Trabalho Clínico
Análise quantitativa de patologias da membrana timpânica: uma técnica computacional semi-automática para acompanhamento e mensuração
A Computational System for the Quantitative Analysis of Tympanic Membrane Pathologies: Techniques and Indications - Cyclops Auris
Autores:
Cristina Dornelles (Mestre em Ciências Médicas - Pediatria Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Ciências Médicas: Pediatria - UFRGS) Bióloga no Centro de Otite Média do Brasil
Sady Selaimen da Costa (Doutor em Cirurgia) Professor Associado Departamento de Oftalmologia e Otorrinolaringologia Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Aldo von Wangenheim (Doutor em Informática) Professor Laboratório de Processamento Digital de Imagens (LAPIX), The Cyclops Project, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
Letícia Petersen Schmidt Rosito (Mestre em Ciências Médicas: Cirurgia) Médica Otorrinolaringologista no Hospital de Clínicas de Porto Alegre
Eros Comunello (Doutor em Informática) Professor Laboratório de Processamento Digital de Imagens (LAPIX), The Cyclops Project, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
Vilson Heck Júnior (Graduação em Ciências da Computação
) Mestrando em Ciências da Computação Laboratório de Processamento Digital de Imagens (LAPIX), The Cyclops Project,
Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)
Palavras-Chave
videotoscopia, patologias da membrana timpânica, sistema computacional
Resumo
Introdução: Exames de como videotoscopias têm sido utilizados para diagnósticos de patologias da orelha média. Porém, a evolução precisa das patologias da membrana timpânica ainda é realizada de forma subjetivaa, há carência de técnicas quantitativas baseadas nas imagens de exames otológicos. Por exemplo, dimensões e localização de perfurações da membrana timpãnica são estimadas em termos subjetivos. Objetiv: desenvolver uma metodologia quantitativa através de computação para avaliar áreas afetadas do tímpano através da análise de videotoscopia. Delineamento: Estudo transversal. Métodos: Pacientes com otite média crônica, sem tratamento cirúrgico prévio, foram avaliados por anamnese, audiometria e videotoscopia. Para o desenvolvimento do sistema do Cyclops Auris, um grupo de videotoscopias foi selecionado, sendo incluídos casos com otite média crônica não colesteatomatosa, com a perfuração timpãnica como única patologia presente. Resultados: Foi desenvolvido um sistema computacional de imagens capaz de realizar medidas precisas das alterações na membrana timpânica, tais como: perfurações e timpanoescleroses. Conclusão: O Cyclops Auris é o primeiro instrumento computacional, que se tem conhecimento, ágil e de fácil manipulação, específico para quantificação da extensão de patologias da membrana timpânica. Pode ser utilizado para auxiliar em análises quantitativas e para monitorar progressão da otite média crônica em estudos prospectivos. O tamanho das perfurações está correlacionado com o grau de perda auditiva condutiva nos pacientes com otite média crônica não colesteatomatosa. Há correlação do tamanho da perfuração com a perda auditiva em todas as freqüências. O tamanho da área perfurada e o gap são menores no grupo de pacientes pediátricos (até 18 anos).
Keywords
video-otoscopy, Tympanic Membrane Pathologies, Computational System
Abstract
Introduction: Imaging examinations, such as video-otoscopy, have been the mainstay tools in context of diagnosis of middle ear pathology. Despite the plethora of new technologies available, the precise evaluation of tympanic membrane pathologies, however, has remained a subjective task due to the lack of quantitative approaches based on these imaging examinations. As an example, dimensions and location of tympanic membrane perforations have been traditionally estimated in terms of how they affected the geometry of quadrants. Objective: development of quantitative computational methodologies to assess the spatial relationships between affected tympanic areas and surrounding tissue through the analysis of stored digital video-otoendoscopy. Methods: Patients with chronic otitis media, without any previous clinical or surgical treatment. At the first consultation are performed anamnesis, digital video-otoscopy and audiometry. For the development of the Cyclops Auris system, a subset of the video-otoscopic database where the following criteria were met was selected: cases diagnosed as exemplar chronic otitis media without cholesteatoma, where the tympanic perforation was the membrane's structural alteration. Conclusions: The Cyclops Auris system is the first computational tool specifically developed for the comfortable semi automated quantification of the extension of the tympanic membrane pathologies. It can be used for the computer-aided quantitative analysis and monitoring of the evolution of chronic otitis media and also in prospective studies. It can also represent an alternative for multi centric, observer-independent recording of quantitative data on middle ear pathologies, eliminating the subjective factor in assessing lesion size and position.
Instituição: Universidade Federal do Rio Grande do Sul Centro de Otite Média do Brasil - Hospital de Clínicas de Porto Alegre Universidade Federal de Santa Catarina Laboratório de Processamento Digital de Imagens (LAPIX), The Cyclops Project, Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Brasil
Suporte Financeiro:
Introdução:
Alterações estruturais da membrana timpânica são constantemente reportadas como conseqüência da otite média crônica1,2,3. As principais patologias que afetam a membrana timpânica, nessa doença, incluem: timpanoesclerose, atrofia, retração, atelectasia, perfuração e colesteatoma4.
Dentro do contexto de diagnóstico da otite média, a otoscopia é o exame clínico mais comumente utilizado. Um avanço desse exame é a videotoscopia. Esta técnica permite o armazenamento de imagens
Avaliando as questões que permeiam o contexto da otite média crônica e das limitações humanas, quando se trata de mensurações, observou-se a necessidade de desenvolver uma metodologia computacional que permita aumentar a precisão dessa mensuração, bem como fornecer valores quantitativos para avaliação do grau de severidade dessa doença. Esta metodologia permite também o acompanhamento das várias etapas que compõe a evolução dessa patologia, buscando salientar detalhes que esclareçam os fatores envolvidos nesses processos.
Os estudos clínicos são, geralmente, feitos com metodologias que obtêm informações pertinentes das patologias e suficientes a classificar ou mensurar o seu grau, mas nem sempre são simples de serem utilizadas de maneira precisa. Podemos separar as patologias citadas anteriormente em dois grupos, que são: Patologias Mensuráveis por Extensão e Patologia Mensurável por Parâmetros, como demonstrado na Figura 1.
A presença de qualquer uma das patologias caracteriza um tímpano doente. As patologias mensuráveis por extensão são alterações na superfície do tímpano, visíveis claramente a um exame otoscópico, já a mensurável por parâmetro, é classificada conforme uma escala e região afetada, dependendo da área do tímpano afetada e do grau de severidade.
Sendo assim foi criado o projeto Cyclops Auris, o qual tem como objetivo desenvolver um sistema computacional que permita mensurar a proporção entre as áreas timpânicas afetadas e o remanescente de tímpano íntegro, através da análise de videotoscopias digitais. O Cyclops Auris foi concebido para ser aplicado em diferentes projetos, além de proporcionar um melhor controle em estudos prospectivos referentes à otite média crônica.
O Cyclops Auris é um sistema especifico para processamento de imagens de videotoscopias digitais da orelha média, focado especificamente para o tímpano, desenvolvido através de um projeto de colaboração entre instituições federais. O objetivo deste artigo é descrever o conceito geral desta ferramenta e apresentar resultados parciais da sua aplicação.
Metodologia:
A possibilidade de armazenamento digital, permitiu que imagens de orelhas acometidas com otite média crônica (OMC) fossem catalogadas desde o início das atividades de nosso grupo de pesquisa, em 2000. Fazendo parte de nossa metodologia de trabalho atuamos em um ambulatório específico de pesquisa no qual são atendidos pacientes com diagnóstico de OMC, colesteatomatosa (OMCC) ou não (OMCNC), sem tratamento cirúrgico prévio. Em todos os pacientes é realizada a captura de imagens digitais através de videotoscopia. O acervo atual é composto de mais de 1200 imagens de orelhas analisadas e catalogadas.
Neste ambulatório são recebidos pacientes encaminhados pelo ambulatório geral e outros serviços, sem prévio tratamento clínico e cirúrgico. Na primeira consulta é realizada anamnese, videotoscopia digital e audiometria tonal e vocal.
A anamnese é realizada com o preenchimento de protocolo específico onde constam dados básicos de identificação, história atual, anamnese dirigida, acumetria, audiometria tonal e vocal e timpanometria. A captura das imagens de videotoscopia é realizada com fibra óptica de 4 mm, com ângulo de 0º, sendo gravadas ambas as orelhas, de forma seqüencial, com identificação clara do paciente. A imagem capturada é então revisada e descrita em protocolos específicos, de forma sistemática, pelo orientador chefe do ambulatório, em reuniões semanais, onde são classificadas as patologias da orelha média (efusão, timpanoesclerose, retração, perfuração, colesteatoma). As imagens digitais, após processadas, são armazenadas em um banco de dados de imagens médicas.
Para o desenvolvimento do Cyclops Auris, um subconjunto das imagens do banco de dados foi selecionado, exemplares de otite média crônica não colesteatomatosa, nas quais a perfuração timpânica fosse a principal alteração estrutural da membrana. O software foi desenvolvido e testado utilizando as demais imagens provenientes de nosso ambulatório. Além do desenvolvimento do software foram criados: manual do usuário, manual de instalação, ajuda integrada ao programa, website do sistema e CD de instalação.
Como parte da filosofia de desenvolvimento de software, vigente na instituição, o software é capaz de rodar tanto no sistema operacional Windowsã como no Linux. Sendo assim, todas as tecnologias utilizadas para o desenvolvimento do sistema estão disponíveis em ambas as plataformas. Na Figura 2 é apresentada a tela de abertura do Cyclops Auris.
O funcionamento do Cyclops Auris se inicia com a abertura de um arquivo de vídeo, contendo o exame videotoscópico, onde o usuário seleciona, preferencialmente, um quadro do vídeo que exibe toda a área da perfuração timpânica. Na tela de seleção do arquivo (Figura 3), podem ser abertas imagens dinâmicas, de videotoscopias,
A tela de seleção do quadro (Figura 4) é exibida somente quando o arquivo aberto é um vídeo. Cada arquivo de vídeo é composto por um grande e indeterminado número de quadros, e qualquer um dos quadros pode conter a melhor imagem do tímpano e da perfuração. Como o sistema não consegue fazer essa procura automaticamente, dentre os vários quadros, o usuário seleciona o mais adequado, através da reprodução do vídeo.
Na tela de seleção da área timpânica (Figura 5) o sistema apresenta uma elipse que deverá marcar o contorno da membrana timpânica. Essa delimitação é executada de forma semi-automática, e possuí alguns parâmetros genéricos que podem ser ajustados manualmente através da movimentação, rotação e redimensionamento da elipse. A movimentação é feita arrastando o circulo central, na cor rosa. A rotação é feita pressionando-se o botão esquerdo do mouse, fora do circulo rosa central, movendo o mouse para cima e para baixo. O redimensionamento da elipse é feito através dos controles laterais, associados às cores dos eixos da elipse e de seu perímetro. Desta maneira, escolhe-se a borda timpânica, para uma possível reconstrução digital do que seria o tímpano, extrapolando a imagem visível quando necessário.
Em alguns casos, mesmo quando o usuário faz a escolha do melhor quadro de trabalho, para estimar a proporção entre as partes íntegra e perfurada do tímpano, pode ocorrer de capturar apenas parcialmente o perímetro timpânico. Nesses casos, o sistema é capaz de extrapolar a parte não visível com base na parte visível do tímpano contida na imagem. A Figura 6 apresenta as possíveis partes do tímpano encontradas num dado quadro de trabalho. Uma medida de proporção simples seria a comparação entre as áreas visíveis do tímpano, no entanto, considerando a métrica extrapolada, a região verde é considerada como parte da região azul, compondo também parte do tímpano íntegro.
Na tela apresentada na Figura 7, é selecionada a região que corresponde à área rompida do tímpano, representada pela demarcação
Na tela de definição dos quadrantes do tímpano (Figura 8) deve ser localizado o ponto central do tímpano, originalmente o umbigo do tímpano, e deve-se arrastar o circulo amarelo até posicioná-lo sobre esse ponto. Após selecionar a posição central do tímpano, deve-se clicar com o botão esquerdo do mouse fora do circulo amarelo e mover o mouse para cima ou para baixo, rotacionando os eixos dos quadrantes para a correta seleção. Ao término da rotação, a divisão entre os quadrantes póstero e ântero superior deve estar na cor laranja. Após a determinação dos quadrantes, a imagem é rotacionada (Figura 9) para assumir uma posição padrão dos quadrantes, independente da posição da imagem original.
O estágio atual do Cyclops Auris permite, com base em uma imagem de videotoscopia, estimar a proporção entre as partes perfurada e íntegra em relação à área total do tímpano, e a proporção de cada quadrante em relação à perfuração. A tela final (Figura 10) exibe a imagem original com destaques das regiões rompida e não-rompida, juntamente com valores percentuais que cada uma representa em relação ao tímpano total. Além da medida da proporção da perfuração também é apresentada a relação envolvida em cada quadrante.
Ao final da análise da imagem temos o percentual de membrana timpânica intacta e de membrana perfurada, com esses resultados criamos um banco de dados, no SPSS.
Para a análise estatística dos dados foram utilizadas tabelas de freqüência simples, para descrição de dados demográficos, as medidas da perfuração e de timpanoesclerose são apresentadas através da mediana, e sua comparação entre os grupos foi realizada através do teste de Mann-Whitney. Foi utilizado o coeficiente Kappa para avaliar a reprodutividade da localização da perfuração entre as duas orelhas no mesmo paciente. A correlação entre as variáveis quantitativas foi avaliada através da correlação de Spearman. O teste de Friedman foi utilizado para testar a homogeneidade, de variáveis quantitativas, entre três ou mais grupos.
Este projeto foi aprovado pelo Grupo de Pesquisa e Pós-Graduação da Instituição original, sob o número 06-073. Todos os pacientes que concordam em participar assinaram Termo de Consentimento Livre e Esclarecido para a utilização anônima dos dados em publicações científicas e para documentação e arquivo das filmagens realizadas.
Resultados:
Aplicações do software:
O Cyclops Auris foi testado em nosso acervo de imagens, atualmente temos 1200 (600 pacientes) videotoscopias digitais, destas 348 (281 pacientes) apresentavam perfuração, sendo que em 74 pacientes a patologia era bilateral. A bilateralidade da perfuração timpânica foi mais prevalente no grupo pediátrico (até 18 anos), sendo de 55%.
Dos 281, pacientes a média de idade foi de 25±18 anos, sendo 53% pacientes adultos (a partir de 19 anos) e 51% eram do gênero masculino.
1 - Correlação da perda auditiva condutiva com o tamanho da perfuração
O tamanho das perfurações era de 17% (7 a 30), com valor mínimo de um e máximo de 75%. O gap médio foi de 23±11.
Ao aplicarmos o coeficiente de Spearman, entre o tamanho da perfuração na membrana timpânica e as variáveis média de via aérea, média de via óssea e média dos gap foram encontradas correlações (Figura 11).
Quando estratificamos as perfurações como de parte tensa ou de parte flácida, ao aplicarmos o coeficiente de Spearman, entre o tamanho da perfuração na membrana timpânica e as variáveis média de via aérea, média de via óssea, gap nas freqüências de 500, 1000, 2000, 3000 e 4000Hz e a média dos gap foram encontradas correlações entre todos as variáveis na parte tensa, porém, apenas em algumas da parte flácida (Tabela 1).
Tabela 1 - Correlações de Spearman entre o tamanho da membrana timpânica e as variáveis média de via aérea, média de via óssea e média dos gap
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Parte Tensa |
Parte Flácida | ||
|
|
Correlação |
Valor P |
Correlação |
Valor P |
|
Média VA |
0,32 |
<0,0001 |
0,50 |
0,034 |
|
Média VO |
0,22 |
<0,0001 |
0,10 |
0,678 |
|
Gap 500 |
0,29 |
<0,0001 |
0,40 |
0,104 |
|
Gap 1000 |
0,26 |
<0,0001 |
0,45 |
0,058 |
|
Gap 2000 |
0,16 |
0,006 |
0,60 |
0,009 |
|
Gap 3000 |
0,21 |
<0,0001 |
0,48 |
0,042 |
|
Gap 4000 |
0,23 |
<0,0001 |
0,35 |
0,165 |
|
Média Gap |
0,31 |
<0,0001 |
0,52 |
0,031 |
Estratificando a amostra em grupo pediátrico (até 18 anos) e adulto (a partir de 19 anos), encontrados que o tamanho da área perfurada e o gap são menores no grupo pediátrico, sendo a diferença estatisticamente significativa (Tabela 2):
Tabela 2 - Dados demográficos, tamanho da perfuração e gap médio estratifico em grupo pediátrico e adulto
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Faixa Etária (n=348) |
Idade |
Gênero Masculino |
Área Perfurada |
Gap |
|
Pediátrico (até 18 anos) n=175 |
11±4 |
56% |
14% (6 a 27) |
21±10 |
|
Adulto (a partir de 19 anos) n=173 |
40±14 |
51% |
19% (8 a 34) |
25±11 |
|
Valor P (Mann-Whitney) |
- |
- |
0,026 |
0,014 |
2 - Localização dos quadrantes atingidos pela perfuração
Das 348 perfurações analisadas, 319 se localizavam na parte tensa, 18 na parte flácida e 11 mista (em ambas as partes).
Quando estratificamos as perfurações de parte tensa pelo quadrantes anterior e posterior, e aplicamos o coeficiente de Spearman, entre o tamanho da perfuração na membrana timpânica e os gap nas freqüências de 500, 1000, 2000, 3000 e 4000Hz e a média dos gap foram encontradas correlações entre todos as variáveis no quadrante posterior, porém somente no gap em 4000 Hz no quadrante anterior (Tabela 3).
Tabela 3 - Correlações de Spearman entre o tamanho da membrana timpânica e as variáveis média de via aérea, média de via óssea e média dos gap
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Tamanho da Perfuração |
Quadrantes Posteriores |
Quadrantes Anteriores | |||
|
|
Correlação |
Valor P |
Correlação |
Valor P |
Correlação |
Valor P |
|
Gap 500 |
0,317 |
<0,0001 |
0,165 |
0,061 |
0,264 |
0,002 |
|
Gap 1000 |
0,287 |
<0,0001 |
0,129 |
0,143 |
0,274 |
0,002 |
|
Gap 2000 |
0,196 |
0,001 |
-0,003 |
0,973 |
0,174 |
0,047 |
|
Gap 3000 |
0,225 |
<0,0001 |
0,149 |
0,092 |
0,249 |
0,004 |
|
Gap 4000 |
0,263 |
<0,0001 |
0,180 |
0,041 |
0,205 |
0,019 |
|
Média Gap |
0,331 |
<0,0001 |
0,169 |
0,055 |
0,332 |
<0,0001 |
Ao aplicarmos o teste de Mann-Whitney, para comparar a média dos gap, entre tamanho da perfuração dicotomizado em Pequenas (até 30%) e Grandes (maior de 30%), encontramos diferenças estatisticamente significativas (P=0,001), sendo os gap maiores nas perfurações classificadas como grandes.
Estratificando a amostra pelos quadrantes (ântero-inferior, ântero-superior, póstero-inferior e póstero-superior), encontrados diferenças estatisticamente significativas, através do teste de Friedman, entre os quadrantes. Ao compararmos o tamanho da perfuração em cada quadrante, através do teste de Mann-Whitney, entre os grupos pediátricos e adultos, não encontramos diferenças (Tabela4):
Tabela 4 - Tamanho da perfuração estratifico por quadrantes
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Grupo |
ântero-inferior |
ântero-superior |
póstero-inferior |
póstero-superior |
Valor P Friedman |
|
Grupo geral, n=348 |
30% (19 a 41) |
9% (1 a 25) |
33% (22 a 46) |
14% (3 a 29) |
<0,0001 |
|
Pediátrico (até 18 anos) n=175 |
29% (1 a 49) |
9% (0 a 28) |
30% (5 a 48) |
7% (0 a 26) |
0,002 |
|
Adulto (a partir de 19 anos) n=173 |
31% (19 a 40) |
9% (0 a 23) |
33% (23 a 48) |
14% (3 a 23) |
<0,0001 |
|
Valor P - Mann-Whitney |
0,725 |
0,504 |
0,710 |
0,415 |
|
3 - Correlação do tamanho das perfurações, entre as orelhas,
Dos 281 pacientes que foram avaliados, 74 apresentavam perfuração bilateral. Foi chamada de orelha principal (OP) a que apresentava a perfuração de maior área, já a que apresentava o tamanho da perfuração timpânica menor, foi denominada de orelha contralateral (OCL). Ao aplicarmos o coeficiente de Spearman, entre a as orelhas, através da variável tamanho da perfuração timpânica, foi encontrada correlação forte (Figura 12). Quando comparamos o local da perfuração, entre as orelhas de um mesmo paciente, através do coeficiente Kappa (k= 0,985, P<0,0001), encontramos alta concordância (Tabela 5).
Tabela 5 - Concordância do local da perfuração timpânica entre as orelhas principal e a contralateral
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Orelha Contralateral |
| ||
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Parte Tensa |
Parte Flácida |
Mista |
Total |
|
Orelha Principal |
Parte Tensa |
69 |
1 |
0 |
70 |
|
Parte Flácida |
2 |
1 |
0 |
3 | |
|
Mista |
0 |
0 |
1 |
1 | |
|
|
Total |
71 |
2 |
1 |
74 |
4 - Correlação do percentual de timpanoesclerose na membrana timpânica com a perda auditiva
Dos 600 pacientes com otite média crônica avaliados, 51 apresentavam patologia unilateral e, exclusivamente, timpanoesclerose na orelha contralateral. A média de idade nestes pacientes foi de 31 ± 17, e a prevalência do gênero feminino foi de 52%.
Todas as perdas auditivas encontradas foram do tipo condutiva.
Ao aplicarmos o coeficiente de Spearman, entre o tamanho da área de timpanoesclerose na membrana timpânica e os gap, foi encontrada correlação moderada em 500 Hz (Figura13) e 1000 Hz (Figura14).
Os gap nas demais freqüências não apresentaram correlação com o tamanho da área de timpanoesclerose (Tabela 6).
Tabela 6 - Coeficientes de correlação de Spearman, entre o tamanho da timpanoesclerose e o gap, nas freqüências de 2000, 3000 e 4000 Hz
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Freqüências | ||
|
|
2000 Hz |
3000 Hz |
4000 Hz |
|
Coeficiente de Spearman |
0,190 |
0,098 |
0,165 |
|
Valor P |
0,228 |
0,536 |
0,298 |
Discussão
A perfuração timpânica é uma das alterações mais freqüente da OMCNC, sendo seu tamanho um dos mais importantes fatores prognósticos para as timpanoplastias5. Acredita-se que tanto seu tamanho quanto sua localização possam interferir na intensidade da perda auditiva condutiva6,7,8. É muito difícil, no entanto, determinar o tamanho das perfurações timpânicas, pois inexistem instrumentos, específicos para avaliação da orelha média, que permitam uma medida exata da relação entre a área total da membrana timpânica e área da perfuração.
A estimação precisa da área afetada da membrana timpânica, seja por perfuração, retração ou timpanoesclerose, poderá ser útil no manejo clínico de pacientes com otite média crônica e em estudos dessa doença. Na literatura, encontramos referências da estimação do tamanho da perfuração timpânica, por otologista, através de inspeção visual, porém este é um método bastante subjetivo e sujeito a um erro grande.
Jaisinghani e col.9 efetuaram uma análise quantitativa de doenças da membrana timpânica, utilizando videotoscopias em VHS que foram digitalizadas, sendo as medidas realizadas com o auxílio do software Image Pro Plus, o qual é um programa que trabalha com imagens estáticas, é de difícil manipulação e não específico para patologias da orelha média e, além disso, ele possuí custo alto para licença.
Da mesma maneira Hsu e col.10 utilizaram um método (CALAREA) para medição da perfuração da membrana timpânica, através de um pacote de funções matemáticas (MATLAB). Porém, no CALAREA o desenho da perfuração é todo feito por uma seqüência de clicks, os quais compõem um grupo de pontos que formarão o perímetro da área, sendo um processo completamente manual. O CALAREA, apesar de ser um programa desenvolvido para a medida de perfuração não tem independência de execução, pois necessita ter as bibliotecas do software MATLAB.
O Cyclops Auris possuí facilidades sobre os programas disponíveis para esse tipo de medições. Primeiramente, foi desenvolvido especificamente para mensurar a extensão de patologias da orelha média, sendo esta, uma ferramenta user-friendly e semi-automatizado. A seleção da área timpânica é feita baseada em um parâmetro anatômico. A seleção de suas patologias é efetuada através da seleção de regiões não sobrepostas que compõe a imagem. Estas regiões são obtidas através da aplicação de ferramentas da área de processamento digital de imagens conhecidas como segmentação por crescimento de região (Figura 15). O Cyclops Auris permite também a medição da área perfurada por quadrantes, o que clinicamente tem várias implicações.
Em termos gerais, utilizando o Cyclops Auris, pôde-se estimar as medidas de patologias da membrana timpânica com alta precisão, tais como perfurações e timpanoesclerose. A estimativa dessas medidas é de fundamental importância para o manejo clínico e, em especial, nos estudos prospectos da otite média crônica.
A membrana do tímpano é topograficamente dividida em parte flácida e parte tensa. A região vibrante, ativada por estímulos sonoros, localiza-se mais precisamente no centro da parte tensa. É nesta região onde ocorre a maior prevalência das perfurações da membrana timpânica11. No presente estudo confirmamos esses achados, pois foram encontrados mais casos com alterações na parte tensa do tímpano do que na parte flácida.
Segundo Voss e col.5, em pesquisa com ossos temporais humanos, as perfurações timpânicas estão relacionadas a perdas auditivas em baixas freqüências, e que quanto maior o tamanho das perfurações maior será a perda auditiva. Esses dados são semelhantes ao que verificamos em nosso estudo, onde obtivemos correlação entre o tamanho da perfuração e a perda auditiva condutiva, porém não encontramos diferenças entre as perdas em baixas e altas freqüências, visto que encontramos correlações de mesma magnitude em todas as freqüências estudadas. Bigelow e col.7, em estudo experimental com ratos, encontraram que as perfurações pequenas atingem as baixas freqüências, mas que o aumento da perfuração faz aparecer perda auditiva condutiva em altas freqüências também. Esses resultados confirmam os nossos achados de perda auditiva condutiva também nas altas freqüências.
Dados sobre a localização da perfuração, de outro trabalho de Voss e col.6, em ossos temporais humanos, são discordantes dos nossos. Os autores afirmam que a perda auditiva depende apenas do tamanho da perfuração timpânica, pois não encontraram diferenças estatísticas entre as perfurações, de mesmo tamanho, nos quadrantes anteriores e posteriores. Em nosso estudo encontramos que há correlação entre o tamanho da perfuração timpânica, nos quadrantes posteriores, e a perda auditiva condutiva, nos gap em 500, 1000, 2000, 3000 e 4000Hz, porém, só encontramos correlação entre o tamanho da perfuração timpânica, nos quadrantes anteriores e a perda auditiva condutiva, no gap em 4000Hz.
Nossos achados confirmam a hipótese clínica de que haveria mais perda auditiva quando as perfurações atingem os quadrantes posteriores, justificada pela proximidade com a janela redonda, porém com a resalva de que não analisamos, nesse estudo, o estado da cadeia ossicular. Outro estudo de Mehta e col.12 neste caso um estudo clínico, também não encontrou diferenças entre a perda auditiva nos quadrantes posteriores e anteriores, porém, um fator relevante na diferença entre os resultados do nosso estudo e esse é o de que nós utilizamos dados quantitativos do tamanho da perfuração timpânica para a comparação entre os quadrantes, mas o de Mehta e col.12 utilizou uma medida indireta (volume de ar na orelha média) e um pequeno tamanho amostral de apenas 29 orelhas, sendo 14 de quadrante anterior e 15 de quadrante posterior, em nosso estudo tínhamos um tamanho amostral de 348 perfurações.
Além de encontramos correlações entre o tamanho da perfuração e as variáveis de perda auditiva condutiva, também encontramos diferença quando dicotomizamos o tamanho das perfurações em pequenas e grandes, sendo que o gap médio era bem menor nas perfurações pequenas, independente da localização da perfuração.
Um dado que não pôde ser estatisticamente analisado, por seu tamanho amostral reduzido, foi o estado da cadeia ossicular. Da amostra total de pacientes havia apenas 42 pacientes que foram submetidos à timpanoplastia, após a captura das imagens de videotoscopia, portanto, desse grupo conseguimos a descrição do estado da cadeia ossicular, sendo que em 22 não havia alteração na cadeia. Quando aplicamos o coeficiente de Spearman nesta sub-amostra, estratificada pelo estado da cadeia (alterada ou não alterada), não encontramos correlações entre o tamanho da perfuração e a perda auditiva, fato justificado por ser exigido um número mínimo de 30 casos para aplicarmos a análise de correlação. Esperamos aumentar a amostra com descrição cirúrgica para refazermos esta análise, pois sabemos que a descontinuidade da cadeia ossicular é um fator agregador de perda auditiva condutiva, além do tamanho da perfuração timpânica.
A nossa série também demonstrou alta concordância do tamanho das perfurações quando um paciente era acometido desta em ambas as orelhas. Estes achados, então, corroboram a idéia de tendência à bilateralidade das patologias crônicas da orelha média. Acreditamos na importância da valorização dos achados da OCL nos pacientes com OMC, por dois aspectos fundamentais: entendimento da patogênese da OMC e tratamento e aconselhamento de tais doentes.
Além do tamanho das perfurações timpânicas, pudemos aplicar o Cyclops Auris para a medição da timpanosclerose na membrana timpânica. Sabemos que para haver transmissão do som, a membrana timpânica necessita vibrar na mesma freqüência da energia sonora recebida. Isto é possível graças às características da membrana timpânica: sua forma cônica, a qual promove uma concentração maior de energia no centro; e sua mobilidade.
Uma mensagem acústica é recebida nas circunvoluções do pavilhão auricular, concentrada no meato acústico externo percorrendo toda a extensão do conduto auditivo externo até chegar à membrana timpânica. Ao vibrar, a membrana timpânica movimenta sincronicamente toda a cadeia ossicular: martelo, bigorna e estribo. A principal função do sistema tímpano-ossicular é a de transmitir a onda sonora de um meio com baixa para um de alta impedância, com a menor perda de energia possível13.
A dinâmica do sistema tímpano-ossicular pode ser prejudicada por placas de timpanoesclerose, especialmente as maiores, pois estas provocam um enrijecimento da membrana timpânica, fato que acarretará problemas, em maior ou menor grau, na vibração dessa e, conseqüentemente, na transmissão da onda sonora.
Acreditamos que um dos fatores determinantes do grau de perda da mobilidade timpânica seja o tamanho da timpanoesclerose, por diminuição da área vibrátil da membrana timpânica.
No presente trabalho, encontramos correlação entre a extensão da timpanoesclerose com a perda auditiva apenas nas freqüências de 500 e 1000 Hz, fato explicado por serem os graves mais atingidos nas perdas condutivas. Segundo Ravicz e col.14, em estudo sobre os mecanismos de perda auditiva em orelha média com efusão, a velocidade do umbo do martelo seria dependente da complacência, nas baixas freqüências, e da resistência nas altas. Estes resultados poderiam explicar por que o tamanho da timpanoesclerose, visto que esta diminui a complacência da membrana timpânica, estaria relacionado apenas com o gap nas freqüências graves.
Conclusões
O Cyclops Auris é o primeiro instrumento computacional, que se tem conhecimento, ágil e de fácil manipulação, específico para quantificação da extensão de patologias da membrana timpânica. Pode ser utilizado para auxiliar em análises quantitativas e para monitorar progressão da otite média crônica em estudos prospectivos.
O tamanho das perfurações está correlacionado com o grau de perda auditiva condutiva nos pacientes com otite média crônica não colesteatomatosa. Há correlação do tamanho da perfuração com a perda auditiva em todas as freqüências.
O tamanho da área perfurada e o gap são menores no grupo de pacientes pediátricos (até 18 anos). A média dos gap é menor nas perfurações de até 30% do tímpano, independente da localização da perfuração.
Os quadrantes mais afetados, ou seja, com maiores perfurações são os inferiores, tanto anterior quanto posterior. Nas perfurações de quadrantes posteriores todas as variáveis audiométricas estudadas estão correlacionadas com o tamanho da perfuração, mas nas de quadrantes anteriores apenas no gap em 4000 Hz. Nas perfurações da parte tensa todas as variáveis audiométricas estudadas estão correlacionadas com o tamanho da perfuração e nas de parte flácida algumas estão correlacionadas.
Há uma alta prevalência de pacientes com perfuração em ambas as orelhas, sendo as características co-laterais muito semelhantes. O grupo pediátrico apresenta maior prevalência do que o grupo adulto. Há uma alta correlação entre os tamanhos das perfurações e alta concordância quanto à localização dessas.
A timpanoesclerose acarreta mais perda auditiva, do tipo condutiva, nas freqüências graves. Há correlação entre a extensão da timpanoesclerose com a perda auditiva nas freqüências de 500 e 1000 Hz. Não há correlação da extensão da timpanoesclerose com a perda auditiva nas freqüências de 2000, 3000 e 4000 Hz.
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Figura 1
Modelo geral das patologias mensuráveis do tímpano
Figura 2
Tela de abertura do Cyclops Auris
Figura 3
Tela de abertura do arquivo
Figura 4
Tela de seleção de quadro
Figura 5
Tela de seleção da área timpânica
Figura 6
Representação da parte visível e não visível do tímpano
Figura 7
Tela de seleção de área rompida do tímpano
Figura 8
Tela de definição dos quadrantes do tímpano
Figura 9
Tela com imagem rotacionada
Figura 10
Tela de mensuração
Figura 11
Gráficos de Scatter Plot entre o tamanho da membrana timpânica intacta e as variáveis média de via aérea, média de via óssea e média dos gap
Figura 12
Gráfico de Scatter Plot entre o tamanho da perfuração timpânica maior (OP) e o tamanho da perfuração timpânica menor (OCL)
Figura 13
Gráfico de Scatter Plot entre o tamanho da área de timpanoesclerose na membrana timpânica e os gap em 500 Hz
Figura 14
Gráfico de Scatter Plot entre o tamanho da área de timpanoesclerose na membrana timpânica e os gap em 1000 Hz
Figura 15
Exemplo de segmentação por crescimento de região. À esquerda imagem original (http://wvs.topleftpixel.com/archives/photos_landscape/050802_1258.shtml) e à direita imagem segmentada.
