Published September 18, 2020 | Version v1
Publication Open

Measuring the Electrical Status of the Bionic Ear. Re-thinking the Impedance in Cochlear Implants

Creators

  • 1. Hospital Italiano de Buenos Aires
  • 2. University of Miami

Description

As in any biophysical electrode-tissue environment, impedance measurement shows a complex relationship which reflects the electrical characteristics of the medium. In cochlear implants (CIs), which is mostly a stimulation-oriented device, the actual clinical approach only considers one arbitrary time-measure of the impedance. However, to determine the main electrical properties of the cochlear medium, the overall impedance and its subcomponents (i.e., access resistance and polarization impedance) should be described. We here characterized, validated and discussed a novel method to calculate impedance subcomponents based on CI measurement capabilities. With an electronic circuit of the cochlear electrode-tissue interface and its computational simulation, the access resistance and polarization impedance were modeled. Values of each electrical component were estimated through a custom-made pulse delivery routine and the acquisition of multiple data points. Using CI hardware, results fell within the electronic components nominal errors (± 10%). Considering the method's accuracy and reliability, it is readily available to be applied in research-clinical use. In the man-machine nature of the CI, this represents the basis to optimize the communication between a CI electrode and the spiral ganglion cells.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

كما هو الحال في أي بيئة نسيج كهربائي فيزيائي حيوي، يُظهر قياس المعاوقة علاقة معقدة تعكس الخصائص الكهربائية للوسط. في غرسات القوقعة الصناعية (CIs)، والتي هي في الغالب جهاز موجه نحو التحفيز، لا يأخذ النهج السريري الفعلي في الاعتبار سوى مقياس زمني تعسفي واحد للمعاوقة. ومع ذلك، لتحديد الخصائص الكهربائية الرئيسية لوسط القوقعة، يجب وصف المعاوقة الإجمالية ومكوناتها الفرعية (أي مقاومة الوصول ومعاوقة الاستقطاب). قمنا هنا بتمييز والتحقق من صحة ومناقشة طريقة جديدة لحساب المكونات الفرعية للمعاوقة بناءً على قدرات قياس CI. مع وجود دائرة إلكترونية لواجهة أنسجة القوقعة الكهربائية ومحاكاتها الحسابية، تم نمذجة مقاومة الوصول ومقاومة الاستقطاب. تم تقدير قيم كل مكون كهربائي من خلال روتين مخصص لتوصيل النبضات واكتساب نقاط بيانات متعددة. باستخدام أجهزة CI، كانت النتائج ضمن الأخطاء الاسمية للمكونات الإلكترونية (± 10 ٪). بالنظر إلى دقة الطريقة وموثوقيتها، فهي متاحة بسهولة ليتم تطبيقها في الاستخدام البحثي السريري. في طبيعة الإنسان والآلة لـ CI، يمثل هذا الأساس لتحسين الاتصال بين قطب CI وخلايا العقدة الحلزونية.

Translated Description (French)

Comme dans tout environnement biophysique électrode-tissu, la mesure d'impédance montre une relation complexe qui reflète les caractéristiques électriques du milieu. Dans les implants cochléaires (IC), qui sont principalement des dispositifs orientés vers la stimulation, l'approche clinique réelle ne prend en compte qu'une seule mesure temporelle arbitraire de l'impédance. Cependant, pour déterminer les principales propriétés électriques du milieu cochléaire, l'impédance globale et ses sous-composants (c'est-à-dire la résistance d'accès et l'impédance de polarisation) doivent être décrits. Nous avons ici caractérisé, validé et discuté d'une nouvelle méthode de calcul des sous-composantes d'impédance basée sur les capacités de mesure de l'IC. Avec un circuit électronique de l'interface électrode-tissu cochléaire et sa simulation informatique, la résistance d'accès et l'impédance de polarisation ont été modélisées. Les valeurs de chaque composant électrique ont été estimées grâce à une routine de délivrance d'impulsions sur mesure et à l'acquisition de plusieurs points de données. En utilisant du matériel CI, les résultats se situaient dans les erreurs nominales des composants électroniques (± 10%). Compte tenu de la précision et de la fiabilité de la méthode, elle est facilement disponible pour être appliquée en recherche clinique. Dans la nature homme-machine de l'IC, cela représente la base pour optimiser la communication entre une électrode d'IC et les cellules ganglionnaires en spirale.

Translated Description (Spanish)

Como en cualquier entorno biofísico electrodo-tejido, la medición de la impedancia muestra una relación compleja que refleja las características eléctricas del medio. En los implantes cocleares (IC), que es principalmente un dispositivo orientado a la estimulación, el enfoque clínico real solo considera una medida de tiempo arbitraria de la impedancia. Sin embargo, para determinar las principales propiedades eléctricas del medio coclear, se debe describir la impedancia general y sus subcomponentes (es decir, la resistencia de acceso y la impedancia de polarización). Aquí caracterizamos, validamos y discutimos un método novedoso para calcular los subcomponentes de impedancia basados en las capacidades de medición de CI. Con un circuito electrónico de la interfaz electrodo coclear-tejido y su simulación computacional, se modeló la resistencia de acceso y la impedancia de polarización. Los valores de cada componente eléctrico se estimaron a través de una rutina de suministro de pulsos personalizada y la adquisición de múltiples puntos de datos. Usando hardware CI, los resultados cayeron dentro de los errores nominales de los componentes electrónicos (± 10%). Teniendo en cuenta la precisión y confiabilidad del método, está fácilmente disponible para ser aplicado en el uso clínico de investigación. En la naturaleza hombre-máquina del CI, esto representa la base para optimizar la comunicación entre un electrodo de CI y las células ganglionares espirales.

Files

pdf.pdf

Files (3.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:a0c97466fa21a7edf4b8285e1344e8e4
3.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
قياس الحالة الكهربائية للأذن الآلية. إعادة التفكير في المعاوقة في زراعة قوقعة الأذن
Translated title (French)
Mesure de l'état électrique de l'oreille bionique. Repenser l'impédance des implants cochléaires
Translated title (Spanish)
Medición del estado eléctrico del oído biónico. Repensar la impedancia en los implantes cocleares

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3088901466
DOI
10.3389/fbioe.2020.568690

Is supplement to
https://openalex.org/W3088901466 (Other)
https://openalex.org/W3047039733 (Other)
https://openalex.org/W2766073307 (Other)
https://openalex.org/W2375548904 (Other)
https://openalex.org/W2159005001 (Other)
https://openalex.org/W2114926475 (Other)
https://openalex.org/W2083435794 (Other)
https://openalex.org/W2041117502 (Other)
https://openalex.org/W1808180683 (Other)
https://openalex.org/W1646237839 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1008895281
  • https://openalex.org/W1682418286
  • https://openalex.org/W1984048709
  • https://openalex.org/W1987190421
  • https://openalex.org/W2004938484
  • https://openalex.org/W2024943572
  • https://openalex.org/W2044326168
  • https://openalex.org/W2044738442
  • https://openalex.org/W2055554933
  • https://openalex.org/W2061357834
  • https://openalex.org/W2075119598
  • https://openalex.org/W2078463691
  • https://openalex.org/W2083029508
  • https://openalex.org/W2096121437
  • https://openalex.org/W2111546639
  • https://openalex.org/W2112705547
  • https://openalex.org/W2126012359
  • https://openalex.org/W2136048068
  • https://openalex.org/W2163770907
  • https://openalex.org/W2168805786
  • https://openalex.org/W2766073307
  • https://openalex.org/W2772022632
  • https://openalex.org/W2899489110
  • https://openalex.org/W2944579547
  • https://openalex.org/W405049411