Plataforma para ensaios de percepção sonora com fontes distribuídas aplicável a dispositivos auditivos: perSONA

Abstract

Implantes cocleares são dispositivos desenvolvidos para reabilitação auditiva de seres humanos com perda sensorial grave. Há estudos apontando para uma satisfação de até 90% em crianças e por volta de 80% em adultos implantados, apresentando evolução ao longo do uso do dispositivo em todos os casos. Para alcançar resultados positivos o IC necessita indicação e adaptação correta à prótese auditiva, além de atividades de treinamento auditivo. Apesar da importância da habilidade de localizar fontes sonoras e da inteligibilidade de sinais de fala frente a ruídos competitivos, estudos apontam que no Brasil menos da metade dos centros de pesquisa e clínicas audiológicas utilizam ruído competidor no diagnóstico e/ou reabilitação auditiva - devido à dificuldade de acesso à tecnologias de reprodução sonora espacialmente distribuída de maneira controlada e limitação de verba devido à necessidade de se importar software e eventualmente hardware. De preferência, os métodos de avaliação e seu sequenciamento devem ser adaptáveis para avaliar as habilidades auditivas e auxiliar na definição de etapas de reabilitação e no design e ajuste de próteses auditivas. Baseado na análise da literatura e de observações da prática clínica desenvolveu-se um catálogo de melhorias e a descrição do comportamento desejado para um framework de software para ambiente clínico. A implementação da versão acadêmica se deu em MATLAB e a versão clínica em C#, framework .NET, trazendo compatibilidade com as versões mais recentes do sistema operacional Windows/64-bit visando maior acessibilidade fora dos centros de pesquisa. O sistema, com os seus módulos implementados, é apto para auxiliar na realização de protocolos de avaliação de percepção de fala com ruído competitivo em diferentes configurações de cenas acústicas objetivando a medição do limiar de reconhecimento de fala (LRF) no ruído. Os módulos implementados são: 1) Calibração / teste, 2) Configuração de ensaios, 3) Edição de base de dados de áudio, 4) Aplicação de ensaios, 5)Gerenciamento de pacientes , 6) Análise inter resultados e 7) Virtualização de fontes sonoras (VA). Reconhecendo as vantagens de métodos adaptativos, implementou-se a reprodução de sinais com uma razão sinal-ruído (SNR) iterativa com regra de iteração customizável. O módulo de reprodução sonora utiliza técnicas de espacialização e reverberação permitindo a apresentação de cenas sonoras renderizadas em tempo real pelo método CTC (crosstalk-cancellation). Diferentes set-ups de hardware de reprodução disponíveis em clínicas, tais como arranjos de alto-falantes, fones de ouvido e cabo de áudio conectado diretamente ao dispositivo podem ser utilizados. Nos testes integrados foi possível obter o LRF com a aplicação de ensaios em normouvintes e usuários de implante coclear unilateral em diferentes condições de reprodução sonora de cenas acústicas complexas: com interface de pesquisa CCi-Mobile e com o uso de cabo de áudio de IC. A implementação final se mostrou compatível com outros dois métodos de reprodução: sistema de 8 alto-falantes em sala acusticamente controlada, 2 alto-falantes em cabina acústica. A modularidade proposta se mostrou eficaz já durante o desenvolvimento, visto que funcionalidades de gestão de pacientes foram sugeridas durante os primeiros testes integrados por equipes de fonoaudiologia clínica e prontamente integradas.

Abstract: More access to hearing prosthesis, e.g. cochlear implants, requires not only more funding for the device but also more health care centers equipped with staff and structure to provide hearing evaluation, implantation, and rehabilitation. In 2014 new rules for the provision of cochlear implants by the Brazilian Public Health System (SUS) increased dramatically the number of patients that were eligible for cochlear implants. While the cochlear implant undoubtedly is the most sophisticated commercially available neural prosthesis actually clinical assessment in many regions in Brazil consists simply in using the audiologists voice as sound source, due to limited technical resources, access to information or even lack of audiometric cabins at remote locations. This may be of impact in both lowering assertion at the selection of eligible candidates and may interfere on the rehabilitation efficiency as it is harder to find a subject his best configurations without further testing. To improve this situation, the work described herein aims the development and implementation of an open-source hearing test software suitable to be used for both research and clinical applications. Tests, such as speech perception, source localization and sound quality, are at its core, but the system is developed based on flexibility to attend academic research, auditory training activities for rehabilitation as well as evaluation with as little hardware as possible. The software is conceived based on the principles of modularity in order to enhance applicability and compatibility, divided in database management, acoustic scene synthesis, sound reproduction and hearing test management. Hardware interfaces are implemented using third party frameworks such as CCi-MOBILEs software suite in MATLAB and Virtual Acoustics (VA) as a real-time auralization framework in C++ that extends communication with several languages. To add flexibility three methods for sound reproduction are adopted and can be compared in terms of usability, portability and limitations: using different sized arrays of speakers, an áudio cable connected to the subject?s clinical processor and also to the CCi-MOBILE platform, a research platform developed at CI-Lab-UTD. Speech perception in noise test prototypes are developed in MATLAB and validated by means of subjective evaluations with normal hearing listeners and cochlear implant users. Unilateral Ci users were invited during their regular appointments at the Universitys Hospital clinic during the rehabilitation procedure after approval of the national ethical review committee. Implemented tests were adapted to compare noise reduction strategies developed at the Signal Processing Laboratory LPDS at Federal University of Santa Catarina - UFSC. Test sounds are composed of anechoic sentences mixed with 4-talker babble noise at different signal-to-noise-ratios (SNR). CCi-mobile, áudio cable or headphones are used to reproduce the sound to the subjects in a single acoustic scene where both signals come from the same direction. Two evaluation methods were implemented: a randomized presentation of several sentences over different SNR values and an iterative variation of SNR. Subjects are required to repeat what is understood. The audiologist or researcher will mark all words that were correctly understood in the interface and the software will register rate of correct words and the select next signal. Insights from trom these pilot tests help to improve the current version of the software. Future steps will include techniques to spatially separate signal and competing noise at the reproduction chain to be able to consider spatial release from masking and sound localisation. For ease of deployment to the hearing centers standalone version in C# will is compiled for distribution in form of a installer.