Клиническое применение акустической импедансометрии

Акустическая импедансометрия – комплекс клинических тестов, основанных на измерении импеданса среднего уха.

 

Акустический импеданс – важный параметр, использовавшийся для подгонки акустической аппаратуры (например, телефонов) под человеческое ухо. Для его измерения Уэтзман ( Waetzmann) модифицировал механический мост, разработанный Шустером (K. Schuster) в 1934 году для измерения абсорбции звука строительными материалами. Мост Шустера, в свою очередь был, по сути, акустическим вариантом моста Уитстоуна (электрический мост для измерения резистанса - сопротивления в цепи).

В 1938 году немецкий врач, еврей по национальности, Отто Метц (Otto Metz) покинул, спасаясь от гонений, нацистскую Германию и нашел работу в университетской клинике Копенгагена - Rigshospitalet. Здесь ему и попался на глаза журнал с работой Уэтзмана. Надо сказать, что когда Метц ещё только начинал заниматься отоларингологией, он понял, что методы разграничения кондуктивной и перцептивной тугоухости недостаточно точны и поэтому искал возможности объективной оценки состояния барабанной перепонки и среднего уха. Метц решил, что измерение АИ можно применить для оценки состояния среднего уха в клинике. На его счастье профессор физики Университетского института биофизики д-р В. Торсен лично бывал у Уэтзмана в Бреслау и видел мост в действии.

 

Dr. Otto Metz (1905 – 1993)

 

В сотрудничестве с профессором Торсеном и инженером Тигесеном, в 1939 году Метц начал разрабатывать модификацию механического моста Шустера. Проводя интенсивное изучение АИ человеческого уха, он определил акустическую абсорбцию и фазовые характеристики нормального и патологического уха. Уже в 1942 году Метц опубликовал первые результаты своих исследований в издании Датского общества Отологии.

В октябре 1943 года, когда нацисты собирались интернировать всех евреев, проживавших в Дании, Отто Мету удалось бежать в Швецию. Свои исследования он продолжил в университетской клинике Лунда.

После возвращения в Копенгаген, Метц сформулировал основные принципы импедансометрии в своей диссертации «Акустический импеданс, измеренный на нормальных и больных ушах» (1946). Это была первая работа по систематическому измерению акустического импеданса, выполненная с помощью механического моста.

Т.о., пониманием клинической ценности акустической импедансометрии, как метода оценки состояния звукопроводящего аппарата, мы обязаны прозорливости д-ра Метца. Однако, созданный им механический акустический мост был неудобен для практического использования.

 

Работа, выполненная в конце 40-х Томсеном (K. A. Thomsen), продемонстрировала, что, измеряя импеданс как функцию давления в НСП, можно подсчитать импеданс среднего уха без искажений со стороны НСП.

Зависимость между изменением давления в НСП и остротой слуха была продемонстрирована Ван Дишеком ещё в 1930-х с помощью изобретенного им устройства - пневмофона, которое обеспечивало изменение воздушного давления в среднем ухе. Логично было предположить, что значение импеданса при изменении давления в НСП также будет меняться.

Д-р Кнуд Теркильдсен (Knud Terkildsen) из Rigshospitalet первым понял недостатки механического импедансного моста. В частности то, что при его использовании невозможно достичь герметизации НСП. Поэтому давление в НСП одновременно с измерением акустического импеданса определить было невозможно.

Для того, чтобы достичь этого и измерить давление в барабанной полости требовалась система герметизации НСП. Это подтолкнуло Теркильдсена и инженера Скотта-Нильсена (Scott-Nielsen) из Центра слуха Копенгагена к разработке электроакустического моста. В 1959 году Terkildsen и Thomsen, опубликовали первые результаты, полученные с использованием прототипа моста.[1] Этот метод исследования с легкой руки Х. Андерсона получил в дальнейшем название «тимпанометрия».

В 1960 году Terkildsen и Scott-Nielsen опубликовали описание электроакустического моста, и с этого же времени началость их плодотворное сотрудничество с Полем Мадсеном (Poul Madsen), владельцем компании Madsen Electronics[2], позволившее сделать из лабораторной установки промышленно выпускаемый прибор (ZO61).

 

        Scott-Nielsen и Terkildsen с прибором «ZO61»

В 1961 году на аудиологическом конгрессе в Париже Томсен провел презентацию импедансометрии. Её посетили лишь 25 человек. Вначале распространение информации о новом методе диагностики шло медленно. Однако усилия Теркильдсена, Мэдсона и Скотта-Нильсена, которые выступали с семинарами по всему миру, как, впрочем, и появление в 1960-х первого доступного клинического оборудования, дали результат: на импедансометрию обратили внимание, появилось большое количество исследований и научных статей, касающихся влияния различных патологических факторов на показатели импедансометрии.

 

Между тем, Джозеф Звислоцкий (Zwislocki) в США, пошел другим путем. Начиная с 1957 г, он опубликовал серию исследований АИ на барабанной перепонке у испытуемых с нормальным слухом и с патологией среднего уха. Основываясь на концепции Шустера, Звислоцкий разработал первый серийно выпускаемый механический акустический мост. С 1962 года его стала выпускать американская компания Grason-Stadler.

 

 

Джозеф Звислоцкий

 

 

В целом, эти ранние исследования Zwislocki продемонстрировали, что показатели АИ:

 

1. Ниже нормы при разрыве цепи слуховых косточек;
2. Выше нормы при клиническом отосклерозе;
3. Значительно выше нормы при остром воспалении и хронических заболеваниях среднего уха.

 

Как в любой другой механической системе, импеданс среднего уха обусловлен его жесткостью, массой и трением.

 

	Полости среднего уха		Барабанная перепонка, молоточек		Наковальня		Стремя, улитка, окно улитки

           

    

 

 

 

Здесь представлена модификация блока-схемы среднего уха, разработанной на основе модели Дж. Звислоцкого. Верхний ряд прямоугольников символизирует направление потока энергии от барабанной перепонки к улитке, а прямоугольники внизу — пути оттока энергии из системы. Первый прямоугольник слева представляет собой полости среднего уха, существенно влияющие на жесткость системы. Следующие два прямоугольника («барабанная перепонка, молоточек» и «барабанная перепонка разобщенная») следует рассматривать вместе. Первый представляет часть звуковой энергии, переданной от барабанной перепонки к молоточку. Он включает инерцию молоточка, эластичность барабанной перепонки, мышцы, напрягающей барабанную перепонку, и связок молоточка, а также трение, обусловленное натяжением этих структур. Прямоугольник «барабанная перепонка разобщенная» соответствует части энергии, отведенной от системы, когда барабанная перепонка колеблется независимо (разобщенно) от молоточка, что бывает при воздействии высоких частот. Прямоугольник, обозначенный «наковальня», символизирует собой эффективную массу наковальни и жесткость поддерживающих ее связок. Потеря энергии в двух косточковых сочленениях представлена в виде прямоугольников «наковально-молоточковое сочленение» и «наковально-стременное сочленение». Последний прямоугольник символизирует влияние стремени, улитки и окна улитки. Соединение стремени, а также мембраны окна улитки влияет на компоненту жесткости.

 

Систему среднего уха можно представить следующим образом:

ü Жесткость – компоненты трансформируют вибрацию в колебательные движения, наподобие сжатия и растяжения пружины

o Барабанная перепонка, мембрана круглого окна, связки слуховых косточек, сухожилия и мышцы среднего уха – механическая пружина

o Замкнутые воздухоносные полости в наружном слуховом проходе и среднем ухе – акустическая пружина

ü Масса (инерция) – компоненты двигаются по инерции как одно целое без сжатий и растяжений

o Слуховые косточки, ненатянутая часть барабанной перепонки, перилимфа – механическая масса

o Узкий просвет адитуса и системы воздухоносных клеток сосцевидного отростка – акустическая масса

ü Трение

o Барабанная перепонка, сухожилия и связки – механическое трение

o Вязкость перилимфы и слизистой выстилки барабанной полости – акустическое трение

 

Итак, АИ складывается из величин импеданса наружного слухового прохода, барабанной перепонки и цепи слуховых косточек.

Наибольшее значение в этом комплексе имеет сопротивление барабанной перепонки, в связи с чем нередко АИ отождествляют с импедансом барабанной перепонки. Указание на то, что акустическое сопротивление нарастает при повышении внутрилабиринтного давления, подтверждения не получило.