Спосіб експрес-контролю норми акусто-механічної системи вуха та комп’ютерний вушний ехоспектрометр для його реалізації
Формула / Реферат
1. Спосіб контролю норми системи середнього вуха, що заснований на акустичному впливі на середнє вухо пацієнта та вимірюванні основних параметрів вуха, по яких діагностують стан його системи, який відрізняється тим, що як параметри середнього вуха вимірюють коефіцієнт відбивання звукового імпульсу від барабанної перетинки як функцію частоти, перетворюють його в безрозмірний параметр, який є комбінацією гнучкості барабанної перетинки, активної компоненти імпедансу середнього вуха на нижній резонансній частоті і об'єму барабанної порожнини - фактор норми, який для нормального вуха дорівнює одиниці.
2. Вушний ехоспектрометр для контролю норми системи середнього вуха, що містить акустичний зонд, в якому розташовані телефон та мікрофон, генератор зондуючого сигналу та вимірювальну систему, який відрізняється тим, що в нього додатково введено звукопровід, який виконано у вигляді гнучкої трубки, в еластичний вхід якої вставлено акустичний зонд, а вихід її виконано з можливістю щільного встановлення у зовнішній слуховий прохід пацієнта, а вимірювальна система виконана на основі комп'ютера і містить звукову плату, з'єднану двонаправленою шиною з центральним процесором, вихід "out" якої з'єднано з входом телефону, а мікрофонний вхід "in" з'єднано з виходом мікрофона, постійний запам'ятовуючий пристрій, з'єднаний виходом з центральним процесором, оперативний запам'ятовуючий пристрій, з'єднаний двонаправленою шиною з центральним процесором, дисплей і принтер, з'єднані входами з центральним процесором, клавіатуру та мишу, з'єднані виходами з центральним процесором, при цьому генератор зондуючого сигналу виконано у вигляді жорсткого диска, з'єднаного двонаправленою шиною з центральним процесором комп'ютера.
Текст
Запропонований винахід належить до способів та засобів для контролю функціонального стану системи середнього вуха людини і може бути використаний для експрес-контролю норми акусто-механічної системи вуха для диференціації її порушень від сенсо-невральної системи, а також при тестових випробуваннях в функціональній діагностиці, при - проведенні масових профілактичних обстежень, обстежень немовлят і дітей. Серед об'єктивних (без участі суб'єкту) методів обстежень слуху в теперішній час застосовуються: акустична імпендасометрія в її сучасному варіанті одно- або багаточастотної тимпанометрії; реєстрація слухови х викликаних потенціалів (СВП); реєстрація отоакустичної емісії (ОАЕ); безумовно-рефлекторна аудіометрія немовлят. Для останнього методу важливо лише встановлення факту наявності у детей відхилень слуху від норми [Лисовский Β.Α., Елисеев Β.Α. Слуховые приборы и аппараты. - М.: Радио и связь, 1991 - 192с.]. Обов'язковою умовою перших 3-х методів є герметизація зовнішнього слухово го проходу і введення в нього звукового безперервного сигналу частотою 226Гц в одночастотних і 226, .660, 1000Гц - в багаточастотних тимпанометрах, або звукового стимулу певної інтенсивності, тривалості і спектрального складу при реєстрації СВП або ОАЕ. Величини, що вимірюються у більшості випадків усереднюються в часі [Лисовский Β.Α., Елисеев Β.Α. Слуховые приборы и аппараты. - М.: Радио и связь, 1991 - 192с.]. Найбільш близьким по технічній сутності до заявляемого є спосіб контролю норми системи середнього вуха, що використовується в багаточастотному акустичному вушному імпедансметрі, що заснований на акустичному впливі на середнє вухо пацієнта безперервним сигналом частотою 226 Гц або 226 Гц, 660, 1000 Гц безперервному вимірюванні залежності еквівалентного об'єму середнього вуха, при герметично замкненому зовнішньому слуховому проході пацієнта, від різниці тисків у зовнішньому слуховому проході і атмосферного, що створюється пневмосистемою імпедансметра. Для ідентифікації відхилень в середньому вусі використовуються приблизні класифікації тимпанограм; найбільше визнання одержали класифікації по Джергеру і Лідену [Лисенко О.М. С учасні методи та засоби дослідження слуху людини. -К.:КВІЦ, 2002.-176 с.]. Цьому способу притаманний суттєвий недолік, який полягає у тому, що велика міжсуб'єктна розбіжність еквівалентного об'єму середнього вуха може перекривати відхилення від середніх значень, які характерні для норми та різних видів паталогій, що не дозволяє достовірно діагностувати паталогію тільки на підставі тимпанограми. Кількісного об'єктивного параметру норми стану системи середнього вуха не існує. Крім того для отримання тимпанограм використовується безперервний сигнал, а величина, що вимірюється, усереднюється у часі. Це не дозволяє отримувати зміну еквівалентного об'єму середнього вуха як в процесі швидких (наприклад ковтальних) рухів, так і у процесі більш повільних впливів (наприклад лікарських тестів). В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу контролю норми системи середнього вуха шляхом вимірювання коефіцієнту відбивання звукового імпульсу від барабанної перетинки як функції частоти, що забезпечує підвищення достовірності діагностики патологій середнього вуха, і робить можливим проведення діагностики в реальному часі. Поставлена задача вирішується тим, що при здійсненні способа контролю норми системи середнього вуха, що заснований на акустичному впливі на середнє вухо пацієнта та вимірюванні основних параметрів вуха, по яких діагностують стан його системи, згідно з винаходом новим є те, що в якості параметрів середнього вуха вимірюють коефіцієнт відбивання звукового імпульсу від барабанної перетинки як функцію частоти, перетворюють її в безрозмірний параметр, який є комбінацією гнучкості барабанної перетинки, активної компоненти імпедансу середнього вуха на нижній резонансній частоті і об'єму барабанної порожнини - фактор норми, який для нормального вуха дорівнює одиниці. Вимірювання коефіцієнту відбивання звукового імпульсу від барабанної перетинки як функції частоти, і перетворення її в безрозмірний параметр - фактор норми, тобто: Vекв (fp ) 1 А= =1 Vекв ( 226) 1+ Vб.пор. / V (226) , де Vб.пор. @ 0,9см3 - об'єм барабанної порожнини, забезпечує підвищення достовірності діагностики патологій середнього вуха. Використання імпульсних сигналів дозволяє шляхом зміни їх частоти і часу слідування отримувати зміну параметра норми і резонансної частоти як в процесі швидких (наприклад ковтальних) рухів, так і у процесі більш повільних впливів (наприклад лікарських тестів). Частота заповнення звукових імпульсів вибирається рівній 660 Гц (для чоловіків) чи 1000 Гц (для жінок). Ці частоти близькі до резонансних частот середнього вуха чоловіка або t = 15 / 660 = 2,27мс , жінки. Тривалість імпульсів обирається рівній 1,5 періоду на обраній частоті, тобто: i , чи 1 660 2Df = = = 440Гц ti = 15 / 1000 = 1,5мс , ti 1,5 . Смуга частот такого імпульсу на рівні 0,707 від максимуму дорівнює: 1000 = 670Гц 15 , або , тобто займає діапазон від 440 до 880 Гц або від 665 до 1335 Гц. Кількість посилок і інтервалів між ними вибираються в залежності від інтервала зміни процесу, що досліджується. Найбільш близький по технічній сутності до заявляемого є акустичний вушний імпедансметр, що реалізує розглянутий ви ще спосіб контролю стану системи середнього вуха і вибраний в якості прототипу. Акустичний вушний імпедансметр містить генератор зондуючого сигналу (тону частотою 226, 660, або 1000 Гц), з'єднаний виходом з телефоном, який випромінює сигнал через вузьку трубк у звукопроводу в зовнішній слуховий прохід, мікрофон з зондовою трубкою для прийому відбитого від барабанної перетинки сигналу, з'єднаний виходом з входом вимірювальної системи, яка підсилює сигнал, фільтрує і спрямлює його, індикатор, вхід якого з'єднаний з виходом вимірювальної системи, вихідний регістратор, вхід якого також з'єднаний з виходом вимірювальної системи, компресор для зміни тиску в зовнішньому слуховому проході, який передає стискання чи розрідження в зовнішній слуховий прохід за допомогою трубки, манометр для контролю тиску, з'єднаний з виходом компресора, електродвигун для приведення компресора в дію, з'єднаний виходом з входом 2Df = компресора і з входом вихідного регістратора, для запису тимпанограми [Лисовский Β.Α., Елисеев Β.Α. Слуховые приборы и аппараты. - М.: Радио и связь, 1991 - 192с.]. Недоліками акустичного вушного імпедансметра є: необхідність повної герметизації зовнішнього слухового проходу і створення в ньому надлишку, або нестачі статичного тиску, що особливо складно і небезпечно для немовлят; необхідність усереднення даних за час вимірювання, який разом з часом підготовки до вимірювань не дозволяє проводити їх в реальному часі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення вушного ехо-спектрометра, в якому введенням поміж акустичним зондом і зовнішнім слуховим проходом звукопроводу, виконаного у вигляді гнучкої трубки розрахованої довжини з діаметром, рівним діаметру зовнішнього слухового проходу, причому тиск повітря в звукопроводі і вусі дорівнює атмосферному, забезпечується спрощення процедури діагностики і підвищення її безпечності для немовлят і стає можливим проведення діагностики в реальному часі. Поставлена задача вирішується тим, що у вушному ехо-спектрометрі для контролю норми системи середнього вуха, що містить акустичний зонд в якому розташовані телефон та мікрофон, генератор зондуючого сигналу та вимірювальну систему, згідно винаходу новим є те, що в нього додатково введено звукопровід, який виконано у вигляді гнучкої трубки, в еластичний вхід якої вставлено акустичний зонд, а вихід її виконано з можливістю щільного встановлення у зовнішній слуховий прохід пацієнта, а вимірювальна система виконана на основі комп'ютера, і містить звукову плату, з'єднану двонаправленою шиною з центральним процесором, вихід "out" якої з'єднано з входом телефону, а мікрофонний вхід "in" з'єднано з виходом мікрофону, постійний запам'ятовуючий пристрій, з'єднаний виходом з центральним процесором, оперативний запам'ятовуючий пристрій, з'єднаний двонаправленою шиною з центральним процесором, дисплей і принтер, з'єднані входами з центральним процесором, клавіатуру та мишу, з'єднані виходами з центральним процесором, при цьому генератор зондуючого сигналу виконано у вигляді жорсткого диску, з'єднаного двонаправленою шиною з центральним процесором комп'ютера. На кресленні представлена структурна схема комп'ютерного вушного ехо-спектрометра, що пропонується. Комп'ютерний вушний ехо-спектрометр містить звукопровід 1, який виконано у вигляді гнучкої трубки, в еластичний вхід якої вставлено акустичний зонд 3, який містить телефон 4 та мікрофон 5, а вихід її виконано з можливістю щільного встановлення у зовнішній слуховий прохід пацієнта 2, вимірювальну систему виконану на основі комп'ютера 14, і яка містить звукову плату 10, з'єднану двонаправленою шиною з ЦП 6, вихід "out" якої з'єднано з входом телефону 4, а мікрофонний вхід "in" з'єднано з виходом мікрофону 5, постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗП) 7, з'єднаний виходом з ЦП 6, оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) 8, з'єднаний двонаправленою шиною з ЦП 6, дисплей 11 і принтер 12, з'єднані входами з ЦП 6, клавіатуру та мишу 13, з'єднані виходами з ЦП 6, генератор зондуючого сигналу, виконаний у вигляді жорсткого диску 9, з'єднаного двонаправленою шиною з центральним процесором (ЦП) 6 комп'ютера. Розглянемо спосіб експрес-контролю норми акусто-механічної системи вуха на прикладі роботи комп'ютерного вушного, е хо-спектрометра. Електричні імпульси з амплітудою А0 з ви ходу "out" звукової плати 10 комп'ютера 14 поступають на телефон 4. Джерелом електричних імпульсів є записана, за допомогою клавіатури -3 y = y m sin(2p × 660 × t ) та миші 13, на жорсткий диск 9 в реальному часі функція: при 0 £ t £ 2,27 × 10 c , або -3 , при 0 £ t £ 1 5 × 10 c . Кількість посилок і інтервалів між ними вибираються в залежності від інтервала зміни процесу, що досліджується. Телефон 4 перетворює електричні імпульси в акустичні. Випромінювані телефоном 4 акустичні імпульси поступають одночасно на мікрофон 5, який перетворює їх в електричні прямі імпульси, ' які поступають на мікрофонний вхід "in" звукової плати 10, і далі в ОЗП 8 комп'ютера 14, і на вхід звукопроводу 1, по якому вони доходять до барабанної перетинки вуха людини і відбиваються від неї. Характерна довжина затухання звуку в звукопроводі 1 діаметром d = 0,65 см , що приблизно рівний діаметру y = ym sin(2p ×1000 × t ) зовнішнього слухо вого проходу 2, дорівнює при f = 660Гц : x0 = 2r 2 × 1 22 , ×d ×c = × 6,5 ×10 -3 × 3,42 × 102 = 13,5 м mw 1,6 × 10- 5 × 4,15 × 103 або при f = 1000Гц : x0 = 10,9м , 2 , , де r = 1 22 кг/м 3, с = 3,42 × 10 м/с - густина повітря та швидкість звуку в -5 ньому, m = 1,6 × 10 кг/м .с - коефіцієнт в'язкості повітря. Довжина звукопроводу 1 вибирається рівною 1м. При цьому коефіцієнт затухання у звукопроводі 1 на частотах 440; 660; 880 Гц дорівнює 0,937; 0,926; 0,914, а на частотах 665, 1000, 1335 Гц дорівнює 0,925; 0,918; 0,891. Зміною коефіцієнту затухання у вибраних діапазонах @ 2,5% від значення на 660 або 1000 Гц можна знехтувати у порівнянні зі змінами коефіцієнту відбивання, що розрахований з виразу для фактора норми: 0,89-0,71-0,84, тобто 0,18/0,71=0,25 (25%). Відбиті акустичні імпульси 2 K2 ( f )c(f )ym (ехо-імпульси) через звукопровід 1 приходять на мікрофон 5, їх амплітуда дорівнює , K (f ) коефіцієнт затухання у звукопроводі 1, c (f ) - коефіцієнт відбивання від барабанної перетинки. Мікрофон 5 перетворює акустичні ехо-імпульси в електричні. Електричні ехо-імпульси з мікрофону 5 поступають на мікрофонний вхід "in" звукової плати 10, і далі в ОЗП 8 комп'ютера 14, в якому вже знаходиться K 2 ( f )y m K (f ) інформація про амплітуду прямих імпульсів, вона дорівнює: розр . , де розр . -розрахований коефіцієнт Kрозр . (660) = 0,926 Kрозр . (1000) = 0,918 затухання у звукопроводі 1 ( - для чоловіків, - для жінок). В ЦП 6 за допомогою, наприклад, прикладного пакету Matlab, знаходяться залежності коефіцієнту відбивання від частоти, c (f ) = K 2 (f )c( f )y m / K 2 . ( f ) ym розр які виводяться на екран дисплею 11, і які занесені в ОЗП 8: . Необхідні значення c мін ( t ) f p(t) і переносяться на принтер 12. Змінюючи частоту і час слідування імпульсів можна отримати зміну параметра норми і резонансної частоти як в процесі швидких (наприклад ковтальних) рухів, так і у процесі більш повільних впливів (наприклад лікарських тестів). ПЗП 7 використовується ЦП 6 для зберігання базової системи вводу/виводу BIOS, яка являється частиною операційної системи Windows, яка, в свою чергу, постійно знаходиться в ОЗП 8 і організує управління всіма блоками комп'ютера 14 і взаємодію його з лікарем, який проводить процедуру діагностики. Програма обробки прямого і ехо- імпульсів в ЦП 6: 1) після приходу ехо-імпульсу і прямого імпульсу знаходяться їх спектри з інтервалом 22Гц (20 частот у діапазоні 440-880 Гц або 33,5 Гц (20 частот у діапазоні 665-1335 Гц); записуються в ОЗП 8; 3) знаходиться частотна залежність коефіцієнта відбивання від барабанної перетинки 2 c (f ) : c( f= K2 ( f )c (f )ym / Kрозр . (f )ym ) c (f ) f ; значення мін p і p виводяться на екран дисплею 11; 4) якщо використовується декілька імпульсів, то процедура аналогічна пп.1-3 пророблюється з кожним з c ( f , t) f c імпульсів; в кожному із спектрів знаходиться мін p з занесенням в ОЗП 8 мін , p , t ; після закінчення серії c ( t ) f p(t) залежності мін , відображаються на екрані дисплею 11 і можуть бути роздруковані принтером 12; 5) знаходиться відношення значення активної складової імпедансу R до значення імпедансу повітря у Z = r 0с0 / Sб.п. площині барабанної перетинки п : 1+ c мін q = R / Zп = 1- c мін де кг/м 3; Sб.п. = 64 ×10-6 м 2 (для чоловіків) і Sб.п. = 130 ×10-6 м 2 (для жінок) – площа барабанної перетинки; r 0 = 1,2 c 0·= 3,4·102 м/с - густина повітря і швидкість звуку в ньому; 6) знаходиться добротність по значенню c (440Гц) для чоловіків або c (665Гц) для жінок, тобто c (x = 0,665) ( x = 440/660 - 665/1000 = 0,665) ; Q= c 2 (0,665) × (1 + q)2 - (1 - q )2 2 0,71 × (1 - c (0,665)) ; 6) знаходиться фактор норми: 1 A =Q× 1 + 1/ Vб.п. , якщо він не дорівнює 1, робиться висновок про наявність паталогій середнього вуха людини. При необхідності вибрана залежність χ(ί) може бути оброблена для знаходження параметрів середнього вуха: знаходиться маса слухо вих кісточок разом з барабанною перетинкою і її гн учкість (еквівалентний об'єм): Q × q × zп.мех . mк = 2 pfp , zп.мех . = r0 × c 0 × Sб.п. = 4,2 ×102 кг / с × м2 × Sб.п. де , 7 Q × q × Sб.п. mк = 6,65 × 10 × fp , мг, 1 Vб.п. = Q × wp × q × Zп ,м 3 Використання винаходу дозволяє підвищити достовірність діагностики патологій середнього вуха, робить можливим проведення діагностики в реальному часі, забезпечує спрощення процедури діагностики і підвищення її безпечності для немовлят.
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for monitoring normal parameters of acoustic-and-mechanical system of middle ear and computerized ear-spectrometer for its realization
Назва патенту російськоюСпособ экспресс-контроля нормы акусто-механической системы среднего уха и компьютерный ушной эхо-спектрометр для его реализации
МПК / Мітки
МПК: A61B 5/12
Мітки: акусто-механічної, норми, ехоспектрометр, експрес-контролю, системі, спосіб, реалізації, вуха, комп'ютерній, вушний
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-63226-sposib-ekspres-kontrolyu-normi-akusto-mekhanichno-sistemi-vukha-ta-kompyuternijj-vushnijj-ekhospektrometr-dlya-jjogo-realizaci.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб експрес-контролю норми акусто-механічної системи вуха та комп’ютерний вушний ехоспектрометр для його реалізації</a>
Попередній патент: Спосіб фізіотерапевтичного впливу на біологічний об’єкт
Наступний патент: Транспортний засіб з колісними рушіями
Випадковий патент: Комбінація інгібітора протеази ns3 hcv з інтерфероном і рибавірином