Mejora de la evaluación de la ubicación de los electrodos en el implante coclear mediante la fusión de imágenes de tomografía computarizada

Resumen

Este protocolo demuestra un método para fusionar imágenes de tomografía computarizada preoperatorias y postoperatorias para receptores de implantes cocleares. El enfoque puede mejorar la precisión de la medición de la profundidad de inserción y la frecuencia central de los contactos de la guía de electrodos. Además, este método tiene aplicaciones potenciales en el ajuste basado en la anatomía, un área emergente dentro del campo de los implantes cocleares.

Resumen

Este estudio tuvo como objetivo determinar si la fusión de imágenes de tomografía computarizada (TC) preoperatoria y postoperatoria podría ayudar a evaluar la colocación de los electrodos y la frecuencia central (CF) en los receptores de implantes cocleares (IC). Un objetivo secundario fue comparar la fusión automática con los métodos manuales para medir los parámetros cocleares. El estudio incluyó veinte oídos con IC que se sometieron a tomografías computarizadas pre y postoperatorias. Las mediciones manuales de los parámetros cocleares se tomaron inicialmente a partir de las imágenes de TC postoperatorias, seguidas de la detección automática mediante imágenes de TC pre y postoperatorias fusionadas con software otológico (OTOPLAN). Se calculó la profundidad de inserción angular (AID) y la CF de cada contacto de electrodo utilizando ambos métodos, y se evaluaron las diferencias de error. El análisis mostró diferencias significativas entre los dos métodos para la anchura coclear (valor B) y la longitud del conducto coclear (CDL); sin embargo, estas diferencias no fueron clínicamente significativas. Además, no hubo diferencia estadísticamente significativa en el diámetro coclear (valor A). Las diferencias de medias fueron de 0,04 mm para el valor A, 0,21 mm para el valor B y 0,73 mm para la CDL. La comparación de AID y CF reveló diferencias no significativas entre los métodos de fusión manual y automático en todos los contactos de electrodos, excepto para el electrodo número cinco. Según este estudio, la fusión de imágenes de TC preoperatorias y postoperatorias se puede utilizar para determinar las posiciones de los electrodos en los receptores de IC. Las imágenes fusionadas automáticas pueden medir potencialmente los parámetros cocleares, la AID y la CF con una interferencia humana reducida. Por lo tanto, este método puede servir como otra base para crear un ajuste basado en la anatomía.

Introducción

La cirugía de implante coclear (IC) es un tratamiento transformador para las personas con pérdida auditiva neurosensorial de severa a profunda, que ofrece mejoras sustanciales en la función auditiva y la calidad de vida¹. Un factor crítico para el éxito de la cirugía de IC es la colocación precisa de la guía de electrodos dentro del compartimento coclear correcto, específicamente el lápido timpano, ya que la posición óptima de los electrodos se relaciona sistemáticamente con resultados auditivos superiores². Por lo tanto, es esencial una planificación preoperatoria cuidadosa y una evaluación de la anatomía coclear para garantizar que la guía de electrodos esté colocada correctamente. Asegurarse de que la guía de electrodos esté completamente insertada dentro de la rampa timpánica es crucial para maximizar los beneficios para el paciente y lograr resultados clínicos óptimos³.

La estimación preoperatoria del ángulo de profundidad de inserción de las guías de electrodos CI se considera importante para una planificación quirúrgica eficaz. Esta estimación se basa en gran medida en la obtención de mediciones precisas de los parámetros clave de la cóclea, como la longitud del conducto coclear (CDL), a partir de tomografías computarizadas (TC) preoperatorias⁴. Estas mediciones permiten predicciones esenciales con respecto a la cobertura coclear y la profundidad de inserción angular durante la cirugía de IC cuando se conoce la longitud del electrodo. Un predictor importante de CDL es el valor A, definido como la distancia entre la ventana redonda y el punto más lejano en el giro basal. Estudios previos han destacado el papel crucial de las imágenes y la planificación preoperatoria para guiar las decisiones quirúrgicas y optimizar los resultados para los receptores de IC⁵.

La tomografía computarizada preoperatoria es una práctica estándar en muchas clínicas de IC para evaluar la anatomía del oído interno y los parámetros cocleares antes de la cirugía. La TC preoperatoria proporciona imágenes claras y sin artefactos que respaldan una planificación eficaz y optimizan los procedimientos quirúrgicos⁶. Sin embargo, el análisis de TC preoperatorio por sí solo tiene limitaciones para predecir con precisión la profundidad de inserción angular real (AID) y la frecuencia central (CF) de los contactos de electrodos a lo largo de la guía de electrodos CI. En consecuencia, las imágenes postoperatorias siguen siendo necesarias para confirmar la posición de la guía de electrodos, evaluar cualquier desplazamiento o translocación y determinar el verdadero AID de cada contacto⁷.

Las imágenes postoperatorias confirman la precisión de la colocación de los electrodos y ayudan a crear mapas de adaptación individualizados y adaptados a la anatomía coclear única de cada paciente. Estos mapas de adaptación son esenciales para optimizar el rendimiento auditivo al garantizar una estimulación precisa de las fibras del nervio auditivo. Estudios recientes han demostrado que los mapas de adaptación individualizados, o adaptación basada en la anatomía (ABF), mejoran la comprensión del habla en entornos silenciosos y ruidosos en comparación con los mapas de adaptación estándar o clínicos 8,9,10,11,12,13. Además, los receptores tienden a preferir los mapas ABF cuando su guía de electrodos logra una estimulación adecuada de la región apical de la cóclea⁸. El desajuste de frecuencia a lugar es la discrepancia entre la CF de los contactos de los electrodos en función de su ubicación física dentro de la cóclea y los ajustes predeterminados⁴. Mertens et al. informaron que el impacto del desajuste entre la frecuencia y el lugar disminuye con el uso prolongado del dispositivo¹⁴. Otros estudios han demostrado que la reducción del desajuste de frecuencia a lugar con ABF en receptores de IC mejora la percepción del habla en entornos ruidosos sin afectar la comprensión en entornos silenciosos^11,13.

Para evaluar a los receptores de IC se han utilizado varias modalidades de imagen, como los rayos X^15,16, la TC¹⁷ de haz cónico y la resonancia magnética nuclear (RM)^18,19. Sin embargo, la tomografía computarizada sigue siendo el método preferido debido a su alta resolución espacial y su capacidad para capturar la anatomía coclear detallada. Las imágenes por TC permiten una evaluación precisa de las estructuras del oído interno, como el escalón timpático y el cráneo vestibular, lo que facilita la colocación precisa de los electrodos.

A pesar de los muchos beneficios de las imágenes por TC, persisten ciertos desafíos, particularmente con las exploraciones postoperatorias de baja resolución. Los contactos de electrodos metálicos pueden producir artefactos de imagen que oscurecen las estructuras adyacentes, lo que complica la medición precisa de parámetros críticos como AID y CF. Estudios recientes han demostrado que la fusión de las tomografías computarizadas preoperatorias y postoperatorias mejora la claridad de la imagen en comparación con las exploraciones estándar, lo que permite evaluaciones más precisas y mejora la ubicación de los electrodos al proporcionar información complementaria de las imágenes preoperatorias y postoperatorias²⁰.

En la actualidad, el análisis de imágenes por TC postoperatorio a menudo implica mediciones manuales utilizando herramientas de software, que requieren una capacitación sustancial, requieren mucho tiempo y pueden ser propensas a variabilidad y errores, lo que limita su eficiencia y aplicabilidad más amplia. Existe una literatura limitada sobre el potencial de las mediciones automatizadas a partir de imágenes fusionadas para abordar estas limitaciones y proporcionar mediciones fiables de AID para los contactos de los electrodos. Esta investigación tiene como objetivo evaluar si la fusión de imágenes de TC preoperatorias y postoperatorias puede evaluar eficazmente las características cocleares y la colocación de electrodos en receptores de IC. Además, investiga cómo la fusión de imágenes podría avanzar en el ajuste basado en la anatomía (ABF) y mejorar la precisión de la medición tanto para la profundidad de inserción angular (AID) como para la frecuencia central (CF).

Protocolo

Este estudio recibió la aprobación de la Junta de Revisión Institucional principal (E-21-5737) y se llevó a cabo siguiendo los principios éticos descritos en la Declaración de Helsinki. Los datos se recogieron retrospectivamente de las historias clínicas de nuestro centro terciario de IC. Debido a la naturaleza anónima del análisis de datos, no se requirió el consentimiento informado. El estudio incluyó 20 oídos de pacientes de varios grupos de edad.

Los criterios de inclusión fueron los siguientes: pacientes con anatomía normal del oído interno que recibieron IC entre 2020 y 2023, se les realizó TC pre y postoperatorio y se les implantaron dispositivos de IC del mismo fabricante, compatibles con el software de planificación quirúrgica utilizado. Las tomografías computarizadas del hueso temporal se realizan de forma rutinaria como parte de la evaluación preoperatoria de los pacientes con implantes cocleares en nuestro centro, mientras que las tomografías computarizadas postoperatorias solo se realizan cuando es médicamente necesario para minimizar la exposición a la radiación. Los criterios de exclusión incluyeron pacientes con IC que habían sido sometidos a cirugías de revisión o que presentaban osificación coclear, otosclerosis coclear o fracturas del hueso temporal con compromiso de la cápsula ótica. Los detalles del equipo y el software se proporcionan en la Tabla de Materiales.

1. Carga y medición de los parámetros cocleares

NOTA: El protocolo de medición empleado en este estudio comprendió una serie de pasos secuenciales diseñados para evaluar la efectividad de la técnica de fusión de imágenes de TC pre y postoperatoria en la evaluación de la ubicación de los electrodos en los receptores de IC (Figura 1).

Figura 1: Comparación de protocolos de medición. Esta figura ilustra el protocolo para medir los parámetros cocleares utilizando el método de fusión automática en comparación con el método manual. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

1. Presione el botón Importar en el módulo de gestión de datos del software para cargar las imágenes de TC postoperatorias y preoperatorias, y seleccione los archivos DICOM.
2. Defina manualmente el centro de modiolo, la ventana redonda y las métricas cocleares, incluidos el valor A (diámetro coclear), el valor B (ancho coclear) y el valor H (altura coclear) en el módulo 3D Ear-Cochlea⁴ (Figura 2).
3. Calcular la longitud del conducto coclear (CDL) utilizando los valores A y B, aplicando el método de Alexiades a la aproximación elíptico-circular (ECA)^2,4.
   NOTA: Los pasos detallados del análisis postoperatorio son descritos por Canfarotta et ^al.21. Estas mediciones proporcionan puntos de referencia anatómicos para la estimación de la CDL.

Figura 2: Medición manual de los valores A, B y H postoperatorios. Las imágenes postoperatorias se importan al software y el valor A (marcado en verde), el valor B (marcado en azul) y el valor H (marcado en rojo) se miden manualmente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Identificación de contactos de electrodos y cálculo de AID/CF

1. Abra el módulo de evaluación de implantes . El software identificará automáticamente los doce puntos de contacto de los electrodos en las imágenes de TC postoperatorias.
2. Ajuste manualmente los puntos de contacto detectados, si es necesario, antes de confirmar sus posiciones.
3. Permita que el software utilice estos puntos, junto con las métricas cocleares predefinidas, para calcular automáticamente la profundidad de inserción angular (basada en Escude et ^al.22) y la frecuencia característica (basada en Greenwood et ^al.23) para cada contacto (consulte la Figura 3).
   NOTA: Este enfoque manual se considera el método estándar para medir el SIDA y la FQ, y se denomina "Manual" en este estudio.

Figura 3: Identificación de los contactos de los electrodos. Esta figura muestra la identificación de los doce contactos de electrodos a partir de las imágenes de TC postoperatorias. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

3. Fusión de imágenes

1. Pulse el icono Añadir en la interfaz de usuario para importar las imágenes de TC preoperatorias en el panel Image Fusion.
2. Permitir que el software comience a registrar automáticamente las imágenes de TC preoperatorias con las imágenes de TC postoperatorias precargadas utilizando la función de fusión automática, que aplica un algoritmo de información mutua.
3. Acceda a la función de alineación manual en el menú de imágenes preoperatorias si se necesitan ajustes manuales en la fusión. Este proceso de fusión mejora la visualización y permite una evaluación más completa de la anatomía coclear y la colocación de electrodos con menos artefactos. La fusión tiene como objetivo mejorar la visualización para una mejor evaluación (ver Figura 4).

Figura 4: Fusión de imágenes de TC pre y postoperatorias. Las imágenes de TC preoperatorias se importan al software y se fusionan con las imágenes de TC postoperatorias. La superposición se muestra en color oliva, con los electrodos resaltados en azul brillante. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Medición automática de los parámetros cocleares en la imagen preoperatoria

1. Vuelva a medir los parámetros cocleares en la imagen preoperatoria recién importada dentro del módulo 3D - Cochlea.
2. Seleccione la opción Automático en el menú del módulo para ejecutar mediciones automáticas de los parámetros cocleares. Esta función solo está disponible para imágenes preoperatorias sin electrodos de implante, ya que no existen artefactos metálicos.
3. Utilice el algoritmo automático para reconstruir la anatomía del oído interno en 3D. El modelo 3D servirá como base para las mediciones automáticas de los parámetros cocleares descritas por Abari et ^al.24.
   NOTA: La reconstrucción 3D ayuda a medir con precisión los parámetros cocleares (véase la Figura 5).

Figura 5: Medición automatizada de los parámetros cocleares. A partir de las imágenes fusionadas, el software mide automáticamente los principales parámetros cocleares (indicados por puntos verdes, azules y rojos), realiza una reconstrucción en 3D (cóclea en naranja, canal auditivo interno en verde y canales semicirculares en marrón) y actualiza la información sobre los contactos de los electrodos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

5. Actualización de los puntos de contacto de los electrodos con nuevos parámetros cocleares

1. Confirme las nuevas mediciones de la longitud del conducto coclear (CDL) obtenidas de las imágenes preoperatorias.
2. Permitir que los puntos de contacto de los electrodos previamente identificados a partir de las imágenes postoperatorias se actualicen automáticamente con la nueva información de los parámetros cocleares, definiendo el enfoque de "Fusión Automática".
3. Realice cálculos basados en las imágenes fusionadas (preoperatorio y postoperatorio) para la profundidad de inserción angular (AID) y la frecuencia característica (CF), que son importantes para confirmar la colocación de la guía de electrodos, la cobertura coclear y la creación del mapa de adaptación basado en la anatomía (ABF) (consulte la figura 5).
   NOTA: La AID y la CF son fundamentales para confirmar la posición del electrodo y la cobertura coclear en la práctica del implante coclear (IC) (véase la Figura 6).

Figura 6: Definición automática de AID y CF. Esta figura muestra la definición automática de AID (Distribución de Impedancia Acústica) y CF (Frecuencia Central) para cada contacto de electrodo individual basado en las imágenes fusionadas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

6. Cálculo del error angular medio y el error de frecuencia

1. Calcule el error angular medio entre los métodos de fusión manual y automático para cada contacto de electrodo.
2. Calcular el error de frecuencia en semitonos entre ambos métodos (Fusión Manual y Automática) para cada contacto de electrodo.
3. Utilice estos cálculos para proporcionar indicadores cuantitativos de la diferencia y la precisión entre los dos métodos. Nótese que los semitonos son los intervalos musicales más pequeños que se utilizan habitualmente en la música occidental²⁵.

7. Análisis estadístico

1. Introduzca los parámetros cocleares calculados manualmente, la profundidad de inserción angular (AID) y la frecuencia característica (CF) de las imágenes de TC postoperatorias, junto con los datos calculados automáticamente de la técnica de fusión de imágenes de TC preoperatoria y postoperatoria para cada contacto de electrodo, en el software de análisis estadístico (software R).
2. Utilice medias y desviaciones estándar para estadísticos descriptivos de variables cuantitativas, mientras aplica recuentos y porcentajes para variables categóricas.
3. Realice un análisis comparativo entre el AID y las frecuencias medidos manualmente y las mediciones fusionadas automáticamente utilizando una prueba t emparejada ajustada por pares de Bonferroni o una prueba de rango con signo de Wilcoxon, dependiendo de la suposición de normalidad probada con la prueba de Shapiro-Wilk.
   NOTA: Suponga que todas las comparaciones tienen tamaños de efecto estandarizados clínicamente relevantes (d de Cohen)²⁶. Considere que un valor de P estadísticamente significativo es menor que 0,05.

Resultados

Este estudio incluyó 20 orejas de receptores de IC, con 11 implantes en el lado izquierdo y nueve en el lado derecho. La edad promedio de los participantes fue de 13,3 años, con 55% de mujeres y 45% de hombres. En la Tabla 1 se presenta un análisis comparativo de los métodos de fusión manuales y automáticos para medir los parámetros cocleares, revelando diferencias estadísticamente significativas en ciertas mediciones. En concreto, las mediciones manuales mostrar...

Discusión

Los resultados del presente estudio revelaron mediciones comparables entre los métodos de fusión manual y automática para la mayoría de los parámetros y frecuencias cocleares. Si bien las mediciones manuales mostraron valores marginalmente más altos para ciertos parámetros, como el valor B y el CDL, no se observaron diferencias clínicamente significativas en general. Esta discrepancia podría atribuirse a artefactos en la TC postoperatoria, que pueden afectar la precisión de la ...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
CI devices	MED-EL, Innsbruck, Austria
OTOPLAN software	CASCINATION, MED-EL, Innsbruck, Austria	version 4 (3.0.0)	Otology Planning Software
R software	R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria	version 4.2.2	Language and Environment for Statistical Computing