Metody rozpoznawania obrazów

Elektroniczna aparatura medyczna
Aparatura audiometryczna
1
Narząd słuchu - diagnostyka i terapia
Ważny narząd potrzebny człowiekowi do porozumiewania się ze
światem zewnętrznym, a dokładniej odbierania sygnałów
dźwiękowych z tegoż świata.
Dźwięk może oznaczać falę akustyczną wywołującą zjawisko
słuchowe w aspekcie fizycznym lub wrażenie słuchowe wywołane
przez tę falę w aspekcie psychologicznym.
Stąd rozróżnia się cechy dźwięku:
fizyczne (obiektywne):
psychologiczne (subiektywne):
- częstotliwość
- wysokość
- natężenie
- głośność
- struktura widmowa
- barwa
2
Jak działa słuch
1. Dźwięk dociera do przewodu słuchowego zewnętrznego.
2. Po dotarciu do błony bębenkowej wprawia ją w drgania
mechaniczne.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/way-hearing-works/
Jak działa słuch
3. Łańcuch kosteczek słuchowych przekazuje drgania
mechaniczne do ślimaka.
4. Drgania mechaniczne wprawiają w ruch płyn zawarty w
ślimaku.
5. Ruch płynu powoduje ruch rzęsek słuchowych do przodu i do
tyłu. W ten sposób generowane są impulsy elektryczne
odbierane przez nerw słuchowy. Rzęski słuchowe
zgromadzone na jednym z końców ślimaka odpowiadają za
przekazywanie dźwięków o niskiej częstotliwości, a te z
drugiego końca - za przekazywanie dźwięków o wysokiej
częstotliwości.
6. Mózg odbiera impulsy elektryczne z nerwu słuchowego i
interpretuje je jako dźwięk.
Dźwięki można podzielić na:
- proste - tony - odpowiada im drganie harmoniczne proste
- złożone - drgania złożone
- szumy - o widmie ciągłym - biały
- o widmie ciągłym w pewnych pasmach - barwny.
Tym stanom fizycznym dźwięku odpowiadają zależne od nich
wrażenia słuchowe.
Wysokość dźwięku - związana głównie z częstotliwością:
dźwięk wyższy - wyższa częstotliwość
dźwięk niższy - niższa częstotliwość.
Zakres słyszanych częstotliwości wynosi 16 Hz 20 kHz
poniżej 16 Hz - infradźwięki
powyżej 20 kHz - ultradźwięki.
5
Są różnice osobnicze percepcji częstotliwości - szczególnie
górnej granicy, która ulega obniżeniu z wiekiem.
Zdolność rozróżniania przez ucho wysokości dźwięku zależy od
częstotliwości.
Najlepsza jest w granicach 0.5 do 4 kHz około 0.3 %, czyli ton
1000 Hz musiałby się zmienić o 3 Hz żeby zauważona została
zmiana wysokości.
Poza tym przedziałem próg zmiany częstotliwości jest wyższy,
dla tonów 8 kHz i 50 Hz wynosi ~ 1 % , zależy też w dużym
stopniu od natężenia.
Głośność - wrażenie głośności odczuwane przez odbiorcę jest
zależne od natężenia dźwięku i czułości ucha.
6
Próg słyszalności - najmniejsze natężenie dźwięku I0 - zaledwie
słyszalne (lub najmniejsze ciśnienie akustyczne po dające ledwie
dostrzegalne wrażenie słuchowe). Zależy on od częstotliwości: dla
tonu 1 kHz wynosi (dla statystycznie średniego odbiorcy ) :
I0=10-12 W/m2
lub p0=2*10-5 Pa
Imax=1 W/m2 lub pmax=20 Pa .
Rozpiętość natężeń dźwięków rejestrowanych jako wrażenie
słuchowe jest ogromna i wynosi 1012 : 1 .
Dlatego dla porównywania natężeń dźwięków przyjęto skalę
logarytmiczną, czyli przedstawia się je w decybelach,
i tak dla tonu 1 kHz: próg słyszalności wynosi 0 dB ,
próg bólu 120 dB.
7
Poziom głośności - w celu ustalenia relacji między
głośnością dźwięku a odpowiadającym mu natężeniem
dźwięku, wprowadza się pojęcie poziomu głośności.
Wyraża się go w jednostkach zwanymi fonami.
Liczba fonów ocenianego tonu jest równa liczbie decybeli
tonu o częst. 1 kHz słyszanego tak samo głośno.
Krzywe jednakowej głośności – izofony
8
Krzywe jednakowej głośności – izofony:
9
Zjawisko maskowania
- przy jednoczesnym odbiorze dwóch dźwięków, dźwięk słabszy
jest zagłuszany przez głośniejszy.
Wiąże się z podwyższeniem progu słyszalności dźwięku
maskowanego przez dźwięk maskujący.
Maskowanie jest szczególnie intensywne, jeżeli dźwięki mają
zbliżone częstotliwości.
Problem ten ma ważne znaczenie przy tzw. badaniach
audiometrycznych.
13
Powierzchnia słyszalności
14
Barwa dźwięku
- dźwięki o tej samej częstotliwości zagrane na różnych
instrumentach mają inne brzmienie - barwę - wiąże się ona ze
strukturą widmową.
Tony o drganiach sinusoidalnych - “ najuboższa” barwa,
“najuboższe brzmienie, np. ton kamertonu;
Dźwięki harmoniczne złożone - zawierają tony harmoniczne, ich
barwa zależy od liczby tonów harmonicznych oraz od ich
amplitud, czyli od struktury widmowej.
Dźwięki anharmoniczne - mają brzmienie ostre, poza
harmonicznymi mogą zawierać częstotliwości nie spełniające tego
warunku, że ich częstotliwości są całkowitą wielokrotnością
częstotliwości podstawowej.
15
Ciśnienie akustyczne w funkcji czasu oraz częstotliwości:
a - tonu; b - dźwięku; c - szumu białego
Poza dźwiękami prostymi (tonami) i złożonymi rozróżnia się jeszcze
szumy w postaci szelestów, zgrzytów, huków itp., których widmo
ma charakter ciągły w pewnych zakresach częstotliwości; niektóre
pasma częstotliwości mogą się wyróżniać amplitudą, nadając
szumowi specyficzny charakter.
16
Hałasy - są to dźwięki niepożądane, dokuczliwe; są czynnikiem
szkodliwym dla zdrowia. Działają szkodliwie przede wszystkim na
narząd słuchu, poza tym wpływają na układ nerwowy, utrudniają
pracę i wypoczynek, wpływają na przebieg niektórych procesów
biochemicznych.
Jako dokuczliwe we wnętrzach przyjmuje się hałasy o poziomie
ciśnienia akustycznego dochodzącego do 35-40 dB (rozmowa
średnio głośna).
Dłuższe przebywanie w hałasie powoduje nieodwracalny ubytek
słuchu przez trwałe podwyższenie progu słyszalności.
Jako krytyczne przyjmuje się hałasy o poziomie ciśnienia
akustycznego dochodzącego do 85-90 dB (np. syrena alarmowa).
17
18
Audiometr diagnostyczny Oscilla® USB-300B - firma Inmedico
• 11 częstotliwości 125 – 8000 Hz
• od – 10 do 110 dB w krokach co 5 dB
• przewodnictwo kostne
• maskowanie szumem szerokopasmowym
• test manualny lub testy automatyczne
• zasilanie poprzez łącze USB
• oprogramowanie AudioConcole
http://www.medipment.pl/produkt/Inmedic
o-Oscilla-USB-300B-33925
19
Audiometryczna kabina ciszy SR 100
• metalowa obudowa (2mm)
• ściany odporne na porysowania i
ognioodporne (25 mm)
• wewnętrzna i zewnętrzna pianka,
pochłaniająca fale dźwiękowe
• drzwi posiadają otwarcie wewnątrz jak i
na zewnątrz. Domykane magnetycznie.
• dźwiękoszczelne okno kabiny
20
Tympanometria - rodzaj nieinwazyjnej metody badania słuchu.
Polega na mierzeniu odbicia fali dźwiękowej od błony bębenkowej
podczas zmiany ciśnienia w przewodzie słuchowym zewnętrznym.
Jej wynikiem jest powstanie krzywej, tympanogramu, za pomocą
której można zdiagnozować m.in. pęknięcie błony bębenkowej,
infekcje ucha środkowego, niedrożność trąbki Eustachiusza i
nieprawidłowość zanikania odruchu strzemiączkowego.
Specyfikacja:
• 5 częstotliwości 500, 1000,
2000, 3000, 4000 Hz
• zakres ciśnienia: -300 do + 200
daPa
• poziom testu aż do 110 dB
21
Historia aparatów słuchowych
Pierwszym aparatem słuchowym, używanym jako
wzmocnienie dźwięków była tuba. Tuby najczęściej wykonane
były z drewna lub kości (poroża) jeleni. W późniejszych
czasach, ok. wieku XVII, tuby montowano na stałe np. przy
stołach.
Przełomu w budowie aparatów słuchowych dokonał
Aleksander Graham Bell w roku 1870. Bell miał niedosłyszącą
żonę Mabel Hubbard. Teść Bella był bardzo zamożnym
człowiekiem i gdy dowiedział się o jego pomyśle na
skonstruowanie elektrycznego wzmacniacza słuchu
zaproponował wynalazcy sfinansowanie badań. W ich trakcie
Bell opatentował głośnik i mikrofon.
22
Historia aparatów słuchowych
W ten sposób powstał telefon, który jest niezbędnym elementem
życia w XXI wieku. Wynalazek Bella zapoczątkował dalsze
badania na wynalezieniem aparatów słuchowych.
W późniejszym czasie zaczęto unowocześniać wynalazki związane
z poprawieniem słuchu:
- 1902 r. - wynaleziono pierwszą elektroniczną pomoc słuchową
- 1953 r. - powstał aparat tranzystorowy
- 1977 r. - pierwsze próby połączenia technologii analogowej i
cyfrowej w aparacie słuchowym
- 1986 roku powstaje aparat analogowy ze zintegrowanym
procesorem cyfrowym
Dzisiejsze aparaty słuchowe wyposażone są w mikrofony
kierunkowe, posiadają kilka kanałów i generatory szumu.
23
Audiometria obiektywna
- metody obiektywne uzupełniają metody subiektywne - są
szczególnie użyteczne gdy pacjent nie może lub nie chce
współdziałać przy audiometrii np. w przypadku badania małych
dzieci, ludzi z ograniczoną poczytalnością, symulantów czy
nieprzytomnych.
Pierwszy opis techniki rejestracji z powierzchni głowy słuchowych
potencjałów wywołanych z pnia mózgu ABR - Auditory Brain-Stem
Response określanej terminem audiometrii odpowiedzi
elektrycznych ERA (Electric Response Audiometry) – 1971 r.
Zwiększenie czułości pomiaru, dokładności i wypracowanie
powtarzalnej procedury pomiaru pozwala rejestrować potencjały
czynnościowe i wywołane rzędu części V.
24
Podstawowe cele audiometrii wykorzystującej potencjały słuchowe
wywołane z pnia mózgu:
- określenie czułości narządu słuchu;
- różnicowanie ubytków słuchu, typu zaburzenia przewodzenia
dźwięku i upośledzenia zmysłowo-nerwowego;
- rozpoznanie uszkodzeń narządu słuchu o lokalizacji
pozaślimakowej;
- lokalizacja uszkodzeń drogi słuchowej w protezowaniu głuchoty;
- diagnostyka chorób układu nerwowego - do oceny wyników i w
czasie operacji nowotworów u pacjentów z objawami
neurologicznymi;
- prognostyka dla przeżycia w ciężkich urazach ośrodkowego
układu nerwowego;
- a także ocena stopnia dojrzałości ośrodkowego układu nerwowego
u noworodków (została zalecona przez Amerykańską Połączoną
Komisję do Spraw Słuchu u Dzieci już w 1982 roku)
Schemat ideowy do pomiaru ABR:
Pomiar wszystkich rodzajów potencjałów opiera się o podobne
procedury, elektrody krążkowe umieszcza się na powierzchniach
głowy w następujący sposób:
• elektroda aktywna - szczyt głowy lub czoło
• elektroda odniesienia - wyrostek sutkowaty ucha badanego
• elektroda uziemiająca - wyrostek sutkowaty ucha
przeciwległego
Aby poprawić stosunek sygnału do szumu umieszcza się
elektrody w punktach, gdzie sygnały różnią się, ale szum jest
zbliżony.
Ważne parametry:
• współczynnik tłumienia sygnału synfazowego wzmacniacza
CMRR > 80 dB,
• impedancja wszystkich połączeń elektroda-skóra, w granicach
1-10 kΩ,
• impedancja wejściowa przedwzmacniacza większa od MΩ,
aby strata napięcia na połączeniach była bardzo mała.
Natomiast jeżeli impedancje elektrod będą się różnić w stosunku
do siebie może to wpłynąć na zmniejszenie CMRR.
Dominujący wpływ na pomiary ERA ma szum
elektromięśniowy, który nie jest jednakowy na obu wejściach
przedwzmacniacza.
U niemowląt może się zmieniać bardziej niż o rząd wielkości, w
zależności od tego czy niemowlę jest głęboko uśpione,
obudzone czy poddenerwowane.
Do tego jeszcze dochodzą szumy aktywnych elementów
aparatury pomiarowej.
W badaniach klinicznych najczęściej analizowane są
odpowiedzi elektryczne według podziału:
1. Długolatencyjne CERA ( Cortical Evoked Response
Auditory ) rejestrowane w czasie do 600 ms ;
2. Średniolatencyjne MERA ( Middle ERA )
rejestrowane w czasie do 60 ms;
3. Krótkolatencyjne BERA ( Brain-stem ERA )
rejestrowane z pnia mózgu w czasie 0-12 ms.
Schemat drogi słuchowej i wywołane potencjały słuchowe
odbierane z różnych pięter drogi słuchowej
31
Podstawowe parametry potencjałów słuchowych z pnia mózgu,
które bierze się pod uwagę przy ich ocenie:
• wartości latencji poszczególnych fal (głównie I, III i V);
• wartości interwałów czasowych I - III, III - V, I - V;
• międzyszczytowe wartości amplitud fal I, III i V;
• iloraz wartości amplitud fal V i I;
• morfologia zapisu .
Schemat wyznaczania podstawowych parametrów
odpowiedzi. LI, LIII, LV-latencje, AV-amplituda
międzyszczytowa fali V
34
Kliniczna interpretacja zapisu ERA wykorzystuje głównie analizę
parametrów czasowych (latencji i interwałów), ponieważ te
parametry wykazują bardzo małą zmienność osobniczą i bardzo
małe zróżnicowanie między uszami.
Najczęściej stosowaną miarą zmienności latencji jest wartość
odchylenia standardowego, które w przypadku fali V nie
przekracza 0,2 ms (gdy wartość średnia wynosi 5,6 ms) dla
odpowiedzi pniowych wywołanych trzaskiem o natężeniu 70 dB.
Przykładowo średnie wartości pozostałych parametrów
czasowych odpowiedzi dla tego bodźca są następujące:
- latencja fali I wynosi 1,6 ms, fali III 3,8 ms;
- wartości interwałów I-III 2,2 ms, III-V 1,8 ms, I-V 4 ms.
Wartość progu ERA oraz dokładność jego wyznaczania zależy
głównie od rodzaju uszkodzenia narządu słuchu, parametrów
bodźca i rejestracji oraz od poziomu artefaktów mięśniowych
badanej osoby.
W audiometrii opartej na ERA stosuje się głównie trzy grupy
metod umożliwiających otrzymanie odpowiedzi specyficznych
częstotliwościowo, oparte na:
A - krótkich bodźcach tonalnych (wąskopasmowych);
B - bodźcu szerokopasmowym - trzasku, z jednoczesną
prezentacją sygnału maskującego;
C - krótkich bodźcach tonalnych z jednoczesną prezentacją
sygnału maskującego.
Bodziec akustyczny generowany w torze stymulującym, gdzie:
tc – czas trwania bodźca;
ti – odstęp czasowy między bodźcami;
Tro=N*(tc+ti)
Tro – czas rekonstrukcji odpowiedzi w procesie
M – zadana ilość stymulacji;
N – wykonana ilość stymulacji
Podstawową informacja o stanie narządu słuchu jest jego
czułość w funkcji częstotliwości, co określa się za pomocą
audiometrycznego badania progowego - którego wynikiem jest
tzw. audiogram.
W sytuacjach, gdy nie jest możliwe wykonanie klasycznego
progowego badania audiometrycznego wykorzystuje się
wywołane potencjały z pnia mózgu, a wskaźnikiem progu jest
fala V.
Obserwuje się zmniejszanie się amplitudy i wydłużanie latencji
tej fali w ciągu odpowiedzi rejestrowanych dla bodźców
tonalnych o stopniowo redukowanym natężeniu aż do chwili
zaobserwowania braku fali V
Przykłady wyznaczania słuchu za pomocą pomiarów psychoakustycznych
(audiogramy) oraz za pomocą słuchowych potencjałów z pnia mózgu
A-osoba o słuchu normalnym, B-osoba z pohałasowym ubytkiem słuchu
Jak działa słuch
1. Dźwięk dociera do przewodu słuchowego zewnętrznego.
2. Po dotarciu do błony bębenkowej wprawia ją w drgania
mechaniczne.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/way-hearing-works/
Jak działa słuch
3. Łańcuch kosteczek słuchowych przekazuje drgania
mechaniczne do ślimaka.
4. Drgania mechaniczne wprawiają w ruch płyn zawarty w
ślimaku.
5. Ruch płynu powoduje ruch rzęsek słuchowych do przodu i do
tyłu. W ten sposób generowane są impulsy elektryczne
odbierane przez nerw słuchowy. Rzęski słuchowe
zgromadzone na jednym z końców ślimaka odpowiadają za
przekazywanie dźwięków o niskiej częstotliwości, a te z
drugiego końca - za przekazywanie dźwięków o wysokiej
częstotliwości.
6. Mózg odbiera impulsy elektryczne z nerwu słuchowego i
interpretuje je jako dźwięk.
Implant ślimakowy
Implanty ślimakowe są przeznaczone dla pacjentów ze
znacznym lub głębokim ubytkiem słuchu typu zmysłowonerwowego. Stosowanie aparatów słuchowych u takich
pacjentów nie przynosi zadawalającego skutku.
Implant ślimakowy pozwala na ominięcie niefunkcjonującej
części ślimaka i przekazanie sygnałów elektrycznych
bezpośrednio do nerwu słuchowego.
System implantu ślimakowego składa się z dwóch części:
zewnętrznej i wewnętrznej.
Część wewnętrzna - implant (wszczep) składa się z kapsuły
zawierającej elementy elektroniczne, wiązki elektrod oraz anteny
odbiorczej i magnesu utrzymującego cewkę nadawczą za uchem.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/cochlear-implants/
Implant ślimakowy
Część zewnętrzna - procesor dźwięku jest noszony za uchem. W
jego skład wchodzi jednostka centralna, bateria i cewka
przesyłająca informacje przez skórę do implantu.
Implant ślimakowy
1. Dźwięki są odbierane przez mikrofon procesora dźwięku.
2. Procesor dźwięku analizuje i koduje dźwięki za pomocą
specjalnego wzoru impulsów elektrycznych.
3. Kod taki trafia do cewki, która przesyła go przez skórę do
implantu.
4. Implant wysyła impulsy do elektrod znajdujących się w
ślimaku.
5. Nerw słuchowy odbiera sygnał i przesyła go do ośrodka
słuchowego w mózgu. Mózg rozpoznaje takie sygnały jako
dźwięk.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/cochlear-implants/
Implant ucha środkowego
Implanty ucha środkowego służą do leczenia pacjentów z
ubytkiem słuchu typu zmysłowo-nerwowego, przewodzeniowego
i mieszanego.
Stanowią alternatywę dla aparatów słuchowych, przekształcają
dźwięk w drgania mechaniczne, a nie wzmacniają sam dźwięk.
Implant ucha środkowego jest bezpośrednio przymocowany do
odpowiedniej struktury ucha środkowego, wprawia ją w drgania,
podobnie jak dźwięk (drgania akustyczne) przechodzący przez
błonę bębenkową. Takie drgania są wzmacniane i regulowane tak,
aby optymalnie kompensowały ubytek słuchu danego rodzaju.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/middle-ear-implants/
Implant ucha środkowego
Wszczepiana część składa się z cewki
wewnętrznej, magnesu, łącza
przewodzącego oraz przetwornika FMT.
Cześć zewnętrzną (procesor dźwięku)
magnes utrzymuje na swoim miejscu,
pod włosami w tylnej części głowy.
Zawiera mikrofon, baterię i układ
elektroniczny, przekształcające dźwięki
z otoczenia w sygnał przekazywany do
wszczepionej części wewnętrznej.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/middle-ear-implants/
Implant ucha środkowego
Przetwornik FMT jest przymocowany
do kowadełka - jednej z trzech
kosteczek w uchu środkowym.
Przetwornik ten przekształca sygnał w
drgania mechaniczne, które
bezpośrednio oddziałują na kosteczki
słuchowe, podobnie jak w przypadku
dźwięku przechodzącego przez kanał
słuchowy.
Drgania takie są następnie
interpretowane przez mózg jako dźwięk.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/middle-ear-implants/
Implant na przewodnictwo kostne
Umożliwia przekazywanie dźwięku bezpośrednio do ucha
wewnętrznego przy wykorzystaniu zjawiska przewodnictwa
kostnego. Rozwiązanie to jest odpowiednie dla osób, u których nie
można przenosić dźwięku naturalną ścieżką słuchową wiodącą z
ucha zewnętrznego do wewnętrznego przez środkowe.
http://www.medel.com/pl/implant-solutions/
Implant na przewodnictwo kostne
Na zewnątrz jest jedynie procesor dźwięku, który przetwarza go na
sygnały, przekazywane następnie przez skórę do implantu.
Jest to konieczne, gdyż umieszczenie go pod skórą spowodowałoby,
że słychać byłoby nie tylko dźwięki dochodzące z zewnątrz, ale
również np. gryzienie podczas jedzenia, co powodowałoby duży
dyskomfort.
http://www.hearring.com/wp-hearring/pl/o-que-e-um-implante-de-conducao-ossea/
Henryk Skarżyński – polski lekarz otolaryngolog, audiolog i
foniatra, twórca i dyrektor Instytutu Fizjologii i Patologii Słuchu
oraz Światowego Centrum Słuchu w Kajetanach. Od roku 2011
Konsultant Krajowy w dziedzinie Otorynolaryngologii.
Jako pierwszy w Polsce i Europie Środkowo-Wschodniej dokonał
w 1992 roku operacji wszczepienia implantu ślimakowego
przywracając słuch osobie głuchej i uruchomił stały program
stosowania implantów słuchowych.
Jako pierwszy w świecie wykonał 12 lipca 2002 stworzoną przez
siebie metodą PDCI operację wszczepienia implantu ślimakowego
w częściowej głuchocie (PDT) u osoby dorosłej, a następnie w
roku 2004 u pierwszego w świecie dziecka, dając szansę na
zdecydowaną poprawę jakości życia u tych chorych
Ośrodki zajmujące się wszczepianiem implantów ślimakowych w
Polsce:
1. Międzynarodowe Centrum Słuchu i Mowy Instytutu Fizjologii i
Patologii Słuchu w Kajetanach (ponad 2000 wszczepionych
implantów, w roku 2005 najwięcej tego typu operacji na
świecie)
2. Katedra i Klinika Otolaryngologii Uniwersytetu Medycznego
im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu (Szpital Kliniczny im.
Heliodora Święcickiego w Poznaniu)
3. Katedra i Klinika Otolaryngologii Warszawskiego Uniwersytetu
Medycznego
4. Katedra i Klinika Otolaryngologii i Onkologii Laryngologicznej
Uniwersytetu Medycznego w Lublinie
Ośrodki zajmujące się wszczepianiem implantów ślimakowych w
Polsce, cd:
5. Samodzielny Publiczny Szpital Kliniczny im. A. Mielęckiego
Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach
6. Klinika Otolaryngologii Uniwersytetu Medycznego w
Białymstoku.
7. Katedra i Klinika Otolaryngologii i Onkologii Laryngologicznej
Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie
8. Klinika Otolaryngologii z Oddziałem Chirurgii SzczękowoTwarzowej Uniwersyteckiego Centrum Klinicznego w Gdańsku