Исследование подвижности барабанной перепонки лазерным автодинным методом у отологически нормальных лиц и при различной патологии уха


В статье представлена оценка состояния структур среднего уха при помощи современных нанотехнологических методов исследования у 182 здоровых лиц и больных с нейросенсорной тугоухостью, отосклерозом, адгезивным отитом, тубоотитом. Впервые получены точные амплитудно-частотные характеристики колебаний структур среднего уха и барабанной перепонки при исследовании в свободном звуковом поле как в норме, так и при различной патологии среднего и внутреннего уха; дана оценка их значения в дифференциальной диагностике заболеваний уха.

Study of mobility eardrum laser autodyne method in otologic normal persons and in various diseases ear

The paper presents an assessment of the state structures of the middle ear by means of modern methods of nanotechnology research in 182 healthy individuals and patients with sensorineural hearing loss, otosclerosis, otitis adhesive, tubootitis. First obtained the exact amplitude-frequency characteristics of vibrations of structures of the middle ear and tympanic membrane in the study in the free sound field, both in normal and in various pathologies of middle and inner ear; assessment of their value in the differential diagnosis of disease ear was done.

Измерение подвижности структур среднего уха одна из актуальных проблем современной оториноларингологии. В широкой клинической практике для решения вопроса о подвижности барабанной перепонки в настоящее время используют осмотр при помощи воронки Зигле, под операционным микроскопом с одновременным проведением пробы Вальсальвы или применяют объективную методику исследования — акустическую импедансометрию. Однако импедансометрия является косвенным методом исследования подвижности структур среднего уха, кроме того, этот метод не дает точных данных о подвижности различных отделов барабанной перепонки у больного. Методы визуального наблюдения за барабанной перепонкой под увеличением при проведении барометрических проб (Вальсальвы, Политцера) носят определенный оттенок субъективизма и не могут точно и однозначно дать оценку подвижности структур среднего уха. Применение этого способа невозможно и при исследовании больных в послеоперационном периоде после хирургических вмешательств, применяемых для улучшения слуховой функции, например, после тимпанопластики. Определенное значение развитие подобных способов измерения подвижности структур среднего уха представляет также в связи с тем, что активно развиваются так называемые импланты среднего уха — слуховые аппараты с использованием прямой стимуляции структур среднего уха.

Таким образом, разрешение этого вопроса имеет большое значение для современной оториноларингологии в связи с тем, что для исследования параметров микромеханики среднего уха в настоящее время известно лишь несколько точных способов измерения столь малых величин. Так, методика использования голографической интерферометрии [1] может дать ответ на поставленные перед исследователем вопросы, но в широкой клинической практике применение этой методики невозможно ввиду размеров и громоздкости установки. В последние годы в ряде работ зарубежных авторов были продемонстрированы основные возможности по измерению подвижности барабанной перепонки и структур среднего уха in vivo путем лазерной допплеровской виброметрии и ее дифференциально-диагностические признаки при кондуктивной тугоухости различного генеза [2, 3]. Обычно используется лазерный допплеровский виброметр, укрепленный на операционном микроскопе. В этих работах также измерена подвижность барабанной перепонки в различных отделах при ее адекватной звуковой стимуляции. Но при применении лазерного допплеровского виброметра оперируют не линейными характеристиками смещения барабанной перепонки, а скоростью перемещения ее различных отделов, что значительно затрудняет интерпретацию полученных результатов.

В настоящее время в связи с созданием лазерных автодинов на квантоворазмерных структурах появилась возможность проводить измерения микро- и нановибраций биологической ткани in vivo, что дает возможность с достаточной точностью провести исследования подвижности структур среднего уха. Автодинный эффект, используемый нами в основе установки для измерения наносмещений, это изменение режима работы лазерного диода при возвращении части излучения обратно в его резонатор. Подобные устройства обладают очень высокой чувствительностью к отраженному сигналу. Путем соответствующей математической обработки по спектру автодинного сигнала определяют амплитуду наноколебаний объекта. Авторами впервые предложена система, состоящая из лазерного автодинного измерителя для определения подвижности барабанной перепонки как в модельных опытах, так и в клинической практике (Патент РФ № 2258462) [4, 5].


Разработанный нами прибор может быть укреплен как на голове обследуемого, так при помощи специального устройства он может быть закреплен и на операционный микроскоп (патент РФ №88537, №95997). В последнем случае прибор дает возможность исследования подвижности барабанной перепонки в нескольких точках. Чувствительность разработанного нами прибора — от единиц нанометров позволяет проводить исследования на пороге слышимости для большинства частот звукового диапазона. В более ранних публикациях нами была доказана возможность использования данного метода измерений для оценки подвижности барабанной перепонки в экспериментах и модельных опытах in vitro и in vivo. Измерения проводились в свободном звуковом поле. Для создания необходимого уровня звукового давления использовался калиброванный по измерителю уровня звукового давления генератор. Калибровка нами производилась по уровню звукового давления (УЗД), создаваемого в наружном слуховом проходе при помощи акустического зонда. Акустические измерения выполнены при помощи аппаратуры фирмы «Bruel & Kjaer».

Для выявления основных закономерностей и результатов, получаемых при исследовании колебаний барабанной перепонки предложенным методом, нами были проведены клинические измерения в группе отологически нормальных лиц (не имеющих существенных изменений на аудиограмме, с отсутствием данных о патологии уха в анамнезе и признанные отологически здоровыми после тщательного клинического обследования), которую составили 50 человек в возрасте от 15 до 75 лет (25 мужчин и 25 женщин). В каждом случае исследование проводилось на обоих ушах, всего обследовано 100 ушей. Исследования подвижности барабанной перепонки и вибрационных свойств интактного среднего уха проводились при помощи лазерной автодинной установки, жестко фиксируемой на голове обследуемого при помощи устройства для крепления приборов. Исследовалась амплитудно-частотная вибрационная характеристика (АЧВХ) барабанной перепонки на частотах 250-4000 Гц с УЗД 30, 55, 75, 85 дБ. Полученные данные приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема работы лазерного автодинного измерителя колебаний барабанной перепонки:

Исследование подвижности барабанной перепонки лазерным автодинным методом у отологически нормальных лиц и при различной патологии уха


1 — барабанная перепонка; 2 — расширительная воронка; 3 — лазерный диод на квантово-размерных структурах; 4 — источник тока лазерного диода; 5 — фотоприемник; 6 — широкополосный усилитель, содержащий фильтр переменного сигнала; 7 — аналого-цифровой преобразователь, 8 — компьютер; 9 — генератор звуковых колебаний; 10 — излучатель звуковых волн

Из приведенного графика можно сделать вывод, что наибольшие колебания барабанная перепонка совершает при стимуляции низкими частотами, резонансные частоты выражены в зоне 800-1250Гц.  При исследовании характера изменения колебаний барабанной перепонки с нарастанием УЗД отмечалось, что амплитуда колебаний нарастает практически линейно на всех частотах, однако с различной скоростью (что отражает различный угол наклона к оси абсцисс полученной зависимости на графиках).

Рисунок 2. Средние АЧХ интактного среднего уха человека при измерениях при различных УЗД частотном диапазоне 250-4000 Гц со стимуляцией в свободном звуковом поле

Исследование подвижности барабанной перепонки лазерным автодинным методом у отологически нормальных лиц и при различной патологии уха

При сравнении АЧВХ в различных возрастных группах (сформировано 3 подгруппы с возрастным интервалом 20 лет) не было обнаружено статистически значимых отличий, что свидетельствует об отсутствии возрастных изменений в микромеханике среднего уха с возрастом у отологически нормальных лиц.

Для установления клинических дифференциально-диагностических критериев патологии среднего и внутреннего уха при использовании для диагностики лазерного автодинного метода нами было проведено исследование нескольких групп больных с различной патологией уха. Всем больным проводилось тщательное аудиологическое и клиническое обследование, а также измерение подвижности барабанной перепонки по оригинальным авторским методикам. Нами проводилось измерение АЧВХ барабанной перепонки при уровнях звукового давления в 75 и 85 дБ, а также исследовалась зависимость нарастания амплитуды смещения колебаний барабанной перепонки от роста уровня звукового давления на частоте 1000 Гц.

 Рисунок 3. Средние АЧХ среднего уха человека в различных группах обследованных с патологией уха, среднего уха человека при измерениях при в частотном диапазоне 250-4000 Гц со стимуляцией в свободном звуковом поле (УЗД = 75 дБ в наружном слуховом проходе):

Исследование подвижности барабанной перепонки лазерным автодинным методом у отологически нормальных лиц и при различной патологии уха

а) отологически нормальные лица (показана граница статистически незначимых отклонений от кривой);

б) сенсоневральная тугоухость;

в) адгезивный средний отит;

г) отосклероз

Подвижность барабанной перепонки предложенным нами методом исследована у 20 больных адгезивным отитом (12 женщин, 8 мужчин). Из них тугоухость I степени отмечена у 8, II степени — у 8, III степени — у 4 обследованных. У больных с адгезивным отитом отмечается выраженное уменьшение смещения барабанной перепонки, регистрируемое во всех случаях. При этом форма кривой на графике АЧВХ смещения барабанной перепонки повторяет форму кривой воздушной проводимости на аудиограмме. Различия амплитуды смещения барабанной перепонки по сравнению с отологически нормальными лицами являются статистически значимыми (рис. 3, в). Кривая нарастания амплитуды колебания барабанной перепонки на частоте 1000 Гц заметно более пологая, чем средняя кривая в группе отологически нормальных лиц.

Нами обследовано 40 больных с нейросенсорной тугоухостью различного генеза (25 женщин, 15 мужчин). Из них тугоухость I степени отмечалась у 10 больных, II — у 25, III степени — у 30 лиц. На основании результатов этих исследований можно сделать вывод о том, что у больных с нейросенсорной тугоухостью не отмечается выраженных изменений колебательной способности барабанной перепонки. В сравнении с результатом, полученным у здоровых лиц, амплитудно-частотная характеристика не выходит за пределы нормы (рис. 3, в). В отличие от больных адгезивным отитом форма кривой на графике АЧВХ смещения барабанной перепонки не адекватна форме кривой воздушной проводимости на аудиограмме.

При отосклерозе (группа больных представлена 12 больными с изменениями на аудиограмме, характерными для кондуктивной тугоухости) не отмечается столь выраженного изменения нарастания амплитуды смещения колебаний и снижения амплитуды колебаний на АЧВХ перепонки, как при адгезивных процессах. В этих случаях кривая АЧВХ не отличается статистически значимо от таковой у здоровых лиц, несмотря на прослеживающуюся тенденцию к некоторому уменьшению амплитуды колебаний на низких частотах (различия в группах статистически значимы только на частотах 250-750 Гц, рис.3, г).

Исследования, проведенные нами у больных с острым гнойным средним неперфоративным отитом (20 человек) показывают, что имеется значительное снижение амплитуды колебания барабанной перепонки в разгар заболевания. При этом снижение амплитуды колебаний происходит практически на всех частотах звукового спектра, больше всего в зоне низких и средних частот. Различия с группой отологически нормальных лиц статистически значимы.

При измерениях у лиц, страдающих хроническим гнойным средним отитом (20 человек), обнаружены довольно значительные изменения в колебательной способности остатков барабанной перепонки, коррелирующие с размером перфорации в барабанной перепонке. Так, при сравнительно небольших перфорациях барабанной перепонки наблюдаются нормальная кривая либо незначительное повышение амплитуды колебаний барабанной перепонки на низких частотах. При наличии значительных перфораций (занимающих 25-30% площади барабанной перепонки) отмечается значительное повышение колебаний остатков барабанной перепонки. В данном случае отсутствует корреляция с данными тональной пороговой аудиометрии. Это можно объяснить тем, что при нарушении анатомической целостности барабанной перепонки амплитуда колебания ее свободных краев значительно увеличивается, наличие кондуктивной тугоухости у данных пациентов в основном определяется в таком случае не столько перфорацией барабанной перепонки, сколько отсутствием градиента давления при действии звуковой волны.

Интерес представляют исследования, выполненные у больных с тубоотитом (евстахеитом). Исследования проводились у 20 больных с выраженной клинической симптоматикой тубоотита — субъективными ощущениями заложенности уха, снижением слуха и шумом в ухе, аутофонией, отрицательными результатами пробы Вальсальвы и продувания по Политцеру, наличием по данным аудиометрии кондуктивной тугоухости с костно-воздушным интервалом не менее 20-25 дБ. При этом были выявлены изменения АЧВХ барабанной перепонки, коррелирующие с выраженностью изменений на аудиограмме и заключающиеся в понижении амплитуды колебаний барабанной перепонки, некотором изменении нарастания амплитуды колебаний барабанной перепонки относительно здоровых лиц.

В данном случае нами также проводилась специальная проба на проходимость слуховой трубы. При подаче зондирующего тона в исследуемое ухо (частотой 1500-2000 Гц) интенсивностью 75-85 дБ и выполнении обследуемым пробы Вальсальвы на графике спектрограммы сигнала автодина, исследуемого в реальном времени, не появлялось резких изменений спектрограммы, свидетельствующих о нарушении гармонического характера колебаний барабанной перепонки (т.е. о проходимости слуховой трубы). При неизменности картины в данном случае (непроходимости слуховой трубы) выполнялась проба Политцера. Выполнение указанных проб при данном исследовании проходимости слуховой трубы дает возможность классифицировать проходимость слуховой трубы на несколько степеней. Предложенный способ запатентован нами как способ объективной регистрации степени проходимости слуховой трубы (Патент РФ № 2388406).

Учитывая изложенное выше, можно сделать вывод о том, что методика лазерного автодинного измерения наносмещений, использованная нами в экспериментах, может быть применима в исследовательской и клинической практике для исследования микромеханики среднего уха, дифференциальной диагностики адгезивных процессов в среднем ухе, точного описания состояния барабанной перепонки и структур среднего уха. Определены основные закономерности колебаний барабанной перепонки у отологически нормальных лиц, исследована зависимость амплитуды смещения барабанной перепонки от возраста. На клиническом примере показана возможность применения метода лазерного автодинного измерения смещения барабанной перепонки для объективного исследования функции слуховой трубы, дифференциальной диагностики патологии уха.

О.В. Мареев, Г.О. Мареев, Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль

Саратовский государственный медицинский университет им В.И. Разумовского

Саратовский государственный университет им Н.Г. Чернышевского

 Мареев Глеб Олегович — кандидат медицинских наук, ассистент кафедры оториноларингологии Саратовского ГМУ

 

Литература:

1. Rosowski J.J. Diagnostic Utility of Laser-Doppler Vibrometry in Conductive Hearing Loss withNormalTympanic Membrane / Mehta R.P., Merchant S.N. // Otol Neurotol. — 2004. — 25 (3). — P. 323-332.

2. Tonndorf J., Khanna S.M. Submicroscopic displacement amplitudes of the tympanic membrane (cat) measured by a laser interferometer // J. Acoust. Soc. Am. — 1968. — Vol. 44. — P. 1546-1554.

3. Voss S.E. Middle-ear function with tympanic-membrane perforations. II. A simple model / Rosowski J.J., Merchant S.N., Peake W.T. // The Journal of the Acoustical Society of America. — 2001. — Volume 110, Issue 3, P. 1445-1452

4. Мареев О.В., Мареев Г.О., Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Результаты использования метода лазерного автодинного измерения смещения барабанной перепонки в дифференциальной диагностике патологии среднего уха // Медицинский альманах. — № 3. —2008 г. — С. 49-51.

5. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Добдин С.Ю. Определение ускорения при микро- и наносмещениях по автодинному сигналу полупроводникового лазера на квантово-размерных структурах // ПЖТФ, 2010. — Том 36. — Выпуск 21.