2. Звукові методи дослідження в клініці.

Звук являє собою механічні коливання частотою від 16Гц до 20кГц, які розповсюджуються в пружному середовищі. Джерелом звуку може бути тіло, що коливається у вказаному діапазоні звукових частот(камертон, струна). Звуки поділяються на тони, шуми і звукові удари. Розрізняють прості і складні тони. Простий тон – це звукове коливання, яке відбувається  по гармонічному закону. Якщо тон представляє собою не гармонічне коливання, то він називається складним. Простий тон дає камертон, складний – музичний інструмент, голосовий апарат людини. Складний тон, згідно теореми Фур’є, може бути розкладений на прості, при цьому тон найменшої частоти називається основним, а інші – обертонами. Основними фізичними(об’єктивними) характеристиками звуку є такі:

 Інтенсивність звуку - це величина енергії, яку в середньому переносить звукова хвиля за одиницю часу через одиницю площі поверхні перпендикулярної до напрямку поширення хвилі:

        (1)

де – густина середовища, - швидкість поширення хвилі,  - циклічна  частота, А – амплітуда хвилі. Як видно із формули (1), енергія та інтенсивність хвилі прямо пропорційні квадрату її амплітуди.

Звуковий тиск - це ефективне значення надлишкового над атмосферним тиском, яке утворюється у місцях згущення часток повітря у звуковій хвилі . Інтенсивність звуку I рівна квадрату амплітуди звукового тиску діленого на , і визначається за формулою:

                          (2)

де  - акустичний  опір (імпеданс ) , Р - звуковий тиск.

         Акустичний гармонічний спектр - це результат розкладання складного коливання ( тону )на прості тони (гармоніки ) ,які його складають , з вказанням їх частоти і амплітуди (інтенсивності ) .

З фізичними (об’єктивними ) характеристиками звуку тісно зв’язані фізіологічні ( суб’єктивні) характеристики звуку . Цей зв'язок ілюструється схемою приведеною на мал.1

При клінічних дослідженнях вимірюють поріг слухового відчуття I₀, під яким розуміють інтенсивність звуку даної частоти , яка ще сприймається вухом ( або мінімальний звуковий тиск ) . Нормальне людське вухо сприймає досить широкий діапазон інтенсивностей звуку:

Так на частоті 1000 Гц від ( поріг слухового відчуття ) до I= 10 Вт/м² (поріг больового відчуття ) . Відношення цих інтенсивностей рівне 10¹³, тому для зручності вводять шкалу рівня інтенсивності . Шкала рівня інтенсивностей звуку створюється таким чином : значення I ₀ приймається за початковий рівень шкали , будь-яку іншу інтенсивність виражають через десятковий логарифм її відношення до I₀ :

                (3)

За одиницю рівня інтенсивності прийнято 1Бел ( Б ) , яка відповідає зміні інтенсивності в 10 разів ,а також 1дециБел (дБ) =0,1 Б

          (4)

Для фізіологічної оцінки гучності звуку вводять шкалу рівня гучності L_E. При постійній частоті рівень гучності зв’язаний  з рівнем інтенсивності законом Вебера -Фехнера, згідно з яким рівень гучності на даній частоті пропорційний рівню інтенсивності:

          (5)

тобто, якщо інтенсивність звуку змінюватиметься у геометричній прогресії (тобто в однакове число раз), то рівень гучності змінюватиметься в арифметичній прогресії(тобто, на однакову величину);  k- коефіцієнт пропорційності , який залежить від частоти та інтенсивності . Відносно звуку це означає, що якщо інтенсивність звуку приймає ряд послідовних значень, наприклад aI, a²I, a³I(а – деякий коефіцієнт, а>1), то відносне їм відчуття гучності звуку буде Е₀, 2Е₀, 3Е₀ і т.д. Якщо б коефіцієнт k був сталим , то шкала інтенсивностей відповідала б шкалі гучності .

Вважають ,що на частоті 1000 Гц шкали рівня гучності і рівня інтенсивності звуку співпадають . тобто (k=1) на цій частоті децибел шкали рівня інтенсивності буде відповідати децибелу шкали рівня гучності. Для відмінності шкали інтенсивності від шкали гучності децибел називають фоном.

 

Звук є джерелом інформації про стан внутрішніх органів людини. Робота серця, легенів та інших органів супроводжується звуковими явищами. Знаючи, якими повинні бути ці звуки при нормальному функціонуванні органів і тканин, можна визначити характер захворювання або пошкодження органа при тій чи іншій патології.

Прослуховування і аналіз тонів та шумів, які виникають під час функціонування внутрішніх органів, називається аускультацією. Для прослуховування звуків використовують фонендоскоп. Його дія ґрунтується на резонансному підсиленні звуку. Резонансні порожнини  дають характерні (з малим затуханням) звукові коливання і по-різному проводять звуки, що використовується в іншому методі звукового дослідження – перкусії.

Перкусія — це аналіз перкуторних звуків, що виникають при постукуванні молоточком по плесиметру або кінчиком зігнутого пальця однієї руки по фаланзі пальця другої руки, прикладеної до певної ділянки тіла хворого. При постукуванні резонують порожнини всередині організму, по-різному реагують на стук молоточка або пальця м'які, пружні, тверді та порожнисті органи. При ударі по пружних тканинах або тканинах, що оточують порожнини тіла, заповнені повітрям, внутрішній звук підсилюється і стає дзвінким (тимпанічним). Якщо черевна порожнина містить багато рідини (водянка), перкуторний звук буде коротким і глухим.

Добре резонують порожнини тіла, заповнені повітрям, кістки та еластичні перетинки (ясний звук).

Для діагностики серцевих захворювань використовують метод фонокардіографії (ФКГ) заснований на реєстрації та аналізі звуків, що виникають при скороченні і розслабленні серця. Фонокардіографія об’єктивно відображає та уточнює результати амплітудного і частотного аналізу звуків, вимірювання їхньої тривалості й інтервалів між ними (рис. 2).

Рис. 2. Фонокардіограма (цифрами I, II, III, IV позначені відповідно перший, другий, третій і четвертий тони серця).

 

Для фонокардіографії використовують спеціальні прилади – фонокардіографи або фонокардіографічні приставки, основними елементами конструкції яких є мікрофон, що перетворює звукові коливання в електричні; частотні фільтри, з’єднані з підсилювачами сигналів, що надходять від мікрофона; пристрій, що реєструє та забезпечує запис коливань до 1000 Гц при швидкості реєстрації 50 і 100 мм/с (рис.3).

Рис. 3. Фонокардіограф комп’ютерний «Сфера».

 

 Використання різних типів мікрофонів (лінійного, стетоскопічного, логарифмічного) і смугових фільтрів дозволяє для виділення діагностично значимих звукових феноменів реєструвати звукові коливання як у практично повному та аускультуючому, так і в спеціально обраному діапазоні частот.

 

Втрату слуху досліджують методом аудіометрії. З цією метою визначають поріг чутності для різних тонів на спеціальному приладі – аудіометрі. Отримана крива називається аудіограмою. Порівняння аудіограми хворої  і здорової людини дозволяє діагностувати захворювання органів слуху.

 

 

Лабораторна робота

Тема роботи: Вивчення фізичних основ тональної  аудіометрії

Мета роботи: Вивчити принцип роботи, призначення і правила експлуатації аудіометра Sound Generate. Навчитися експериментально визначати  поріг слухового відчуття “пацієнта ” на різних частотах з допомогою аудіометра Sound Generate.

Прилади і матеріали :

Персональний комп’ютер, аудіометр Sound Generate, бланки аудіограм, навушники Sven GD-750.

Теоретичні відомості

Органом сприйняття і аналізу пружних коливань середовища являється слуховий аналізатор – вухо людини. В результаті тривалої еволюції орган слуху людини набув складну структуру, яка забезпечує сприйняття звукових коливань в діапазоні від 16 до 20000Гц.. Слухові подразнення, що сприймаються корою великих півкуль головного мозку надзвичайно багатогранні. Вухо людини може розрізняти висоту, гучність та тембр звуку, а також напрям поширення і відстань до джерела звуку. Разом з тим, індивідуальні можливості вуха змінюються в широкому діапазоні і нерідко понижуються з віком. Зокрема, при порушенні рецепторних клітин у результаті вікової дегенерації або патологічного процесу погіршується сприйняття звуку на високих частотах.

Кардинальним методом дослідження слухового апарату людини є тональна порогова аудіометрія, яка широко використовується в клінічній і поліклінічній практиці для дослідження органів слуху. Величина порогу слухового відчуття і її залежність від частоти являється важливим діагностичним фактором, який дозволяє в ряді випадків визначити локалізацію патологічних змін органів слуху . Крім того це важливо і для розуміння різних діагностичних методик: аускультації, перкусії, фонокардіографії , для розуміння дїї на органи людини інфразвуку і шумів .

Залежність рівня інтенсивності звуку від частоти, який сприймається людським вухом як звук однакової гучності із звуком на частоті 1000 Гц називаєтьсякривою рівня гучності. Важливе значення має крива нульового рівня гучності (поріг слухового відчуття ), яка дає залежність I₀  від частоти .

При погіршенні слуху крива порогу слухового відчуття буде розташована вище від нормальної.

На кожній частоті різниця рівня інтенсивності в патології і нормі відповідає різниці рівня гучності , тобто відчуття одного й того ж звуку в нормі і патології . Ця різниця в нормі і патології називається втратою слуху. Втрата слуху - це зниження рівня гучності сприйняття пацієнтом звуку даної частоти (рівня інтенсивності ) по відношенню до норми .Втрату слуху прийнято оцінювати по підвищенню рівня інтенсивності в порівнянні з нормою . Так як дослідження проводиться на рівні порогу слухового відчуття , то метод називається пороговим, а оскільки вимірювання проводиться на чітко визначеній частоті, то метод називається тональним.

Органом сприйняття і аналізу пружних коливань середовища являється слуховий аналізатор – вухо людини. В результаті тривалої еволюції орган слуху людини набув складну структуру, яка забезпечує сприйняття звукових коливань в діапазоні від 16 до 20000Гц.. Слухові подразнення, що сприймаються корою великих півкуль головного мозку надзвичайно багатогранні. Вухо людини може розрізняти висоту, гучність та тембр звуку, а також напрям поширення і відстань до джерела звуку. Разом з тим, індивідуальні можливості вуха змінюються в широкому діапазоні і нерідко понижуються з віком. Зокрема, при порушенні рецепторних клітин у результаті вікової дегенерації або патологічного процесу погіршується сприйняття звуку на високих частотах.

Кардинальним методом дослідження слухового апарату людини є тональна порогова аудіометрія, яка широко використовується в клінічній і поліклінічній практиці для дослідження органів слуху. Величина порогу слухового відчуття і її залежність від частоти являється важливим діагностичним фактором , який дозволяє в ряді випадків визначити локалізацію патологічних змін органів слуху . Крім того це важливо і для розуміння різних діагностичних методик: аускультації , перкусії , фонокардіографії , для розуміння дїї на органи людини інфразвуку і шумів .

 

Таким чином метод тональної порогової аудіометрії - це метод дослідження слуху пацієнта, який ґрунтується на визначенні втрати слуху по підвищенню рівня інтенсивності, який відповідає рівню слухового відчуття у порівнянні з нормою. Для оцінки втрати слуху будується аудіограма. Аудіограма - це графік, який показує втрату слуху в децибелах в залежності від частоти коливань. Блок-схема аудіометра приведена на мал.2.

Т – телефон, к₁ – перемикач інтенсивності маскуючого шуму, к₂ – перемикач і кнопка подачі тону.

В роботі для зняття аудіограми використовується генератор звукових коливань Sound Generate.

Аудіометр Sound Generate генерує частоти чистих тонів: 125, 250, 500, 100, 2000, 3000, 4000, 6000, 8000Гц. Зміна рівня інтенсивності здійснюється дискретно через 51,5дБ. Нульове положення шкали “Понижение слуха, дБ” для всіх частот відповідає порогу слухового відчуття.