PL B1. Sposób pomiaru drgań błony bębenkowej i urządzenie do pomiaru drgań błony bębenkowej

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) Int.Cl. A61B 5/12 ( ) (54) Sposób pomiaru drgań błony bębenkowej i urządzenie do pomiaru drgań błony bębenkowej (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL INSTYTUT BIOCYBERNETYKI I INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ PAN, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 08/06 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/12 (72) Twórca(y) wynalazku: ZBIGNIEW GUMIENNY, Wrocław, PL ZYGMUNT PAWŁOWSKI, Warszawa, PL HENRYK CZADO, Wrocław, PL ARTUR MANES, Wrocław, PL DARIUSZ BANASIAK, Wrocław, PL DARIUSZ WŁOSKOWICZ, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Regina Kozłowska PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru drgań błony bębenkowej i urządzenie do pomiaru drgań błony bębenkowej, przeznaczone do badań stopnia uszkodzenia narządu słuchu, zwłaszcza człowieka. Znane z polskiego opisu patentowego nr urządzenie do pomiaru potencjałów mikrofonicznych ślimaka ucha wewnętrznego ma generator napięcia o regulowanej amplitudzie i częstotliwości w granicach Hz, którego jedno wyjście jest połączone z przetwornikiem napięcia na falę akustyczną, a drugie połączone jest, poprzez fazowy przesuwnik, z wejściem fazoczułego detektora. Do drugiego wejścia detektora przyłączone jest wyjście platynowej elektrody, zamontowanej na ślimaku ucha wewnętrznego badanego zwierzęcia doświadczalnego. Wyjście detektora połączone jest, poprzez całkujący wzmacniacz, z miernikiem i rejestratorem, wyposażonym w drukarkę. Znany jest również z polskiego opisu zgłoszenia patentowego nr sposób dokonywania pomiarów audiometrycznych przy wykorzystaniu komputera oraz układ do tego celu. Sposób dokonywania pomiarów audiometrycznych polega na sterowaniu za pomocą oprogramowania komputerowego odtwarzaniem testowych sygnałów akustycznych, zapisanych na dysku optycznym, magnetycznym lub optomagnetycznym, które są po wzmocnieniu odbierane przez badanego pacjenta. Obwody dostarczające sygnały akustyczne do słuchawek lub wibratora kostnego używanych przez pacjenta są dołączone do wyjścia akustycznego napędu dyskowego połączonego z komputerem lub do wyjścia akustycznego komputera, który jest połączony za pośrednictwem sieci komputerowej z komputerem odczytującym zapis sygnałów testowych. Audiometr komputerowy może działać w trybie sterowania ręcznego lub automatycznego. Sposób działania oprogramowania komputerowego do dokonywania pomiarów audiometrycznych w trybie automatycznym polega na tym, że program komputerowy steruje samoczynnie odtwarzaniem sygnałów testowych zapisanych na nośniku dyskowym poprzez okresową zmianę odczytywanych ścieżek, na których zapisane są sygnały o kolejnych częstotliwościach pomiarowych i o różnych poziomach. Audiometr może być kalibrowany przy wykorzystaniu rejestracji odchyłek wypadkowej charakterystyki wzmocnienia na nośniku dyskowym. Sposób dokonywania kalibracji komputerowego toru audiometrycznego polega na tym, że łączna charakterystyka wzmocnienia toru odtwarzania sygnałów akustycznych i słuchawek lub wibratora kostnego jest kalibrowana poprzez ustawienie wzmocnienia dla wybranej częstotliwości we wzmacniaczu dołączonym do wyjścia akustycznego napędu dyskowego lub wyjścia akustycznego komputera, zaś zmierzone w procesie kalibracji odchyłki wzmocnienia dla pozostałych częstotliwości są rejestrowane na dysku komputerowym i wykorzystywane do automatycznego korygowania wzmocnienia przy odtwarzaniu sygnałów odpowiadających poszczególnym częstotliwościom akustycznym, w sposób zapewniający uzyskiwanie jednakowych poziomów dźwięku w słuchawkach lub w wibratorze kostnym dla wszystkich częstotliwości objętych badaniem audiometrycznym. Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że wytwarza się sygnał akustyczny z zakresu słyszalnego o znanym i zadanym natężeniu dźwięku, po czym wytworzony sygnał kieruje się na błonę bębenkową od strony ucha zewnętrznego i pobudza się ją do drgań. Następnie drgająca błona bębenkowa zmienia pojemność dynamiczną generatora wysokiej częstotliwości i moduluje częstotliwość sygnału pomiarowego, przy czym zmianę częstotliwości sygnału pomiarowego wywołaną pojemnością statyczną generatora wysokiej częstotliwości, która jest odwrotnie proporcjonalna do średniej odległości błony bębenkowej od końcówki sondy, kompensuje się sygnałem kompensacyjnym i poddaje detekcji fazowej, zaś skompensowany, przefiltrowany sygnał pomiarowy, poddany detekcji amplitudowej jest proporcjonalny do amplitudy drgań błony bębenkowej. Natomiast amplitudę drgań błony bębenkowej wyznacza się na podstawie wartości sygnału kompensacyjnego i końcowego sygnału pomiarowego. Istota urządzenia, według wynalazku polega na tym, że sonda z uchwytem połączona jest z generatorem wysokiej częstotliwości, a generator wysokiej częstotliwości połączony jest poprzez detektor fazy, pierwszy programowalny filtr pasmowy i pierwszy detektor pomiarowy wartości skutecznej z mikroprocesorem, z którym połączony jest również generator kwarcowy poprzez dzielnik częstotliwości, drugi programowalny filtr pasmowy, wzmacniacz małej częstotliwości z tłumikiem i drugi detektor pomiarowy wartości skutecznej. Pomiędzy wzmacniacz małej częstotliwości z tłumikiem i drugi detektor pomiarowy wartości skutecznej jest włączony głośnik. Ponadto do mikroprocesora są podłączone klawiatura oraz detektor fazy połączony dodatkowo z generatorem wysokiej częstotliwości Jednocześnie mikroprocesor jest połączony z pierwszym programowalnym filtrem pasmowym, dzielnikiem

3 PL B1 3 częstotliwości, drugim programowalnym filtrem pasmowym, wzmacniaczem małej częstotliwości z tłumikiem oraz wyświetlaczem. Korzystnie uchwyt sondy wyposażony jest w opaskę połączoną ramieniem stałym z pierwszym końcem ramienia ruchomego poprzez blokadę ramienia, zaś w drugim końcu ramienia ruchomego usytuowany jest przegub kulisty z blokadą, przy czym w osi przegubu kulistego osadzona jest przesuwnie rurka, która korzystnie jest zakończona miękką wymienną końcówką wykonaną z materiału o niskiej przewodności cieplnej. Urządzenie do pomiaru drgań błony bębenkowej, wykorzystuje zjawisko mechanicznej modulacji pojemności kondensatora będącego integralną częścią sondy pomiarowej. Jedną okładkę tego kondensatora stanowi wyprofilowane zakończenie suwaka sondy, a drugą okładką jest błona bębenkowa ucha. Pobudzona falą akustyczną błona bębenkowa drga, zbliżając się i oddalając od nieruchomej końcówki suwaka, zmieniając pojemność kondensatora. Tak wywołane zmiany pojemności, zachodzące z częstotliwością drgań błony bębenkowej, są proporcjonalne do amplitudy drgań błony i odwrotnie proporcjonalne do średniej odległości pomiędzy końcówką sondy a drgającą błoną bębenkową. Odległość tę można określić poprzez pomiar pojemności statycznej kondensatora. Dokonując pomiaru pojemności statycznej i dynamicznej można jednoznacznie określić amplitudę drgań błony bębenkowej w funkcji częstotliwości i natężenia pobudzającego sygnału akustycznego. Ponieważ poza wymienionymi pojemnościami: statyczną i dynamiczną, które zależą od amplitudy drgań błony bębenkowej i średniej odległości błony bębenkowej od końcówki sondy, istnieje pojemność własna układu sonda-generator wysokiej częstotliwości urządzenie wymaga kalibracji. Wyniki pomiarów poza wyświetlaczem mogą być zaprezentowane na ekranie monitora, oraz zarejestrowane w formie wydruku lub za pomocą innego nośnika informacji, gdyż urządzenie wyposażone jest w zewnętrzne złącze komunikacyjne. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urządzenia do pomiaru drgań błony bębenkowej, fig. 2 - schemat zastępczy sondy, fig. 3 - przekrój poprzeczny uchwytu sondy, a fig. 4 - ramię ruchome uchwytu sondy. Urządzenie do pomiaru drgań błony bębenkowej ma sondę S z uchwytem, połączoną z generatorem wysokiej częstotliwości GC. Generator wysokiej częstotliwości GC połączony jest poprzez detektor fazy FM, pierwszy programowalny filtr pasmowy PF 1 i pierwszy detektor pomiarowy wartości skutecznej DP 1 z mikroprocesorem M, z którym połączony jest również generator kwarcowy GK poprzez dzielnik częstotliwości D, drugi programowalny filtr pasmowy PF 2, wzmacniacz małej częstotliwości z tłumikiem WM i drugi detektor pomiarowy wartości skutecznej DP 2. Pomiędzy wzmacniacz małej częstotliwości z tłumikiem WM i drugi detektor pomiarowy wartości skutecznej DP 2 jest włączony głośnik G. Ponadto do mikroprocesora M są podłączone klawiatura K oraz detektor fazy FM połączony dodatkowo z generatorem wysokiej częstotliwości GC. Jednocześnie mikroprocesor M jest połączony z pierwszym programowalnym filtrem pasmowym PF 1, dzielnikiem częstotliwości DC, drugim programowalnym filtrem pasmowym PF 2, wzmacniaczem małej częstotliwości z tłumikiem WM oraz wyświetlaczem W. Natomiast uchwyt sondy wyposażony jest w opaskę OP połączoną ramieniem stałym RS z pierwszym końcem ramienia ruchomego RR poprzez blokadę ramienia BR. W drugim końcu ramienia ruchomego RR usytuowany jest przegub kulisty PK z blokadą BK, przy czym w osi przegubu kulistego PK osadzona jest przesuwnie rurka RS. Rurka RS ma miękką wymienną końcówką wykonaną z materiału o niskiej przewodności cieplnej. We wnętrzu rurki RS umieszczona jest sonda S, w której obudowie ruchem posuwisto-zwrotnym porusza się suwak o wyprofilowanej końcówce stanowiącej jedną okładkę kondensatora generatora wysokiej częstotliwości GC. Średnica zewnętrzna miękkiej końcówki każdorazowo jest dobierana do przekroju kanału usznego pacjenta w taki sposób, aby miękka końcówka była oparta w okolicy bębenkowej kości skroniowej. W celu prawidłowego wprowadzenia sondy S do kanału usznego, w rurkę RS wkłada się otoskop laryngologiczny i przestrzennie orientuje ją tak, aby oś rurki RS celowała w środek błony bębenkowej B, po czym rurkę RS blokuje się w uchwycie sondy poprzez zaciśnięcie blokady ramienia BR i blokady BK. Sposób pomiaru amplitudy drgań błony bębenkowej polega na tym, że wytwarza się sygnał akustyczny z zakresu słyszalnego o znanym i zadanym natężeniu dźwięku. Po czym wytworzony w głośniku G sygnał kieruje się falowodem akustycznym na błonę bębenkową B od strony ucha zewnętrznego, pobudza się ją do drgań, a następnie drgająca błona bębenkowa B zmienia pojemność dynamiczną Cd generatora wysokiej częstotliwości GC i moduluje częstotliwość sygnału pomiarowego. Zmianę częstotliwości wywołaną pojemnością statyczną Cs generatora wysokiej częstotliwości GC,

4 4 PL B1 która jest odwrotnie proporcjonalna do średniej odległości błony bębenkowej B od końcówki sondy S, kompensuje się sygnałem kompensacyjnym pochodzącym z detektora fazy FM i poddaje detekcji fazowej, zaś skompensowany, przefiltrowany sygnał pomiarowy, poddany detekcji amplitudowej w pierwszym detektorze pomiarowym DP 1 jest proporcjonalny do amplitudy drgań błony bębenkowej. Natomiast amplitudę drgań błony bębenkowej wyznacza się z użyciem mikroprocesora M, na podstawie zarejestrowanych w nim wartości sygnału kompensacyjnego i końcowego sygnału pomiarowego. W nowym układzie sonda S jest połączona z generatorem wysokiej częstotliwości GC, który stanowi generator LC o częstotliwości około 12,5 MHz. Prąd przy tak dużej częstotliwości płynie po powierzchni tkanek, a więc grubość błony bębenkowej B praktycznie nie wpływa na wyniki pomiarów, zaś bardzo niskie napięcie wyjściowe generatora wysokiej częstotliwości GC, około 0,2 V, jest całkowicie bezpieczne i niewyczuwalne przez badanego pacjenta. Częstotliwość generatora wysokiej częstotliwości GC zależy od całkowitej pojemności obwodu rezonansowego, której częścią są pojemność dynamiczna Cd, pojemność statyczna Cs oraz pojemność własna Cu sondy S. Duże zmiany tej pojemności, zależne od średniej odległości końcówki suwaka sondy S do drgającej błony bębenkowej B, wywołują zmianę częstotliwości sygnału generowanego przez generator wysokiej częstotliwości GC. Wolne zmiany sygnału, związane ze zmianą pojemności statycznej Cs, kompensowane są sygnałem napięciowym A.R.Cz., pochodzącym z detektora fazy FM o dużej stałej czasowej. Dzięki temu częstotliwość generatora wysokiej częstotliwości GC jest modulowana z częstotliwością drgań błony bębenkowej B pobudzonej do drgań sygnałem akustycznym o założonych parametrach, w szczególności takich jak częstotliwość i poziom natężenia, doprowadzonym do błony bębenkowej B falowodem z miniaturowego głośnika G. Sygnał modulujący odtworzony po detekcji fazy, po wzmocnieniu oraz filtracji, zostaje przetworzony na pierwszym detektorze pomiarowym wartości skutecznej DP 1, jest rejestrowany przez mikroprocesor M, przy czym częstotliwość sygnału odfiltrowanego jest równa częstotliwości pobudzenia akustycznego. Mikroprocesor M rejestruje również kompensacyjny sygnał napięciowy A.R.Cz. podawany na generator wysokiej częstotliwości GC. Na podstawie analizy danych wyznacza się amplitudę drgań błony bębenkowej dla zadanych parametrów sygnału akustycznego. Urządzenie do pomiaru drgań błony bębenkowej pracuje w zakresie częstotliwości sygnału: 60 Hz 120 Hz, 240 Hz, 480 Hz, 960 Hz, 1920 Hz, 3840 Hz oraz przy wyjściowej amplitudzie sygnału akustycznego na poziomie: 0 db, -3 db, -6 db, -12 db, -15 db, -18 db. Ponadto dokładność pomiaru amplitudy drgań wynosi 20 nm, w przypadku gdy końcówka sondy S oddalona jest o 0,2 mm od błony B. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób pomiaru amplitudy drgań błony bębenkowej, znamienny tym, że wytwarza się sygnał akustyczny z zakresu słyszalnego o znanym i zadanym natężeniu dźwięku, po czym wytworzony sygnał kieruje się na błonę bębenkową (B) od strony ucha zewnętrznego, pobudza się ją do drgań, a następnie drgająca błona bębenkowa (B) zmienia pojemność dynamiczną (Cd) generatora wysokiej częstotliwości (GC) i moduluje częstotliwość sygnału pomiarowego, przy czym zmianę częstotliwości wywołaną pojemnością statyczną (Cs) generatora wysokiej częstotliwości (GC), która jest odwrotnie proporcjonalna do średniej odległości błony bębenkowej (B) od końcówki sondy (S), kompensuje się sygnałem kompensacyjnym i poddaje detekcji fazowej, zaś skompensowany, przefiltrowany sygnał pomiarowy, poddany detekcji amplitudowej jest proporcjonalny do amplitudy drgań błony bębenkowej, przy czym amplitudę drgań błony bębenkowej wyznacza się na podstawie wartości sygnału kompensacyjnego i końcowego sygnału pomiarowego. 2. Urządzenie do pomiaru drgań błony bębenkowej, znamienne tym, że ma sondę (S) z uchwytem, połączoną z generatorem wysokiej częstotliwości (GC), a generator wysokiej częstotliwości (GC) połączony jest poprzez detektor fazy (FM), pierwszy programowalny filtr pasmowy (PF 1 ) i pierwszy detektor pomiarowy wartości skutecznej (DP 1 ) z mikroprocesorem (M), z którym połączony jest również generator kwarcowy (GK) poprzez dzielnik częstotliwości (D), drugi programowalny filtr pasmowy (PF 2 ), wzmacniacz małej częstotliwości z tłumikiem (WM) i drugi detektor pomiarowy wartości skutecznej (DP 2 ), zaś pomiędzy wzmacniacz małej częstotliwości z tłumikiem (WM) i drugi detektor pomiarowy wartości skutecznej (DP 2 ) jest włączony głośnik (G), ponadto do mikroprocesora (M) są podłączone klawiatura (K) oraz detektor fazy (FM) połączony dodatkowo z generatorem wysokiej częstotliwości (GC), jednocześnie mikroprocesor (M) jest połączony z pierwszym programowalnym filtrem

5 PL B1 5 pasmowym (PF 1 ), dzielnikiem częstotliwości (DC), drugim programowalnym filtrem pasmowym (PF 2 ), wzmacniaczem małej częstotliwości z tłumikiem (WM) oraz wyświetlaczem (W). 3. Urządzenie, według zastrz. 2, znamienne tym, że uchwyt sondy wyposażony jest w opaskę (OP) połączoną ramieniem stałym (RS) z pierwszym końcem ramienia ruchomego (RR) poprzez blokadę ramienia (BR), zaś w drugim końcu ramienia ruchomego (RR) usytuowany jest przegub kulisty (PK) z blokadą (BK), przy czym w osi przegubu kulistego (PK) osadzona jest przesuwnie rurka (RS). 4. Urządzenie, według zastrz. 2, znamienne tym, że rurka (RS) z miękką wymienną końcówką wykonaną z materiału o niskiej przewodności cieplnej. Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)