ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ АКУСТИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА СРЕДНЕГО УХА
INSTRUMENT FOR MEASURING ACOUSTIC IMPEDANCE OF MIDDLE EAR

Заявляемое изобретение относится к приборам для аудиометрических исследований.
Для дифференциальной диагностики многих заболеваний органа слуха информативными являются величины акустического импеданса среднего уха - сопротивления, оказываемого элементами среднего уха распространению звуковой волны.
Из уровня техники известно устройство для неинвазивного исследования барабанной перепонки (патент на полезную модель RU №139254, опубл. 27.08.2008 г.), включающее волновод-интерферометр, один конец которого оборудован перфорированной панелью и открытой трубкой для герметичного сочленения с ушным вкладышем, а другой конец оборудован громкоговорителем, соединенным с генератором сигналов звуковой частоты, причем в двух точках боковой поверхности волновода-интерферометра установлены измерительные микрофоны, соединенные с вычислителем через аналого-цифровой преобразователь. Недостатком этого устройства является отсутствие возможности положения открытой трубки, герметично сочлененной с ушным вкладышем, в наружном слуховом проходе. Отмеченный недостаток приводит к зависимости результатов исследования от того, излучается используемый для исследования полигармонический сигнал звуковой частоты: на барабанную перепонку или на стенку слухового прохода. Это обстоятельство снижает объективность результатов измерений акустического импеданса среднего уха.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение арсенала устройств для аудиометрических исследований.
Решение технической задачи достигается тем, что прибор для измерений акустического импеданса среднего уха состоит из волновода-интерферометра, один конец которого оборудован перфорированной панелью и открытой трубкой для герметичного сочленения с ушным вкладышем, а другой конец оборудован громкоговорителем, соединенным с генератором сигналов звуковой частоты, причем в двух точках боковой поверхности волновода-интерферометра установлены измерительные микрофоны, соединенные с вычислителем через аналого-цифровой преобразователь, причем открытая трубка оборудована устройством контроля ее положения в наружном слуховом проходе, выполненным в виде измерителя расстояния до препятствия, а вычислитель оборудован индикатором для отображения расстояния.
Устройство контроля положения открытой трубки в наружном слуховом проходе может быть выполнено в виде миниатюрной видеокамеры, а вычислитель оборудован экраном для отображения формируемых ей изображений и клавиатурой для управления видеокамерой (включение/выключение, фокусировка, перемещение объектива в горизонтальной плоскости).
Миниатюрная видеокамера может быть соединена с вычислителем с помощью кабеля-провода, жестко закрепленного на внутренней стенке волновода-интерферометра и выведенного через его боковую поверхность с сохранением герметичности.
Миниатюрная видеокамера может быть соединена с вычислителем по радиоканалу.
Измеритель расстояния до препятствия может быть соединен с вычислителем с помощью кабеля-провода, жестко закрепленного на внутренней стенке волновода-интерферометра и выведенного через его боковую поверхность с сохранением герметичности.
Измеритель расстояния до препятствия может быть соединен с вычислителем по радиоканалу.
Расстояние от любого микрофона до конца волновода-интерферометра, предпочтительно, превышает десять его диаметров.
min
max
min
max
Расстояние между измерительными микрофонами, предпочтительно, находится в диапазоне 0,025λ…λ/2, где λ, λ - минимальная и максимальная длина звуковой волны, излучаемая громкоговорителем при диагностике состояния барабанной перепонки, м.
Каждый измерительный микрофон, предпочтительно конденсаторный, обеспечивающий линейную частотную характеристику во всем диапазоне частот полигармонического сигнала.
Чувствительность каждого измерительного микрофона, как правило, составляет не менее 50 мВ/Па.
Расстояние между измерительными микрофонами, предпочтительно, составляет 5 см.
Диаметр ушного вкладыша, предпочтительно, равен 7 мм.
Длина ушного вкладыша, предпочтительно, составляет 5-8 мм.
Отношение площади отверстия перфорированной панели к площади поперечного сечения волновода-интерферометра, как правило, не превышает 0,1.
2
Площадь поперечного сечения волновода-интерферометра, как правило, равна 1 см.
Диаметр отверстия перфорированной панели, как правило, равен диаметру открытой трубки.
Длина волновода-интерферометра, предпочтительно, превышает 1/20 максимальной длины волны используемого полигармонического сигнала.
Волновод-интерферометр может быть изготовлен из стали.
Волновод-интерферометр может быть изготовлен из жесткого пластика.
Толщина стенки волновода-интерферометра, предпочтительно, составляет 2-3 мм.
Ушной вкладыш, как правило, изготовлен из легко деформируемого материала, способного принимать форму слухового канала.
Перфорированная панель, предпочтительно, может быть изготовлена из пластика.
Вычислитель, предпочтительно, может быть оборудован накопителем с энергонезависимой памятью для документирования результатов исследования.
Вычислитель, предпочтительно, может быть оборудован печатающим устройством для документирования результатов исследования.
Вычислитель, предпочтительно, может быть оборудован передатчиком, осуществляющим передачу результатов исследования на внешнее цифровое устройство по радиоканалу.
Технический результат заключается в повышении объективности результатов измерений акустического импеданса среднего уха за счет обеспечения контроля положения открытой трубки, герметично сочлененной с ушным вкладышем, в наружном слуховом проходе. Мы говорим об обеспечении контроля положения открытой трубки, достигаемом повышением точности ее позиционирования в наружном слуховом проходе - измеритель расстояния и экран обеспечивают следующее. Мы устанавливаем (направляем) трубку так, чтобы величина расстояния на экране была максимальной: в этом случае полагаем, что трубка направлена не на боковую стенку слухового прохода, а в барабанную перепонку (при повторных измерениях у одного и того же человека манипулируя открытой трубкой добиваемся совпадения расстояния, используемого при ранее выполненном измерении) - точность позиционирования увеличилась.
Функционирование разработанного прибора для измерений акустического импеданса среднего уха состоит в следующем.
1) Пациента усаживают на стул (на табурет, в кресло и т.п.), в его наружный слуховой проход вставляют стерильный (предпочтительно, одноразового применения) или гигиенически обработанный с помощью дезинфицирующего средства ушной вкладыш, герметично сочлененный с концом волновода-интерферометра, другой конец которого оборудован герметично пристыкованным громкоговорителем, соединенным с генератором полигармонических сигналов звуковой частоты, причем в двух точках боковой поверхности волновода-интерферометра заподлицо с его внутренней поверхностью и с сохранением герметичности установлены два измерительных микрофона.
2) С помощью устройства контроля положения открытой трубки в наружном слуховом проходе (диаметр устройства не превышает 0,25 диаметра открытой трубки, а установлено оно так, что не выступает из плоскости внешнего сечения открытой трубки) контролируют положение открытой трубки в наружном слуховом проходе:
устройство контроля положения открытой трубки в наружном слуховом проходе выполнено в виде измерителя расстояния до препятствия, контроль положения открытой трубки осуществляют по информации на индикаторе вычислителя - манипулируя прибором, фиксируют его положение в позиции, соответствующей максимальной дальности до препятствия (в этом случае конец открытой трубки был направлен по оси слухового прохода, а не в его стенку).
Функционирование измерителя расстояний до препятствия может быть основано на излучении зондирующих и приеме отраженных радиолокационных сигналов или на излучении зондирующих и приеме отраженных сигналов оптического диапазона (в этом случае излучатель зондирующих сигналов представляет собой источник света, а приемник сигналов, отраженный препятствием выполнен как фотоприемник).
Если устройство контроля положения открытой трубки в наружном слуховом проходе выполнено в виде миниатюрной видеокамеры, то контроль положения открытой трубки, включив и настроив видеокамеру, осуществляют по информации на экране вычислителя - манипулируя прибором, добиваются, чтобы конец открытой трубки был направлен по оси слухового прохода.
3) Установив прибор в требуемом положении, через громкоговоритель в волновод-интерферометр подают полигармонический звуковой сигнал, образованный набором тональных сигналов. Часть этого сигнала поглощается перфорированной панелью и поступает через наружный слуховой проход на барабанную перепонку. Одновременно через аналого-цифровой преобразователь в вычислитель передают информацию с двух измерительных микрофонов (сигнал пропорциональный звуковому давлению, характеризуемый амплитудой и фазой для каждой частоты полигармонического сигнала).
4) Обрабатывая зарегистрированную информацию, для каждой частоты полигармонического сигнала определяют уровни звукового давления в двух точках волновода-интерферометра и разность фаз сигналов, регистрируемых измерительными микрофонами на каждой частоте; модуль комплексного коэффициента отражения звуковых колебаний для каждой частоты; коэффициент поглощения; комплексный импеданс барабанной перепонки для каждой частоты; угол отражения звуковых колебаний и другие показатели.
5) На основании полученной информации рассчитывают оценку акустического импеданса среднего уха исследуемого уха по одному из диагностических алгоритмов, применяемых в отоларингологической практике. Один из таких алгоритмов предполагает, обрабатывая зарегистрированную информацию, определять для каждой частоты полигармонического сигнала:
1
2
- уровни звукового давления в двух точках волновода (Р и Р) и разность фаз сигналов, регистрируемых измерительными микрофонами на каждой частоте (φ).
- модуль комплексного коэффициента отражения (r) звуковых колебаний для каждой частоты:
<mrow><mi>r</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msqrt><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>N</mi><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>+</mo><mn>4</mn><msup><mi>N</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">(</mo><msup><mrow><mi>cos</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mi>k</mi><mi>L</mi><mo>+</mo><msup><mrow><mi>cos</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mi>φ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><mn>4</mn><mi>N</mi><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>N</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow></msqrt><mi>cos</mi><mi>φ</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>k</mi><mi>L</mi></mrow><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msup><mi>N</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>N</mi><mi>cos</mi><mo stretchy="false">(</mo><mi>k</mi><mi>L</mi><mo>+</mo><mi>φ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow>
,
1
2
где N=P/P - соотношение уровней звукового давления в измерительных микрофонах на каждой частоте, k=2π/λ - волновое число (пространственная частота), L - расстояние между измерительными микрофонами;
2
- коэффициент поглощения α=1-r;
- комплексный импеданс барабанной перепонки для каждой частоты Z=R+jY,
где R - резистанс (активная компонента импеданса), Y - реактанс (реактивная компонента импеданса):
<mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>r</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>Y</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>r</mi><mi>sin</mi><mi>θ</mi></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>r</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>r</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>θ</mi></mrow></mfrac></mrow>
,
,
где θ - угол отражения звуковых колебаний
2
θ=arctg[(2NsinkL·(NcoskL-cosφ))/(N-1-2NcoskL(NcoskL-cosφ))].
Таким образом, цель применения заявляемого изобретения достигнута за счет того, что открытая трубка прибора оборудована устройством контроля ее положения в наружном слуховом проходе, обеспечивается позиционирование открытой трубки по оси слухового прохода, что, в свою очередь, обеспечивает объективность и воспроизводимость результатов измерений акустического импеданса среднего уха.
Описанные элементы заявляемого прибора функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники. Поэтому, по мнению заявителей, заявляемый прибор представляет собой новое техническое решение, относящееся к классу устройств для аудиометрических исследований.
Заявляемый прибор может выпускаться предприятиями (организациями) промышленности, специализирующимися на производстве и модернизации аппаратуры для аудиометрических исследований.