Development of tools for non-invasive intracranial pressure monitoring by otoacoustic emissions - PhDData

Access database of worldwide thesis




Development of tools for non-invasive intracranial pressure monitoring by otoacoustic emissions

The thesis was published by Da Silva, Jeferson Jhone, in September 2019, Université d'Auvergne - Clermont-Ferrand I.

Abstract:

Non-invasive measurement of intracranial pressure (ICP) has been a research topic for decades, as invasive methods carry risks of hemorrhages and infections. Non-invasive monitoring by cochlear responses has been suggested as a reliable method. One of the most common solutions considered in these methods is the Distortion Products of Otoacoustic Emissions (DPOAE). The DPOAE measurement is quick and simple, as it only requires sending a sound stimulation and recording the cochlear acoustic response using a single probe (such as an earphone). The DPOAE phase shift is the parameter that allows us to monitor the ICP variations. As this is a relative measure, it is necessary to have an individual reference that should not be changed during or between measurements. In addition, the age of the patient influences the DPOAE levels which generally reduce with aging. They are also fragile and very sensitive to the acoustic environment, especially the noise from the patient. This work first presents the development of a signal processing method based on signal distribution analysis for automatic identification and rejection of noisy sections, in order to improve the robustness of the signal extraction from acoustic background noise. The developed method was compared to the rejection thresholds based on operator visual analysis (standard method). The results indicated a statistically lower noise level and more stable signals when using the automatic method. A second study presents a probe positioning and air leak detection technique (AFPS), based on the frequency response analysis of the pressure measured in the external ear canal after wideband stimulation. In this study, a tilt table was used to induce a slight variation in the ICP in four positions (60°, 0°, -20° and again 60°) into two series of measurements. We analyzed the reproducibility between the two tests and the effects on the test results of probe displacement and air leakage when they were identified. These analyses indicated that the AFPS is able to correctly classify the signals according to the occurrence of air leaks or probe movement. In the last experiment, both techniques (automatic rejection and AFPS) were adapted to be used in real time, to identify and correct any problems before or during the test. We compared the modified device and the commercial device in two test sessions, so that each device was used for both ears. In each session, three tests were performed (T1, T2 and T3), each with five values recorded for each of the three positions (45°, 0° “lying down” and -10°). These three tests were performed to allow the analysis of the reproducibility of the measurements, without and with a probe replacement effect, and its accuracy (expressed as the standard deviation of the differences). The AFPS increases robustness, providing more consistent values in all analyses, especially if the probe is repositioned. Automatic rejection reduces the variability between the five measurements taken for the same position, thus increasing the stability and accuracy of the responses.

La mesure non invasive de la pression intracrânienne (PIC) est un sujet de recherche depuis des dĂ©cennies, car les mĂ©thodes invasives comportent des risques d’hĂ©morragies et d’infections. La surveillance non invasive par des rĂ©ponses cochlĂ©aires a Ă©tĂ© suggĂ©rĂ©e comme Ă©tant une mesure fiable. Une des rĂ©ponses couramment analysĂ©es dans ces mĂ©thodes est celle des produits de distorsion acoustique (PDA). La mesure du PDA est rapide et simple, car il suffit d’envoyer une stimulation sonore et d’enregistrer la rĂ©ponse acoustique produit par les cellules ciliĂ©es externes Ă  l’aide d’une seule sonde (comme une oreillette) dans le conduit auditif externe. Le dĂ©phasage du PDA est le paramètre qui nous permet de surveiller les variations de la PIC. Comme il s’agit d’une mesure relative, il est nĂ©cessaire de disposer d’une rĂ©fĂ©rence individuelle qui ne devrait pas ĂŞtre modifiĂ©e pendant ou entre les mesures. Cependant, les phases sont sensibles au positionnement de la sonde et (mĂŞme de lĂ©gères) variations de l’impĂ©dance de l’oreille. De plus, l’âge du patient influence les niveaux du PDA qui rĂ©duisent gĂ©nĂ©ralement avec le vieillissement. Ils sont aussi fragiles et très sensibles Ă  l’environnement acoustique, en particulier le bruit gĂ©nĂ©rĂ© par le patient. Le prĂ©sent travail prĂ©sente initialement le dĂ©veloppement d’une mĂ©thode de traitement du signal basĂ©e sur l’analyse de la distribution du signal pour l’identification et la rĂ©jection automatique des sections bruyantes, afin d’amĂ©liorer la robustesse de l’extraction du signal du bruit de fond acoustique. La mĂ©thode mise au point a Ă©tĂ© comparĂ©e Ă  la rejection de sections sur la base de seuils dĂ©terminĂ©s par l’opĂ©rateur Ă  l’aide de l’analyse visuelle du spectre du signal (mĂ©thode standard). Les rĂ©sultats ont indiquĂ© un niveau de bruit statistiquement infĂ©rieur et des signaux plus stables lors de l’utilisation de la mĂ©thode automatique. Une deuxième Ă©tude prĂ©sente une technique de dĂ©tection du positionnement des sondes et des fuites d’air (AFPS), en utilisant l’analyse de la rĂ©ponse en frĂ©quence de la pression mesurĂ©e dans le conduit auditif externe après une stimulation large bande. Dans cette Ă©tude une table d’inclinaison a Ă©tĂ© utilisĂ©e pour induire une lĂ©gère variation de la PIC dans quatre positions (60°, 0°, -20° et encore 60°) en deux sĂ©ries de mesures. Nous avons analysĂ© la reproductibilitĂ© entre les deux essais et les effets sur les rĂ©sultats du test du dĂ©placement de la sonde et des fuites d’air quand elles Ă©taient identifiĂ©es. Ces analyses ont indiquĂ© que la mĂ©thode AFPS est en mesure de classer correctement les signaux en fonction de la prĂ©sence de fuites d’air ou du dĂ©placement de la sonde. Pour la dernière expĂ©rience, les deux techniques (rejection automatique et AFPS) ont Ă©tĂ© adaptĂ©es pour ĂŞtre utilisĂ©es en temps rĂ©el, permettant d’identifier et de corriger les problèmes Ă©ventuels avant ou pendant le test. Nous avons comparĂ© l’appareil modifiĂ© et l’appareil commercial en deux sĂ©ances d’essai, de sorte que chaque appareil a Ă©tĂ© utilisĂ© pour les deux oreilles. Dans chaque sĂ©ance, trois tests ont Ă©tĂ© effectuĂ©s (T1, T2 et T3), chacun avec cinq valeurs enregistrĂ©es pour chacune des trois positions (45°, 0° “position couchĂ©e” et -10°). Les trois tests ont Ă©tĂ© effectuĂ©s afin de permettre l’analyse de la reproductibilitĂ© des mesures, sans et avec l’effet du remplacement de sonde, et sa prĂ©cision (exprimĂ©e par l’Ă©carttype des diffĂ©rences). La mĂ©thode AFPS augmente la robustesse, fournissant des valeurs plus cohĂ©rentes dans toutes les analyses, surtout en cas de repositionnement de la sonde. La rĂ©jection automatique rĂ©duit la variabilitĂ© entre les cinq mesures prises pour la mĂŞme position, augmentant ainsi la stabilitĂ© et la prĂ©cision des rĂ©ponses.



Read the last PhD tips