TCC IMPLANTE COCLEAR

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Departamento de Engenharia Elétrica

Arthur Frederick Higino da Cruz Oliveira

PROPOSTA DE UM IMPLANTE COCLEAR TOTALMENTE IMPLANTADO

Belo Horizonte

2016

Arthur Frederick Higino da Cruz Oliveira

PROPOSTA DE UM IMPLANTE COCLEAR TOTALMENTE IMPLANTADO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Elétrica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como pré-requisito para obtenção do título de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Dr. Júlio Cesar Braz de Queiroz

Belo Horizonte

Novembro de 2016

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RESUMO

A audição é um sentido fundamental para o desenvolvimento humano. Por conta disso, uma deficiência auditiva provoca grande impacto na vida de um indivíduo. Em pacientes com perda auditiva severa ou profunda, a solução existente para que o indivíduo recupere potencial de ouvir é o estímulo direto do nervo auditivo ao longo da cóclea, localizada no ouvido interno, por meio da aplicação de uma corrente elétrica. O dispositivo desenvolvido para este objetivo é o Implante Coclear. O implante coclear é um dispositivo eletrônico que converte os sinais acústicos em impulsos elétricos e transmite estes sinais às fibras do nervo auditivo e é constituído por dois componentes, o interno e o externo. Ao realizar-se uma análise crítica da tecnologia implantada nos IC convencionais, podem ser levantadas uma série de deficiências, destacando-se a necessidade de utilização de uma unidade externa, que, frequentemente, é motivo de desconforto e limitação para os usuários. Esta parte externa causa interferências eletromagnéticas, apresenta grande sensibilidade a impactos e à umidade, limitando o usuário a certos ambientes e ainda pode ser pesada e extremamente visível, atrapalhando o indivíduo implantado em sua integração na sociedade. Diante desta deficiência, é proposta uma possível solução que pode proporcionar uma reabilitação auditiva “invisível”, utilizando um IC totalmente implantado. Esta tecnologia pode mitigar potencialmente o estigma social associado aos indivíduos implantados, além de possibilitá-los a frequentar qualquer ambiente e a ter o cotidiano de uma pessoa comum. Para viabilizar o produto proposto, levantaram-se três das maiores dificuldades existentes em sua elaboração, sendo elas relacionadas à bateria e energização, ao microfone e ao efeito dos campos eletromagnéticos no dispositivo e no organismo humano. Para mitigá-las estudos sobre Transferência Transcutânea de Energia, Microfones Implantados e Efeitos dos Campos Eletromagnéticos foram feitos. Unificando soluções para tais problemas, é demonstrada neste trabalho a proposta do ICTI (Implante Coclear Totalmente Implantado).

Palavras-chave: Implante coclear, deficiência auditiva, cóclea, próteses auditivas, equipamentos biomédicos, engenharia biomédica, implante coclear totalmente implantado, transferência transcutânea de energia, microfone implantado, interferência eletromagnética, danos por exposição a campos eletromagnéticos.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Limiar auditivo humano        11

Figura 2 – Variação da intensidade sonora com a distância        13

Figura 3 – Níveis sonoros        13

Figura 4 – Anatomia do ouvido humano        14

Figura 5 – Anatomia do ouvido externo        15

Figura 6 – Função de transferência do ouvido externo        16

Figura 7 – Ganho acústico no ouvido externo        16

Figura 8 – Localização dos sons pelo ouvido externo        17

Figura 9 – Ouvido Médio        17

Figura 10 – Funcionamento do Ouvido Médio        18

Figura 11 – Função de Transferência do Ouvido Médio        19

Figura 12 – Propagação da onda pelo estribo        20

Figura 13 – Ouvido interno        20

Figura 14 – Diagrama da membrana basilar        21

Figura 15 – Transdução eletromecânica pelas células ciliares        22

Figura 16 – Diagrama de blocos do sistema auditivo e as funções de cada estrutura        23

Figura 17 – Perda auditiva de acordo com a idade        24

Figura 18 – Audiogramas        28

Figura 19 – Diagrama de blocos de um AASI analógico        30

Figura 20–Diagrama de blocos de um AASI digital        31

Figura 21 – Arquitetura resumida de um implante coclear        32

Figura 22 – Diagrama de blocos da parte externa do IC        33

Figura 23 – Diagrama de blocos da parte interna do IC        34

Figura 24 – Resposta em frequência de um microfone de eletreto usado em IC        35

Figura 25 – Pré-amplificador Classe D        36

Figura 26 – Sinal de saída modulado        37

Figura 27 – Conversão A/D        37

Figura 28 – Resposta em frequência de um banco de filtros com espaçamento uniforme        39

Figura 29 – Resposta em frequência de um banco de filtros com espaçamento não uniforme        40

Figura 30 – Diagrama de blocos do processamento do sinal do IC        40

Figura 31 – Circuito detector de envoltórias e sua saída típica        41

Figura 32 – Diagrama de blocos do processamento do sinal na estratégia CIS        42

Figura 33 – Diagrama de blocos do processamento do sinal N of M        42

Figura 34 – Radiografia de paciente implantado, destacando os eletrodos        46

Figura 35 – Três exemplos de eletrodos utilizados atualmente        46

Figura 36 – Diagrama de blocos simplificado de um sistema TTE típico        50

Figura 37 – Diagrama de blocos simplificado de um sistema TTE típico        51

Figura 38 – Esquemático de um amplificador Classe E        53