Біофізика слуху Кунак С. Я. 1
Людина сприймає інформацію із зовнішнього світу з допомогою всіх своїх органів чуття, які являються інформаційними каналами, пов'язуючи людину із зовнішнім світом. ЗІР НЮХ СЛУХ СМАК ДОТИК 2
КОЛИВАННЯ • Коливаннями називаються рухи або стани, які мають ту чи іншу степінь повторюваності у часі. • Всередині будь-якого живого організму від клітини до високоорганізованих істот повсякчас відбуваються різноманітні процеси, які ритмічно повторюються (биття серця, коливання психічних станів, біоритми і т. ін. ). 3
Коливальними називаються процеси, які так чи інакше повторюються з часом. 4
ПРИРОДА ЗВУКОВОЇ ХВИЛІ • Розповсюдження коливань у просторі називають хвилею. • Поняття «звук» можна розглядати з двох принципово різних позицій. • Звук як фізичне явище – це поширення поздовжніх коливань в пружному середовищі. • Звук як фізіологічне явище – це специфічне відчуття, викликане дією звукових хвиль на орган слуху. • Звукові хвилі – це поздовжні хвилі. 5
Основні характеристики звуку: • 1. 2. 3. об’єктивні: інтенсивність або сила звуку; частота; частотний спектр. • суб’єктивні: 1. гучність 2. висота тону 3. тембр 6
Ефект Доплера Якщо джерело звуку наближається до спостерігача, то довжина хвилі буде сприйматися спостерігачем меншою, ніж реальна (звук буде здаватися вищим). І навпаки – при віддаленні джерела звуку, спостерігач буде сприймати довжину хвилі більшою (звук буде здаватися нижчим). 7
Резонанс При накладанні двох когерентних хвиль в одній фазі відбувається резонанс – збільшення результуючої амплітуди коливань. Щоб відбувся резонанс, зовнішня частота впливу повинна співпадати з власною. Власна частота є у кожного тіла, навіть у того, що в даний момент не коливається. На мосту не можна марширувати, бо власна частота мосту може співпасти з частотою кроків, і резонанс його зруйнує. Якщо друга хвиля – відбита і рухається назустріч першій, то резонанс теж наступає, але утворюються стоячі хвилі. 8
Схема будови органа слуху людини
Розглянемо послідовність подій при сприйнятті звуку Звукова хвиля, пройшовши на зовнішнє вухо, наштовхується на туго натягнуту барабанну перетинку, приводячи її в рух. Барабанна перетинка зв'язана із системою слухових кісточок середнього вуха, що передають звукові коливання на внутрішнє вухо – равлика. Слухові кісточки надають руху овальному вікну, що відокремлює перилімфу внутрішнього вуха від повітряного простору середнього вуха. Рух рідини у вестибулярному і базилярному каналах внутрішнього вуха змушує коливатися базилярну мембрану, за частотою і силою звуку. Рух базилярної мембрани стимулює рецепторні клітки, розташовані в кортієвому органі, у результаті з'являються потенціали дії, передані звуковими слуховими нервами в кору головного мозку. 10
Характеристики слухового відчуття 11
12
СЛУХ • Органи слуху встановлюють зв'язок між акустичним збудженням середовища і нашим фізіологічним відчуттям. 13
СЛУХ • Звукове відчуття в органі слуху людини може викликати тільки така звукова хвиля, інтенсивність якої не менша від деякого мінімального значення, яке називають порогом чутності. • Людське вухо має неоднакову чутливість до звукових хвиль різних частот. Здорове вухо найбільш чутливе до звуків, частота яких близька до 1000 Гц. При 1000 Гц поріг чутності для людей з нормальним слухом дорівнює близько 1012 Вт/м 2. При зростанні інтенсивності звукової хвилі вище певної величини, ця хвиля перестає сприйматися як звук і викликає у вухах людини відчуття болю. Інтенсивність звукової хвилі, яка викликає біль у вусі, називається порогом больового відчуття. 14
СЛУХ • Інтенсивності звуку відповідає відчуття його гучності. Воно зростає значно повільніше, ніж збільшується сила звуку і підкоряється закону Вебера - Фехнера. • Закон Вебера – Фехнера: збільшення відчуття (фізіологічної сили звуку S)пропорційне логарифму відношення енергій (інтенсивності I) подразників, які порівнюються де - граничне значення сили звуку на порозі чутності, яке залежить від частоти. 15
СЛУХ • Гучність виражається в белах (Бл), якщо k =1 і в децибелах (д. Бл), якщо k =10. Ця одиниця є зручною, оскільки мінімальний приріст гучності, який сприймається вухом, приблизно дорівнює 1 д. Бл. 16
Характеристика слухового відчуття • • • Характеристика слухового відчуття Людина здатна сприймати частоту, інтенсивність та напрям надходження звукової хвилі Сприйняття частоти звуку - хвилі різної частоти сприймаються в залежності від того, в якій саме частині завитки вони викликають збудження волоскових клітин. Отже якщо до мозку надходять нервові імпульси від волоскових клітин нижньої частини завитки, він інтерпретує їх як низький звук, із верхньої — як високий. Сприйняття інтенсивності звуку. Гучніший звук викликає коливання барабанної перетинки, слухових кісточок, овального вікна та перилімфи із більшою амплітудою. Мозок інтерпретує це як більшу гучність. Сприйняття напрямку звуку. Відчуття напрямку звуку здійснюється на основі порівняння інтенсивності та часу надходження звукових сигналів до кожного із двох вух. Те вухо, що розташоване далі від джерела звуку, сприймає звук із запізненням (із зміщенням фази) і з меньшою амплітудою (меньш гучним). У визначенні напрямку звуку беруть участь ядра стовбура головного мозку. Для оцінки якості сигналу його мінімальна тривалістьмає бути 20. -50 мс, при меншій - звук сприймається як клацання, тобто не розрізняється ані висота тону, ані його гучність. 17
Суб'єктивні методи оцінки стану слухового відчуття • Дослідження промовою • Дослідження слуху камертонами • Аудіометрія Тональная аудіометрія. Дослідження дозволяє оцінити поріг чутності (в децибелах) типових частот. Тестування проводиться на типових частотах у діапазоні (125 - 8000 гц). Мовленнєва аудіометрія. Проводиться для виявлення якості розпізнавання людської мови на різних рівнях звуку (в децибелах). 18
Звукові методі діагностики Аускультація - прослуховування і аналіз тонів та шумів, що виникають під час функціонування внутрішніх органів Перкусія - це аналіз перкуторних звуків, що виникають при постукуванні молоточком по плесиметру, або пальцями, що прикладають до певної ділянки тіла хворого. Фонокардіографія - дослідження звуків роботи серця, . за результатами амплітудно частотного аналізу. 19
Ультразвукові коливання і хвилі Це такі пружні коливання і хвилі, які мають частоту в межах від 20 к. Гц до 109 Гц. З метою генерації та прийому ультразвукових коливань використовують два методи: 20
Застосування ультразвуку у медицині • УЗД; • прискорення фізіологічних процесів у клітинах; • руйнування різного роду новоутворень; • у фармацевтичній промисловості; • механічні та теплові ефекти. 21
Фотоакустичні дослідження Використання методів візуалізації ультразвуку дає можливість розвинути нові методи діагностики в медицині. Один із таких нових методів базується на використанні фотоакустичного ефекту. Цим терміном визначається ефект випромінювання ультразвук живими тканинами при нагріві їх лазерним променем. Основна енергія ультразвукового випромінювання зосереджена в області високих частот, що дає можливість значно підвищити роздільну здатність побудованих ультразвукових зображень. 22
Застосування ультразвуку медицині • Ультразвук великої потужності викликає загибель вірусів і бактерій, це використовується для стерилізації середовищ; • Ультразвукові хвилі малої потужності збільшуєть проникність клітинних мембран і активізують процеси обміну в тканинах; • Ультразвукові хвилі створюють механічну і теплову дію на тканини, що лежить в основі ультразвукової фізіотерапії; • У хірургії для різання кісткової тканини застосовують «ультразвуковий» скальпель. 23
Доплерографія Використовується ефект Доплера (зміна частоти, що здається, викликана рухом джерела хвиль або луна). Цей метод дозволяє відобразити рух, наприклад перебіг крові по кровоносних судинах. Сутність ефекту полягає в тому, що від рухомих об'єктів ультразвукові хвилі відбиваються зі зміненою частотою. Цей зсув частоти пропорційний швидкості руху лоціруємих структур якщо рух направлено в сторону датчика, то частота збільшується, якщо від датчика - зменшується. Може виявляти варі кози, аневризми, тромби тобто, - все, що пов’язано з роботою сосудів та кровообігом.
Літотріпсія дроблення каменів ультразвуком у нирках, сечоводах. Також – знятя зубного каменю – професійна чистка зубів. 25
Діагностика стану м’язів В процесі деформації м'язів генеруються звуки, які несуть інформацію про стан м'язу. Встановлення зв'язків між характеристиками звукових сигналів та станом м'язової тканини стало основою створення таких методик діагностики як фономіографія (використовуються також терміни акустична міографія, звукова міографія, механічна міографія). Звуки, що генеруються при скороченні м'язів, мають частотний діапазон від 5 до 50 Гц. Значна частина інформації зосереджена в інфразвуковому діапазоні, що вимагає спеціальних методів реєстрації та обробки звукових сигналів. Аналіз м'язових звуків дає важливу інформацію для діагностики різних функцій, включаючи чутливість м'язів після фізичних вправ, зневоднення, підвищену гідрофільність, споживання кисню. Велика кількість наукових публікацій стосовно медичного використання фономіографії приведено в оглядовій робот. 26
Література: 1. Марценюк В. П. , Дідух В. Д. , Ладика Р. Б. , Баранюк І. О. , Сверстюк А. С. , Сорока І. С. Підручник „Медична біофізика і медична аппаратура” Тернопіль: Укрмедкнига, 2008, 355 с. 2. Медична і біологічна фізика / За ред. О. В. Чалого. т. 1 - К. : Віпол, 1999, 425 с. 3. Ємчик Л. Ф. , Кміт Я. М. Медична і біологічна фізика: Підруч. -Львів: Світ, 2003. - 592 с. 27
Дякую за увагу 28
