II/L'implant cochléaire Digisonic®
a/ Description
Le Digisonic® DX10 est un implant cochléaire
multicanal destiné à la réhabilitation des surdités
cochléaires bilatérales profondes ou totales. Cet implant, de
type transcutané, comprend : un émetteur (ou processeur) externe
relié à un capteur de son (microphone) et à une antenne
externe qui transmet, par couplage électromagnétique, le signal
acoustique traité par le processeur, à un récepteur-
stimulateur implanté sous la peau derrière le pavillon de
l'oreille. Le récepteur-stimulateur est connecté à un
porte-électrodes inséré dans la cochlée (oreille
interne). Le Digisonic ® DX10 comprend 15 électrodes actives.
Chaque électrode stimule différents contingents de fibres
nerveuses auditives et est associée à une bande de
fréquence du signal sonore traité par le processeur externe. Le
boîtier récepteur-stimulateur et l'antenne externe contiennent un
aimant. L'antenne externe est ainsi maintenue en regard de l'implant par
attraction magnétique. Le récepteur-stimulateur ne contient pas
d'alimentation électrique propre, il reçoit l'énergie
nécessaire à son fonctionnement par couplage
électromagnétique. Ainsi lorsque l'antenne externe n'est pas
positionnée en regard du récepteur implanté, l'implant est
passif.
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Figure 9: Partie externe et interne
du Digisonic® DX10
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Figure 10: Différent
systèmes implantés Digisonic, cochléaire,
cochléaire multi-porte électrode, nucléaire.
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Le processeur Digisonic ® est entièrement
numérique. Cette technologie permet une re-programmation complète
du processeur. L'audiologiste peut ainsi mettre à jour les versions
logicielles de traitement du signal permettant au patient de
bénéficier des nouvelles stratégies de codage sans changer
de processeur.
Actuellement trois produits sont disponibles (figure 10).
- Un implant cochléaire composé d'un
porte-électrodes comprenant 15 électrode actives, utilisé
pour les implantations cochléaires classiques.
- Un implant cochléaire composé de 3
porte-électrodes. Il est utilisé principalement lorsque la
cochlée du sujet est ossifiée. La répartition des
électrodes (4,4,4 ; 6,5,4 ...) varie selon le patient à
implanter. On passe un porte-électrode par voie normale (proche ou via
la fenêtre ronde), les deux autres porte- électrodes sont
insérés par cochléostomie.
- Un implant du tronc cérébral dont le
porte-électrode est composé d'une grille de 15 électrodes
que l'on vient poser sur le noyau cochléaire. Il est utilisé
lorsque le patient a subi une neurotomie vestibulaire bilatérale sans
restes auditifs. Le nerf auditif étant sectionné, un implant
cochléaire serait inefficace. L'implant du tronc cérébral
pourrait aussi être envisagé lorsque la cochlée est
très ossifiée.
Le traitement du signal par implant cochléaire a pour
objet de transmettre l'information acoustique aux ganglions spiraux. Il s'agit
d'extraire de la parole les éléments les plus informatifs, de les
coder et de les rendre accessibles aux voies nerveuses via les
électrodes.
La quantité d'information transmise par l'implant et
intégrée par le sujet est très inférieure à
celle disponible lors du fonctionnement normal de la cochlée.
Le premier objectif du traitement de signal est de
sélectionner en amont les éléments les plus informatifs de
la parole.
L'énergie du signal de parole se situe principalement
dans les basses fréquences (inférieur à 1 kHz) alors
qu'une bonne partie de l'intelligibilité est contenue dans le domaine
des fréquences de 1 à 4 kHz (Gelis, 1993, Calliope, 1989). Il est
donc important d'équilibrer en énergie les différentes
bandes fréquentielles pour éviter des phénomènes de
masquage.
b/ Traitement de signal
Le DIGISONIC® effectue une Transformée de Fourier
Rapide (FFT : Fast Fourier Transform). La fenêtre d'analyse est de 8 ms,
et on utilise un recouvrement par fenêtre de Hamming de 50 % afin de ne
pas détériorer l'enveloppe du signal (Caliope, 1989).
La transformation FFT de l'implant Digisonic ® calcule 64
filtres en temps réel d'une largeur de 122 Hz, entre 122 et 7800 Hz. Ces
filtres sont regroupés en au plus quinze plages de fréquences
centrées sur les valeurs moyennes des bandes critiques de la
cochlée (Caliope, 1989). Ces plages fréquentielles sont
affectées aux 15 électrodes actives de l'implant (figure 11).
Energie (dB)
15 bandes de fréquence ajustables
64 valeurs d'énergie
(FFT)
100
-+F-- 122 Hz 7800 Freq (Hz)
Figure 11: La Transformée
de Fourier du Digisonic® et la distribution
fréquentielle sur
les 15 électrodes
cl Codage de la stimulation
Les stimulations doivent apporter à chaque population
de neurones une énergie compatible avec leur densité et leur
localisation tonotopique. Cette énergie se situe entre un minimum et un
maximum correspondant à une sensation liminaire et une sensation de
confort.
Les variations d'énergie acoustique de chaque plage
fréquentielle vont piloter l'énergie électrique des
électrodes correspondantes. L'activation d'une électrode
dépendra de la détection d'un pic d'énergie dans la plage
fréquentielle qui lui est allouée.
L'intensité de la stimulation électrique
dépend de la quantité de charges électriques
injectées dans le milieu. Cette quantité de charges est
elle-même le produit de l'amplitude de l'impulsion de stimulation
électrique et de la largeur de l'impulsion (ou durée). Sur le
Digisonic, la durée de l'impulsion a été choisie comme
paramètre permettant de faire varier la quantité de charges
électriques (1 à 620 ps). Cette méthode a l'avantage de
stimuler toujours la même zone tonotopique de la cochlée, ce qui
n'est pas le cas lorsqu'on choisie de faire varier l'amplitude. En revanche,
l'amplitude peut être modifiée en fonction des
spécificités de chaque sujet (de 0.5 à 3 mA).
Fréquence
(Hz)
Figure 12: Codage en
fréquence et en amplitude par l'implant cochléaire d'un signal
sonore.
La quantité de charges injectée sur les
électrodes est déterminée par la composition
fréquentielle du signal sonore capté (figure 13), puis
adaptée de façon à être comprise entre le seuil de
perception du patient (ou seuil minimum) et son seuil de confort (ou seuil
maximum) déterminés lors du réglage pour chacune des
électrodes actives (15 au maximum).
Microphone externe
Dynamique acoustique d'entrée: 40-90 dB
Dynamique électrique cochléaire: 2-12 dB
Figure 13: Principe de la
compression de la dynamique (acoustique/électrique)
Max Min
Pour chaque électrode (canal) la dynamique acoustique
d'entrée doit être comprimée et ajustée à la
dynamique étroite de stimulation électrique cochléaire.
La fonction de compression permettant le transfert de
l'énergie acoustique en énergie électrique est
logarithmique, ce qui reproduit bien la fonction de transfert de la
cochlée (compression logarithmique au niveau de la membrane basilaire ;
Leipp, 1977). Afin d'adapter la compression au sujet, la puissance du
logarithme est variable.
Une seule électrode est active à la fois: c'est
le principe de la stimulation séquentielle (non-simultanée) qui
permet de minimiser les interactions inter-électrodes (figure 14).
La période ou rythme de stimulation (Tstim),
c'est-à-dire l'intervalle de temps séparant deux impulsions sur
la même électrode, est soit proportionnelle au fondamental
laryngé (F0) lorsque celui-ci est détecté, soit
fixée à une valeur programmable lorsqu'il n'est pas
détecté. Durant cette période la stimulation successive de
stimulation des différentes électrodes est appelé
trame.
SPECTRE 7800 Hz ELECTRODES
_ib. 15
100 Hz
-41
Tstim Temps
Figure 14 : Principe du codage
séquentiel de la stimulation d/ Sensibilité
acoustique
Pour s'adapter à la structure acoustique de
l'information de parole, Le Digisonic® traite un spectre
énergétique compris en moyenne entre 45 et 85 dB, et un spectre
fréquentiel compris entre 122 et 7800 Hz. Le seuil de détection
peut être choisi selon le sujet porteur de l'implant entre 32 et 68
dB.
Afin d'éviter un masquage de l'information dans les
milieux bruyants le Digisonic® permet, par l'utilisation d'un
réglage de sensibilité acoustique progressive et
différenciée, de favoriser la plage aiguë en diminuant
l'énergie de la zone grave et en augmentant le seuil de
déclenchement. C'est le patient qui le gère au moyen de bouton
poussoir + et -.
dB 65 60 55 50 45 40 35
Pos
1
2
3
4
5
B
7
9
100 1000 10000 Hz
Figure 15 : Sensibilité
progressive et différenciée (BF/HF): Réseau de courbes (9
positions) e/ Répartition fréquentielle
La flexibilité du système permet d'adapter la
répartition fréquentielle à chaque sujet implanté.
Cela est très utile, en particulier pour l'implant cochléaire
multi porte-électrodes et l'implant du tronc cérébral,
pour lesquels il est nécessaire de rechercher une tonotopie qui ne suit
plus le numéro des électrodes.
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810130610 FDX10 Uerelon 1.4 A
|
|
Bi
14-
le
12-
1
·
11
·
89
ee
B7
86-
...
|
61. Bled.: Le AMPLITUDE . 850
·
el
·
-
-
Zn
MB
|
Min let: 9.2 9.3 8.4 8.6 8.8 1.8 1.4
|
1.92.585
2.53.505
3.55.803
Max U 0.3 0.4 0.6 0.8 1.9 1.4 1.9
|
D. dB 86 BE 94 86 86 86 85
|
|
|
|
suillioi% lllll
k...!, lllll u....4m.
lllll vii lllll aii...5% lll 5
ll 8 r aie
= 12Z Hz
P6 : Essai d la noix
|
|
iC11396 Laboratoire@ MM - Antibes - France 1
|
Figure 16 : Exemple de
répartitions fréquentielles sur un implant cochléaire
(gauche) et un implant du tronc cérébral (droite). Chaque
électrode active, représentée en ordonnée, code un
spectre acoustique bien défini, représenté en
abscisse
Il existe sur chaque canal la possibilité d'ajuster le
gain acoustique afin d'affiner l'équilibre énergétique de
tous les canaux.
5 3 11
4
--)(-- 122 Hz
3
Position "N"
8 électrodes actives / cycle
Position "A"
4 électrodes actives / cycle
122 Hz
7900 Fre9 (Hz)
100 Hz
14
8 kHz
2 1
Y Y
hi
11
15
Y Y Y
12
13
15
4
° électrode "off'
· électrode "on" 1
Electrode sélectionnée pour la stimulation
Figure 17 :
Sélectivité spectrale et adaptation
énergétique - Position "A / N"
En haut Spectre FFT (64
raies) découpé en 15 bandes de fréquences associées
chacune à une
électrode. A gauche position "A" (4
électrodes activées), à droite position "N" (8
électrodes activées).
32
g/ Tonalité
Il est possible de modifier globalement la sensation de
tonalité pour ajuster la perception de hauteur des voix de
manière à les rendre plus naturelles pour le patient. On propose
10 positions dans ce menu de réglage. Cela correspond à une
variation fine de la fréquence moyenne de stimulation comprise entre 125
et 410 Hz. Le patient doit indiquer ce qui lui paraît le mieux
adapté à sa perception normale en faisant référence
à sa mémoire auditive, quand cela est possible.
h/ La stimulation électrique de l'implant
cochléaire Digisonic
La stimulation électrique de l'implant
cochléaire peut se faire de différentes façons (figure
18). L'implant cochléaire Digisonic® utilise une
stimulation de type masse-commune (une électrode positive, toutes les
autres sont à la masse). Une autre électrode
extracochléaire permet de décharger les capacités
après stimulation, mais n'a que peu d'effet sur la stimulation
cochléaire. Dans l'étude qui va suivre nous l'avons
négligée pour faciliter les calculs.
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Bipolar
|
|
Common intracochlear ground
Monopolar
|
|
|
|
Bipolar+ one
|
in
Active Return E] Inactive electrode current electrode
Figure 18 : Différents
modes de stimulation. Bipolaire : stimulation entre deux électrodes
intra-
cochléaires. Masse commune : stimulation entre une
électrode intracochléaire et toutes les autres.
Monopolaire :
stimulation entre une électrode intracochléaire et une autre
électrode extra-cochléaire
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