Artigo de método

Aprimorando a avaliação da localização do eletrodo no implante coclear por meio da fusão de imagens por tomografia computadorizada

DOI:

10.3791/67062

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17 de janeiro de 2025

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1King Abdullah Ear Specialist Center (KAESC), College of Medicine, King Saud University Medical City (KSUMC), King Saud University, 2Research Department, MED-EL GmbH, 3Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, College of Medicine, Jouf University

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

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Este protocolo demonstra um método para fundir imagens de tomografia computadorizada pré e pós-operatórias para usuários de implante coclear. A abordagem pode aumentar a precisão da medição da profundidade de inserção e a frequência central dos contatos do feixe de eletrodos. Além disso, este método tem aplicações potenciais na adaptação baseada em anatomia, uma área emergente no campo do implante coclear.

Resumo

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O objetivo deste estudo foi determinar se a fusão de imagens de tomografia computadorizada (TC) pré e pós-operatórias poderia ajudar na avaliação do posicionamento dos eletrodos e da frequência central (FC) em usuários de implante coclear (IC). Um objetivo secundário foi comparar a fusão automática com métodos manuais para medir parâmetros cocleares. O estudo incluiu vinte orelhas com ICs que foram submetidas a tomografias computadorizadas pré e pós-operatórias. Inicialmente, foram realizadas medições manuais dos parâmetros cocleares a partir das imagens de TC pós-operatórias, seguidas de detecção automática por meio de imagens de TC pré e pós-operatórias fundidas com software otológico (OTOPLAN). A profundidade de inserção angular (AID) e o CF de cada contato do eletrodo foram calculados usando ambos os métodos, e as diferenças de erro foram avaliadas. A análise mostrou diferenças significativas entre os dois métodos para largura coclear (valor B) e comprimento do ducto coclear (CDL); no entanto, essas diferenças não foram clinicamente significativas. Além disso, não houve diferença estatisticamente significativa no diâmetro coclear (valor A). As diferenças médias foram de 0,04 mm para o valor A, 0,21 mm para o valor B e 0,73 mm para o CDL. A comparação de AID e CF revelou diferenças não significativas entre os métodos de fusão manual e automática em todos os contatos dos eletrodos, exceto para o eletrodo número cinco. De acordo com este estudo, a fusão de imagens de TC pré e pós-operatórias pode ser usada para determinar as posições dos eletrodos em receptores de IC. As imagens fundidas automáticas podem medir parâmetros cocleares, AID e CF com interferência humana reduzida. Portanto, este método pode servir como outra base para a criação de adaptações baseadas em anatomia.

Introdução

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A cirurgia de implante coclear (IC) é um tratamento transformador para indivíduos com perda auditiva neurossensorial severa a profunda, oferecendo melhorias substanciais na função auditiva e na qualidade de vida1. Um fator crítico para o sucesso da cirurgia de IC é o posicionamento preciso do feixe de eletrodos dentro do compartimento coclear correto, especificamente a escala timpânica, pois o posicionamento ideal do eletrodo está consistentemente ligado a resultados auditivos superiores2. Assim, o planejamento pré-operatório cuidadoso e a avaliação da anatomia coclear são essenciais para garantir que o feixe de eletrodos esteja posicionado adequadamente. Garantir que o feixe de eletrodos esteja totalmente inserido na escala do tímpano é crucial para maximizar os benefícios do paciente e alcançar os melhores resultados clínicos3.

A estimativa pré-operatória do ângulo de profundidade de inserção dos feixes de eletrodos de IC é considerada importante para um planejamento cirúrgico eficaz. Essa estimativa depende significativamente da obtenção de medidas precisas dos principais parâmetros cocleares, como o comprimento do ducto coclear (CDL), a partir de exames de tomografia computadorizada (TC) pré-operatória4. Essas medidas permitem previsões essenciais sobre a cobertura coclear e a profundidade de inserção angular durante a cirurgia de IC quando o comprimento do eletrodo é conhecido. Um dos principais preditores de CDL é o valor A, definido como a distância entre a janela redonda e o ponto mais distante na curva basal. Estudos anteriores destacaram o papel crucial da imagem pré-operatória e do planejamento na orientação das decisões cirúrgicas e na otimização dos resultados para os receptores de IC5.

A TC pré-operatória é uma prática padrão em muitas clínicas de IC para avaliar a anatomia da orelha interna e os parâmetros cocleares antes da cirurgia. A TC pré-operatória fornece imagens claras e livres de artefatos que apoiam o planejamento eficaz e otimizam os procedimentos cirúrgicos6. No entanto, a análise de TC pré-operatória sozinha tem limitações em prever com precisão a profundidade de inserção angular real (AID) e a frequência central (CF) dos contatos do eletrodo ao longo do feixe de eletrodos CI. Consequentemente, a imagem pós-operatória permanece necessária para confirmar o posicionamento do feixe de eletrodos, avaliar qualquer deslocamento ou translocação e determinar a verdadeira AID de cada contato7.

A imagem pós-operatória confirma a precisão da colocação do eletrodo e auxilia na criação de mapas de adaptação individualizados adaptados à anatomia coclear exclusiva de cada paciente. Esses mapas de adaptação são essenciais para otimizar o desempenho auditivo, garantindo a estimulação precisa das fibras do nervo auditivo. Estudos recentes mostraram que mapas de adaptação individualizados, ou adaptação baseada em anatomia (ABF), melhoram a compreensão da fala em ambientes silenciosos e ruidosos em comparação com mapas de adaptação padrão ou clínica 8,9,10,11,12,13. Além disso, os receptores tendem a preferir mapas de ABF quando seu feixe de eletrodos atinge estimulação adequada da região apical da cóclea8. A incompatibilidade frequência-local é a discrepância entre o CF dos contatos do eletrodo com base em sua localização física dentro da cóclea e as configurações padrão4. Mertens et al. relataram que o impacto da incompatibilidade frequência-local diminui com o uso prolongado do dispositivo14. Outros estudos demonstraram que a redução do descompasso frequência-local com o ABF em receptores de IC melhora a percepção da fala em ambientes ruidosos sem afetar a compreensão em ambientes silenciosos11,13.

Várias modalidades de imagem, incluindo raios-X15,16, TC de feixe cônico17 e ressonância magnética (RM)18,19, têm sido usadas para avaliar os receptores de IC. No entanto, a TC continua sendo o método preferido devido à sua alta resolução espacial e capacidade de capturar a anatomia coclear detalhada. A tomografia computadorizada permite a avaliação precisa das estruturas do ouvido interno, como a escala timpânica e a escala vestibular, facilitando a colocação precisa do eletrodo.

Apesar dos muitos benefícios da TC, alguns desafios persistem, principalmente com exames pós-operatórios de baixa resolução. Os contatos de eletrodos metálicos podem produzir artefatos de imagem que obscurecem as estruturas adjacentes, complicando a medição precisa de parâmetros críticos como AID e CF. Estudos recentes mostraram que a fusão de tomografias computadorizadas pré e pós-operatórias aumenta a clareza da imagem em relação aos exames padrão, permitindo avaliações mais precisas e melhorando a localização do eletrodo, fornecendo informações complementares de imagens pré e pós-operatórias20.

Atualmente, a análise de imagens de TC pós-operatória geralmente envolve medições manuais usando ferramentas de software, que requerem treinamento substancial, são demoradas e podem ser propensas a variabilidade e erro, limitando sua eficiência e aplicabilidade mais ampla. Há literatura limitada sobre o potencial de medições automatizadas de imagens fundidas para lidar com essas limitações e fornecer medições confiáveis de AID para contatos de eletrodos. Esta pesquisa tem como objetivo avaliar se a fusão de imagens de TC pré e pós-operatórias pode efetivamente avaliar as características cocleares e a colocação de eletrodos em receptores de IC. Além disso, investiga como a fusão de imagens pode avançar o ajuste baseado em anatomia (ABF) e melhorar a precisão da medição para profundidade de inserção angular (AID) e frequência central (CF).

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Protocolo

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Este estudo recebeu aprovação do Conselho de Revisão Institucional principal (E-21-5737) e foi conduzido seguindo os princípios éticos descritos na Declaração de Helsinque. Os dados foram coletados retrospectivamente dos prontuários médicos em nosso centro terciário de IC. Devido à natureza anônima da análise dos dados, o consentimento informado não foi necessário. O estudo incluiu 20 orelhas de pacientes de várias faixas etárias.

Os critérios de inclusão foram os seguintes: pacientes com anatomia normal da orelha interna que receberam IC entre 2020 e 2023, foram submetidos a exames de TC pré e pós-operatórios e foram implantados com dispositivos de IC do mesmo fabricante, compatíveis com o software de planejamento cirúrgico utilizado. As tomografias computadorizadas do osso temporal são realizadas rotineiramente como parte da avaliação pré-operatória para pacientes com implante coclear em nosso centro, enquanto as tomografias pós-operatórias são feitas apenas quando clinicamente necessário para minimizar a exposição à radiação. Os critérios de exclusão incluíram pacientes com IC submetidos a cirurgias de revisão ou ossificação coclear, otosclerose coclear ou fraturas do osso temporal envolvendo a cápsula ótica. Detalhes do equipamento e software são fornecidos na Tabela de Materiais.

1. Upload e medição de parâmetros cocleares

NOTA: O protocolo de medição empregado neste estudo compreendeu uma série de etapas sequenciais destinadas a avaliar a eficácia da técnica de fusão de imagens de TC pré e pós-operatória na avaliação da localização dos eletrodos em receptores de IC (Figura 1).

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Figura 1: Comparação do protocolo de medição. Esta figura ilustra o protocolo de medição dos parâmetros cocleares usando o método de fusão automática em comparação com o método manual. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Pressione o botão Importar no módulo de gerenciamento de dados do software para carregar as imagens de TC pós-operatórias e pré-operatórias e selecione os arquivos DICOM .
  2. Defina manualmente o centro do modíolo, a janela redonda e as métricas cocleares, incluindo o valor A (diâmetro coclear), o valor B (largura coclear) e o valor H (altura coclear) no módulo 3D Ear-Cochlea4 (Figura 2).
  3. Calcule o comprimento do ducto coclear (CDL) usando os valores A e B, aplicando o método de Alexiades à Aproximação Elíptico-Circular (ECA)2,4.
    NOTA: As etapas detalhadas da análise pós-operatória são descritas por Canfarotta et al.21. Essas medições fornecem pontos anatômicos para estimativa de CDL.

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Figura 2: Medição manual dos valores de A, B e H pós-operatórios. As imagens pós-operatórias são importadas para o software e o valor A (marcado em verde), o valor B (marcado em azul) e o valor H (marcado em vermelho) são medidos manualmente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Identificação do contato do eletrodo e cálculo de AID/CF

  1. Abra o módulo Avaliação de Implantes . O software identificará automaticamente os doze pontos de contato do eletrodo nas imagens de TC pós-operatórias.
  2. Ajuste manualmente os pontos de contato detectados, se necessário, antes de confirmar suas posições.
  3. Permita que o software use esses pontos, juntamente com as métricas cocleares predefinidas, para calcular automaticamente a profundidade de inserção angular (com base em Escude et al.22) e a frequência característica (com base em Greenwood et al.23) para cada contato (ver Figura 3).
    NOTA: Esta abordagem manual é considerada o método padrão para medir AID e FC, e é referida como "Manual" neste estudo.

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Figura 3: Identificação dos contatos dos eletrodos. Esta figura mostra a identificação dos doze contatos dos eletrodos a partir das imagens de TC pós-operatórias. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

3. Fusão de imagens

  1. Pressione o ícone Adicionar na interface do usuário para importar as imagens de TC pré-operatórias para o painel Image Fusion.
  2. Permita que o software comece automaticamente a registrar as imagens de TC pré-operatórias com as imagens de TC pós-operatórias pré-carregadas usando o recurso de fusão automática, que aplica um algoritmo de informação mútua.
  3. Acesse o recurso Alinhamento manual no menu de imagem pré-operatório se forem necessários ajustes manuais na fusão. Esse processo de fusão melhora a visualização e permite uma avaliação mais abrangente da anatomia coclear e do posicionamento do eletrodo com menos artefatos. A fusão visa melhorar a visualização para uma melhor avaliação (ver Figura 4).

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Figura 4: Fusão de imagens de TC pré e pós-operatórias. As imagens de TC pré-operatórias são importadas para o software e fundidas com imagens de TC pós-operatórias. A sobreposição é exibida na cor oliva, com os eletrodos destacados em azul brilhante. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. Medição automática dos parâmetros cocleares na imagem pré-operatória

  1. Meça novamente os parâmetros cocleares na imagem pré-operatória recém-importada no módulo 3D - Cochlea.
  2. Selecione a opção Automático no menu do módulo para executar medições automáticas de parâmetros cocleares. Esse recurso está disponível apenas para imagens pré-operatórias sem eletrodos de implante, pois não existem artefatos metálicos.
  3. Use o algoritmo automático para reconstruir a anatomia do ouvido interno em 3D. O modelo 3D servirá de base para as medições automáticas dos parâmetros cocleares, conforme descrito por Abari et al.24.
    NOTA: A reconstrução 3D auxilia na medição precisa dos parâmetros cocleares (consulte a Figura 5).

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Figura 5: Medição automatizada dos parâmetros cocleares. A partir das imagens fundidas, o software mede automaticamente os principais parâmetros cocleares (indicados por pontos verdes, azuis e vermelhos), realiza a reconstrução 3D (cóclea em laranja, conduto auditivo interno em verde e canais semicirculares em marrom) e atualiza as informações referentes aos contatos dos eletrodos. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. Atualização dos pontos de contato do eletrodo com novos parâmetros cocleares

  1. Confirme as novas medidas de comprimento do ducto coclear (CDL) obtidas a partir das imagens pré-operatórias.
  2. Permita que os pontos de contato do eletrodo previamente identificados a partir das imagens pós-operatórias sejam atualizados automaticamente com as novas informações dos parâmetros cocleares, definindo a abordagem de "Fusão Automática".
  3. Realize cálculos com base nas imagens fundidas (pré e pós-operatórias) para Profundidade de Inserção Angular (AID) e Frequência Característica (CF), que são importantes para confirmar o posicionamento do feixe de eletrodos, a cobertura coclear e a construção do mapa de Adaptação Baseada em Anatomia (ABF) (consulte a Figura 5).
    NOTA: A AID e a FC são essenciais para confirmar o posicionamento do eletrodo e a cobertura coclear na prática de implante coclear (IC) (ver Figura 6).

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Figura 6: Definição automática de AID e CF. Esta figura mostra a definição automática do AID (Distribuição de Impedância Acústica) e CF (Frequência Central) para cada contato individual do eletrodo com base nas imagens fundidas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

6. Cálculo do erro angular médio e do erro de frequência

  1. Calcule o erro angular médio entre os métodos de fusão manual e automática para cada contato do eletrodo.
  2. Calcule o erro de frequência em semitons entre os dois métodos (Fusão Manual e Automática) para cada contato do eletrodo.
  3. Use esses cálculos para fornecer indicadores quantitativos da diferença e precisão entre os dois métodos. Observe que os semitons são os menores intervalos musicais comumente usados na música ocidental25.

7. Análise estatística

  1. Alimente os parâmetros cocleares calculados manualmente, a profundidade de inserção angular (AID) e a frequência característica (CF) da imagem de TC pós-operatória, juntamente com os dados calculados fundidos automaticamente da técnica de fusão de imagem de TC pré e pós-operatória para cada contato de eletrodo, em um software de análise estatística (software R).
  2. Use médias e desvios-padrão para estatísticas descritivas de variáveis quantitativas, enquanto aplica contagens e porcentagens para variáveis categóricas.
  3. Realize uma análise comparativa entre a AID e as frequências medidas manualmente e as medições fundidas automaticamente usando um teste t pareado ajustado por Bonferroni ou teste de postos sinalizados de Wilcoxon, dependendo da suposição de normalidade testada usando o teste de Shapiro-Wilk.
    NOTA: Suponha que todas as comparações tenham tamanhos de efeito padronizados clinicamente relevantes (d de Cohen)26. Considere um valor de P estatisticamente significativo menor que 0,05.

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Resultados

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Este estudo incluiu 20 orelhas de receptores de IC, com 11 implantes no lado esquerdo e nove no lado direito. A média de idade dos participantes foi de 13,3 anos, sendo 55% do sexo feminino e 45% do sexo masculino. A Tabela 1 apresenta uma análise comparativa dos métodos de fusão manual versus automática para medir os parâmetros cocleares, revelando diferenças estatisticamente significativas em algumas medidas. Especificamente, as medições manuais mostraram um valor B e comprimento do ducto coclear (CDL)...

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Discussão

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Os achados do presente estudo revelaram medidas comparáveis entre os métodos de fusão manual e automática para a maioria dos parâmetros e frequências cocleares. Embora as medições manuais tenham exibido valores marginalmente mais altos para certos parâmetros, como o valor B e o CDL, não foram observadas diferenças clinicamente significativas em geral. Essa discrepância pode ser atribuída a artefatos na TC pós-operatória, que podem afetar a precisão da medida. Além disso, este estudo base...

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Divulgações

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Yassin Abdelsamad e Tahir Sharif trabalham para a MED-EL apenas com funções científicas. Os autores não têm interesses financeiros nos produtos descritos neste manuscrito e não têm mais nada a divulgar.

Agradecimentos

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Os autores gostariam de agradecer ao Dr. Nikola Ivanovic por revisar o protocolo e a Rahma Sweedy por fazer a análise estatística.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Dispositivos de CIMED-EL, Innsbruck, Áustria
Software OTOPLAN CASCINATION, MED-EL, Innsbruck, Áustriaversão 4 (3.0.0) Software de Planejamento de Otologia
R SoftwareR Foundation for Statistical Computing, Viena, Áustriaversão 4.2.2Linguagem e Ambiente para Computação Estatística

Referências

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