בחירת שתל מחקר זה מנסה לסכם את מירב הנתונים שקיימים ממחקרים אחרים על מנת לנסות לספק מידע נגיש, מובן וניתן להשוואה בין שלושת סוגי השתלים הנפוצים שקיימים בשוק: קוכליאר פרידום (ומחליפו הנוקלאוס 5), מד אל אופוס 2 ו ההרמוני של.AB נתוני המחקר מתבססים על מחקר שנעשה על ידי חוקרים ויצא לאור בפרסום של IEEE הנדסה ביו רפואית בשנת 2008 הקדמה: כול נושא ההשוואה בין השתלים לא ניתן לאימות בדרך של מה באמת אדם מסוים שומע בשתל מסויים בהשוואה לאחר, כי לכול אדם רקע שמיעתי שונה וגם לא אפשרי לערוך מחקר כזה מבחינה רפואית. בנוסף, כיום יש מגבלה לשתלים לתת שמיעה מלאה ואיכותית גם בסביבת רועשת מאוד כאשר יחס האות לרעש נמוך מאוד ואפילו אפס. במצב זה ניתן בעצם להניח שנצטרך את כול היכולת שהשתל יכול לתת על מנת להבין את הנאמר. במצבים אלו יבואו לידי ביטוי ההבדלים בין השתלים. כיום אם נשאל את העוסקים בנושא למשל במרכז הרפואי ששם מבצעים את ההשתלות, יגידו כול השתלים טובים לא משנה מה תבחר. טענה זו מנסה לומר לדעתי אנחנו לא יודעים מה הכי טוב, אבל בעצם כמעט כול המושתלים שומעים היטב בכול השתלים... לכן החלטתי לנקוט בגישה אחרת, נניח שאנחנו נרצה להשוות בין מכונית פורשה ומכונית מזדה אם נלך לשאול את בעלי רכבים אלו סביר להניח שנקבל תשובות דומות ששניהם מרוצים באותה מידה. הרי העובדה היא שהן מכונית מזדה והן פורשה מביאה את בעלי רכבים אלו מנקודה A לנקודה B... אז כיצד נשווה בין מכוניות אלו? התשובה היא פשוטה, נרים את מכסה המנוע ונחקור מה יש שם. וזאת אני מנסה לעשות במחקר קטן זה על השתלים... כולי תקווה שמחקר זה יעזור למי מהמושתלים שמתלבט ולא יודע את מי ומה לשאול, קריאה מהנה. השתלים: מכאן נפתח את מכסה המנוע ונראה לעומק לפרטי פרטים על המערכות המרכיבים הפונקציות האלקטרוניות של השתלים.
SYSTEM AND FUNCTIONAL SPECIFICATIONS OF THREE MAJOR COCHLEAR IMPLANT SYSTEMS. DATA SOURCES: COCHLEAR FREEDOM [46]; CLARION HIRES 90 K (WWW.BIONICEAR.COM); MED EL OPUS PROCESSOR AND SONATA IMPLANT [47] Component External Unit External Unit External Unit Parameters Name and Key Features Processing Strategies Number of maps Nucleus Freedom Freedom: Omni or Direct Mics 4 Sounds Fields IDR: 45dB Freq Range: 100-8000Hz 3 Zink Air Batteries 3-5 days CIS SPEAK ACE 4 Clarion HiRes90K Harmony: Omni Mic Daul-loop AGC IDR: 80dB Freq Range: 150-8000 Hz Lion Batteries 14-24 Hours CIS MPS HiResFidelity120 6 MED-EL MAESTRO Opus 2: Omni Mic Daul-loop AGC IDR: 75dB Freq Range: 70-8500 Hz 3 Zink Air Batteries 3-5 days CIS+ HD CIS FSP 4 RF Link RF Carrier Data Rate 5MHz 0.5MB /Sec 49MHz 1MB /Sec 12MHz 0.6MB /Sec Back telemetry Back telemetry Numbers of Electrodes Numbers of current sources Current range Total stimulation rate Simultaneous simulation Electric Field Imaging Neural telemetry 22 1 0 1.75mA 32KHz NO NO 16 16 0 1.9mA 83KHz 12 12 0 1.2mA 51KHz
ניתוח הטבלה היחידה החיצונית או המעבד החיצוני ביחידה החיצונית רק אופס 2 מאפשר את העיבוד של תחום התדרים הכי רחב מ 70 ועד 8500 הרץ. הטווח הדינמי הטווח הדינמי של אופס 2 הוא 75 דציבל ודומה לזה של ההרמוני. ראוי לציין שבאתר של מד אל מצוין שטווח דינמי זה הוא דינמי ומשתנה על תחום העוצמה לפי עוצמת הקול הנכנסת באותו הרגע. לאחר תיקון הטעות המקורית שנפלה במאמר, כמו שהופתעתי בתחילת המחקר, אין לנוקלאוס ערכי IDR של 75 אלא ערכים בסביבות ה 45. הסבר: אוזן רגילה יכולה לשמוע צלילים מעוצמות חלשות מאוד ועד חזקות מאוד וזה מוגדר טווח דינמי והוא כ 120 דציבל. שתל השבלול יכול לקלוט מקסימום של 45 דציבל, מכאן שכול הצלילים מחוץ לטווח שהוגדר, לדוגמא 25 ל 70 חייבים להידחס ע"י אלגוריתם מיוחד לכך או להיזרק החוצה. מהטבלה למעלה רואים ששתל ההרמוני לדוגמא יכול לטפל בטווח מקסימלי של 80 דציבל (או אפילו 96 אני לא בטוח) הכי הרבה יחסית למד אל עם טווח דינמי של 75 ובמיוחד יחסית לשתל של נוקלאוס עם רק 45. מכאן עולה שאלות מסקרנות: 1. מדוע בשתל של נוקלאוס הטווח הדינמי כול כך צר? 2. האם לא עדיף לשמוע את הצלילים החלשים למשל 15 דציבל וגם את החזקים, למשל 90 דציבל? התשובה לשאלה הראשונה, נמצאת בטכנולוגיה ובאלגוריתם שנקרא Automatic Gain Control AGC2 שהן מעבד ההרמוני והן מד אל משתמשים בו. אלגוריתם זה, דרך אגב, נמצא גם במכשירי שמיעה דיגיטליים ששם הוא בעצם דוחס את הטווח הדינמי הרחב לטווח דינמי צר שהמכשיר שמיעה יכול לטפל בו. מכאן אנחנו מבינים את התשובה לשאלה הראשונה, מכיוון שלשתל של נוקלאוס אין את האלגוריתם AGC לכן הוא לא יכול לקלוט והמושתל לא יכול לשמוע בטווח דינמי רחב כמו של מד אל ושל ההרמוני. לעניין השאלה השניה, כאן אפשר לחלק את התשובה לשניים: ראשית, מטעמי נוחות שמיעה יש כאלו שלא רוצים לשמוע קולות חזקים מדי, נניח בעוצמות של 80 ו 90 דציבל ומרגישים מצוין בלי זה. שנית, ננסה לבדוק האם מבחינה הגיונית ומחקרית יש עדיפות לשמיעה של הרבה יותר צלילים שקיימים בסביבה? לדעתי התשובה כן, ולא רק בגלל שהאוזן האנושית שומעת בטווח דינמי הכי רחב של 120 דציבל... אלא גם, מצאתי גם מחקר שבדק את ההבנה של אלו שהשתמשו בטווח דינמי רחב לעומת צר, את זה ניתן לבדוק יחסית בקלות ע"י שינוי הפרמטרים בתוכנה. הממצאים מראים שההבדל הכי משמעותי היה בסביבה רועשת דווקא בין אלו שהשתמשו בטווח דינמי של 60 לעומת אלו שהשתמשו בטווח דינמי של 35 בלבד! CONCLUSIONS Subjects well matched by demographics and speech test (+10 db SNR) showed statistically significantly differences on a roving presentation level test. The group using the Auria processor had the highest performance. The Auria (predecessor of Harmony) processor has the largest IDR and supports the dual action AGC system. It appears that these technical features convey a significant advantage when listening in real-life situations where both competing noise and varying voice intensity across a range of speakers needs to be dealt with. Since large differences were elicited from a well matched group attention needs to be paid to the methods used to assess performance of modern cochlear implant processors. The better performing subjects are returning scores which are encroaching on the area that might be considered normal hearing, an encouraging endorsement of modern signal processing technology.
Literature: Spar A, Dorman M (2007) Performance of Patients Using Different Cochlear Implant Systems: Effects of Input Dynamic Range. Ear and Hearing:28:260-275 Hochmair-Desoyer I, Schulz E, Moser L, Schmidt M (1997): The HSM sentence test as a tool for evaluating the speech understanding in noise of cochlear implant users. Am J Otol 1997 Nov; 18 (6 Suppl): S83 Mülder H (2006): FM in Schulen. Information on FM Systems, השיפור של נוקלאוס 5 לעומת הפרידום בוא לידי ביטוי בבטריות, שכעת צריך רק 2 בטריות במקום 3 בפרידום. נתון זה לא מרשים במיוחד כיוון שבהמשך נראה שקצב הגרייה של נוקלאוס היא הנמוך מבין שלושת השתלים מה שהיה צריך להביא לחיסכון ניכר בצריכת ההספק. אסתטיקה לסעיף זה אין משקל כול שהוא בביצועים של השתל, אבל יש לו משקל פסיכולוגי ונוחות שימוש על המושתל. בשתל החדיש, נוקלאוס 5, עשו עבודה יפה של הקטנת משקל וגודל לגודל דומה ודק יותר אפילו משל השתל של מד אל. אבל, וזה אבל גדול משום מה לא מוזכרת הקטנת גודלה של טבעת השידור. לדעתי האישית אני רואה בסעיף זה חיסרון ניכר לרעת שתל הנוקלאוס 5. נוחות שימוש: שתל הנוקלאוס 5 מגיע יחד עם שלט ונותן מידע מלא על מצב השתל כולל בעיות כל שהם וחוסר בבטריה. בנוסף, שתל הנוקלאוס מאפשר 4 מצבים של שמיעה לפי רצון המשתמש. לדעתי האישית שוב זה חיסרון, כי במצבים רגילים לזכור לקחת את השלט הלא קטן ולהתחיל להתעסק עם מצבי שמיעה שונים נראה לי לא טוב לנוחות שימוש ובכלל לשמיעה. לדעתי המצב הכי טוב הוא שהמעבד ייקח על עצמו לעבד את כול הסיגנלים שנמצאים בסביבה ולעשות אופטימיזציה שלהם בלא התערבות המשתמש. בטריות: כאן שתל הנוקלאוס 5 עולה על כול השתלים האחרים בצריכת ההספק שמצריך רק 2 בטריות ל 3 ימים בנוסף לאפשרות של בטריה נטענת שמחזיקה מעל 18 שעות בגרסה הקטנה ומעל 60 בגרסה המלאה גדולה. מצב זה מתאפשר עקב קצבים של שידור וגרייה נמוכים יותר ולכן פחות מצריך פחות הספק. שתל ההרמוני עצמו גדול יחסית מכולם ונראה מסורבל מבחוץ למרות שטבעת השידור שלו קטנה מכולם. בנוסף, לשתל המד אל יש אפשרות לבטריות נישאות מסוג רגילות נטענות AA שיכולות להחזיק מעל 9 שנים. אני מוצא אפשרות זאת קוסמת במצבים מסוימים. גם לשתל ההרמוני יש אפשרות דומה. לסיכום בסעיף זה רק שתל המד אל מנצח הן בגודל המעבד החיצוני והן בגודל טבעת השידור והן באפשרות לשימוש בבטריות נטענות ובטריות אבץ אוויר. אסטרטגיות עיבוד האות נושא זה הוא המסובך להבנה מבין שאר הנושאים, ולכן אפרט רק את הדברים החשובים להבנה. כול השתלים משתמשים בשיטת ה.Continuous Interleave Sampling CIS שיטה זו היא הבסיסית והכי שימושית בכול השתלים. למעשה רק מקור אחד צריך לשימוש ע"י שיטה זו, ומכאן מובן מדוע שתל הנוקלאוס בזמן שתוכנן התבסס על מקור אחד יחידי. שני האסטרטגיות הנוספות של שתל הנוקלאוס ACE וה SPEEK הן למעשה וריאציה והרחבה אם כי משמעותית של שיטת ה CIS.אם הפרמטרים n=m אזי שיטות ה SPEEK ו ACE הן למעשה שיטת ה.CIS לכן, בעיקרון שיטות אלו מבוססות על שינויים של פרמטרים פנימיים בשיטת ה CIS הבסיסית על מנת לקבל את שיטות ה ACEו ה.SPEEK
צריך להבין שעל מנת לקבל יותר מידע ספקטרלי מקבלים פחות מידע טמפורלי בשיטת ה.SPEEK בשביל לקודד את המידע הספקטרלי צריך יותר אלקטרודות בלתי תלויות. בגלל מגבלות הפיסיות של מספר האלקטרודות הבלתי תלויות האפשריות יש צורך להשתמש בשיטה אחרת. שיטה זו משתמשת בקצב גרייה גבוה יותר כך שמידע טמפורלי מיוצג בתוך המידע הספקטרלי וזאת שיטת ה FSP של שתל המד אל. לשתל ההרמוני יש שיטה לגירוי סימולטני של זוגות אלקטרודות וע"י כך להגיע לייצוג מידע ספקטרלי טוב יותר. קיימות שיטות נוספות, אבל הם עדיין לא יושמו בשתלים הקיימים. סיכום: גם בסעיף שיטת עיבוד האות אני מוצא את שתל הנוקלאוס הכי פחות טוב מבין ה 3. הן שתל המד אל והן שתל ההרמוני מצוידים בטכנולוגיה שמאפשרת שיטות מתקדמות לעיבוד מידע ספקטרלי. שתל המד אל מצויד בנוסף בשיטת מתקדמת של CIS שנקראת HD CIS בנוסף לשיטת ה.FSP הפיתוחים העתידים יצטרכו קצבים מהירים יותר וזאת שתלי ההרמוני ומד אל יכולים לספק בניגוד לשתל הנוקלאוס שחסר את האפשרות לאלקטרודות בלתי תלויות וקצבים מהירים יותר של גרייה. היחידה הפנימית מספר המקורות ומספר האלקטרודות לשתל הנוקלאוס מספר האלקטרודות הרב ביותר 22, אבל מספר זה נתמך רק ע"י מקור אחד יחידי. כלומר מקור יחידי לכול 22 האלקטרודות. לעומת זאת, שתל המד אל מצויד ב 12 אלקטרודות אשר נתמכים ע"י 12 מקורות במספר, כלומר מקור אחד לכול אלקטרודה. גם שתל ההרמוני מצויד במקור אחד בלתי תלוי לכול אלקטרודה שהם הכי הרבה, 16, מבין 3 השתלים. מספר זה של מקורות שיש לכול אלקטרודה מאפשר גירוי סימולטני בלתי תלוי באלקטרודה כל שהיא ובמקור כול שהוא. נוסף לזאת היחידה הפנימית של שתל המד אל מכסה את התחום התדרים הרחב ביותר, מה שנותן את הכיסוי הטוב ביותר לטווח שמיעת התדרים. בנוסף, החוסר של שתל הנוקלאוס לספק תמונת שדה אלקטרוני לעומת השתלים של מד אל וההרמוני מביא לכך שקשה לדעת מי מבין האלקטרודות לא פעיל, ולעשות מניפולציה בנפרד לכול אלקטרודה. מכאן, אני מוצא את היחידה הפנימית של שתל המד אל הטובה ביותר מבין 3 השתלים. קצב הגרייה בשתל הנוקלאוס קצב הגרייה המקסימלי הוא הכי נמוך ועומד על 32KHz בלבד. נתון זה נובע מתכנון האלקטרוני הבסיסי של השתל, ולא ניתן לשינוי על ידי שיפורים ועדכונים עתידים, אלא מצריך תכנון מחדש של כול השתל. נתון קצב הגרייה לא משמעותי בהבנת דיבור בתנאים אופטימליים, אבל בתנאי רעש או בהאזנה למוזיקה יש שיפור בהבנה בקצבי גרייה גבוהים יותר. לא רק זאת, אלא בפיתוחים עתידיים של השתלים קצבי גרייה גבוהים יאפשרו לאלגוריתמים מתוחכמים יותר להפיק ביצועיים טובים יותר. סיכום שתל נוקלאוס פרידום וגם הדור המתקדם הנוקלאוס 5 מתקדם יותר מבחינת העיבוד וכיווניות של המיקרופון, ויש לו את ההיסטוריה הארוכה והכי טובה של אמינות מוכחת, אבל שתל זה נמצא מאחור מבחינת היחידה הפנימית המושתלת והטכנולוגיה שלה. שתל הנוקלאוס הוא עדיין הכי איטי בקצבי שידור ה RF של טבעת השידור (מכאן כנראה ההבדל בגודל טבעת השידור לרעת נוקלאוס), וקצב הכי איטי של העברת הנתונים. שתל זה שומר על התכנון האורגינלי שלו מאז שנות השמונים של המאה שעברה ועדיין הוא משתמש במקור אחד יחידי לעומת 16 בהרמוני ו 12 מקורות במד אל. חוסר במקורות בלתי תלויים אלו אינו מאפשר לשתל לספק גירוי סימולטני ותמונת שדה אלקטרוני לבדיקה. ממחקרים נוספים, שתל המד אל מצליח לתת ביצועים הכי טובים בתנאי רעש רקע. מבחינתי שתל המד אל מנצח בשלב זה אף על פי שלנוקלאוס יש את הגרסה החדישה יותר. שתל ההרמוני מתחרה יפה עם שתל מד אל, אבל לא מצליח לשכנע אותי שהוא השתל היותר טוב.
בברכת שמיעה טובה לכולם. ניב רובין הערות ניתן לשלוח לאי מייל Nivr@Bigfoot.com תאריך 20.03.2010 24.03.2010 מטרה יצירה תיקון ערכי IDR של ההרמוני ונוקלאוס הוספת סעיף על ה IDR ואלגוריתם AGC.1.2