Test di localizzazione della sorgente sonora nella sordità monolaterale a seguito di intervento di conduzione ossea

Summary

Presentiamo un protocollo per valutare l'impatto dell'intervento di conduzione ossea sulla capacità di localizzazione del suono in pazienti con sordità monolaterale (SSD). Questo protocollo può essere applicato per valutare l'efficacia dei dispositivi a conduzione ossea nel ripristinare le capacità di localizzazione del suono e migliorare la qualità complessiva della vita delle persone con SSD.

Abstract

La sordità monolaterale (SSD), in cui vi è una perdita uditiva da grave a profonda in un orecchio e un udito normale nell'altro, è una condizione uditiva prevalente che influisce in modo significativo sulla qualità della vita delle persone colpite. La capacità di localizzare con precisione le sorgenti sonore è fondamentale per varie attività quotidiane, tra cui la comunicazione vocale e la consapevolezza ambientale. Negli ultimi anni, l'intervento a conduzione ossea è emerso come una soluzione promettente per i pazienti con SSD, offrendo un'alternativa non invasiva ai tradizionali apparecchi acustici a conduzione aerea. Tuttavia, l'efficacia dei dispositivi a conduzione ossea (BCD), soprattutto in termini di miglioramento delle capacità di localizzazione del suono, rimane un argomento di notevole interesse.

Qui, presentiamo un protocollo per valutare l'impatto dell'intervento di conduzione ossea sulla capacità di localizzazione del suono nei pazienti con SSD. Il protocollo include la configurazione sperimentale (una stanza insonorizzata e una schiera semicircolare di altoparlanti), gli stimoli e i metodi di analisi dei dati. I partecipanti indicano la direzione percepita delle esplosioni di rumore e le loro risposte vengono analizzate utilizzando l'errore quadratico medio (RMSE) e la distorsione. Vengono riportati e confrontati i risultati dei test di localizzazione del suono prima e dopo l'intervento di conduzione ossea. Nonostante non ci siano differenze significative, la maggior parte dei pazienti (71%) aveva una chiara tendenza alla localizzazione verso il lato dell'intervento dopo l'intervento di conduzione ossea. Lo studio conclude che l'intervento di conduzione ossea può migliorare prontamente alcune capacità di localizzazione del suono nei pazienti con SSD, offrendo prove a sostegno dell'efficacia dei BCD come trattamento per SSD.

Introduction

La localizzazione del suono, la capacità di individuare l'origine precisa degli stimoli uditivi, è un'abilità uditiva critica che è alla base di una serie di funzioni essenziali nella vita quotidiana, tra cui una comunicazione efficace, una navigazione sicura attraverso gli ambienti e la capacità di orientarsi nello spazio. Quando un individuo sperimenta la sordità monolaterale (SSD), la capacità del sistema uditivo di localizzare i suoni è gravemente compromessa. Questo perché il nostro cervello in genere si basa sul confronto delle informazioni sonore ricevute da entrambe le orecchie per calcolare con precisione la posizione delle sorgenti sonore.

Il sistema uditivo umano impiega sofisticate tecniche di elaborazione del segnale per localizzare le sorgenti sonore, basandosi sulle differenze di tempo interaurale (ITD) e sulle differenze di livello interaurale (ILD) come segnali primari. Gli ITD si riferiscono al leggero ritardo tra l'arrivo del suono a ciascun orecchio, che fornisce informazioni sull'azimut della sorgente sonora. Le ILD, d'altra parte, rappresentano la differenza di livelli sonori tra le due orecchie. Il sistema uditivo integra questi segnali con altri fattori, come i segnali spettrali e i movimenti della testa, per formare una precisa rappresentazione spaziale dell'ambiente uditivo ^1,2. Questi segnali binaurali vengono elaborati e integrati per consentirci di determinare la direzione da cui proviene un suono. Tuttavia, quando l'udito in un orecchio è compromesso, questa elaborazione bilaterale viene interrotta, portando a difficoltà nella localizzazione dei suoni.

I dispositivi a conduzione ossea (BCD) offrono una soluzione promettente per le persone con SSD ^3,4. Questi dispositivi funzionano trasmettendo le vibrazioni sonore direttamente alla coclea attraverso le ossa del cranio, aggirando così l'orecchio esterno e medio danneggiato. I BCD sono particolarmente utili per chi soffre di ipoacusia conduttiva o mista, nonché per le persone con SSD. I benefici della tecnologia a conduzione ossea per i pazienti con SSD sono stati documentati in ricerche precedenti. Ad esempio, uno studio di Chandrasekar et al. ha dimostrato che i dispositivi a conduzione ossea hanno migliorato significativamente il riconoscimento vocale nel rumore per gli individui con SSD³. Allo stesso modo, una revisione meta-analisi di Huang et al. ha evidenziato gli effetti positivi dei BCD sulla percezione del parlato e sulla qualità della vita per questi pazienti⁴.

Nonostante queste evidenze, l'impatto specifico dell'intervento di conduzione ossea sulle capacità di localizzazione del suono nei pazienti con SSD non è altrettanto ben compreso. Ad esempio, Agterberg et al. hanno riportato che le prestazioni di localizzazione del suono dei pazienti con sordità monolaterale non sono migliorate quando si ascolta con un dispositivo a conduzione ossea⁵. Alcune revisioni sistematiche, come quella di Kim et al., hanno riportato che sei studi precedenti con 139 casi con apparecchi acustici ancorati all'osso (BAHA) hanno dimostrato che la percentuale di corretta identificazione della localizzazione del suono era compresa tra il 13% e il 65,8% prima dell'impianto BAHA e tra il 15% e il 68,5% dopo l'impianto, ma senza significatività statistica⁶. Poiché questi studi hanno utilizzato la percentuale di accuratezza della localizzazione della sorgente sonora in cui il punteggio richiedeva l'identificazione accurata dell'altoparlante che emetteva tra più altoparlanti, riteniamo che il livello di difficoltà sia relativamente alto. Al contrario, il nostro metodo di valutazione valuta l'errore angolare di localizzazione della sorgente sonora e utilizza la radice quadrata media per il punteggio. Pertanto, riteniamo che il nostro metodo sia più adatto alle esigenze dei test acuti.

Per colmare questa lacuna in letteratura, il presente studio mira a valutare l'efficacia del BCD nel ripristinare le capacità di localizzazione del suono nei pazienti con SSD. Stiamo usando la configurazione degli altoparlanti descritta da van de Heyning et ^al.7. Abbiamo sviluppato un protocollo per testare la localizzazione del suono che prevede valutazioni pre e post intervento. I partecipanti saranno testati sia in condizioni assistite (utilizzando il BCD) che non assistite per confrontare le loro prestazioni di localizzazione. Esaminando i cambiamenti nelle capacità di localizzazione del suono prima e dopo l'implementazione dell'intervento di conduzione ossea, questo studio fornirà preziose informazioni sui potenziali benefici dei BCD per i pazienti SSD. I risultati potrebbero contribuire a una migliore comprensione di come questi dispositivi possono essere ottimizzati per migliorare la consapevolezza spaziale e la funzione uditiva in modo più ampio, migliorando così la qualità complessiva della vita delle persone con SSD.

Protocol

In questo studio, i partecipanti erano 14 bambini con SSD congenito, dotati di apparecchi acustici a conduzione ossea. I criteri di inclusione per i partecipanti erano una diagnosi confermata di SSD. I partecipanti sono stati reclutati da una clinica specializzata in audiologia e sono stati informati sullo scopo, le procedure e i potenziali rischi e benefici dello studio. Il consenso informato è stato ottenuto dai genitori o dai tutori legali dei partecipanti prima del loro arruolamento nello studio.

1. Impostazione

NOTA: Questa sezione descrive la procedura per condurre un esperimento di localizzazione audio utilizzando lo strumento software di riferimento. L'esperimento è progettato per valutare la capacità dei partecipanti di localizzare una sorgente sonora all'interno di una configurazione in campo libero. Il test di localizzazione è stato condotto in una stanza insonorizzata con sette altoparlanti (vedi Fig. 2 in Van de Heyning et al.)⁷ equamente distribuiti lungo un semicerchio tra l'azimut di -90° (sinistra) e 90° (destra). La configurazione degli altoparlanti viene scelta per considerazioni pratiche. I materiali necessari per questo esperimento sono inclusi nella Tabella dei Materiali.

1. Assicurati che sia disponibile un PC Windows con un driver audio compatibile e una scheda audio multicanale.
2. Collegare gli altoparlanti alimentati attivamente alla scheda audio utilizzando cavi bilanciati.
3. Configura l'hardware audio secondo le istruzioni del produttore, garantendo una riproduzione senza problemi e una sufficiente separazione dei canali.
4. Posizionare gli altoparlanti in una configurazione circolare seguendo le linee guida⁶. Posizionare il soggetto al centro del semicerchio, rivolto verso l'altoparlante frontale. Utilizzare il software per configurare gli altoparlanti nella disposizione a semicerchio desiderata con un angolo di 30° tra ciascun altoparlante adiacente (vedere la Figura 1). Assicurarsi che il centro della parte che emette il suono degli altoparlanti sia al livello di un ipotetico piano che passa attraverso i canali uditivi del soggetto regolando l'altezza della sedia in base all'altezza e alle dimensioni del soggetto.

2. Calibrazione

1. Scegli il driver audio appropriato nel software.
2. Selezionare la scheda audio compatibile con ASIO dall'elenco dei dispositivi disponibili.
3. Rivedere e configurare i parametri necessari nel menu di configurazione, tra cui:
   1. ShowResults: scegliere quando visualizzare i risultati durante l'esperimento (in tempo reale, finale, invisibile all'utente o chiuso).
   2. DummyLSwarning: Abilita o disabilita il messaggio di avviso che indica la presenza di altoparlanti fittizi.
   3. trainingMode: Abilita o disabilita la modalità di allenamento, in cui l'oratore di destinazione viene evidenziato fino a quando non viene fornita una risposta.
   4. includeTrainingModeResults: scegliere se includere i risultati della modalità di allenamento nelle tabelle e nelle figure di riepilogo.
   5. includeDemoModeResults: scegli se includere i risultati della modalità demo nelle tabelle e nelle figure di riepilogo.
   6. quickMode: abilita o disabilita la modalità rapida, che riduce i livelli di presentazione e il numero di presentazioni per oratore.
   7. mappa dei colori: seleziona le mappe dei colori per il set di dati e i grafici della matrice di confusione.
   8. nLS: Specifica il numero totale di altoparlanti cliccabili (reali e fittizi).
      NOTA: Gli altoparlanti fittizi significano che nessun suono verrà emesso dall'altoparlante durante l'intero processo di localizzazione della sorgente sonora. I veri altoparlanti hanno suoni.
   9. nRep: Specifica il numero di ripetizioni per oratore.
   10. LSCircleStart / End: Specificare l'intervallo angolare della configurazione circolare.
   11. colormapDataSet: selezionare la mappa dei colori per il grafico del set di dati.
   12. colormapConfusion: selezionare la mappa dei colori per il grafico della matrice di confusione.
4. Fare riferimento alle istruzioni di calibrazione fornite nel software per calibrare il sistema utilizzando un segnale di rumore CCITT e un misuratore SPL con impostazione di ponderazione A.
   1. Rivedere le impostazioni del driver del dispositivo audio.
   2. Avviare la procedura di calibrazione facendo clic su Extra | Calibrare.
   3. Verificare la mappatura dell'uscita del canale dell'altoparlante sulla scheda audio. Assegna altoparlanti fittizi di sola risposta al canale 0.
   4. Fare clic sul pulsante di un altoparlante per riprodurre il rumore di calibrazione di 10 se su quell'altoparlante.
   5. Misurare il livello di pressione sonora con la punta del misuratore SPL nella posizione virtuale della testa del soggetto del test rivolta verso l'altoparlante attivo. Consultare il manuale del misuratore SPL per informazioni sulla corretta posizione di misurazione. Impostare il fonometro per misurare il livello sonoro equivalente ponderato A LAeq (Slow Integration Time).
   6. Regolare i guadagni dell'altoparlante/sistema per ottenere un livello di rumore di circa 70 dBA (LAeq 67-75) dB consentiti). Inserire il livello di rumore LAeq effettivamente misurato nel rispettivo campo di calibrazione.
   7. Ripetere i passaggi 2.4.3-2.4.6 per ciascuno degli altoparlanti rimanenti.
   8. Completa la calibrazione cliccando su Fine.
5. Fare clic sul pulsante di verifica della calibrazione per convalidare la configurazione. Con questo passaggio, gli altoparlanti rappresenteranno lo stimolo dei segnali (1,2) per l'operatore per valutare l'SPL rispetto ai risultati della calibrazione.

3. Sperimenta

1. Specifica metadati: inserisci le informazioni del partecipante, tra cui l'ID soggetto, il tipo di apparecchio acustico e i commenti facoltativi.
2. Configura eventuali altoparlanti fittizi di sola risposta assegnandoli al canale 0 durante la calibrazione. Una casella gialla nella parte superiore indicherà la presenza di altoparlanti fittizi. Se il parametro di configurazione DummyLSwarning è true, un testo all'interno della casella mostrerà il numero di altoparlanti fittizi.
3. Scegli la cartella dello studio in cui verranno salvati i risultati.
4. Fare clic sul pulsante Avvia per iniziare l'esperimento.
   1. Al partecipante verranno presentati stimoli uditivi e verrà richiesto di rispondere selezionando la posizione della sorgente sonora percepita. Chiedi ai bambini che sono in grado di identificare i numeri di riportare verbalmente il numero dell'altoparlante corrispondente e chiedi a coloro che non hanno questa capacità di indicare direttamente l'altoparlante che ritengono stia producendo il suono.
   2. Lascia che il software presenti in modo casuale due stimoli di rumore di forma spettrale con una durata di 1 s, inclusi tempi di salita e discesa di 20 ms. Gli stimoli saranno presentati consecutivamente a uno dei tre livelli selezionati casualmente: 60 dB HL, 65 dB HL e 70 dB. HL. Il numero di presentazioni è di sei per oratore (due stimoli a tre livelli).
      NOTA: L'uso di due tipi di rumore mira a confondere i segnali spettrali monoaurali e a prevenire la sovrastima delle prestazioni di localizzazione.
5. Visualizza i risultati in tempo reale (modalità live) o dopo il completamento dell'esperimento (modalità finale). I risultati includono la matrice di confusione, il quadrato medio (RMS), il BIAS e la deviazione standard (STD) dell'errore angolare.
   NOTA: i valori positivi indicano una distorsione verso destra, mentre i valori negativi indicano una tendenza verso sinistra. Più il valore si discosta da 0, più pronunciata è la polarizzazione laterale, indicando una minore capacità di localizzazione.

4. Analisi dei dati

1. Caricare e analizzare i risultati salvati in precedenza utilizzando la funzione Carica e analizza . Seleziona dal menu | Archivio | Load & analyze per caricare il file MAT di una vecchia misurazione. La cifra del risultato verrà mostrata con la matrice di confusione in una figura separata.
2. Genera tabelle riassuntive e figure per tutti i singoli risultati nella cartella dello studio facendo clic su File | Crea riepilogo.
   NOTA: La funzione esegue la scansione di tutti i file Excel e MATLAB validi che corrispondono al modello LOC*.xlsx e LOC*.mat nella cartella dello studio e in tutte le sottocartelle.
3. Visualizza il set di dati tracciando il numero di misurazioni per ciascun partecipante sul tag della visita clinica e sul numero di visita clinica.
4. Esporta i dati riepilogati come fogli di calcolo, inclusi i dati grezzi e le statistiche calcolate. I fogli di calcolo di output sono denominati Summary_of_all_LOC_measurements.xlsx e Summary_of_all_LOC_measurements_RAW.xlsx
5. Esporta grafici a dispersione e boxplot per RMS, BIAS e STD di errori angolari, raggruppati per tag di visita clinica e numero di visita clinica. I grafici a dispersione mostrano tutti gli errori RMS, BIAS e STD degli errori angolari nel tempo. Gli ID dei soggetti sono codificati a colori e i tag delle visite cliniche sono codificati da simboli di marcatori, come mostrato nella legenda.
6. Esegui l'analisi batch ed esporta le matrici di confusione come immagini PNG per tutti i file MAT nella cartella dello studio.

5. Ripristino delle impostazioni di fabbrica

1. Utilizzare la funzione Factory Reset per ripristinare il software alle impostazioni predefinite.

Results

In questo studio, i partecipanti erano 14 bambini con SSD, dotati di apparecchi acustici a conduzione ossea. La fascia d'età dei partecipanti (9 ragazzi, 5 ragazze) era dai 5 ai 12 anni, con una mediana di 7,78 anni (vedi Tabella 1). Senza dispositivo a conduzione ossea sul lato destro nella Figura 2, il risultato di questo bambino con sordità del lato sinistro ha mostrato una chiara distorsione verso destra (BIAS = 53,6°) e RMS = 95,5°). Con il dispositivo a conduzione ossea sul lato destro nella Figura 3, la capacità complessiva di localizzazione del suono di questo bambino con sordità del lato sinistro è migliorata in una certa misura, con la distorsione verso destra ridotta a BIAS = 10,7° e l'accuratezza della localizzazione migliorata (RMS = 82,9°).

Tra i 14 bambini testati, non ci sono state differenze significative nella RMSE (P = 0,63) e nella deviazione standard dell'errore angolare (STDE) (P = 0,15) prima e dopo l'intervento (test accoppiati non parametrici e un valore P < 0,05 è statisticamente significativo). Tuttavia, il 71% (10 su 14) dei bambini ha mostrato uno spostamento della distorsione verso il lato dell'intervento, indicando uno spostamento nella direzione della localizzazione della sorgente sonora verso il lato dell'intervento. Tuttavia, a causa delle grandi differenze individuali e di una dimensione del campione relativamente piccola, non c'era alcuna differenza significativa nel BIAS complessivo (P = 0,32) prima e dopo l'intervento. In sintesi, l'utilizzo dei BCD può migliorare rapidamente le capacità di localizzazione del suono tra gli individui in una certa misura. Tuttavia, il grado di miglioramento può variare da individuo a individuo.

Figura 1: Esempio per la configurazione e un singolo stimolo e un record di risposta corrispondente. I test di localizzazione sono stati condotti in una stanza insonorizzata con sette altoparlanti equamente distribuiti lungo un semicerchio tra l'azimut di -90° (sinistra) e 90° (destra). Il soggetto è stato posto al centro del semicerchio, rivolto verso l'altoparlante frontale. L'angolo α è l'errore angolare per la presentazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Esempio di risultato senza l'intervento del BCD. Senza dispositivo a conduzione ossea sul lato destro, il risultato di questo bambino con sordità del lato sinistro ha mostrato RMS = 95,5°, BIAS = 53,6°, STD = 80,6°. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Esempio di risultato con l'intervento di BCD. Con il dispositivo a conduzione ossea sul lato destro, il risultato di questo bambino con sordità del lato sinistro ha mostrato RMS = 82,9°, BIAS = 10,7°, STD = 83,8°. Rispetto alla Figura 2, i valori RMS e STD sono vicini, ma la BIAS è scesa a 10,7°, dove 0° non rappresenta alcuna polarizzazione laterale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Oggetto No	Sesso	Lato	Età (anni)
1	Maschio	L	6
2	Maschio	L	12
3	Maschio	L	7
4	Maschio	L	11
5	Maschio	L	8
6	Maschio	L	6
7	Femmina	L	5
8	Femmina	L	5
9	Maschio	L	9
10	Femmina	R	10
11	Femmina	R	9
12	Maschio	R	7
13	Maschio	R	7
14	Femmina	R	7

Tabella 1: Caratteristiche demografiche dei partecipanti.

Discussion

I bambini di età pari o superiore a 5 anni con perdita dell'udito sono in grado di sottoporsi con successo a questo test. Per i pazienti con SSD, l'applicazione acuta di apparecchi acustici a conduzione ossea durante i test di localizzazione della sorgente sonora ha dimostrato un livello di miglioramento della distorsione, sebbene questo miglioramento non abbia raggiunto la significatività statistica in termini di riduzione della RMSE STDE. Il miglioramento può anche essere un effetto di apprendimento.

Il potenziale di miglioramenti più significativi con l'uso prolungato del dispositivo, guidato dall'elaborazione neurale e centrale, suggerisce un'area che merita ulteriori indagini. Long et al. sottolineano che la capacità di localizzazione della sorgente sonora può migliorare con l'età di⁸ anni. L'esigenza riabilitativa primaria della stragrande maggioranza dei genitori di bambini con SSD è quella di migliorare la loro capacità di localizzare le sorgenti sonore, seguita dalla loro capacità di riconoscere il parlato in presenza di rumore, quindi è necessario spiegare in dettaglio la localizzazione delle sorgenti sonore e il razionale del programma di intervento ai pazienti con SSD prima dell'intervento e aiutarli a stabilire una ragionevole aspettativa dell'effetto.

L'impatto dell'intervento con impianto cocleare (CI) sulla capacità di localizzazione della sorgente sonora nella sordità monolaterale (SSD) è stato ben consolidato, con miglioramenti significativi dimostrati in studi precedenti⁹. Le capacità di localizzazione del suono nei pazienti con SSD non sono completamente comprese. Tuttavia, per vari motivi come la paura della chirurgia, le anomalie dello sviluppo del nervo uditivo o i vincoli economici, molti pazienti con SSD optano per i dispositivi a conduzione ossea (BCD) come forma di intervento. La questione se l'intervento con BCD possa migliorare la capacità di localizzazione della sorgente sonora nei pazienti con SSD richiede un'attenta valutazione.

Studi precedenti hanno utilizzato prevalentemente un sistema di punteggio che richiede ai partecipanti di esprimere giudizi completamente accurati sulla sorgente del suono, portando a conclusioni di nessuna differenza significativa nella capacità di localizzazione prima e dopo l'intervento del dispositivo di conduzione ossea 10,11,12,13,14,15. Tuttavia, Monini et al. hanno riportato un miglioramento nella localizzazione del suono durante l'ascolto con un BCD¹⁶. Il nostro studio ha cercato di esplorare se il metodo adottato nella nostra ricerca potesse produrre risultati diversi o più sfumati. Questo protocollo ha alcuni punti critici da tenere a mente. Il livello massimo di pressione sonora non deve superare i 75 dBA e l'amplificazione esterna non deve cambiare dopo la calibrazione. Tutte le altre applicazioni che possono accedere al dispositivo audio durante l'esperimento devono essere disabilitate. Questo metodo di esame può valutare efficacemente la capacità di localizzazione della sorgente sonora dei bambini con SSD, fornendo un riferimento per la selezione dei piani di trattamento. Un limite di questo test è che nei bambini richiede un'attenzione prolungata e l'obbedienza ai comandi dell'operatore, soprattutto nei bambini più piccoli.

In conclusione, mentre i BCD hanno già dimostrato il loro valore nel migliorare la comunicazione per le persone con SSD, questo studio farà luce sulla loro capacità di affrontare uno degli aspetti più impegnativi della localizzazione del suono della perdita dell'udito. Ci auguriamo che la ricerca futura con campioni di dimensioni maggiori fornisca ulteriori approfondimenti che possano informare la pratica clinica e offrire consigli più dettagliati ai pazienti con SSD in cerca di una guida.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
		di runtime 2015a x32 o MATLAB R2018a	1
Driver			1
Focusrite Scarlett 18i20 3rd Gen o altra scheda			1
Sedia			1
Strumento software LOC per la localizzazione del suono con licenza			1
M-Audio BX5 D3 Altoparlante			7
Microsoft EXCEL			1
Millenium BS-500 7
Pro snake 17620/10 Cavo audio 10 m (cavo audio TRS bilanciato)			7
Misuratore			1
Nastro			1
PC Windows			1