Лекция № 1 Основы биомеханики и биоакустики.

Между интенсивностью (I) и звуковым давлением (Р) существует связь:

I = P²/2rv,

где r – плотность среды, v – скорость звука в среде.

Виды. В зависимости от способа исследования выделяют несколько видов аудиометрии. Она может носить название тональной, компьютерной или речевой. Первые два вида аудиометрии проводятся с использованием специального оборудования, тогда как речевой способ проведения, в этом не нуждается.

Речевая. Речевая аудиометрия считается самым простым способом исследования остроты слуха. Она необходима для правильного врачебного заключения при профессиональных медицинских осмотрах и при выборе слухового аппарата. При ее проведении используется шепот и разговорная речь. Правда, данный вид исследования не всегда способен в полной мере установить степень потери функций уха, так как восприятие слов исследуемыми зависит от их уровня развития и возраста.

Компьютерная. Компьютерная аудиометрия считается самым объективным методом исследования слуха на сегодняшний день. Она основывается на человеческих безусловных рефлексах, которые возникают при звуковом раздражении уха, поэтому обмануть аппарат практически невозможно

Участие пациента во время такой диагностики минимально, поэтому данная технология может с успехом использоваться у детей раннего возраста, а также у больных с тяжелейшими психическими нарушениями.

При раздражении внутреннего уха звуком у пациента могут расширяться зрачки, опускаться веки, сокращаться круговая мышца глаза. Также при любом звуковом воздействии возможно изменение частоты пульса, изменение давления. У грудных детей замечено замедление сосательного рефлекса.

Компьютерная диагностика слуха позволяет определить остроту слуха у пациентов, перенесших травмы головного мозга, инсульты или имеющих в области головы всевозможные опухоли. Такой метод считается наиболее информативным и полностью безопасным. Пациент не может оказать какого-либо влияния на исследование.

Тональная. Тональная аудиометрия проводится согласно определенного алгоритма. Пациента помещают в специальную звукоизолированную кабинку, и надевает наушники. В момент, когда в динамики поступает сигнал, исследуемый должен нажать кнопку. Это сигнал для врача-сурдолога, что человек различил звук или шум, который зазвучал в наушниках.

Результатом тональной пороговой аудиометрии является аудиограмма. Это специальный график, который наглядно демонстрирует степень ухудшения слуха. Именно после расшифровки результатов производится подбор дополнительного, корректирующего слух оборудования.

Такое исследование проводят с помощью аудиометра. Аудиометр является электрическим генератором звуков, который позволяет подавать относительно чистые звуки (тоны) как через воздух, так и через кость. Клиническим аудиометром исследуют пороги слуха в диапазоне от 125 до 8000 Гц. Посредством аттенюатора эти частоты можно усиливать до 100—110 дБ при исследовании воздушной и до 50—60 дБ при исследовании костной проводимости.

Громкость регулируется обычно ступенями по 5 дБ, в некоторых аудиометрах — более дробными ступенями, начиная с 1 дБ. Для определения порога слуха на каждую частоту сначала подают слабый звук, который посредством поворота ручки аттенюатора усиливают до тех пор, пока он не вызывает слухового ощущения.

Исследование слуха проводят для каждого уха отдельно для воздушной и костной проводимости посредством воз душного и костного звукоизлучателей, доставляющих звуки аудиометра соответственно через наружный слуховой проход или через кость.

Аудиограмма позволяет определить:

· чувствительность уха на разных частотах,

· частоты, на которых слух снижен,

· местоположение области поражения органа слуха,

· позволяет судить о результатах лечения.

Физические основы слуха.

Слуховой аппарат человека и механизм восприятия звука.
Слуховой аппарат человека состоит из трех частей: внешнего, среднего и
внутреннего уха. Внешнее ухо включает ушную раковину и слуховой проход, который
заканчивается мембраной, так называемой барабанной перепонкой.
Среднее ухо, отделенное от внешнего барабанной перепонкой, представляет собой полость, заполненную воздухом и имеет три слуховых косточки: молоточек, наковальня и стремя.
Внутреннее ухо – это костный лабиринт, расположенный в выемке
височной кости, полость которого заполнена жидкостью. Внутреннее ухо
выполняет две функции: во-первых, является органом равновесия, и во-вторых содержит чувствительные к звуку нервные клетки.
Работа слухового аппарата происходит таким образом. В результате изменений внешнего давления, которые осуществляются со звуковой частотой, барабанная перепонка выполняет колебательные движения. Ее движение передается сросшемуся с ней молоточку, а от него через наковальню на
стремена. Основа стремени подобно поршню вынуждает жидкость осуществлять колебательные движения во внутреннем ухе. Таким образом, во внутреннем ухе образуется подвижная волна. Эта волна возбуждает поперечные колебания мембраны. В результате этих движений волосковые клетки, которые окружены окончаниями тонких нервных волокон, выгибаются, и в них возникают так
называемые токи раздражения. Дальше раздражения распространяются слуховым нервом к мозгу. В коре головного мозга эти акустические раздражители распознаются.

Кроме воздушного способа проведения звука, существует так называемый костный способ проведения звука через кость черепа. Следовательно, звуковые волны, которые попадают на кости черепа, вызывают их колебание. В результате колебаний звуковой проход, к которому примыкает нижняя челюсть, сжимается. Образуются волны давления, которые принуждают колебаться
барабанную перепонку. Большая часть этих волн выходит через открытую часть звукового прохода. Разница в восприятии звука, который передается через кости черепа и воздушным способом через слуховой проход, составляет 60 дБ.

Образование голоса человека.

Голос появляется в результате звуковых колебаний воздуха.

Источником звука является голосовой аппарат человека. Его основные части: лёгкие и бронхи с системой дыхательных мышц грудной клетки, гортань с голосовыми складками. Функции всех этих органов объединяются нервной системой в единый процесс, в результате которого и возникает звук.

Звук появляется только при выдохе, когда воздух из лёгких проходит через нос и рот, вызывая вибрацию голосовых связок. Между правой и левой связками находится голосовая щель. Через неё проходит воздух при дыхании. Мышцы гортани меняют положение её хрящей. В результате меняется ширина голосовой щели, а также натяжение голосовых связок.

Когда человек молчит, его голосовые связки разведены в стороны, а голосовая щель раскрыта, чтобы не мешать воздуху свободно проходить при дыхании. При воспроизведении звука голосовая щель становится у́ же, от проходящего через неё воздуха вибрируют связки, которые, в свою очередь, заставляют вибрировать воздух. Возникает голосовая волна, которая и называется голосом. Далее голос проходит в полости глотки, носа и рта. Он встречает на своём пути препятствия, которые создают для него определённые положения языка, губ и зубов. Преодолевая эти препятствия, голос рождает звуки.

У разных людей связки имеют разную длину и толщину. Поэтому и голоса у людей различаются. Чем длиннее и толще голосовые связки у человека, тем ниже его голос. Голосовые связки мужчин имеют массу и длину бо́ льшую, чем у женщин. А у женщин связки длиннее и массивнее, чем у детей.

Использование в медицине.

В хирургии: Ультразвук низкой частоты и высокой мощности используют в хирургии для разрушения злокачественных опухолей, дробления камней в мочевом пузыре, распиливания костей, сварки костной ткани, резки тканей и т.п.

В терапии: На организм при проведении ультразвуковой терапии действуют три фактора: механический, физический (тепловой) и химический.

Механический фактор, обусловленный переменным акустическим давлением, проявляется в вибрационном «микромассаже» тканей. Ультразвук повышает проницаемость клеточных мембран, изменяет микроциркуляцию тканей, функциональную активность клеток.

Химический фактор непосредственно связан с физическим фактором (трансформацией поглощенной энергии ультразвуковой волны в другие виды энергии – тепло и энергию химических реакций).

В диагностике: Разница в степени поглощения ультразвука различными тканями может быть использована для выяснения формы и локализации труднодоступных внутренних органов или патологических образований, например, опухолей.

Инфразвук.

К инфразвуку относятся механические колебания и волны с частотами ниже 16 Гц. Источником инфразвука может быть любое тело, колеблющееся с соответствующей частотой (20р в сек); обычно инфразвуки возникают при колебаниях и быстрых перемещениях тел, имеющих большие поверхности. В природе источниками инфразвука являются грозовые разряды, взрывы, землетрясения.

Для инфразвука характерно слабое поглощение разными средами, поэтому он распространяется на большие расстояния. Обладая большой длиной волны, инфразвук огибает препятствия и таким образом проникает в помещения, обходя преграды.

Инфразвук не воспринимается человеческим ухом, поскольку вызываемые им колебания барабанной перепонки слишком медленные. Поэтому инфразвук не может вызвать колебания волокон основной мембраны, связанных со слуховым нервом.

Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние ряда систем организма. Следствиями этого влияния являются усталость, головная боль, сонливость, раздражение, затруднение дыхания и др.. Предполагается, что первичный механизм действия инфразвука на организм имеет резонансную природу – так, медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости при частотах 4-8 Гц.

Особенно вредно воздействие инфразвука на такую объемную резонирующую систему, как сердце. В инфразвуковом поле возникают резонансные колебания сердечной мышцы, что может привести к разрывам сосудов.

Частоты собственных колебаний крупных органов, как правило, лежат в диапазоне 2-17 Гц, что и обусловливает опасное действие инфразвука. Особенно следует отметить резонанс инфразвука с частотой 7 Гц с колебаниями волн мозга – даже при небольших интенсивностях такой инфразвук вызывает расстройство органов зрения, тошноту, общую слабость. При средних уровнях интенсивности (140-155 дБ) регистрируют обмороки, временную потерю зрения, а при уровнях интенсивности порядка 180 дБ – параличи, приводящие к смертельным поражениям. Некоторые исследователи указывают на психическое действие инфразвука. У облученных людей поражаются все виды интеллектуальной деятельности, появляются чувства тревоги, страха. В настоящее время исследования влияния инфразвука на жизнедеятельность человека находятся в начальной стадии.

Лекция № 1 Основы биомеханики и биоакустики.

Звуковые волны

Звуковыми волнами или просто звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом. Диапазон звуковых частот лежит в пределах приблизительно от 20 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком. Волны звукового диапазона могут распространяться не только в газе, но и в жидкости (продольные волны) и в твердом теле (продольные и поперечные волны).

Изучением звуковых явлений занимается раздел физики, который называют акустикой. Медицинская- исследует физику и биофизику слуха и речи, возможности применения звука для диагностики и лечения.

Звуковые волны в газах и жидкостях могут быть только продольными, так как эти среды обладают упругостью лишь по отношению к деформациям сжатия (растяжения). В твердых телах звуковые волны могут быть как продольными, так и поперечными, так как твердые тела обладают упругостью по отношению к деформациям сжатия (растяжения) и сдвига.