WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования САНКТ ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ В МЕДИКО БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ Методические указания к выполнению лабораторных работ Санкт Петербург 2007 Cоставители: кандидат технических наук, доцент Л. А. Кулыгина; ас систент М. В. Боковенко Рецензент доцент В. И. Искаков Методические указания предназначены для выполнения лабораторных ра бот по курсу «Диагностические измерения в медико биологических электрон ных системах» и соответствуют материалу, читаемому студентам по специаль ности 210304 (201600) «Радиоэлектронные системы» со специализацией «Меди ко биологические электронные компьютеризированные системы».

Студенты знакомятся с методами диагностики и аппаратурой, используе мой в медицинской электронике. Указания предназначены для студентов днев ной формы обучения.

Подготовлены кафедрой радиоэлектронных комплексов и рекомендованы к изданию редакционно издательским советом Санкт Петербургского государ ственного университета аэрокосмического приборостроения.

Редактор А. Г. Ларионова Верстальщик Т. М. Каргапольцева Сдано в набор 02.02.07. Подписано к печати 09.03.07.

Формат 60х84 1/16. Бумага тип. № 1. Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,5.

Уч. изд. л. 3,0. Тираж 100 экз. Заказ № Редакционно издательский центр ГУАП 190000, Санкт Петербург, Б. Морская ул., 67 © ГУАП, 2007 2 Лабораторная работа № 1 ДИАГНОСТИКА СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА Цель работы: изучение биологии слухового анализатора, мето дики аудиометрии, схем аудиометра и слуховых аппаратов.

1. Теоретические положения 1.1. Основные понятия биологии слуха Биотехнология — это настоящее, но еще в большей мере — буду щее науки и будущее человечества. Восстановление поврежденных или замена полностью утраченных в результате болезни или травмы отдельных органов человека – одна из проблем биотехнологической медицинской практики, которой сегодня занимаются врачи в тесном союзе со специалистами в области медицинской радиоэлектроники и бионики.

Слух необходим для восприятия звуковых колебаний в довольно широком диапазоне частот. В юношеском возрасте человек различа ет звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц, однако уже к 35 годам верх няя граница слышимых частот падает до 15 000 Гц. Помимо созда ния объективной целостной картины об окружающем мире, слух обес печивает речевое общение людей.

Потерями слуха в той или иной форме страдают многие люди. Эти потери становятся критическими, когда они начинают препятство вать нормальному речевому общению между людьми. Возрастное ухудшение слуха, перенесенные болезни уха, звуковые травмы, ото токсическое действие некоторых лекарств и другие причины приво дят к тому, что около 2 % населения для того, чтобы быть полно правными членами общества, нуждаются в применении слуховых ап паратов (СА).

Историческое развитие СА отражает развитие техники и научных представлений о механизмах функционирования слуховой системы человека и причинах ухудшения слуха. Технология производства СА за последние 100 лет прошла путь от механических приспособлений в виде раструбов до внутриканальных аппаратов с цифровой обра боткой сигналов. В отношении методов обработки сигналов в СА эво люция взглядов не была столь стремительна. В основном применя лось усиление звука и формирование частотной характеристики на основе измерения аудиограммы пациента (зависимости порогов слы шимости и дискомфортной громкости от высоты звука). Дальней шие исследования способов обработки сигналов в СА ведутся в обла стях повышения помехоустойчивости восприятия речи за счет адап тивного шумопонижения, формирования пространственных диаг рамм направленности микрофонов и моделирования механизмов функционирования периферии слуховой системы. Следует также упо мянуть слуховое протезирование с помощью имплантации электро дов в улитку уха, которое выходит за рамки традиционных СА.

В настоящее время на рынке представлен широкий спектр СА, выполненных в виде карманных, заушных, внутриушных и внутри канальных устройств. В основном это аналоговые СА. Долгое время широкому внедрению цифровых методов обработки звука в СА пре пятствовали габариты и потребляемая мощность цифровых схем.

С другой стороны, в аналоговых аппаратах ощущался недостаток гибкости настроек для согласования параметров СА с индивидуаль ным характером потерь слуха у пациентов, связанный с ограничени ем числа механических регулировок, особенно в миниатюрных вари антах. Вследствие этого в конце 80 х гг. появились аналоговые ап параты с цифровым программированием настроек. В 1996 г. на рын ке появляются полностью цифровые заушные и внутриушные СА фирм Oticon и Widex, реализованные на базе специализированных микропроцессоров с жесткой внутренней структурой, напряжением питания 0,9–1,2 В, током потребления 1–2 мА и производительно стью от 14 до 40 млн операций в секунду. В настоящее время еще несколько фирм (Bernafon, Resound, Siemens, Sonic, Starkey и др.) выпускают внутриушные и внутриканальные цифровые СА со сред ней стоимостью порядка $1300 на базе собственных цифровых плат форм.

Таким образом, барьер больших габаритов и большого потребле ния питания цифровых микропроцессоров с производительностью, достаточной для реализации сложных алгоритмов обработки сигна лов в реальном масштабе времени, препятствовавший их широкому внедрению на рынок СА, основную долю которого занимают зауш ные и внутриушные аппараты, успешно преодолен. Успехи цифро вой миниатюризации заставляют предполагать, что в скором време ни большинство СА станут цифровыми. Поэтому в дальнейшем раз витии СА на первый план выходит задача разработки новых алго ритмов цифровой обработки речевых сигналов, способных качествен но изменить подходы к обработке сигналов в СА и улучшить реаби литацию пациентов.



Для подбора СА крайне важной является качественная диагнос тика слухового анализатора человека.

1.2. Биология слуха Воспринимающей частью слухового анализатора является ухо (рис. 1). В анатомическом отношении в ухе человека различают три отдела: 1) наружное ухо, состоящее из ушной раковины и наружного слухового прохода; 2) среднее ухо, составленное барабанной полос тью и имеющее придатки — евстахиеву трубу и ячейки сосцевидного отростка; 3) внутреннее ухо (лабиринт), состоящее из улитки (слу ховая часть), преддверия и полукружных каналов органа равнове сия. Если присоединить к этому слуховой нерв и слуховые пути в продолговатом и большом мозгу, а также центральные слуховые поля в коре височных долей, то весь комплекс представляет собой слухо вой анализатор. В функциональном отношении ухо можно разделить на две части — звукопроводящую (раковина, наружный слуховой проход, барабанная перепонка и барабанная полость, лабиринтная жидкость) и звукопринимающую (слуховые клетки, окончания слу хового нерва).

12 Рис. 1. Схема строения правого слухового органа человека:

1 — ушная раковина; 2 — наружный слуховой проход; 3 — барабанная перепонка; 4 — барабанная полость; 5 — молоточек; 6 — наковальня;

7 — стремя; 8 — евстахиева труба; 9 — полукружные каналы; 10 — улитка; 11 — слуховой нерв; 12 — чешуя височной кости Барабанная перепонка — тонкая соединительно тканная мембра на в ухе. Барабанная перепонка ограничивает наружный слуховой проход от барабанной полости. Звуковые волны вызывают колеба ния мембраны, которые посредством слуховых косточек передаются во внутренне ухо.

Барабанная полость — полость среднего уха, заполненная возду хом. Барабанная полость вмещает слуховые косточки, сообщается с полостью глотки евстахиевой трубой.

Внутреннее ухо — система сообщающихся, заполненных жидко стью каналов и полостей в хрящевом или костном лабиринте у по звоночных животных и человека. Во внутреннем ухе расположены воспринимающие части органов слуха и равновесия: улитка и вести булярный аппарат.

Евстахиева труба — канал, соединяющий глотку с барабанной полостью у многих позвоночных. Выравнивает давление воздуха в среднем ухе по отношению к окружающей среде.

Кортиев орган — рецепторная часть слухового анализатора. Пре образует энергию звуковых колебаний в нервное возбуждение. Кор тиев орган расположен на основной мембране в улитковом канале внутреннего уха, заполненном эндолимфой. Состоит из ряда внут ренних и трех рядов наружных воспринимающих звук волосковых клеток, от которых отходят волокна слухового нерва.

Наружное ухо — внешний отдел слуховой системы.

Среднее ухо — отдел слуховой системы, состоящий из барабанной перепонки; барабанной полости, заполненной воздухом, находящих ся в ней слуховых косточек евстахиевой трубы.

Стремечко — косточка среднего уха, передающая звуковые коле бания от наковальни во внутреннее ухо.

Улитка — в анатомии — часть внутреннего уха; спирально изви тый канал, разделенный продольными перепонками и мембранами на несколько частей, внутри которых циркулируют перилимфа и эн долимфа.

Ушная раковина — наружная часть слухового анализатора. Уш ная раковина образована эластичным хрящом, покрытым кожей.

Ушная раковина способствует улавливанию и усиливанию звуков, определению положения источников звука. У многих животных ушная раковина участвует в терморегуляции.

Слуховой анализатор — совокупность структур, обеспечивающих восприятие звуковой информации, преобразование ее в нервные им пульсы, последующую ее передачу и обработку в центральной нервной системе. Слуховой анализатор включает в себя орган слуха, слухо вой нерв и центры мозга, анализирующие слуховую информацию.

Периферическая часть органа слуха, т. е. орган слуха, состоит из наружного, среднего и внутреннего уха.

Звуковоспринимающий аппарат — спиральный орган, состоящий из основной мембраны с рецепторными клетками и покровной мемб раны. В основной мембране расположено около 25 тыс. рецепторных волосковых клеток различной длины. Высокие звуки вызывают ко лебания более коротких волокон, а низкие – более длинных.

В результате колебаний волокон основной мембраны возбужда ются рецепторные волосковые клетки, и сигнал по волокнам слухо вого нерва передается сначала в ядра нижних бугров четверохолмия, оттуда в медиальные коленчатые тела таламуса и, наконец, в височ ные доли коры больших полушарий, где и находится высший центр слуховой чувствительности.

Нарушение слуховой функции может быть обусловлено не только ухудшением чувствительности рецепторов внутреннего уха, ведущим к увеличению порогов восприятия тональных звуковых сигналов той или иной частоты, но и целым рядом факторов, существенно влияю щих на восприятие человеком сигналов, особенно со сложной спект ральной структурой.

Функциональное состояние наружных волосковых клеток суще ственно влияет на характер колебаний базилярной мембраны под действием звукового стимула, причем не только на амплитуду, но и на остроту частотных характеристик соответствующих ее участков.





Влияние наружных волосковых клеток проявляется также эффек том компрессии, при котором слабые звуковые колебания усилива ются соответствующими участками колебательной системы внутрен него уха значительно больше, чем сильные. Тем самым обеспечива ется восприятие слуховой системой человека расширенного диапазо на амплитуд колебаний звуковых сигналов. Соответственно нарушение функционирования наружных волосковых клеток ведет к значительным изменениям в характеристиках колебаний базиляр ной мембраны, что сказывается в первую очередь на ухудшении ее частотно селективных свойств, а также на характеристике, описы вающей связь амплитуды колебаний участков базилярной мембра ны с амплитудой воздействующих на нее звуковых колебаний. Та ким образом, колебания базилярной мембраны внутреннего уха ока зываются существенно нелинейными, а их характеристики — зави сящими как от уровня, так и от структуры действующего звукового сигнала. По существу, колебательная система улитки производит достаточно сложную обработку сигнала и формирует его отображе ние, которое с помощью внутренних волосковых клеток преобразу ется в поток импульсаций в афферентных волокнах слухового нерва.

Из сказанного следует, что такие эффекты как кохлеарный фильтр, двухтоновое подавление, компрессия формируются механизмами внутреннего уха, регулирующими колебания базилярной мембраны, а не процессами в звуковоспринимающем отделе звукового анализа тора, как это предполагалось ранее.

Предполагается, что именно структуры внутреннего уха, обуслов ливающие обратные связи, а таковыми являются наружные волос ковые клетки, обеспечивают высокие частотно селективные свойства слуховой системы, а также ее способность адаптироваться к различ ным условиям окружающей среды. Кроме того, функционирование механизмов обратной связи зависит от структуры действующего зву кового сигнала. Следует также различать глобальные и локальные связи во внутреннем ухе.

Исследование порогов слухового ощущения производится с помо щью аудиометров.

1.3. Методика аудиометрии Аудиометр представляет собой, по сути, генератор звуковой час тоты, частоту и интенсивность звука которого можно регулировать с большой точностью.

Острота слуха определяется главным образом порогом восприя тия звука. Основными физическими характеристиками звука явля ются: интенсивность звука [Вт/м], частота колебаний [Гц] и звуко вое давление [Па]. Интенсивность звука связана со звуковым давле нием выражением J = VP, где P — среднеквадратичное звуковое давление, Па; V — среднеквад ратичное значение колебательной скорости частиц в звуковой волне, м/с. Минимальная интенсивность звуков, различаемая слухом чело века, называется пороговой: J0 = 10–12 Вт/м2, а верхняя по интенсив ности граница звука — порог болевого ощущения: J = 10 Вт/м2, max что превышает нижнюю пороговую в 1013 раз. Для оценки звука пользоваться таким широким диапазоном неудобно (например, при бор для измерения уровня шума в указанном диапазоне с делениями в 1 мм должен бы иметь шкалу длиной в 1 млн км), поэтому относи тельные уровни по отношению к пороговым значениям принято из мерять и оценивать в логарифмической форме:

— уровень интенсивности: L1 = 10lg (J/J0), [дБ];

— уровень звукового давления: L2 = 20lg (Р/Р0), [дБ];

При этом весь диапазон слышимых звуков укладывается в преде лах от 0 до 140 дБ.

Давление звука в 2 10–5 Па принято брать за 0 дБ. В других физических единицах это соответствует интенсивности звука в 2 10–6 Вт/см2.

Исследование слуха с помощью аудиометра называют аудиомет рией чистого звука. Порог слышимости определяется так: врач до тех пор повышает интенсивность звука на определенной частоте, пока пациент через наушники не уловит звук и не просигнализирует об этом, нажав кнопку, находящуюся у него под рукой. Воспринятая интенсивность звука и будет порогом возбуждения на данной часто те. После этого врач проводит исследование на других частотах. Для исключения помех целесообразно помещать больного в звукоизоли рованную камеру (сурдокамеру). О необходимых действиях врач го ворит через наушники, надетые больному. Чистый звук от аудиомет ра, передаваемый воздушной подушкой между мембраной наушника и барабанной перепонкой, попадает во внутренние органы уха.

Есть и такой метод исследования слуха, когда звук с определен ной частотой и интенсивностью подают не в ушную раковину, а на кость позади уха — так называемый сосцевидный отросток. Здесь звук передается черепной костью.

Оба метода исследования играют важную роль в дифференциаль ной диагностике. Если при обследовании с помощью наушников ус танавливают потерю слуха, а обследованием с подачей звука на кос ти черепа повреждения слуха не обнаруживают, то ясно: беда не во внутреннем ухе и не со слуховыми нервами – недуг следует искать в среднем ухе, чаще всего около слуховых косточек.

Ни при одном из описанных методов не удается избежать прохож дения колебаний через черепную кость. Поэтому во время обследова ния одного уха звуки попадают и в другое, а это мешает обследова нию, тем более, когда необходимо осмотреть только одно ухо. Для устранения такого положения неисследуемое ухо «маскируют», т. е.

подают на него звук определенной силы (так называемый «белый шум»). Для этой цели в аудиометр монтируется специальный шумо вой генератор, сигнал от которого можно подключить к любому на ушнику.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.