Elektroniczna aparatura medyczna Aparatura audiometryczna

Narząd słuchu - diagnostyka i terapia Ważny narząd potrzebny człowiekowi do porozumiewania się ze światem zewnętrznym, a dokładniej odbierania sygnałów dźwiękowych z tegoż świata. Dźwięk może oznaczać falę akustyczną wywołującą zjawisko słuchowe w aspekcie fizycznym lub wrażenie słuchowe wywołane przez tę falę w aspekcie psychologicznym. Stąd rozróżnia się cechy dźwięku: fizyczne (obiektywne): - częstotliwość - natężenie - struktura widmowa psychologiczne (subiektywne): - wysokość - głośność - barwa

Jak działa słuch Dźwięk dociera do przewodu słuchowego zewnętrznego. Po dotarciu do błony bębenkowej wprawia ją w drgania mechaniczne. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/way-hearing-works/

Jak działa słuch Łańcuch kosteczek słuchowych przekazuje drgania mechaniczne do ślimaka. Drgania mechaniczne wprawiają w ruch płyn zawarty w ślimaku. Ruch płynu powoduje ruch rzęsek słuchowych do przodu i do tyłu. W ten sposób generowane są impulsy elektryczne odbierane przez nerw słuchowy. Rzęski słuchowe zgromadzone na jednym z końców ślimaka odpowiadają za przekazywanie dźwięków o niskiej częstotliwości, a te z drugiego końca - za przekazywanie dźwięków o wysokiej częstotliwości. Mózg odbiera impulsy elektryczne z nerwu słuchowego i interpretuje je jako dźwięk.

Dźwięki można podzielić na: - proste - tony - odpowiada im drganie harmoniczne proste - złożone - drgania złożone - szumy - o widmie ciągłym - biały - o widmie ciągłym w pewnych pasmach - barwny. Tym stanom fizycznym dźwięku odpowiadają zależne od nich wrażenia słuchowe. Wysokość dźwięku - związana głównie z częstotliwością: dźwięk wyższy - wyższa częstotliwość dźwięk niższy - niższa częstotliwość. Zakres słyszanych częstotliwości wynosi 16 Hz 20 kHz poniżej 16 Hz - infradźwięki powyżej 20 kHz - ultradźwięki.

Są różnice osobnicze percepcji częstotliwości - szczególnie górnej granicy, która ulega obniżeniu z wiekiem. Zdolność rozróżniania przez ucho wysokości dźwięku zależy od częstotliwości. Najlepsza jest w granicach 0.5 do 4 kHz około 0.3 %, czyli ton 1000 Hz musiałby się zmienić o 3 Hz żeby zauważona została zmiana wysokości. Poza tym przedziałem próg zmiany częstotliwości jest wyższy, dla tonów 8 kHz i 50 Hz wynosi ~ 1 % , zależy też w dużym stopniu od natężenia. Głośność - wrażenie głośności odczuwane przez odbiorcę jest zależne od natężenia dźwięku i czułości ucha.

i tak dla tonu 1 kHz: próg słyszalności wynosi 0 dB , Próg słyszalności - najmniejsze natężenie dźwięku I0 - zaledwie słyszalne (lub najmniejsze ciśnienie akustyczne po dające ledwie dostrzegalne wrażenie słuchowe). Zależy on od częstotliwości: dla tonu 1 kHz wynosi (dla statystycznie średniego odbiorcy ) : I0=10-12 W/m2 lub p0=2*10-5 Pa Imax=1 W/m2 lub pmax=20 Pa . Rozpiętość natężeń dźwięków rejestrowanych jako wrażenie słuchowe jest ogromna i wynosi 1012 : 1 . Dlatego dla porównywania natężeń dźwięków przyjęto skalę logarytmiczną, czyli przedstawia się je w decybelach, i tak dla tonu 1 kHz: próg słyszalności wynosi 0 dB , próg bólu 120 dB. 7

Krzywe jednakowej głośności – izofony Poziom głośności - w celu ustalenia relacji między głośnością dźwięku a odpowiadającym mu natężeniem dźwięku, wprowadza się pojęcie poziomu głośności. Wyraża się go w jednostkach zwanymi fonami. Liczba fonów ocenianego tonu jest równa liczbie decybeli tonu o częst. 1 kHz słyszanego tak samo głośno. Krzywe jednakowej głośności – izofony 8

Krzywe jednakowej głośności – izofony: 9

Zjawisko maskowania - przy jednoczesnym odbiorze dwóch dźwięków, dźwięk słabszy jest zagłuszany przez głośniejszy. Wiąże się z podwyższeniem progu słyszalności dźwięku maskowanego przez dźwięk maskujący. Maskowanie jest szczególnie intensywne, jeżeli dźwięki mają zbliżone częstotliwości. Problem ten ma ważne znaczenie przy tzw. badaniach audiometrycznych.

Powierzchnia słyszalności 14

Barwa dźwięku - dźwięki o tej samej częstotliwości zagrane na różnych instrumentach mają inne brzmienie - barwę - wiąże się ona ze strukturą widmową. Tony o drganiach sinusoidalnych - “ najuboższa” barwa, “najuboższe brzmienie, np. ton kamertonu; Dźwięki harmoniczne złożone - zawierają tony harmoniczne, ich barwa zależy od liczby tonów harmonicznych oraz od ich amplitud, czyli od struktury widmowej. Dźwięki anharmoniczne - mają brzmienie ostre, poza harmonicznymi mogą zawierać częstotliwości nie spełniające tego warunku, że ich częstotliwości są całkowitą wielokrotnością częstotliwości podstawowej.

a - tonu; b - dźwięku; c - szumu białego Ciśnienie akustyczne w funkcji czasu oraz częstotliwości: a - tonu; b - dźwięku; c - szumu białego Poza dźwiękami prostymi (tonami) i złożonymi rozróżnia się jeszcze szumy w postaci szelestów, zgrzytów, huków itp., których widmo ma charakter ciągły w pewnych zakresach częstotliwości; niektóre pasma częstotliwości mogą się wyróżniać amplitudą, nadając szumowi specyficzny charakter. 16

Hałasy - są to dźwięki niepożądane, dokuczliwe; są czynnikiem szkodliwym dla zdrowia. Działają szkodliwie przede wszystkim na narząd słuchu, poza tym wpływają na układ nerwowy, utrudniają pracę i wypoczynek, wpływają na przebieg niektórych procesów biochemicznych. Jako dokuczliwe we wnętrzach przyjmuje się hałasy o poziomie ciśnienia akustycznego dochodzącego do 35-40 dB (rozmowa średnio głośna). Dłuższe przebywanie w hałasie powoduje nieodwracalny ubytek słuchu przez trwałe podwyższenie progu słyszalności. Jako krytyczne przyjmuje się hałasy o poziomie ciśnienia akustycznego dochodzącego do 85-90 dB (np. syrena alarmowa). 17

Audiometr diagnostyczny Oscilla® USB-300B - firma Inmedico 11 częstotliwości 125 – 8000 Hz od – 10 do 110 dB w krokach co 5 dB przewodnictwo kostne maskowanie szumem szerokopasmowym test manualny lub testy automatyczne zasilanie poprzez łącze USB oprogramowanie AudioConcole http://www.medipment.pl/produkt/Inmedico-Oscilla-USB-300B-33925 19

Audiometryczna kabina ciszy SR 100 metalowa obudowa (2mm) ściany odporne na porysowania i ognioodporne (25 mm) wewnętrzna i zewnętrzna pianka, pochłaniająca fale dźwiękowe drzwi posiadają otwarcie wewnątrz jak i na zewnątrz. Domykane magnetycznie. dźwiękoszczelne okno kabiny 20

zakres ciśnienia: -300 do + 200 daPa poziom testu aż do 110 dB Tympanometria - rodzaj nieinwazyjnej metody badania słuchu. Polega na mierzeniu odbicia fali dźwiękowej od błony bębenkowej podczas zmiany ciśnienia w przewodzie słuchowym zewnętrznym. Jej wynikiem jest powstanie krzywej, tympanogramu, za pomocą której można zdiagnozować m.in. pęknięcie błony bębenkowej, infekcje ucha środkowego, niedrożność trąbki Eustachiusza i nieprawidłowość zanikania odruchu strzemiączkowego. Specyfikacja: 5 częstotliwości 500, 1000, 2000, 3000, 4000 Hz zakres ciśnienia: -300 do + 200 daPa poziom testu aż do 110 dB 21

Historia aparatów słuchowych Pierwszym aparatem słuchowym, używanym jako wzmocnienie dźwięków była tuba. Tuby najczęściej wykonane były z drewna lub kości (poroża) jeleni. W późniejszych czasach, ok. wieku XVII, tuby montowano na stałe np. przy stołach. Przełomu w budowie aparatów słuchowych dokonał Aleksander Graham Bell w roku 1870. Bell miał niedosłyszącą żonę Mabel Hubbard. Teść Bella był bardzo zamożnym człowiekiem i gdy dowiedział się o jego pomyśle na skonstruowanie elektrycznego wzmacniacza słuchu zaproponował wynalazcy sfinansowanie badań. W ich trakcie Bell opatentował głośnik i mikrofon.

Historia aparatów słuchowych W ten sposób powstał telefon, który jest niezbędnym elementem życia w XXI wieku. Wynalazek Bella zapoczątkował dalsze badania na wynalezieniem aparatów słuchowych. W późniejszym czasie zaczęto unowocześniać wynalazki związane z poprawieniem słuchu: - 1902 r. - wynaleziono pierwszą elektroniczną pomoc słuchową - 1953 r. - powstał aparat tranzystorowy - 1977 r. - pierwsze próby połączenia technologii analogowej i cyfrowej w aparacie słuchowym - 1986 roku powstaje aparat analogowy ze zintegrowanym procesorem cyfrowym Dzisiejsze aparaty słuchowe wyposażone są w mikrofony kierunkowe, posiadają kilka kanałów i generatory szumu. 23

Audiometria obiektywna - metody obiektywne uzupełniają metody subiektywne - są szczególnie użyteczne gdy pacjent nie może lub nie chce współdziałać przy audiometrii np. w przypadku badania małych dzieci, ludzi z ograniczoną poczytalnością, symulantów czy nieprzytomnych. Pierwszy opis techniki rejestracji z powierzchni głowy słuchowych potencjałów wywołanych z pnia mózgu ABR - Auditory Brain-Stem Response określanej terminem audiometrii odpowiedzi elektrycznych ERA (Electric Response Audiometry) – 1971 r. Zwiększenie czułości pomiaru, dokładności i wypracowanie powtarzalnej procedury pomiaru pozwala rejestrować potencjały czynnościowe i wywołane rzędu części V. 24

Podstawowe cele audiometrii wykorzystującej potencjały słuchowe wywołane z pnia mózgu: - określenie czułości narządu słuchu; - różnicowanie ubytków słuchu, typu zaburzenia przewodzenia dźwięku i upośledzenia zmysłowo-nerwowego; - rozpoznanie uszkodzeń narządu słuchu o lokalizacji pozaślimakowej; - lokalizacja uszkodzeń drogi słuchowej w protezowaniu głuchoty; - diagnostyka chorób układu nerwowego - do oceny wyników i w czasie operacji nowotworów u pacjentów z objawami neurologicznymi; - prognostyka dla przeżycia w ciężkich urazach ośrodkowego układu nerwowego; - a także ocena stopnia dojrzałości ośrodkowego układu nerwowego u noworodków (została zalecona przez Amerykańską Połączoną Komisję do Spraw Słuchu u Dzieci już w 1982 roku)

Schemat ideowy do pomiaru ABR:

Pomiar wszystkich rodzajów potencjałów opiera się o podobne procedury, elektrody krążkowe umieszcza się na powierzchniach głowy w następujący sposób: elektroda aktywna - szczyt głowy lub czoło elektroda odniesienia - wyrostek sutkowaty ucha badanego elektroda uziemiająca - wyrostek sutkowaty ucha przeciwległego Aby poprawić stosunek sygnału do szumu umieszcza się elektrody w punktach, gdzie sygnały różnią się, ale szum jest zbliżony.

Ważne parametry: współczynnik tłumienia sygnału synfazowego wzmacniacza CMRR > 80 dB, impedancja wszystkich połączeń elektroda-skóra, w granicach 1-10 kΩ, impedancja wejściowa przedwzmacniacza większa od MΩ, aby strata napięcia na połączeniach była bardzo mała. Natomiast jeżeli impedancje elektrod będą się różnić w stosunku do siebie może to wpłynąć na zmniejszenie CMRR.

Dominujący wpływ na pomiary ERA ma szum elektromięśniowy, który nie jest jednakowy na obu wejściach przedwzmacniacza. U niemowląt może się zmieniać bardziej niż o rząd wielkości, w zależności od tego czy niemowlę jest głęboko uśpione, obudzone czy poddenerwowane. Do tego jeszcze dochodzą szumy aktywnych elementów aparatury pomiarowej.

W badaniach klinicznych najczęściej analizowane są odpowiedzi elektryczne według podziału: 1. Długolatencyjne CERA ( Cortical Evoked Response Auditory ) rejestrowane w czasie do 600 ms ; 2. Średniolatencyjne MERA ( Middle ERA ) rejestrowane w czasie do 60 ms; 3. Krótkolatencyjne BERA ( Brain-stem ERA ) rejestrowane z pnia mózgu w czasie 0-12 ms.

Schemat drogi słuchowej i wywołane potencjały słuchowe odbierane z różnych pięter drogi słuchowej 31

Podstawowe parametry potencjałów słuchowych z pnia mózgu, które bierze się pod uwagę przy ich ocenie: wartości latencji poszczególnych fal (głównie I, III i V); wartości interwałów czasowych I - III, III - V, I - V; międzyszczytowe wartości amplitud fal I, III i V; iloraz wartości amplitud fal V i I; morfologia zapisu .

Schemat wyznaczania podstawowych parametrów odpowiedzi Schemat wyznaczania podstawowych parametrów odpowiedzi. LI, LIII, LV-latencje, AV-amplituda międzyszczytowa fali V 34

Kliniczna interpretacja zapisu ERA wykorzystuje głównie analizę parametrów czasowych (latencji i interwałów), ponieważ te parametry wykazują bardzo małą zmienność osobniczą i bardzo małe zróżnicowanie między uszami. Najczęściej stosowaną miarą zmienności latencji jest wartość odchylenia standardowego, które w przypadku fali V nie przekracza 0,2 ms (gdy wartość średnia wynosi 5,6 ms) dla odpowiedzi pniowych wywołanych trzaskiem o natężeniu 70 dB. Przykładowo średnie wartości pozostałych parametrów czasowych odpowiedzi dla tego bodźca są następujące: - latencja fali I wynosi 1,6 ms, fali III 3,8 ms; - wartości interwałów I-III 2,2 ms, III-V 1,8 ms, I-V 4 ms.

Wartość progu ERA oraz dokładność jego wyznaczania zależy głównie od rodzaju uszkodzenia narządu słuchu, parametrów bodźca i rejestracji oraz od poziomu artefaktów mięśniowych badanej osoby. W audiometrii opartej na ERA stosuje się głównie trzy grupy metod umożliwiających otrzymanie odpowiedzi specyficznych częstotliwościowo, oparte na: A - krótkich bodźcach tonalnych (wąskopasmowych); B - bodźcu szerokopasmowym - trzasku, z jednoczesną prezentacją sygnału maskującego; C - krótkich bodźcach tonalnych z jednoczesną prezentacją sygnału maskującego.

Bodziec akustyczny generowany w torze stymulującym, gdzie: tc – czas trwania bodźca; ti – odstęp czasowy między bodźcami; Tro=N*(tc+ti) Tro – czas rekonstrukcji odpowiedzi w procesie M – zadana ilość stymulacji; N – wykonana ilość stymulacji

Podstawową informacja o stanie narządu słuchu jest jego czułość w funkcji częstotliwości, co określa się za pomocą audiometrycznego badania progowego - którego wynikiem jest tzw. audiogram. W sytuacjach, gdy nie jest możliwe wykonanie klasycznego progowego badania audiometrycznego wykorzystuje się wywołane potencjały z pnia mózgu, a wskaźnikiem progu jest fala V. Obserwuje się zmniejszanie się amplitudy i wydłużanie latencji tej fali w ciągu odpowiedzi rejestrowanych dla bodźców tonalnych o stopniowo redukowanym natężeniu aż do chwili zaobserwowania braku fali V

Przykłady wyznaczania słuchu za pomocą pomiarów psychoakustycznych (audiogramy) oraz za pomocą słuchowych potencjałów z pnia mózgu A-osoba o słuchu normalnym, B-osoba z pohałasowym ubytkiem słuchu

Jak działa słuch Dźwięk dociera do przewodu słuchowego zewnętrznego. Po dotarciu do błony bębenkowej wprawia ją w drgania mechaniczne. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/way-hearing-works/

Jak działa słuch Łańcuch kosteczek słuchowych przekazuje drgania mechaniczne do ślimaka. Drgania mechaniczne wprawiają w ruch płyn zawarty w ślimaku. Ruch płynu powoduje ruch rzęsek słuchowych do przodu i do tyłu. W ten sposób generowane są impulsy elektryczne odbierane przez nerw słuchowy. Rzęski słuchowe zgromadzone na jednym z końców ślimaka odpowiadają za przekazywanie dźwięków o niskiej częstotliwości, a te z drugiego końca - za przekazywanie dźwięków o wysokiej częstotliwości. Mózg odbiera impulsy elektryczne z nerwu słuchowego i interpretuje je jako dźwięk.

Implant ślimakowy Implanty ślimakowe są przeznaczone dla pacjentów ze znacznym lub głębokim ubytkiem słuchu typu zmysłowo-nerwowego. Stosowanie aparatów słuchowych u takich pacjentów nie przynosi zadawalającego skutku. Implant ślimakowy pozwala na ominięcie niefunkcjonującej części ślimaka i przekazanie sygnałów elektrycznych bezpośrednio do nerwu słuchowego. System implantu ślimakowego składa się z dwóch części: zewnętrznej i wewnętrznej. Część wewnętrzna - implant (wszczep) składa się z kapsuły zawierającej elementy elektroniczne, wiązki elektrod oraz anteny odbiorczej i magnesu utrzymującego cewkę nadawczą za uchem. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/cochlear-implants/

Implant ślimakowy Część zewnętrzna - procesor dźwięku jest noszony za uchem. W jego skład wchodzi jednostka centralna, bateria i cewka przesyłająca informacje przez skórę do implantu.

Implant ślimakowy Dźwięki są odbierane przez mikrofon procesora dźwięku. Procesor dźwięku analizuje i koduje dźwięki za pomocą specjalnego wzoru impulsów elektrycznych. Kod taki trafia do cewki, która przesyła go przez skórę do implantu. Implant wysyła impulsy do elektrod znajdujących się w ślimaku. Nerw słuchowy odbiera sygnał i przesyła go do ośrodka słuchowego w mózgu. Mózg rozpoznaje takie sygnały jako dźwięk. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/cochlear-implants/

Implant ucha środkowego Implanty ucha środkowego służą do leczenia pacjentów z ubytkiem słuchu typu zmysłowo-nerwowego, przewodzeniowego i mieszanego. Stanowią alternatywę dla aparatów słuchowych, przekształcają dźwięk w drgania mechaniczne, a nie wzmacniają sam dźwięk. Implant ucha środkowego jest bezpośrednio przymocowany do odpowiedniej struktury ucha środkowego, wprawia ją w drgania, podobnie jak dźwięk (drgania akustyczne) przechodzący przez błonę bębenkową. Takie drgania są wzmacniane i regulowane tak, aby optymalnie kompensowały ubytek słuchu danego rodzaju. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/middle-ear-implants/

Implant ucha środkowego Wszczepiana część składa się z cewki wewnętrznej, magnesu, łącza przewodzącego oraz przetwornika FMT. Cześć zewnętrzną (procesor dźwięku) magnes utrzymuje na swoim miejscu, pod włosami w tylnej części głowy. Zawiera mikrofon, baterię i układ elektroniczny, przekształcające dźwięki z otoczenia w sygnał przekazywany do wszczepionej części wewnętrznej. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/middle-ear-implants/

Implant ucha środkowego Przetwornik FMT jest przymocowany do kowadełka - jednej z trzech kosteczek w uchu środkowym. Przetwornik ten przekształca sygnał w drgania mechaniczne, które bezpośrednio oddziałują na kosteczki słuchowe, podobnie jak w przypadku dźwięku przechodzącego przez kanał słuchowy. Drgania takie są następnie interpretowane przez mózg jako dźwięk. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/middle-ear-implants/

Implant na przewodnictwo kostne Umożliwia przekazywanie dźwięku bezpośrednio do ucha wewnętrznego przy wykorzystaniu zjawiska przewodnictwa kostnego. Rozwiązanie to jest odpowiednie dla osób, u których nie można przenosić dźwięku naturalną ścieżką słuchową wiodącą z ucha zewnętrznego do wewnętrznego przez środkowe. http://www.medel.com/pl/implant-solutions/

Implant na przewodnictwo kostne Na zewnątrz jest jedynie procesor dźwięku, który przetwarza go na sygnały, przekazywane następnie przez skórę do implantu. Jest to konieczne, gdyż umieszczenie go pod skórą spowodowałoby, że słychać byłoby nie tylko dźwięki dochodzące z zewnątrz, ale również np. gryzienie podczas jedzenia, co powodowałoby duży dyskomfort. http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/o-que-e-um-implante-de-conducao-ossea/

Henryk Skarżyński – polski lekarz otolaryngolog, audiolog i foniatra, twórca i dyrektor Instytutu Fizjologii i Patologii Słuchu oraz Światowego Centrum Słuchu w Kajetanach. Od roku 2011 Konsultant Krajowy w dziedzinie Otorynolaryngologii. Jako pierwszy w Polsce i Europie Środkowo-Wschodniej dokonał w 1992 roku operacji wszczepienia implantu ślimakowego przywracając słuch osobie głuchej i uruchomił stały program stosowania implantów słuchowych. Jako pierwszy w świecie wykonał 12 lipca 2002 stworzoną przez siebie metodą PDCI operację wszczepienia implantu ślimakowego w częściowej głuchocie (PDT) u osoby dorosłej, a następnie w roku 2004 u pierwszego w świecie dziecka, dając szansę na zdecydowaną poprawę jakości życia u tych chorych

Ośrodki zajmujące się wszczepianiem implantów ślimakowych w Polsce: Międzynarodowe Centrum Słuchu i Mowy Instytutu Fizjologii i Patologii Słuchu w Kajetanach (ponad 2000 wszczepionych implantów, w roku 2005 najwięcej tego typu operacji na świecie) Katedra i Klinika Otolaryngologii Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu (Szpital Kliniczny im. Heliodora Święcickiego w Poznaniu) Katedra i Klinika Otolaryngologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego Katedra i Klinika Otolaryngologii i Onkologii Laryngologicznej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie 51

Klinika Otolaryngologii Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. Ośrodki zajmujące się wszczepianiem implantów ślimakowych w Polsce, cd: Samodzielny Publiczny Szpital Kliniczny im. A. Mielęckiego Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach Klinika Otolaryngologii Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. Katedra i Klinika Otolaryngologii i Onkologii Laryngologicznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie Klinika Otolaryngologii z Oddziałem Chirurgii Szczękowo-Twarzowej Uniwersyteckiego Centrum Klinicznego w Gdańsku 52