Confronto di dati timpanometrici ottenuti

con strumentazione standarde con sonde pressione-velocità

FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALICorso di Laurea Triennale in Fisica

Relatore: Prof Romano Zannoli

Correlatore:Prof Domenico Stanzial

Candidata:Fosca Fimiani

Anno Accademico 2011-2012 – Sessione I

• Introduzione teorica− Equazione d’onda− Immettenza acustica

• 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

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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

0Dt

Ds

Conservazione della quantità di moto acustico

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D

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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

00u

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Con

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EQUAZIONE D’ONDA DELL’ACUSTICA LINEARE

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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

equivalente.

caso nel uuYYV

ANATOMIA DELL’ORECCHIO

Seconda parte

• orecchio esterno• orecchio medio• orecchio interno

Funzioni acustico-anatomiche dell’orecchio

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.

Struttura dell’orecchio

• Orecchio esterno (pinna, condotto uditivo)• Orecchio medio (timpano, catena ossiculare)• Orecchio interno (coclea)

TIMPANOMETRIASeconda parte

• standard• p-v

Timpanometria Standard

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 .

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Quindi: bariescm

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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

Prof. Romano Zannoli

LABATProf. Silvano ProsserDeltatech

Comune di Sogliano al RubiconeCNR-IDASCCNR-IEIIT

FamigliaAmici