Licenţă Audiometru [302980]

REZUMAT

Proiectul de diplomă ales își propune să aducă îmbunătățiri în dezvoltarea sistemelor de investigare a [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat]. Acest audiometru s-a realizat prin utilizarea plăcii de dezvoltare Wemos LoLin32, ce funcționează cu un microcontroller.

[anonimizat], afișarea informațiilor (afișare pe ecran), [anonimizat], cu ajutorul unui cablu USB.

[anonimizat] (PC, laptop, smartphone, Iphone), prin intermediul conexiunii wireless sau prin bluetooth.

[anonimizat]-o [anonimizat] ([anonimizat]). De asemenea un alt avantaj oferit ar fii posibilitatea atașării unui buton de răspuns cu conexiune wireless.

[anonimizat], by achieving a [anonimizat].

The audiometer is a device used in audiology to measure the degree of hearing loss and the causes of its occurrence. This audiometer was made using the Wemos LoLin32 [anonimizat] a microcontroller.

[anonimizat] a [anonimizat] (displaying on the screen), [anonimizat] a computer, using a USB cable.

[anonimizat], such as data transmission on the chosen device (PC, laptop, smartphone, Iphone), using wireless or bluetooth connectivity.

[anonimizat] a [anonimizat] (automatic, vocal testing). Also, another advantage would be the ability to attach a wireless connection button.

1. INTRODUCERE

Auzul este capacitatea de a percepe sunetele prin detectarea vibrațiilor cu ajutorul urechii. [anonimizat] 20 Hz și 20.000 Hz, acest lucru fiind cunoscut sub numele de domeniu audio. [anonimizat]. [anonimizat], elefanți, girafe, delfini și balene folosesc infrasunetele pentru a comunica. [1]

[anonimizat] înțelegerea pierderii auzului. Ascultarea este ceva ce faceți conștient, este actul interpretării și înțelegerii sunetului pe care l-ați auzit.

Se estimează că 10% din populație are o pierdere de auz suficientă pentru a afecta comunicarea. Este probabil ca mai mult decât 10% să aibă o pierdere ușoară care nu este încă vizibilă sau suficient de gravă pentru a le provoca îngrijorare. [1]

Pentru detectarea și măsurarea gradul de pierdere a auzului se pot realiza o serie de analize cu ajutorul unor dispozitive specializate din domeniul audiologiei. Unul dintre aceste aparate folosit pentru realizarea acestor analize este audiometrul.

Acesta funcționează pe principiul rulării unor tonuri ce variază ca frecvență și intenitate prin intermediul unor căști. Pacientul este instruit să ridice mâna sau sa apese pe un buton de fiecare dată cand sesizează un ton. Pe baza rezultatelor se va completa o audiograma prin realizarea unui grafic.

Tema aleasă pentru proiectul de diploma constă în proiectarea, realizarea și testarea unui audiometru portabil. Audiometrul este un aparat folosit pentru detectarea și măsurarea nivelului de hipoacuzie. Proiectul vizează dezvoltarea unui audiometru portabil și capabil sa realizeze o comunicare cu orice sistem smartphone.

Lucrarea este structurată in 7 capitole mari, care la rândul lor sunt împărțite în subcapitole. Primul capitol cuprinde introducerea unde sunt prezentate noțiuni generale legate de sunet, audiologie, audiometrie, dar sunt prezentate atât obiectivele proiectului cât și motivul abordării acestei temei.

Al doilea și al treilea capitol cuprind noțiuni teoretice legate de anatomia aparatul auditiv, fiziologia sistemului auditiv și patologia aparatului auditiv, toate acestea fiind prezentate și cu ajutorul imaginilor pentru a realiza o descriere cât mai amplă.

Al patrulea capitol este destinat proiectării audiometrului unde găsim informații despre structura, schema electrică, descrierea componentelor, informații despre pașii parcurși pentru realizarea audiometrului portabil și modul de funcționare .

Capitolul cinci cuprinde informații despre realizarea unui test, dar si modul de utilizare. Tot aici aflăm despre modul în care interpretăm rezultatele.

În capitolul șase sunt prezentate eventuale direcții viitoare, iar capitolul șapte cuprinde referințe bibliografice folosite pentru realizare acestei lucrări.

1.1. SUNETUL

Este aproape imposibil să vă imaginați o lume fără sunet. Este primul lucru pe care îl experimentăm atunci când ne trezim dimineața, când alarma de la ceas sună, sau sunetul poate fi ultimul lucru pe care îl auzim și noaptea când ascultăm bătăile inimii și trecem treptat în lumea somnului. [2]

Ce este sunetul? Sunetul este energia pe care o produc lucrurile când vibrează. Dacă bateți un premier (toba mică), faceți membrana întinsă să vibreze la o viteză foarte mare (este atât de rapid încât nu o puteți vedea de obicei), forțând aerul din jur să vibreze și el. Pe măsură ce se deplasează aerul, acesta transportă energia din premier în toate direcțiile. În cele din urmă, chiar și aerul din urechi începe să vibreze și atunci începem să percepem sunetul premierului. [2]

În fizică, sunetul este o vibrație care se propagă de obicei ca un val de presiune sonor, printr-un mediu de transmisie, cum ar fi un gaz, lichid sau solid. [3]

Sunetul este transmis prin gaze, plasmă și lichide ca unde longitudinale, numite și unde de compresie. Prin solide, acesta poate fi transmis atât ca unde longitudinale, cât și ca unde transversale. [3]

În fiziologia și psihologia umană, sunetul este recepția unor astfel de unde și percepția lor de către creier. Oamenii pot auzi undele sonore doar atunci când frecvența se situează între aproximativ 20 Hz și 20 kHz. Sunetele peste 20 kHz se numesc ultrasunete și nu sunt perceptibile de oameni. Undele sonore mai mici de 20 Hz sunt cunoscute sub denumirea de infrasunete și tot la fel nu sunt perceptibile. [3]

Sunetul prezintă 6 caracteristici, dintre care cele mai importante sunt:

Frecventa sau pitch-ul, aceasta reprezintă frecvența fundamentală și se măsoară în Hertz (Hz), unitate de măsură care ilustrează numărul de cicluri sau undele produse într-o secundă.

Amplitudinea sau intesintatea, aceasta reprezintă puterea sunetului, adică modul in care percepem un sunet: mai slab sau mai tare. Ea se măsoară in decibeli (dB).

Timbrul, reprezintă spectrul armonic realizat din sunetele mai inalte decât fundamentala, numite si armonici.

Știința care se ocupă de studiul: undelor mecanice, vibrațiilor, sunetelor, infrasunetelor și ultrasunetelor, cât și de interpretarea efectelor acestor vibrații asupra organismului uman se numește acustică.

Cel mai simplu tip de undă sonoră este unda sinusoidală. Undele sinusoidale pure rareori există în natură, dar ele sunt utile deoarece toate celelalte sunete pot fi împărțite în combinații de unde sinusoidale. [4]

Fig.1.1.

Urechile umane sunt remarcabil de sensibile la vibrațiile din aer. Pragul de auz uman este de aproximativ 20 micropascal (μP), care este o cantitate extrem de mică de presiune atmosferică. La cealaltă extremă, cel mai puternic sunet pe care o persoană îl poate rezista fără durere sau afectare a urechii este de aproximativ 200.000.000 μP. [4]

1.2. PERCEPȚIA AUDITIVĂ

Auzul sau percepția auditivă reprezintă abilitatea de a percepe sunetele prin detectarea vibrațiilor și a modificărilor de presiune din mediului înconjurător în timp, printr-un organ cum ar fi urechea. [5] Astfel vibrațiile din mediul inconjurător sunt receptate de urechea și tranformate in impulsuri nervoase, care ajung la creier si sunt decodificate, rezultând senzația de auz.

Auzul servește o serie de funcții precum: permite comunicarea prin vorbire, avertizează despre evenimente potențial periculoase care apar în afara câmpului vizual și servește o funcție estetică, precum aprecierea muzicii sau a naturii.

Pierderea auzului este atunci când abilitatea dumneavoastră de a auzi este redusă, ea este cunoscută și sub denumirea de tulbulare a auzului sau surzire. Impactul mai larg al pierderii auzului poate fi, prin urmare, profund, cu consecințe asupra bunăstării sociale, funcționale și psihice a persoanei. [6]

1.3. AUDIOLOGIA. AUDIOMETRIA

Audiologia este domeniul și ramura medicinii care care studiază auzul, echilibrul și condițiile patologice care le pot afecta. Ca profesie de asistență medicală, audiologia se referă la toate vârstele, de la copii la vârstnici și la evaluarea, managementul și reabilitarea terapeutică a celor cu probleme de auz, problemele cu echilibru sau cei care suferă de tinitus. [7]

Principalele funcții ale unui audiolog sunt de a ajuta persoanele afectate de pierderea auzului să depășească barierele pe care le-ar putea întâmpina.

Industria modernă de audiologie datează la sfârșitul celui de-al doilea război mondial, când pierderea auzului legate de lupte a fost larg răspândită. Traumele acustice de la artileria de mare intensitate și zgomotul armelor de foc au fost cauze comune ale pierderii auzului. [10]

În anii de după cel de-al doilea război mondial, au fost deschise centre de reabilitare auditivă în întreaga țară, având misiunea de a conserva auzul, diagnosticarea și reabilitarea pierderii auzului și de a oferi servicii de plasare educațională și profesională pentru persoanele cu deficiențe auditive. Serviciul banner furnizat de aceste clinici a fost o audiogramă produsă de un dispozitiv cunoscut ca un audiometru, care rămâne în uz până în prezent. [10]

Fig.1.2.

Audiometria este o ramură a audiologiei și reprezintă știința măsurării acuității auditive pentru variațiile intensității, pitch-ului și pentru puritatea tonală, implicând praguri și frecvențe diferite.

În mod tipic, testele audiometrice determină nivelul auditiv al subiectului cu ajutorul unui audiometru, dar poate de asemenea să măsoare capacitatea de a discerne intensitățile sonore diferite, de a recunoaște pitch-ul sau de a distinge vorbirea de zgomotul de fundal. De asemenea, pot fi măsurate reflexele acustice și emisiile otoacoustice. Rezultatele testelor audiometrice sunt folosite pentru a diagnostica pierderea auzului sau a bolilor urechii și de multe ori fac uz de o audiogramă. [8]

Un test de recunoaștere a cuvintelor (numit și test de discriminare la vorbire) evaluează capacitatea unei persoane de a înțelege vorbirea din zgomotul de fond. În cazul în care discriminarea voastră de vorbire este slabă, vorbirea poate părea greșită. Rezultatele recunoașterii scrise pot fi utile în estimarea utilității unui aparat auditiv. [9]

Un test de timpanometrie detectează probleme cum ar fi acumularea de lichid / ceară, timpanul perforat, deteriorarea osului oscicular sau tumori în urechea medie. Testarea reflexului acustic evaluează nervii cranieni și trunchiul cerebral. [9]

Un test de audiometrie cu ton pur măsoară cel mai mic sau cel mai puțin audibil sunet pe care o persoană îl poate auzi. În timpul testului, veți purta căști și veți auzi o serie de sunete direcționate simultan la o ureche. Luminozitatea sunetului este măsurată în decibeli (dB). O șoaptă este de aproximativ 20 dB, muzica puternică variază între 80-120 dB și un motor cu reacție este de aproximativ 180 dB. Tonul sunetului este măsurat în frecvențe (Hz). Tonurile joase de bas variază între 50-60 Hz, iar tonurile înalte variază între 10.000 Hz și peste. Intervalul normal de audiere este de 125-8000 Hz la un interval cuprins intre -10 dB și 120 dB. [9]

Pierderea auzului este deseori descrisă după cum urmează:

Normal = mai puțin de 25 db HL
Ușoară = 25-40 db HL
Moderat = 41-65 dB HL
Severe = 66-90 db HL
Profound = mai mult de 90 db HL

Testele de audiometrie se efectuează într-o încăpere silențioasă. Căștile vor fi așezate pe cap. Vi se va cere să stați liniștiți și să nu vorbiți. Căștile sunt conectate la un audiometru care va transmite tonurile și diferite sunete de vorbire la urechi, fiecare ureche este testată separat. Audiologul vă va cere să ridicați mâna să apăsați un buton când auziți un sunet. [9]

Fig.1.3.

Audiologul va înregistra fiecare ton la cel mai mic volum posibil pe care pacientul l-a auzit. Înainte sau după testul general de audiometrie, furcile de tuning sunt de asemenea utilizate pentru efectuarea testelor Rinne și Weber. Fiecare test evaluează potențialul pentru diferite tipuri de pierdere a auzului. [9]

1.4. STADIUL ACTUAL PRIVIND AUDIOMETRIA

1.4.1 Istoria audiometrelor

Puțin cunoscut, Alexander Graham Bell este în general creditat cu invenția audiometrului. [10]

Chiar mai puțin cunoscut este omul care a dezvoltat prima versiune "modernă" a audiometrului în 1899 – Carl E. Seashore. Seashore a intenționat dispozitivul pentru a măsura "intensitatea auzului", iar versiunea sa a constituit baza pentru dispozitivele comercializate de o companie numită Western Electric. [10]

Până în anii 1920, progresele tehnologice au condus la sisteme mai moderne capabile să producă "sunete pure" prin circulația aerului. Audiogramele (diagrame care ilustrează pragurile de auz la frecvențe sonore date) au început să apară în reviste medicale în această perioadă de timp și au fost standardizate treptat. În epoca postbelică din al doilea război mondial, audiometrele automate au imprimat diagrame standardizate fără a fi nevoie de transcriere manuală de către administrator. [10]

Fig.1.4.

1.4.2 Sisteme existente pe piață

Există două tipuri principale de audiometre folosite astăzi. Există audiometre obiective și subiective. Audiometrele obiective nu necesită nici o "muncă" de la persoana care este testată, în timp ce audiometrele subiective necesită ca pacientul să fie atent, treaz și capabil să răspundă la stimulii de testare.

Audiometre obiective:
(1) OAE-Emisiile Otoacoustice sunt de obicei folosite pentru a testa copiii;

Fig.1.5.

(2) ABR – Auditory Brainstem Response se uită la calea din creier care duce din nucleul cohleei in tot cortexul auditiv, pentru răspunsuri;
Fig.1.6.

(3) Testarea Impedanță / Reflex, verifică mișcarea tamburului urechii și reflexele auditive din urechea medie

Fig.1.7.

Audiometrele subiective – răspunsurile comportamentale necesare, pacientul trebuie să fie treaz și alert.
(1) Tip I – Complet echipat cu capabilități pentru tonuri pure, conducere osoasă, teste de mascare și vorbire, difuzoare puternice pentru testarea câmpului de sunet
(2) Tip II – Audiometru complet, dar fără difuzoare puternice
(3) Tip III – Audiometru portabil, dar fără capabilități de testare a vorbirii
(4) Tipul IV – Tipul 4 este un audiometru de screening, are capabilitățile de testare a tonurilor pure, uneori există un număr limitat de tonuri și intensități pe ecranul audiometrului.

1.4.3. Motivația abordării temei

Am ales această temă în cadrul proiectului de diplomă în primul rând, deoarece audiologia este un domeniu destul de vast care se schimbă și evoluează permanent și necesită o doză de viziune. Posibilitatea de a contribui la dezvoltarea si inovarea sistemelor deja existente pe piață utilizate în investigații sau a aparatelor utilizate in partea de recuperare sau protezare auditivă este foarte mare.

În al doilea rand, audiometrul este un instrument valoros pentru determinarea cantitativă a gradului de pierdere a auzului unei persoane, iar audiometria cu ton pur este o metodă populară datorită simplității și ușurinței cu care se poate identifica tipul de tulburare din forma audiogramei.

În al treilea rând, datorită telemedicinii care în ultimele decenii a devenit unul dintre cele mai importante modele de furnizare a serviciilor în domeniul asistenței medicale. Telemedicina reprezintă transferarea informațiilor medicale prin intermediul mass-media (internet, videoconferință,conferință telefonică,etc.) în scopul evaluării, diagnosticării și tratării pacienților. [13]

1.4.4. Obiective ale proiectului

Proiectul iși propune să aducă îmbunătățiri în ceea ce privește telecomunicația audiometrelor portabile, astfel obiectivul principal ar fi dezvoltarea unui audiometru portabil, capabil să comunice cu orice dispozitiv smartphone sau calculator prin intermediul sistemului Bluetooth sau Wireless.

Functiile de bază ale sistemului realizat permit: emiterea sunetelor la diferite frecvențe și intensități, recepționarea feedback-ului de la pacient, afișarea infomațiilor (afișare pe ecran, salvate ca fișier sau format tipărit, tabelar sau sub forma de grafic, etc.), trimiterea datelor la dispozitivul smartphone sau calculator, posibilitatea de a realiza testarea manuală. [12]

Direcțiile viitoare de cercetare vizează: diversificarea metodelor de testare (de exemplu testul Bekesy), posibilitatea salvării înregistrărilor, analiza rezultatelor testelor și integrarea lor într-o bază de date cu pacienți și gestionarea unui istoric al investigațiilor în vederea urmăririi stării pacientului, realizarea software-ului pentru dispozitive cu alte sisteme de operare (de exemplu IOS), o comunicație wireless completă (între operator-sistem-subiect), integrarea unei tastaturi și a opțiunii unei imprimante portabile.

2. APARATUL AUDITIV

Urechea este organul de simț situat bilateral pe craniul uman, la același nivel cu nasul și oferă două funcții principale auzul și echilibrul. Se compune dintr-o cavitate din structura craniului căptușită cu țesuturi moi, care cuprinde trei spații distincte umplute cu aer sau lichid, aceste spații distincte găzduiesc mecanisme de transmisie a sunetului și aparate senzoriale. [14]

Analizatorul acustico-vestibular are trei părți distincte: urechea externă, urechea medie și urechea internă sau labirintul, care include cohleea, dedicată auzului și sistemul vestibular format din vestibul și canalele semicirculare, care este dedicat echilibrului. Cochlea și vestibulul sunt originea nervilor auditivi și vestibulari. [14]

Fig.2.1.

2.1. ANATOMIA APARATULUI AUDITIV

2.1.1. Urechea externă

Urechea exterioară acționează ca o pâlnie pentru a conduce vibrațiile de aer până la timpan. De asemenea, are funcția de localizare a sunetului. Localizarea sunetului pentru sunetele care se apropie de urechea stânga sau de urechea dreapta este determinată în două moduri. În primul rând, undele sonore ajung la urechea mai aproape de sunet puțin mai devreme decât ajung la cealaltă ureche. În al doilea rând, sunetul este mai puțin intens atunci când ajunge la a doua ureche, deoarece capul acționează ca o barieră sonoră, perturbând parțial răspândirea undelor sonore. [15]

Toate aceste indici sunt integrate de către creier pentru a determina locația sursei de sunet. Este, prin urmare, dificil să localizați sunetul cu o singură ureche. Urechea exterioară constă din pinna și canalul urechii.

Pavilionul cartilaginos este o clapetă proeminentă acoperită cu piele situată pe partea laterală a capului și este partea vizibilă a urechii în exterior. Este modelat și susținut de cartilaj, cu excepția lobului urechii, aceasta fiind este singura zonă a urechii externe care nu conține cartilaje. [15]

Colectează undele sonore și le canalizează pe canalul extern al urechii, prin modele formate pe pinna, cunoscute sub numele de spițe și cavități. Forma sa protejează parțial undă sonoră care se apropie de ureche din spate, permițând astfel unei persoane să afle dacă un sunet vine direct din față sau din spate. [15]

Fig.2.2.

Canalul urechii este de aproximativ 3 cm lungime la adulți și ușor în formă de S. Este susținută de cartilaj la deschiderea sa și de os pe toată lungimea sa. [15]

Pielea conturează canalul și conține glande care produc secreții care se amestecă cu celulele moarte ale pielii pentru a produce cerumen (ceară de urechi). Cerumen, împreună cu firele fine care protejează intrarea în canalul urechii, ajută la împiedicarea particulelor din aer să ajungă în porțiunile interioare ale canalului urechii, unde s-ar putea acumula sau ar putea leza timpanul și interfera cu auzul. Cerumen se usucă de obicei și cade din canal. Cu toate acestea, uneori poate deveni un obstacol și poate întrerupe audierea. [15]

2.1.2. Urechea medie

Urechea medie se află între urechea externă și cea interioară. Este separată de canalul auditiv extern al urechii externe, prin membrana timpanică (timpanul). Urechea medie are rolul de a transfera vibrațiile timpanului la fluidul urechii interne. Acest transfer de vibrații sonore este posibil printr-un lanț de oase mici mobile, numite ossicles, care se extind peste urechea mijlocie, și mușchii lor mici corespunzători. [15]

Membrana timpanică este cunoscută în mod obișnuit ca timpanul și separă canalul auditiv extern de urechea medie. Este de aproximativ 1 cm în diametru și ușor concav (curbată spre interior) pe suprafața sa exterioară. Vibrează liber ca răspuns la sunet. [15]

Membrana este foarte inervată, făcând-o foarte sensibilă la durere. Pentru ca membrana să se miște liber când aerul o lovește, presiunea aerului de repaus pe ambele părți ale membranei timpanice trebuie să fie egală. Exteriorul membranei este expus la presiunea atmosferică (presiunea mediului în care ne aflăm) prin tubul auditiv, astfel încât cavitatea în care este localizată, numită cavitatea timpanică, este continuă cu celulele din maxilar și torate. [15]

Fig.2.3.

În mod normal, tubul auditiv este flatat și închis, dar înghițirea, căscatul și mestecarea, trage tubul deschis, permițând aerului să pătrundă sau să părăsească cavitatea timpanică. [15]

Această deschidere a tubului auditiv permite presiunii aerului în urechea medie să se echilibreze cu presiunea atmosferică, astfel încât presiunile de pe ambele părți ale membranei timpanice să devină egale. Presiunea excesivă pe ambele părți ale membranei timpanice atenuează sentimentul de auz, deoarece membrana timpanică nu poate vibra liber. Atunci când presiunea externă se schimbă rapid, de exemplu în timpul zborului aerian, timpanul se poate înfunda dureros, deoarece presiunea din afara urechii se schimbă, presiunea în urechea medie rămâne neschimbată. În acest caz, înghițirea deschide tubul auditiv, permițând egalizarea presiunii de pe ambele părți a membranei timpanice, ameliorând distorsiunea de presiune, pe măsură ce timpanul revine înapoi în poziție. [15]

Fig.2.4.

Cavitatea timpanică conține cele mai mici oase ale corpului, trei fiind la număr și doi mușchi aflați în categoria celor mai mici mușchi din organism. Oasele sunt denumite ossicles auditive și conectează timpanul la urechea internă. De la cea mai îndepărtată la cea mai interioară, oasele sunt numite ciocan, nicovală și scăriță.

Ciocanul este atașat de timpan. Are un mâner care se atașează la suprafața interioară a timpanului și un cap care este suspendat de peretele cavității timpanice.

Nicovala este conectat la ciocan pe partea mai apropiată de timpan, și de scăriță pe partea apropiată de urechea internă.

Scărița are o arcadă și o platformă. Această platformă este ținută de o bucată de țesut în formă de inel într-o deschidere numită fereastră ovală, care reprezintă intrarea în urechea interioară.[15]

Fig.2.5.

Mușchii care pun în mișcare întreg lanțul osos sunt: mușchiul scăriței sau mușchiul stapedius și muschiul tensor al timpanului. Mușchiul stapedius se inserează pe colțul scăriței, având rolul de protecție împotriva zgomotelor puternice, iar mușchiul tensor al timpanului se inserează pe partea superioară a ciocanului, rolul lui fiind de a reduce amplitudinea zgomotelor puternice, prin reducerea forței de vibrație. [15]

2.1.3. Urechea internă

Urechea internă este cea mai adâncă parte a întregii urechi și este situată într-un loc cunoscut ca labirintul osos, care reprezintă un labirint de pasaje osoase situate in stânca osului temporal, în interiorul căreia se află labirintul membranos. [15]

O peliculă de lichid, numită perilimfă, se află între labirintul osos și cel membranos, în timp ce un fluid numit endolimfă se găsește în labirintul membranos însuși. Labirintul osos este divizat în: cohlee, o cameră numită vestibul și trei canale semicirculare care joacă un rol major în menținerea echilibrului. [15]

Cohleea, care este uneori numită organul auzului, deoarece este partea întregii urechi care transformă efectiv vibrațiile sonore în impulsuri nervoase pentru a realiza percepția auditivă. Cohleea este construită sub forma unei spirale orientată cu vărful spre anterior si lateral și baza inspre posterior și medial. Are o lățime de aproximativ 9 mm la bază și o înălțime de 5 mm și se învârte în jurul unei secțiuni de os spongios numită modiol. Modiolul are o formă asemănătoare cu un șurub, ale cărui lamelă osoasă formează o platformă spiralată care susține cohleea. [15]

Cochlea conține trei camere pline de lichid separate prin membrane. Camera superioară, rampa vestibulară și camera inferioară, rampa timpanică, sunt umplute cu perilimfă. Camera intermediară este reprezentată de ductul cohlear. Este umplută cu endolimfă, în loc de perilimfă. [15]

Organul de corti este susținut de o membrană numită membrană bazilară. El are dimensiunea unui mazăre și acționează ca un traductor, transformând vibrația în impulsuri nervoase. Conține celule de susținere Driters, celule de sprijin, celule senzoriale și celulele Hensen. Celulele senzoriale numite și stereocili au e partea superioară o membrană gelatinoasă numită membrana tectoria. [15]

De-a lungul organului Corti există aproximativ 3500 celule senzoriale auditive interne (IHCs), fiecare cu un grup de 50-60 stereocili clasificate de la scurt la înalt, dispuși în două rânduri. Există încă 20 000 de celule senzoriale auditive externe (OHC) care sunt aranjate în trei rânduri opuse IHC-urilor. Fiecare OHC are aproximativ 100 stereocili cu vârfurile lor înglobate în membrana tectorială de deasupra lor. Aceste celule senzoriale auditive externe ajustează răspunsul cohleei la diferite frecvențe sonore, astfel încât celulele senzoriale auditive interne să poată funcționa mai precis. [15]

Fig.2.6.

Organul vestibular constă din cele trei canale semicirculare și cele două camere: sacula și utricula. Există două componente ale sensului de echilibru. Una este echilibrul static, referindu-se la capacitatea de a detecta direcția capului atunci când corpul nu se mișcă. Al doilea este echilibrul dinamic, referindu-se la percepția mișcării sau a accelerației. Accelerația poate fi, la rândul său, împărțită în accelerație liniară, care este o schimbare a vitezei (rapidității) într-o linie dreaptă și o accelerație unghiulară, care reprezintă o schimbare în rata de rotație a capului. Sacula și utricula detectează echilibrul static și accelerația liniară, în timp ce canalele semicirculare detectează numai accelerația unghiulară. [15]

2.2. FIZIOLOGIA SISTEMULUI AUDITIV

Din punct de vedere fiziologic urechea are două funcții: funcția auditivă și funcția vestibulară. Funcția auditivă este realizată de sistemul auditiv, acesta fiind format din două structuri, una de transmisie (urechea externă, urechea medie și urechea internă) și alta de percepție, care acționează ca un traductor, format din labirintul anterior. Funcția vestibulară este realizată de aparatul vestibular, acesta fiind format din: utriculă, saculă și trei canale semicirculare. [15]

Funcția auditivă

Urechea externă colectează undele de presiune acustică transmise prin aer și le indreaptă cu ajutorul pavilionului cartilaginos, spre canalul auditiv extern, acestea fiind canalizate mai departe până la nivelul timpanului. [15]

Pe măsură ce timpanul vibrează ca răspuns la undele de aer, lanțul de oșcioare (ciocan, nicovală, scăriță) al urechii medii este pus în mișcare la aceeași frecvență. Frecvența mișcării se transmite de la timpan la fereastra ovală, rezultând o presiune exercitată asupra ferestrei ovale cu fiecare vibrație. Aceste vibrații sunt transmise către membrana bazilară, astfel realizându-se mișcarea endolimfei si perilimfei la aceeași frecvență cu undele sonore originale. Celulele senzoriale auditive din Organul Corti, organ neurosenzorial convertesc vibrația mecanică în impulsuri nervoase. În final nervi asociați auzului transmit impulsurile nervoase la cortex, în aria auditivă, pentru a fi interpretate, astfel formându-se senzația de percepție sonoră. [15]

Funcția vestibulară

Informațiile senzoriale despre mișcare, echilibru și orientare spațială sunt furnizate de aparatul vestibular.Uricula și sacula detectează gravitația (informația într-o orientare verticală) și mișcarea liniară. Canalele semicirculare, care detectează mișcarea de rotație, sunt poziționate în unghi drept unul față de celălalt și sunt umplute cu un fluid numit endolimfă. Când capul se rotește în direcția sensibilă la un anumit canal, fluidul endolimfatic din interiorul acestuia se află în urmă din cauza inerției și exercită presiune asupra receptorului senzorial al canalului. Receptorul transmite impulsuri creierului despre mișcarea din canalul specific care este stimulat. Când organele vestibulare de pe ambele părți ale capului funcționează corect, trimit impulsuri simetrice către creier. Astfel nervul vestibular transmite impulsurile la trunchiul cerebral. [16]

3. PATOLOGIA APARATULUI AUDITIV

3.1. DOPUL DE CERUMEN

Cerumenul este o secreție gălbuie produsă de glande ceruminoase și sebacee din conductul auditiv extern. Cerumenul are rolul de a oprii particulele de praf și alte particule mici, potențial dăunătoare împiedicându-le să atingă și să infecteze timpanul. În mod obișnuit, ceara se usucă și cade din ureche, împreună cu orice particule de praf sau resturi prinse. Cantitatea și tipul ceremunului sunt determinate genetic, la fel ca și culoarea părului sau înălțimea.

Blocajul conductului auditiv extern are loc în urma acumulării excesive de cerumen sau când ceara este împinsă adânc în interiorul canalului urechii. Blocajele conductului auditiv extern reprezintă una dintre cele mai frecvente probleme ale urechilor.

Fig.3.1.

Cea mai obisnuita cauza a blocajului este folosirea bețișoarelor de urechi (si a altor obiecte, cum ar fi colturile de servetele laminate), care pot elimina ceara superficială, dar impinge și restul de ceară mai adanc in canalul urechii.

Simptomele unei impacte a ceară de ureche includ:

Scăderea auzului;

Amețeală;

Senzația de durere în ureche;

Senzație de corp străin, de ureche plină sau înfundată;

Țiuit sau vâjâit în ureche;

Mâncărime sau prezența unor secreții în canalul urechii. [18]

3.2. OTITA

3.2.1. Otita externă

Otita externă,cunoscută și sub numele de urechea înotătorului este o infecție în canalul auditiv extern al urechii, care se extinde de la nivelul membranei timpanice până la pavilionul urechiii. Este adesea adus de apă care rămâne in ureche după înot, creând un mediu umed care ajută la creșterea bacteriilor.

De asemenea, introducând în urechi, degetele, tampoanele de bumbac sau alte obiecte pot duce la otita externă, dăunând stratului subțire de piele care îți acoperă canalul urechii.

Cea mai comună cauză a acestei infecții este aceea că bacteriile invadează pielea din interiorul canalului urechii. De obicei, tratarea otitei externe se realizează prin aplicarea de către medic a unei meșe de tifon îmbibată cu o soluție dezinfectantă. Tratamentul prompt poate ajuta la prevenirea complicațiilor și infecțiilor mai grave.

Fig.3.2.

Simptomele otitei externe sunt ușoare, dar ele se pot agrava dacă infecția nu este tratată sau se răspândește. Medicii clasifică adesea otitei externe în funcție de stadiile: ușoare, moderate sau avansate ale progresiei.

Semne și simptome ușoare:

Mâncărime locală;

Inflam ușoară în ureche;

Disconfort ușor;

Drenări de lichid clar și inodor.

Simptome moderate:

Mâncărime mai intense;

Creșterea durerii;

Înroșirea mai extinsă;

Drenarea excesivă a fluidului;

Secreție în ureche, care poate fi fie subțire și apoasă, fie groasă și asemănătoare cu puroiul;

Blocarea parțială a canalului urechii prin umflături, fluide și resturi.

Progresie avansată:

Dureri puternice care pot radia pe față, pe gât sau pe partea laterală a capului;

Blocarea completă a canalului urechii;

Înroșirea sau umflarea urechii externe;

Umflarea ganglionilor limfatici din gât;

Febră. [17]

3.2.2. Otita medie

Cea mai frecventă cauză a pierderii auzului la copii este otita medie, termenul medical pentru o infecție a urechii medii sau inflamația urechii medii. Această afecțiune poate apărea în una sau ambele urechi și afectează în primul rând copiii datorită formei tubului tânăr Eustachio. Este cel mai frecvent diagnostic pentru copiii care vizitează un medic. Atunci când este lăsat nediagnosticat și netratat, otita medie poate duce la infectarea osului mastoid din spatele urechii, ruperea timpanului sau chiar la pierderii auzului. [19]

Infecțiile urechii medii sunt cauzate de bacterii și viruși. Umflarea de la o infecție respiratorie superioară sau alergie poate bloca trompa lui Eustachio, ceea ce ar împiedica ajungerea aerului la urechea medie. Un vacuum și o aspirație trag apoi lichid și germeni din nas și gât în ​​urechea medie. Deoarece trompa lui Eustachio este umflată, lichidul nu se poate scurge. Acest lucru oferă un mediu pentru creșterea bacteriilor sau a virusului, ceea ce duce la o infecție a urechii medii. [20]

Otoscopul poate sufla un jet de aer împotriva timpanului pentru a vedea dacă vibrează în mod normal. Când lichidul este prezent în urechea medie, timpanul nu vibrează normal. [20]

Fig.3.3.

Trompa lui Eustachio este canalul care conectează urechea medie la gât. Atunci când trompa lui Eustachio este deschisă în mod normal, împiedică formarea de lichid și presiune a aerului în interiorul urechii. Infecții cum ar fi răcelile, gripa sau reacțiile alergice pot provoca umflarea și blocarea trompei lui Eustachio. [20]

Simptomele unei infecții la nivelul urechii medii au tendința de a se produce la 2 până la 7 zile după începerea unei infecții respiratorii sau a unei răceli. Simptomele infecției urechii medii pot include:

Durerea urechilor (ușoară până la severă);

Febră;

Drenaj din ureche, gros, galben sau sângeros;

Pierderea poftei de mâncare, vărsăturile și comportamentul neplăcut;

Probleme cu somnul. [20]

Tratamentul pentru infecțiile urechii medii se concentrează, de obicei, pe ameliorarea durerii. Se folosesc medicamente pentru durere și febră, cum ar fi acetaminofenul și ibuprofenul. De notat, nu trebuie să dați niciodată aspirină copiilor. Un medic poate prescrie antibiotice pentru o infecție a urechii medii, dar infecțiile urechilor tind să se îmbunătățească fără ele. Dacă copiii au repetate infecții ale urechii, medicul poate prescrie un tratament antibiotic pe cale orală pe termen lung, dar din păcate multe bacterii care provoacă otita medie au dezvoltat o rezistentă la antibiotice. Îndepărtarea polipiilor sau a amigdalelor poate fi, de asemenea, o soluție pentru copiii care au repetate infecții ale urechii medii. [20]

3.2.3. Otita internă

Otita internă sau labirintita este o inflamație în interiorul urechii interne. Otita externă se produce atunci când labirintul, o parte a urechii interne care are rolul să controleze echilibrul, devine inflamată. Inflamația labirintului poate fi cauzată de boli respiratorii, infecții virale și bacteriene ale urechii. [20]

Fig.3.4.

Simptomele infecției urechii interne încep rapid și pot fi destul de intense de obicei durează între 1-3 săptămâni. Simptomele infecției urechii interne includ următoarele:

Amețeală

Greață

Pierderea auzului

Vertij (amețeli cu senzația de mișcare)

Tinitus (înțepătură sau buziere în ureche) [20]

Tratamentul cu infecție la urechea internă implică, de obicei, medicamente pentru a controla simptomele, cum ar fi antihistaminice pe bază de prescripție medicală și sedative și corticosteroizi. Antibioticele pot fi prescrise dacă există o infecție activă. Diferite opțiuni pentru minimizarea simptomelor:

Evitarea schimbării rapide a poziției sau mișcărilor bruște;

Așezarea într-o poziție comfortabilă;

Evitarea consumului de stimulente cum ar fii cafeaua, alcoolul, zahărul și țigările;

Evitarea ecranelor puternic luminoase sau luminile intermintente;

Evitarea zgomotului și a stresului. [20]

3.3. Ruperea Timpanului

Atunci când presiunea de acumulare a fluidului este prea mare în interiorul urechii medii, timpanul se poate rupe, așa cum se arată aici. Atunci când timpanul se sparge, fluidul maro, galben sau albicioasă poate să se scurgă din ureche. Uneori, atunci când timpanul se rupe, durerea se ameliorează dintr-o dată, deoarece presiunea este ușurată. [20]

Fig.3.5.

Un timpan rupt poate provoca multe simptome. Cu toate acestea, cele mai frecvente simptome ale timpanului rupt sunt: un sentiment incomod în ureche și sunetul de aer care iese din ureche atunci când suflăm nasul. Simptome timpanului rupt sunt:

Durerea acută bruscă a urechii sau o scădere bruscă a durerii urechii;

Drenaj din ureche care poate fi sângeros, clar, sau se aseamănă cu puroi;

Țiuit sau vâjâit în ureche;

Pierderea auzului care poate fi parțială sau completă la urechea afectată;

Infecții ale urechii care apar episodic;

Amețeli. [20]

Timpanul, de obicei, se vindecă fără tratament medical în decurs de câteva săptămâni după ruptură, iar auzul nu este în general agravată dacă ruperea timpanului nu continuă să apară frecvent pe o perioadă de timp. Antibioticele pot fi prescrise pentru a preveni o infecție a urechii. De asemenea, pot fi sugerate medicamente anti-durere în cazul în care timpanul rupt provoacă durere. Timpul poate necesita intervenții chirurgicale pentru a repara ruptura. Dacă acesta este cazul, un medic va atașa o bucată de țesut propriu, de obicei deasupra urechii, la membrana timpanului pentru reconstrucție. [20]

3.4. Colesteatomul

O creștere anormală a pielii în urechea medie în spatele timpanului se numește colesteatom. Infecțiile repetate și / sau o ruptură sau tragerea în interior a timpanului pot permite creșterea pielii în urechea medie. Colesteatomele se dezvoltă adesea sub formă de chisturi sau pungi care varsă straturi de piele veche, care se acumulează în interiorul urechii medii. De-a lungul timpului, colesteatomul poate crește în dimensiune și distruge oasele delicate din jur ale urechii medii, ceea ce duce la pierderea auzului pe care chirurgia poate îmbunătăți adesea. Pierderea permanentă a auzului, amețelile și paralizia mușchiului facial sunt rare, dar pot rezulta din creșterea colesteatomului. Dacă este netratată în câțiva ani de zile poate duce la surditate, abces cerebral și meningită. [19]

Inițial, urechea poate scurge lichidul cu un miros neplăcut. Pe măsură ce punga sau sacul de colesteatom se mărește, poate provoca o senzație de plinătate sau presiune în ureche, împreună cu pierderea auzului. Amețeli sau slăbiciune musculară de o parte a feței (partea urechii infectate) pot apărea, de asemenea. [19]

Colesteatomul este o afecțiune gravă, dar tratabilă, care poate fi diagnosticată numai prin examen medical. Eroziunea osoasă poate provoca răspândirea infecției în zonele înconjurătoare, incluzând urechea interioară și creierul. [19]

Un colesteatom apare, de obicei, din cauza funcționării slabe a trompei lui eustachio, precum și a infecției în urechea medie. Când trompa lui eustachio funcționează prost, deobicei din cauza alergiilor, a unei răceli sau sinuzite, aerul din urechea medie este absorbit de corp, creând un vid parțial în ureche. Acest lucru se poate dezvolta într-un sac și poate deveni un colesteatom. O rară formă congenitală de colesteatom (unul prezent la naștere) poate apărea în urechea medie și în altă parte, cum ar fi în oasele craniului din apropiere. Cu toate acestea, tipul de colesteatom asociat cu infecțiile urechii este cel mai frecvent întâlnit. [19]

Fig.3.6.

Tratamentul definitiv pentru colesteatomul implică de obicei intervenții chirurgicale. Chirurgia este aproape întotdeauna efectuată sub anestezie generală într-un cadru ambulatoriu. Pentru unii pacienți, este necesară o ședere peste noapte. În cazuri rare de infecție gravă, poate fi necesară o spitalizare prelungită pentru tratamentul cu antibiotice. [19]

3.5. Pierderi auditive

3.5.1. Pierderea auditivă senzorineurală

Cel mai frecvent tip de pierdere a auzului este cunoscut sub numele de pierderea auzului senzorineural. Este o pierdere permanentă a auzului care apare atunci când există o deteriorare fie a celulelor minuscule de păr (cili) ale urechii interne, fie a nervului auditiv în sine, care împiedică sau slăbește transferul semnalelor nervoase către creier. Aceste semnale nervoase blocate conțin informații despre intensitatea și claritatea sunetelor. [20]

Dacă copilul se naște cu pierdere de auz senzorineural, este cel mai probabil datorată unui sindrom genetic sau unei infecții care trece de la mamă la făt în interiorul uterului, cum ar fi toxoplasmoza, rubeola sau herpesul. Atunci când pierderea senzorială a auzului se dezvoltă mai târziu în viață, poate fi cauzată de o mare varietate de declanșatoare, inclusiv:

Deteriorarea cauzată de vârstă ;

Bolile vaselor de sânge;

Boali autoimune;

Infecții cum ar fi meningita, oreion, scarlat și rujeolă;

Leziuni traumatice;

Zgomote extrem de puternice sau sunete puternice care durează o perioadă lungă de timp;

Boala Meniere;

Creșteri canceroase în urechea internă;

Un efect secundar prin utilizarea anumitor medicamente;

Expunere la zgomot. [20]

Simptomele pierderii senzoriale auzului afectează atât intensitatea, cât și claritatea sunetelor:

Zgomotele pot părea prea puternice sau prea silențioase;

Dificultate în urma unei conversații când două sau mai multe persoane vorbește în același timp;

Probleme care se ascund în medii zgomotoase (de exemplu, gări, șantiere de construcții, centre de convenții, arene sportive etc.);

Dificultate în a auzi vocile femeilor sau copiilor;

Anumite sunete de vorbire sunt dificil de auzit în timpul conversațiilor (de exemplu sunetul "s" sau "cel de-al");

Vorbirea altora poate părea murmurată;

Un zgomot consistent sau buzzing în urechi (tinitus);

Un sentiment de a fi off-balance sau amețit. [20]

Nu există o metodă medicală sau chirurgicală de reparare a celulelor minuscule de păr ale urechii interne sau ale nervului auditiv, dacă acestea sunt deteriorate. Cu toate acestea, pierderea auzului senzorineural poate fi tratată destul de bine cu ajutorul aparatelor auditive sau implanturilor cohleare, în funcție de gravitatea pierderii. Asistentele de ascultare, cum ar fi dispozitivele de avertizare, ceasurile de alarmă vibratoare și telefoanele capturate, oferă o soluție completă auditivă. [20]

3.5.2. Pierderea auditivă conductivă

Un tip mai puțin frecvent de pierdere a auzului este pierderea conductivă a auzului, care apare atunci când există o obstrucție sau o deteriorare a urechii exterioare sau mijlocii, care împiedică conducerea sunetului la urechea internă. Conductiv pierderea auzului poate fi temporară sau permanentă, în funcție de cauză. [20]

Cauzele pierderii de auz conductive pot fi diferențiate în funcție de partea urechii afectectată (urechea exterioară sau mijlocie):

Urechea externa:

Stenoză sau o îngustare a canalului urechii;

Blocajul cu cerumen;

Exostoze (proeminențe asemănătoare osului care se pot dezvolta în interiorul canalului urechii și pot provoca blocaje cauzale);

Otita externa (cunoscută și ca urechea înotătorului);

Obstrucțiile cauzate de corpurile străine inserate în ureche.

Urechea medie:

O ruptură a membranei timpanice provocată de leziuni, infecții ale urechilor sau modificări rapide ale presiunii aerului;

Timpanoscleroza sau o îngroșare a membranei timpanice;

Otita medie sau o acumulare de lichid în urechea medie;

Blocajele din trompa lui Eustachio, care leagă urechea medie de spatele nasului și gâtului;

Otoscleroza, o afecțiune rară care provoacă înghețarea oaselor urechii medii;

Creșteri anormale sau tumori care se formează în urechea medie, cum ar fi colesteatomul sau tumori glomus;

Discontinuitatea lanțului de oșcioare sau o ruptură a legăturii dintre oasele urechii medii cauzate de leziuni sau traumatisme grele. [20]

Deoarece urechea internă și nervul auditiv sunt intacte, un individ care suferă de pierderea conductivă a auzului are în primul rând dificultate cu luminozitatea generală a sunetelor, dar nu cu claritatea. Persoanele cu astfel de pierderi descoperă adesea că întoarcerea volumului radioului sau televiziunii este tot ce este necesar pentru a-și îmbunătăți capacitatea de a auzi. Următoarele simptome sunt, de asemenea, compatibile cu acest tip de pierdere:

Un timp mai ușor de a auzi dintr-o ureche decât celălalt;

Durerea în una sau ambele urechi;

Sensibilitatea presiunii în una sau ambele urechi;

Dificultate sau frustrare la conversațiile telefonice;

Un miros neplăcut venind din canalul urechii;

Sentimentul că vocea proprie sună mai tare sau mai diferită. [20]

Există uneori tratamente medicale sau chirurgicale care pot îmbunătăți capacitatea de auz pentru persoanele cu pierderi de auz conductive. De exemplu, pierderile conductive cauzate de blocajele de ceară, obiectele străine, creșterile anormale sau infecțiile urechii pot fi deseori corectate cu tratamente medicale, cum ar fi extracția de ceară din urechi, antibiotice sau proceduri chirurgicale. Aceste cauze duc, de obicei, la pierderi temporare ale auzului. Medicul auditiv va auzi capacitatea de a auzi și va lucra cu pacientul pentru a determina când și dacă este necesară o soluție auditivă. [20]

Pierderi de auz conductive cauzate de alte anomalii, cum ar fi stenoza canalului urechii, exostozele, otoscleroza și discontinuitatea lanțului de oșcioare, sunt mai dificil de tratat din punct de vedere medical și pot fi considerate o pierdere permanentă a auzului. Aceste pierderi conductive pot fi tratate cu ajutorul aparatelor auditive tradiționale sau de conducere a osului, a unor dispozitive implantabile ancorate pe os sau a implanturilor urechii medii. Asistentele de ascultare, cum ar fi telefoanele amplificate sau căștile pentru televiziune, pot ajuta la furnizarea unei soluții auditive complete. [20]

3.5.3. Pierderea auditivă mixtă

Pierderea mixtă a auzului reprezintă orice combinație de pierdere a auzului senzorineurală și conductivă.

Pierderea mixtă a auzului apare frecvent atunci când urechea suferă un fel de traume. Se poate întâmpla, de asemenea, treptat în timp, când o pierdere a auzului este compusă de altul. De exemplu, o persoană cu o pierdere de auz conductivă de lungă durată ar putea experimenta presbiscul în timp ce îmbătrânesc. Alternativ, un individ cu pierdere de auz senzorineural poate avea o pierdere temporară mixtă a auzului din cauza blocajului cu cerumen. [20]

Simptomele pierderii mixte auditive vor fi o combinație a celor menționate mai sus pentru celelalte două tipuri de pierdere a auzului.

Opțiunile de tratament pentru pierderea auzului mixt vor depinde de faptul că este fie pierdere senzorineurală sau fie pierdere conductivă. Dacă o parte mai mare a pierderii este cauzată de o componentă conductivă, procedurile chirurgicale și alte tratamente medicale ar putea fi mai eficiente în corectarea problemelor auditive. Dacă o parte mai mare a pierderii este senzoriale, aparatele auditive sau dispozitivele implantabile pot fi cea mai bună opțiune. [20]

4. PROIECTAREA AUDIOMETRULUI

Primul pas important pentru realizarea audiometrului este proiectarea, aceasta având ca scop realizarea audiometrului în cel mai scurt timp și la costul cel mai mic, prin alegerea celor mai bune materiale și componente.

Astfel pentru realizarea audiometrului am parcurs următorii pași:

Identificarea relațiilor dintre obiectele sistemului

Realizarea diagrame de comunicație dintre acestea

Trecerea în revistă a elementelor componente necesare sistemului

Modul de achiziționare sau realizare ale acestora

Punctul de pornire și sosire

Testare periodică și testarea finală

Depanarea și rezolvarea problemelor ce apar în timpul construcției sau la finalul proiectului

Perfecționarea sistemului din punct de vedere funcțional și estetic

Planificarea direcțiilor viitoare de dezvoltare

4.1. STRUCTURA SISTEMULUI

Sistemul realizat in cadrul proiectului de diplomă folosește tehnologia cu microcontroller, astfel am folosit placa de dezvoltare Wemos LoLin32 pentru a oferi o serie de facilități, cum ar fi transmiterea datelor fără utilizarea cablurilor de conexiune sau comunicarea cu device-uri ca de exemplu: computere desktop, laptopuri, tablete sau smartphone-uri prin Wireless sau Bluetooth, comunicare realizată cu ajutorul modulului Wireless și a modulului Bluetooth încorporate.

Sistemul este construit astfel încât datele sa fie transmise prin Wireless, dar în cazuri excepționale, cum ar fi atunci cand nu avem acces la rețeau Wireless sau dispozitivul care ar trebui să primească datele nu are un modul Bluetooth inclus, placa de dezvoltare conține o mufă micro USB pentru a putea realiza conexiunea micro USB – USB sau micro USB-UART cu dispozitivul dorit.

Sistemul mai contine un amplificator audio LM386 cu ajutorul căreia am amplificat semnalul pentru a scoate sunetele la parametrii necesari, o mufă de tip jack 3.5 pentru a conecta căștile, un ecran LCD 2004 pentru afișarea parametrilor și datelor, un adaptor I2C și un modul adaptor pentru cardurile microSD si microSDHC (high speed card) unde sunt stocate sunetele pure la frecvențele specifice.

Audiometrul este proiectat astfel încât să poată intra in categoria audiometrelor portabile, el este compac, ușor și funcționează cu ajutorul unei baterii externe Selecline cu o capacitate de 2000 mAh, cu acumulatori pe bază de Li-Ion de 3,7V si un modul ridicator de tensiune cu o tensiune de intrare de 0.9V- 5V și o tensiune de ieșire de 5V, pentru a scoate tensiunea necesară componentele care funcționează cu o tensiune mai mare cum ar fi amplificatorul.

În timpul efectuării testului rezultatele sunt afisate pe ecran LCD, astfel audiograma poate fi construită concomitent cu testul sau relutatele pot fi transferate pe computer sau smartphone pentru a putea realiza audiograma, care poate fi printată.

4.2. SCHEMA ELECTRICĂ

Audiometrul funcționează după schema electrică prezentată mai jos. Astfel pentru realizarea lui s-a folosit: o placa de PCB, placa de dezvoltare Wemos LoLin32, ecranul LCD 2004, adaptorul I2C, amplificatorul audio LM386, modulul cititor de card, 2 butoane push, un buton cu 3 poziții, encoder-ul Rotativ Keyes KY-040, un butonul DPDT ON/OFF, un led-ul RGB, o mufă audio de tipul Jack 3.5, bateria externă Selectline, cabluri de conexiune și un cablu panglică cu conectori IDC.

Fig.4.1.

Fig.4.2.

Fig.4.3.

Schema electrică a fost realizată cu ajutorul programul Fritzing.

4.3. DESCRIERE COMPONENTELOR

4.3.1 Placa de dezvoltare Wemos LoLin 32

Cel mai important element din structura sistemului este placa de dezvoltare Wemos LoLin32, aceasta este construită în jurul microcontrolerului Espressif ESP-WROOM-32. Acesta are 4MB de memorie și oferă conexiuni Wi-Fi și Bluetooth. Mufa pentru conectarea bateriei este de tipul JST XH2-2.54mm. Are o cheie care împiedică polaritatea inversă. Încărcarea bateriei și programarea vor fi efectuate utilizând conectorul micro-USB obișnuit.

Fig.4.4.

În inima sa, există un microprocesor dual-core sau single-core Tensilica Xtensa LX6 cu o rată de ceas de până la 240 MHz. ESP32 este puternic integrat cu switch-uri integrate de antenă, balun RF, amplificator de putere, amplificator de recepție cu zgomot redus, filtre și module de gestionare a alimentării. Proiectat pentru dispozitive mobile, dispozitive electronice portabile și aplicații IoT, ESP32 realizează un consum extrem de redus de energie prin caracteristici de economisire a energiei, incluzând oprirea rapidă a ceasurilor, modurile multiple de alimentare și scalarea dinamică a puterii.

Placa de dezvoltare Wemos LoLin32 conține 14 intrări analogice, 26 de canale PWM (pulse wave modulation), 26 de canale digitale intrări/ieșire, doua intrări seriale TX și RX, 4 canale SPI (MISO, MOSI, SCK, SS), 2 canale I2C (SCL, SDA), 2 canale pentru conectarea amplificatorului (DAC1, DAC 2), 5 intrări GND, 3 canale la 3.3V și unu la 5V pentru alimentarea componentelor periferice.

Specificații tehnice:

Microcontroler – ESP32

Sursa de alimentare a tablei (USB / VIN) – 5V

Baterii acceptate – Lipo Battery 3.7V

Tensiune de operare – 3.3V

Pini digitali I / O – 22

Pini de intrare analogice – 6 (VP, VN, 32, 33, 34, 35)

Pini de Ieșiri analogice – 2 (25, 26)

Viteză maximă (Max) – 240Mhz

Flash – 4M octeți

PSRAM – 4M octeți

Lungime – 6.5mm

Lățime – 2.54mm

Greutate – 7,5g

Schema electrică a plăcii de dezvoltare:

Fig.4.5.

4.3.2. Modulul amplificator audio LM386

Modulul amplificator audio LM386 este un amplificator de frecvență audio cu putere redusă, care utilizează surse de alimentare la nivel scăzut, precum bateriile în circuite electronice. Este proiectat ca pachet mini DIP cu 8 pini. Acest lucru asigură o amplificare a tensiunii de 20. Prin utilizarea părților externe, câștigul de tensiune poate fi ridicat până la 200. Atunci când funcționează dintr-o sursă de alimentare de 6 volți, puterea va fi de 24 milliwați, ceea cel face ideal ca să funcționeze pe baterii.

Fig.4.6.

Ampificatorul LM386 este un amplificator audio foarte popular și utilizat pe scară largă, care permite unui utilizator să amplifice sunetul. Cipul LM386 este alcătuit din 8 pini, unde pinul 1 și 8 reprezintă controlul amplificării amplificatorului.

Specificatii tehnice:

Amplificare: 200x

Tensiune de operare: 5 V – 12 V DC

Led indicator status

Reglaj volum

Terminale pentru conectarea difuzoarelor

Dimensiuni: Approx. 41 mm × 13 mm

4.3.3 Modulu adaptor microSD

Modulul (Adaptor card microSD) este un modul Micro SD card reader și interfața SPI capabil să citească și să scrie fișiere. Se poate folosi direct cu Arduino (sau plăci de dezvoltare compatibile ce Arduino) folosind bibliotecă standard din IDE Arduino.

Fig.4.7.

Specificatii tehnice:

– suporta Micro SD cards, Micro SDHC card (high speed card)

– nivel de conversie 5V sau 3.3V

– tensiune de alimentare 4.5V ~ 5.5V, 3.3V circuit regulator de tensiune

– standard communication interface SPI interface

– 4 gauri pentru montare cu suruburi M2 – 2.2mm diametru

– Control Interface: A total of six pins (GND, VCC, MISO, MOSI, SCK, CS), GND to ground, VCC is the power supply, MISO, MOSI, SCK is SPI bus, CS is the chip select signal pin;

4.3.4. Ecranul LCD

Modulul LCD 2004 afiseaza 4 linii a cate 20 de caractere. Este ideal pentru proiecte de electronica ce au de afisat mai multa informatie. Acesta poate fi folosit cu usurinta si în conditii de iluminare joasa deoarece are si lumina de fundal.De asemenea lumina de fundal trebuie protejata printr-o rezistenta sau un potentiometru de 2k. Pentru reducerea pinilor folositi la legarea LCD-ului la controler se poate folosi un modul I2C.

Fig.4.8.

Specificatii tehnice:

Tensiune de alimentare: 5V;

Curent: 2 mA;

Tensiune alimentare backlight: 4.2V;

Curent lumina de fundal: 250mA (MAX).

Dimensiuni: 98mm x 60mm x 14mm

Conexiuni:

pin 1: Vss;

pin 2: Vdd;

pin 3: Vo – contrast LCD (între Vss și Vdd V);

pin 4: RS;

pin 5: R/W;

pin 6: E – enable;

pin 7 – 14: DB0 – DB7;

pin 15: V+ backlight;

pin 16: V- backlight

4.3.5 Adaptorul I2C

Adaptorul LCD I2C reduce numărul pinilor de la 16 la 4, el poate fi conectat la un modul de afișare a caracterelor compatibil 16 × 2 sau 20 × 4 care acceptă modul de 4 biți.

Această placă are un chip PCF8574 I2C care convertește datele de serie I2C la date paralele pentru afișajul LCD. Adresa I2C este implicit 0x3F, dar acest lucru poate fi modificat prin intermediul a 3 jumperi de lipire furnizate pe placă. Acest lucru permite ca până la 3 afișaje LCD să fie controlate printr-o singură magistrală I2C (dându-i fiecărei adrese proprii).

Fig.4.9.

Specificații tehnice:

Tensiunea de alimentare: 5V

Lumina de fundal și contrastul sunt reglate de potențiometru

Portul IO al placii de control Arduino este de numai 20,

Adresa: 0X20 ~ 0X27.

4.3.6 Encoder-ul Rotativ Keyes KY-040

Prin rotirea encoderului pot fi numărate în direcția pozitivă dar și negativă frecvența impulsurilor de ieșire, spre deosebire de potențiometrul normal unde direcția este unisens.

Modulul este proiectat astfel încât să se producă un nivel jos ieșire atunci când întrerupătoarele sunt închise și un nivel ridicat când întrerupătoarele sunt deschise. Nivelul scăzut este generat prin plasarea unei GND la pinul C și trecerea acestuia la pinii CLK și DT atunci când întrerupătoarele sunt închise.Înălțimea este generată cu o intrare de alimentare de 5V și rezistențe de tracțiune, astfel încât CLK și DT sunt ambii mari atunci când comutatoarele sunt deschise.

Fig.4.1.1.

Specificații tehnice:

Tensiunea de lucru: 5V

Cercul de impulsuri: 20

Dimensiunea: 2.5 x 1.8 x 3cm

Fig.4.1.2.

4.3.6 Buton Push și Buton cu 3 poziții

Fig.4.1.3.

4.3.7. Mufă audio de tipul Jack 3.5

Fig.4.1.4.

4.3.8 Led RGB

Fig.4.1.5.

4.3.9 Butonul DPDT ON/OFF

Fig.4.1.6.

4.4. REALIZAREA AUDIOMETRULUI

4.4.1 REALIZAREA SUBSISTEMULUI HARDWARE

După achiziționarea tuturor componentelor necesarea realizării sistemului și a carcasei am realizat decuparea de pe panoul principal a carcasei a formelor componentelor. După aceea am lipit cu pistolul de lipit cu silicon ecranul LCD 2004, encoder-ul rotativ Keyes KY-040, cele doua butoane push, butonul cu 3 poziții, mufa de tip jack 3.5, și led-ul RGB. Apoi am decupat partea laterală a carcasei pentru intrarea microUSB și pentru butonul ON/OFF, după decupare am lipit butonul ON/OFF cu pistolo de lipit cu silicon.

Fig.4.4.1.

Fig.4.4.2.

Următoarea etapa a fost lipirea plăci de dezvoltare Wemos LoLin32 și a modulului cititor de card microSD cu ajutorul pistolului de lipit cu fludor și a amplificatorului audio LM386 cu pistolul de lipit cu silicon pe placa PCB. Placa de PCB fiind fixată la rândul ei cu holșuruburi în carcasă.

Fig.4.4.3.

Am folosit adaptorul I2C pentru a reduce cei 16 pini ai ecranului LCD 2004 la doar 2 pini de date (SDA și SCL) și doi pini de alimentare, pe care i-am conectat mai apoi la placa de dezvoltare.

Pentru a fi mai ergonomic și mai estetic am folosit un cablu panglică cu conectori IDC pentru a face legătura între panoului central și placa de dezvoltare cu restul componentelor de pe placa de PCB. Astfel am conectat mufa de tip jack 3.5 cu butonul cu 3 poziții și apoi cu amplificatorul audio, pentru a putea realiza testul pe urechea stângă sau urechea dreaptă.

Fig.4.4.4.

Fig.4.4.5.

Ultima etapă din realizarea părții electrice a fost formarea pe placa de PCB a unui zone cu un rând cu pini pentru GND(-) și încă un rând cu pini pentru VCC(+) unde au fost conectate componentele. Această zonă a fost conectată cu butonul ON/OFF, iar butonul a fost conectat la bateria externă Selectline. Am lipit bateria cu pistolul de lipit cu silicon și am conectato la modulul ridicator de tensiune, pentru a ridica tensiunea la 5V.

Fig.4.4.6.

Aplicarea autocolantului pentru un aspect mai plăcut reprezinta etapa finală din realizarea subsistemului hardware.

4.4.2. SUBSISTEMUL SOFTWARE

După terminarea părții electrice am început realizarea codului pentru a programa audiometrul, astfel ecranul LCD 2004 va afișa frecvența și intesitatea curentă, butoanele push vor fi folosite unul pentru a putea da play la sunet, iar cel de al doilea buton ’’Send Data’’ pentru a putea trimite fiecare frecvență la o intensitate specifică, la device-ul dorit. Encoderul este programat sa modifice frecvența sau intensitatea prin rotirea lui, iar prin apăsarea lui va schimba variabila pe care o va modifica adică frecvența sau intesitatea.

Fig.4.4.7.

Amplificatorul audio LM386 v-a amplificarea semnalul până când va ajunge la nivelul corespunzător pentru a scoate sunetele prin căști la nivelul specific. Modul cititor de carduri microSD l-am folosit pentru a putea citi cardul microSD folosit pe post de memorie, pe acesta fiind încărcate sunetele.

Programarea microcontroller-ului pentru a putea folosi modulul de wireless sau bluetooth constitue o parte importantă din codul software, deoarece acesta ne oferă posibilitatea de a scăpa de multitudinea de fire și cabluri și în același timp ne oferă posibilitatea de a conecta audiometrul la alte device-uri sau de a conecta alte componente periferice la sistem.

Astfel după realizarea codului în C++ l-am introdus pe placa de dezvoltare Wemos LoLin32

4.4.3. CREAREA SUNETELOR

Un audiometru este capabil să emită tonuri între frecvențele 125Hz și 16000Hz, frecvențele necesare testului fiind 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz, 8000Hz, 16000Hz, iar intensitatea se amplifică din 5 în 5 dB sau 10 în 10 dB.

Am creat sunetele folosind programul Fl Studio, un studio virtual pentru a crea muzică, unde am folosit un sintetizator pentru cu 3 oscilatoare cu peste 40 de forme de unde, filtre, modulator al timbrului, al frecvenței, etc. numit Massive de la Native Instruments.

Fig.4.4.8.

Am folosit un singur oscilator care să genereze forma de undă sinusoidală, deoarece forma sinusoidală este forma de bază în acoustică, prin suprapunerea undelor sinusoidale se formează celelalte forme de semnal.

Fig.4.4.9.

Am descoperit cu ajutorul unui egalizator digital cu panou vizual că frecvențele necesare se află undeva între nota Si și nota Do, dar mai apropiate de frecvența de bază a notei Si.

Fig.4.5.1.

Fig.4.5.2.

Am izolat frecvența cu ajutorul unui post egalizator mai precis, folosind caracteristica filtrului de ’’bandă Peak’’, adică va lăsa doar frecvența introdusă să treacă.

Fig.4.5.3.

După izolarea frecvenței dorite, prin eliminarea armonicilor lăsând doar frecvența de bază să treacă, astfel creând tonul pur am exportat sunetul sub forma de fisier audio WAV la rata de eșantionare de 44.100Hz și adâncime de 12 biți.

Fig.4.5.4.

Pentru amplificarea frecvențelor la intensitățile necesare (-10dB, 0dB, 10dB, 20dB,…110dB) am folosit programul de masterizat Ozone 7 de la Izotop. Astfel am încărcat fișierele audio cu frecvențele necesare, și apoi am folosit egalizatorul pentru a amplifica sau pentru a reduce cu 10 dB și un post egalizator deoarece egalizatorul principal poate amplifica numai până la 15 dB pentru a cu până la 11 db.

Fig.4.5.5.

Fig.4.5.6.

Ultima etapă o reprezintă exportarea sunetelor sub forma de fisier audio WAV la rata de eșantionare de 44.100Hz și adâncime de 12 biți.

Fig.4.5.7.

4.5. FUNCTIONAREA SISTEMULUI

Pentru functionarea corectă a sistemului a fost necesară implementarea unui program pentru placa de dezvoltare Wemos LoLin32, în acest program sunt scrise codurile de funcționare.

Comunicarea dintre sistemul construit și calculator se v-a realiza în special prin Wi-fi, dar și prin intermediul unui cablu USB prin care v-a fi incărcat și programul de functionare.

Audiometrul are funcții asemănătoare unui MP3 Player, adică sunetele create în Fl Studio sunt încărcate pe un card microSD. Cu ajutorul modulului cititor de card placa de dezvoltare Wemos LoLin32 v-a redat sunetele încărcate pe card prin căști de fiecare dată când apăsăm butonul de play.

Fig.4.5.8.

Căști sunt conectate la mufa de tip jack 3.5, acestea vor reda tonurile pure specifice testări la intensități si frecvențe diferite. Subiectul va fi instruit sa ridice mâna de fiecare dată când aude sau i se pare că aude sunetul.

Frecvența sau intesitatea dorită poate fi selectată cu ajutorul encoder-ului rotativ Keyes KY-040, rotind la dreapta pentru a mări frecvența sau intesitatea și rotind la stânga pentru a scădea frecvența sau intensitatea, iar prin apăsarea encoder-ului putem schimba intre modificarea frecvenței sau modificarea intensității. Led-ul RGB iși v-a schimba culoarea în funcție de domeniul pe care îl modificăm(frecvență sau intensitate).

Fig.4.5.9.

Putem transmite datele de fiecare dată când apăsăm pe butonul ’’Send Data’’, la device-ul dorit (PC, laptop, smartphone, Iphone, etc.) prin conexiune wireless. Astfel placa v-a genera un server pe rețeau locală de wireless, la care device-ul dorit v-a trebui să se conecteze. Sever-ul v-a funcționa doar atunci când audiometrul este aprins.

Fig.4.6.1.

Efectuarea testului pe urechea dorită se realizează foarte ușor prin apăsarea butonului cu trei poziții în stânga pentru urechea stângă sau în dreapta pentru urechea dreaptă.

Fig.4.6.2.

Audiometrul fiind construit ca un audiometru portabil poate sta aprins până la 24 de ore, el se aprinde prin comutarea butonului ON/OFF aflat pe partea din spate. După descărcare acumulatorilor aceștia se pot rencărca print-un cablu micro-USB.

Fig.4.6.3.

5. TESTAREA DISPOZITIVULUI

Pentru testare am folosit perechea de căsti Maxwell stereo, închise, cu design over ear pentru a izola urechea subiectului, spectru de frecvență este cuprins între 20 Hz și 20.000 Hz pentru a putea reda toată gama de frecvențe. Mufa audio de tip Jack 3.5 tată este placată cu aur pentru a oferi o calitate cât mai bună a sunetului.

Fig.4.6.4.

Pentru începerea testărilor audiometrul este porni prin comutarea butonului ON/OFF, testările pot fi efectuate doar manual. Subiectul va fi instruit să ridice mâna de fiecare dată când aude un sunet.

Selectăm urechea cu care vrem să incepem testul, prin apăsarea butonului cu 3 poziții în stânga sau dreapta, în poziția de mijlloc sunetul se va auzi în ambele căști.

În starea inițială ecranul LCD va afișa frecvența 0 și intensitatea 0. Vor fi efectuate testări audiometrice standard, astfel vom incepe testul cu frecvența de 125Hz la intesitatea de 0 dB. Pentru a reda sunetul la frecvența și intensitatea specifică trebuie să apăsăm de fiecare dată butonul ’’play’’

Vom crește intensitatea din 10 in 10 dB până la maximul de 110dB prin apăsarea pe encoderul rotativ si rotind spre dreapta, până când subiectul va ridica mâna pentru a semnaliza ca a auzit sunetul.

Apoi vom reveni la meniul frecvențelor prin apăsarea pe encoder, pentru a trece la următoarea frecvența, adică 250Hz, unde vom repeta comenzile pentru a emite sunetul la diferite intensități, pentru a investiga corect nivelul de auz al subiectului.

De fiecare dată când pacientul aude sunetul vom apăsa butonul ’’send data’’, pentru a trimite infomațiile despre frecvență și intensitatea pe care subiectul le a auzit, prin rețeaua wireless către device-ul dorit (PC, laptop, smartphone, etc.).

După trecerea subiectului prin toate frecvențele, la diferite intensități testul se incheie și se realizează audiograma, fie în timpul testului sau dupa încheierea testului cu ajutorul datelor transmise pe laptop sau device-ul dorit.

5.1. INTERPRETAREA REZULTATELOR

Rezultatele testului sunt afișate pe o audiogramă. O audiogramă este un grafic care arată cele mai slabe sunete pe care o persoană le poate auzi la diferite grade sau frecvențe. Unde se află rezultatele pacientului pe audiogramă, indică diferitele grade de pierdere ale auzului. Audiograma prezentată mai jos indică diferitele grade de pierdere a auzului.

Fig. 5.1.

Un "O" scris cu culoarea roșie este adesea folosit pentru a reprezenta răspunsurile pentru urechea dreaptă și un "X" scris cu culoarea albastră este folosit pentru a reprezenta răspunsurile pentru urechea stângă.

Frecvența se masoare pe orizontală de la stânga la dreapta, iar intesitatea se măsoară în partea stângă pe verticală de sus în jos.

Mai jos sunt trei exemple de audiograme: prima unde auzul este normal, în a doua avem o pierdere moderată a auzului, iar în a treia audiogramă este reprezentată o pierdere severă a auzului.

Fig. 5.2.

Fig. 5.3.

Fig. 5.4.

6. DIRECȚII VIITOARE

Ca direcții viitoare în domeniul dezvoltării audiometriei, se pot efectua studii pentru a diversifica modul de testare(testare automată, testare vocală și testare tonală). Datorită faptului că sistemul proietat are la bază o placă de dezvoltare se poate implementa testarea automată, care să cuprindă diferite modele de testare.

Tot din motivul că audiometrul functionează pe bază de microcontroller i se poate mării memoria cu ajutorul unui card sau chiar prin conectare unui hard disk extern, pentru a realiza o bază de date a pacienților.

De asemenea modulul wireless ar putea să fie folosit pentru crearea unei pagini web unde poate fi dezvoltată o bază de date a pacienților. Tot datorită modulului wireless se poate atașa un buton de răspuns într-o cameră izolată fonic unde subiectul poate fi examinat. Tot la fel se poate atașa și un microfon audiometrului, astfel încât medicul ar putea vorbi pacientului, acesta ne m-ai fiind nevoit să își dea căștile jos sau să iasă din camera de testare.

O altă direcție viitoare ar fi audiometria pentru copii până în patru ani. Astfel se poate atașa un ecran suplimentar care să afișeze un animal sau un caracter din desene animate, senzori și camere video pentru a înregistra reacțiile și gesturile copiilor.Medicul să îi explice copillului înaintea testului că animalele sau caracterele afișate au sunetele corespunzătoare unui test normal pentru a capta atenția copiilor și pentru a putea să facă analogia dintre sunete și animalele afișate pe ecran.