Úvod do biomedicínské informatiky

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra kybernetiky Úvod do biomedicínské informatiky Audiometrie Jaroslav Pávek 20.11.2004

1 Anatomie sluchového ústrojí Sluchové ústrojí se zkládá ze tří základních částí, které jsou zevní, střední a vnitřní část sluchového ústrojí. Tyto části slouží k zachycení a transformaci zvukových podnětů. Zevní část obsahuje boltec a zvukovod. Zvukovod představuje přibližně dvou centimetrovou trubici. Tato trubice končí blankou neboli bubínkem, který odděluje zevní a střední část sluchového ústrojí. Střední část sluchového ústrojí začíná tedy bubínkem (tympanum), ten při dopadu zvuku začíná vibrovat a tyto vibrace jsou přenášeny na sluchové kůstky v bubínkové dutině, které tvoří kladívko, kovadlinku a třmínek. Střední část sluchového ústrojí tvoří převodní systém ucha, protože bubínek spojený s sluchovými kůstkami v bubínkové dutině převádí vibrace do vnitřního ucha, které je vyplněno tekutinou. Aby k převodu vibrací mohlo docházet je nutné zajistit volné vibrace třmínku. Právě špatná vibrace třmínku bývá jedna z mnoha poruch lidského sluchu. Vnitřní ucho přenáší přijmuté vibrace do kochley čili do hlemýždě. Hlemýžd obsahuje vlastní smyslové ústrojí tzv. Cortiho orgán. Zde dochází k rozechvívání miniaturních vláskových buněk uložených ve speciální tekutině. Pohyb těchto miniaturních vlaskových buněk připomína pohyb řaz v moři. Jejich pohyb se dále mění na nervové impulsy směřující vlákny sluchového nervu z hlemýždě do mozku. Vnitřní ucho navzdory svému uložení v pevné skalní kosti je nejchoulostivější a nejzranitelnější částí sluchového orgánu, a proto právě zde také vzniká většina sluchových poruch. Dále nervové impulsy z Cortiho orgánu putují do mozku sluchovým nervem, jemuž se říká též osmý hlavový nebo jen osmý nerv. Ten pokračuje sluchovou drahou do mozkové kůry, obsahující i centra myšlení, paměti či učení. Tato místa nám totiž pomáhají interpretovat, co vlastně slyšíme. Určité poruchy sluchu, nazývané senzoneurální, mohou vznikat právě v důsledku nesprávné funkce tohoto nervu. Obrázek 1: Sluchový orgán Vedení zvuku cestou zvukovod - bubínek - sluchové kůstky - vnitřní ucho nazýváme vedení vzdušné. Druhým způsobem jak rozkmitat tekutiny ve středním uchu je vedení vibrací lebeční kostí. Sluchový práh pro kostní vedení je u zdravého člověka asi o 40dB výše než práh u vzdušného vedení. Toto vedení se uplatňuje při vnímání vlastního hlasu nebo velmi silných zvuků. 2

2 Frekvenční závislost citlivosti sluchového orgánu Lidský sluch je schopen vnímat zvuky v rozsahu frekvencí od 16Hz do 20kHz. Tento rozsah se vlivem stárnutí sluchového ústrojí nebo možným poškozením zmenšuje. Obecně lze říci, že horní hranice rozsahu slyšitelných frekvencí klesne přibližně o 1kHz za desel let. Citlivost sluchu není ovšem pro všechny frekvence zvukového spektra stejná. Největší citlivost lidského sluchu je v oblasti 2 až 4kHz, dále směrem k nižším i vyšším frekvencím citlivost lidského sluchu klesá. Při malých hlasitostech jsou rozdíly v citlivosti v závislosti na frekvenci velké, se stoupající hlasitostí se rozdíly zmenšují. Obrázek 2: Křivka hlasitosti zobrazuje množství zvukové energie, které je nutné, aby byl tón dané frekvence detekovatelný v nehlučném prostředí. Obrázek 3: Průměrné prahové křivky různých věkových skupin. 3

Klasifikace průměrné ztráty sluchu a její označení podle zdravotnické světové organizace: 0 až 25 db normální sluch 26 až 40 db lehká nedoslýchavost 41 až 55 db střední nedoslýchavost 56 až 70 db středně těžká vada sluchu 71 až 90 db těžká vada sluchu více než 91 db velmi závažná vada sluchu (Za neslyšícího se pak považuje pouze ten, kterému ani sebevětší zesílení sluchu neposkytuje žádné sluchové vjemy.) 3 Vlastní ochrana sluchového orgánu Sluchový orgán je velmi citlivý mechanizmus, který musí být chráněn před silnými zvuky nezávisle na našem vědomí. První, vstupní ochranu tvoří bubínek, který zabraňuje vtupu do střední části ucha. Za bubínkem, tedy už v uzavřeném a chráněném středoušním prostoru, je soustava tří jemných kůstek, které na sebe navzájem přiléhají (kladívko, kovadlinka a třmínek). Jejich úkolem je přenést vibrace z bubínku dále do vnitřníhu ucha. Soustava kůstek představuje mimo jiné vlastní regulaci citlivosti lidského sluchu. V tichém prostředí na sebe kůstky dokonale přilehnou a tak přenášejí maximum akustické energie z bubínku dále do vnitřníhu ucha. Při příchodu silného zvuku se napětí kůstek uvolní a tak do vnitřní části ucha se bude přenášet jen malá část akustické energie. Tímto mechanizmem je sluchový orgán chráněn před poškozením vlivem silného vnějšího zvuku. Napětí kůstek je řízeno jemnými svaly. Největší rozsah možných intenzit se nachází v okolí frekvence 1kHz. Porovnání intenzity nejslabších zvuků na prahu slyšitelnosti s intenzitou zvuků na prahu bolesti představuje rozdíl v rozsahu dvanácti řádů. Po delším pobytu v hlučném prostředí sluchová citlivost dočasně klesá, pobytem v tichu se ucho postupně zotavuje. Ticho představuje vlastně jen nízkou hladinu hluku. Dlouhý pobyt v úplném tichu působí depresivně, může vyvolat nepříjemné subjektivní pocity pískání nebo šumění v uších. Naopak dlouhý pobyt v silném hluku vede k otupění citlivosti sluchového ústrojí. Při hladinách akustické intenzity nad 80dB už nestačí ochrana v podobě uvolnění sluchových kůstek a sluch se začne proti přetížení bránit dočasným zmenšením citlivosti sluchových nervů. Pokud k tomuto jevu dochází často a opakovaně, nedojde později k regeneraci citlivosti sluchových nervů, ztráta citlivosti je trvalá a neléčitelná. 4 Popis metod pro měření sluchového orgánu 4.1 audiometrické vyšetření sluchového prahu Základním audiometrickým vyšetřením je stanovení sluchového prahu pro čisté tóny, které mají různé frekvence a to bud vzdušným nebo kostním vedením. Vyšetření provádíme pomocí speciálního tónového generátoru. Výsledkem měření je prahový audiogram který udává závislost mezi hladinou intenzity v decibelech a příslušnou frekvencí v hercích. Audiogram může být bud relativní nebo absolutní. Relativní audiogram vyjadřuje ztrátu sluchu v decibelech v porovnání s normálním sluchovým prahem, který je zde představován hladinou 0dB. Absolutní audiogram udává v decibelech, jaký je sluchový práh v porovnání s nulovou hladinou akustického talku. 4

4.1.1 Zásady při používání audiometru 1. Vyšetření provádíme v tichém prostředí. 2. Vyšetření probíhá pro každé ucho pacienta zvlášt. 3. Začínáme vyšetřovat při frekvenci 1kHz, pak postupně vyšetřujeme vyšší a posléze nižší frekvence. 4. Při vyšetřování používáme přerušovaný tón, abzchom předešli vplížení podnětu. 5. Zvolený tón zelsilujeme od -10dB k vyšším hladinám, dokud vyšetřovaný nepotvrdí percepci zvuku. Pak tón zeslabíme a od hladiny 0dB znovu zesilujeme dokud pacient znovu neohlásí příjem. Takto určíme hladinu v decibelech, při které pacient ve dvou nabídkách ze tří tón spolehlivě slyšel. Tuto hodnotu zaznamenáme jako prahou hladinu pro příslušnou frekvenci. 4.2 Weberova zkouška Weberova zkouška provádí srovnání kostního vedení v obou uších pacinta. Zkoušku provádíme tak, že rozezvučenou ladičku přiložíme patkou na lebku vyšetřovaného a to bud na čelo nebo na temeno. Pokud pacient slyší zvuk uprostřed hlavy nebo v obou uších stejně pak můžeme říci, že zvuk nelateralizuje. Pokud má vyšetřovaný sluch v pořádku, nebo má na obou uších stejnou vadu, pak zvuk ladičky slyší zhruba uprostřed hlavy. Pokud pacient trpí asymetrickou poruchou sluchu, pak zvuk ladičky lateralizuje, a to při převodní vadě do ucha nemocného, při percepční vadě do ucha zdravého. 4.3 Rinneho zkouška Rinneho zkouška provádí srovnání úrovně vzdušného a kostního vedení téhož ucha pacienta. Tuto zkoušku provádíme tak, že znějící ladičku přiložíme patkou k processus mastoideus. Až pacient oznámí, že přestal ladičku slyšet přiložíme jí k boltci pro vzdušné vedení. Pokud pacient slyší ladičku dále, je výsledek Rinneho zkoušky pozitivní v opačném případě je výsledek zkoušky negativní. Je-li vyšetřované ucho pacienta v pořádku, pak je výsledek zkoušky pozitivní, stejného výsledku bzchom dosáhli i případě percepční vady. Při negativním výsledku Rinneho zkoušky byla zjištěna převodní vada. 4.4 Sluchové zkoušky hlasitou řečí a šepotem Při této zkoušce lze výběrem použitých slov zjistit typ sluchové vady. Špatná slyšitelnost slov jako hůl, kůl, půl (hluboké tóny) ukazuje na vadu zevního nebo středního ucha, tedy na vadu převodní. Špatná slyšitelnost slov tisíc, měsíc (vysoké tóny) ukazuje percepční vadu. Percepční vada rteprezentuje postižení vnitřního ucha, sluchového nervu nebo dalších částí sluchové dráhy. Důležitý je rozdíl mezi slyšením hlasité řeči a šepotu. V hlasité řeči převládají spíše hluboké tóny, naopak v šepotu vysoké. Proto při poruše percepční je poměrně dobré slyšení hlasité řeči a špatné slyšení šepotu. Pokud nastala převodní vada je tento rozdíl menší. 5

5 Audiometr AD226 Obrázek 4: Audimetr AD226 5.1 Technická data audiometru AD226 Audiometr typ: 3. Rozsah kmitočtů: 125, 250, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000 a 8000 Hz. Intenzita: -10 do 120 db HL po 1dB a 5 db stupních (max. 90dB při 125Hz a max. 110dB při 250Hz a 8kHz). Rozšířený rozsah: výstupní intenzita omezena 20dB pod max. Měřící signál: tón, frekvenčně moduovaný tón ±5 %,5Hz. Maskovací šum: automatické nastavení úzkopásmového šumu při tónové audiometrii nebo širokopásmový šum WN. Výstup: vzdušné vedení vlevo nebo vpravo, kostní vedení vlevo nebo vpravo. Měniče: TDH39 audiometrická sluchátka s s pružinou. náhlavní soupravou. B71 kostní vibrátor Synchronní maskování: spojí dělič kanálu 2 s děličem kanálu 1. Pamět : vnitřní pamět pro prahy vzdušného a kostního vedení vlevo a vpravo (AC L/R, BC L/R). Napájení: externí zdroj EPS 512 (přiložen) 100-115 V oder 230 V, příkon 25VA. 6

6 Individuální a modulová sluchadla Na našem trhu jsou nabízena individuální sluchadla tak i modulová sluchadla s individuálně vyráběnou ušní tvarovkou, nebo miniaturní kanálová sluchadla CIC v polomodulárním provedení. Obecně lze sluchadla rozdělit na programovatelná nebo neprogramovatelná. Tato sluchadla jsou bud vybavena automatickou nebo manuální regulací hlasitosti. Jejich základní součástí je určitý typ zesilovače ze širokého výběru vybavený různými nastavovacími prvky. Jednou z firem, která vyrábí sluchadla na našem trhu je Siemens. Obrázek 5: Porovnání typů jednotlivých sluchadel 6.1 Výhody individuálních sluchadel Individuální sluchadla je možno usadit v uchu tak nenápadně, že pak nejsou okolním světem téměř vnímána. Individuální sluchadla využívají přirozeného zesílení zvuku ušním boltcem a tak lze snížit zesílení sluchadla a potřebný výkon baterie. Individuální sluchadla umožňují hlubší směrové slyšení než sluchadla závěsná mikrofon je umístěn v místě přirozeného poslechu. Individuální sluchadla lze natolik přizpůsobit uchu pacienta, že je sotva vnímá při denním používání ideální pro sport i zaměstnání 6.2 Možnost komunikace a programování sluchadla pomocí PC Účinější kompenzace složitých sluchových ztrát znamená úpravu parametrů sluchadla jako šířku kmitočtového pásma, zisk, maximální výstupní akustický tlak a nastavení charakteristik řídicích obvodů. Toto přizpůsobení zahrnuje: Rozšíření prahu AGC (automatické regulace zesílení) nebo rozšíření rozsahu určitých dynamických charakteristik pomocí mechanických nastavovacích prvků. S vysokou integrací mechanických nastavovacích prvků přibývají nevýhody, jejichž výsledkem jsou vážné potíže s jejich vestavbou do sluchadla a jejich nastavováním. Obrázek 6: Systém spojení sluchadla s PC 7

Porovnání dříve používaných typů konektorů s novým typem konektoru FlexConnect je vidět na obr.(7). Konektor FlexConnect je na pravé části obrázku. Obrázek 7: Porovnání používaných konektorů pro připojení sluchadla k PC 6.3 Programové prostředí Connexx Obrázek 8: Programové prostředí Connexx Minimální požadavky systému Connexx: Počítač kompatibilní s IBM PC s mikroprocesorem 486 nebo vyšším (Pentium..). Systém Windows min. verze 3.11. Operační pamět 8MB (RAM). Jeden volný sériový port pro jednotku Hi-Pro. Disketová mechanika 3,5. 8

6.4 Výhody programovatelných sluchadel 1. Pro audiologa-specialistu Rychlejší, pohodlnější a přesnější nastavování než s mechanickými nastavovacími prvky. Více možností nastavení poskytuje větší flexibilitu. Všechny změny v nastavení parametrů se přehledně zobrazují na obrazovce počítače nebo na displeji programovacího zařízení. Nastavené parametry lze obnovit. 2. Pro uživatele sluchadla Přesné nastavení pomocí počítače individuálně zajistí požadovanou kompenzaci sluchové ztráty. Péče o pacienta je vysoce individuálně cílená. Vynikající řečová srozumitelnost vždy a všude - díky naprogramování podle osobních potřeb každého klienta. Jednoduché a pohodlné ovládání dotykem tlačítka na sluchadle. Miniaturní velikost a tvar splňující vysoké estetické a kosmetické požadavky. Snadné a spolehlivé přenastavení v případě změny sluchového prahu. 7 Kochleární implantáty Kochleární implantát byl poprvé v České republice operován v roce 1993. Kochleární implantát představuje elektronickou funkční smyslovou náhradu, která zprostředkuje sluchové vjemy neslyšícím lidem přímou elektrickou stimulací sluchového nervu uvnitř hlemýždě vnitřního ucha. Obrázek 9: Princip kochleárního implantátu: (1) zvuk je přijímán v horní části řečového procesporu, (2) zde je zvuk zpracován do zakódovaných signálů, (3) tyto signály jsou vedeny do vysílací cívky, (4) vysílací cívka vysílá signály přes kůži do implantátu, kde jsou převedeny na elektrické impulsy, (5) impulsy jsou poslány do svazku elektrod v hlemýždi, kde stimulují vlíkna sluchového nervu, (6) sluchový nerv vede výslednou informaci do vyšších sluchových drah a dále do mozku, který je rozeznává jako zvuk. 9

7.1 Typy používaných kochleárních implantátů Obrázek 10: Typy kochleárních implantátů Reference [1] Tomiczek,R. Fyziologie slyšení [online]. Poslední revize 2003-03-01 [cit. 2004-11-20], http://audio.kumunita.cz [2] Proč a jak slyšíme [online]. Poslední revize 2004-05-04 [cit. 2004-11-20], http://www.ordinace.cz [3] Kochleární implantát [online]. Poslední revize 2003-08-01 [cit. 2004-11-20], http://www.kochlear.unas.cz [4] Sluchadla [online]. Poslední revize 2003-08-01 [cit. 2004-11-20], http://www.siemens.com 10