Cronômetro digital para medir o tempo de resposta na audiometria tonal limiar acoplado diretamente ao audiômetro

ARTIGO ORIGINAL

PEZZIN, Angelica Cristina ^[1], SILVA FILHO, Manoel da ^[2]

PEZZIN, Angelica Cristina. SILVA FILHO, Manoel da. Cronômetro digital para medir o tempo de resposta na audiometria tonal limiar acoplado diretamente ao audiômetro. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano. 10, Ed. 01, Vol. 01, pp. 40-54. Janeiro de 2025. ISSN: 2448-0959, Link de acesso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/saude/audiometria-tonal, DOI: 10.32749/nucleodoconhecimento.com.br/saude/audiometria-tonal

RESUMO

A audiometria tonal limiar é baseada em medidas da amplitude versus frequência dos tons, sendo utilizada para estimar os limiares auditivos e a capacidade de processar informações. Os audiômetros disponíveis comercialmente não registram simultaneamente os tempos de resposta em função dos estímulos, e quando associada às características do indivíduo são essenciais para avaliar o processamento auditivo, por exemplo. Objetivo: Produzir um cronômetro digital acoplável diretamente a audiômetros capaz de medir precisamente o tempo de resposta na audiometria tonal limiar. Métodos: O cronômetro digital foi desenvolvido e acoplado ao audiômetro para medir o tempo de resposta. Para confirmar o desempenho do dispositivo, duas populações (jovens e idosos), com dois tipos de estímulos (tons puros contínuos e tons modulados em frequência), aplicados no limiar auditivo de cada frequência da audiometria tonal limiar, foram avaliadas. Resultados: Jovens e idosos apresentaram tempos de resposta menores para as frequências mais altas em comparação com as frequências mais baixas. Idosos apresentaram tempos de resposta maiores em comparação aos jovens. Jovens tiveram respostas semelhantes em todas as frequências para os dois estímulos, enquanto idosos responderam significativamente mais rápido quando submetidos aos tons modulados em frequência. Conclusão: A mensuração precisa dos tempos de resposta por meio de um cronômetro digital conectado diretamente ao audiômetro pode ser mais uma ferramenta de apoio para o diagnóstico e prognóstico baseado na audiometria tonal limiar, como demonstrado nesse trabalho.

Palavras-chave: Audiologia, Tempo de reação auditiva, Audiometria de tons puros, Idoso, Arduíno.

1. INTRODUÇÃO

A Audiometria Tonal Liminar (ATL), teste padrão para avaliar quantitativamente a integridade do sistema auditivo é fundamental para o diagnóstico e planejamento da reabilitação auditiva. Podendo quantificar os limiares auditivos em cada frequência e comparar com os padrões de normalidade ⁽¹⁾. Por ser um teste subjetivo, a resposta do indivíduo é considerada adequada quando um estímulo audível é detectável e replicável ⁽²⁾.

Para a American Speech Language Hearing Association – ASHA (2005) a duração do estímulo sonoro durante a execução da ATL para medir os limiares auditivos a tons puros pode variar de um a dois segundos, enquanto a British Society of Audiology – BSA (2018) recomenda entre um e três segundos ^(1,3).

O tempo de resposta é o intervalo entre o início do estímulo e o aparecimento de uma resposta voluntária e pode ser uma medida do desempenho da função sensório-motora, envolvendo o processamento dos estímulos, a tomada de decisões e a programação das respostas ⁽⁴⁾. A associação entre tempo de resposta e a capacidade de processamento auditivo é essencial para medir os limiares auditivos ⁽⁵⁾ e consequentemente estimar a capacidade física, desempenho e velocidade de processamento dos indivíduos ⁽⁶⁾.

Alguns trabalhos compararam o uso de diferentes estímulos auditivos para registrar o menor limiar auditivo possível ^(7-10), enquanto outros investigaram o tempo de resposta apenas com intensidades acima do limiar auditivo, o que conhecidamente reduziria substancialmente o tempo de resposta ^{(11, 12)}. Outros, não testaram todas as frequências exigidas nas diretrizes de execução da ATL ^{(8, 11, 13)}.

Muito embora o tempo de resposta seja usado especificamente como índice de cognição para estimar a duração em cada etapa entre o estímulo e a consequente resposta ⁽¹⁴⁾, os audiômetros atuais ainda não registram o tempo de resposta auditiva. Assim, dados sobre como a intensidade, variáveis biológicas, idade e gênero podem influenciar no tempo de resposta, não estão disponíveis, impedindo uma análise detalhada dessas variáveis em diferentes condições ^{(15, 16)}.

Neste trabalho, estamos propondo um método simples e de baixo custo para medir com precisão o tempo e resposta auditiva, por meio de um cronômetro digital acoplado diretamente a um audiômetro. Para confirmar a eficácia do dispositivo, comparamos os tempos de respostas entre indivíduos jovens e idosos, submetidos a tons puros e modulados. Os resultados demonstraram que a metodologia pode ampliar as práticas de saúde pública para proporcionar um diagnóstico e prognóstico mais fundamentado.

2. MÉTODOS

2.1. SELEÇÃO DOS INDIVÍDUOS E DECLARAÇÃO DE ÉTICA

A amostra foi composta por 65 indivíduos de ambos os sexos, todos destros, divididos em dois grupos: jovens (32 participantes com idade entre 18 e 31 anos) e idosos (33 participantes com idade entre 60 e 73 anos).

Todos foram submetidos à anamnese, ao Mini-Exame do Estado Mental, ao exame físico do ouvido com otoscópio, ao teste do limiar auditivo (audiometria tonal liminar), à audiometria vocal, aos testes de impedância acústica com timpanometria e à medida dos reflexos acústicos. Os testes audiológicos foram realizados em ambas as orelhas.

Os incluídos apresentaram otoscopia e limiar auditivo dentro dos padrões de normalidade e, no máximo, perda auditiva leve em uma ou ambas as orelhas, segundo as classificações de Davis e Silverman ⁽¹⁷⁾ e Lloyd e Kaplan ⁽¹⁸⁾; sem alterações otoscópicas; miniexame do estado mental igual ou superior a 25 pontos; curva do timpanograma tipo “A”, “Ad” ou “Ar” e reflexos estapedianos contralaterais presentes. Os indivíduos que não seguiram os procedimentos de inclusão acima mencionados, foram excluídos da amostra.

O trabalho foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal do Pará (nº 047487/2023), e foi realizado na Unidade de Otorrinolaringologia do Hospital Universitário Bettina Ferro de Souza (HUBFS) (Belém, Pará, Brasil).

2.2. QUANTIFICAÇÃO DO TEMPO DE RESPOSTA

Os indivíduos pré-selecionados foram submetidos a ATL por via aérea com tons puros contínuos e modulados, seguindo as diretrizes da ASHA (2005), nas seguintes frequências: 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz, 0,5 kHz e 0,25 kHz ⁽¹⁾. Pausas entre as emissões dos estímulos foram introduzidas para evitar automatismos ⁽¹¹⁾ e o botão de resposta foi mantido na mão dominante, que em sua totalidade foi à direita ⁽⁵⁾. O resultado foi a média aritmética de três submissões, que foram mostradas diretamente no display do cronômetro, conforme pode ser observado na Figura 1.

Figura 1. Cronômetro digital. Vista do cronômetro, em que podem ser vistos: os botões referentes a ação de iniciar (1) e o de zero (2) respectivamente, (3) o display com as variáveis, (4) o cabo do botão de resposta com plug conectado e (5) o cabo de conexão do cronômetro com a saída Monitor do audiômetro, com plug conectado

O dispositivo foi construído a partir de uma plataforma Arduino Uno^©, conectada a elementos periféricos. Um programa foi escrito e embarcado na plataforma para gerenciar todas as funções do cronômetro. A inicialização da contagem do tempo, foi ativada pelos tons emitidos pela saída Monitor do audiômetro, correspondente a cada frequência sob teste. Esse tom é enviado para um circuito eletrônico detector de sinal de áudio que gera em sua saída pulsos com a mesma frequência do tom. Os pulsos são enviados para uma das entradas digitais da plataforma que ativa o cronômetro ao detectar a borda de subida do primeiro pulso. O botão de resposta é conectado a outra entrada digital que, uma vez ativada, interrompe a contagem do tempo, ver Figura 2. O conjunto de módulos eletrônicos, botões e conectores foi acondicionado em um gabinete de plástico ABS para ser instalado próximo ao audiômetro, como pode ser visto na Figura 3.

Figura 2. Estrutura funcional do cronômetro. (A) Diagrama em blocos do cronômetro para medir o tempo de resposta auditiva. (B) Esquema das conexões eletrônicas por módulos, onde podem ser observados o display (1), o módulo de conversão serial para o display (2), o conector para entrada do sinal de áudio proveniente da saída Monitor (3), o módulo conversor de sinal de áudio em pulsos (4), a plataforma de desenvolvimento Arduino Uno (5), o conector de entrada do botão de resposta (6), o botão de inicialização (7) e o botão de parada do cronômetro (8)

Figura 3. Cronômetro digital e Audiômetro. Vista do cronômetro conectado ao audiômetro

2.3. ANÁLISE ESTATÍSTICA

Utilizamos o teste ANOVA de três vias para comparar os efeitos da idade (idoso versus jovem), modulação do tom do estímulo (contínuo versus modulado) e frequência (1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz, 0,5 kHz e 0,25 kHz). A significância estatística foi definida em P < 0,05, e todas as análises foram realizadas no GraphPad Prism.

3. RESULTADOS

Os tempos de resposta foram significativamente afetados pela frequência base dos estímulos em todos os grupos (ANOVA de três vias, efeito da frequência principal, com os sujeitos mostrando tempos de resposta mais curtos para frequências mais altas em comparação com as mais baixas. Observamos que os sujeitos idosos tiveram tempos de resposta mais longos em comparação com os sujeitos jovens (efeito jovem versus idoso, como observado na Figura 4A e B. Curiosamente, também encontramos um efeito de interação significativo entre modulação de tom e idade (efeito de interação modulação versus idade), em que os jovens apresentaram tempos de resposta sem diferenças estatisticamente significativas, em todas as frequências testadas, tanto para estímulos contínuos quanto para modulados, visto na Figura 4A, enquanto os sujeitos no grupo de idosos mostraram uma preferência por tons modulados, ver Figura 4B. Isso sugere que a capacidade de processar tons modulados por frequência é relativamente preservada na velhice. Ao comparar os dois grupos submetidos aos dois tipos de estímulos acústicos, não foi observada diferença estatisticamente significativa entre os sujeitos jovens e idosos quando submetidos a tons modulados, o que reforça a preferência do sistema auditivo por estímulos modulados, ver Figura 5B. A mesma comparação foi feita para tons puros contínuos, e foi notada uma diferença na frequência de 3 kHz, estatisticamente significante.

Figura 4. Tempos de resposta auditiva registrados em indivíduos jovens e idosos. (A) Comparação dos tempos de resposta auditiva a tons puros contínuos e modulados em frequência em sujeitos jovens e idosos, em que a linha espessa laranja – JC e verde – JM, representam as médias ± erro padrão nas diferentes frequências testadas em sujeitos jovens, para tons contínuos e modulados em frequência, respectivamente. (B) A mesma comparação para sujeitos idosos quando submetidos a tons puros contínuos e modulados em frequência. Os pontos na linha espessa ciano – IC e magenta – IM representam as médias ± erro padrão nas diferentes frequências testadas em sujeitos idosos, para tons puros contínuos e modulados em frequência. Notar que os sujeitos idosos apresentaram preferência por tons modulados em frequência. Os pontos de conexão das linhas finas com 70% de transparência representam o conjunto total dos dados dos dois grupos

Figura 5. Tempos de resposta auditiva registrados em indivíduos jovens e idosos. (A) Comparação dos tempos de resposta auditiva a tons puros contínuos, entre sujeitos jovens e idosos, em que a linha espessa laranja – JC e ciano – IC, representam a média ± erro padrão nas diferentes frequências testadas em sujeitos jovens e idosos, para tons contínuos, respectivamente. (B) A mesma comparação para os mesmos sujeitos quando submetidos a tons modulados em frequência. Os pontos nas linhas espessas verde – JM e magenta – IM representam as médias ± erro padrão nas diferentes frequências testadas em sujeitos jovens e idosos, para tons modulados. Notar que os sujeitos idosos apresentaram tempos de resposta mais longos em comparação aos jovens, para todas as frequências testadas, tanto para estímulos contínuos quanto modulados. Houve diferença significativa na frequência de 3 kHz quando os tempos de resposta para jovens e idosos foram comparados em tons puros contínuos. Os pontos de conexão das linhas finas com 70% de transparência representam o conjunto total dos dados dos dois grupos

4. DISCUSSÃO

Um método de registro clínico de tempo de reação auditiva foi desenvolvido e se mostrou eficaz para detectar diferenças clinicamente relevantes no processamento auditivo entre indivíduos jovens e idosos em resposta a estímulos qualitativamente diferentes. Nossas medições de tempo de reação foram semelhantes aos resultados relatados anteriormente, o que indica que nossa abordagem é confiável e se encaixa nos padrões de qualidade atuais ^(7-10). Nosso método é facilmente aplicável a ambientes clínicos, necessitando de pequenos ajustes de software para tornar o processo tecnicamente prático ao usuário.

Trabalhos anteriores demonstraram que os tempos de reação são mais curtos da infância aos 20 anos de idade, aumentam lentamente até os 60 anos e aumentam rapidamente após os 70 anos ⁽¹⁹⁾. Nosso estudo replica essas descobertas, pois também observamos que os tempos de reação aos estímulos sonoros foram maiores em idosos em comparação aos jovens ^(19-22). Também fornecemos a nova descoberta de que estímulos de tom modulado em frequência levam a tempos de reação mais curtos em idosos em comparação com estímulos de tom puro ^(20-23).

Na prática clínica, os pacientes idosos preferem subjetivamente o uso de tons modulados em frequência porque facilitam a percepção do estímulo sonoro ^{(13, 24)}. Os sujeitos da pesquisa também relataram uma preferência subjetiva por esse estímulo durante os testes, especialmente entre a população idosa (dados não mostrados). Nossos resultados forneceram uma explicação empírica para essas preferências relatadas, pois demonstramos que pacientes idosos respondem mais rapidamente a tons modulados em frequência quando comparados a tons puros contínuos (Fig 2B). Isso sugere que estímulos modulados em frequência, ou uma combinação de estímulos modulados e de tom puro, podem fornecer um melhor conjunto de estímulos para avaliações audiológicas em pacientes idosos, especialmente considerando que esses pacientes frequentemente apresentam problemas de sensibilidade auditiva, maior propensão à fadiga, geralmente são mais lentos nos movimentos e mostram atenção insuficiente durante o exame, ou acham o teste cansativo ^{(3, 24)}. Nossos resultados discordam de relatos de que a população idosa se beneficiaria de um aumento de três segundos no tempo de exposição a estímulos sonoros ⁽¹⁾. Por outro lado, e com base nos achados da nossa pesquisa, em vez de aumentar o tempo do estímulo, sugerimos fortemente mudar o tipo de estímulo, sempre usando o tom modulado em frequência. Tal mudança resultaria em tempos de resposta mais curtos e uma consequente redução no tempo de execução do exame, o que poderia prevenir a fadiga do paciente.

A diferença estatisticamente significativa observada entre os sujeitos jovens e idosos na frequência de 3 kHz ao comparar os dois grupos quando submetidos ao tom puro, pode ser justificado pela diferença de ressonância do conduto auditivo externo ao tom puro de jovens e idosos, relativas a questões anátomo-fisiológicas do envelhecimento, levando a uma percepção menor do estímulo nesta frequência pelos idosos, e consequentemente a um maior tempo de reação ^(25-29).

Os métodos padrões anteriormente estabelecidos de aferição do tempo de reação em audiologia clínica podem sofrer com a introdução de ruído devido a dispositivos de cronometragem digital manual ou mudanças nas condições físicas do teste ⁽³⁰⁾. Ao utilizar um cronômetro digital, podemos garantir maior precisão e menor incerteza de medição, pois esses dispositivos têm uma taxa de erro de frequência inferior a 1% ⁽³¹⁾. Além disso, são portáteis e podem ser pré-carregados com uma alta capacidade de armazenamento de dados (por exemplo, cartões micro-SD), o que abre a possibilidade de futura miniaturização e portabilidade de dispositivos audiométricos ⁽³¹⁾.

A automação melhora o acesso aos testes auditivos, permite melhor aproveitamento do tempo do profissional de saúde (com economia estimada de tempo de até 80%), reduz o custo dos testes básicos e permite que mais pacientes sejam atendidos com maior eficácia e eficiência ⁽³²⁾. A automação e a otimização de processos em audiometria, conforme proposto em nosso estudo, podem, portanto, melhorar a qualidade do atendimento e os lucros dos provedores, economizando custos, acelerando os testes e reduzindo significativamente os erros (sobretudo por se tratar de um teste subjetivo) ^{(33, 34)}.

Além disso, a combinação de teleaudiologia e audiometria automatizada pode ser uma forma poderosa de fornecer avaliações audiométricas com eficiência de tempo e recursos, especialmente em regiões onde os serviços audiológicos são limitados ou indisponíveis ^{(35, 36)}.

Embora forneçamos aqui apenas uma análise preliminar dos efeitos da idade no tempo de reação auditiva, seria conveniente que o campo explorasse sistematicamente como essa medida crítica varia de acordo com as características normais da população (por exemplo, sexo, idade, etnia, etc.) e em doenças específicas (por exemplo, diferentes tipos de perda auditiva). Acreditamos que abordagens automatizadas em audiologia, como a proposta neste estudo, são um passo crítico para tornar esse projeto viável. Com as informações mencionadas acima, a audiometria poderia ser um teste menos subjetivo, pois haveria padrões para tempos de reação esperados para cada tipo de estímulo, perda auditiva e população. Uma dessas respostas, que é o menor tempo de reação para frequências mais altas em comparação com frequências mais baixas, poderia ser comparada em várias populações e relacionada aos tempos de resposta dos potenciais evocados auditivos ⁽³⁷⁾. Isso contribuiria para o diagnóstico precoce e preciso da perda auditiva e soluções personalizadas de saúde auditiva que oferecem resultados melhores para pacientes com perda auditiva e distúrbios auditivos relacionados, especialmente na população idosa e em perdas auditivas não orgânicas (por exemplo, simulação) ^{(38, 39)}.

5. CONCLUSÃO

O cronômetro digital, conectado diretamente ao audiômetro, apresentou excelente desempenho. A introdução deste novo método de avaliação de baixo custo de produção em que as respostas auditivas são associadas aos tempos de resposta pode ser mais uma ferramenta de suporte para diagnóstico e prognóstico com base na audiometria de limiar de tons puros, como demonstrado neste trabalho.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Prof. Manoel da Silva Filho pela valiosa contribuição na configuração do Laboratório de Prototipagem Assistida da Universidade Federal do Pará, essencial para a realização deste estudo. Agradecemos também ao Engenheiro de Controle e Automação, Bruno Gomes Dutra pela programação e implementação do sistema em Arduíno.

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NOTA

Os autores utilizaram a Inteligência Artificial Word – Microsoft Word/2023 para digitação, adequação gramatical e formatação de página. No entanto, todas as buscas pelos conteúdos, classificação da qualidade dos artigos e redação de todo o artigo e anexos foram realizadas de maneira autoral.

^[1] Doutoranda em Neurociência e Biologia Celular. Mestre em Otorrinolaringologia. Especialização em Otorrinolaringologia, Medicina do Trabalho e Perícia Médica. Graduação em Medicina. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1356-5732. Currículo Lattes: https://lattes.cnpq.br/3683418356353066.

^[2] Doutorado em Ciências Biológicas. Mestrado em Ciências Biológicas. Graduação em Ciências Biológicas. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9589-8527. Currículo Lattes: http://lattes.cnpq.br/2032152778116209.

Material recebido: 19 de novembro de 2024.

Material aprovado pelos pares: 22 de novembro de 2024.

Material editado aprovado pelos autores: 26 de dezembro de 2024.