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lunes 30 de noviembre del 2020
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Líneas de investigación en el Implante Coclear

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Desde su aparición, los implantes cocleares han experimentado un progreso continuo, incorporando constantemente nuevos avances tecnológicos que han proporcionado mejoras muy importantes tanto en la calidad de la audición como en la comodidad del uso de los equipos. Estas mejoras han sido resultado de una investigación orientada a diversos aspectos de los implantes cocleares. En la actualidad, hay abiertas muchas líneas de investigación. El análisis de las líneas de investigación es interesante para conocer hasta dónde llega el conocimiento científico, cómo se transfiere a la tecnología, y que mejoras se podrán encontrar en los sistemas de los implantes cocleares en los próximos años.

Las principales líneas de investigación centran su atención, en la actualidad, en el diseño de los electrodos, la transmisión de radio frecuencia, incorporación en los implantes de herramientas que permitan el diagnóstico y chequeo de los electrodos, mejoras de calidad en el procesamiento de señal, aspectos relacionados con la seguridad eléctrica de la estimulación coclear, búsqueda de soluciones confortables para los pacientes, y el desarrollo de técnicas de rehabilitación adaptadas a las nuevas tecnologías.

Diseño de los electrodos

Los electrodos son un elemento fundamental de los implantes cocleares, y su diseño busca proporcionar una estimulación adecuada de las fibras del nervio auditivo, a la vez que una fácil inserción en la cóclea. Los diseños más avanzados permiten la inserción profunda (llegando hasta 30 mm de inserción), para lo cual la guía portaelectrodos se elabora utilizando materiales muy flexibles. Las guías de electrodos se diseñan de modo que puedan ser extraídos en caso de avería o rotura del implante, y dejando abierta la posibilidad de sustituir el dispositivo por otro más avanzado cuando los avances tecnológicos hicieran esta posibilidad recomendable.

Los fabricantes de implantes cocleares disponen de una variedad de guías portaelectrodos que permite la elección del modelo más adecuado en cada caso. En cócleas parcialmente osificadas en las que la inserción profunda no es posible, se puede utilizar una guía corta en la que los electrodos se encuentran más próximos entre sí. En cócleas muy osificadas es posible labrar un canal coclear y la utilización de una guía bifurcada (en la que una parte de los electrodos está en una guía y el resto en la otra) lo que permite la aproximación del máximo número de electrodos a las fibras nerviosas.

En la actualidad se está trabajando en el diseño de electrodos que se aproximen al modiolo, con el objeto de mejorar la estimulación minimizando la interacción entre canales, y para reducir la cantidad de corriente necesaria para la estimulación (lo que permitiría una reducción importante del consumo de potencia del equipo). Estos diseños, denominados perimodiolares, incluyen un mecanismo que permite a la guía portaelectrodos, una vez insertada, cerrarse sobre el eje de la cóclea, aproximándose a las terminaciones del nervio auditivo. El diseño de estos dispositivos es complejo y tienen el inconveniente, en algunos casos, de producir lesiones mayores en el receptor coclear y fenómenos de fibrosis que hay que tener en cuenta en el caso de una sustitución del implante. En la figura 11 se han representado ejemplos de los diseños de electrodos que se han descrito.

Transmisión de radio frecuencia

La transmisión de radio frecuencia ha permitido la eliminación del principal inconveniente que presentaban los primeros modelos, evitando el contacto físico en la comunicación entre la parte externa y la parte interna del sistema del implante coclear. La utilización de una transmisión radio para la comunicación entre las partes externa e interna presenta algunos inconvenientes, como son la posibilidad de interferencias con otras fuentes de radio frecuencia, la disipación de potencia en la transmisión (y consiguiente aumento del consumo eléctrico) y la necesidad de conseguir un buen acoplamiento entre las antenas emisora y receptora del implante.

La investigación realizada en esta línea está orientada a la reducción de las pérdidas en la transmisión y de las interferencias con otras fuentes. Este último aspecto resulta esencial en la actualidad, teniendo en cuenta el incremento que experimentan las comunicaciones inalámbricas en general, y la telefonía móvil en particular. Continuamente se realizan numerosos estudios para determinar qué modelos de teléfonos móviles son compatibles con los implantes cocleares y cuáles producen excesivas interferencias sobre el implante.

Herramientas de diagnóstico

El equipo de implante coclear es diseñado para la estimulación eléctrica del nervio auditivo. No obstante, la mayor parte de los equipos incorporan además herramientas y utilidades que permiten comprobar la integridad del equipo, el acoplamiento entre el emisor y el receptor, las características eléctricas de los electrodos y la interacción eléctrica entre ellos. Esta comprobación, denominada usualmente telemetría, puede realizarse en pocos segundos en la actualidad. Los diseños actuales permiten también la realización de test de potenciales evocados y de reflejo estapedial.

Seguridad en la estimulación eléctrica

Las condiciones de seguridad en la estimulación eléctrica constituyen un aspecto esencial del diseño de los implantes cocleares. Los niveles de corriente y la estrategia de estimulación deben diseñarse de modo que quede garantizado que no va a producirse un daño fisiológico irreversible en las terminaciones nerviosas. Los campos de corriente excesivamente intensos o la acumulación de carga en las terminaciones nerviosas o sus inmediaciones deben evitarse. Los niveles de corriente intensos hacen que la neurona pierda la capacidad de repolarización reduciéndose la tasa de disparo y la resolución en intensidad. La acumulación de carga en las inmediaciones de las fibras nerviosas es extremadamente peligrosa pues puede producir alteraciones en el pH del medio celular e intercelular que conducen a la muerte celular de las neuronas. Por esta razón, los implantes más avanzados tienden a realizar estimulación monopolar (es decir, utilizando un electrodo de referencia) lo que permite niveles de percepción fuertes con campos de corriente bajos, y realizan la estimulación con pulsos bifásicos (con un ciclo positivo en el que se inserta corriente y un ciclo negativo en el que la corriente insertada se retira) incorporando condensadores en la salida de los electrodos que suprimen las componentes de corriente continua en la estimulación que darían lugar a la acumulación de carga. En la figura 4 puede apreciarse tanto el electrodo de referencia utilizado para la estimulación monopolar como los condensadores de salida, colocados junto a los contactos de los electrodos activos, que suprimen las componentes de corriente continua.

Procesamiento de señal

El conjunto de operaciones de procesamiento de señal realizadas desde la adquisición del sonido por el micrófono hasta la estimulación del nervio auditivo con los electrodos constituye la estrategia de codificación y es determinante en la calidad con la que el paciente va a percibir el sonido. Una de las principales líneas de investigación que se desarrolla en el campo de los implantes cocleares está dedicada a mejorar las técnicas de procesamiento de señal que se incorporan en las estrategias de codificación para proporcionar mejor calidad de audición.

Las estrategias de codificación más avanzadas proporcionan una estimulación esencialmente basada en la forma de onda, es decir, con una extracción de características mínima o nula, con una alta tasa de estimulación y sin solapamiento entre pulsos consecutivos. Se ha encontrado, además, que la estimulación de todos los electrodos en cada ciclo de estimulación mejora la sensibilidad en la audición frente a las estrategias que sólo estimulan un grupo de electrodos en cada ciclo, ya que la estimulación de las terminaciones con niveles bajos de corriente, próximos al umbral de percepción, mantienen las terminaciones activas y preparadas para generar potenciales de acción ante la aparición de estímulos acústicos débiles. Con este tipo de procesadores es frecuente encontrar pacientes imlpantados con audiogramas alrededor de 30 o 35 dB.

Los procesadores de última generación incorporan la utilización de filtros FIR (más estables que los IIR) para la separación de la señal de audio en bandas de frecuencia, y la detección de envolvente se realiza utilizando para cada canal una pareja de filtros en cuadratura de fase (es decir, la detección de envolvente se realiza mediante la transformada de Hilbert) lo que proporciona una envolvente más precisa, especialmente cuando las propiedades de la señal evolucionan muy rápidamente en el tiempo.

Una línea de investigación en la que se dedica mucho esfuerzo en la actualidad es la compensación del ruido en la señal de audio, ya que la percepción de voz en condiciones de ruido es una de las limitaciones más importantes que sufren los pacientes implantados. Se están realizando avances importantes en estas líneas y cabe esperar que en poco tiempo los procesadores incorporen técnicas eficientes de compensación del ruido de fondo.

Tamaño, peso y consumo de los equipos

El tamaño, peso y consumo de los elementos que integran el implante coclear son muy importantes a la hora de alcanzar un sistema confortable para el paciente. La aplicación de los avances tecnológicos en los diseños permite conseguir, en los sistemas de última generación, equipos pequeños (que pueden ser utilizados en configuración retroauricular) sin necesidad de renunciar a las mejoras de calidad que permite la tecnología. En la figura 12 se muestra un procesador de petaca y otro retroauricular. Se han fotografiado junto al implante coclear (que es el mismo en ambos casos), de modo que se puede apreciar la reducción de tamaño que han experimentado los equipos. En estos modelos, los avances tecnológicos han proporcionado un diseño que además de ser más pequeño y ligero, y con menor consumo de corriente, proporciona mejoras sustanciosas en el procesamiento de señal. El procesador de petaca mostrado en la figura dedica aproximadamente la mitad del espacio y el peso a las baterías (que son dos baterías de tipo AA de 1.5 V). En el procesador retroauricular mostrado, más del 60% del tamaño está dedicado a las baterías (tres pilas de botón), que suponen aproximadamente el 80% del peso total del sistema. En los equipos más avanzados, por tanto, el factor que limita la reducción de tamaño y peso es el consumo eléctrico del equipo.

El desarrollo de las tecnologías electrónicas de bajo consumo, el diseño de procesadores de señal de propósito específico y la investigación dedicada al diseño de electrodos y de la transmisión de radio frecuencia van a permitir en un futuro próximo reducir aun más el consumo de los sistemas, permitiendo soluciones más confortables, de menor tamaño y peso y con menores requerimientos de mantenimiento para la sustitución de baterías.

Investigación en rehabilitación

Teniendo en cuenta que el principal factor que condiciona el aprovechamiento del implante coclear es el proceso de rehabilitación, resulta de vital importancia la investigación en el campo de la rehabilitación. En este campo, la investigación se centra en diversos aspectos, como pueden ser:

  • La evaluación sistemática, seguimiento de pacientes implantados y análisis de los resultados para poder realizar el ajuste de objetivos en una nueva rehabilitación.
  • El desarrollo de técnicas de rehabilitación que permitan explotar las distintas posibilidades de percepción  que ofrecen los implantes cocleares, ajustándolas a las mejoras que continuamente incorporan los equipos.
  • El desarrollo de técnicas que permitan un ajuste y programación del procesador preciso y optimizado para cada paciente, el análisis de la evolución que sufren los parámetros ajustables del procesador y el desarrollo de métodos objetivos y precisos para la estimación de los parámetros de la programación.

La implantación bilateral, (en la actualidad poco extendida debido a la escasez de recursos frente a la fuerte demanda de implantes cocleares), se investiga también, encontrándose resultados muy positivos (frente a la implantación unilateral) tanto en localización de la fuente de sonido (a través de la audición en estéreo) como en la comprensión de la voz en condiciones de ruido. El desarrollo de habilidades en el caso de implantes bilaterales requiere la elaboración de nuevos protocolos de rehabilitación adaptados a las nuevas posibilidades que ofrece la implantación, con el objeto de explotarlas al máximo.

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