MASTER II – ocena poziomu słyszenia metodą ASSRs

28 października 2016

Słuchowe potencjały stanu ustalonego (ASSRs – auditory steady-state evoked responses) składają się z zarejestrowanych w mózgu zjawisk elektrycznych będących wynikiem stymulacji akustycznej, których widmo pozostaje stałe w czasie. Można je zaobserwować w sytuacji, gdy stymulacja akustyczna jest wysyłana do ucha z wystarczająco dużą częstością, aby elektryczne odpowiedzi mózgu na kolejne stymulacje nachodziły na siebie. Potencjały będące wynikiem nachodzących na siebie reakcji na stymulację, gdy układ dochodzi do stanu stabilnego, stają się słuchowymi potencjałami stanu ustalonego (John, Lins, Boucher i Picton, 1998). Nie tylko czyste tony, ale również sinusoidalna modulacja amplitudowa lub częstotliwościowa ciągłego sygnału nośnego o stałej częstotliwości może być wykorzystana do wywołania słuchowych potencjałów stanu ustalonego. Użycie tej techniki skutkuje otrzymaniem odpowiedzi z mózgu zawierającej w widmie składowe o częstotliwości stymulacja/modulacja lub/i ich składowe harmoniczne (stymulacja aktywuje region ślimaka odpowiadający za słyszenie częstotliwości nośnej, natomiast kanał słuchowy generuje odpowiedź na częstotliwość modulującą działając jak demodulator).

System MASTER II jednocześnie generuje wieloskładnikowe bodźce słuchowe (modulowane amplitudowo, AM2 i/lub częstotliwościowo), rejestruje zjawiska elektryczne w mózgu, będące odpowiedzią na bodziec, wyświetla zebrane wyniki i ich widmo oraz określa, czy zarejestrowana aktywność mózgu będąca wynikiem stymulacji jest większa od szumu (tła) elektroencefalograficznego. W przypadku, gdy ucho prawidłowo słyszy czysty ton (dźwięk składający się z jednej składowej sinusoidalnej), widmo odpowiedzi elektrycznej mózgu zawiera wyraźną odpowiedź na częstotliwości zgodnej ze stymulacją (stymulacja aktywuje region ślimaka odpowiadający za słyszenie częstotliwości nośnej). W przypadku prawidłowej pracy aparatu słuchowego i stymulacji modulowanej, odpowiedź pojawia się na częstotliwości modulującej (kanał słuchowy generuje odpowiedź na częstotliwość modulującą działając jak demodulator).

Przyjmuje się, że region ślimaka pobudzany przez częstotliwość nośną (np. 1000 Hz) musi prawidłowo pracować, aby została wygenerowana odpowiedź na modulację (np. 81 Hz). Aktywność elektryczna mózgu zarejestrowana poprzez elektrody umieszczone na powierzchni skóry głowy zawiera nałożone na siebie odpowiedzi na różne stymulacje – amplituda oraz okres odpowiedzi będącej wynikiem konkretnej, pojedynczej stymulacji może być określony poprzez badanie widma w zakresie częstotliwości modulującej dany sygnał. Poziom słyszenia częstotliwości nośnej może być oceniony poprzez pomiar aktywności elektrycznej odpowiadającej częstotliwości modulującej.

Cechy szczególne:

System MASTER II zawiera zarówno dedykowane elementy sprzętowe (generowanie stymulacji oraz rejestracja sygnałów elektrycznych), jak również oprogramowanie, które wymaga do pracy stacji PC wyposażonej w system operacyjny Windows. Został on stworzony bazując na badaniach oraz opracowaniach T.W. Picton, M.S. John oraz innych pracowników Rotman Research Institute w Toronto.

MASTER II został zaprojektowany zgodnie z zasadami dotyczącymi generowania oraz przetwarzania sygnałowych danych akustycznych. Umożliwia pomiar, eliminację artefaktów oraz analizę sygnałów elektroencefalograficznych, w tym określania ich widma oraz eliminacji szumów (tła). System umożliwia użytkownikowi także drukowanie rezultatów i danych pacjenta w postaci raportów, przechowywanie zebranych wyników w bazie danych oraz ich analizę, zarówno w czasie samego badania, jak również w dowolnym innym momencie.

zarządzanie danymi – relacyjna baza danych zawierająca dane demograficzne pacjentów oraz informacje dotyczące przeprowadzonych badań (ogólne, protokół badania, historię analizy oraz rezultaty) oraz dodatkowo skojarzony z każdym badaniem plik binarny zawierający nagranie EEG
stymulacja – generowanie sygnału bazując na protokołach, obsługa sekwencji oraz warunków zatrzymania badania
rejestracja sygnałów – inicjalizacja przetworników na podstawie protokołu badania, zarządzanie kolekcjonowaniem danych (pauza, stop, inne…), pomiar impedancji
EEG – przeglądanie, analiza oraz zapis do plików binarnych (dla późniejszej analizy)
analiza – analiza w czasie rzeczywistym widma sygnałów elektroencefalograficznych (test istotności F), widmo, audiogram. Analiza off-line sygnałów EEG zapisanych w plikach binarnych – w tym z możliwością manipulacji parametrami badania
raporty – drukowanie raportów zawierających dane demograficzne pacjentów oraz wyniki badań, bazując na edytowalnych wzorcach
auto-test sprawności urządzenia.

MASTER II umożliwia jednoczesną rejestrację oraz analizę sygnałów zawierających wiele częstotliwości – czyni to badanie szybszym. Stymulacja ma mało zakłóceń, przez co badanie lepiej separuje i analizuje poszczególne częstotliwości. Możliwe do zastosowania wysokie intensywności bodźca pozwalają na badanie pacjentów ze znaczącym ubytkiem słuchu.

Przykładowe ekrany:

Zasada działania:

ASSR jest elektrofizjologiczną reakcją mózgu na stymulację akustyczną (podobną do ABR – potencjały słuchowe pnia mózgu). Oprzyrządowanie systemu zawiera słuchawki (źródło bodźca), elektrody umieszczane na skórze głowy umożliwiające pomiar sygnałów oraz urządzenie generujące stymulację i kolekcjonujące sygnały elektryczne. Stosowany bodziec to czyste tony modulowane częstotliwościowo (FM) lub amplitudowo (AM). Sygnał generowany przez system może osiągać do 120 dB HL.

Warstwa graficznego interfejsu użytkownika (GUI)

Main Window – wyświetla pasek tytułowy, menu, standardowe toolbary oraz pasek statusu. Ramka głównego okna jest odpowiedzialna za zarządzanie oknami potomnymi (MDI) oraz komponentami GUI
Patient/Test Open Dialog – moduł jest odpowiedzialny za wyszukiwanie, filtrowanie oraz otwieranie do edycji i przeglądania danych pacjenta oraz badań z nim skojarzonych
Ear Data Tables – główne okno kolekcji i analizy danych – wyświetla informacje w czasie zbierania danych oraz przeglądania wcześniejszych nagrań (częstotliwości nośne, modulacje, widmo, moc odpowiedzi, poziom szumu oraz test istotności F)
Amplitude Spectrum – komponent GUI odpowiedzialny za wizualizację widma
EEG Graph – wyświetla dane elektroencefalograficzne uzyskane w czasie badania (odgrywania wcześniejszego nagrania), umożliwia definiowanie poziomu odrzucania artefaktów
Impedance Table – komponent odpowiedzialny za prezentację danych dotyczących impedancji elektrod zarejestrowanej w czasie badania
Audiogram – wyświetlanie audiogramu
Protocols Setup Dialog – moduł stworzony w celu prezentacji, edycji oraz tworzenia nowych protokołów badania
Collection Control Dialog – moduł odpowiedzialny za nadzorowanie procesu kolekcjonowania danych (zarządzanie badaniem)
Reports – zewnętrzna aplikacja umożliwiająca generowanie i drukowanie raportów (na podstawie definiowalnych wzorców).

Warstwa logiki biznesowej

Internal Data Storage – przechowuje wszystkie informacje, które są wyświetlane w oknach kolekcji/analizy danych. Moduł jest dodatkowo opowiedziany za powiadamianie wszystkich komponentów GUI o fakcie zaktualizowania danych (wymuszenie odświeżenia)
Analyzer – element odpowiedzialny za wszelkie kalkulacje statystyczne
Collection Control – zarządzanie procesem badania; przetwarzanie poleceń użytkownika, badanie warunków zakończenia/przerwania badania, obsługa wykonywania sekwencji protokołów
Patient/Test Data Manager – przechowuje i zarządza danymi wszystkich otwartych pacjentów/badań
Protocols Manager – moduł odczytujący oraz zapisujący protokoły z/do bazy danych oraz przechowujący aktualnie obowiązujący protokół
Configuration Manager – moduł odczytujący oraz zapisujący ustawienia aplikacji z/do bazy danych
Communication Thread – wątek roboczy badania, odpowiedzialny za przeprowadzenie stymulacji/kolekcjonowania danych (oraz inne operacje związane z komunikacją ze sprzętem)
DB Access – moduł odpowiedzialny za komunikację z bazą danych
Files Manager – moduł odpowiedzialny za tworzenie/czytanie/zapis plików binarnych zawierających dane EEG
HW Manager – sterownik wysokiego poziomu odpowiedzialny za komunikację ze sprzętem (otwieranie portu, wysyłanie parametrów badania, pobieranie EEG).

Inne warstwy

pliki binarne – pliki binarne używane do przechowywania nieprzetworzonych danych EEG
baza danych – relacyjna baza danych zabierająca obiekty odpowiedzialne za przechowywanie danych pacjenta, wykonanych badań, protokołów badań oraz ustawień systemu
sterownik Komunikacyjny – sterowniki niskiego poziomu USB i RS232 umożliwiające komunikację pomiędzy stacją roboczą PC oraz urządzeniem generującym stymulację i kolekcjonującym EEG.

Projekt

środowisko programistyczne:
- DSP – Visual DSP++; sprzętowy debugger Apex-ICE
- PC – Visual Studio 2003, Component One – komponenty GUI
język programowania:
- DSP – assembler
- PC – C++
wielkość: 150 osobo-miesięcy.