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Mestrado em Engenharia Biomédica
Trabalhos Práticos
Julho de 2007
Lara Marlene Fernandes Quintela
Modelação Geométrica e Computacional do
Ouvido Médio – Análise de Casos
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Modelação Geométrica e Computacional do Ouvido Médio – Análise de Casos
Modelação Geométrica e Computacional do
Ouvido Médio – Análise de Casos
Por:
Lara Marlene Fernandes Quintela
Licenciada em Audiologia pela
Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Coimbra (2005)
Orientador:
João Manuel R. S. Tavares
Professor Auxiliar da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto,
Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial
Co-orientador:
Renato M. Natal Jorge
Professor Auxiliar da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto,
Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial
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Modelação Geométrica e Computacional do Ouvido Médio – Análise de Casos
ÍNDICE
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I – Introdução ........................................................................................................................ 3
1.1 – Introdução................................................................................................................. 4
1.2 – Objectivos do Projecto ............................................................................................. 6
1.3 – Estrutura do Relatório............................................................................................... 7
II – Noções de Anátomo-Fisiologia do Ouvido ..................................................................... 8
2.1 – Introdução................................................................................................................. 9
2.2 – Ouvido Externo ........................................................................................................ 9
2.3 – Ouvido Médio......................................................................................................... 10
2.4 – Ouvido Interno........................................................................................................ 12
2.5 – Conclusão ............................................................................................................... 18
III – Otosclerose: Descrição e Métodos de Diagnóstico ...................................................... 19
3.1 – Introdução............................................................................................................... 20
3.2 – Etiologia ................................................................................................................. 20
3.3 – Epidemiologia......................................................................................................... 21
3.4 – Topografia .............................................................................................................. 21
3.5 – Histopatologia......................................................................................................... 22
3.6 – Fisiopatologia ......................................................................................................... 22
3.7 – Clínica..................................................................................................................... 23
3.8 – Conclusão ............................................................................................................... 24
IV – Reabilitação Cirúrgica do Ouvido Médio: Cirurgia da Otosclerose ............................. 25
4.1 – Introdução............................................................................................................... 26
4.2 – Técnica Cirúrgica ................................................................................................... 26
4.2.1 – Estapedotomia ................................................................................................. 28
4.2.2 – Estapedectomia................................................................................................ 28
4.3 – Conclusão ............................................................................................................... 29
V – Estudos Biomecânicos do Ouvido Médio ..................................................................... 30
5.1 – Introdução............................................................................................................... 31
5.2 – Estudos Biomecânicos............................................................................................ 31
5.2 – Conclusão ............................................................................................................... 34
VI – Conclusões e Trabalho Futuro..................................................................................... 35
6.1 – Conclusões.............................................................................................................. 36
6.2 – Trabalho Futuro ...................................................................................................... 37
Bibliografia ........................................................................................................................... 38
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Modelação Geométrica e Computacional do Ouvido Médio – Análise de Casos
I – Introdução
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1.1 – Introdução
O ouvido, tal como é conhecido do ponto de vista anatómico, inclui três
compartimentos que interagem com funções diferentes mas complementares no fenómeno
da audição. Eles são o ouvido externo, o ouvido médio e o ouvido interno, [PENHA,
1998]. O ouvido funciona como um transdutor que está ligado ao Sistema Nervoso Central
(SNC) através do VIII par craniano e que converte a energia mecânica da onda sonora de
entrada em energia eléctrica para a sua posterior transmissão ao cérebro. Neste contexto, é
similar a um microfone, convertendo as oscilações mecânicas de uma onda sonora em
sinais eléctricos. O sistema auditivo comporta assim complexos fenómenos, entre eles o
biomecânico.
Problemas no normal funcionamento do ouvido podem ter como consequência uma
deficiência auditiva. A surdez é um dos sintomas ou síndromas mais distribuídos por todo
o mundo, atingindo todas as idades, dos recém-nascidos aos mais velhos, todas as raças, os
dois sexos e tem uma enorme repercussão no ponto de vista da linguagem e comunicação
familiar, cultural, profissional, afectivo e psicológico, com causas muito e cada vez mais
diversificadas, [RUAH, 2002].
Podemos classificar a surdez em tipo e em grau. No que se refere à classificação
por tipo, podemos distinguir:
- Hipoacúsia de Condução ou Transmissão;
- Hipoacúsia Sensorineural (Neurossensorial) ou de Percepção;
- Hipoacúsia Mista;
- Hipoacúsia Central;
- Hipoacúsia Não Orgânica.
A hipoacúsia de condução é, em si, a tradução de alguma patologia dos ouvidos
externo e médio, tais como exostoses obliterativas, otites seromucosas ou serosas, rolhões
epidérmicos, cerúmen, corpos estranhos, perfurações timpânicas, malformações da cadeia
tímpano-ossicular, otosclerose, etc. Assim, neste caso está em questão uma alteração do
funcionamento do sistema tímpano-ossicular, não havendo envolvimento do órgão receptor
ou coclear. Por outro lado, a hipoacúsia sensorineural está relacionada com problemas ao
nível do ouvido interno e nervo auditivo. A hipoacúsia mista é uma hipoacúsia em que, tal
como a designação sugere, combina as características da hipoacúsia de condução às
características da hipoacúsia sensorineural; A hipoacúsia central corresponde a deficits de
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processamento central que não são atribuídos nem ao mecanismo periférico da audição
nem ao intelecto.
A hipoacúsia não orgânica constitui um tipo de hipoacúsia em que a pessoa em
causa refere ter uma perda de audição mas os seus limiares tonais e/ou o seu
comportamento não coincidem com a queixa reportada, [GELFAND, 1996].
Existem várias classificações relativas ao grau de hipoacúsia. Contudo, a mais
utilizada a nível europeu é a proveniente da recomendação do BIAP – Bureau
International d’Audiophonologie. Em traços gerais, o seu cálculo é realizado a partir da
perda média nas frequências de 500, 1000, 2000 e 4000 Hz, sendo a sua classificação
obtida da seguinte forma:
•
Hipoacúsia ligeira, 21-40 dB;
•
Hipoacúsia de grau médio, 41-70 dB:
1º Grau: 41 dB-55 dB;
2º Grau: 56 dB -70 dB;
•
Hipoacúsia de grau severo, 71-90 dB:
1º Grau: 71 dB -80 dB;
2º Grau: 81 dB -90 dB;
•
Hipoacúsia de grau profundo, 91-119 dB:
1º Grau: 91 dB -100 dB;
2º Grau: 101 dB -110 dB;
3º Grau: 111 dB -119 dB;
•
Cofose, 120 dB.
A Semiologia constitui o estudo dos sinais e sintomas de uma entidade nosológica
que permitem ao clínico determinar, através de interrogatório, observação e estudos
específicos complementares, se uma doença é verdadeira em termos orgânicos ou
psicológicos e quais as suas possíveis causas etiopatogénicas. Tal, de forma a se conseguir
chegar às conclusões acima referidas, bem como quais os meios que se podem utilizar
secundariamente para se chegar á identificação da doença. O estudo semiológico deve
incluir a identificação do doente, história actual do órgão em causa e dos órgãos
associados, história pregressa e familiar, hábitos e profissão. Terminada esta sequência,
passar-se-á à observação do órgão em causa e dos órgãos correlacionados, e, em seguida,
ao estudo complementar; nomeadamente, estudo funcional, imagiológico e laboratorial.
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Esta investigação conduzirá, na maioria dos casos, a um diagnóstico exacto, à avaliação do
prognóstico e à indicação terapêutica mais adequada, médica ou cirúrgica, [RUAH, 2002].
No caso da semiologia da surdez, o órgão em causa é o ouvido.
Actualmente, o estudo imagiológico do ouvido tem enorme relevância no
diagnóstico da patologia otológica e, inclusivamente, na surdez. Nomeadamente, passou a
ser possível caracterizar melhor a patologia através de exame tomográfico, e ao descobrirse a tomografia computorizada (TC), esta técnica passou a ser indispensável na resolução
desses problemas e na futura abordagem à base do crânio.
1.2 – Objectivos do Projecto
Será com base na informação obtida a partir de imagens de sistemas de Tomografia
Computorizada que, durante o presente projecto, se desenvolverão técnicas e metodologias
computacionais que permitam a modelação geométrica tridimensional (3D) do ouvido
médio, bem como a sua modelação segundo princípios físicos.
Assim, serão primeiramente consideradas técnicas de processamento e análise de
imagem que permitirão a reconstrução geométrica 3D das estruturas anatómicas do ouvido
médio a partir de imagens; nomeadamente, a partir de imagens de sistemas TC. De tal
modo, serão consideradas técnicas para melhoramento de imagem, segmentação de
estruturas representadas em imagens e de reconstrução 3D das estruturas segmentadas.
Posteriormente, serão consideradas metodologias para a obtenção de malhas geométricas
3D adequadas para sistemas de modelação física, por intermédio da utilização de sistemas
de elementos finitos, a partir das geometrias previamente reconstruídas. Assim, entre
outras, serão consideradas técnicas para simplificação e suavização de malhas poligonais.
Na fase seguinte, serão consideradas metodologias para modelação computacional,
segundo princípios físicos, das estruturas previamente reconstruídas, recorrendo-se a
sistemas de elementos finitos.
As metodologias consideradas serão aplicadas no estudo e análise de casos de
clínicos reais; assim, serão considerados casos de pacientes sem patologias, pacientes com
patologias ao nível do ouvido médio (Otosclerose) e, se possível, pacientes com
dispositivos protésicos interiores pós Estapedectomia/Estapedotomia – cirurgias da
Otosclerose, com o objectivo de remoção dos focos de otosclerose, substituindo o estribo
(3ºossículo do ouvido médio) por uma prótese que vai ligar a bigorna (2ºossículo do
ouvido médio) à zona da janela oval, restabelecendo desta forma a transmissão sonora
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entre a cadeia ossicular e o ouvido interno. Desta forma, serão analisados vários factores
no comportamento do ouvido médio, incluindo a influência da qualidade e da resolução
das imagens utilizadas na reconstrução 3D, a modelação física adoptada, o efeito das
próteses, etc.
Resumidamente, com esta Dissertação pretende-se atingir os seguintes objectivos:
1) estudo detalhado da anatomia e do funcionamento do ouvido médio; 2) estudo e
desenvolvimento de metodologias que permitam a modelação geométrica 3D do ouvido
médio a partir de imagens médicas; 3) estudo e desenvolvimento de metodologias que
permitam a modelação computacional do ouvido segundo princípios físicos a partir da sua
geometria 3D; 4) aplicação das metodologias consideradas em vários casos experimentais
reais; 5) aplicação das metodologias consideradas na análise do comportamento
biomecânico das estruturas modeladas.
1.3 – Estrutura do Relatório
O presente relatório encontra-se dividido em seis capítulos, ao longo dos quais se
abordam os conceitos básicos necessários à realização deste trabalho. No próximo capitulo,
serão descritas noções de Anátomo-Fisiologia do ouvido, com ênfase na anatomia do
ouvido médio, cuja patologia, em particular a Otosclerose e a sua reabilitação cirúrgica,
será descrita nos capítulos seguintes. Estudos biomecânicos já realizados serão descritos no
capítulo seguinte, com referência a trabalhos que constituem um enquadramento a este
projecto e demonstram sua viabilidade. O presente relatório inclui ainda uma breve
conclusão com indicação das perspectivas de trabalho futuro.
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II – Noções de
Anátomo-Fisiologia do Ouvido
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2.1 – Introdução
O ouvido, tal como é conhecido do ponto de vista anatómico, inclui três
compartimentos que interagem com funções diferentes mas complementares no fenómeno
da audição. Eles são o ouvido externo, o ouvido médio e o ouvido interno, [GELFAND,
1996]; este último, dividido em labirinto anterior e labirinto posterior, figura 1.
Figura 1: Anatomia do Ouvido. Imagem de [Imagem 1, 2007].
2.2 – Ouvido Externo
O ouvido externo é composto pelo pavilhão auricular e pelo canal auditivo externo
(CAE).
O pavilhão auricular é constituído por uma lâmina de cartilagem elástica, que se
continua com a cartilagem do CAE, revestida por pericôndrio e coberta de pele.
O canal auditivo externo tem a forma de um “S” aberto e dirigido para a frente e
ligeiramente para baixo. Mede cerca de 25 milímetros e divide-se numa parte externa
cartilagínea e uma parte interna óssea. A pele que reveste a parte cartilaginosa do canal
contém pêlos e glândulas, [RUAH, 2002], figura 2.
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Através do pavilhão auricular é possível distinguir a direcção da fonte sonora, isto
porque o pavilhão amortece determinados componentes do som e amplifica outros, em
função da localização da mesma. No entanto, o pavilhão auricular não desempenha
qualquer função no reconhecimento do som no plano horizontal, [PENHA, 1998].
Pelo canal auditivo externo penetra o som vindo do exterior, o qual é conduzido até
à membrana timpânica, possuindo o CAE uma ressonância natural próxima dos 3500Hz, o
que provoca nesta frequência uma amplificação de cerca de 8 dB, [PENHA, 1998].
(b)
(a)
Figura 2: Estruturas constituintes do ouvido externo (a) e constituição do pavilhão
auricular (b). Imagens de [Vilela, 2007].
2.3 – Ouvido Médio
O ouvido médio é um conjunto de espaços aéreos, ligados entre si e que se podem
dividir em: 1) Trompa de Eustáquio, 2) cavidade do ouvido médio e 3) cavidade
mastoideia.
A Trompa de Eustáquio é uma estrutura tubular que vai da nasofaringe à parede
anterior da caixa do tímpano. A trompa encontra-se habitualmente encerrada e abre-se
durante a deglutição, o bocejo ou o espirro. O músculo responsável pela abertura da trompa
é o músculo tensor do véu do palato, [PENHA, 1998].
A cavidade do ouvido médio é uma caixa que tem seis paredes e contém os três
ossículos com os seus ligamentos, tendões e músculos, e é coberta por uma túnica mucosa
do tipo respiratório na vizinhança da abertura da trompa e pavimentoso nas outras porções.
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A cavidade divide-se em três andares: o epitímpano ou ático, que corresponde à região da
caixa acima do nível do tímpano; o mesotímpano, que corresponde à região ao nível da
membrana do tímpano e o hipotímpano situado abaixo do nível da membrana do tímpano.
A cavidade mastoideia é composta por um grupo de espaços aéreos, as células
mastoideias, que se encontram em continuidade umas com as outras em volta de uma
célula maior designada por antro mastoideu [RUAH, 2002].
A membrana timpânica separa o CAE do ouvido médio, constituindo um marco
anátomo-funcional importante. A referida membrana divide-se em duas porções: a
superior, pars flácida ou membrana de Shrapnell e a pars tensa.
O conjunto formado pelo tímpano e pelos ossículos (martelo, bigorna e estribo),
normalmente designado por cadeia tímpano-ossicular, tem um papel preponderante na
amplificação da pressão sonora, a qual vinda do exterior, atinge o tímpano e põe a vibrar a
referida cadeia, figura 3.
Figura 3: Ossículos do Ouvido Médio. Imagem de [Vilela, 2007].
Normalmente, o ouvido médio está cheio de ar, o qual entra nesta cavidade através
da Trompa de Eustáquio que se abre nos movimentos faríngeos criando diferenças de
pressão entre a nasofaringe e a caixa do tímpano.
Suspensa no espaço do ouvido médio e parcialmente localizada na região
epitimpânica, a cadeia ossicular constitui um sistema de condução e de amplificação da
energia sonora captada pelo tímpano. Essa amplificação deve-se à concentração da mesma
através da cadeia ossicular na pequena superfície da platina do estribo, dezassete vezes
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mais pequena em área que a membrana timpânica. Por outro lado, a cadeia ossicular
constitui um sistema de alavanca que implica um aumento de 130% na energia sonora que
atravessa, o que equivale, multiplicando pela diferença de áreas, 17 vezes, entre o tímpano
e o estribo, deve-se ainda referir que a mesma energia sonora é amplificada cerca de vinte
e duas vezes. Mas, esta amplificação é compensada pela perda de energia sofrida pela
passagem de um meio gasoso, o ar, para um meio líquido, a perilinfa do ouvido interno,
[GELFAND, 1996].
No ouvido médio há ainda com função importante na fisiologia da audição, a acção
dos músculos ossiculares; ou seja, a acção dos músculos tensor do tímpano e do estribo. A
sua acção é reflexa e bilateral, e pode ser desencadeada quer por um estímulo acústico quer
por uma estimulação táctil ou eléctrica do ouvido externo ou da face. O músculo tensor do
tímpano, inserido no colo do martelo, é enervado pelo trigémio, enquanto o músculo do
estribo é enervado pelo nervo facial. A função destes músculos parece ser, para além da
manutenção dos ossículos em posição adequada, a de proteger o ouvido interno da
excessiva estimulação, [RUAH, 2002].
Todas as alterações funcionais que surjam no ouvido médio em consequência dos
diversos tipos de patologia que o podem afectar, põem em causa a normal transmissão do
impulso mecânico provocado pelo som, sendo por isso a causa de uma perda auditiva do
tipo condutivo ou de transmissão. Nesta última situação, o ouvido interno, mesmo que
funcionalmente normal, receberá de uma forma muito atenuada os impulsos sonoros
provenientes do meio ambiente, [PENHA, 1998].
2.4 – Ouvido Interno
O ouvido interno é uma estrutura complexa localizada na região interna da porção
petrosa do osso temporal. Devido à complexidade desta estrutura, frequentemente designase o ouvido interno por labirinto. O ouvido interno consiste num invólucro externo ósseo, o
labirinto ósseo, no interior do qual se encontra o labirinto membranoso. O labirinto ósseo
pode ser dividido em três secções principais: os canais semicirculares (superior, lateral e
inferior), o vestíbulo e a cóclea. As duas primeiras secções são responsáveis pela
manutenção do equilíbrio, [BESS, 1998], figura.4.
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Figura 4: Labirinto Ósseo. Imagem de [Guyton, 1981].
Nesta descrição do ouvido interno será dada especial ênfase à cóclea, pois é esta
que contém o órgão sensorial da audição.
1- escala ou rampa média ou coclear
2- escala ou rampa vestibular
3- escala ou rampa timpânica
4- gânglio espiral
5- nervo coclear (partindo da
membrana basilar)
(a)
(b)
Figura 5: Constituição da cóclea (a) e espiras da cóclea (b). Imagens de [Vilela, 2007].
A cóclea, que tem uma forma espiral de caracol, possui cerca de 2
¾
espiras nos
seres humanos, figura 5. A espira maior designa-se por espira basal; a menor, no topo da
cóclea, designa-se por espira apical. Outros dois “marcos anatómicos” importantes do
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ouvido interno são as janelas oval e redonda; a platina do estribo, o osso mais medial dos
três ossículos do ouvido médio, está ligado à janela oval, [PORTMANN, 1993], figura 6.
Figura 6: Janela oval e janela redonda. Imagem de [Guyton, 1981].
O canal espiral que percorre toda a estrutura óssea em forma de caracol é
subdividido em três compartimentos. O compartimento localizado entre os outros dois é
um corte transversal do labirinto membranoso que passa pelo labirinto ósseo. Os três
compartimentos são preenchidos por líquido; o compartimento medial, designado por
rampa média, contém no seu interior endolinfa e os dois compartimentos adjacentes, a
rampa vestibular e a rampa timpânica, contêm um líquido diferente, a perilinfa. No apéx da
cóclea há um pequeno orifício, o helicotrema, que conecta os dois compartimentos
preenchidos por perilinfa, a rampa vestibular e a rampa timpânica, figura 7.
Figura 7: Rampas timpânica, média e vestibular. Imagem de [Vilela, 2007].
A janela oval forma uma interface entre a cadeia ossicular do ouvido médio e a
rampa vestibular preenchida com perilinfa. Quando a janela oval vibra, como consequência
da vibração da cadeia ossicular, forma-se uma onda dentro da rampa vestibular. Devido ao
facto de os compartimentos preenchidos com líquido se encontrarem “vedados” dentro do
labirinto ósseo, o deslocamento para dentro dos líquidos cocleares na janela oval deve ser
compensado por um deslocamento para fora noutro local. Isto é obtido através da janela
redonda, que comunica directamente com a rampa timpânica. Quando a janela oval é
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empurrada para dentro pelo estribo, a janela redonda é empurrada para fora pela pressão
aumentada, [GELFAND, 1996].
Quando a platina do estribo oscila para a frente e para trás na janela oval provoca
um movimento nos líquidos cocleares. Este movimento desloca a rampa média de forma
semelhante a uma onda. Este padrão de deslocamento é normalmente simplificado,
considerando-se apenas o movimento de uma das divisões da rampa média – a membrana
basilar. Contudo, o movimento descrito para a membrana basilar ocorre também na divisão
oposta da rampa média – a membrana de Reissner. A onda gerada ao longo da membrana
basilar “viaja” da base até ao apéx. O padrão de deslocamento aumenta gradualmente em
amplitude, à medida que vai da base em direcção ao apéx, até atingir um ponto máximo de
deslocamento. Neste ponto, a amplitude de deslocamento decresce abruptamente. À
medida que a frequência do estímulo aumenta, o pico do padrão de deslocamento
movimenta-se numa direcção basal mais próxima da platina do estribo. Nas baixas
frequências, praticamente toda a membrana sofre algum grau de deslocamento. À medida
que a frequência do estímulo aumenta, uma região mais restrita da membrana basilar sofre
um deslocamento. Em geral, para todas as frequências, excepto as baixas (50 Hz), o
deslocamento máximo verificado no interior da cóclea está associado à frequência de um
estímulo acústico. A frequência do estímulo acústico que chega ao tímpano e desloca a
platina do estribo será analisada ou distinguida de sons de diferentes frequências pela
localização do padrão de deslocamento ao longo da membrana basilar, [BESS, 1998].
Devido ao facto da onda de pressão criada dentro dos líquidos cocleares ter origem
próxima da base da cóclea, na janela oval, pode pensar-se que este é o motivo pelo qual o
padrão de deslocamento da onda viajante parece movimentar-se da base para o apéx. Pelo
contrário, estudos com modelos do ouvido interno revelam que a fonte de vibração (janela
oval) pode estar localizada em qualquer ponto da cóclea, inclusive no apéx, sem nenhum
efeito no padrão de deslocamento da membrana basilar. A principal característica física do
ouvido interno responsável pela direcção do avanço da onda viajante é o gradiente de
rigidez da membrana basilar, sendo superior na base e diminuindo na direcção do apéx. A
rigidez oferece a maior oposição ao deslocamento em vibrações de baixa frequência.
Assim, a maior rigidez da membrana basilar na porção basal da cóclea opõe-se ao
deslocamento quando estimulada por um som de baixa frequência, forçando a onda a
“viajar” mais para cima na cóclea, em direcção ao apéx, para uma região com menor
rigidez e menor oposição à vibração de baixa frequência, [BESS, 1998].
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O órgão sensorial da audição, o órgão de Corti, localiza-se sobre a membrana
basilar. O referido órgão contém milhares de células receptoras sensoriais chamadas de
células ciliadas. Cada célula ciliada possui vários cílios minúsculos que se projectam da
parte superior da célula. Existem dois tipos de células ciliadas no órgão de Corti. As
células ciliadas internas (CCI) compõem uma única fileira de receptores localizada mais
próximo do modíolo ou porção óssea central da cóclea. Os cílios destas células são livres,
ou seja, não entram em contacto com nenhuma outra estrutura. Aproximadamente 90-95%
das fibras nervosas auditivas que conduzem as informações ao cérebro entram em contacto
com as células ciliadas internas. As células ciliadas externas (CCE) existem em maior
quantidade e, geralmente, encontram-se organizadas em três fileiras. Os cílios das células
ciliadas externas encontram-se inseridos numa estrutura gelatinosa designada por
membrana tectória, suspensa sobre a parte superior do órgão de Corti, [GELFAND, 1996].
O órgão de Corti é delimitado por duas membranas: a membrana basilar
inferiormente e a membrana tectória superiormente, figura 8.
(a)
(b)
Figura 8: Constituição do órgão de Corti(a), Imagem de [Guyton, 1981], e células
ciliadas externas (b), Imagem de [Vilela, 2007].
Os pontos modiolares ou mediais da ligação destas duas membranas encontram-se
deslocados; isto é, a membrana tectória está ligada a uma estrutura designada limbo
espiral, localizado mais próximo do modíolo do que o ponto de ligação da membrana
basilar, uma estrutura óssea designada lâmina espiral, [BESS, 1998].
Quando a membrana basilar é deslocada para cima (em direcção à rampa
vestibular), os cílios das células ciliadas externas inseridas na membrana tectória são
submetidos a uma força de deslocamento numa direcção radial. O deslocamento para baixo
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desenvolve uma força de deslocamento radial na direcção oposta. Esta força de
deslocamento é responsável por desencadear uma série de processos eléctricos e químicos
dentro das células ciliadas. Por sua vez, este fenómeno conduz à activação das fibras do
nervo auditivo que estão em contacto com a base da célula ciliada, [BESS, 1998].
Um elemento crítico na conversão dos movimentos mecânicos da membrana basilar
em impulsos eléctricos no nervo auditivo é a função de transdução cumprida pelas células
ciliadas externas e internas no órgão de Corti. As forças de deslocamento aplicadas aos
cílios nas porções superiores destas células cilindras, em resposta à estimulação acústica,
originam potenciais eléctricos. Desta forma, danos causados nas células ciliadas e a
eliminação dos potenciais por estas produzidos, provocam uma diminuição da capacidade
da cóclea em realizar uma análise da frequência dos sons e reduz a resposta sensorial para
sons de intensidade baixa e moderada, [BESS, 1998].
O labirinto posterior (ou vestibular) é constituído pelos canais semicirculares e
pelo vestíbulo, Figura 9. Na parte posterior do vestíbulo estão localizadas as cinco
aberturas dos canais semicirculares, e na parte anterior, a abertura para o canal coclear.
Os canais semicirculares não têm função auditiva, mas são importantes na
manutenção do equilíbrio do corpo. São pequenos tubos circulares (três tubos em forma
de semicírculo) que contêm líquido e estão colocados, respectivamente, em três planos
espaciais (um horizontal e dois verticais) no labirinto posterior, em cada lado da cabeça.
No término de cada canal semicircular existe a crista ampular. Essa estrutura contém
cílios que se projectam de células ciliares semelhantes às maculares, [VILELA, 2007].
Entre os canais semicirculares e a cóclea está uma grande cavidade cheia de um
líquido chamado perilinfa – o vestíbulo. No interior dessa cavidade existem duas bolsas
membranosas, contendo outro líquido – a endolinfa: uma póstero-superior, o utrículo, e
uma ântero-inferior, o sáculo. Tanto o utrículo quanto o sáculo contêm células sensoriais
agrupadas em estruturas denominadas máculas. Células nervosas da base da mácula
projectam cílios sobre uma massa gelatinosa na qual estão localizados minúsculos
grânulos calcificados, semelhantes a pequenos grãos de areia – os otólitos ou otocónias.
O utrículo e o sáculo comunicam através dos ductos utricular e sacular,
[VILELA, 2007].
O sistema vestibular é um dos conjuntos que concorrem para o processo do
equilíbrio.
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Modelação Geométrica e Computacional do Ouvido Médio – Análise de Casos
Figura 9: Labirinto ósseo. Imagem de [Netter, 2000]
2.5 – Conclusão
A função principal do ouvido externo e do médio é a de conduzir a energia acústica
eficientemente até a cóclea, onde é convertida em impulsos, no nervo auditivo. As ondas
sonoras entram pelo meato acústico externo, atingem a membrana timpânica e a fazem
vibrar. Estas vibrações são transmitidas à bigorna e ao estribo pelo martelo. A platina do
estribo, movendo-se para frente e para trás na janela oval, faz com que o fluido coclear se
mova também. O deslocamento deste fluido produz alternadamente depressões e elevações
da membrana basilar (onde estão localizadas as células ciliadas internas e externas). Vai
chegar então ao centro auditivo do lobo temporal do córtex cerebral, através de vias como
o núcleo coclear, oliva superior, leminisco lateral, colículo inferior e corpo geniculado
medial. A percepção da direccionalidade do som ocorre através do processo de correlação
cruzada entre os dois ouvidos. A diferença de tempo entre a chegada do som nos dois
ouvidos fornece informação sobre a direcção de chegada, sendo necessário, por isso,
manter os dois ouvidos sem perda de sensibilidade. O aparelho vestibular funciona para
controlar a posição e o movimento do corpo no espaço. Os órgãos otolíticos auxiliam o
equilíbrio postural pelo controlo do tónus muscular em todo o corpo.
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III – Otosclerose: Descrição e
Métodos de Diagnóstico
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3.1 – Introdução
A Otosclerose é uma doença caracterizada por osteodistrofia da cápsula ótica e
consequente anquilose da platina do estribo na janela oval e, por vezes, posterior
destruição dos elementos neurossensoriais da cóclea, [PENHA, 1998].
A lesão característica é um depósito ósseo com um padrão celular e fibrilar
diferente. Os sítios de predilecção para a sua ocorrência são as janelas oval e redonda.
O foco de otosclerose pode ser assintomático ou, se estiver na área de platina do
estribo, provocar rigidez da cadeia ossicular e hipoacúsia de condução. Se o ouvido interno
estiver envolvido, pode manifestar-se por hipoacúsia neurossensorial e alterações
vestibulares.
Na prática clínica, a otosclerose mais comum é a combinada que se caracteriza por
uma perda auditiva de condução e sensorineural, [ADÓNIS, 2002].
Muitos otologistas europeus utilizam o termo otospongiose que se refere ao foco
vascular activo, mas em Portugal, Reino Unido e E.U.A, utiliza-se o termo otosclerose que
se refere ao estádio final da lesão, onde o osso é esclerótico, [ADÓNIS, 2002].
Ao longo deste capítulo serão abordadas a etiologia, epidemiologia,
topografia, histopatologia, fisiopatologia e clínica características esta patologia, para
melhor compreender-se os mecanismos inerentes à mesma.
3.2 – Etiologia
Pensa-se que a otosclerose é uma doença multifactorial, contribuindo vários
factores para a mesma:
− Factores genéticos – está associada uma transmissão hereditária autossómica
dominante de penetrância incompleta e expressividade variável. Também parecem
existir marcadores genéticos como o HLA-A9, HLA-11 e HLA-B13;
− Doenças metabólicas/factores endócrinos (gravidez);
− Doenças imunes;
− Doenças vasculares;
− Infecções (sarampo);
− Traumatismos;
− Anomalias do osso temporal.
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Têm sido propostas várias teorias explicativas do desenvolvimento da otosclerose
das quais a mais aceite é a enzimática, [PENHA, 1998]. Segundo esta, o processo começa
num ou mais dos restos cartilagíneos embrionários que existem na camada endocondral da
cápsula ótica, com a libertação de enzimas hidrolíticas e proteases que causam destruição
celular e a invasão das diferentes porções da cóclea. Se o foco se localizar perto da
articulação estapedovestibular, o processo de reconstrução óssea provoca fixação do
estribo a consequente hipoacúsia de transmissão, [ADÓNIS, 2002].
3.3 – Epidemiologia
Torna-se necessário distinguir a otosclerose clínica da histológica, sendo esta
última cerca de 10 vezes mais comum. Na raça caucasiana, a Otosclerose histológica
manifesta-se em 13% e a Otosclerose clínica em 2%.
No que diz respeito à incidência racial, é mais frequente na raça caucasiana, sendo
rara na raça negra e nos japoneses.
Relativamente à incidência segundo o sexo, é mais frequente nas mulheres numa
razão Mulher/Homem de 2:1.
Quanto à idade de início da diminuição da acuidade auditiva, a otosclerose é uma
doença caracteristicamente da população jovem, sendo a idade média de manifestação os
33 anos, muito rara antes dos 5 e pouco frequente após os 50.
Existe ainda uma relação entre otosclerose e gravidez, sendo o risco de
agravamento da perda auditiva durante a gravidez de 1 em cada 24 mulheres. Não parece
existir relação entre o número de gravidezes e uma mais severa existência da doença,
[ADÓNIS, 2002].
3.4 – Topografia
No que diz respeito à topografia, 85% dos casos manifestam-se na janela oval, mais
frequentemente a porção anterior e 30 a 50% na janela redonda. Existem ainda outras
localizações, nomeadamente a cóclea, a porção posterior da janela oval, o canal auditivo
interno, a platina do estribo, os canais semicirculares e o canal coclear.
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Na maioria dos casos (70 a 80%) a topografia é uma doença bilateral, [ADÓNIS,
2002].
3.5 – Histopatologia
Um foco de otosclerose pode conter áreas em diferentes estádios de actividade.
Estes estádios podem-se classificar em: Activo, Intermédio ou Inactivo.
O estádio activo, também chamado otospongiose, é caracterizado por uma lesão
muito vascularizada com tecido fibroso e um elevado número de células onde predominam
histiócitos mononucleares, osteócitos e osteoclastos. Estas células contêm um elevado
número de enzimas que são expelidas para o tecido circundante que as absorve.
O termo otosclerose refere-se ao estádio final, inactivo, que consiste num osso
altamente mineralizado. Os espaços vasculares diminuem e os osteoclastos desaparecem,
podendo ainda existir osteócitos e osteoblastos nas zonas mais periféricas, [ADÓNIS,
2002].
Não há uma evolução pré-definida do estádio activo ao inactivo, podendo ambos
ser observados num mesmo foco, estádio intermédio que fica quiescente ou que pode
mesmo reactivar, [ADÓNIS, 2002].
Em [PENHA, 1998], são também consideradas três fases na evolução
histopatológica da doença:
− fase osteóide - caracterizada por dilatação dos capilares dos canais de Havers,
aparecimento dos osteoblastos e maior actividade dos osteoclastos, o que produz
reabsorção óssea por erosão lacunar da cápsula óssea labiríntica;
− otoespongiose - a reabsorção óssea acentua-se e a rede óssea diminui de espessura
produzindo um aspecto cribiforme, esponjoso e de natureza basófila;
− otosclerose - aposição de células ósseas nas paredes dos espaços medulares, que se
vão estreitando cada vez mais, com consequente neoformação óssea de natureza
acidófila que faz saliência em direcção à camada periostal da cápsula labiríntica.
3.6 – Fisiopatologia
A Otosclerose pode implicar uma hipoacúsia de transmissão devida à fixação da
platina do estibordo na janela oval por um foco de otosclerose, mais frequentemente na
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fissura antefenestra, estendendo-se progressivamente por via mucoperióstea. Num estádio
precoce, há diminuição dos movimentos amplos do estribo com manutenção das vibrações.
Com a progressão da doença, o bloqueio directo do estribo provoca também uma ausência
de vibrações, estabelecendo-se uma “ponte sónica” e hipoacúsia de transmissão.
Pode também verificar-se uma hipoacúsia neurossensorial, de origem coclear que
coexiste frequentemente com hipoacúsia de transmissão (hipoacúsia mista). O seu
mecanismo ainda é controverso, existindo várias teorias que o explicam:
− Invasão óssea da rampa timpânica da cóclea;
− Alterações circulatórias na cóclea como resultado de focos ósseos anormais;
− Lesão da cóclea por metabolismos tóxicos libertados pelo osso alterado.
A Otosclerose coclear pura consiste numa otosclerose que não afecta a platina do
estribo, provocando uma hipoacúsia neurossensorial sem componente de condução. Este
tipo de otosclerose é excepcional.
Relativamente à Otosclerose e alterações vestibulares, a presença de clínica vestibular
varia de 24% a 35%; segundo alguns autores, e resulta da acção de enzimas tóxicas
libertadas no labirinto vestibular [ADÓNIS, 2002].
3.7 – Clínica
O diagnóstico de otosclerose pode ser suspeitado numa consulta perante um doente
com antecedentes familiares da doença, com queixas de diminuição da acuidade auditiva e
acufenos e que, à observação, apresenta tímpano normal, [ADÓNIS, 2002].
As principais manifestações clínicas são a hipoacúsia de transmissão ou mista,
acufenos, e, mais raramente, vertigem, [ADÓNIS, 2002].
São então fundamentais ao diagnóstico a história clínica, a otoscopia, e a realização
dos exames complementares de diagnóstico e terapêutica; nomeadamente, a Audiometria
Tonal Simples e a Impedancimetria (Timpanograma e Reflexos Estapédicos).
Relativamente aos exames radiológicos, estes assumem também extrema importância,
sendo actualmente o exame de escolha a tomodensitomografia computorizada das cápsulas
óticas, que, além de permitir fazer o diagnóstico de otosclerose coclear, é essencial na
avaliação pré-operatória do doente.
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3.8 – Conclusão
A Otosclerose é uma displasia óssea da cápsula ótica, caracterizada por fases
alternadas de reabsorção e formação óssea, de etiologia multifactorial, destacando-se os
factores genéticos e endócrinos.
É mais frequente nas mulheres jovens, de raça caucasiana, podendo sofrer um
agravamento durante a gravidez. É uma doença frequentemente bilateral, afectando
caracteristicamente a porção anterior da janela oval. Podem identificar-se três estadios da
doença: activo, intermédio e inactivo. As suas principais manifestações clínicas são a
hipoacúsia de transmissão ou mista, acufenos e, mais raramente a vertigem. O diagnóstico
baseia-se essencialmente na otoscopia, audiometria e impedancimetria.
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IV – Reabilitação Cirúrgica do
Ouvido Médio:
Cirurgia da Otosclerose
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4.1 – Introdução
A Otosclerose é uma patologia do ouvido médio que se caracteriza pela existência
de zonas de anquilose (focos de otosclerose) entre o estribo e a janela oval, como já
referido anteriormente. Estes focos provocam uma deficiente mobilização do estribo e,
consequentemente, uma alteração na normal transmissão sonora para o ouvido interno.
Clinicamente, caracteriza-se por hipoacúsia (principalmente de transmissão ou
mista), acufenos e, mais raramente, alterações do equilíbrio com uma otoscopia normal.
O diagnóstico baseia-se na clínica e nos exames complementares de diagnóstico
(audiograma tonal, timpanograma e reflexos estapédicos). A tomografia computorizada é
um exame útil para a visualização dos focos de otosclerose e para a exclusão de outras
patologias do ouvido médio, cujo diagnóstico diferencial seja premente, [ALVES, 2002].
As modalidades terapêuticas podem ser de três tipos:
− Tratamento Médico, que visa a inibição da enzimogénese, através da
administração de fluoreto de sódio;
− Reabilitação Auditiva (próteses auditivas);
− Tratamento Cirúrgico, ver por exemplo [ADÓNIS, 2002].
O âmbito deste capítulo é o tratamento cirúrgico da otosclerose, cujo objectivo
principal é o restabelecimento da transmissão sonora entre a cadeia ossicular e o ouvido
interno, sendo, por isso, um acto cirúrgico exclusivamente para a reabilitação auditiva.
No que diz respeito à selecção de doentes, situações em que coexista uma
hipoacúsia com uma via óssea, do mesmo ouvido, com um limite para além dos 70 dB em
que, raramente, a cirurgia oferece algum benefício, podem condicionar a decisão cirúrgica;
a idade parece não ser um factor determinante, estando descrita em doentes entre os 5/6
anos e os 80 anos de idade, [ALVES, 2002].
4.2 – Técnica Cirúrgica
A cirurgia da Otosclerose tem, como objectivo, a remoção dos focos de otosclerose,
substituindo o estribo por uma prótese que vai ligar a bigorna à zona da janela oval,
restabelecendo desta forma a transmissão sonora entre a cadeia ossicular e o ouvido
interno.
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Este procedimento pode, de uma forma geral, fazer-se através da Estapedotomia ou
da Estapedectomia, [ALVES, 2002].
A Estapedotomia implica a realização de uma perfuração limitada à zona central da
platina, onde se coloca a prótese auditiva. Na Estapedectomia, procede-se à remoção de
parte ou da totalidade da platina do estribo.
Importa referir que a primeira fase da cirurgia é comum em ambos os
procedimentos, até ao momento da preparação da prótese. Segue-se uma descrição sumária
dos passos cirúrgicos:
− Anestesia do doente, que pode ser geral ou local dependendo da equipa
cirúrgica e das características do doente;
− Colocação do doente para que, na otoscopia, a exposição do tímpano,
especialmente do quadrante póstero-superior, seja a melhor possível;
− Desinfecção do pavilhão auricular, canal auditivo externo (CAE) e região
circundante;
− Otoscopia sob visão microscópica, com limpeza do CAE. Nesta fase, deve terse sempre o cuidado de observar o tímpano na sua totalidade, antes de colocar o
espéculo e o fixar definitivamente;
− Obter uma via de acesso, habitualmente através do CAE; pode, no entanto,
haver situações em que as alterações anatómicas condicionem o acesso à caixa do
tímpano e justifiquem uma abordagem retroauricular ou um alargamento do CAE;
− Remoção do pericôndrio na zona do trágus, prepará-lo e colocá-lo em local
seguro (usado essencialmente na estapedectomia);
− Incisão endaural, habitualmente com uma forma circular, paralela ao bordo do
tímpano e cerca de 8 mm acima deste. Há, no entanto, algumas variantes na forma
desta incisão;
− Descolamento do retalho timpanomeatal e rebatimento do mesmo sobre o
tímpano restante e a parede anterior do CAE;
− Exposição das estruturas da caixa do tímpano essenciais à cirurgia: janela oval,
promontório, articulação incudoestapédica, canal de Falópio, tendão do músculo
do estribo e sua inserção ao nível da pirâmide óssea. Por vezes, a exposição não é
a mais correcta e há a necessidade de remover tecido ósseo (canalplastia) no
quadrante póstero-superior para melhor exposição destas estruturas. A corda do
tímpano deve ser preservada, sempre que possível, e colocada junto ao retalho.
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- Medição do tamanho da prótese a utilizar, através dum medidor próprio, e
preparação da prótese. Comercializam-se vários tipos de próteses, que variam no
tipo de material de que são constituídas e na forma [ALVES, 2002].
4.2.1 – Estapedotomia
Neste caso, podem ser destacados os seguintes procedimentos:
− Exposição do local para realização da perfuração da platina (através de um
microperfurador ou por “laser”);
− Introdução da prótese no orifício realizado e fixação à bigorna. Deve-se testar
se a prótese está segura e no local adequado;
− Desarticulação da articulação incudoestapédica. Com avaliação da mobilidade
do martelo e da bigorna;
− Cortar o tendão do músculo do estribo;
− Remover o estribo, cortando a crura posterior e a anterior;
− Verificação da mobilidade da cadeia ossicular com a prótese;
− Selar a zona da estapedotomia (com pericôndrio, sangue venoso ou
Spongostan®);
− Rebater o retalho timpanomeatal para a sua posição original, colocando
Spongostan sobre a incisão e sobre o tímpano para ajudar á sua cicatrização;
− Colocação de um tampão de Merocel® para o ouvido (ear-wick ou pop-wick) e
tapar o pavilhão auricular com um penso poroso tipo Meropore®.
4.2.2 – Estapedectomia
Neste caso, podem ser destacados os seguintes procedimentos:
− Exposição correcta do local e realização do orifício de segurança da platina;
− Desarticulação da articulação incudoestapédica;
− Cortar o tendão do músculo do estribo;
− Fracturar os ramos do estribo no sentido contrário ao canal de Falópio e
remoção do estribo;
− Remoção da platina (platinectomia);
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− Colocação de material de sustentação para a prótese sobre a janela oval
(pericôndrio da cartilagem to trágus, spongostan ou veia);
− Colocação da prótese entre a bigorna e a janela oval, sobre este material de
sustentação;
− Recolocação da corda do tímpano e rebatimento do retalho timpanomeatal para
o local inicial e colocação de spongostan sobre a incisão e sobre o tímpano para
auxiliar a cicatrização;
− Colocação de um tampão de Merocel para o ouvido (ear-wick ou pop-wick) e
tapar o pavilhão auricular com um penso poroso tipo Meropore.
Actualmente, a cirurgia da otosclerose através da Estapedotomia ou da
Estapedectomia é um acto cirúrgico de reabilitação auditiva com excelentes resultados,
estimando-se em cerca de 95% o sucesso cirúrgico.
Naturalmente que os bons resultados se devem a uma correcta execução da técnica
cirúrgica, mas também à preparação e selecção cuidadosa dos doentes, ao correcto
acompanhamento do doente no pós-operatório no que respeita aos cuidados gerais,
medicação a instituir e prevenção de possíveis complicações.
4.3 – Conclusão
Actualmente, a cirurgia da otosclerose através da estapedotomia ou da
estapedectomia é um acto cirúrgico de reabilitação auditiva com excelentes resultados,
estimando-se em cerca de 95% o sucesso cirúrgico.
Naturalmente que os bons resultados se devem a uma correcta execução técnica da
cirurgia, mas também à preparação e selecção cuidadosa dos doentes, ao correcto
acompanhamento do doente no pós-operatório no que respeita aos cuidados gerais,
medicação a instituir e prevenção de possíveis complicações.
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V – Estudos Biomecânicos
do Ouvido Médio
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5.1 – Introdução
O sistema auditivo comporta fenómenos complexos, entre eles o biomecânico.
Várias investigações têm sido conduzidas ao longo dos anos, de forma a completar o
conhecimento sobre o funcionamento do ouvido, em particular do ouvido médio e do seu
comportamento biomecânico.
O ouvido médio funciona como um sistema mecânico, em que ondas sonoras ao
incidirem na membrana timpânica lhe provocam vibrações. Esta, por sua vez, transforma a
energia acústica em mecânica, fazendo vibrar toda a cadeia ossicular até à cóclea, através
da janela oval.
5.2 – Estudos Biomecânicos
Neste capítulo, são abordados os aspectos e conclusões obtidas a partir de alguns
estudos biomecânicos do ouvido médio já identificados e que são baseados em diferentes
procedimentos.
Um estudo biomecânico do ouvido médio, baseado na construção de um modelo de
elementos finitos [GENTIL, 2004], a geometria dos ossículos do ouvido médio (martelo,
bigorna e estribo) e da membrana timpânica considerada foi feita com base na geometria e
nas dimensões descritas em estudos previamente realizados, tendo sido recorrido ao
programa SolidWorks para a sua modelação geométrica. No modelo apresentado neste
estudo, não são incluídos os músculos (tensor do tímpano e estapediano), os ligamentos,
bem como os tendões referentes ao ouvido médio. Com base no modelo geométrico
apresentado, foi gerado, para cada ossículo, uma malha de elementos finitos do tipo
tetraedros.
O Método dos Elementos Finitos (MEF) é uma análise matemática que consiste na
discretização de um meio contínuo em pequenos elementos mais simples, mantendo-se ao
máximo as mesmas propriedades do meio original. Esses elementos são descritos por
equações diferenciais e resolvidos por modelos matemáticos, para que sejam obtidos os
resultados desejados. A origem do desenvolvimento deste recurso ocorreu no final do
século XVIII. Entretanto, a sua enorme viabilização tornou-se possível com o advento dos
computadores, facilitando a resolução de equações algébricas complexas e em elevado
número [JUNIOR, 2006].
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O MEF pode ser utilizado em diversas áreas das ciências exactas e biológicas e,
devido à sua grande aplicabilidade e eficiência, existem trabalhos com esta metodologia
em diversas especialidades quando se deseja analisar, por exemplo em engenharia, cargas,
tensões ou deslocamentos. Com o contínuo uso deste método, com as suas reconhecidas
vantagens em relação a outros disponíveis, torna-se de suma importância o conhecimento
da técnica para que sua utilização possa proporcionar benefícios concretos [JUNIOR,
2006].
Tratando-se de uma primeira abordagem, no estudo referido optaram por não
considerar as articulações mecânicas entre os ossículos, pelo que no modelo estas ligações
foram consideradas como ligações rígidas.
O máximo deslocamento da membrana timpânica é menor que 1 μm, quando lhe é
aplicada uma pressão sonora de 121 dB – som máximo tolerável ao ouvido humano –
[GENTIL, 2004].
As propriedades do material usadas no modelo físico adoptado no trabalho
analisado foram baseadas em estudos prévios realizados, tendo sido considerados todos os
ossículos com o mesmo coeficiente de Poisson (0.3) e o mesmo módulo de elasticidade
(14.1 GPa). Neste estudo, admitiram ainda que o material tinha comportamento isotrópico.
Relativamente às condições fronteira consideradas neste estudo biomecânico, estas
incluíram o sulco da membrana timpânica e a platina do estribo. A membrana timpânica
foi fixa em toda a sua periferia, simulando assim o sulco timpânico. A platina do estribo,
também foi fixa na sua periferia, simulando deste modo o ligamento anular.
No referido estudo, foi efectuada uma simulação correspondente à aplicação de
uma pressão (sonora) uniforme correspondente a 90 dB SPL. O nível de pressão sonora é
dado por SPL=20x Log (p/po), em que p0 = 20 μPa, é a denominada pressão sonora de
referência, correspondente ao limiar de audibilidade. Resultando assim a aplicação na
membrana timpânica de uma pressão de 0.632 Pa.
Os resultados obtidos neste estudo para as condições de fronteira e carga descritos
anteriormente foram os apresentados na Figura 10.
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Figura 10: Distribuição do campo de deformação equivalente (duas vistas distintas). Imagens de
[Gentil, 2004]
Na figura 10, é visível a distribuição do campo de deformação equivalente
(elástica). Como se pode verificar na referida figura, a deformação assume maiores valores
na membrana timpânica, sendo muito reduzida no estribo, o que está de acordo com as
condições fronteira consideradas.
Também num estudo biomecânico do ouvido médio considerando as articulações
entre os ossículos, foi efectuada a modelação do ouvido médio com base no Método dos
Elementos Finitos [GENTIL, 2005]. Para o efeito, foi considerado para o conjunto de
ossículos e membrana do tímpano correspondentes a um ouvido médio normal, um modelo
sólido tridimensional aproximado. A discretização destes componentes foi realizada por
intermédio de elementos finitos tetraédricos. A simulação foi realizada com base no
programa ABAQUS, sendo utilizadas as propriedades mecânicas disponíveis na literatura.
A ligação entre ossículos não foi considerada rígida, mas efectuada por contacto. Os
resultados obtidos, para diferentes valores de pressão acústica sobre a membrana do
tímpano, foram comparados com o modelo em que a ligação entre os ossículos era
realizada rigidamente [GENTIL, 2004] previamente considerado nesta secção.
Na Figura 11, apresenta-se a distribuição do campo de deslocamentos na direcção
normal à membrana obtida neste estudo biomecânico. A análise do campo de
deslocamentos na membrana permite constatar a semelhança de resultados nesse corpo,
que corresponde aos maiores valores obtidos para os deslocamentos.
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Figura 11: Campo de deslocamentos obtidos para os dois modelos: sem contacto
(esquerda) e com contacto (direita). Imagens de [Gentil, 2005].
Contudo, ao efectuar uma verificação dos esforços normais suportados pelas cruras
do estribo para a pressão aplicada, pode constatar-se diferenças significativas entre os dois
modelos desenvolvidos por estes autores. No modelo rígido, uma das cruras encontra-se
submetida à compressão, enquanto a outra é sujeita a tracção. Já no modelo em que a
ligação entre os ossículos é modelada por intermédio de elementos de contacto, ambas as
cruras se encontram sujeitas a esforços de compressão.
Neste mesmo estudo foram ainda comparados os resultados obtidos para o
comportamento mecânico do ouvido médio entre dois modelos distintos. Um, em que foi
considerado que a ligação entre os ossículos se processa de um modo rígido, e outro, em
que foi permitido que os ossículos pudessem deslizar entre eles por intermédio de
elementos de contacto. Para a pressão aplicada sobre a membrana, a comparação dos
resultados entre os dois modelos permitiu verificar algumas diferenças; nomeadamente,
nas duas cruras do estribo, apresentado o modelo com contacto esforços normais de
compressão em ambas.
5.2 – Conclusão
Vários estudos têm vindo a ser desenvolvidos sobre as propriedades biomecânicas
do ouvido médio. Neste capítulo foram abordados alguns conceitos desenvolvidos e
estudados em investigações relativas a esta temática, que constituirão uma base teórica
para o trabalho a ser realizado futuramente, no âmbito desta Dissertação.
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VI – Conclusões e Trabalho Futuro
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6.1 – Conclusões
Imagens médicas contêm informação anatómica e funcional relevante, reflectindo
de forma adequada e realista o estado do corpo humano. São em muitos casos o ponto de
partida para a avaliação clínica de um doente, estabelecimento de diagnósticos ou decisão
de cirurgias.
A obtenção de imagens médicas através de tomografia computorizada (TC) e de
ressonância magnética (RM) registou avanços significativos nas últimas décadas.
Paralelamente a isso, os processos de segmentação e de reconstrução de estruturas em
imagens médicas têm acompanhado esta evolução, contribuindo assim para um melhor
diagnóstico de patologias.
O termo segmentação significa a identificação de uma ou mais estruturas existentes
em imagens, separando-as das demais. A sua visualização pode ser feita não apenas em
3D, mas em inúmeros cortes (planos bidimensionais) definidos por planos arbitrários,
podendo inclusive considerar textura. As imagens médicas com complexidade superior, tal
como acontece com as imagens do ouvido médio e suas estruturas adjacentes, raramente
permitem ser tratadas por um conjunto reduzido de métodos para a extracção de
características ou seja para a sua segmentação.
A partir de um conjunto de imagens de TC é possível construir modelos
geométricos fidedignos de tecidos e órgãos de um indivíduo. Este procedimento de
reconstrução tridimensional (3D) utiliza vários algoritmos de processamento de imagem e
de geração e ajuste de malhas. A modalidade imagiológica e a estrutura anatómica de
interesse são as principais condicionantes para a adopção de um determinado sistema de
modelação geométrica.
Apesar de os diferentes sistemas de modelação geométrica se distinguirem pela
utilização de diferentes métodos e parâmetros, todos partilham uma estrutura geral
composta por três grandes blocos fundamentais, ligados em série: aquisição de imagem,
processamento digital de imagem e processamento de malha. Os resultados da modelação
geométrica destinam-se nomeadamente a visualização melhorada das estruturas em
questão, criação de modelos físicos das mesmas (“prototyping”), ou modelação
computacional, recorrendo por exemplo ao método dos elementos finitos, do seu
comportamento físico, biomecânico, etc.
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Os modelos físicos obtidos dos dados fornecidos pelas imagens de TC e RM podem
oferecer aos médicos uma compreensão directa, e intuitiva, de patologias em anatomias
complexas, como é o caso do ouvido médio humano. Detalhes estes que não podiam ser
obtidos com a simples observação da imagem em computador.
Estudos mais aprofundados quanto ao funcionamento da transmissão do som pelo
ouvido médio, e sua modelação duma forma mais aproximada possível do real, tornam-se
assim pertinentes, contribuindo para uma melhoria dessa mesma transmissão.
6.2 – Trabalho Futuro
Futuramente, com base nos conhecimentos teóricos descritos ao longo deste
relatório, proceder-se-á então ao estudo biomecânico do ouvido médio com base na
informação obtida a partir de imagens de sistemas de TC, desenvolvendo técnicas e
metodologias que permitam a modelação geométrica 3D, bem como a sua modelação
computacional segundo princípios físicos, recorrendo a sistemas de elementos finitos.
Para análise das técnicas e metodologias computacionais desenvolvidas serão
considerados vários casos clínicos reais de estudo; nomeadamente, pacientes com
diferentes patologias do ouvido e pacientes com próteses auditivas interiores.
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Modelação Geométrica e Computacional do Ouvido Médio – Análise de Casos
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