Широкосмугові електроакустичні системи для скринінгу та відновлення слуху людини
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Найда М.С. Широкосмугові електроакустичні системи для скринінгу та відновлення слуху людини. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2026.
В дисертації отримано такі нові наукові результати: 1. Вперше запропоновано в якості критерію оцінки акустичного стану середнього вуха коефіцієнт відбиття звукового імпульсу від коливальної системи: барабанна перетинка-слухові кісточки. 2. Вперше поставлена і розв'язана задача отримання акустичних характеристик середнього вуха методом часткових областей по відношенню до моделі вуха в вигляді акустичного рупору. 3. Запропонована нова модель імпланту для відновлення слуху людини в вигляді акустичної лінії зв язку між зовнішньою (зовнішне та середне вухо) частиною вуха та овальним вікном внутрішньго вуха, з подальшою передачею звукового сигналу на завитку. 4. Вперше проведено теоретичне дослідження впливу параметрів кохлеарного імпланту на частотні властивості та чутливість запропонованої ультразвукової лінії передачі акустичної інформації через імплант. Дисертаційна робота присвячена моделюванню середнього вуха людини та штучних замінників його елементів - імплантатів слухових кісточок (осикулярних імплантатів), експериментальній перевірці розроблених моделей за допомогою оригінальних вимірювальних засобів, розробці широкосмугового ехоскопу для визначення норми стану середнього вуха людини, який використовує отримані параметри моделей, та розробці нових засобів відновлення слуху після диференційної діагностики, таких, як установка для визначення акустичних параметрів осикулярних імплантатів середнього вуха людини, та кохлеарний імплантат з інноваційною акустичною лінією зв’язку між зовнішньою та внутрішніми частинами. Зміст дисертаційного дослідження викладений у 4 розділах, у яких представлені результати дослідження та обґрунтування основних результатів роботи. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та перераховано задачі дослідження, описані застосовувані методи дослідження, перелічені поставленні перед дослідженням завдання. Окрім того було приведено відомості про актуальність, наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. В першому розділі подано аналітичний огляд літератури. Наведено будову слухової системи людини із вказанням її параметрів. Розглянуто сучасні об’єктивні методи діагностики слуху людини, які використовуються для експрес-діагностики, а саме, акустична імпедансометрія та реєстрація викликаної отоакустичної емісії. При цьому детально проаналізовано обмеження у застосуванні та недоліки методів. Детально розглянуто новий метод експрес-діагностики слуху – вушна ехоскопія, в основу якого покладений принцип відбиття від коливальної системи середнього вуха, який був розроблений на кафедрі акустичних та мультимедійних електронних систем КПІ ім. І. Сікорського, та який дозволяє подолати основну проблему діагностики слуху. Ця проблема полягає в тому, що велике міжсуб’єктне відхилення даних може перекривати відхилення від норми. В другому розділі було проведено моделювання зовнішнього та середнього вуха людини з врахуванням пошкоджень. Основною проблемою в об’єктивній діагностиці слуху являється велике міжсуб’єктне розходження даних, відхилення яких від деякого середнього значення в нормі може перекривати відхилення від норми. Для її вирішення, за допомогою методу скінченних елементів складена модель середнього вуха людини з врахуванням зовнішнього слухового проходу. На основі розроблених моделей середнього вуха визначено чіткі індивідуальні кількісні параметри стану норми середнього вуха людини, які дозволяють провести експрес-діагностику в автоматичному режимі. Також методом скінченних елементів промодельовані штучні замінники кісточок середнього вуха, так звані, осикулярні імплантати. За допомогою розробленої оригінальної установки для визначення частотних характеристик коефіцієнтів передачі осикулярних імплантатів були експериментально перевірені результати моделювання. В третьому розділі розроблений метод контролю стану середнього вуха людини, та широкосмуговий електроакустичний вушний ехоскоп для його реалізації, який призначений для скринінгового контролю стану норми середнього вуха людини. В основу розробленого методу покладено вимірювання коефіцієнту відбиття акустичного короткого імпульсу від коливальної системи середнього вуха, як функції частоти. Це забезпечує підвищення достовірності діагностики патологій середнього вуха, і робить можливим проведення діагностики в реальному часі. Використання коротких акустичних імпульсів дозволяє шляхом зміни їх частоти і часу слідування отримувати зміну параметра норми і резонансної частоти в реальному масштабі часу. В четвертому розділі розроблено кохлеарний імплантат з інноваційною акустичною лінією зв’язку. Відомо, що в ряді випадків захворювання виводить зі строю ту частину слухового апарату людини, яка передує утворенню, передачі та наступній обробці в центральній нервовій системі електричних імпульсів. При цьому слуховий апарат, починаючи з еферентних нервових волокон, залишається неушкодженим. Тоді для часткового відновлення слуху можливо використовувати безпосередній вплив на нервові закінчення електричним імпульсом. Електричне подразнення слухового нерву приводить до слухових відчуттів. Цій меті і слугує розроблений імплантат внутрішнього вуха людини. Для його реалізації була обрана електроакустична система з імплантацією електродів, і з інноваційною ультразвуковою лінією зв’язку, яка складається з трьох основних частин: мікрофону; пристрою обробки звуку; ряду електродів. Практичне значення одержаних в дисертаційній роботі результатів полягає в тому, що розроблено: - широкосмуговий вушний ехоскоп для: експрес-діагностики середнього вуха людини; диференційної діагностики слуху військовослужбовців відразу після МВТ; скринінгу слуху новонароджених безпосередньо в пологовому будинку; - електроакустична вимірювальна установка для індивідуального підбору осикулярних імплантатів під час хірургічного лікування пошкоджень слухової системи, на основі вперше розробленого методу індивідуального відбору осикулярних імплантатів, що використовує коефіцієнт передачі звукових хвиль, який характеризує звукопровідні властивості осикулярних імплантів, і визначається експериментально; - кохлеарний імплантат з акустичною лінією зв’язку для відновлення слуху людини у разі пошкоджень внутрішнього вуха; - при підготовці фахівців на кафедрі акустичних та мультимедійних електронних систем за спеціальністю G5 Електроніка, електронні комунікації, приладобудування та радіотехніка (171 Електроніка), освітньою програмою “Акустичні електронні системи та технології обробки акустичної інформації”, сертифікатною програмою “Медична акустика”, при читанні лекцій та проведенні практичних та лабораторних робіт з курсів “Сучасні тенденції в електроакустичних технологіях”, “Психоакустика”, “Акустичні широкосмугові діагностичні прилади та системи”. Українська програма диференційної діагностики слуху людини, яка пропонується в дисертації, базується на визначенні частотної залежності коефіцієнту відбиття звуку від коливальної системи середнього вуха та резонансних частот слухової системи. Розроблена вимірювальна установка дозволяє в експрес-режимі порівнювати АЧХ коефіцієнтів передачі осикулярних протезів з будь-яких матеріалів та будь-якої форми, тим самим, дозволяючи індивідуально, на основі кількісного показника норми стану середнього вуха, підібрати такий протез слухових кісточок, з яким людина бути чути найкраще, і відповідно, ефективно провести відновлення її слухової системи. Розроблений кохлеарний імплант з акустичною лінією зв’язку дозволяє ефективно відновлювати слух людини у разі пошкоджень внутрішнього вуха. Робота виконувалася на кафедрі акустичних та мультимедійних електронних систем Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського” у рамках НДР: “Розробка широкосмугового акустичного вушного ехо-спектрометра та нової ефективної програми універсального аудіологічного скринінгу новонароджених” (номер державної реєстрації НДР: 0116U003795, термін виконання 2016-2017рр.), “Розробка неінвазивної пасивної акустичної системи нового покоління для вимірювання критичних фізіологічних параметрів головного мозку та внутрішнього вуха людини” (номер державної реєстрації НДР: 0118U003533, термін виконання 2018-2019рр.), “Новий широкосмуговий автоматизований портативний електроакустичний апаратно-програмний комплекс з підвищеними точністю і безпечністю для ранньої диференційної аудіологічної експрес-діагностики в медицині” (номер державної реєстрації НДР: 0121U109609, термін виконання 2021-2022рр.), “Генезис мінно-вибухових травм і розробка мобільного електроакустичного апарату для діагностики і лікування ушкоджень слуху військовослужбовців” (номер державної реєстрації НДР: 0124U000873, термін виконання 2024- 2026рр.).
Опис
Ключові слова
акустика, електроніка, cлухова система, імплантат, електроакустичний перетворювач, об’єктивні методи діагностики слуху, середнє вухо, внутрішнє вухо, частотна характеристика, п’єзоелектричний перетворювач для медицини, широкосмуговий акустичний вушний ехоскоп, фактор норми, частинні області, метод скінченних елементів, метод зв’язаних контурів, acoustics, electronics, auditory system, implant, electroacoustic transducer, objective methods of hearing diagnostics, middle ear, inner ear, frequency response, piezoelectric transducer for medical applications, broadband acoustic ear echoscop, norm factor, partial domains, finite element method, connected contour method
Бібліографічний опис
Найда, М. С. Широкосмугові електроакустичні системи для скринінгу та відновлення слуху людини : дис. … д-ра філософії : 171 Електроніка / Найда Микита Сергійович. - Київ, 2026. - 142 с.