Звуковые методы исследования

 

а) Аускультация – непосредственное выслушивание звуков, возникающих внутри организма. Приборы: стетоскоп, фонендоскоп.

б) Фонокардиография – графическая регистрация тонов и шумов сердца и их диагностическая интерпретация.

в) Перкуссия – исследование внутренних органов посредством постукивания по поверхности тела и анализ возникающих при этом звуков. По тону перкуторных звуков определяют состояние и топографию органов.

г) Аудиометрия – метод измерения остроты слуха.

Прибор – аудиометр, на нем определяется порог восприятия: ,

где – пороговая интенсивность звука, которая приводит к возникновению слухового ощущения. Аудиограмма – это спектральная характеристика уха на пороге слышимости. Сравнивая аудиограмму больного пациента с нормальной кривой порога слухового ощущения, ставят диагноз (табл. 7).

 

Таблица 7

Тугоухость (Международная классификация)

 

Степень тугоухости	I	II	III	IV
Среднее значение порога восприятия (дБ)	26-40	41-55	56-70	71-90
Глухота	90 дБ
	ЛЕКЦИЯ 5

 

Физика слуха

 

В слуховом аппарате человека можно выделить звукопроводящую и звуковоспринимающую части (рис. 19). Строение слухового аппарата представлено на рис. 20а.

Рис. 19. Схематическое представление основных элементов

слухового аппарата человека: 1 – ушная раковина,

2 – наружный слуховой проход, 3 – барабанная перепонка,

4 – система косточек, 5 – улитка, 6 – основная мембрана,

7 – рецепторы, 8 – разветвление слухового нерва

а) Наружное ухо – это ушная раковина, наружный слуховой проход и барабанная перепонка. Ушная раковина (1) – звукоулавливатель, концентрирующий звуковые волны на слуховом проходе (2). Вследствие этого давление на барабанную перепонку (3) возрастает в ~ 3 раза по сравнению с давлением в падающей волне. Наружный слуховой проход (длина ~ 2,5 см) вместе с ушной раковиной играет роль резонатора. Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от среднего и состоит из двух слоев коллагеновых волокон, ориентированных по-разному. Ее толщина ~ 0,1 мм. Максимальная чувствительность уха в районе 3 кГц.

Рис. 20 а. Структура человеческого уха

 

б) Среднее ухо содержит систему косточек (4) – устройство, передающее звуковое колебание из воздушной среды (наружное ухо) в жидкую среду (внутреннее ухо). Объем среднего уха ~ 0,8 см³, оно заполнено воздухом. Для того, чтобы понять назначение среднего уха нужно рассмотреть переход звука из воздушной среды в жидкую. Он характеризуется коэффициентом пропускания .

для воздуха – 440 (кг/м²с); для жидкости внутри
уха – 1440000 кг/м²с; (см. формулу 7.2) В логарифмическом масштабе потери составляют:

.

Такой переход с энергетических позиций не эффективен. Система слуховых косточек среднего уха выполняет функцию согласования волновых сопротивлений воздушной и жидкой среды для уменьшения энергетических потерь. Система косточек работает как рычаг, в связи с чем, сила F ₂, действующая на овальное окно (рис. 21) возрастает в 1,3 раза по сравнению с силой, развиваемой барабанной перепонкой, т.е. F ₂ = 1,3 F ₁. Площади барабанной перепонки и овального окна относятся как .

 

текториальная мембрана

текториальная

мембрана

Рис. 20 б. Схема улитки и поперечное сечение. Звук проходит

путь как показано стрелочками, что вызывает движение волосков

в кортиевом органе против текториальной мембраны,

стимулируя нервы в основании волосков

 

Рис. 21. Диаграмма показывает как давление звука, пришедшего

из внешнего уха, увеличивается в среднем ухе. Сила F ₂

в 1,3 раза больше силы F ₁. Площадь овального окна A ₂

в 20 раз меньше площади барабанной перепонки.

Таким образом давление P ₂ в 26 раз больше P ₁

 

~ 26 раз.

Таким образом, различие площадей и совместно с системой косточек обеспечивает усиление звукового давления в 26 раз. В логарифмических единицах это составляет: , т.е. энергетические потери составят лишь 1 дБ.

Еще одна функция среднего уха – ослабление передачи колебаний в случае большой интенсивности за счет рефлекторного ослабления с помощью мышц связи между косточками. Сильное изменение давления в окружающей среде может вызвать растяжение барабанной перепонки (болевые ощущения, разрыв). Для ослабления таких перепадов служит евстахиева труба, которая соединяет полость среднего уха с верхней частью глотки.

в) Внутреннее ухо содержит улитку, основную мембрану, рецепторы, разветвление слухового нерва и представляет собой полость, заполненную перелимфой (рис. 20б). Полость – лабиринт имеет сложную форму и состоит из двух основных частей: улитки (5), преобразующей механические колебания в электрический сигнал и полукружий вестибулярного аппарата (рис. 20 а). Вдоль улитки, представляющей собой полое костное образование длиной 35 мм, в виде спирали, содержащей 2,5 завитка, проходит три канала: вестибулярный, барабанный, улитковый. Между улитковым и барабанным каналом вдоль улитки проходит основная (базилярная) мембрана (6), на которой находится Кортиев орган, содержащий рецепторные (волосковые) клетки (7) (около 24000), в которых возникают электрические потенциалы, передаваемые по слуховому нерву (8) в мозг.

Кортиев орган является преобразователем механических колебаний в электрический сигнал. Длина основной мембраны 32 мм. Она неоднородна. Так, например, модуль упругости вблизи стремечка ~ в 100 раз больше, чем у вершины.

 

Бинауральный эффект

Бинауральный эффект – это способность устанавливать направление на источник звука в горизонтальной плоскости. Звуковая волна приходит в левую и правую ушные раковины в разных фазах и с отличающимися интенсивностями. Это обеспечивает бинауральный эффект. Человек с нормальным слухом фиксирует направление на источник звука с точностью до 3°.

В вертикальной плоскости разности фаз нет и интенсивность одинакова, но форма ушной раковины способствует определению локализации источника звука. Дифракция звука на ушных раковинах происходит по-разному. В результате на спектр звукового сигнала накладываются max и min, зависящие от положения источника. По-видимому, в результате огромного опыта слушатели научились ассоциировать различные спектральные характеристики с соответствующими направлениями. Специальным подбором спектрального состава можно «обмануть» ухо. Человек воспринимает звук, содержащий основную часть энергии в области 1 кГц – сзади, независимо от его действительного расположения. Звуковые волны с частотами ниже 500 Гц и в области 3 кГц – спереди, 8 кГц – сверху.

Тимпанометрия

 

Тимпанометрия – метод измерения податливости звукопроводящего аппарата слуховой системы под влиянием аппаратного изменения воздушного давления в слуховом проходе. По тимпанограммам судят о патологиях.

 

Рис. 22. Тимпанограммы при различной степени

подвижности системы

Рис. 23. Основные типы тимпанограмм при патологиях среднего уха:

а – отсутвствие патологии; б – экссудативный средний отит;

в – нарушение проходимости слуховой трубы; г – атрофические

изменения барабанной перепонки; д – разрыв слуховых косточек

В слуховом проходе создается избыточное или недостаточное давление до 200 дПа. Подается волна определенной интенсивности, которая отражается от барабанной перепонки. Изменение интенсивности отраженной волны позволяет судить о звукопроводящих возможностях среднего уха. Мерой является параметр подвижности (рис. 22). Тимпанограммы позволяют определять патологии среднего уха (рис. 23).

ЛЕКЦИЯ 6

 

Ультразвук

 

Получают ультразвук (УЗ) за счет использования пьезоэффекта. Особенность ультразвука – это направленность распространения, как луч света. Для УЗ применимы законы геометрической оптики. При прохождении через вещество УЗ поглощается. На глубине h интенсивность УЗ: ; H – глубина полупоглощения. На этой глубине интенсивность УЗ уменьшается вдвое. В медицинских целях используют УЗ волны различных интенсивностей: малая 1,5 Вт/м², средняя 1,5–3 Вт/м², большая 3–10 Вт/м². Волновое сопротивление биологических тканей в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха, поэтому 99,99 % УЗ отражается. Для исключения влияния воздушного слоя поверхность кожи покрывают смазкой, уменьшающей отражение и создающей акустический контакт.