Диагностика слуховых нарушений в современной аудиологии представлена различными методами, позволяющими последовательно проводить дифференциальную диагностику уровня поражения слуховой системы [1, 2]. Современные психоакустические методы широко используются при исследовании состояния слуховой системы больных. Однако эти методы являются субъективными, поскольку исследуемый сам оценивает результат, что не применимо во многих случаях. Так, в вопросах экспертизы трудоспособности, при нарушении сознания вследствие различных заболеваний и травм, при исследовании слуха у детей, в случаях недостаточности психического развития исследуемых, а также при проведении дифференциальной диагностики ведущее значение приобретают именно объективные методы исследования слуха [3—5]. Благодаря научным достижениям последних лет в области физики и клинической аудиологии, большое распространение в практике получил один из таких объективных методов исследования слуха, как акустическая импедансометрия — измерение акустического импеданса (АИ) колебательной системы уха. В настоящее время это исследование занимает важное место в аудиологической диагностике, обеспечивая объективную оценку проводящей системы среднего уха и частично проводящего пути слухового анализатора, предоставляя важную информацию для дифференциальной и топической диагностики нарушений слуха [2—4, 6, 7]. Тем не менее, учитывая широкое разнообразие патологии системы слуха, остается актуальным внедрение в аудиологическую практику новых диагностических решений для повышения дифференциально-диагностических возможностей исследования, что особенно важно при определении показаний к слухулучшающим операциям [6, 7].
Импеданс (Z) (англ. impedance, от лат. impediо — препятствую) — сопротивление, оказываемое объектом или системой потоку энергии. Этот термин впервые в 1886 г. ввел в практику известный физик и инженер из Великобритании О. Heaviside [8] в своей работе по анализу переменного тока в электрической цепи. Первые исследования акустических измерений в наружном слуховом проходе (НСП) были опубликованы в начале XX века учеными в области телефонии. А. Inglis издал доклад об АИ в наружном слуховом проходе, заслоненном телефонной трубкой [9]. В дальнейшем это исследование было направлено на развитие «искусственного уха», воссоздающего акустические характеристики нормального уха более точно, чем простые замкнутые полости.
В 1938 г. немецкий врач О. Metz [7, 10], оценив значение измерения сопротивления, начал разрабатывать модификацию механического моста применительно к исследованию уха человека для диагностики кондуктивной и нейросенсорной тугоухости. О. Metz работал над определением акустических характеристик нормального и патологически измененного уха, и результаты исследований позволили ему к 1946 г. опубликовать новые данные в диссертации «Акустический импеданс, измеренный на нормальных и больных ушах», явившейся первой работой по измерению АИ [10]. Следует отметить, что созданный О. Metz механический акустический мост не нашел широкого практического применения из-за сложности и трудоемкости его использования для измерения показателей.
В аудиологической практике АИ рассматривается как суммарное сопротивление, оказываемое структурами наружного, среднего и частично внутреннего уха при прохождении звуковой волны к рецепторам улитки. АИ подвижной системы состоит из трех компонентов: массы, жесткости и трения [5]. Частота звука влияет на компонент жесткости и массы. Наибольшее влияние прослеживается в области высоких частот, так как оказываемое массой сопротивление повышается с повышением частоты, в то время как жесткость обратно пропорциональна частоте. Различные структуры среднего и внутреннего уха оказывают влияние на компоненты массы, жесткости, трения. Так, в частности, было доказано, что улитка оказывает большее влияние на компонент трения и меньшее — на жесткость и массу, а слуховые косточки в значительной степени определяют компонент массы [5, 7]. Для диагностики заболеваний среднего уха, повышающих массу системы, используют высокочастотные зондирующие тоны — 678 Гц и выше, а для оценки характеристик жесткости среднего уха достаточно низкочастотного тона 226 Гц [2, 4, 6, 7, 10].
АИ измеряется в Па·с/м, т. е. фактически оценивается величина удельного сопротивления канала, в котором объемная скорость в 1 м3/с создается звуковым давлением в 1 Па. Однако исторически сложилось измерение АИ в акустических Омах (дин·с/м5) или миллиОмах (mоhm) [7, 11].
Определение изменения давления в наружном слуховом проходе дало возможность оценить подвижность барабанной перепонки, исследовать функцию евстахиевой трубы при проведении диагностики экссудативного среднего отита. Так, в конце 40-х годов XX века K. Thоmpsen, измеряя импеданс как функцию давления в НСП, показал, что можно подсчитать импеданс среднего уха без искажений со стороны НСП. Для измерения давления в барабанной полости требовалась система герметизации НСП, что подтолкнуло K. Terkildsen и K. Thоmpsen [12, 13] к разработке электроакустического моста. В дальнейшем исследование получило название «тимпанометрия». J. Zwislоcki [14, 15] опубликовал серию своих исследований АИ у испытуемых с нормальным и измененным слухом, вызванным патологией среднего уха, разработав первый серийно выпускаемый аппарат для измерения А.И. Технические возможности приборов для измерения АИ в 60-х годах XX века требовали много времени для проведения исследования, что ограничивало использование метода в клинике. Кроме того, первые разработанные приборы обеспечивали регистрацию лишь одного компонента акустического импеданса, что затрудняло диагностику различных видов тугоухости [3, 7].
В современной практике регистрация акустического импеданса проводится во время плавного изменения барометрического давления в НСП, обычно от +200 до –400 мм вод.ст. Кривая, отражающая зависимость податливости от давления, называется тимпанограммой [3, 5]. Как правило, стимулы, используемые при тимпанометрии, представляют собой чистые тоны (возможно использование для стимуляции различных щелчковых стимулов), а анализируется импеданс или адмиттанс в зависимости от настройки используемой аппаратуры. Тимпанограмма отображается в виде графика зависимости величины адмиттанса от давления воздуха в даПа. Акустический адмиттанс — понятие, обратное АИ: легкость прохождения звуковой волны через систему уха. Единицей измерения является Мо (mhо) — величина, обратная Ому (оhm). Величины адмиттанса в аудиологии невелики, поэтому на практике используются миллиМо (mmhо) [6, 7, 16].В большинстве современных диагностических приборов (импедансные аудиометры, анализаторы среднего уха) измеряется именно адмиттанс. Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в употребление был введен собирательный термин «иммиттанс», объединяющий различные акустические измерения, регистрируемые в НСП человека. Термин иммиттанс образован из двух производных: ИМпеданс и адМИТТАНС. Понятие «иммиттанс» характеризует прохождение энергии через систему и является общим термином для импеданса и адмиттанса (или их компонентов), объединяя эти понятия. Иммиттанс не имеет единицы измерения, потому что одновременно относится и к сопротивлению, и к податливости, которые измеряются по-разному [17].
Акустическая импедансометрия включает тимпанометрию, определение статической податливости, акустическую рефлексометрию (регистрацию рефлекса стременной мышцы) и определение физического объема [2, 4, 6, 11].
Первые работы, посвященные тимпанометрии, содержали описание отдельных тимпанограмм, характерных для той или иной патологии [4, 5]. Позднее были разработаны классификации тимпанограмм, из которых наибольшее распространение получила классификация, предложенная J. Jerger, G. Liden в 1970 г. [5, 7, 18]. В ней для наиболее часто встречавшихся патологических изменений в системе среднего уха были выбраны буквенные обозначения А, В, С, D [16, 18]. В дальнейшем были предложены другие классификации тимпанограмм, однако до настоящего времени наиболее распространенной для частоты зондирующего сигнала 226 Гц является классификация J. Jerger [1, 4, 16, 18] (рис. 1).
При проведении исследований в большинстве коммерческих аппаратов используется частота 226 Гц, что связано с простотой анализа, так как значение импеданса на этой частоте соответствует объему воздуха в замкнутой полости. Для полости объемом 1 см3 значение импеданса будет соответствовать 1 миллиОму, следовательно, можно измерить АИ в единицах эквивалентного объема НСП. При использовании других зондирующих частот значения АИ приходится пересчитывать. Полученные на частоте 226 Гц результаты обычно имеют единичный пик, они легко анализируются и интерпретируются. При проведении анализа на частоте 226 Гц возможно оценить давление в барабанной полости, функциональное состояние слуховой трубы, степень подвижности цепи слуховых косточек. При проведении исследования с частотой зондирующего сигнала более высокой частоты, например 678 Гц, могут быть получены дополнительные пики, что позволило выделить ряд новых видов тимпанограмм: тип D характеризует появление атрофических и/или рубцовых изменений в барабанной полости, а тип Е — тимпанограмма с двумя пиками — характерен для разрыва цепи слуховых косточек [5, 7, 16]. В современной аудиологии при рутинном исследовании обычно оцениваются пиковое давление, объем НСП, амплитуда пика кривой, ширина тимпанометрической кривой [1, 2, 6].
Тимпанометрия широко используется в клинике для определения таких патологий среднего уха, как экссудативный и адгезивный средний отит [19, 20]. Ряд работ посвящен исследованию состояния слуховой функции детей [21, 22], патологической фиксации молоточка и стремени, а также разрыву цепи слуховых косточек [2, 7, 23]. Если барабанная перепонка находится в нормальном состоянии, возникает общий ответ на сигнал частотой 226 Гц [7, 16]. При использовании низкой частоты зондирующего сигнала полученные тимпанограммы отражают главным образом контролируемые жесткостью компоненты и мало характеризуют компоненты, зависящие от достаточного количества информации о функции среднего уха. Однако в ряде клинических случаев патология барабанной перепонки маскирует истинное состояние системы среднего уха. Например, отосклероз может маскироваться избыточно подвижной барабанной перепонкой. В этом случае, измерение различных компонентов будет более подробно отражать особенности состояния системы среднего уха. Это достигается при использовании высокочастотной стимуляции. Изучение возможности применения высоких частот стимуляции активно разрабатывалось в последние десятилетия во всем мире [24, 25]. Закономерности, получаемые при высокочастотных исследованиях, могут быть использованы для выявления различных патологических изменений среднего уха, однако необходимо учитывать, что на частотах, превышающих 2 кГц, адмиттансная тимпанометрия становится чувствительной к качеству установки датчика в НСП [23, 26—29].
Современные технические возможности позволяют проводить многочастотные измерения, обеспечивающие регистрацию резонансной частоты среднего уха. Поскольку реактанс массы прямо пропорционален частоте, а реактанс жесткости обратно пропорционален частоте, на некоторых частотах они выравниваются. Таким образом, определяется резонансная частота уха. Возможность ее измерения открывает новые перспективы в разработке диагностических критериев. Клиническое применение многочастотных исследований впервые было продемонстрировано V. Cоlletti в 1976 г. [30]. Патологические изменения слуховых косточек, влияющие на компоненты массы, приводят к изменению проводимости в цепи системы среднего уха и, как следствие, изменяют проводимость системы.
При проведении исследования резонансной частоты среднего уха у здоровых людей и у пациентов с отосклерозом удалось получить дифференциально-диагностическое значение смещения резонансной частоты. В частности, при отосклерозе резонансная частота смещается в сторону высоких цифр. Таким образом, у пациентов, страдающих отосклерозом, значение резонансных частот выше, чем у здоровых лиц [7, 31]. При хирургических вмешательствах на среднем ухе, осложнившихся нарушением целостности в цепи слуховых косточек, многочастотные исследования выявили смещение резонанса в сторону более низких частот [31—33].
Современные возможности цифровой аппаратуры позволили разработать приборы для регистрации проводимости звуковой энергии в широком диапазоне частот (wideband energy reflectance) [34, 35]. Акустическая энергия, попадающая на барабанную перепонку, частично поглощается средним ухом, а остальная часть отражается обратно в НСП. Отношение отраженной энергии к полной падающей мощности называют коэффициентом отражения энергии или рефлектансом. Измеряется эта величина от 0 (или 0%), что указывает на отсутствие отражения, до 1 (или 100%), при этом отражается вся энергия. Для измерения рефлектанса используется широкополосный стимул (щелчок или chirp-сигнал), поступающий на постоянном уровне 55—60 дБ [36, 37, 38]. Существует несколько различных терминов в литературе для описания широкополосных измерений. Например, мощность и энергия рефлектанса и абсорбанса. Абсорбанс определяется как (1 — энергия рефлектанса). Абсорбанс — количество поглощенной структурами уха звуковой энергии, представлен на линейной шкале в диапазоне от 0 до 1,0. Возможность цифровой обработки широкополосного акустического поглощения (абсорбанса) явилось последним достижением в исследовании семейства акустических иммиттансных измерений [7, 36, 38]. Внедрение широкополосных технологий в исследование состояния структур уха позволяет получить больший объем данных об особенностях проведения звуковой энергии при различных патологических состояниях [7, 36, 37].
Впервые высокочастотные измерения до 33 кГц на животных провел J. Allen в 1986 г. [39]. В дальнейшем было разработано применение метода у человека на частотах до 10 кГц [40]. В широкой практике эти измерения стали возможными при использовании нового метода калибровки, который вычисляет импеданс и характеристики самого зонда. В случае, если значения системы зонда известны, характеристики могут быть рассчитаны на основе измеренных уровней звукового давления, генерируемых широкополосным сигналом в НСП [41]. Абсорбанс может быть измерен как в динамическом, так и в статическом режиме с изображением результатов в виде графика зависимости его от частоты [36, 41]. Это дает возможность проводить исследование непосредственно после слухулучшающих операций, так как при этом не используется изменение давления в НСП, а также при наличии перфорации барабанной перепонки [42, 43]. Важным преимуществом широкополосной тимпанометрии по сравнению с обычными измерениями импеданса является возможность регистрации данных в диапазоне частот от 226 до 8000 Гц [7, 36, 44] (рис. 2).
Исследования показывают, что многочастотная тимпанометрия является эффективным методом для определения влияния патологии среднего уха на состояние механо-акустической системы, позволяя получить сведения о динамических характеристиках среднего уха, включая резонансную частоту уха. Широкополосная тимпанометрия добавляет много полезных расширений для однокомпонентной низкочастотной тимпанометрии, позволяя использовать зондирующие тоны широкого диапазона, улучшает дифференциальную диагностику состояния структур уха в раннем детском возрасте, позволяет проводить исследования после хирургических вмешательств в динамике.
Появление подобного метода исследования, несомненно, имеет большое значение для дифференциально-диагностических исследований в широкой клинической практике, так как стандартные тимпанометрические исследования менее чувствительны при некоторых патологиях среднего уха и лимитируют информацию о его механике.