способ прогнозирования и реконструкции динамики и определения биофизических характеристик реального процесса возрастной эволюции улиткового протока

Формула изобретения

Способ определения изменений биофизических характеристик для прогнозирования и реконструкции эволюции улиткового протока, включающий аудиометрическое исследование, отличающийся тем, что для улиткового протока стандартной длины L_o= 32 мм, воспринимающего на момент рождения максимальную частоту f_mo= 20 кГц, а через t= 1 год частоту f_m= 19,8 кГц, вычисляют линейный коэффициент возрастной эволюции

k= -2ln2lg(f_m/f_mo)/t= 0,0060год^-1

и коэффициент звукопотерь частотного диапазона

r-k/(2lg2)= 0,0100 год^-1,

для двух реальных моментов времени t₁ и t₂ для возраста пациента в Т лет аудиометрически определяют максимально воспринимаемые ухом частоты звука f_m1 и f_m2 и вычисляют реальный коэффициент звукопотерь ухом частотного диапазона

r_r= ln(fm₁/fm₂)/(t₂-t₁)

и реальный линейный коэффициент возрастной эволюции

k_r= 2r_rlg2,

рассчитывают изменение в реальном времени t от рождения длины улиткового протока при стандартных условиях

L(t)= L_oe^-kt

и длины улиткового протока в реальных условиях

L_r(t)= L_he^-krt, где L_h= L_o2^{2lg(fm 1/fmo)}/e^-Tk _r,

целостности улиткового протока при стандартных условиях

W_L(t)= L(t)/L_o

и целостности улиткового протока в реальных условиях

W_Lr(t)= L_r(t)/L_o,

укорочения длины улиткового протока с возрастом при стандартных условиях

F_L(t)= L_o-L(t)

и укорочения длины улиткового протока с возрастом при реальных условиях

F_Lr(t)= L_o-L_r(t),

степени укорочения улиткового протока при стандартных условиях

Е_L(t)= F_L(t)/L_o

и степени укорочения улиткового протока в реальных условиях

F_Lr(t)= F_Lr(t)/L_o

коэффициента возрастной эволюции при стандартных условиях

k(t)= ln L(t)/L_o

и коэффициента возрастной эволюции в реальных условиях

k_r(t)= ln L_r(t)/L_o

коэффициента звукопотерь частотного диапазона

r(t)= k(t)/(2 lg2)

и реального коэффициента звукопотерь частотного диапазона

r_r(t)= k_r(t)/(2 lg2);

максимально воспринимаемой частотой с возрастом при стандартных условиях

f(t)= f_moe^-rt

и максимально воспринимаемой частоты с возрастом в реальных условиях

f_r(t) = f_he^-rt_r, где f_h= f_mo(L_h/L_o)^1/2lg2,

частотой целостности звуковосприятия базилярной пластинкой при стандартных условиях

W_f(t)= f(t)/f_mo

и частотной целостности звуковосприятия базилярной пластинкой в реальных условиях

W_кf(t)= f_к(t)/f_mo,

величин, характеризующих снижение и степень снижения звукового диапазона при стандартных условиях,

F_f(t)= f_mo-f(t) и

Е_f(t)= F_f(t)/f_mo

и величин, характеризующих снижение и степень снижения звукового диапазона в реальных условиях,

F_fr(t)= f_mo- f_r(t) и

Е_f(t)= F_fr(t)/f_mo.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике и практике, в частности к оториноларингологии, конкретно к аудиометрическим методам исследования слуха.

Анализируя экспериментально установленные акустические феномены (потерю восприятия ухом человека высокочастотной составляющей звука с возрастом и при укорочении апикальной части улиткового протока) [1-4] , можно констатировать существование явления возрастной эволюции улиткового протока и его структурных единиц.

Для биофизического представления этого эффекта можно использовать следующие законы:

1) линейно-временной (или закон возрастной эволюции развития улиткового протока) в виде

L = L_oe^-kt, (1)

где L_o = 32 мм - стандартная длина улиткового протока (базилярной пластинки), k (с единицей измерения [k] = 1 год^-1) - скорость линейного укорочения (уменьшения) длины улиткового протока при его естественном развитии. Этот закон является иерархически главным, так как он определяет биофизический механизм эффекта, заключающийся в том, что звуковые волны, действуя на структуры внутреннего уха, производят непрерывное разрушение его не закрепленной у геликотремы апикальной части и укорачивают улитковый проток и его структуры;

2) частотно-временной в виде

f_m= f_moe^-rt, (2)

где f_mo = 20 кГц - верхняя пороговая граница воспринимаемого стандартным ухом звука, r - коэффициент звукопотерь ухом высокочастотного диапазона (коэффициент ВЧД-звукопотерь) с единицей измерения [r] = 1 год^-1.

Этот закон определяет возрастные особенности изменения диапазона восприятия звука структурами улиткового протока и позволяет установить эти изменения практически;

3) линейно-частотный в виде

L= L_o2^{21g (fm/fmo)} (3)

как обобщенный закон развития улиткового протока и его структурных элементов.

Объединяя (1) и (3), можно показать, что для стандартной базилярной пластинки по измерению максимально воспринимаемой ею частоты f_m для возраста человека t лет, величина коэффициента k может быть рассчитана по формуле



при стандартных условиях [2] k= 0,0060 год^-1.

Коэффициент ВЧД-звукопотерь r при объединении (2) и (3) может быть рассчитан как

r= k/(2lg2), (5)

при стандартных условиях [2] коэффициент ВЧД-звукопотерь r= 0,0100 год^-1.

Заметим, что эффект возрастной эволюции, биофизически представленный как (1)-(3), обусловлен только естественным развитием организма человека. Но он может быть усилен рядом внешних и внутренних факторов: физических (температурой среды и организма, интенсивностью звука, другими воздействиями), физиологических (повышением давления крови и внутриушных жидкостей), фармакологических, временных (возрастных). Установление вышеприведенных соотношений осуществляется при исключении влияния патологических процессов.

Проблема определения возрастных изменений биофизических (линейных и частотных) параметров улиткового протока и его структурных элементов является важной диагностической, лечебной и профилактической задачей. Она приобретает большее значение при прогнозировании динамики реального процесса и становится наиболее значимой при возможности установления момента развития патологии реконструкцией (восстановлением во времени) течения реального процесса.

В оториноларингологической практике решение этой проблемы не представлено.

В качестве аналога способа прогнозирования и реконструкции динамики и определения биофизических характеристик реального процесса возрастной эволюции улиткового протока рассматривается аудиометрический способ исследования слуховой функции (с медицинской точки зрения) и как метод исследования спектральной характеристики уха на пороге чувствительности (с биофизической точки зрения) [5] .

Целью данного изобретения является установление на основе аудиометрических исследований слуха способа определения биофизических параметров улиткового протока и его элементов в реальных условиях: линейной целостности W_Lr(t), частотной целостности звуковосприятия W_fr(t), величины укорочения F_Lr(t) и степени (показателя) укорочения E_Lr(t) улиткового протока, уменьшения величины F_fr(t) и степени уменьшения E_fr(t) звуковоспринимающего диапазона базилярной пластинкой, линейного (как скорости старения) k_r(t) и частотного (как скорости ВЧД-звукопотерь) r_r(t) коэффициентов для прогнозирования и реконструкции (восстановления во времени) динамики реального процесса возрастной эволюции улиткового протока и его структурных элементов, а также степень влияния патологий на течение процесса.

Сущность изобретения заключается в следующем:

Представленные законы (1 - 3) описывают ситуацию, когда эффект возрастной эволюции улиткового протока и его элементов обусловлен естественным развитием организма человека (временем его жизни). При этом указывалось, что это явление может быть усилено рядом реально существующих факторов, которые вызывают изменение стандартно текущих процессов возрастной эволюции улиткового протока и его элементов.

С биофизической точки зрения наличие этих факторов может привести к изменению скорости разрушения апикального участка улиткового протока и его элементов и изменению их линейных и частотных параметров.

Неинвазивным измерениям может быть подвергнута максимально воспринимаемая ухом частота звука f_m аудиометрическим способом. Ее значение, определенное дважды, в различные моменты времени позволяет установить и рассчитать величину реального коэффициента ВЧД-звукопотерь. Так, для реальных двух моментов времени t₁ и t₂, для которых



определим реальные значения коэффициента ВЧД-звукопотерь r_r

r_r= ln(f_m1/f_m2)/(t₂-t₁) (6)

и коэффициента возрастной эволюции k_r

k_r= 2r_rlg2. (7)

Фиг. 1 - 6 иллюстрируют выполненные в системе MathCAD [8] результаты расчета биофизических характеристик при исследовании динамики реального процесса возрастной эволюции ушного протока и его элементов.

На фиг. 1 представлены: в блоке а) длина стандартного ушного протока L_o= 32 мм и максимально воспринимаемая ухом частота f_mo= 20 кГц; в блоке b) указан возраст пациента Т= 27 лет и максимальные частоты, реально воспринимаемые ухом: для 27 лет - f_m1= 13100 Гц и для 28 лет - f_m2= 12880 Гц; записаны формулы (3) соответствия длины базилярной пластинки максимально воспринимаемой ухом частоте звука и формула для расчета реального коэффициента возрастной эволюции ушного протока k_r

k_r= ln(L₁/L₂). (8)

Для установления реального изменения длины ушного протока с течением времени как функции L_r(t) определено гипотетическое значение длины ушного протока в момент рождения человека L_h. В блоке с) представлены результаты расчета длины ушного протока при стандартных L(t) и реальных L_r(t) условиях и приведена их графическая интерпретация. На левом графике изображен процесс прогнозирования изменения длины протока со временем L_rp(t) во временном интервале до 200 лет и на правом графике - процесс реконструкции L_r(t) эволюции ушного протока (восстановление реального процесса во времени) для временного интервала до 10 лет по сравнению со стандартным L(t). Можно утверждать, что патологический процесс начал формироваться с 5-летнего возраста человека.

В блоке d) фиг. 2 повторена формула расчета L_r(t), а в блоке е) определено аналитически выражение для целостности улиткового протока при стандартных W_L(t)

W_L(t)= L(t)/L_o (9)

и реальных W_Lr(t)

W_Lr(t)= L_r(t)/L_o (10)

условиях и дана их графическая интерпретация в сравнении.

В блоке f) представлены формулы и расчет в графической форме для укорочения длины ушного протока с возрастом при стандартных F_L(t)

F_L(t)= L_o-L(t) (11)

и реальных F_Lr(t)

F_Lr(t)= L_o-L_r(t) (12)

условиях.

На фиг. 3 в блоках g) и h) представлены соответственно формулы и расчет в графической форме степени (показателя) укорочения ушного протока E_L(t)

E_L(t)= F_L(t)/L_o (13)

и E_Lr(t)

E_Lr(t)= F_Lr(t)/L_o (14)

и коэффициента возрастной эволюции k(t)

k(t)= lnL(t)/L_o (15)

и k_r(t)

k_r(t)= lnL_r(t)/L_o (16)

для стандартных и реальных процессов в сравнении.

На фиг. 4 в блоке i) восстановлены значения коэффициентов возрастной эволюции k и k_r, на фиг. 1 в блоке b) представлены формулы (5) расчета коэффициентов ВЧД-звукопотерь r и r_r и формулы для установления максимально воспринимаемой частоты с возрастом при стандартных f(t)

f(t)= f_moe^-rt (17)

и реальных f_r(t)

f_r(t)= f_he^-rrt (18)

условиях по гипотетически рассчитанной частоте f_h в соответствии с (3) для L_h (см. блок b) фиг. 1). Эти результаты представлены также в графической форме: на левом графике в обычном масштабе и на правом - в полулогарифмическом.

На фиг. 5 в блоках j) и k) повторены формулы расчета коэффициентов k(t) и k_r(t), r(t) и r_r(t) - из блока h) фиг. 3, а также формулы расчета частотной целостности звуковосприятия базилярной пластинкой при стандартных W_f(t)

W_f(t)= f(t)/f_mo (19)

и реальных W_rf(t)

W_rf(t)= f_r(t)/f_mo (20)

процессах. Для последних величин результаты расчета приведены в графической форме.

На фиг. 6 в блоках l) и m) определяются величины, характеризующие снижение F_f(t)

F_f(t)= f_mo-f(t) (21)

и F_fr(t)

F_fr(t)= f_mo-f_r(t) (22)

и степени снижения E_f(t)

E_f(t)= F_f(t)/f_mo (23)

и E_fr(t)

E_fr(t)= F_fr(t)/f_mo (24)

звуковоспринимающего диапазона базилярной пластинкой для стандартных и реальных условий соответственно и приведен их математический расчет в графической форме. Следует заметить, что начало патологического процесса, как и в первом случае на фиг. 1, с), отмечается в возрасте пяти лет.

Если значение частоты f_m (2) располагается выше кривой f(t), установленной для стандартного улиткового протока, это может свидетельствовать:

1) либо о меньшем по сравнению со стандартом значении реального коэффициента ВЧД-звукопотерь r_r и скорости разрушения ушного протока и его элементов k_r;

2) либо о превышающей норму первоначальной длине улиткового протока, при которой пациент воспринимал(ет) ультразвуки.

На фиг. 7 в блоке р) представлены результаты расчета, интерпретирующие положение 1), а в блоке q) - положение 2).

Вводимые линейные (7, 10, 12, 14) и частотные (6, 20, 22, 24) биофизические характеристики, определяющие функционирование улиткового протока и его элементов, позволют врачу-отиатру более основательно устанавливать этиологию и патогенез заболевания и прогнозировать ход лечения.

Источники информации

1. Физиология человека. /Под ред. Г. И. Косицкого. // Изд. 3. - М. : Медицина, 1985.

2. Bekesy G. Experiments in Hearing. - N. J. : McGraw. - Hill. 1960.

3. Гельфанд С. А. Слух: введение в психологическую и физиологическую акустику. /Пер. с англ. - М. : Медицина, 1984.

4. Ундриц В. Ф. , Темкин Я. С. , Нейман Л. В. Руководство по клинической аудиологии. - М. : Медгиз, 1962.

5. Физиологические методы в клинической практике. /Ред. Д. А. Бирюков. - Л. : Медицина, 1966.