НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ГІДРОМЕХАНІКИ
Макаренкова Анастасія Анатоліївна
УДК 534.7+621.391.8
Акустичні характеристики звуків дихання
та методи їх реєстрації і обробки
01.04.06. – Акустика
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Київ – 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті гідромеханіки Національної академії наук України
Науковий керівник – доктор фізико-математичних наук, професор,
академік НАН України
Грінченко Віктор Тімофійович,
Інститут гідромеханіки НАН України,
директор.
Офіційні опоненти – доктор фізико-математичних наук, професор
Селезов Ігор Тімофійович,
Інститут гідромеханіки Національної НАН України,
зав. відділом гідродинаміки хвильових процесів.
– кандидат фізико-математичних наук, доцент
Петріщев Олег Миколайович,
доцент кафедри акустики Національного технічного
університету України “КПІ”.
Захист відбудеться “15” травня 2008 року о 14 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 26. 196.01 в Інституті гідромеханіки НАН України за адресою: 03057, Київ, вул. Желябова, 8/4.
Тел.: (044) 456 - 43 - 13, факс (044) 454-42-29.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту гідромеханіки НАН України.
Автореферат розіслано “9” квітня 2008 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
доктор технічних наук, професор Криль С.І.
Актуальність теми. Дослідження акустичних характеристик звуків дихання (аускультація) протягом сторіч залишалося мистецтвом, що базується на фізіологічних можливостях слухових органів, суб'єктивному сприйнятті звукових образів, та на практичному досвіді лікаря, що дозволяє виконувати їх якісну оцінку.
Великий обсяг інформації про функціональний стан дихальної системи, якій міститься у звуках дихання, стимулював інтерес до їх досліджень. Успіхи в розвитку акустоелектроніки та комп’ютерних технологіях, екологічна безпека аускультації, сприяли розширенню фізичних досліджень даного напрямку акустики та практичному використанню цих результатів. Необхідність рішення завдань, які ще недостатньо повно вивчені: перехід звуку з біотканин на прийомні перетворювачі, принципи побудови перетворювачів, вплив на них фізичних полів, обробка та об'єктивізація звуків дихання, обумовили актуальність теми дисертації.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження та результати, що увійшли до дисертаційної роботи, є частиною комплексних наукових програм Інституту гідромеханіки НАН України: “Розробка та впровадження нового методу автоматизованої аускультативної діагностики органів дихання“ (номер державної реєстрації 0104U010481), “Розробка та програмна реалізація алгоритмів рангової та адаптивної обробки звуків дихання, з метою формування діагностичних ознак захворювань респіраторної системи“ (номер державної реєстрації 0105U006155), “Розробка та створення дослідних зразків високочутливих електронних стетофонендоскопів для аускультації звуків життєдіяльності людини“ (номер державної реєстрації 0107U007084). Результати дисертаційної роботи увійшли у звіти по цим темам.
Мета і задачі дослідження. Мета дисертації полягає в одержанні нової якісної інформації про фізичні процеси переходу звуку з одного безперервного середовища в інше, що відрізняються хвильовими опорами, в виборі шляхів побудови ефективних перетворювачів для реєстрації звуків дихання, виявленні перешкод перетворювачів звуку, виявленні та об'єктивізації аускультативних ознак у звуках дихання хворих і розробці фізичних гіпотез генерації додаткових звуків.
Для досягнення цієї мети вирішувалися наступні завдання:
- виявлення фізичних особливостей переходу звуку з біотканин на електроакустичні перетворювачі;
- розробка принципів побудови та створення нових спеціальних високоефективних електроакустичних перетворювачів та дослідження їх акустичних характеристик;
- дослідження і класифікація перешкод перетворювачів та розробка методів зниження перешкод;
- формування електронної цифрової бази звуків дихання веріфікованних здорових і хворих на пневмоконіоз пацієнтів;
- виявлення та об'єктивізація аускультативних ознак, які містяться в звуках дихання хворих на пневмоконіоз;
- розробка фізичних гіпотез генерації додаткових звуків дихання хворих на пневмоконіоз.
Об’єктом дослідження є звуки життєдіяльності людини.
Предметом дослідження є характеристики звуків дихання здорових і хворих людей.
Методи дослідження - теоретичні, при вивченні фізичних процесів переходу звуку з одного середовища в інше, при розрахунку характеристик електроакустичних перетворювачів, при розробці фізичних гіпотез генерації звуків дихання. Експериментальні, при дослідженні акустичних характеристик перетворювачів звука, формуванні електронної цифрової бази звуків дихання, обробки звуків дихання, і виявленні та об'єктивізаціі характерних аускультативних ознак.
Наукова новизна одержаних результатів.
1. Вперше у фізичній акустиці, на основі переходу звуку, з одного безперервного середовища в інше, що відрізняються хвильовими опорами, розроблені принципи побудови ефективних засобів реєстрації звуків життєдіяльності людини.
2. Вперше дослідженні та класифіковані перешкоди електроакустичних перетворювачів: звукових, вібраційних та електромагнітних полів, запропоновані методи їх зниження.
3. Вперше сформована електрона цифрова база звуків дихання верифікованих здорових і хворих на пневмоконіоз пацієнтів, об’єктивізовані аускультативні ознаки, характерні для визначеного виду захворювання.
4. Одержали подальший розвиток фізичні гіпотези генерації додаткових звуків дихання в дихальної системи хворих на пневмоконіоз.
Достовірність одержаних результатів забезпечується використанням:
1. Відомих перевірених теоретичних методів оцінки електронних, акустичних, і механічних характеристик перетворювачів звуку.
2. Методів фізичних вимірів, з заданою точністю, а також проведенням експериментальних досліджень у контрольованих умовах фізичних полів.
3. Стандартних клінічних методик верифікації функціонального стану дихальної системи людини, звуки дихання яких досліджувалися.
Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:
- результати фізичних досліджень процесів переходу звуків з одного середовища в інше, можуть бути використані при створенні нових високоефективних, спеціальних електроакустичних перетворювачів, призначених для реєстрації звуків життєдіяльності людини;
- розроблені, апробовані та запатентовані високоефективні електроакустичні перетворювачі, які використовуються в фоноспірографічному комп'ютерному комплексі "Кора-03М1" та електронних портативних стетофонендоскопах типу "Ефон-06","Ефон-07";
- сформована електронна цифрова база звуків дихання веріфікованих здорових і хворих людей, може бути використана при розробці нових методів обробки сигналів, об'єктивізації аускультативних ознак пневмоконіоза;
- матеріали дисертації можуть бути використані при розробці нового акустичного, екологічно безпечного, неінвазивного методу моніторингу та діагностики захворювань дихальної системи людини, альтернативного рентгенографічному методу.
Особистий внесок здобувача. Результати, висновки та рекомендації, наведені в дисертації, є наслідком власного вивчення і дослідження автора.
1. На основі фізичних закономірностей переходу звуку з одного середовища в інше, розроблені принципи побудови і запропоновані спеціальні, оригінальні високочутливі електроакустичні перетворювачі для аускультації звуків життєдіяльності людини: контактні мікрофони, контактні гідрофони і малогабаритні легкі акселерометри.
2. Запропонована нова методика фізичного градуювання електроакустичних перетворювачів.
3. Експериментально дослідженні, проаналізовані та класифіковані джерела перешкод різних фізичних полів перетворювачів. Запропоновані рекомендації щодо їх зниження.
4. У клінічних умовах сформована електронна цифрова база звуків дихання веріфікованних пацієнтів, всього 600 звукових образів. За допомогою комп’ютерної обробки звуків дихання, виявлено та об’єктивізовано аускультативні ознаки, характерні для звуків дихання хворих на пневмоконіоз.
5. Запропоновані фізичні гіпотези генерації додаткових звуків дихання у хворих на пневмоконіоз, які підтверджені результатами експериментальних досліджень.
Співавтору та науковому керівникові д. ф. – м. н.В.Т. Грінченко належить постановка розглянутих завдань, ідея проведення досліджень звуків дихання у хворих на пневмоконіоз та обговорення результатів досліджень. Разом з І.В. Вовком були виконані дослідження джерел перешкод пристроїв цифрової аускультації. Класифікація перешкод перетворювачів була виконана при участі В.Н. Олійника. Верифікація пацієнтів була виконана А.В. Басанец.
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень по темі дисертації доповідалися і обговорювалися на:
- Акустичному симпозіумі "КОНСОНАНС - 2005" (ИГМ НАН України, Київ 2005);
- на V-ої міжнародній конференції "Інформаційні технології по охороні здоров'я" (КМАПО ім.П.Л. Шупика МОЗ України, Київ, 2005);
- 5-ом Всесвітньому конгресі по біомеханіці (Німеччина, Мюнхен 2006);
- Акустичному симпозіумі "КОНСОНАНС - 2007" (ИГМ НАН України, Київ 2007).
- на двох наукових семінарах Інституту гідромеханіки НАНУ.
Публікації. Результати дисертаційної роботи викладені у 14 працях, з них 5 опубліковані у рецензованих наукових журналах із переліку фахових видань ВАК України для здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.06 – акустика [2,4,5,11], та 5 тез доповідей наукових конференцій [6-10,12,13], отримано 3 патенти України [1,3,7].