Uniwersytet Medyczny w Łodzi

Wydział Wojskowo-Lekarski

Biofizyka

Ćwiczenie M2: Audiometryczne badanie słuchu.

Łukasz Janas

Grupa I

Zespół I

Łódź, 20.10.2004

Temat ćwiczeń: Audiometryczne badanie słuchu.

Podstawy teoretyczne

Falą lub ruchem falowym nazywamy zjawisko przekazywania drgań z jednych cząsteczek ośrodka na inne, coraz to dalsze. Fala dźwiękowa jest falą podłużną, tzn., że kierunek drgań cząsteczek ośrodka jest zgodny z kierunkiem rozchodzenia się fali. Częstotliwość fal dźwiękowych zawiera się w przedziale 20Hz-20000Hz.

Odległość dwóch kolejnych punktów leżących na promieniu fali, których drgania odbywają się w zgodnej fazie, nazywamy długością fali (
). Czas, w jakim fala pokonuje swoją długość nazywamy okresem fali (T). Odwrotność okresu fali to jej częstotliwość (
). Prędkość rozchodzenia się fali opisana jest wzorem:
. Prędkość fali dźwiękowej (c) zależy od ośrodka. Zależność ta dla ciał stałych opisana jest równaniem:

,

natomiast dla gazów i cieczy:

,

gdzie E - moduł Younga, K - moduł ściśliwości,
- gęstość ośrodka.

Fala podłużna nazywa jest również falą ciśnień, bowiem drgające cząsteczki ośrodka powodują powstawanie zagęszczeń i rozrzedzeń ośrodka, a więc i zmianę ciśnień. Różnicę między danym ciśnieniem miejscowym p a ciśnieniem ośrodka nazywamy ciśnieniem akustycznym.

Dla fal (także dźwiękowych) zachodzą m.in. następujące zjawiska:

1. Zjawisko ugięcia (dyfrakcji) - zmiana kierunku rozchodzenia się fali na dowolnej przeszkodzie.

2. Zjawisko załamania (na granicy dwóch ośrodków, czyli przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego)

3. Zjawisko odbicia (od granicy dwóch ośrodków)

4. Zjawisko interferencji jest zjawiskiem nakładania się fal, spełniających określone warunki:

1. fale muszą mieć tę samą częstotliwość

2. dla wzmocnienia - różnica faz wynikająca z różnicy dróg przebytych przez fale musi być równa całkowitej wielokrotności długości fali, jeżeli fale wychodziły ze źródła w zgodnej fazie

3. dla wygaszenia - różnica dróg przebytych przez fale musi być równa nieparzystej wielokrotności połowy długości fali (jeżeli fale wychodziły ze źródła w zgodnej fazie)

4. dla całkowitego wygaszenia - amplitudy fal muszą być takie same

Interferencja może być wynikiem dyfrakcji. Poniższy rysunek przedstawia interferencję fal ugiętych na dwóch szczelinach, odległych od siebie o d.

- dla wzmocnień

- dla wygaszeń

Dźwięki można opisywać na różne sposoby. Cechy dźwięków można podzielić na:

1. Cechy dźwięku fizyczne (obiektywne)

• Częstotliwość

• Natężenie dźwięku, definiowane jako ilość energii emitowanej przez falę dźwiękową w jednostce czasu, przypadającą na jednostkę powierzchni prostopadłej do kierunku rozchodzenia się fali

Ze względu na dużą rozpiętość natężeń dźwięku, na które reaguje ludzkie ucho, stosowana jest wielkość, zwana poziomem natężenia dźwięku L. Jest to logarytm stosunku natężenia dźwięku do natężenia odpowiadającego progowi słyszalności.

Jednostką poziomu natężenia jest bel.

Ponieważ natężenie dźwięku spełnia zależność
, poziom natężenia dźwięku nazywany jest czasem poziomem ciśnienia akustycznego

• Struktura widmowa

2. Cechy dźwięku psychologiczne (subiektywne)

• Wysokość - jej miarą jest częstotliwość: im wyższa częstotliwość, tym wyższy odpowiada jej dźwięk.

• Głośność - głośności tonów o takich samych natężeniach, lecz różnych częstotliwościach są z reguły różne. W celu ilościowego określenia wrażenia głośności wprowadzono subiektywną wielkość, nazywaną poziomem głośności (jednostka - fon). Jako jego miarę przyjmuje się taki poziom natężenia dźwięku tonu o częstotliwości 1000Hz, który jest słyszany jednakowo głośno, jak ton badany. Dany dźwięk ma głośność tylu fonów, ile decybeli ma poziom natężenia na częstotliwości 1000Hz. Linie łączące punkty o takim samym poziomie głośności na poniższym rysunku nazywane są krzywymi izofonicznymi (izofonami).

Prawo Webera-Fechnera

Wrażenie jest wprost proporcjonalne do logarytmu wielkości bodźca. W odniesieniu do wrażeń akustycznych: głośność zmienia się jak logarytm natężenia dźwięku. Zatem gdy natężenie dźwięku rośnie geometrycznie, wrażenie, jakie wywołuje dany bodziec dźwiękowy, rośnie arytmetycznie.

• Barwa - powstaje wskutek nałożenia się na ton podstawowy wyższych tonów harmonicznych, co powoduje zniekształcenia fali podstawowej, charakterystyczne źródła dźwięku. O barwie głosu ludzkiego decyduje budowa jam rezonacyjnych: przedsionka krtani, klatki piersiowej, gardła, zatok przynosowych, jamy ustnej. Ich wady budowy oraz stany zapalne powodują zmianę barwy głosu.

Ucho jako przekaźnik informacji

Zadaniem ucha jest pośredniczenie w przekazywaniu informacji zakodowanej w stanach fizycznych fali akustycznej. Na tor informacyjny procesu słyszenia składają się:

1. źródło drgań - źródło informacji

2. fala dźwiękowa - nośnik informacji

3. ucho - przetwornik informacji (analiza wstępna)

4. ciąg impulsów bioelektrycznych w nerwie słuchowym - nośnik informacji

5. układ ośrodkowy - odbiorca (analizator)

Ucho środkowe

Gdy do ucha zewnętrznego dochodzi fala głosowa, bębenek pod wpływem zmian ciśnienia wprawiony zostaje w wymuszony ruch drgający. Drgania te są przekazywane są, za pośrednictwem kostek słuchowych (młoteczek, kowadełko, strzemiączko), na błonę okienka owalnego, a następnie - do perilimfy w przewodach ślimaka. Zmniejszeniu ulega amplituda drgań, zwiększa się za to ciśnienie (około 17-krotnie). Dzięki obecności kosteczek oporność błony bębenkowej i okienka owalnego są do siebie bardzo zbliżone, co pozwala na maksymalne wykorzystanie energii fali dźwiękowej. W uchu środkowym pracują dodatkowo mechanizmy zapobiegające uszkodzeniom spowodowanym nadmiernym natężeniem dźwięku.

Ucho wewnętrzne

Ucho wewnętrzne podzielone jest na 3 kanały: dolny - schody bębenka, środkowy - przewód ślimaka, górny - schody przedsionka. Przewód ślimaka od dołu ograniczony jest błoną podstawną (na niej znajduje się narząd spiralny Cortiego z receptorami w postaci komórek rzęsatych), od góry - błoną Reissnera, a wypełniony jest endolimfą. Schody bębenka i przedsionka wypełnione są perilimfą, którą drgania błony okienka owalnego wprowadzają w ruch. Powstaje różnica ciśnień między kanałem dolnym i górnym, co powoduje odkształcenie błony podstawnej w określonym jej miejscu, zależnym od częstotliwości sygnału akustycznego. Następuje pobudzenie odpowiednio zlokalizowanych komórek rzęsatych. Za pomocą włókien nerwu słuchowego impuls przekazywany jest do ośrodka korowego, informując ośrodkowy układ nerwowy o dźwięku o danej częstotliwości.

Czynność bioelektryczna ucha

Między endolimfą i perilimfą istnieje stała różnica potencjałów (ok. 80mV), będąca wynikiem czynności metabolicznych, zwana potencjałem spoczynkowym. Jest on źródłem słabego prądu płynącego między innymi przez elementy narządu spiralnego. Odkształcenie błony podstawnej powoduje zmianę oporu elektrycznego komórek rzęsatych, modulując płynący prąd. W ten sposób zmiany spadków napięć w komórkach rzęsatych wyzwalają potencjały czynnościowe w zakończeniach włókienek nerwowych. Wynikiem wszystkim procesów elektrycznych zachodzących w ślimaku są potencjały mikrofonowe.

Audiometria

Podstawę tej metody badania słuchu dla celów klinicznych stanowi określenie ubytku słuchu w stosunku do słuchu prawidłowego. Zadaniem badającego jest powolne, skokowe podnoszenie natężenia tonu testującego od wartości niesłyszalnych do takiego poziomu, przy którym badany usłyszy ton z najmniejszą głośnością (dla przewodnictwa powietrznego). W celu zbadania u pacjenta przewodnictwa kostnego tzw. wibrator kostny przykładany jest np. do wyrostku sutkowego kości skroniowej. Do ucha niezbadanego doprowadza się poprzez słuchawki odpowiednio głośny szum w celu maskowania sygnału wibratora. Pomiar ponawiamy. Otrzymaną wartość natężenia I podstawiamy do wzoru na ubytek słuchu:

,

gdzie
- natężenie dźwięku odpowiadające dolnej granicy słyszalności zdrowego ucha. Za ubytek słuchu uznajemy wartość x około 30Hz i więcej. Istotna jest również obserwacja rozbieżności między audiogramami przewodnictwa powietrznego i kostnego. Odpowiedni poziom przewodnictwa kostnego przy nieprawidłowym audiogramie powietrznego, może świadczyć o istnieniu przeszkody w aparacie przewodzącym narządu słuchu.

Ultradźwięki

Ultradźwięki to fale mechaniczne podłużne o częstotliwości większej niż 20000Hz. Ich oddzielenie od fal dźwiękowych istnieje tylko na podstawie zakresu słyszalności ucha ludzkiego. Istnieją specjalne urządzenia do generowania ultradźwięków. Najpopularniejszą metodą ich wywoływania jest odwrócenie efektu piezoelektrycznego. Ultradźwięki mogą mieć różnoraki wpływ na ciała:

1. efekt mechaniczny - zjawisko kawitacji i zjawisko tyksotropowe w cieczach

2. efekt termiczny - wzrost temperatury

3. efekt chemiczny - przyspieszenie niektórych reakcji chemicznych, rozpad niektórych białek, wzrost dyfuzji przez błony półprzepuszczalne

Ultradźwięki mogą mieć niekorzystny wpływ na:

1. komórki, np. krążenie cytoplazmy, tworzenie wakuoli, wzrost przepuszczalności błony komórkowej

2. tkanki i narządy, np. oparzenia skóry, zaburzenia hormonalne, uszkodzenia narządów zmysłów, pobudzenie nowotworów

Ultradźwięki znajdują znaczne zastosowanie w diagnostyce medycznej. Oparta jest na zjawisko echolokacji, czyli odbicia od poszczególnych warstw ciała i narządów. Najczęściej stosowane metody to prezentacja A (jednowymiarowa) i B (bardziej złożona, dwuwymiarowa). Oprócz tego stosuje się również takie metody, jak prezentacja TM (ang. Time-Motion), która umożliwia badanie części ciała będących w ruchu (np. zastawki serca), badanie przepływu krwi z zastosowaniem efektu Dopplera i inne.

Infradźwięki

Infradźwięki to fale mechaniczne podłużne o częstotliwości mniejszej niż 20Hz. Ich oddzielenie od fal dźwiękowych istnieje tylko na podstawie zakresu słyszalności ucha ludzkiego. Ich działanie biologiczne objawia się przede wszystkim bólami głowy, mdłościami, bezsennością, nerwicami itd. Mogą one również wywoływać wibracje narządów. Zabezpieczenie się przed ich działaniem jest trudne ze względu na ich dużą przenikliwość.

Część doświadczalna

Przebieg doświadczenia - zdejmowanie krzywej progowej na drodze przewodnictwa powietrznego

Pacjent zakłada słuchawki powietrzne tak, aby ściśle przylegały do muszli usznych. Słuchawka z czerwonym oznakowaniem na prawe ucho, z oznakowaniem niebieskim - na lewe. Wskaźniki cyfrowe poziomów prawego i lewego powinny wskazywać -10dB. Jeżeli tak nie jest, to należy dokonać kasowania poziomów przyciskami „KAS”. W kanale badanego ucha wcisnąć przycisk „TON”. Obok przełącznika powinna się zapalić lampka sygnalizacyjna. W przypadku zagłuszenia szumem ucha niezbadanego należy wcisnąć w drugim kanale przycisk „SZUM”, co spowoduje zapalenie lampki obok przycisku. Przyciskiem zmiany poziomu natężenia „→” właściwym dla badanego ucha zwiększać poziom (jedno wciśnięcie daje wzrost poziomu natężenia dźwięku o 5dB), aż do momentu początku odbierania bodźca słuchowego przez pacjenta. Odebranie bodźca badany sygnalizuje poprzez wciśnięcie przycisku właściwego dla danego ucha, co powoduje zapalenie lampki na płycie pionowej „REAKCJA PACJENTA”. W trakcie badań przyciskiem „←” można w każdej chwili zmniejszyć poziom natężenia dźwięku o 5dB lub wrócić do pozycji początkowej -10dB przez wciśnięcie klawisza „KAS”. Zapisu dokonuje się przez zaznaczenie punktu na audiogramie. Audiogram krzywej progowej powstaje przez połączenie wszystkich punktów otrzymanych w opisany sposób. Oczywiście osobno łączymy punkty lewego i prawego ucha. We wszystkich badaniach można stosować ręczne przerywanie sygnału poprzez wciśnięcie klawisza „WYCISZANIE” właściwego dla danego kanału. Przerywanie sygnału spowoduje zapalenie się lampki sygnalizacyjnej umieszczonej nad przyciskiem.

Wnioski

Otrzymany audiogram wskazuje, iż badany ma uszy zdrowe. Niewielkie odchylenia od prawidłowego przebiegu wykresu mogą być spowodowane dość niedogodnymi warunkami pomiarowymi. Badanie audiometryczne słuchu powinno być bowiem przeprowadzone w pomieszczeniu, w którym zachowana jest względna cisza. Szczególnie pierwsze z pomiarów mogą być obarczone błędem. Pacjent wcześniej nie miał problemów ze słuchem, a otrzymane wyniki pozwalają na stwierdzenie, że jego narządy słuchu wciąż pracują poprawnie.

---