- сформована електронна цифрова база звуків дихання веріфікованих здорових і хворих людей, може бути використана при розробці нових методів обробки сигналів, об'єктивізації аускультативних ознак пневмоконіоза;

- матеріали дисертації можуть бути використані при розробці нового акустичного, екологічно безпечного, неінвазивного методу моніторингу та діагностики захворювань дихальної системи людини, альтернативного рентгенографічному методу.

Особистий внесок здобувача. Результати, висновки та рекомендації, наведені в дисертації, є наслідком власного вивчення і дослідження автора.

1. На основі фізичних закономірностей переходу звуку з одного середовища в інше, розроблені принципи побудови і запропоновані спеціальні, оригінальні високочутливі електроакустичні перетворювачі для аускультації звуків життєдіяльності людини: контактні мікрофони, контактні гідрофони і малогабаритні легкі акселерометри.

2. Запропонована нова методика фізичного градуювання електроакустичних перетворювачів.

3. Експериментально дослідженні, проаналізовані та класифіковані джерела перешкод різних фізичних полів перетворювачів. Запропоновані рекомендації щодо їх зниження.

4. У клінічних умовах сформована електронна цифрова база звуків дихання веріфікованних пацієнтів, всього 600 звукових образів. За допомогою комп’ютерної обробки звуків дихання, виявлено та об’єктивізовано аускультативні ознаки, характерні для звуків дихання хворих на пневмоконіоз.

5. Запропоновані фізичні гіпотези генерації додаткових звуків дихання у хворих на пневмоконіоз, які підтверджені результатами експериментальних досліджень.

Співавтору та науковому керівникові д. ф. – м. н.В.Т. Грінченко належить постановка розглянутих завдань, ідея проведення досліджень звуків дихання у хворих на пневмоконіоз та обговорення результатів досліджень. Разом з І.В. Вовком були виконані дослідження джерел перешкод пристроїв цифрової аускультації. Класифікація перешкод перетворювачів була виконана при участі В.Н. Олійника. Верифікація пацієнтів була виконана А.В. Басанец.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень по темі дисертації доповідалися і обговорювалися на:

- Акустичному симпозіумі "КОНСОНАНС - 2005" (ИГМ НАН України, Київ 2005);

- на V-ої міжнародній конференції "Інформаційні технології по охороні здоров'я" (КМАПО ім.П.Л. Шупика МОЗ України, Київ, 2005);

- 5-ом Всесвітньому конгресі по біомеханіці (Німеччина, Мюнхен 2006);

- Акустичному симпозіумі "КОНСОНАНС - 2007" (ИГМ НАН України, Київ 2007).

- на двох наукових семінарах Інституту гідромеханіки НАНУ.

Публікації. Результати дисертаційної роботи викладені у 14 працях, з них 5 опубліковані у рецензованих наукових журналах із переліку фахових видань ВАК України для здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.06 – акустика [2,4,5,11], та 5 тез доповідей наукових конференцій [6-10,12,13], отримано 3 патенти України [1,3,7].

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, п’яти розділів, основних висновків, списку літератури. Загальний об’єм містить 148 сторінок основного тексту, в тому числі 44 рисунка та 2 таблиці. Список літератури складається зі 137 найменувань та займає 15 стор.

Автор висловлює щиру вдячність своєму науковому керівнику д. ф. -м. н., академіку НАН України Віктору Тимофійовичу Грінченко за постановку задач, постійне наукове керівництво та увагу до роботи та д. мед. наук. А.В. Басанец за допомогу при проведенні досліджень по аускультації хворих на пневмоконіоз.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, її зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення роботи, а також надано загальну характеристику виконаної роботи.

Перший розділ присвячено огляду загальної проблематики досліджень звуків дихальній системі людини при її функціонуванні. Незважаючи на створення стетоскопів (Р. Лаеннек, 1816) і стетофонендоскопів(B. Sprague, 1926), аускультація залишалася мистецтвом, яка потребувала від лікаря гарного слуху, запам'ятовування та аналіз звукових феноменів. Прогрес у комп'ютерних технологіях, і великий обсяг інформації у звуках дихання, стимулювали, в 2-ій половині 20-го сторіччя, науковий та практичний інтерес до більш глибокого вивчення процесів аускультації.

У першому підрозділі розглянуті дослідження з аеродинаміки дихальної системи (Е. Вейбель, 1970, K. Horsfіeld, G. Dart, D. Olson, G. Fіlley, G. Cummіng, 1971, Дж. Уэста, 1988, J. Grotberg, 1994). Складність аеродинамічних досліджень системи, обумовлена великою розгалуженістю, біфуркаціями повітряних шляхів системи, нестаціонарністю потоків, переходу режимів течії в її елементах.

Захворювання дихальної системи змінюють морфологічні та механічні характеристики повітряних шляхів, що істотно змінює її аеродинамічні характеристики (І.В. Вовк, В.Т. Грінченко, С.Л. Дахнов, 1999, А.А. Борисюк, 2006). У теперішній час є якісне розуміння аеродинамічних процесів, що відбуваються в дихальній системі однак, обсяг інформації, малий для оцінки акустичних характеристик звуків дихання. Джерелами звуків дихання є нестаціонарні вихрові структури, що виникають під час руху повітря в елементах дихальної системи. Ці звуки є джерелами інформації про функціональний стан дихальної системи. Їх підрозділяють на основні й додаткові. Перші - це звуки дихання здорової людини. Другі виникають при бронхолегеневих захворюваннях (A. Buller, A. Dornhorst, 1956, В.Т. Грінченко, В.Н. Олійник, 1995, І.В. Вовк, 1999, С.Л. Дахнов, 2000, Н. Kіyokawa, Н. Pasterkamp, 2002).

Взаємодія приймача звуку з біотканинами тіла людини, при аускультації, маловивчена. Встановлено, що вібраційні поля біотканин не змінюються, якщо реєстрацію звуків виконують за допомогою легких перетворювачів, масовий імпеданс яких менший масового імпедансу біотканин грудної клітки (І.В. Вовк, В.Т. Грінченко, Л.Г. Красний, А.П. Макаренков, 1994, І.В. Вовк, В.Т. Грінченко, В.Н. Олійник, 1997).

Аналіз перешкод перетворювачів, класифікація та методи боротьби з ними не виконані. Виключення становлять тільки звуки серця, для боротьби з якими використовують: електронну фільтрацію і "віднімання" їх з сигналу, за допомогою відповідних алгоритмів (V. Іyer, P. Ramamoorthy, Y. Ploysongsang, 1986, І.В. Вовк, В.Т. Грінченко, С.Л. Дахнов, В.В. Крижановський, В.Н. Олійник, 1999, А.Г. Рудницький, 2001, J. Gnіteckі, M. Zahra, Z. Moussavі, 2007).

Виявлення відповідності акустичних характеристик звуків дихання з функціональним станом дихальної системи, є практичною стороною аускультації. Для цього використовують адаптивні алгоритми, тимчасову та спектральну обробку сигналів (А. Sovіjarvі, K. Kallіo, еtс., 1996, H. Murphy, A. Vyshedskіy, еtс., 2004, І.В. Вовк, А.Я. Калюжний, 1999, В.В. Крижановський, В.В. Крижановський-мол., 2002). Основний недолік спектрального аналізу - осереднення інформації, що приводить до втрати неявно виражених звукових артефактів. Звуки, низького рівня маскуються на фоні основних звуків дихання, тому їх виявляють, кореляційним аналізом або більш складними методами обробки (В.Г. Майданник, В.Т. Грінченко, О.Г. Рудницький, Л.П. Глєбова, А.П. Макаренков, 2000, І.В. Вовк, В.Ю. Семенов, 2005).

Як видно з огляду, наукові результати, розглянуті в ньому, стали основою для подальших більш детальних досліджень фізичних процесів, що відбуваються при аускультації звуків дихання.

В другому розділі дисертаційної роботи наведені результати фізичних досліджень процесів реєстрації звуків дихання. Звуки дихання реєструють на грудній клітки, хвильовий опір біотканин якої відрізняється від хвильового опору матеріалів контактних поверхонь акустичних перетворювачів.

При переході звуку з біотканин на перетворювачі, відповідно до законів акустики, повинні виконуватися наступні умови: границя розділу вважається суцільною, на ній немає джерел звуку, дотримується безперервність коливальної швидкості та звукового тиску.

При переході звуку, з акустично м'якого середовища в акустично жорстке (<), коефіцієнт проходження по амплітуді тиску позитивний (для межі біотканина-сталь ≈ 2), звуковий тиск у другому середовищі зростає, а коливальна швидкість зменшується. Перехід звуку з акустично жорсткого середовища в акустично м'яке ( > ) супроводжується зменшенням тиску у другому середовищі і збільшенням коливальної швидкості (для межі біотканина-повітря ≈ 2).