Confronto di dati timpanometrici ottenuti con strumentazione standard e con sonde pressione-velocità FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI Corso di Laurea Triennale in Fisica Relatore: Prof Romano Zannoli Correlatore: Prof Domenico Stanzial Candidata: Fosca Fimiani Anno Accademico 2011-2012 – Sessione I
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Transcript
Confronto di dati timpanometrici ottenuti
con strumentazione standarde con sonde pressione-velocità
FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALICorso di Laurea Triennale in Fisica
• Materiali e metodi− Anatomia dell’orecchio− Timpanometria− Apparato sperimentale e metodologia di misura
•Risultati− Presentazione dei dati ottenuti − Confronto fra le due tecniche
• Discussione e Conclusioni
EQUAZIONE D’ONDAPrima Parte
Conservazione della massa: equazione di continuità
ut
00
ˆVV
dSdVdt
dnu
Teorema diGauss
Conservazione della quantità di moto acustico
pDt
D
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Equazione di Eulero non lineare
Conservazione della massa: equazione di continuità
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Teorema diGauss
Conservazione dell’energia e di continuità dell’entropia
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Conservazione della quantità di moto acustico
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Equazione di Eulero non lineare
Conservazione della massa: equazione di continuità
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Teorema diGauss
pp
EQUAZIONE D’ONDA DELL’ACUSTICA LINEARE
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cpppp
Con
s
pc
20 e
EQUAZIONE D’ONDA DELL’ACUSTICA LINEARE
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u
0 dove u
IMMETTENZA ACUSTICAPrima Parte
• impedenza• ammettenza
Impedenza Acustica
U
pZV 3 da data è misura di unitàl' e msPa
Impedenza volumetrica
Impedenza Acustica
U
pZV 3 da data è misura di unitàl' e msPa
Impedenza volumetrica
Impedenza specifica
u
pZ msPada data è misura di unitàl' e
Impedenza Acustica
U
pZV 3 da data è misura di unitàl' e msPa
Impedenza volumetrica
Impedenza specifica
u
pZ
Impedenza acustica caratteristica
Impedenza definita per un campo ideale di onda piana progressiva
cz 0 Definita anche come impedenza caratteristica del mezzo
msPada data è misura di unitàl' e
Ammettenza Acustica
L’ammettenza è il reciproco dell’impedenza
ZY
1
E dunque esiste un’ammettenza corrispondente ad ogni tipo d’impedenza definita nelle slide precedenti. L’unità di misura dell’ammettenza in cgs è il mho.
acquista il significato di area di assorbimento acustico
L’organo atto a recepire ed interpretare i suoni è l’orecchio.L’orecchio umano può udire suoni nell’intervallo dai 20 Hz ai 20 kHz. Suoni intesi come sensazioni date dalla vibrazione di un corpo in oscillazione.
La timpanometria è utilizzata per studiare e identificare determinate patologie relative principalmente alla membrana timpanica e all'orecchio medio. Il test timpanometrico misura l'ammettenza volumetrica dell'orecchio in funzione della differenza del livello di pressione statica tra le due pareti del timpano, producendo un grafico, chiamato timpanogramma.
Il test viene eseguito causando artificialmente una progressiva modifica della differenza di pressione statica tra il condotto uditivo esterno e l'orecchio medio, in un range normalmente compreso fra -600 e +400 daPa, e studiando quindi come varia la risposta acustica nel condotto uditivo in seguito ad uno stimolo monofrequenziale (tonale). Confrontando i valori trovati con la risposta di un orecchio normale si riesce a dare un responso clinico.
Effettuando la calibrazione della sonda su un volumetto di volume 2 cc
pompa
microfono
attuatore
Ear-plug
Timpanometria P-V
A differenza del metodo standard la timpanometria p-v studia la dipendenza dell'ammettenza specifica del sistema condotto+timpano dalla frequenza, a pressione statica costante, allineandosi all'interesse sempre maggiore di una timpanometria a banda larga.
e uno o più sensori di velocità.
I rivelatori miniaturizzati pressione-velocità combinano due tipi di sensori differenti: un microfono per la misura della pressione
APPARATO SPERIMENTALE E METODOLOGIA DI MISURA
Seconda parte
Le differenze sostanziali fra le due metodologie (standard e p-v) riguardano in particolare i risultati: mentre la timpanometria p-v
misura l'ammettenza specifica, quella standard misura l'ammettenza volumetrica.
Apparato di misura standard Apparato di misura con microsonda p-v a tecnologia MEMS
Unità di misura
Per confrontare le due grandezze è necessario che esse siano espresse nella stessa unità di misura. L’ammettenza è misurata in mmho, dove:
bariescmmmho 33101 1
mentre la sonda timpanometrica p-v restituisce un valore di ammettenzaspecifica espresso in unità del Sistema Internazionale .
Pasm 1
Quindi: bariescm
g
m
NPa 10101 1
22
e:2
410101cm
mmho
baries
cm
Pas
m
Unità di misura
Per confrontare le due grandezze è necessario che esse siano espresse nella stessa unità di misura. L’ammettenza è misurata in mmho, dove:
bariescmmmho 33101 1
mentre la sonda timpanometrica p-v restituisce un valore di ammettenzaspecifica espresso in unità del Sistema Internazionale .
Pasm 1
Quindi: bariescm
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m
NPa 10101 1
22
e:2
410101cm
mmho
baries
cm
Pas
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Dove viene messo in evidenza il fattore superficiale.
DATI OTTENUTIParte 3
Alla frequenza più bassa, il contributo dell'orecchio all'ammettenza è dato esclusivamente dal comportamento elastico del volume d'aria, pertanto è sufficiente studiare il modulo di Y. Ciò non è più vero per le frequenze più alte (678, 800 e 1000 Hz), per le quali vengono mostrate parte reale (G) e parte immaginaria (B) di Y.
Timpanogramma a 226 Hz Timpanogramma a 678 Hz
Per la timpanometria p-v sono mostrate le curve di ammettenza specifica |Y (f)| per alcuni soggetti , riportando sia l'effettivo intervallo di misura [50; 8000] Hz sia quello di interesse fra [50; 1000] Hz.
Moduli dell'ammettenza specifica
Ammettenza specifica fra 50 e 1000 Hz
CONFRONTO FRA I DUE METODI
Risultati
Valori di ammettenza specifica ottenuti con la tecnica p-v
Valori di ammettenza volumetrica ottenuti con la tecnica standard.
Stime dell'area efficacie di assorbimento energetico
Area media del timpano: 2cm 9,05,0
Area efficace media stimata:
(grande variabilità dei soggetti)
2cm5,01,1
Conclusioni
Con il presente lavoro sono stati riportati e messi a confronto i dati timpanometrici ottenuti con due diverse metodiche di misura dell'ammettenza acustica di ingresso dell'orecchio: quello standard e quello innovativo basato su microsonde p-v a tecnologia MEMS.
Sonda standard Sonda p-v
Valore di ammettenza determinato in funzione della differenza di pressione statica
Differenza di pressione uguale a zero
Stimoli monofrequenziali Ampio range di frequenze [50;8000] Hz
Misura di ammettenza volumetrica
Misura di ammettenza specifica
Pro Contro
Misura diretta dei valori di pressione e velocità
Costo elevato delle sonde
Misura più rapida e meno invasiva per il paziente
Sensore velocimetrico estremamente fragile
Vantaggi nell’uso del sensore p-v
Si ringraziano:
Prof. Domenico StanzialGiorgio SacchiMartina Buiat