Diseño y construcción de equipo de bajo costo para la detección de hipoacusia en edades tempranas basado en emisiones otoacústicas

Abstract

La pérdida auditiva o hipoacusia en la población infantil es un problema importante de salud pública que requiere de un diagnóstico precoz, puesto que hacerlo de manera tardía afecta permanentemente el desarrollo del lenguaje oral, lo que tiene consecuencias cognitivas, afectivas y sociales. Una forma de hacer un diagnóstico temprano, es mediante la realización de tamizajes auditivos con equipos de evaluación de emisiones otoacústicas (sonidos no audibles que emiten los oídos de personas con una capacidad auditiva normal). La utilidad de estos dispositivos no se limita a la población pediátrica, sino que también sirven para otros grupos etarios. El presente trabajo, tiene como objetivo principal el desarrollo de un equipo de bajo costo para detección de emisiones otoacústicas. Dado las múltiples aplicaciones que tienen estos dispositivos, este proyecto se enmarcó en un “Desafío global de longevidad saludable”, de la Academia Nacional de Medicina de los Estados Unidos (NAM, por sus siglas en inglés) y la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo de Chile (ANID), del cual se obtuvo los fondos necesarios para su desarrollo. El dispositivo que se elaboró debía captar las frecuencias acústicas de 2, 4 y 6 kHz con una intensidad mínima de -10 dB SPL. Estos rangos corresponden a las magnitudes fisiológicas típicas de las emisiones otoacústicas. Para lograr tal propósito, se dividió el dispositivo en módulos: una oliva, un equipo de tratamiento de señal y un equipo de análisis de señal, donde existía para cada uno de esos componentes un grupo de trabajo dedicado a confeccionarlo. En particular, esta tesis se centra en la diagramación de alto nivel del dispositivo y en la implementación del módulo de oliva. Específicamente, este trabajo se enfoca en el desarrollo de la oliva del detector de emisiones otoacústicas. Otros aspectos (como la electrónica y el software de los otros componentes o la validación clínica del dispositivo entre otros) están fuera del alcance de este trabajo. Estos elementos serán tratados paralelamente en otros trabajos relacionados en el marco del proyecto dónde se desarrolla esta tesis. La metodología Stage-Gate fue utilizada para la implementación del proyecto. Este enfoque divide el desarrollo en etapas que van desde la ideación del proyecto hasta la verificación y lanzamiento del prototipo. Cada etapa debe ser validada por los involucrados antes de continuar. En este caso, el proceso se ha realizado e iterado en conjunto con especialistas en el área del Hospital Clínico de la Universidad de Chile. El prototipo confeccionado cumplió con los requerimientos necesarios planteados, es decir, se logró un equipo de evaluación de emisiones de bajo costo que capta las emisiones en los rangos fisiológicos esperados con una sensibilidad del 82% con respecto al equipo de referencia clínico. Posteriormente en base a este dispositivo, y a sus resultados en las pruebas de laboratorio. Se hizo un análisis de los principales desafíos pendientes a resolver identificando el bloqueo de la oliva por tapones de cerumen, proponiéndose, un nuevo diseño que aborda esta problemática. Lo anterior, en conjunto a otras modificaciones, permitirá en un futuro la realización de un equipo que pueda ser validado clínicamente y convertirse en un producto mínimo viable.

Hearing impairment or hypoacusis in children is a significant public health problem that requires early diagnosis since late diagnosis permanently affects cognitive, affective, and social development. One strategy for early diagnosis is performing hearing screenings with otoacoustic emission evaluation equipment (physiological emissions expected in a person with normal hearing capacity). The usefulness of these devices is not limited to the pediatric population but also serves other age groups, such as, for example. This work's main objective is to develop low-cost equipment for otoacoustic emissions detection. Given the multiple applications of these devices, this project was framed in a "Global Healthy Longevity Challenge" of the National Academy of Medicine of the United States (NAM) and the National Agency for Research and Development of Chile (ANID), from which the necessary funds for its development were obtained. The device that was developed had to capture the acoustic frequencies of 2, 4 and 6 kHz with a minimum intensity of -10 dB. These ranges correspond to the typical physiological magnitudes of otoacoustic emissions. The device was organized into modules: an olive, a signal transformation equipment, and a signal analysis equipment, where each of these components had a working group dedicated to its construction. This thesis focuses on the high-level diagramming of the device and its implementation. Specifically, this work focuses on developing the otoacoustic emission detector olive. Other aspects (such as the electronics and software of the other components or the clinical validation of the device, among others) are beyond the scope of this work. These elements will be dealt with in parallel in other related work in the project framework where this thesis is being developed. The Stage-Gate methodology was used for the implementation of the project. This approach divides the development into stages, from project ideation to prototype verification and launch. Each stage must be validated by those involved before proceeding. In this case, the process has been carried out and iterated with specialists in the Clinical Hospital of the University of Chile. The prototype complied with the requirements: a low-cost emission evaluation equipment was achieved that captures emissions in the expected physiological ranges with a sensitivity of 82% with respect to the clinical reference equipment. Subsequently, based on this device and its results in laboratory tests, an analysis was made of the main pending challenges to be solved. The main detected issue was the olive blocking of cerumen plugs, proposing a new design that addresses this problem. The new design, together with other modifications, will allow, in the future, the realization of a device that can be clinically validated and become a minimum viable product.