal primaria y la secundaria.
2. Dispositivo según la reivindicación 1 , caracterizado por la capacidad de definir un valor de activación de un electrodo de evaluación a un nivel de activación (en algunas implementaciones se define en Culombios) definido por el usuario para ser registrado el potencial generado, por el electrodo, dentro de la cóclea.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 , caracterizado por obtener los valores del potencial eléctrico en uno o más electrodos alojados en el porta-electrodos que puede incluir el propio electrodo de evaluación.
4. Dispositivo según la reivindicación 3, que comprende la capacidad de hacer un promedio de medidas de potencial en cada electrodo de medida.
5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde los valores de los potenciales se organicen en una estructura de datos matricial que puede degenerar en una estructura de datos vectorial.
6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, se caracteriza por aplicar una etapa de filtrado para mejorar la calidad de los datos que comprende algún filtro, como por ejemplo::
o Filtro de mediana;
o Filtro de media; o Filtro adaptativo;
7. Método según la reivindicación 1 , caracterizado por la capacidad de descartar electrodos con otro tipo de errores tales como burbujas de aire, corto circuitos y circuitos abiertos para la búsqueda de Fold-Over.
8. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde se busque la existencia de una o varias diagonales secundarias del valor del potencial obtenido.
9. Método según la reivindicación 8, caracterizado por una serie de medios para la búsqueda de una diagonal secundaria, como por ejemplo:
o Desviación estándar;
o Búsqueda de pendientes positivas en el potencial;
o Búsqueda de cambio de pendiente en el potencial;
10. Método según la reivindicación 9,
caracterizado por una serie de medios para la búsqueda de una diagonal secundaria, cuando la estructura que contiene los valores del potencial ha degenerado a un vector, como por ejemplo:
o Localización de máximos;
o Búsqueda de pendientes positivas en el potencial;
o Búsqueda de cambio de pendiente en el potencial;
1 1 . Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende la búsqueda de la intersección entre la diagonal primaria y cualquiera de las secundarias que indica el electrodo sobre el que se produce el Fold-Over.
12. Programa de ordenador que comprende instrucciones informáticas para provocar que un sistema informático ejecute un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para detectar un Fold-Over de un implante coclear.
13. Programa de ordenador según la reivindicación 12, almacenado en unos medios de almacenamiento.
14. Programa de ordenador según una cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, portado por una señal portadora.
15. Sistema informático que comprende una memoria y un procesador, estando almacenadas en la memoria instrucciones ejecutables por el procesador y comprendiendo estas instrucciones funcionalidades para ejecutar un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1 1 para detectar un Fold-Over de un implante coclear.
16. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1 1 , en el que la pluralidad de electrodoscomprende al menos un electrodo configurado para registrar el voltaje producido por el electrodo en evaluación.
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