ইন্দ্রিয়তন্ত্র/স্নায়ুসংবেদী ইমপ্লান্ট/কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট

কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট

কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট

কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট (CI) একটি শল্যচিকিৎসার মাধ্যমে সংযোজিত ইলেকট্রনিক যন্ত্র যা শ্রবণ ব্যবস্থার যান্ত্রিক অংশগুলোকে প্রতিস্থাপন করে, কক্লিয়ার অভ্যন্তরে ইলেকট্রোডের মাধ্যমে সরাসরি শ্রবণ স্নায়ুর তন্তুসমূহ উদ্দীপিত করে। যাদের উভয় কানে গুরুতর থেকে অত্যন্ত গুরুতর সেন্সরিনিউরাল শ্রবণক্ষতি আছে এবং যাদের শ্রবণ স্নায়ুতন্ত্র কার্যকর, তারা কক্লিয়ার ইমপ্লান্টের প্রার্থী। এটি ভাষা অর্জনের পরে শ্রবণশক্তি হারানো ব্যক্তিরা ভাষা ও অন্যান্য শব্দের কিছুটা উপলব্ধি ফিরে পাওয়ার জন্য এবং জন্ম থেকে বধির শিশুরা কথ্য ভাষা দক্ষতা অর্জনের জন্য ব্যবহার করে। (নবজাতক ও শিশুদের মধ্যে শ্রবণক্ষতির নির্ণয় করা হয় ওটোঅ্যাকউস্টিক এমিশন এবং/অথবা শ্রবণ উদ্দীপিত সম্ভাবনার রেকর্ডিংয়ের মাধ্যমে।) একটি সাম্প্রতিক উন্নয়ন হলো দ্বৈত ইমপ্লান্টের ব্যবহার, যা ব্যবহারকারীদের মৌলিক শব্দের অবস্থান নির্ধারণে সহায়তা করে।

কক্লিয়ার ইমপ্লান্টের অংশসমূহ

ইমপ্লান্টটি কানের পিছনে ত্বকের নিচে শল্যচিকিৎসার মাধ্যমে স্থাপন করা হয়। যন্ত্রটির মৌলিক অংশসমূহ হলো:

বহিঃস্থ:

একটি মাইক্রোফোন, যা পরিবেশ থেকে শব্দ সংগ্রহ করে,

একটি স্পিচ প্রসেসর, যা শব্দগুলো থেকে শ্রবণযোগ্য ভাষাকে অগ্রাধিকার দিয়ে বেছে নেয় এবং সেই শব্দকে বৈদ্যুতিক সংকেতে রূপান্তর করে একটি পাতলা তারের মাধ্যমে ট্রান্সমিটারে পাঠায়,

একটি ট্রান্সমিটার, যা একটি কয়েল আকারে বাহ্যিক কানের পেছনে একটি চুম্বক দ্বারা স্থিত থাকে, এবং প্রক্রিয়াজাত শব্দ সংকেতগুলোকে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ইনডাকশনের মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ যন্ত্রে পাঠায়,

অভ্যন্তরীণ:

কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট (বাঁয়ে), মাইক্রোফোন ও সংকেত প্রক্রিয়াকরণ (মাঝে), এবং রিমোট কন্ট্রোল অ্যাক্সেসরি (ডানে)

একটি রিসিভার ও স্টিমুলেটর, যা ত্বকের নিচে হাড়ে সংযুক্ত থাকে এবং সংকেতগুলোকে বৈদ্যুতিক তরঙ্গে রূপান্তর করে একটি অভ্যন্তরীণ তারের মাধ্যমে ইলেকট্রোডে পাঠায়,

কক্লিয়ার ভেতর দিয়ে সর্পিলভাবে স্থাপিত ২৪টি পর্যন্ত ইলেকট্রোডের একটি সারি, যা সংকেতগুলোকে স্কালা টাইম্পানি অঞ্চলের স্নায়ুগুলিতে এবং পরে শ্রবণ স্নায়ুতন্ত্রের মাধ্যমে সরাসরি মস্তিষ্কে পাঠায়।

কক্লিয়ার ইমপ্লান্টের সংকেত প্রক্রিয়াকরণ

স্বাভাবিক শ্রবণক্ষমতাসম্পন্ন ব্যক্তিদের ক্ষেত্রে বক্তৃতার সংকেতের প্রধান তথ্যবাহক হলো এনভেলপ আর সঙ্গীতের জন্য প্রধানত ফাইন স্ট্রাকচার। এটি স্বরভিত্তিক ভাষাসমূহ (যেমন মান্দারিন) এর জন্যও গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে শব্দের অর্থ নির্ভর করে তাদের স্বরে। আরও দেখা গেছে যে, ফাইন স্ট্রাকচারে সাংকেতিক ইন্টার-অরাল সময় বিলম্ব শব্দের উৎসস্থান নির্ধারণ করে, যদিও বক্তৃতা সংকেতের এনভেলপই উপলব্ধ হয়।

কক্লিয়ার ইমপ্লান্টের স্পিচ প্রসেসর মাইক্রোফোন থেকে প্রাপ্ত সংকেতকে ইলেকট্রোড সংকেতের সমান্তরাল সারিতে রূপান্তর করে। এই সংকেতগুলোর মধ্যে সর্বোত্তম রূপান্তর ফাংশনের অ্যালগরিদম এখনও গবেষণার অধীন।

প্রথম কক্লিয়ার ইমপ্লান্টগুলো ছিল একক চ্যানেলের। কাঁচা শব্দকে ব্যান্ড-পাস ফিল্টারের মাধ্যমে ভাষার ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জে সীমাবদ্ধ করে ১৬ কিহার্জের তরঙ্গে মডুলেট করা হতো, যাতে বৈদ্যুতিক সংকেত স্নায়ুর সাথে সংযুক্ত হতে পারে। এতে মৌলিক শ্রবণ সম্ভব হতো, কিন্তু কক্লিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি লোকেশন ম্যাপের সুবিধা নেওয়া যেত না।

মাল্টি-চ্যানেল ইমপ্লান্টের আগমনে বিভিন্ন স্পিচ-প্রসেসিং কৌশল প্রয়োগ করা সম্ভব হয়। এগুলো সাধারণত দুটি ভাগে বিভক্ত: ওয়েভফর্ম কৌশল এবং ফিচার-এক্সট্রাকশন কৌশল।

ওয়েভফর্ম কৌশল

এই কৌশলগুলো সাধারণত অ-রৈখিক গেইন প্রয়োগ করে শব্দের সংকেত (যার প্রায় ৩০ ডেসিবেল ডাইনামিক রেঞ্জ থাকে) একটি সংকীর্ণ ~৫ ডেসিবেল রেঞ্জে সংকুচিত করে, এরপর তা সমান্তরাল ফিল্টার ব্যাংকের মাধ্যমে প্রক্রিয়াকরণ করে। প্রথম ওয়েভফর্ম কৌশল ছিল কম্প্রেসড অ্যানালগ। এতে, শব্দটি একটি গেইন-কন্ট্রোলড অ্যামপ্লিফায়ারের মাধ্যমে ফিল্টার করা হয় এবং ফিল্টার আউটপুট সংশ্লিষ্ট ইলেকট্রোডগুলোকে উদ্দীপিত করে।

কম্প্রেসড অ্যানালগ কৌশলে প্রধান সমস্যা ছিল প্রতিবেশী ইলেকট্রোডগুলোর মধ্যে আন্তঃক্রিয়া প্রভাব। এই সমস্যার সমাধান হয় কন্টিনিউয়াস ইন্টারলিভড স্যাম্পলিং (CIS) কৌশল দিয়ে, যেখানে ইলেকট্রোডগুলো সামান্য সময়ের ব্যবধানে উদ্দীপিত হয়।

কন্টিনিউয়াস ইন্টারলিভড স্যাম্পলিং (CIS)-এর স্কিম্যাটিক উপস্থাপন

বৈশিষ্ট্য-নির্বাচন কৌশল

এই কৌশলগুলো শব্দ সংকেতের ছাঁকা সংস্করণ প্রেরণের চেয়ে বরং সংকেত থেকে আরও বিমূর্ত বৈশিষ্ট্য আহরণ করে সেগুলো ইলেকট্রোডে প্রেরণের উপর বেশি গুরুত্ব দেয়। প্রথম দিকের বৈশিষ্ট্য-নির্বাচন কৌশলগুলো বক্তৃতায় ফরম্যান্ট (যেসব কম্পাঙ্কে সর্বাধিক শক্তি থাকে) চিহ্নিত করার চেষ্টা করত। এটি করার জন্য তারা বিস্তৃত ব্যান্ড ফিল্টার প্রয়োগ করত (যেমন: F0 বা মৌলিক ফরম্যান্টের জন্য ২৭০ Hz লো-পাস, F1-এর জন্য ৩০০ Hz–১ kHz, এবং F2-এর জন্য ১ kHz–৪ kHz), এরপর প্রতিটি ফিল্টারের আউটপুটে জিরো-ক্রসিং ব্যবহার করে ফরম্যান্ট কম্পাঙ্ক নির্ধারণ করত, এবং সংকেতের খোলস বিশ্লেষণ করে ফরম্যান্টের তীব্রতা নির্ধারণ করত। শুধুমাত্র ঐ ফরম্যান্ট কম্পাঙ্কের সঙ্গে সংশ্লিষ্ট ইলেকট্রোডগুলোই সক্রিয় করা হতো। এই পদ্ধতির প্রধান সীমাবদ্ধতা ছিল, ফরম্যান্ট মূলত স্বরধ্বনিকে চিহ্নিত করে, কিন্তু ব্যঞ্জনধ্বনি (যেগুলো প্রধানত উচ্চ কম্পাঙ্কে থাকে) যথাযথভাবে প্রেরণ করা যেত না। MPEAK সিস্টেম পরবর্তীতে এই নকশার উন্নয়ন ঘটায়, যেখানে উচ্চ-কম্পাঙ্ক ফিল্টার অন্তর্ভুক্ত করা হয় যা অনন্বিত ধ্বনি (যেমন ব্যঞ্জনধ্বনি) আরও ভালোভাবে অনুকরণ করতে পারে, এবং ফরম্যান্ট কম্পাঙ্কের ইলেকট্রোডগুলোকে এলোমেলোভাবে সক্রিয় করে।

সাম্প্রতিক উন্নয়ন

SPEAK প্রক্রিয়াকরণ কৌশলের ব্লক চিত্র

বর্তমানে, নেতৃস্থানীয় কৌশল হলো SPEAK সিস্টেম, যা ওয়েভফর্ম এবং বৈশিষ্ট্য-নির্বাচন কৌশলের বৈশিষ্ট্য একত্রিত করে। এই সিস্টেমে সংকেতটি ২০টি ব্যান্ড-পাস ফিল্টারের একটি সমান্তরাল অ্যারেতে প্রবাহিত হয়। প্রতিটি ফিল্টারের আউটপুট থেকে সংকেতের খোলস নির্গত করা হয় এবং যেসব কম্পাঙ্কে শক্তি সর্বাধিক, তাদের কয়েকটি নির্বাচন করা হয় (সংখ্যাটি স্পেকট্রামের আকৃতির উপর নির্ভর করে), আর বাকি কম্পাঙ্কগুলো বাদ দেওয়া হয়। এই পদ্ধতিকে 'n-of-m' কৌশল বলা হয়। এরপর নির্বাচিত সংকেতগুলোর তীব্রতা লঘুগাণিতিকভাবে সংকুচিত করা হয়, যেন শব্দের যান্ত্রিক সংকেত পরিসরকে চুলকন্দ্রিক কোষের তুলনামূলকভাবে সংকীর্ণ বৈদ্যুতিক সংকেত পরিসরের সাথে খাপ খাওয়ানো যায়।

একাধিক মাইক্রোফোন

কক্লিয়ার কোম্পানি তাদের নতুন ইমপ্লান্টে একটি মাইক্রোফোনের পরিবর্তে তিনটি মাইক্রোফোন ব্যবহার করে। অতিরিক্ত তথ্য বিম-ফর্মিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়, অর্থাৎ সোজা সামনে থেকে আসা শব্দ থেকে আরও বেশি তথ্য আহরণ করা হয়। এর ফলে অন্যান্য মানুষের সাথে কথোপকথনের সময় শব্দের মধ্যে সংকেতের অনুপাত প্রায় ১৫ ডেসিবেল পর্যন্ত উন্নত করা যায়, যা কোলাহলপূর্ণ পরিবেশে বাক্‌বোধ অনেকাংশে বাড়িয়ে তোলে।

কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট – শ্রবণযন্ত্রের সমন্বয়

কক্লিয়ার ইমপ্লান্টেশনের পর স্বল্প-ফ্রিকোয়েন্সির শ্রবণক্ষমতা সংরক্ষণ করা সম্ভব, যদি অপারেশনটি সাবধানে করা হয় এবং ইলেকট্রোড ডিজাইনেও যত্ন নেওয়া হয়। যেসব রোগীর স্বল্প-ফ্রিকোয়েন্সির শ্রবণক্ষমতা এখনও রয়েছে, তাদের জন্য MedEl কোম্পানি উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির জন্য কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট এবং নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সির জন্য একটি ক্লাসিক্যাল শ্রবণযন্ত্রের সমন্বয় প্রদান করে। এই ব্যবস্থাকে ইলেকট্রিক-অ্যাকোস্টিক উত্তেজনা বা EAS বলা হয়, যা ১৮ মিমি দীর্ঘ সীসা ব্যবহার করে, যেখানে পূর্ণাঙ্গ কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট ৩১.৫ মিমি হয়। (কক্লিয়ার দৈর্ঘ্য প্রায় ৩৬ মিমি।) এই সমন্বয়ে সঙ্গীত অনুধাবন এবং স্বরভিত্তিক ভাষার বাক্‌বোধে উল্লেখযোগ্য উন্নতি ঘটে।

ফাইন স্ট্রাকচার

গ্রাফে দেখা যাচ্ছে কীভাবে হিলবার্ট ট্রান্সফর্ম ব্যবহার করে সংকেতের খাপ ও পর্যায় নির্ধারণ করা যায়।

উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সির জন্য মানব শ্রবণতন্ত্র কেবল টোনোটপিক কোডিং ব্যবহার করে। কিন্তু স্বল্প ফ্রিকোয়েন্সির ক্ষেত্রে সময়ভিত্তিক তথ্যও ব্যবহৃত হয়: শ্রবণ স্নায়ু সংকেতের পর্যায়ের সাথে সঙ্গতিপূর্ণভাবে সক্রিয় হয়। পূর্ববর্তী কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট কেবল আগত সংকেতের পাওয়ার স্পেকট্রাম ব্যবহার করত। নতুন মডেলগুলোতে MedEl স্বল্প ফ্রিকোয়েন্সির জন্য সংকেতের সময়ভিত্তিক তথ্য (ফাইন স্ট্রাকচার) অন্তর্ভুক্ত করেছে, যা উত্তেজনা পালসের সময় নির্ধারণে ব্যবহৃত হয়। এর ফলে সঙ্গীত অনুধাবন ও স্বরভিত্তিক ভাষার বাক্‌বোধে উন্নতি ঘটে।

গাণিতিকভাবে, সংকেতের খাপ ও ফাইন স্ট্রাকচার হিলবার্ট ট্রান্সফর্ম ব্যবহার করে সুন্দরভাবে নির্ধারণ করা যায় (চিত্র দেখুন)। সংশ্লিষ্ট পাইথন কোড নিচে দেওয়া হয়েছে:

ভার্চুয়াল ইলেকট্রোড

ইলেকট্রোডের সংখ্যা সীমিত থাকে এর আকার ও এর ফলে সৃষ্ট চার্জ ও কারেন্ট ঘনত্বের কারণে, এবং এন্ডোলিম্ফ বরাবর কারেন্ট ছড়িয়ে পড়ার কারণেও। ফ্রিকোয়েন্সি নির্দিষ্টতা বাড়াতে দুটি সন্নিহিত ইলেকট্রোডকে একসাথে উত্তেজিত করা যায়। এতে ব্যবহারকারীরা একটি একক স্বর অনুভব করেন, যা ঐ দুটি ইলেকট্রোডের মধ্যবর্তী ফ্রিকোয়েন্সির সমতুল্য হয়।

কক্লিয়ার ইমপ্লান্টের উত্তেজনা শক্তির সিমুলেশন

কক্লিয়ার ইমপ্লান্টের সিমুলেশন

কক্লিয়ার ইমপ্লান্টে শব্দ প্রক্রিয়াকরণ এখনও গবেষণার একটি বড় ক্ষেত্র এবং এটি বিভিন্ন প্রস্তুতকারকের মধ্যে একটি গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্যও তৈরি করে। তবে মৌলিক শব্দ প্রক্রিয়াকরণ বেশ সহজ এবং এটি প্রয়োগ করে বোঝা যায় কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট ব্যবহারকারী রোগীরা কেমন শব্দ শুনে থাকেন।

প্রথম ধাপে শব্দ স্যাম্পল করা হয় এবং এর ফ্রিকোয়েন্সি বিশ্লেষণ করা হয়। এরপর একটি নির্দিষ্ট সময়-উইন্ডো নির্ধারণ করা হয়, যার মধ্যে CI ইলেকট্রোডগুলোর উত্তেজনার মাত্রা নির্ধারণ করা হয়। এটি দুটি পদ্ধতিতে করা যায়: i) লিনিয়ার ফিল্টার ব্যবহার করে (দেখুন গ্যামাটোন ফিল্টার); অথবা ii) পাওয়ার স্পেকট্রাম গণনার মাধ্যমে (দেখুন স্পেকট্রাল বিশ্লেষণ).

কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট ও ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স ইমেজিং

বিশ্বজুড়ে ১,৫০,০০০-এর বেশি কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট অপারেশনের মাধ্যমে এটি এখন গুরুতর থেকে অতিগুরুতর শ্রবণহীনতার জন্য একটি মানসম্পন্ন চিকিৎসা পদ্ধতি হয়ে উঠেছে। এর উপকারিতা স্পষ্ট হওয়ায় অর্থ প্রদানকারীরাও এটি সমর্থন করছেন এবং অধিকাংশ শিল্পোন্নত দেশে নবজাতকদের স্ক্রিনিংয়ের কারণে অনেকেই শৈশবেই ইমপ্লান্ট পাচ্ছেন এবং সারা জীবন এটি ব্যবহার করবেন। তাদের অনেকের জীবনে চিত্রায়নের জন্য MRI স্ক্যান প্রয়োজন হতে পারে। স্ট্রোক, পিঠব্যথা বা মাথাব্যথা-সহ বিভিন্ন সমস্যার রোগীদের জন্য MRI এখন একটি সাধারণ নির্ণয় পদ্ধতি। MRI চিত্র তৈরি করতে চুম্বকীয় তরঙ্গ ব্যবহার করে এবং আধুনিক MRI যন্ত্রগুলো ১.৫ টেসলা চুম্বকীয় ক্ষেত্র ব্যবহার করে। ০.২ থেকে ৪.০ টেসলার যন্ত্র প্রচলিত এবং একটি ১.৫ টেসলা যন্ত্রে রেডিওফ্রিকোয়েন্সি শক্তি সর্বোচ্চ ৬ কিলোওয়াট পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে।

পূর্বে মনে করা হতো যে ০.২ টেসলার বেশি চুম্বকীয় ক্ষেত্রে কক্লিয়ার ইমপ্লান্ট MRI-এর সাথে অসামঞ্জস্যপূর্ণ। যন্ত্রের বাইরের অংশ অবশ্যই অপসারণ করতে হয়। অভ্যন্তরীণ অংশের জন্য বিভিন্ন নিয়ম প্রযোজ্য। বর্তমান US FDA নির্দেশিকা কক্লিয়ার ইমপ্লান্টের পর সীমিতভাবে MRI-এর অনুমতি দেয়। পালসার এবং সোনাটা (এমইডি-ইএল কর্পোরেশন, ইনসব্রুক, অস্ট্রিয়া) ০.২ টেসলা এমআরআই-তে চুম্বক, হাই-রেজোলিউশন 90K (অ্যাডভান্সড বায়োনিক্স কর্পোরেশন, সিলমার, সিএ, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র)এবং নিউক্লিয়াস ফ্রিডম (কক্লিয়ার আমেরিকা, এঙ্গেলউড, সিও, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র) ১.৫ টেসলা MRI-এর জন্য অনুমোদিত, তবে অভ্যন্তরীণ চুম্বক অপসারণের শর্তে। এই অপসারণ ও প্রতিস্থাপন স্থানীয় অ্যানেসথেশিয়ায় একটি ছোট কাটার মাধ্যমে করা যায়, তবে এতে চুম্বকের পকেট দুর্বল হয়ে পড়ে এবং সংক্রমণের ঝুঁকি বাড়ে।

ক্যাডাভার গবেষণায় দেখা গেছে যে ১.৫ টেসলা MRI-তে ইমপ্লান্ট অভ্যন্তরীণ যন্ত্র থেকে সরে যেতে পারে। তবে চাপ প্রয়োগকারী ড্রেসিং ব্যবহার করলে এই ঝুঁকি হ্রাস করা যায়। তবুও CI একটি আর্টিফ্যাক্ট তৈরি করে যা স্ক্যানের নির্ণায়ক মান কমিয়ে দিতে পারে। এই আর্টিফ্যাক্ট রোগীর মাথার তুলনায় বড় হতে পারে, বিশেষ করে শিশুদের ক্ষেত্রে এটি একটি বড় চ্যালেঞ্জ। সারস প্রমুখ (২০১০) একটি গবেষণায় দেখিয়েছেন যে CI-র চারপাশে তৈরি হওয়া আর্টিফ্যাক্টের গড় অগ্র-পশ্চাৎ দৈর্ঘ্য ৬.৬ +/- ১.৫ সেমি এবং বাম-ডান দৈর্ঘ্য গড়ে ৪.৮ +/- ১.০ সেমি ছিল। ()