Σχεδίαση και ανάπτυξη ακουστικού αισθητήρα για την ανίχνευση καρωτιδικού θορύβου με στόχο τη διάγνωση αθηρωματικής πλάκας

Abstract

Η καρωτιδική αρτηρία αποτελεί το μέσο τροφοδοσίας του εγκεφάλου με αίμα και οξυγόνο. Συνεπώς, η άρτια λειτουργία της είναι εξαιρετικής σημασίας και επηρεάζεται σημαντικά από την εναπόθεση λιπιδίων, χοληστερόλης και ασβεστίου στα τοιχώματα. Η εναπόθεση αυτών των συστατικών οδηγεί στο σχηματισμό αθηρωματικής πλάκας και ονομάζεται αθηροσκλήρωση της καρωτίδας ή καρωτιδική νόσος. Είναι μία αρκετά συχνή πάθηση, η οποία προκαλεί ισχαιμικά εγκεφαλικά επεισόδια, καρδιαγγειακή νόσο, ενώ μπορεί να οδηγήσει ακόμα και στο θάνατο. Η διάμετρος της έσω καρωτίδας ελαττώνεται λόγω της αθηρωμάτωσης, και επηρεάζει την παροχή αίματος στον εγκέφαλο. Η έγκαιρη διάγνωση της καρωτιδικής στένωσης παίζει σημαντικό ρόλο στην πρόληψη των διαφόρων επιπλοκών που μπορεί να επιφέρει. Οι συνήθεις τρόποι διάγνωσης, όπως ο υπέρηχος ή η αγγειογραφία καρωτίδας, είναι αρκετά αξιόπιστοι. Κάποιες από τις πιο πρόσφατες μεθόδους διάγνωσης αξιοποιούν την αναγνώριση του καρωτιδικού θορύβου, του ήχου που προκύπτει από την στροβιλώδη ροή του αίματος στη διακλάδωση της καρωτίδας, εξαιτίας της στένωσης, και τοποθετείται στο εύρος συχνοτήτων 125-500 Hz. Σύμφωνα με έρευνες, η αύξηση της συχνότητας του θορύβου άνω των 340 Hz ή η αύξηση της χρονικής διάρκειας του ήχου πάνω από 200 ms, συνεπάγονται βαθμό στένωσης της καρωτίδας μεγαλύτερο του 60%. Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη ενός ακουστικού αισθητήρα με ικανότητα ανίχνευσης ηχητικών σημάτων από την περιοχή της καρωτίδας, με σκοπό την διερεύνηση του καρωτιδικού θορύβου συναρτήσει του βαθμού στένωσης της καρωτίδας. Το προτεινόμενο ακουστικό σύστημα συνιστά μία φορητή συσκευή, χαμηλού κόστους, η οποία είναι εύκολη στη χρήση, σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους διάγνωσης που πραγματοποιούνται υπό το χειρισμό ειδικού. Για τις ανάγκες της συσκευής, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε φορητός αισθητήρας που χρησιμοποιεί δύο μικρόφωνα για τη λήψη του σήματος. Μέσω της λειτουργίας του αισθητήρα ενισχύεται ο επιθυμητός ήχος, ενώ απορρίπτεται ο περιβαλλοντικός θόρυβος, με τη χρήση ενός ενισχυτή διαφορών. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ τριών μικροφώνων, BCM9767P, WM61A και LD-MC-6035W_DTE, σχετικά με την απόρριψη κοινού σήματος, την εισαγωγή ηλεκτρονικού θορύβου και την αλλοίωση του σήματος. Επικρατέστερο μικρόφωνο ήταν το BCM9767P, για το οποίο πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω μετρήσεις. Η βελτιστοποίηση του κυκλώματος, η σχεδίαση και ανάπτυξη phantom της καρωτίδας ώστε να ελεγχθεί ο αισθητήρας υπό πραγματικές συνθήκες και να διαπιστωθεί η διαγνωστική αξία του καρωτιδικού θορύβου, καθώς και η ανάπτυξη μοντέλου μηχανικής μάθησης για την εξαγωγή χαρακτηριστικών του ήχου και την κατηγοριοποίηση με βάση το βαθμό στένωσης, συνιστούν τις σημαντικότερες κατευθύνσεις μελλοντικής έρευνας.