ZESZYTY NAUKOWE POLI TE CH NI K I Ś LĄSKIEJ Seria: A U T O M A T Y K A z. 93
________ 1989 Nr kol. 969
Ewaryst TKACZ
URZĄDZENIE DO A U D IO ME TR I I PROG O WE J U NI E MOWLĄT
S t r e s z c z e n i e . A r ty k uł d o t y c z y o p i s u konst ru k cj i u rz ąd z e n i a do au- d io me t r i i progowej u niemowląt. Z ap r ezentowano po ds t aw ow e mo ż li wo śc i bada w cz e urządzenia, jak również rozwią za n ia ukła do w e pos zc z eg ól ny c h b l o k ó w fun k cj on al n yc h w c h o d z ą c y c h w jego skład. P r z e ds ta w io no p o n a d to s zc z eg ół ow ą analizą układu p o mi a ru moc y wyjściowej.
Wstąp
D ia gn o st yk a jest tą c z ęś ci ą medycyny, bez której n ie mo żl i we staje sią zastosowanie jak ic hk ol w ie k p r ze ds i ę w z i ą ć leczniczych. N i e po dw aż a ln e wy daje sią być również po ds ta w ow e prawo, że sc ho rz e ni e d o w o ln eg o rodzaju w porą i właściwie zd ia gn o zo wa ne jest w przeważającej wi ęk s zo śc i p rz y pa d k ó w u l e czalne. Pow yż sz e s tw ie rdzenie jest n i e w ą t p l i w i e w y s t a r c z a j ą c y m bodźc e m do działalności w za kresie uz ys ka n ia jak n a j sz yb s ze go p o s tę pu w badaniach d i a gnostycznych. O t wi e ra sią tym s p o so be m pole do d z i a ł a n i a nie tylko d la le
karzy, ale również dla in ży n i e r ó w zajmu j ąc yc h sią t e c h ni ką medyczną. D z i a łalność inżyn ie r sk a w tym z akresie w iąże sią ściśle z postępami e l e k t r o n i ki coraz szerzej w k ra czającej w r óżne d z i e d z i n y życia. S to sowane o d lat w badaniach słuc hu audiometry, dzięk i tym w ł a śn ie postępom, są coraz bardziej unowocześniane, w y p o s a ż a n e w coraz szersze mo żl i w o ś c i badawcze. Istnieje jednak g r up a badaiS a u di o me dy cz n yc h d ot y c z ą c y c h m a ły c h dzieci, w której nie- isożliwe w ydaje sią być zast o so wa ni e k l a s y c z n y c h m et o d badawc zy ch ze w z g lą du na utru d ni en ie w k o mu n ik ac ji p om ię d z y l e k a rz em b a d a j ą c y m a pacjentem. W In
stytucie A p a r a t u r y i A ut m atyki Medycznej pow s ta ł p r o t o ty p u r z ą d z e n i a do audiometrii progowej u niemowląt, które p o z wa la na w y e l i m i n o w a n i e w s p o m n i a nych wyżej trudności.
Możliwości badawcze
W konst ru kc j i u rz ą dz e n i a p r z ew i dz ia no kilka m o ż l i w o ś c i b a d a w c z y c h pole- gających na d ra żn i en iu słuchu p a c je n ta bo dźcami róż ne go rodzaju.
^ one następujące:
drażnienie słuchu t onem c z y st y m o r e g ul ow an y m n a tę że ni u i cz t er ec h s k o k o wo p r z eł ą cz an yc h cz ęstotliwościach: 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz,
- dr a żn ie ni e słuchu sz umem bi ałym o r eg ul o wa ny m natężeniu,
- d ra ż ni en ie słuchu o r eg ulowanym na tę że n iu o d f i l t r o w a n y m z szumu białego za pomocą filtrów o częs to tl i wo śc ia c h środkowych: 1 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz i pasmach pr ze pu s zc za ni a f^ = 100 Hz,
- d ra żn i en ie s łuchu szumem białym o r egulowanym natężeniu o df il t r o w a n y m o k t a wo w o w c zterech oktawach:
440 Hz - 880 Hz, 880 Hz - 1760 Hz, 1760 Hz - 3529 Hz, 3520 Hz - 7040 Hz.
Możliwości badawcze ilustruje schemat blok o wy całe go urząd ze ni a (rys. 1).
Metoda w y ko ny w an ia badarf
Ze w z g l ę du na ws po mn i a n e wcześniej t ru dności w k o m u n ik o wa ni u się lekarza badającego z m ałym p ac j en te m me toda badania polega na obser wa cj i bądź reje
stracji reakcji pacjenta na d z i a ł a j ą c y nad bodziec p od ra ż n i a j ą c y słuch. Ba
d anie polega na realizacji kilku cykli pomiarowych, w których za każd y m ra
zem, w zależności od potrzeb, w y b ra ny zostaje inny rodzaj bodźca. Pacjenta ułożyć należy na specj al ny m r uchomym stol i ku pomiarowym. Wł ąc ze n ie urządze
nia powoduje rozpoczęcie od mi e r z a n i a czasu, jaki upłynie do rozpo cz ę ci a ba
dania. Czas ten prz ez n ac zo ny jest na u s pokojenie pa c je nt a tak, aby stolik po m iarowy nie poruszał się. Z c hw il ą u pł yn i ę c i a tego czasu, rozpo c zy na się cykl po mi a ro wy p ol eg aj ą cy na:
- wł ąc ze n iu się r ej e stratora re j es tr uj ą ce go zmian y po ło żenia stolika pomia
rowego,
- w łą czenie się p rzesuwu t aśmy rejestracyjnej,
- w ł ą c ze n ie się w y b r a ne go wcześniej bodźca o r e g u l o w a n y m na t ęż en iu i nasta
w i o n ym czasie trwania,
- w y łą cz e n i u się bodźca, prz e su wu taśmy i r ej e stratora w odwrotnej kolejno
ści ,
- w y s ta rt o wa ni u k ol ejnego o dm ie r z a n i a czasu p rz ez n ac zo ne g o na zmianę rodza
ju bodźca, jego na tę żenia lub czasu trwania oraz us po k o j e n i a pacjenta, tak aby stolik p om ia r ow y nie por u sz ał się.
Cykl pomiarowy m oż n a prze d st aw ić na w y k r es ie c z a so w ym (rys. 2). Całością pracy urządzenia zarząda układ stero w an ia (rys. 8).
Budowa urządzenia
W skład u rządzenia wchodzą:
- audioraetr,
- st olik pomia.owy z f otooptycznym c z u j n i k i e m położenia, - rejestrator.
Rys. 1. Schemat blokowy urządzenia Fig. 1. Diagram of the devic e
roOJ
Urządzeniedoautiometriiprogoweju niemowląt
zeg
rej
♦ t taśma*
B t
♦ t
♦-t
Rys. 2. Wykres czaso wy cyklu pracy Fig. 2. Time d i ag ra m of the w o r k i n g cycle
Czujnik położenia zamoco w an y został w jednej z nó ż ek stol ik a pomiarowego wykonującego ruchy w czasie d ra żn ie n ia słuchu p a c j en t a w y b r a n y m bodźcem. Do rejestracji zmian po ło żenia stolika p o miarowego p r zy st o s o w a n y został j edno
kanałowy rejestrator EKG typu E-10. Szerszego o m ó w i e n i a w y m a g a konstrukcja samego audiometru. Sk ła d aj ą sie narf następ uj ą ce po dz es p o ł y funkcjonalne:
- zasilacz,
- zespół gener at o ró w tonu (rys. 3), - generator szumu białego (rys. 4), - zespół przełączników,
- zespół .filtrów aktywnych w ą s k op as m ow yc h (rys. 5), - zespół filtrów o kt aw o wy ch (rys. 6),
- wzmacniacz mocy,
- układ pomiaru mo c y wyjściowej (rys. 7) , - układ sterowania (rys. 8).
1. Zespół gene r at or ów tonu
Ze wzg lę d u na konieczność uz ys k an ia cz te re ch s ta bi l ny ch często tl iw oś c i badawczych oraz wyelimi n ow an ie m o żl iw oś c i w z b u d z a n i a sie zdecydowano sie na realizacje cyfrową prz eb ie g u pr os t ok ąt ne g o o w y p e ł n i e n i u 1/2 i z ał oż o
nych częstotliwościach, a n as t ępnie o d f i lt r ow an ie pierwszej harmonicznej tego przebiegu za p o m oc ą filtrów aktywnych w ąs ko p asmowych. Pozwala to na uzyskanie czystych tonów si nu soidalnych o c z ę s t o t l i w oś ci ac h 1 k H z , 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz, (rys. 3).
Urządzenie do a u d i o m e t n i progowej u niemowląt 23 J
Rys. 3. Zespół g en er a t o r ó w tonu Fig. 3. Sound gen e ra to r complex
2. Gen e ra to r szumu białego
W skład g e ne ra t o r a szumu białego wchodzą:
- źródło szumu, - p r z e d w z m a c n i a c z , - w z m a c n i a c z .
Źródłem szumu w gener a to rz e jest d io da Zenera p r ac ująca w tak dobranym punkcie pracy (w pobl i żu k ol an a na ch ar a kt er ys t yc e I = f(U)), aby do m i n i mum wy el i m i n o w a ć szumy śrutowe oraz szumy m ał oc z ęs to t l i w o ś c i o w e typu i/f.
Przedw zm ac n ia cz i w z ma c ni ac z zbudowano na s pe cj a ln ie s el ekcjonowanych niskoszumnych tran zy st o ra ch (rys. 4).
3. Zespół filtrów akt y wn yc h w ąs ko p a s m o w y c h
Zastosowano p rz e ł ą c z a n y filtr aktywny z p od wójnym sprz ę że ni em zwrotnym (rys. 5) o następującej transm i sj i operatorowej:
U Uw e (s) 2 1 R 1 + R2
R 1C (s * ł R
Przyjęto wz mo cn i e n i e k y = 2, p asmo p rz ep u sz cz an i a f = 100 Hz oraz cztery częstotliwości ś rodkowe f , = 1 k K z , 2 k H z , 3 k H z , 4 kHz.
oi
Rys. 4a. Przedwzmacniacz ze irddta szuiau Fig. 4a. P r e a mp li fi e r w i t h the n oise source
Fig. 4b, -4nplifier o f the n o i se g en er a t o r
Urządzenie do a u diometrii progowej u niemowląt 235
Rys. 5. Zespół filtrów a kt ywnych w ąs ko p a s m o w y c h Fig. 5. N arrow b andwith active filters
4. Zespół filtrów ok ta w o w y c h
Zespół filt ró w o k t a w o w y c h z b ud owano na p od stawie czt er ob ie g un ow eg o fi l tru C z eb y sz ew a (rys. 6) sk ła dającego się z sekcji do l no przepustowej i gór- n o p r z e p u s t o w e j . Jest to, z d an ie m autora, najbardziej o dp ow i e d n i a k on fi gu r a
cja ze w z g l ę d u na p o t r ze bę uz ys kania w y s o c e st romych ch ar ak t er ys ty k w zało
żonych p a s m a c h oktawowych. W z or y d o ob l ic z a n i a e le m en tó w biernych tego typu filtrów są szeroko o p i s a n e w literaturze, -np. [^3],
Rys. 6. Zespół filtrów o kt aw o wy ch Fig. 5. O c t av e filters
5 . Wzmacniacz mocy
Uwzględniając po tr z eb ę zawartości i mało ga b ar yt ow c śc i konstrukcji, w z m a c niacz mocy zbudowano przy wy ko r z y s t a n i u g otowego rozwi ąz a ni a kat al og o we go dla w z m ac ni a cz a s ca l onego typu GML-026, który w pełni spełnia z ałożone w y magania.
6. Ukiad pomiaru mocy wyjściowej
P rz eprowadzono w n i k l i w ą analizę d o t y cz ąc ą sp os ob ów pomi a ru moc y a k u s ty cz nej em itowanego bodźca. Pomiar taki jest funkcją bardzo wi el u czynników, m iedzy innymi funkcją w ła sności a k us tycznych pomieszczenia, w którym w y k o n y wa n e byłyby badania. Zaś prob le m budowy o dp ow iedniej jakości s on om e tr u jest p ro blemem samym w sobie w y kr aczającym, zdani em autora, poza ramy niniejszej konstrukcji. Z tego p owodu z de cy d ow an o sie na w y p o s a ż e n i e au d io me tr u w układ pomiaru elektrycznej mo cy emitowanej z o d c z y t e m na m i e r ni ku w s k a z ó w k o w y m w ys ka l o w a n y m w decybelach.
Schemat blokowy układu pomi ar u mo c y wyjściowej p r z e ds ta wi o no na rys. 7.
Rys. 7. Schemat ukła du pomi ar u m o c y wyjściowej Fig. 7. A syst em of m ea su re m en t for o utput power
W skład układu wchodzą:
- układ uśredniający, - układ l o g a r y t m u j ą c y ,
- m i e r ni k w y c h y ło wy m a g n e t o e l e k t r y c z n y . Słuszne są n as tępujące wzory:
Uj = -k ln U, A (1)
U, = (2)
(3)
O znaczmy przez:
i “ - w y c h y l e n i e mie rn ik a o zakresie 60 działek
V ' 00 ,.¡1
«2
3m ' R~ ( ’
U rządzenie do audiometrii progowej u n i emowląt 237
gdzie:
- prąd powoduj ą cy ma k sy ma ln e w yc hy l e n i e miernika.
I - prąd płynący przez ustrój miernika.
z
Łącząc w z or y (1) do (5) otrzymujemy:
= k ln A « p u ^ (61
Z
Przyjęto m a k s y m a l n ą moc em it ow a ną P = 10 W przy o po rn oś c i biernej aloś- ma x
nika R = •lił.
9 S t ą d :
U~ =Y
R P g max = 6,3 V 17)U 1 = U ~
&
= 4 , 0 3 ( 6 )Łącząc w z o r y (7) i (8) o . :
fi = 2,5
Załóżmy, ze:
U . = 10 V = U = 6,3 V - P = 10 W/lfl i
~ max
Załóżmy ponadto d la w y g o d y skalowania, że:
— = 1000 = 60 dli ( 1 v
ir.in
Wtedy jeśli:
U 1max * ,0 V » "¡min * 10 mV
Niech również:
U 1min = 1° m V = r = 0
°1max = 10 v ~ f = 60 d z ia łe k mie rn ik a
oraz
U 2 = -10 V dla U 1 = 10 V
U 2 = 0 V dla U 1 = 10 raV
Wtedy ze'wzoru (1) otrzymamy:
-10 V = -k ln 10 A
0 V = -k ln 10-2 A
Rys. 8. Układ u ś r e dn ia ją c y (a) i logarytmujący (b) Fig. 8. Ave ra g in g (a) and logarithmic (b) systems
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
Wy
Urządzenie do audi o me tr ii progowej u n ie mowląt 239
Z o s t a tn i ch d wó ch równ ań otrzymamy:
A = 100 (18)
k = 1 ,45 (19)
W artości te u m o ż li wi aj ą wy zn ac z e n i e el em en tó w bie rn y ch układu, którego schemat ideowy p r ze ds t a w i o n o na rys. 8.
7. Układ sterowania
U kład s te ro w an ia (rys. 9) z a r z ąd za j ąc y cało śc ią p r a c y audiom et r u z b u d o w an y został w post a ci cy fr ow eg o aut om a tu sekwencyjnego. Pełni on n a s t ę p u j ą ce funkcje:
- p omiar i w y św i et la ni e czasu, jaki pozo s ta ł do w ł ą c ze ni a bodźca, - wł ą cz an ie i wyłączanie:
- rejestratora,
- p r z es uw u taśmy rejestracyjnej,
- b o dź c a d ź wi ę ko we go o r eg u lo w a n y m czasie trwania.
Prze wi d zi an o 3 0 -m in ut o wy czas pomi ęd zy b odźcami d ź wi ę ko wy mi z mo ż li w o ś c i ą s kr ócenia go poprzez ręczne wy zw ol e ni e cyklu w przypadku, kiedy uda się wcześniej w y e li mi no w ać r uc hy stolika pomiarowego.
Uwagi końcowe
P r z e d s t a w i o n a ko n st r u k c j a ma do śó znaczne mo ż li wo śc i badawcze, p o z w a l a jące na s to s un ko wo p re cy z yj ne us ta le n ie progu sł y szalności dziecka. Zaletą jej jest n i e wą t pl iw ie w yk or z y s t a n i e do bu dowy w y ł ą cz ni e ele m en tó w i p o d z e społów k r a j o w y c h lub do s tę p n y c h w kraju. Ni em oż l iw e jest, niestety, u d o s t ę p nienie w y n i k ó w b ad ań p o n ie w aż p r o t ot yp poz a niezb ęd n ym i testami u r u c h o m i e niowymi, nie był d ot yc hc z as nigdz ie w y k o r z y s t y w a n y do badań d i a g n os ty cz n yc h progu słys za ln o śc i u niemowląt.
L IT ER A T U R A
Fil J. Pieńkos, J. Turczyński: U k łady scalo ne T T Ł w sys te ma c h cyfrowych, WKŁ, War sz a wa 1980.
[2] M. Nadachowski, Z. Kulka: An a lo go we uk łady scalone, WKŁ, Wars za w a 1979.
£3] P.H. Garrett: U k łady a n al ogowe w s y s t em ac h cyfrowych, WNT, W arszawa 1981 .
Rys. 9. Schemat ideowy układu sterowania Fig. 9. Concept scheme of the control system
acz
Urządzenie do a ud iometrii progowej u ni emowląt 2*11
[4J Prdba z a s to so w an ia pasm o kt a wo w y c h szumu piaiego do badań słuchu d z i e ci (nie p u b l i k o w a n a ) .
Wpłynęło do Redakcji 24.10.85
ycTPOiûTBO «jih noporodo.i
a j o w o k j s ïp k îi h o j c p o*Ci(Eh b u xP e 3 » m e
IlpeAnaraeMaa c iatba onucMBaei KOHCipyKi(Hio ycipoitcTBa ajih noporoBort ay- AHOMelpMH HOBOpOXJieHHHX.
ripe^cTaBjieHw ocHoBHue HccjienoBaTejitcxHe b o smohhocth ycipoiiciaa, a Taitse cxeMHtie pem eH Ha KOHc xp yK U HH OTnejitHtoc cocxaBHiix ÿ y H i W H O H a x h H U x Cxokob.
.HonojiHHiejiBHO np e AC i a B n e B ucmpodKuiS aHajiK3 ynpoqeaHofi cxeMbi xyxh naiiepémut BUXOAHOii MoqHOCÏH.
A D EV IC E F O R A U D I 0 M 2 T R I C RES EA R CH FOR SUCKLINGS
S u m m a r y
Paper refers to the co n st r u c t i o n of a devic e for au d iometric research of sucklings.
The ba s ic p ar am e te rs and r esearch p o s si b il it ie s are presented. E l e c t r o nic ci rc u it s for pa r ti c u l a r functional b lo ck are also presented.
Paper con ta i ns a d e t a i le d d e s c r i p t i o n of o ut pu t power m e as ur e m e n t s y stem.
