АППАРАТ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ НЕЙРОСЕНСОРНОЙ ТУГОУХОСТИ
APPARATUS FOR DIAGNOSING AND TREATING SENSORINEURAL HEARING LOSS

Изобретение относится к области медицинского оборудования. Аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости предназначен для диагностики и лечения различных поражений слуха и может использоваться в больницах и клиниках, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях.
Известно устройство аудиотестер ультразвуковой для диагностики различных поражений слуха, который содержит генератор колебаний ультразвуковой частоты и генератор тактовых импульсов, соединенные с электронным ключом, усилитель мощности и пьезоэлектрический излучатель (см. патент РФ №2252698, МПК А61В 5/12, А61В 8/00).
Недостатком является отсутствие в устройстве источника гальванического тока, что не позволяет проводить лечение нейросенсорной тугоухости методом фоноэлектрофореза.
Известно устройство для фоноэлектрофореза (а.с. 1003853, МПК A61N 1/30), которое содержит соединенные между собой генератор ультразвука и ультразвуковой излучатель, источник тока и электроды, причем один из электродов установлен на ультразвуковом излучателе и выполнен в виде платинового кольца, внутри которого расположена пористая мембрана, а источник тока снабжен стабилизатором.
Недостатком этого устройства является невозможность его использования для лечения нейросенсорной тугоухости. Конструкция не предназначена для введения излучателя в слуховой канал. Известное устройство также имеет недостаточную эффективность в проведении фоноэлектрофореза, поскольку зоны излучения и электрического тока разделены.
Наиболее близким к данному техническому решению является аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости, содержащий генератор колебаний ультразвуковой частоты, полосовой фильтр, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности, датчик тока и преобразователь тока в напряжение, а также блок коммутации, амплитудный детектор тока и амплитудный детектор напряжения, выходы которых подключены к входам блока коммутации, вход амплитудного детектора тока подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, микропроцессор, подключенный к управляющему входу усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу блока коммутации, а выход - к микропроцессору, панель управления и пьезоэлектрический излучатель (см. RU2307587, кл. А61В 5/12, 10.10.2007)
Недостатком указанного ультразвукового прибора для диагностики поражений слуха является невозможность использования аппарата для лечения нейросенсорной тугоухости методом фоноэлектрофореза и электрофореза.
Задачей изобретения является повышение достоверности диагностики и эффективности лечения нейросенсорной тугоухости за счет автоматического контроля и управления мощностью ультразвукового излучения и силой гальванического тока с помощью микропроцессора, а также за счет удобной конструкции ультразвукового излучателя.
Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости, содержащем генератор колебаний ультразвуковой частоты, полосовой фильтр, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, усилитель мощности, датчик тока и преобразователь тока в напряжение, а также блок коммутации, амплитудный детектор тока и амплитудный детектор напряжения, выходы которых подключены к входам блока коммутации, вход амплитудного детектора тока подключен к выходу преобразователя тока в напряжение, микропроцессор, подключенный к управляющему входу усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу блока коммутации, а выход - к микропроцессору, панель управления и пьезоэлектрический излучатель, согласно изобретению, дополнительно содержит трансформатор, выход которого подключен к пьезоэлектрическому излучателю, электрод для электрофореза, подключенные к микропроцессору и размещенные в панели управления инкрементный энкодер и сенсорный дисплей, управляемый источник тока и коммутатор полярности, при этом выход управляемого источника тока соединен с коммутатором полярности, дополнительный датчик тока и дополнительный преобразователь тока в напряжение, подключенный между выходом дополнительного датчика тока и микропроцессором, генератор колебаний ультразвуковой частоты подключен к микропроцессору, пьезоэлектрический излучатель размещен в металлическом корпусе, коммутатор полярности имеет два выхода, один из которых соединен с корпусом пьезоэлектрического излучателя, а другой выход посредством дополнительного датчика тока подключен к электроду для электрофореза, датчик тока подключен между выходом усилителя мощности и входом трансформатора, к которому также подключен вход амплитудного детектора напряжения.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается также в том, что пьезоэлектрический излучатель выполнен в виде сменного узла.
На фиг.1 представлена структурная схема аппарата для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости.
На фиг.1 приведены следующие обозначения:
1 - генератор колебаний ультразвуковой частоты;
2 - полосовой фильтр;
3 - усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усилия;
4 - усилитель мощности;
5 - датчик тока;
6 - преобразователь тока в напряжение;
7 - блок коммутации;
8 - амплитудный детектор тока;
9 - амплитудный детектор напряжения;
10 - микропроцессор;
11 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
12 - панель управления;
13 - пьезоэлектрический излучатель;
14 - трансформатор;
15 - электрод для электрофореза;
16 - инкрементный энкодер (преобразователь угловых перемещений);
17 - сенсорный дисплей;
18 - управляемый источник тока;
19 - коммутатор полярности;
20 - дополнительный датчик тока;
21 - дополнительный преобразователь тока в напряжение;
22 - корпус пьезоэлектрического излучателя.
Аппарат для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости содержит генератор колебаний ультразвуковой частоты 1, соединенный через полосовой фильтр 2 с усилителем с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3, выход которого через усилитель мощности 4 и датчик тока 5 соединен с трансформатором 14, выход которого соединен с пьезоэлектрическим излучателем 13. К датчику тока 5 подсоединен преобразователь тока в напряжение 6. Аппарат содержит панель управления 12 с инкрементным энкодером (преобразователь угловых перемещений) 16 и сенсорным дисплеем 17, а также амплитудный детектор тока 8 и амплитудный детектор напряжения 9, подключенные соответственно к преобразователю тока в напряжение 6 и выходу датчика тока 5. Выходы указанных амплитудных детекторов через блок коммутации 7 и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11 соединены с входом микропроцессора 10, первый выход которого подсоединен к генератору колебаний ультразвуковой частоты 1, второй выход подсоединен к управляющему входу усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3, третий выход подсоединен к сенсорному дисплею 17, четвертый выход подсоединен к управляемому источнику тока 18, а пятый выход - к коммутатору полярности 19. К входам микропроцессора 10 подсоединены инкрементный энкодер, расположенный на панели управления 12, а также дополнительный преобразователь тока в напряжение 21. Один из выходов коммутатора полярности 19 соединен с корпусом с пьезоэлектрическим излучателем 22, другой выход соединен с дополнительным датчиком тока 20, выход которого соединен с электродом для электрофореза 15.
Работа аппарата для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости осуществляется следующим образом.
С выхода генератора 1 колебаний ультразвуковой частоты модулированный ультразвуковой сигнал поступает на вход полосового фильтра 2, который подавляет паразитные гармоники и комбинационные составляющие, возникающие при модуляции ультразвукового сигнала. С выхода полосового фильтра модулированный ультразвуковой сигнал поступает на вход усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3.
С выхода усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления модулированный 3 ультразвуковой сигнал поступает на усилитель мощности 4, обеспечивающий необходимую мощность на пьезоэлектрическом излучателе 13, который преобразует электрический сигнал в механические колебания ультразвуковой частоты.
Между усилителем мощности 4 и трансформатором 14 включен датчик тока 5. К нему подключен преобразователь тока в напряжение 6, на котором ток, проходящий через трансформатор 14, преобразуется в напряжение и поступает на амплитудный детектор тока 8. К трансформатору 14 подключен амплитудный детектор напряжения 9. С выходов амплитудных детекторов 8 и 9 напряжения через блок коммутации 7 поступают на АЦП 11, где происходит их преобразование в цифровой код и передача на микропроцессор 10.
2
Микропроцессор осуществляет программное управление усилителем с дискретно регулируемым коэффициентом усиления 3 по последовательному интерфейсу IC, вычисление уровня мощности на излучателе путем измерения напряжений, пропорциональных уровню выходного напряжения и току излучателя, поступающих с соответствующих детекторов напряжения и тока. Таблица значений номинальных мощностей, соответствующих каждому уровню в диапазоне 0-30 дБ, хранится в микропроцессоре.
Вычисление текущей мощности на излучателе производится по следующей формуле:
<mrow><mi>P</mi><mo>=</mo><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>В</mi><mi>Ы</mi><mi>Х</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mi>H</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>K</mi><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
где
<mrow><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>В</mi><mi>Ы</mi><mi>Х</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msubsup><mi>U</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mi>t</mi><mo>∘</mo></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
- значение выходного напряжения на излучателе;
<mrow><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mi>H</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msubsup><mi>U</mi><mn>2</mn><mo>'</mo></msubsup><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mn>0</mn><mo>)</mo></mrow><mo>−</mo><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mi>t</mi><mo>∘</mo></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow>
- значение напряжения, пропорциональное уровню выходного тока излучателя.
Здесь:
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mn>1</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
ВЫХ
- напряжение, снимаемое с амплитудного детектора тока 8 (U);
1
ВЫХ
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>o</mi><mi>c</mi></mrow><mo>∘</mo></msubsup><mo>=</mo><msup><mrow><mn>20</mn></mrow><mo>∘</mo></msup><mi>C</mi></mrow>
U(0) - начальное напряжение смещения амплитудного детектора тока 8 (U) при отсутствии выходных ультразвуковых колебаний на излучателе (режим «ПАУЗА»), измеренных при
и вводимых в программу в качестве константы;
1
ВЫХ
U(t°) - напряжение смещения амплитудного детектора тока 8 (U) в режиме «ПАУЗА» во время работы;
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mn>2</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
H
- напряжение, снимаемое с амплитудного детектора напряжения 9 (I);
2
H
<mrow><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>o</mi><mi>c</mi></mrow><mo>∘</mo></msubsup><mo>=</mo><msup><mrow><mn>20</mn></mrow><mo>∘</mo></msup><mi>C</mi></mrow>
U(0) - начальное напряжение смещения амплитудного детектора напряжения 9 (I) при отсутствии выходных ультразвуковых колебаний на излучателе (режим «ПАУЗА»), измеренных при
и вводимых в программу в качестве константы;
2
H
U(t°) - напряжение смещения амплитудного детектора напряжения 9 (I) в режиме «ПАУЗА» во время работы;
К - коэффициент пропорциональности, учитывающий нелинейность характеристик амплитудных детекторов при измерении мощности во всем динамическом диапазоне.
Коэффициент К вводится в память микропроцессора в качестве константы при настройке аппарата.
Таким образом, на основании измеренных значений тока и напряжения микропроцессор вырабатывает сигнал управления коэффициентом усиления усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления и, таким образом, стабилизирует мощность сигнала, подаваемого на пьезоэлектрический излучатель.
Управление аппаратом для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости осуществляется с панели управления 12, на которой располагаются инкрементный энкодер и сенсорный дисплей.
Во время рабочего цикла (выдача ультразвуковой частоты на излучатель) из микропроцессора на усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления поступают коды, соответствующие уровню мощности, введенному сенсорным дисплеем. Однако во время работы меняется комплексное сопротивление пьезоэлектрического излучателя, что приводит к изменению мощности излучения при одинаковом сигнале на выходе прибора, поскольку происходит изменение тока нагрузки. Поэтому в процессе работы требуется корректировка выходной мощности. Корректировка ее производится после вычисления реальной мощности на излучателе по формуле (1) путем изменения коэффициента усиления усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления до достижения установленного значения. При изменении импеданса нагрузки (излучателя) за время рабочего цикла производится коррекция мощности.
Во время рабочего цикла микропроцессор также производит самоконтроль прибора с излучателем. В случае отсутствия тока или короткого замыкания в излучателе на дисплей выводятся соответствующие предупреждения.
Анализ этих режимов производится путем измерения напряжений, поступающих с амплитудных детекторов 8 и 9.
Введение ультразвука пациенту оператором при диагностике нейросенсорной тугоухости осуществляется посредством пьезоэлектрического излучателя, поверхность которого прижимается к заушной или лобовой части головы через тонкую пленку вазелинового масла. Воздействие ультразвука воспринимается пациентом благодаря наличию костной проводимости.
При постепенном увеличении интенсивности ультразвука достигается значение мощности излучения, при котором пациент начинает воспринимать ультразвук как слышимый сигнал. Это позволяет определить дифференциальный порог восприятия ультразвука и соответственно определить степень атрофии слухового нерва, т.е. диагностировать степень потери нейросенсорной чувствительности.
При этом надпороговый уровень ультразвука не используется, и отрицательные воздействия ультразвука на человека практически исключаются.
Аппарат может быть использован также для лечения нейросенсорной тугоухости методами фонофореза (ФФ), фоноэлектрофореза (ФЭФ), и электрофореза (ЭФ).
ФФ предусматривает локальное поступление лекарственных препаратов под действием УЗ в сочетании с непосредственным воздействием его на ткани уха.
Количественные закономерности поступления лекарственных препаратов в ткани лабиринта определяются функциональным состоянием внутреннего уха, его органной спецификой, составом контактной среды, интенсивностью и длительностью воздействия УЗ. Эффективность ФФ зависит от фармакологических свойств лекарственных препаратов и от их концентрации.
ФФ целесообразно использовать в тех случаях, когда лекарственный препарат неэлектропроводен или его свойства еще не известны.
В последние годы в клинической оториноларингологии все большее применение находит ФЭФ - комплексное использование УЗ с лекарственным электрофорезом.
ФЭФ целесообразно использовать в тех случаях, когда лекарственный препарат является диссоциирующим (электропроводным), как например, пиридоксина гидрохлорид, тиамина бромид, сернокислая магнезия, фтористый натрий и т.д.
2
Воздействие ФФ и ФЭФ осуществляют следующим образом: голова больного, находящегося в положении сидя, располагается на спинке кресла таким образом, чтобы наружный слуховой проход подвергаемого воздействию уха находился в вертикальной плоскости. В слуховой проход вливают 1,5-2,0 мл прогретого до 36-37°С раствора лекарственного препарата. Ультразвуковой излучатель погружают в заполненную раствором ладьевидную ямку ушной раковины, либо располагают в проксимальной трети наружного слухового прохода, что обусловлено диаметром рабочей поверхности ультразвукового излучателя. Излучатель удерживается в таком положении специальным штативом. В случае проведения эндаурального ФЭФ корпус пьезоэлектрического излучателя служит пассивным электродом. Активный электрод (свинцовая пластинка) 6×7 см располагается на сосцевидном отростке противоположного уха. После процедуры лекарственный раствор удаляется на марлевую салфетку.
Трансформатор 14 служит для гальванической развязки между пьезоэлектрическим излучателем и его корпусом 22, используемым в качестве электрода при проведении ФЭФ.
Инкрементный энкодер (датчик угловых перемещений) 16 и обеспечивает необходимую точность и удобство задания мощности ультразвукового излучения и силы гальванического тока.
Сенсорный дисплей 17 обеспечивает удобство и наглядность выбора режимов ФФ, ФЭФ и ЭФ.
Управляемый источник 18 тока вырабатывает гальванический ток заданной силы при проведении процедур ФЭФ и ЭФ.
Коммутатор полярности 19 служит для изменения полярности гальванического тока при использовании лекарственных препаратов различного химического состава.
Дополнительный датчик тока 20 и дополнительный преобразователь тока в напряжение 21 обеспечивают возможность автоматического контроля и управления гальваническим током с помощью микропроцессора, что повышает эффективность лечения нейросенсорной тугоухости и обеспечивает безопасность применения аппарата.
При диагностике и лечении используются разные частоты ультразвуковых колебаний, например для диагностики используется частота 100 кГц, а для лечения - частоты 1 и 3 МГц, поэтому предусмотрена возможность управления переключением частоты генератора колебаний ультразвуковой частоты 1 с помощью микропроцессора 10.
При диагностике и лечении различных заболеваний необходимо использовать пьезоэлектрический излучатель 13, настроенный на частоту генератора колебаний ультразвуковой частоты. Методики проведения процедур ФФ и ФЭФ предусматривают также использование пьезоэлектрических излучателей с различной площадью рабочей поверхности. Поэтому целесообразно выполнить пьезоэлектрический излучатель в виде сменного узла. Это позволит использовать аппарат для лечения не только нейросенсорной тугоухости, но и других заболеваний.
Изобретение позволяет создать универсальное и надежное устройство, позволяющее обеспечить повышение достоверности диагностики и эффективности лечения нейросенсорной тугоухости.
В качестве микропроцессора в аппарате для диагностики и лечения нейросенсорной тугоухости может быть использован микропроцессор типа TE-STM32F107 и сенсорный дисплей TE-ULCD35 фирмы STMicroelektronics.
Амплитудные детекторы могут быть выполнены на микросхемах типа TL084, а блок коммутации на микросхеме МРс509 фирмы TEXAS INSTRUMENTS.
Датчик тока AD 8065, аналого-цифровой преобразователь типа AD 7818, усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления AD8400, управляемый источник тока AD 7376 и коммутатор полярности ADG 433 фирмы ANALOG DEVICES.