Лекция 10 Акустические медицинские приборы, аппараты и системы
Изучение акустических колебаний, возникающих при функционирование органов и систем биологического организма, осуществляется методами фонографии. Акустические колебания характеризуют: качество работы сердечной мышцы, клапанов, сердца, крупных сосудов, подходящих к сердцу; свойства потоков крови; работу сухожилий и т. д. Они появляются в результате механических колебаний соответствующих биологических структур организма.
В медицинской практике используется как аппаратура, изучающая «собственные» шумы организма, так и аппаратура, регистрирующая реакцию структур биообъектов на «локацию» звуковыми волнами.
Приборы для аудиметрических исследований
При проведении аудиометрических исследований с применением технических средств в практической медицине используются несколько основных методов. При этом основным диагностическими паказателями являются пороги слышимости, определяемые как минимальные величины раздражителей, которые вызывают ощущение идентифицируемой информации на фоне помех. Различают абсолютный и дифференциальный пороги чувствительности.
Абсолютный порог чувствительности измеряется в абсолютных величинах раздражителя, который испытуемый ощущает на фоне внутренних шумов и помех. Минимальная разница между двумя раздражителями, действующими последовательно или параллельно, которая воспринимается испытуемым, носит название дифференциального порога. При оценке состояния звукового анализатора исследуются как абсолютный, так и дифференциальный пороги. Человека воспринимает колебания, интенсивность которых находится в диапазоне от порогового до болевого значения.
Метод исследования абсолютных порогов восприятия пациентом звуковых колебаний называется аудиометрией. Приборы, предназначенные для исследования характеристик слуха, называются аудиометрами.
Существует достаточно большое количество различных аудиометров, из которых можно выделить:
- клинические аудиометры – приборы, обеспечивающие высокую точность измерений, генерирующие проверочные сигналы в широкой полосе частот, в широком динамическом диапазоне со многими градациями интенсивности;
- проверочные аудиометры – простые, переносные, дешёвые приборы с более узкими функциональными возможностями.
В клинических аудиометрах обычно генерируются звуковые колебания фиксированных частот: 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Переключение частот, как правило, ступенчатое. В простых проверочных аудиометрах обычно генерируются 3-4 частоты (например 500, 1000, 2000, 4000 Гц)
В клинических аудиометрах интенсивность звука в наушниках может быть изменена в пределах 110-120 и 60 дБ при подаче сигнала на кости черепа. В проверочных аудиометрах диапазон изменения интенсивности звука 0…60 дБ.
Рассмотрим типовую структуру промышленного аудиометра:
Рисунок 1. Структурная схема типового аудиометра
В этой схеме звуковые колебания создаются генератором (Г), выполняемым по RC-схеме с регулируемой частотой автоколебаний. В промежутке между изменением частоты она стабилизируется специальными схемами. Для улучшения формы синусоидальных колебаний могут использоваться полосовые RC-фильтры (Ф). Амплитуда сигналов на выходе фильтров контролируется индикатором напряжения (ИндН). Интенсивность звука задаётся аттенюатором (А).
Установив требуемое напряжение на шкале ИндН, переключением ступеней аттенюатора можно обеспечить необходимое уменьшение уровня выходного сигнала. Шкала аттенюатора обычно градуируется в децибелах (дБ), что обеспечивает лёгкость в оценке степени затухания сигнала в нём. Сумматор (См) позволяет на испытательный синусоидальный сигнал наложить напряжение шумов, генерирующихся генератором шумов (ГШ), интенсивность которых измеряется измерителем интенсивности (ИШ).
Амплитудная характеристика у сумматора должна быть линейной, чтобы при суммировании отсутсвовало преобразование спектра сигнала. Подключение или отключение генератора шумовых колебаний осуществляется переключателем К1. Принципиальная схема выполняется так, чтобы щумовые колебания подавались бы или на один наушник (вместе с колебаниями той частоты, которая является испытательной), или на другой наушник, или на оба наушника одновременно. Буферное устройство (БУ) вводится для того, чтобы подключение наушников не изменяло бы уровня электрических колебаний.
Для получения точных данных наушники калибруют. Поскольку «отдача» наушника зависит от объёма области, в которую излучается звук, для градуировки приходится использовать специальную установку, в которой чувствительный элемент выполняет роль искусственного уха. В результате градуировки получают для разных частот величину звукового давления, создаваемого в слуховом проходе при подаче на выводы наушника напряжения в 1 В.
Модулятор (Мд) ритмически (периодически, обычно с частотой 2 раза в секунду) изменяет интенсивность звуковых колебаний. Глубина модуляции регулируется, благодаря чему удаётся изменить минимальную амплитуда модуляции, которую испытуемый отмечает как колебания уровня звука.
В некоторых современных аппаратах для аудиометрии, помимо фиксации порогов слышимости как субъективной реакции испытуемого на звуковой раздражитель, применяются методики, аналогичные методикам формирования вызванных потенциалов, используемых в энцефалографии. Этот класс приборов генерирует звуковой раздражитель, регистрирует и анализирует вызванные ответы электроэнцефалографии под электродами, накладываемыми над проекциями головного мозга, отвечающими за работу зрительного анализатора. Такие приборы выполняются как компьютерные приборные системы, управляющие работой каналов аудиометрии и электроэнцефалографии с математическим обеспечением, решающим задачи расчёта параметров вызванного потенциала с формированием соответствующих диагностических заключений.