Мікрокомп'ютерні засоби слухового скринінгу новонароджених на основі методів педіатричної аудіометрії та реєстрації отоакустичної емісії

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

УДК 616.28

Мікрокомп'ютерні засоби слухового скринінгу новонароджених на основі методів педіатричної аудіометрії та реєстрації отоакустичної емісії

05.11.17 - Біологічні та медичні прилади і системи

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Лебедев Денис Юрійович

Київ 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі конструювання електронно-обчислювальної апаратури Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент, старший науковий співробітник Лисенко Олександр Миколайович, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, м. Київ, завідувач кафедри конструювання електронно-обчислювальної апаратури

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент Овсяник Валерій Прокопович, НВП „ВАБОС”, м. Київ, генеральний директор

кандидат технічних наук, доцент Прасол Ігор Вікторович, Харківський національний університет радіоелектроніки, м. Харків професор кафедри біомедичних електронних пристроїв та систем

Захист дисертації відбудеться “12” травня 2011 року о 16-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.19 Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ-56, просп. Перемоги, 37, корп. 12, ауд. 412.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”

Автореферат розіслано “08” квітня 2011 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради ___________ В.Б. Швайченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Як відомо, нормальний стан слухової функції дитини має вирішальне значення для її загального розвитку, оскільки орган слуху є одним із основних каналів, по якому вона одержує інформацію про навколишній світ.

На жаль, у віці до трьох-чотирьох років виявляється тільки половина глухих дітей. Часто батьки помічають у малюка якесь відхилення у реакціях, поведінці, однак відносять їх на рахунок особливого характеру дитини, сподіваються, що вона “переросте” цю своєрідність і далі буде розвиватись нормально. Реально такий перебіг практично неможливий - проблема зниження слуху веде до затримки мовного та інтелектуального розвитку, навичок спілкування, подолати які у шкільному віці дуже важко. У зв'язку з цим надзвичайно важливого значення набуває раннє виявлення порушень слуху у дитячого контингенту обстежуваних, в тому числі новонароджених, за допомогою сучасних об'єктивних та суб'єктивних діагностичних методів, насамперед, скринінгових та правильна оцінка потенційних можливостей слухової системи таких дітей.

В Україні проблема раннього виявлення втрат слуху у дітей стає все більш актуальною і потребує найшвидшого вирішення. В найближчі роки заплановано запровадження скринінгового обстеження новонароджених по всій країні. Наразі ж в рамках пілотного проекту здійснюється обстеження немовлят лише у пологових будинках міст Києва, Дніпропетровська, Львова, Чернігова, Київської області та відділеннях недоношених дітей УДСЛ «Охматдит».

Для проведення скринінгових досліджень слуху у новонароджених є потреба в укомплектуванні всіх 90 пологових будинків та 477 пологових відділень центральних районних лікарень України мікрокомп'ютерними засобами як для ехоскринінгу (що реєструють, насамперед, сигнали отоакустичної емісії (ОАЕ) на частоті продуктів спотворення), так і для слухового скринінгу в умовах вільного звукового поля (які називаються педіатричними аудіометрами або звукореактотестерами та дозволяють зареєструвати наявність у дитини реакції на звук).

На жаль, наразі засоби реєстрації ОАЕ (ехоскринери) та педіатричної аудіометрії вітчизняною промисловістю не виготовляються, а вартість такого обладнання провідних закордонних виробників Interacoustics, Grasson Stadler, Maico тощо є занадто дорогою і не “по кишені” для вітчизняного споживача, що не дає змогу в необхідній кількості провести укомплектування медичних закладів країни. Окрім цього, не вирішеними залишаються також ряд проблем метрологічного забезпечення даного аудіологічного діагностичного обладнання, що обумовлено відсутністю відповідної нормативної бази. Лише в минулому році було затверджено міжнародний стандарт IEC 60645-6, що визначає основні технічні вимоги до засобів реєстрації ОАЕ. Відсутні також єдині для державних метрологічних служб України методики повірки ехоскринерів та звукореактотестерів, що нерідко призводить до експлуатації медичним персоналом не повіреного обладнання.

Окремим питанням розроблення аудіологічних діагностичних засобів та їх метрологічного забезпечення присвячені роботи видатних вчених К.Брінкмана, В.Г.Базарова, Г.М.Гігінейшвілі, В.А.Лисовського, Б.С.Мороза, В.П.Овсяника, У.Ріхтера, Б.М.Сагаловича, С.Н.Хечінашвілі, О.М.Лисенка та інших. Однак в роботах цих авторів та інших вчених відсутнє детальне висвітлення методів і принципів побудови засобів слухового скринінгу новонароджених, що реалізують методи реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, шляхів вирішення наявних метрологічних проблем для даних засобів.

Тому створення вітчизняних мікрокомп'ютерних засобів слухового скринінгу новонароджених, які б не поступалися за якістю закордонним зразкам-аналогам, але були б значно дешевшими в ціні, розроблення їх методичного та апаратурного метрологічного забезпечення є актуальною, складною та важливою науково-прикладною задачею, вирішення якої дозволить не лише в декілька разів заощадити як бюджетні витрати держави, так і власні кошти медичних установ України на придбання ними ехоскринерів та педіатричних аудіометрів, а й створить умови для раннього діагностування порушень слуху у дітей, в тому числі новонароджених та надасть можливість своєчасно впровадити лікувальні і профілактичні заходи.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до тематичних планів НДР НТУУ «КПІ», що фінансуються за рахунок державного бюджету Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України відповідно до пріоритетних напрямків розвитку науки України „Новітні біотехнології, діагностика і методи лікування найпоширеніших захворювань”, “Нові матеріали та речовини” (підрозд. «Розробка та впровадження у серійне виробництво техніки для лікування та попередження захворювань») та “Науки про життя, нові технології профілактики та лікування найпоширеніших захворювань” згідно НДР "Розроблення системи реєстрації отоакустичної емісії (ОАЕ) внутрішнього вуха людини" (номер держреєстрації 0103U000200), "Розроблення портативного педіатричного аудіометра" (номер держреєстрації 0107U002109), "Розроблення технології ехоскринінгу новонароджених для діагностики захворювань органа слуху”, а також в рамках гранту «Портативний DSP ехо-скринер» за договором №4/7 від 01.11.2007р., отриманого по результатам проведення IV-го конкурсу НДР на одержання фінансової підтримки молодим вченим НТУУ «КПІ».

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є вирішення актуальної і важливої науково-прикладної задачі розроблення та удосконалення мікрокомп'ютерних засобів слухового скринінгу новонароджених на основі методів реєстрації ОАЕ і педіатричної аудіометрії для раннього діагностування порушень слуху дітей.

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувалися наступні основні задачі:

- аналіз сучасного стану методів і технічних засобів слухового скринінгу новонароджених, що реалізують процедури реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії;

- розроблення, удосконалення та дослідження математичних моделей органа слуху дитини, ехо-сигналів ОАЕ, трактів вимірювання та відтворювання мікрокомп'ютерних засобів слухового скринінгу на основі зазначених вище методів;

- визначення шляхів удосконалення та синтез структур мікрокомп'ютерних засобів ехоскринінгу і педіатричної аудіометрії, розробка та моделювання схемотехнічних і алгоритмічних рішень їх побудови;

- аналіз стану метрологічного забезпечення засобів педіатричної аудіометрії та реєстрації ОАЕ, виявлення наявних проблем, формулювання шляхів їх вирішення та розроблення методик визначення метрологічних характеристик даних засобів;

- експериментальні дослідження створених макетних зразків засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії.

Об`єктом дисертаційного дослідження є процес взаємодії слухової системи дитини та засобів діагностування її стану.

Предметом дослідження є комплекс удосконалених скринінг-засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії.

Методи дослідження. В роботі використані методи цифрового моделювання для побудови трактів вимірювання та відтворювання мікрокомп'ютерних засобів, фільтрації сигналів ОАЕ, акустичних вимірювань параметрів трактів відтворювання мікрокомп'ютерних засобів, метрології для розроблення методик визначення метрологічних характеристик даних засобів, статистичної обробки та спектрального аналізу отриманих результатів вимірювань, нормування метрологічних характеристик засобів та експериментальних досліджень створених макетних зразків. аудіометрія ехоскринінг педіатричний метрологічний

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- запропоновано нову удосконалену комплексну математичну модель органа слуху людини, яка враховує структурно-фізіологічні властивості зовнішнього, середнього та внутрішнього вух новонародженої дитини, що дозволило провести моделювання об'єкту дослідження та відтворити процедури проходження і генерації «ехо-сигналів» ОАЕ;

- визначено шляхи удосконалення і синтезовано нові патентоспроможні структури мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, що досягається за рахунок розширення їх функціональних можливостей і підвищення завадостійкості, а також застосування у вказаних засобах сучасних DSP технологій, аудіокодеків, функціональних електроакустичних і акустоелектричних перетворювачів та розроблення необхідного програмного забезпечення;

- подальшого розвитку отримало структурно-функціональне моделювання основних складових каналів вимірювання та відтворювання мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, що дало змогу на основі нових синтезованих SimuLink-моделей «ехо-сигналів» та вказаних складових провести моделювання процесів, які протікають в них і визначити параметри їх ланок;

- розроблено, удосконалено і експериментально апробовано нове метрологічне методичне та апаратурне забезпечення засобів реєстрації ОАЕ і педіатричних аудіометрів, яке складає основу для проведення подальших робіт по створенню і удосконаленню в Україні системи метрологічного забезпечення даного виду аудіологічних засобів.

Практичне значення одержаних результатів полягає:

- у створенні комплексу удосконалених мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, які реалізують запропоновані синтезовані структури та створюють передумови шляхом проведення слухового скринінгу для вирішення проблеми раннього діагностування порушень слуху у дитячого контингенту обстежуваних, в тому числі новонароджених; як наслідок, це надасть змогу своєчасно впровадити лікувальні та профілактичні заходи;

- в розроблених рекомендаціях по вибору застосованої DSP-елементної бази скринінгового засобу в залежності від його виду та вимог, що пред'являються до нього, а також послідуючого моделювання запропонованих структур каналів вимірювання та відтворювання в середовищі MatLab для різних значень параметрів їх ланок;

- в розробленні і впровадженні методик визначення метрологічних характеристик засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, які є основою створення і вдосконалення в Україні системи метрологічного забезпечення в даній області;

- в розробленні комплекту ескізної конструкторської документації на педіатричний аудіометр, який може бути покладено в основу створення робочої конструкторської документації та дослідних зразків виробу.

Результати дисертаційної роботи впроваджені і використані в НДР НТУУ "КПІ", перелік яких наведено вище, при цьому створено діючі макети засобу реєстрації ОАЕ та педіатричного аудіометра, що підтверджено відповідним актом.

Вказані засоби скринінгу пройшли апробацію в процесі діагностування стану слухової системи немовлят в пологовому будинку №3 м. Києва, що також підтверджено відповідним актом.

Одержані в дисертації нові результати знайшли застосування в навчальному процесі при підготовці НТУУ «КПІ» фахівців в галузі радіоелектронного апаратобудування за спеціальністю “Виробництво електронних засобів”, що оформлено відповідним актом.

Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно та опубліковані в працях [1 - 19]. Внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві, наведено нижче.

В роботах [9, 10, 14, 16, 18] автором сформульовано мету і завдання дослідження, запропоновано для вирішення проблеми дитячого слухового скринінгу застосування методу реєстрації ОАЕ та портативного засобу для його реалізації. При оформленні матеріалів заявки на патент на винахід [7] автором було запропоновано удосконалити прототип структури засобу реєстрації ОАЕ шляхом введення блоків ФНЧ, ФВЧ та комутатора. В працях [2, 3, 11, 12, 15] автором обґрунтовано вибір складових структури, синтезовано вимірювальний тракт засобу реєстрації ОАЕ на основі DSP-процесора TMS320VC5510 та його SimuLink-модель, а також проведено моделювання його роботи в середовищі MatLab. В роботах [4, 17] автором розглянуто проблеми метрологічного забезпечення засобів реєстрації сигналів ОАЕ та педіатричних аудіометрів, запропоновано шляхи їх вирішення та розроблено методики визначення метрологічних характеристик вказаних вище засобів. В патенті на корисну модель [8] автор запропонував розширити функцію діагностування шляхом введення в структуру прототипу блоку світлової стимуляції. В роботі [5] автором синтезовано алгоритм та процедури генерації синусоїдальних стимулів тракту відтворення засобу реєстрації ОАЕ, реалізованих на основі DSP-процесора TMS320VC5510. В працях [6, 19] автору належить відповідно розроблення моделі «ехо-сигналу» викликаної затриманої ОАЕ та SimuLink-моделі аудіометричного тракту DSP-педіатричного засобу, а також проведення їх моделювання.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи та її окремі розділи доповідалися і обговорювалися на 12 міжнародних та всеукраїнських конференціях, семінарах і форумах, зокрема: науково-технічних конференціях "ПРИЛАДОБУДУВАННЯ 2003-2007: підсумки і перспективи", м. Київ, НТУУ "КПІ", 2003 - 2007 р.р.; IV-му Міжнародному науково-практичному форумі «Информационные технологии и кибернетика - 2006», м. Дніпропетровськ, ІТМ, 2006 р.; Міжнародному науково-практичному семінарі «Актуальні питання технологічного менеджменту в галузі охорони здоров'я», м. Луцьк, ЛДТУ, 2006 р.; Міжнародній науково-технічній конференції «Актуальні питання науки та практики: досягнення та перспективи - 2007», м. Полтава, 2007 р.; IV Міжнародній науково-практичній Інтернет-конференції «Perspektywiczne opracowania nauki i techniki», Przemysl (Польша), 2008 р.; IV Міжнародній науково-практичній Інтернет-конференції «Zpravy vedecke ideje - 2008», Praha (Чехія), 2008 р.; II науково-технічній конференції молодих вчених «Електроніка-2010», НТУУ «КПІ», м. Київ, 2010 р.; ХХХ Міжнародній науково-технічній конференції «Электроника и нанотехнологии», НТУУ «КПІ», м. Київ, 2010 р..

Публікації. По матеріалам дисертаційної роботи опубліковано 19 друкованих праць, в тому числі 6 робіт опубліковано у фахових виданнях ВАК України та отримано 2 патенти.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів та висновків, викладених на 185 сторінках друкованого тексту, списку використаних джерел із 108 найменувань та 4 додатків. Робота містить 104 рисунок та 18 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, визначені наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, а також наведено відомості про публікації та апробацію роботи.

У першому розділі розглянуто структуру органа слуху дитини, основні форми приглухуватості, наведено результати аналізу найбільш поширених при слуховому скринінгу немовлят методів педіатричної аудіометрії і реєстрації ОАЕ, а також сучасних засобів їх реалізації.

Проведено співставлення структурно-функціональних властивостей слухової системи новонародженої дитини, характерних для її перших днів життя, і дорослої людини, що дозволило визначити основні відмінності середніх розмірів елементів органа слуху для вказаних категорій обстежуваних. Зокрема, встановлено, що найбільш суттєва відмінність відзначається саме в системі середнього вуха немовляти, сумарна маса m_? слухових кісточок та барабанної перетинки якої із-за різниці в щільності хрящової і кісткової тканин майже в два рази менша, ніж у дорослої людини. Це дало змогу в подальшому врахувати цю обставину та удосконалити комплексну математичну модель об'єкта дослідження - слухової системи дитини.

Проведено аналіз методів реєстрації сигналів ОАЕ та порогової аудіометрії в умовах вільного звукового поля (інакше - педіатричної аудіометрії), що застосовують в сучасній аудіологічній педіатричній практиці з метою слухового скринінгу дітей, в тому числі новонароджених, який показав доцільність та ефективність застосування:

- процедур реєстрації «ехо-сигналів» ОАЕ на частоті продукту спотворення та затриманої ОАЕ, що завжди виникають і які реєструють у нормально чуючих новонароджених дітей відповідно при стимуляції вуха двома тональними сигналами та після короткого акустичного стимулу;

- процедури визначення стану слухової функції новонародженої дитини шляхом аналізу її реакції на звуковий стимул (тон або шум) в умовах вільного звукового поля.

Наведено класифікацію та місце, що посідають педіатричні аудіометри і засоби реєстрації ОАЕ серед інших технічних засобів для діагностування порушень слуху. Зазначено, що для аудіометрів у відповідності з міжнародною та вітчизняною нормативними базами (стандарти ІЕС та ГОСТ) введено додаткову внутрішньогрупову класифікацію, згідно якій звукореактотестери належать до засобів типу 5. Відповідно до цього визначено перелік функціональних можливостей, наявність яких є обов'язковою для вказаних засобів педіатричної аудіометрії (здатність пристрою переривати тестовий тональний або шумовий сигнал, забезпечувати необхідний динамічний діапазон регулювання рівня інтенсивності тестового стимулу при коефіцієнті гармонік, що не перевищує граничне значення), а також детально розглянуто основні технічні вимоги до них.

Проведено аналіз сучасного стану ринку технічних засобів слухового скринінгу новонароджених в Україні. Наведено приклади реалізації сучасних закордонних мікрокомп'ютерних засобів слухового скринінгу новонароджених вказаними вище аудіологічними методами, які засвідчили про те, що типовим для відомих технічних рішень є:

- застосування в системах реєстрації ОАЕ робочих частот стимулів від 500 Гц до 8000 Гц з діапазоном регулювання їх рівнів звукового тиску (РЗТ) від 30 дБ до 80 дБ з кроком від 1 дБ до кількох децибел та виконання їх у вигляді як ручних портативних рішень, так і на основі ноутбуків;

- використання в педіатричних аудіометрах в якості стимулів тонових сигналів з частотами від 500 Гц до 4000 Гц або широкосмугового та вузькосмугового шумів з діапазоном регулювання їх рівня інтенсивності від 30 дБ до 80 дБ з кроком 10 дБ; при цьому педіатричні аудіометри виконують у вигляді переносних портативних засобів із живленням від акумуляторних або змінних батарей.

Узагальнення вище вказаного дозволило в подальшому визначити шляхи удосконалення існуючих мікрокомп'ютерних скринінгових засобів.

Другий розділ присвячено розробленню і дослідженню математичних моделей слухової системи дитини, SimuLink-моделей окремих "ехо-сигналів" ОАЕ та трактів вимірювання і відтворювання засобів дитячого слухового скринінгу.

Створення математичної моделі органа слуху новонародженої дитини потребує окрім вже проведеного в розд. 1 аналізу відмінностей зовнішнього, середнього та внутрішнього вух дорослих і дітей на різних етапах життя також вивчення вже існуючих моделей та вибір базової для подальшого її удосконалення із врахуванням зазначеного.

Відомо ряд математичних моделей слухової системи людини, які відтворюють процес передачі звуку від барабанної перетинки до основи стремінця слухових кісточок. При цьому їх авторами показано, що частотна характеристика зміщення основи стремінця при постійному звуковому тиску біля барабанної перетинки має вигляд ФНЧ. Основним недоліком вказаних моделей є відсутність врахування структурно-фізіологічних властивостей вуха дитини, характерних для її перших днів життя.

Для аналізу і удосконалення існуючої математичної моделі слухову систему розділено на 2 основні складові: зовнішній слуховий прохід і середнє вухо (1 частина) та внутрішнє вухо (2 частина). На рис. 1 представлено канал зовнішнього і середнього вух у вигляді послідовно зв'язаних ФВЧ та ФНЧ, які в подальшому названо фільтром зовнішнього і середнього вух (ФЗСВ).

Рис. 1 Канал зовнішнього та середнього вух

На блок ФВЧ надходить параметр R, який визначають в залежності від фізіологічного стану середнього вуха та який дорівнює 0,957 для дорослої людини зі станом середнього вуха у нормі.

Передатну функцію ФЗСВ визначають виразом (1):

H_ФЗСВ(z) = H_ФНЧ(z)• H_ФВЧ(z), (1)

що складено із каскадів рекурсивного ФНЧ 8-го порядку (2)

H_ФНЧ(z)=, (2)

де А=0,109, B=-2,5359, C=3,9295, D=-4,7532, E=4,7251, F=-3,5548, G=2,1396, J=-0,9879 та K=0,2836

і рекурсивного ФВЧ 2-го порядку (3)

H_ФВЧ(z)=. (3)

При цьому до складу передатної функції ФВЧ (3) входить також згаданий вище параметр R.

На рис. 2 зображено сімейство АЧХ ФЗСВ при змінюванні параметру R від 0,94 до 0,99, де позначкою (о) відтворено інвертовану криву рівної гучності згідно ISO 226.

Рис. 2 Сімейство АЧХ ФЗСВ при змінюванні параметру R від 0,94 до 0,99

Із врахуванням основних показників середнього вуха немовляти в нормі (маса, сила тертя у вушній порожнині, а також жорсткість слухових кісточок і барабанної перетинки), які суттєво впливають на його функцію, проведено аналіз АЧХ ФЗСВ у середовищі MatLab при змінюванні параметра R в широкому діапазоні значень (рис. 3). Показано, що зменшення майже вдвічі маси слухових кісточок новонародженої дитини призводить до ослаблення сигналу на частотах, менше резонансних, на 10 дБ - 20 дБ, а пік резонансних частот зміщується праворуч в область ВЧ, але при цьому падає на 2 дБ - 4 дБ. Даним умовам найбільш точно відповідає передатна функція ФЗСВ з R=0,55.

R=0,94	R=1,26
R=0,45	R=0,55

Рис. 3 Сімейство АЧХ ФЗСВ для значень параметра R=0,94; 1,26; 0,45; 0,55

При цьому її математичне представлення буде мати вигляд (4):

H_ФЗСВ(z)=, (4)

де А=0,109, А1=1, А2=-3,633, А3=7,0183, B=-9,8419, C=11,1423, D=-10,1903, E=7,4792,

F=-4,4168, G=2,0175, J=-0,6108 та K=0,0858.

Проведено аналіз відомих моделей внутрішнього вуха (ВВ) людини та з врахуванням того, що завитки новонароджених та дорослих не мають суттєвих відмінностей, обґрунтовано застосування як основної для подальшого дослідження гідромеханічну модель В.М. Бабича та С.М. Новоселової, згідно якій завитку ВВ вважають гідромеханічним водоводом з плавно змінюваними властивостями, вздовж середини перетину якого розташована пружна анізотропна пластина - базилярна мембрана, рівняння коливань якої має вигляд (5):

(5)

де П_х та П_у - ефективні жорсткості пластини відповідно у повздовжньому та поперечному напрямку, - ефективна щільність базилярної мембрани, p⁺ та р^-, та - відповідно тиск та компоненти швидкості за віссю х над та під базилярною мембраною. Четвертий член рівняння характеризує в'язке затухання хвиль, які поширюються вздовж мембрани.

Узагальнений вигляд передатної функції такої моделі має вигляд (6):

, (6)

де Vz та Vx - швидкості коливань перилімфи та ендолімфи навколо базилярної мембрани.

Таким чином, із врахуванням розглянутого вище отримано удосконалену комплексну модель слухової системи людини з урахуванням фізіологічних властивостей вуха саме новонародженої дитини та у середовищі MatLab синтезовано її Simulink-модель (рис. 4).

Рис. 4 Simulink-модель слухової системи новонародженої дитини

Це дозволило провести моделювання об'єкту дослідження та відтворити процедури проходження і генерації в ньому, насамперед, “ехо-сигналів” ОАЕ.

З метою проведення моделювання процесів в тракті вимірювання мікрокомп'ютерного засобу реєстрації ОАЕ синтезовано нову модель композитного сигналу ОАЕ, що містить окрім двох тональних стимулів з частотами f_1, f₂ та “ехо-сигналу” на частоті (2f₁ - f₂) продукту спотворення також широкосмуговий шум та завади біоелектричного походження (1 Гц - 10 Гц) і на частоті мережі живлення (50 Гц). На рис. 5 наведено приклад спектрального складу створеного композитного сигналу ОАЕ (f₁=4000 Гц,_, f₂=4700 Гц, (2f₁ - f₂)=3300 Гц, завади на частотах 3 Гц та 50 Гц).

Рис. 5 Приклад спектра моделі композитного сигналу ОАЕ на частоті продукту спотворення

Виходячи з проведеного в розд. 1 аналізу відомих технічних рішень реалізації засобів реєстрації ОАЕ визначено основні вимоги до вимірювального каналу, який повинен пропускати сигнал в діапазоні від 100 Гц до 12 кГц, а нерівномірність його АЧХ у вказаних межах не повинна перевищувати 1 дБ. При цьому коефіцієнт підсилення в межах вказаної смуги пропускання повинен складати від 65 дБ до 70 дБ, а коефіцієнт притискання перешкоджаючих сигналів з частотою мережі 50 Гц та з частотами 1 Гц - 10 Гц повинен бути не менше 70 дБ.

Синтезовано SimuLink-модель вимірювального каналу засобу реєстрації ОАЕ, наведену на рис. 6, що містить із врахуванням елементів генерації композитного сигналу попередній підсилювач, спектральний вимірювальний перетворювач (СВП) у вигляді смугового фільтр), утвореного двома ланками активних ФНЧ та ФВЧ, а також узгоджувального зі входом АЦП підсилювача.

Рис. 6 SimuLink-модель вимірювального каналу засобу реєстрації ОАЕ

Проведено моделювання динамічних процесів розробленої SimuLink-моделі вимірювального тракту засобу реєстрації ОАЕ, що дозволило визначити оптимальні параметри його ланок для виконання зазначених вище вимог та засвідчило про їх ефективність і працездатність в умовах впливу шуму і завад біоелектричного походження та на частоті мережі живлення. При цьому АЧХ синтезованого каналу вимірювання характеризується наступними параметрами: максимальний коефіцієнт підсилення в смузі пропускання складає 2500 або 68 дБ; нерівномірність АЧХ в діапазоні 100 Гц - 12 кГц не перевищує 0,55 дБ; коефіцієнт притискання перешкоджаючих сигналів з частотою мережі 50 Гц та біоелектричного походження 3 Гц складає 78 дБ, а сигналів з частотою вище 12 кГц - 73 дБ.

Рис. 7 Результат моделювання стимулів (зверху - широкосмуговий шум, знизу - тестовий тон)

Синтезовано Simulink-модель стимулюючих сигналів генератора педіатричного аудіометра, що дозволяє відтворювати повний спектр стимулів, необхідних для проведення процедури педіатричної аудіометрії (тон, широкосмуговий та вузькосмуговий шуми). На рис. 7 наведено результати симуляції синтезованої моделі, наприклад, при генерації тонового сигналу постійної амплітуди і заданої частоти (знизу) та широкосмугового шуму (зверху). Це дозволило провести моделювання часових процесів, які протікають у складових аудіометричного каналу звукореактотестера, зокрема, формувачі тестового стимулу, що забезпечує необхідні його часові характеристики (тривалість фронтів підйому і спаду - від 20 мс до 200 мс; тривалість тестового сигналу від 1 с до 1,2 с). Нижче на рис. 8 наведено результати моделювання формування тестових стимулів шляхом амплітудної модуляції з трапецоїдною обвідною стимулюючих тонального (500 Гц) і шумового сигналів тривалістю 1,1 с.

Рис. 8 Результати моделювання формування тестових тонального з частотою 500 Гц (а) та широкосмугового шумового (б) стимулів

У третьому розділі визначено шляхи удосконалення і синтезовано нові патентоспроможні структури мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, а також розглянуто питання проектування їх схемотехнічних, алгоритмічних і конструктивних рішень.

Виконані згідно патенту України № 70880А ряд удосконалень мікрокомп'ютерного засобу для ехоскринінгу здійснено за рахунок підвищення його завадостійкості шляхом реалізації процедури фільтрації як верхніх (вище, наприклад, 100 Гц), так і нижніх (нижче, наприклад, 12 кГц) частот вхідного сигналу ОАЕ смуговим фільтром або цифрової фільтрації у зазначеному діапазоні частот процесором на програмному рівні, так і за рахунок розширення функцій засобу шляхом аудіопрослуховування оператором "ехо-сигналу” через головні телефони безпосередньо під час обстеження (рис. 9).

Проведені згідно патенту України № 39052 удосконалення відомих технічних рішень реалізації педіатричного аудіометра здійснено за рахунок розширення його частотного діапазону обстеження та введення в засіб блока світлової стимуляції, що забезпечує формування імпульсних світлових стимулів для новонароджених дітей під час проведення скринінгових обстежень слуху та дозволяє визначати наявність у них окрім слухової також і зорової реакції (рис. 10).

Рис. 9 Удосконалена структурна схема засобу реєстрації ОАЕ згідно патенту України №70880А (варіант)

Рис. 10 Удосконалена структура педіатричного аудіометра згідно патенту України № 39052

Проведено розроблення і моделювання схемотехнічних рішень блоків та вузлів аудіометричного каналу запропонованої структури, в тому числі генераторів тону та шуму, формувача тестового стимулу, що дозволило визначити вихідні параметри розробки та обґрунтувати вибір застосованої елементної бази, в тому числі мікроконтролера та електроакустичного перетворювача та перейти безпосередньо до створення макета засобу і його експериментальних досліджень:

- обґрунтовано вибір в якості генератора тону схеми двокаскадного тонального генератора на операційному підсилювачі, що забезпечує найбільш прийнятний коефіцієнт нелінійних спотворень (не вище 0.7 %);

- запропоновано в основу генератора шуму покласти схему генератора псевдовипадкової послідовності, виконаної на 18-розрядному регістрі зсуву із зворотнім зв'язком та шляхом моделювання в середовищі Quartus II показано ефективність його функціонування;

- проведено розрахунок параметрів схеми формувача тестового стимулу, що складається із вузлів регулятора інтенсивності (крок регулювання 10 дБ), калібрувальної матриці (крок регулювання 2,5 дБ), електронного ключа та генератора прямокутних імпульсів типу „меандр” з частотою 2 Гц (на основі таймера серії 555), які є вихідними для створення макета вузла;

- обґрунтовано вибір типу мікроконтролера ATmega16 та електроакустичного перетворювача типу KPSP4595MN-08/0.25G для застосування в звукореактотестері.

Рис. 11 АЧХ цифрового СВП на основі DSP-процесора TMS320VC5510

Рис. 12 Макет цифрового СВП та тракту генерації стимулів на основі DSP-процесора TMS320VC5510

Розроблено і виконано моделювання в середовищі Micro-Cup схемотехнічних рішень побудови окремих ланок вимірювального каналу (попередній та узгоджувальний підсилювачі) засобу реєстрації ОАЕ, що реалізує запропоновану удосконалену структуру. Синтезовано у пакеті Filter Design середовища MatLab модель цифрового СВП з частотами зрізу 100 Гц, 12 кГц, виконаного у вигляді цифрового смугового фільтра Батерворта другого порядку (рис. 11). На її основі розроблено програмні рішення для реалізації СВП на базі аудіо DSP-процесора ТМS320VC5510, що входить до складу оціночного модуля Starter Kit типу С5510 DSK, застосованого в подальшому в створеному макеті засобу реєстрації ОАЕ (рис. 12). Показано також можливість застосування вище вказаного аудіо DSP-процесора TMS320VC5510 разом із кодокерованим стерео аудіо кодеком типу AIC23 в якості генератора стимулів засобу ехоскринінгу, забезпечуючи відтворювання максимальних РЗТ (80 ± 2) дБ в діапазоні частот від 500 Гц до 8000 Гц при коефіцієнті гармонік, що не перевищує 3 %.

Запропоновано оригінальну конструкцію акустичного зонда засобу реєстрації ОАЕ (рис. 13) та обґрунтовано вибір його акустико-електричного і електроакустичних перетворювачів (відповідно типу 1751 фірми Oticon (Данія) та ТЕМ 1956 фірми Октава (Росія). Показано, що АЧХ телефону ТЕМ 1956 при постійній вхідній напрузі 3 В розвиває РЗТ не менше 100 дБ на частотах від 100 Гц до 5000 Гц та 85 дБ на частотах до 6 кГц при коефіцієнті гармонік не вище 4,5%, що дозволяє стверджувати про коректність його застосування в розробці.

Четвертий розділ присвячений проведенню експериментальних досліджень мікрокомп'ютерних засобів слухового скринінгу новонароджених.

Створено макетний зразок засобу для ехоскринінгу (рис. 14), який реалізує метод реєстрації викликаної затриманої ОАЕ та на частоті продукту спотворення на основі запропонованої в розд. 3 перспективної удосконаленої структури засобу та розробленого програмного забезпечення.



Рис. 13 Конструкція акустичного зонда: 1 - задня кришка, 2 - корпус, 3 - передня кришка, 4 - насадка, 5 - мікрофон, 6 - телефони

Підтверджено ефективність і працездатність розробленого тракту вимірювання і відтворювання засобу реєстрації ОАЕ, показано узгодженість отриманих результатів випробувань вказаних складових з результатами моделювання їх Simulink-моделей, що свідчить про коректність параметрів останніх.

Рис. 14 Зовнішній вигляд макета мікрокомп'ютерного засобу реєстрації ОАЕ на основі DSK C5510 та ПЕОМ

Встановлено, що для засобів реєстрації ОАЕ на сьогодні завдання їх метрологічного забезпечення в Україні не є врегульованим, оскільки відсутні відповідні вітчизняні нормативні документи, які б регламентували процедуру проведення повірочних робіт з даним обладнанням, методики його повірки та досвід виконання таких робіт. При цьому слід відзначити появу 1,5 роки тому міжнародного стандарту IEC 60645-6: 2009, який створює передумови, але не вирішує наразі зазначених проблем.

Запропоновано та експериментально апробовано нову методику визначення метрологічних характеристик створеного макета засобу реєстрації ОАЕ, в основу якої покладено використання приладів “штучне вухо” типу 4152 фірми “B&K” та вимірювального комплексу 22С фірми RFT. При цьому максимальна відносна похибка встановлення частоти тонального стимулу в діапазоні частот від 500 Гц до 6000 Гц не перевищила ±1%, максимальна абсолютна похибка встановлення РЗТ не перевищила ±2 дБ, а коефіцієнт гармонік стимулюючого тону не перевищив 4,5%, що засвідчує відповідність характеристик створеного засобу встановленим вимогами значенням.

Розроблено програмний інтерфейс користувача засобу реєстрації ОАЕ на основі стандартної ПЕОМ, що дозволяє встановлювати режим та параметри обстеження, а також відображати отримані результати. Нижче наведено приклади отриманих за допомогою створеного макета засобу для ехоскринінгу результатів дослідження обстежуваної дитини в режимах реєстрації ОАЕ на частоті продукту спотворення (рис. 15) та викликаної затриманої ОАЕ (рис. 16).

Рис. 15 Результати обстеження дитини в режимі реєстрації ОАЕ на частоті продукту спотворення при РЗТ стимулюючих сигналів 60 дБ на частотах 4000 та 4700 Гц; DP-поріг - 13 дБ РЗТ на частоті 3300 Гц

Рис. 16 Результати обстеження дитини в режимі реєстрації викликаної затриманої ОАЕ при РЗТ стимулу 65 дБ

Створено макетний зразок звукореактотестера (рис. 17), який реалізує метод педіатричної аудіометрії на основі розглянутої в розд. 3 перспективної удосконаленої структури засобу та розроблених схемотехнічних і алгоритмічних рішень.

Проведений аналіз стану метрологічного забезпечення засобів педіатричної аудіометрії показав, що для проведення повірочних робіт з даним видом аудіологічного обладнання наразі в Україні наявні всі необхідні для цього технічні засоби (прилади “штучне вухо”, вимірювачі шуму тощо) та за умов застосування міжнародних стандартів IEC та ISO відповідна нормативна база (ISO 389-7, IEC 60126, ГОСТ 72072-86 тощо). Однак відсутність в державних метрологічних службах України єдиної методики повірки звукореактотестерів, а також брак досвіду проведення такого роду робіт відповідними метрологічними підрозділами Укрметтестстандарту дозволяє говорити про наявність проблем метрологічного забезпечення педіатричних аудіометрів.

Рис. 17 Зовнішній вигляд макета електронного блока педіатричного аудіометра

На основі розробленої методики та запропонованої повірочної схеми, що базується на вимірювальному мікрофоні 4144 фірми “B&K” та згаданого вище вимірювального комплексу 22С фірми RFT, визначено метрологічні характеристики макета звукореактотестера: максимальне відхилення частоти тонального стимулу від встановленого значення склало не більше 0,8% в діапазоні частот від 500 Гц до 4000 Гц; максимальне відхилення РЗТ стимулу (тон та широкосмуговий шум) від встановленого значення не перевищило ±2,5 дБ; коефіцієнт гармонік тонального стимулу не перевищив 2,9%; основна похибка встановлення рівнів прослуховування тестового стимулу не перевищила ±2,5 дБ. Таким чином, отримані метрологічні характеристики макета портативного педіатричного аудіометра свідчать про їх відповідність встановленим вимогам та ГОСТ 72072-86 для аудіометричних засобів типу 5.

Розроблене і експериментально апробоване метрологічне методичне та апаратурне забезпечення засобів реєстрації ОАЕ і педіатричних аудіометрів складає основу для проведення подальших робіт по створенню і удосконаленню в Україні системи метрологічного забезпечення в даній області.

У додатку подано лістинг робочої програми DSP-генератора стимулів засобу для ехоскринінгу і акти впровадження результатів дисертації у пологовому будинку №3 м. Києва, навчальному процесі та НДР Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”.

ВИСНОВКИ

1. Запропоновано нову удосконалену комплексну математичну модель органа слуху людини, яка враховує структурно-фізіологічні властивості зовнішнього, середнього та внутрішнього вух новонародженої дитини, що дозволило провести моделювання об'єкту дослідження та відтворити процедури проходження і генерації “ехо-сигналів” ОАЕ.

2. Проведено аналіз сучасного стану методів і технічних засобів слухового скринінгу новонароджених, визначено шляхи удосконалення та синтезовано нові патентоспроможні структури мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, що досягається за рахунок розширення їх функціональних можливостей і підвищення завадостійкості, а також застосування у вказаних засобах сучасних DSP технологій, аудіо кодеків, функціональних електроакустичних і акустоелектричних перетворювачів та розроблення необхідного програмного забезпечення.

3. Подальшого розвитку отримало структурно-функціональне моделювання основних складових каналів вимірювання і відтворювання мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ та педіатричної аудіометрії, що дало змогу на основі нових синтезованих SimuLink-моделей “ехо-сигналів” та вказаних складових провести моделювання процесів, які протікають в них та визначити параметри їх ланок.

4. Розроблено, удосконалено і експериментально апробовано метрологічне методичне та апаратурне забезпечення засобів реєстрації ОАЕ і педіатричних аудіометрів, яке складає основу для проведення подальших робіт по створенню і удосконаленню в Україні системи метрологічного забезпечення в даній області.

5. Створено комплекс удосконалених мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ і педіатричної аудіометрії, що реалізують запропоновані синтезовані структури та створюють передумови шляхом проведення слухового скринінгу для вирішення проблеми раннього діагностування порушень слуху у новонароджених.

Отримані в дисертації нові результати знайшли застосування в навчальному процесі при підготовці НТУУ “КПІ” фахівців в галузі радіоелектронного апаратобудування за спеціальністю “Виробництво електронних засобів” та можуть бути використані при підготовці вищими учбовими закладами України фахівців за спеціальностями медико-технічного та медико-біологічного профілю, в тому числі “Медичні прилади та системи”, “Біотехнічні та медичні апарати і системи”, “Медичні акустичні та біоакустичні прилади і апарати”, “Фізична та біомедична електроніка”.

Одержані в роботі нові результати можуть знайти застосування для подальшого розвитку наукового напрямку розроблення і удосконалення методів та створення портативних аудіологічних діагностичних засобів іншого типу та призначення, наприклад, систем реєстрації слухових викликаних потенціалів, поліклінічного аудіометра тощо.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Лебедев Д.Ю. Моделювання вимірювального тракту системи реєстрації отоакустичної емісії / Д.Ю. Лебедев // Вісник Черкаського державного технологічного університету. 2005. №33. C. 31-33.

Лебедев Д.Ю. Проектування акустичного зонду системи реєстрації отоакустичної емісії (ОАЕ) / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Вісник Черкаського державного технологічного університету. Спец. випуск. 2006. С. 172-174.

Лисенко О.М. Розроблення тракту вимірювання та реєстрації сигналів отоакустичної емісії на основі процесора TMS320VC5510 / О.М. Лисенко, Д.Ю. Лебедев // Вісник НТУУ “КПІ”, серія Приладобудування. 2007. №33. С. 134 - 139.

Лебедев Д.Ю. Проблеми метрологічного забезпечення засобів реєстрації отоакустичної емісії (ОАЕ) / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Медична інформатика та інжеренія. 2008. №1. С. 61-65.

Лебедев Д.Ю. Тракт генерації стимулів системи реєстрації отоакустичної емісії на основі цифрового сигнального процесора TMS320VC5510 / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Електроніка та зв'язок. № 5. 2008. С. 90 - 93.

Лебедев Д.Ю. Дослідження слуху шляхом реєстрації сигналу викликаної затриманої отоакустичної емісії / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко, П.Г. Мережаний // Електроніка та зв'язок. №4-5. 2009. С. 175 - 178.

Пат. 70880А України, МПК7 А61В 5/12. Система реєстрації отоакустичної емісії (варіанти) / О.М.Лисенко, Д.Ю.Лебедев - №20031213245; Заявл. 31.12.03; Опубл. 15.10.04; Бюл. ДДІВ № 10.

Патент № 39052 України, МПК7 А61В 5/12. Педіатричний аудіометр / О.М. Лисенко, Д.Ю. Лебедев. №u2008 11835. Заявл. 06.10.08. Опубл. 15.02.09. Бюл. ДДІВ № 2.

Лебедев Д.Ю. Мікрокомп'ютерна система реєстрації отоакустичної емісії внутрішнього вуха людини / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Приладобудування 2003: стан і перспективи: Тези доповідей Другої науково-технічної конференції. Київ. 2003. С. 145.

Лебедев Д.Ю. Методи та засоби вимірювання і реєстрації сигналу отоакустичної емісії / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Приладобудування 2004: стан і перспективи: Тези доповідей Третьої науково-технічної конференції. Київ. 2004. С. 177.

Лебедев Д.Ю. Моделювання вимірювального тракту системи реєстрації отоакустичної емісії / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Приладобудування 2005: стан і перспективи: Тези доповідей IV науково-технічної конференції. К.: ПБФ, НТУУ „КПІ”. 2005. С. 270.

Лебедев Д.Ю. Розроблення тракту вимірювання та реєстрації сигналів отоакустичної емісії (ОАЕ) на основі процесора TMS320VC5510 / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Приладобудування 2006: стан і перспективи: Тези доповідей V конференції. К.: ПБФ, НТУУ „КПІ”. 2006. С. 229.

Лебедев Д.Ю. Розроблення тракту генерації стимулів системи реєстрації отоакустичної емісії на основі процесора TMS320VC5510 / Д.Ю. Лебедев // Информационные технологии и кибернетика 2006: Сборник докладов и тезисов IV международного научно-практического форума. Днепропетровск: ИТМ, 2006. С. 82.

Лисенко О.М. Проблема дитячого слухового скринінгу та шляхи її вирішення методом реєстрації ОАЕ / О.М. Лисенко, Д.Ю. Лебедев // Актуальні питання технологічного менеджменту в галузі охорони здоров'я: Тези доповідей міжнародного семінару. Луцьк: ЛДТУ, 2006. С. 148.

Лебедев Д.Ю. Обґрунтування вибору елементів трактів генерації та вимірювання системи реєстрації ОАЕ / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Приладобудування 2007: стан і перспективи: Тези доповідей Шостої науково-технічної конференції. К.: ПБФ, НТУУ „КПІ”. 2007. С. 348.

Лисенко О.М. Проблеми слухового скринінгу новонароджених та засоби їх вирішення / О.М. Лисенко, Д.Ю. Лебедев // Актуальні питання науки та практики: досягнення та перспективи - 2007: Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції. Полтава, 2007. С. 288.

Лебедев Д.Ю. Проблеми метрологічного забезпечення педіатричних аудіометрів / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Перспективные разработки науки и техники - 2008: Тези доповідей IV міжнародної науково-технічної конференції. Przemysl (Польща). 2008. С.85-88.

Лебедев Д.Ю. Засоби суб'єктивного слухового скринінгу новонароджених / Д.Ю. Лебедев, О.М. Лисенко // Новости научной мысли. 2008: Тези доповідей IV міжнародної науково-технічної конференції. Praha (Чехія). 2008. С. 85-87.

Лебедев Д.Ю. Моделювання аудіометричного тракту на основі DSP технології / Д.Ю. Лебедев, О.М. Паламарчук // Збірник статей ІІ науково-технічної конференції молодих вчених «Електроніка-2009». Київ. 2009. С. 182 - 190.

АНОТАЦІЯ

Лебедев Д.Ю. Мікрокомп'ютерні засоби слухового скринінгу новонароджених на основі методів педіатричної аудіометрії та реєстрації отоакустичної емісії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 - Біологічні та медичні прилади і системи. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2011.

Дисертація присвячена розробці та удосконаленню мікрокомп'ютерних засобів слухового скринінгу новонароджених на основі методів реєстрації ОАЕ і педіатричної аудіометрії з метою раннього діагностування порушень слуху дітей.

Запропоновано нову удосконалену комплексну математичну модель органа слуху людини, яка враховує структурно-фізіологічні властивості зовнішнього, середнього та внутрішнього вух новонародженої дитини, що дозволило провести моделювання об'єкту дослідження та відтворити процедури проходження і генерації “ехо-сигналів” ОАЕ.

Розроблено, удосконалено і експериментально апробовано метрологічне, методичне та апаратурне забезпечення засобів реєстрації ОАЕ і педіатричних аудіометрів, яке складає основу для проведення подальших робіт по створенню і удосконаленню в Україні системи метрологічного забезпечення в даній області.

Створено комплекс удосконалених мікрокомп'ютерних засобів реєстрації ОАЕ і педіатричної аудіометрії, що реалізують запропоновані у роботі структури та створюють передумови шляхом проведення слухового скринінгу для вирішення проблеми раннього діагностування порушень слуху у новонароджених.

Ключові слова: внутрішнє вухо, ОАЕ, отоакустична емісія, педіатрична аудіометрія, слух, слуховий скринінг.

АННОТАЦИЯ

Лебедев Д.Ю. Микрокомпьютерные средства слухового скрининга новорожденных на основе методов педиатрической аудиометрии и регистрации отоакустической эмиссии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 - Биологические и медицинские приборы и системы. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2011.

Диссертационная работа посвящена разработке и усовершенствованию микрокомпьютерных средств слухового скрининга новорожденных на основе методов регистрации ОАЭ и педиатрической аудиометрии с целью раннего диагностирования нарушений слуха детей.

Предложена новая усовершенствованная комплексная математическая модель органа слуха человека, которая учитывает структурно-физиологические свойства внешнего, среднего и внутреннего уха новорожденного ребенка, что позволило провести моделирование объекта исследования и воспроизвести процедуры прохождения и генерации “эхо-сигналов” ОАЭ.

Определены пути усовершенствования и синтезированы новые патентоспособные структуры микрокомпьютерных средств регистрации ОАЭ и педиатрической аудиометрии, что достигается за счет расширения их функциональных возможностей и повышения помехозащищенности, а также использования в указанных средствах современных DSP-технологий, аудио кодеков, функциональных электроакустических и акустоэлектрических преобразователей, а также разработки необходимого программного обеспечения.

Дальнейшее развитие получило структурно-функциональное моделирование основных составляющих каналов измерения и воспроизведения микрокомпьютерных средств регистрации ОАЭ и педиатрической аудиометрии, что дало возможность на основе новых синтезированных SimuLink-моделей “эхо-сигналов” и указанных составляющих провести моделирование процессов, которые протекают в них и определить параметры их звеньев.

Разработаны, усовершенствованы и экспериментально апробированы метрологическое, методическое и аппаратурное обеспечение средств регистрации ОАЭ и педиатрических аудиометров, которое составляет основу для проведения дальнейших работ по созданию и совершенствованию в Украине системы метрологического обеспечения в данной области.

Создан комплекс усовершенствованных микрокомпьютерных средств регистрации ОАЭ и педиатрической аудиометрии, реализующие предложенные в работе структуры и создают предпосылки путем проведения слухового скрининга для решения проблемы раннего диагностирования нарушений слуха у новорожденных.

Полученные в работе новые результаты нашли применение в учебном процессе при подготовке НТУУ «КПИ» выпускников в области радиоэлектронного приборостроения по специальности “Производство электронных средств” и могут быть использованы при подготовке высшими учебными заведениями Украины специалистов медико-технического и медико-биологического профиля, в том числе по специальностям “Медицинские приборы и системы”, “Биотехнические и медицинские аппараты и системы”, “Медицинские акустические и биоакустические приборы и аппараты”, “Физическая и биомедицинская электроника”.

...