SONIC

Resumen del proyecto

SONIC es una iniciativa interdisciplinaria que une los campos de la ingeniería y la experiencia clínica, con el objetivo de mejorar la calidad auditiva de los pacientes con implantes cocleares (IC). Los IC han demostrado tener éxito en ayudar a los pacientes con pérdida auditiva. Sin embargo, persisten desafíos científico-técnicos como la limitada resolución espectral del sonido codificada a través de los electrodos, que compromete la inteligibilidad del lenguaje especialmente en entornos ruidosos, y la necesaria minimización del consumo de estos dispositivos. SONIC integra conocimientos de ámbitos multidisciplinares: medicina e ingeniería se unen para ofrecer una medicina personalizada. Se combinan de forma novedosa la sinergia entre la generación de modelos geométricos de cabeza completa adaptados a pacientes, algoritmos evolutivos y modelos subrogados, junto con la simulación numérica (método de elementos finitos, FEM).

El proceso implica: 1) desarrollar una malla y modelo FEM que tenga en cuenta el modelo de cabeza completa para un paciente específico; 2) ajustar los parámetros del modelo utilizando mediciones clínicas (ej.: matriz de transimpedancia) para mejorar la precisión del modelo computacional; 3) desarrollar un FEM tridimensional capaz de determinar las densidades de corriente en la posición de las neuronas del nervio auditivo; 4) definir funciones objetivo que optimicen tanto la focalización como el consumo de energía dentro del modelo computacional; 5) realizar un estudio para una optimización multiobjetivo de la estimulación multipolar, abarcando parámetros, métodos de optimización y/o modelos subrogados; y 6) ensayos clínicos que permitan medir el efecto de las predicciones numéricas en pacientes implantados de las estrategias optimizadas de estimulación multipolar para la maximización de la focalización y la minimización del consumo.

El proyecto coordinado se estructura en tres subproyectos: el Subproyecto 1 (SIANI-ULPGC, coordinador) desarrolla un modelo numérico para una estimulación multipolar eficiente que optimice la focalización y minimice el consumo; el Subproyecto 2 (HUVM-Sevilla) genera las mallas y modelos FEM precisos ajustados a la geometría de cada paciente a partir de imágenes y datos clínicos; y el Subproyecto 3 (FIISC) aborda la validación clínica de la estimulación multipolar óptima obtenida de los Subproyectos 1 y 2. Se espera que SONIC aporte estrategias de programación más efectivas y adaptadas a las complejidades de la estimulación multipolar, contribuyendo al conocimiento científico-técnico en neuroestimulación y a la mejora de la calidad de vida auditiva de los pacientes implantados.

Abstract

SONIC is an interdisciplinary initiative that brings together the fields of engineering and clinical expertise, with the aim of improving the hearing quality of patients with cochlear implants (CIs). CIs have proven successful in helping patients with hearing loss. However, scientific and technical challenges remain, such as the limited spectral resolution of the sound encoded through the electrodes, which compromises speech intelligibility especially in noisy environments, and the need to minimise the power consumption of these devices. SONIC integrates knowledge from multidisciplinary fields: medicine and engineering come together to offer personalised medicine. It combines, in a novel way, the synergy between the generation of full-head geometric models adapted to patients, evolutionary algorithms and surrogate models, together with numerical simulation (finite element method, FEM).

The process involves: 1) developing a mesh and FEM model that takes into account the whole-head model for a specific patient; 2) tuning the model parameters using clinical measurements (e.g. transimpedance matrix) to improve the accuracy of the computational model; 3) developing a three-dimensional FEM capable of determining current densities at the position of the auditory nerve neurons; 4) defining objective functions that optimise both focusing and energy consumption within the computational model; 5) conducting a study for a multi-objective optimisation of multipolar stimulation, encompassing parameters, optimisation methods and/or surrogate models; and 6) clinical trials to measure the effect of numerical predictions in implanted patients of optimised multipolar stimulation strategies for maximisation of focusing and minimisation of energy consumption.

The coordinated project is organised into three subprojects: Subproject 1 (SIANI-ULPGC, coordinator) develops a numerical model for efficient multipolar stimulation that optimises focusing and minimises the energy consumption of CI stimulation; Subproject 2 (HUVM-Sevilla) produces accurate meshes and FEM models adjusted to each patient's geometry from images and clinical data; and Subproject 3 (FIISC) addresses the clinical validation of the optimal multipolar stimulation obtained from Subprojects 1 and 2. SONIC is expected to provide more effective programming strategies adapted to the complexities of multipolar stimulation, contributing to scientific-technical knowledge in neurostimulation and to improving the quality of hearing life of implanted patients.