Широкосмугові електроакустичні системи для скринінгу та відновлення слуху людини
| dc.contributor.advisor | Дідковський, Віталій Семенович | |
| dc.contributor.author | Найда, Микита Сергійович | |
| dc.date.accessioned | 2026-05-14T08:15:22Z | |
| dc.date.available | 2026-05-14T08:15:22Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description.abstract | 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.). | |
| dc.description.abstractother | Naida M.S. Broadband electroacoustic systems for screening and restoring human hearing. - Qualification scientific work on the right of manuscript. Thesis for the degree of Philosophy Doctor, in specialty 171 “Electronics”. - National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2026. The following new scientific results were obtained in the dissertation: 1. For the first time, the reflection coefficient of a sound pulse from the oscillatory system: eardrum-ossicles was proposed as a criterion for assessing the acoustic state of the middle ear. 2. For the first time, the problem of obtaining acoustic characteristics of the middle ear by the method of partial regions in relation to the ear model in the form of an acoustic horn was posed and solved. 3. A new model of an implant for restoring human hearing was proposed in the form of an acoustic line of communication between the external (external and middle ear) part of the ear and the oval window of the inner ear, with subsequent transmission of the sound signal to the cochlea. 4. For the first time, a theoretical study of the influence of cochlear implant parameters on the frequency properties and sensitivity of the proposed ultrasonic line of transmission of acoustic information through the implant was conducted. The dissertation is devoted to modeling the human middle ear and artificial substitutes for its elements - ossicular implants (ossicular implants), experimental verification of the developed models using original measuring instruments, development of a broadband echoscope to determine the normal state of the human middle ear, which uses the obtained parameters of the models, and development of new means of restoring hearing after differential diagnostics, such as a device for determining the acoustic parameters of ossicular implants of the human middle ear, and a cochlear implant with an innovative acoustic line of communication between the external and internal parts. The content of the dissertation research is set out in 4 sections, which present the results of the research and the justification of the main results of the work. The introduction substantiates the relevance of the dissertation work, formulates the goal and lists the tasks of the research, describes the applied research methods, and lists the tasks set for the research. In addition, information was provided on the relevance, scientific novelty and practical significance of the results obtained. The first section provides an analytical review of the literature. The structure of the human auditory system is presented with an indication of its parameters. Modern objective methods of human hearing diagnostics used for express diagnostics are considered, namely, acoustic impedancemetry and registration of evoked otoacoustic emission. At the same time, limitations in the application and shortcomings of the methods are analyzed in detail. A new method of express hearing diagnostics is considered in detail - ear echoscopy, which is based on the principle of reflection from the oscillatory system of the middle ear, which was developed at the Department of Acoustic and Multimedia Electronic Systems of the I. Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, and which allows overcoming the main problem of hearing diagnostics. This problem is that a large intersubject deviation of data can overlap deviations from the norm. In the second section, modeling of the human outer and middle ear was carried out taking into account damage. The main problem in objective hearing diagnostics is the large intersubject difference in data, the deviation of which from some average value in the norm can overlap the deviation from the norm. To solve it, a model of the human middle ear was built using the finite element method, taking into account the external auditory canal. Based on the developed middle ear models, clear individual quantitative parameters of the normal state of the human middle ear were determined, which allow for express diagnostics in automatic mode. Also, artificial substitutes for the bones of the middle ear, the so-called ossicular implants, were modeled using the finite element method. Using the developed original setup for determining the frequency characteristics of the transmission coefficients of ossicular implants, the modeling results were experimentally verified. In the third section, a method for monitoring the state of the human middle ear is developed, and a broadband electroacoustic ear echoscope for its implementation, which is intended for screening monitoring of the normal state of the human middle ear. The developed method is based on measuring the reflection coefficient of an acoustic short pulse from the oscillatory system of the middle ear as a function of frequency. This increases the reliability of the diagnosis of middle ear pathologies and makes it possible to conduct diagnostics in real time. The use of short acoustic pulses allows, by changing their frequency and follow-up time, to obtain a change in the parameter of the norm and resonant frequency in real time. In the fourth section, a cochlear implant with an innovative acoustic communication line is developed. It is known that in some cases the disease disables that part of the human hearing aid that precedes the formation, transmission and subsequent processing in the central nervous system of electrical impulses. In this case, the hearing aid, starting with the efferent nerve fibers, remains intact. Then, for partial restoration of hearing, it is possible to use direct influence on the nerve endings with an electrical impulse. Electrical stimulation of the auditory nerve leads to auditory sensations. This is the purpose of the developed human inner ear implant. For its implementation, an electroacoustic system with electrode implantation and an innovative ultrasonic communication line was chosen, which consists of three main parts: a microphone; a sound processing device; and a row of electrodes.The practical significance of the results obtained in the dissertation work is that the following have been developed: - a broadband ear echoscope for: express diagnostics of the human middle ear; differential diagnostics of hearing in military personnel immediately after military service; hearing screening of newborns directly in the maternity hospital; - an electroacoustic measuring device for individual selection of ossicular implants during surgical treatment of auditory system injuries, based on the first developed method of individual selection of ossicular implants, which uses the sound wave transmission coefficient, which characterizes the sound-conducting properties of ossicular implants, and is determined experimentally; - a cochlear implant with an acoustic communication line for restoring human hearing in case of inner ear injuries; - when training specialists at the Department of Acoustic and Multimedia Electronic Systems in the specialty G5 Electronics, Electronic Communications, Instrumentation and Radio Engineering (171 Electronics), the educational program “Acoustic Electronic Systems and Acoustic Information Processing Technologies”, the certificate program “Medical Acoustics”, when giving lectures and conducting practical and laboratory work on the courses “Modern Trends in Electroacoustic Technologies”, “Psychoacoustics”, “Acoustic Broadband Diagnostic Devices and Systems”.The Ukrainian program for differential diagnostics of human hearing, which is proposed in the dissertation, is based on determining the frequency dependence of the sound reflection coefficient from the oscillatory system of the middle ear and the resonant frequencies of the auditory system. The Ukrainian program for differential diagnostics of human hearing, which is proposed in the dissertation, is based on determining the frequency dependence of the sound reflection coefficient from the oscillatory system of the middle ear and the resonant frequencies of the auditory system. The developed measuring device allows in express mode to compare the frequency response of the transmission coefficients of ossicular prostheses made of any materials and of any shape, thereby allowing individually, based on a quantitative indicator of the normal state of the middle ear, to select such a prosthesis of auditory ossicles with which a person can hear best, and accordingly, to effectively restore his auditory system. The developed cochlear implant with an acoustic communication line allows to effectively restore human hearing in case of damage to the inner ear. The work was carried out at the Department of Acoustic and Multimedia Electronic Systems of the National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” within the framework of the research projects: “Development of a broadband acoustic ear echo spectrometer and a new effective program for universal audiological screening of newborns” (state registration number of the research project: 0116U003795, implementation period 2016-2017), “Development of a new generation non-invasive passive acoustic system for measuring critical physiological parameters of the human brain and inner ear” (state registration number of the research project: 0118U003533, implementation period 2018-2019), “New broadband automated portable electroacoustic hardware and software complex with increased accuracy and safety for early differential audiological express diagnostics in medicine” (state registration number Research project number: 0121U109609, implementation period 2021-2022), “Genesis of mine-explosive injuries and development of a mobile electroacoustic device for the diagnosis and treatment of hearing damage in military personnel” (state registration number of the research project: 0124U000873, implementation period 2024-2026). | |
| dc.format.extent | 142 с. | |
| dc.identifier.citation | 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. | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/80857 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | акустика | |
| dc.subject | електроніка | |
| dc.subject | cлухова система | |
| dc.subject | імплантат | |
| dc.subject | електроакустичний перетворювач | |
| dc.subject | об’єктивні методи діагностики слуху | |
| dc.subject | середнє вухо | |
| dc.subject | внутрішнє вухо | |
| dc.subject | частотна характеристика | |
| dc.subject | п’єзоелектричний перетворювач для медицини | |
| dc.subject | широкосмуговий акустичний вушний ехоскоп | |
| dc.subject | фактор норми | |
| dc.subject | частинні області | |
| dc.subject | метод скінченних елементів | |
| dc.subject | метод зв’язаних контурів | |
| dc.subject | acoustics | |
| dc.subject | electronics | |
| dc.subject | auditory system | |
| dc.subject | implant | |
| dc.subject | electroacoustic transducer | |
| dc.subject | objective methods of hearing diagnostics | |
| dc.subject | middle ear | |
| dc.subject | inner ear | |
| dc.subject | frequency response | |
| dc.subject | piezoelectric transducer for medical applications | |
| dc.subject | broadband acoustic ear echoscop | |
| dc.subject | norm factor | |
| dc.subject | partial domains | |
| dc.subject | finite element method | |
| dc.subject | connected contour method | |
| dc.subject.udc | 534.756 | |
| dc.title | Широкосмугові електроакустичні системи для скринінгу та відновлення слуху людини | |
| dc.title.alternative | Broadband electroacoustic systems for screening and restoring human hearing | |
| dc.type | Thesis Doctoral |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: