Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

МЕТОД ОЦІНКИ ЕФЕКТИВНОСТІ ЗАХИСТУ МЕДИЧНОГО ПЕРСОНАЛУ ВІД ВПЛИВУ ВИПРОМІНЮВАНЬ НАДВИСОКОЇ ЧАСТОТИ

Спеціальність 05.11.17 Біологічні та медичні прилади і системи

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

СТИЦЕНКО ТЕТЯНА ЄВГЕНІВНА

Харків 2017

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі охорони праці Харківського національного університету радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Семенець Валерій Васильович, Харківський національний університет радіоелектроніки, професор кафедри метрології та вимірювальної техніки.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Павлов Сергій Володимирович Вінницький національний технічний університет проректор з наукової роботи, професор кафедри біомедичної інженерії ;

доктор технічних наук, професор Кіпенський Андрій Володимирович, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», декан факультету соціально-гуманітарних технологій, професор кафедри промислової та біомедичної електроніки.

Захист відбудеться « » 2017 р. о 1300 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 64.052.05 у Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України за адресую: 61166, м. Харків, пр. Науки, 14, корпус 1, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України за адресую: 61166, м. Харків, пр. Науки, 14.

Автореферат розісланий « » 2017 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 64.052.05

Т.В. Носова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сьогоднішній день використання сучасної медичної апаратури, яка працює в діапазоні електромагнітних хвиль надвисоких частот, потребує від медичного персоналу не тільки сучасних навичок її досконалого способу використання, а й належних методів і засобів захисту від негативного впливу даної апаратури на організм.

Сучасна медична апаратура представлена широким спектром діагностичної та фізіотерапевтичної ЕМА (електронно-медичної апаратури), яка використовується для діагностики та терапевтичної дії на організм і тканини людини різними фізичними факторами, що створюється цими апаратами: низькочастотна (до 2 кГц) апарати для електростимуляції, високочастотна (70 кГц 30 МГц) апарати для дарсонвалізації, діаметрії, індикатометри, ультрависокочастотна (30-30 МГц) апарати для УВЧ терапії, надвисокочастотна (частота понад 300 МГц) НВЧ апарати, апарати КВЧ терапії.

Найбільшою проблемою, яка впливає на працездатність та має негативний вплив на здоров?я медичного персоналу, є їх непристосованість до «вітчизняних» умов експлуатації, які часто не узгоджуються з вимогами виробника. Насамперед, це стосується стану приміщень, мереж живлення та інженерних комунікацій. Також наявність електромагнітних перехідних процесів, що виникають через вплив міських та промислових споживачів, які можуть мати тривалість до кількох секунд та смугу частот до десятків мегагерц. Через це виникають провали та імпульси напруги, короткочасні перенапруги. Широке використанні у лікуванні ракових пухлин отримала апаратура на основі прискорювача кібер-ножа, який більш компактний завдяки тому, що система генерації НВЧ хвиль у ньому працює в діапазоні X (8ч12 ГГц. При безперервній експлуатації, внаслідок великої кількості пацієнтів за робочу зміну, виникає можливість надходження електромагнітних хвиль «зовні», за рахунок недостатньої щільності у стиках хвилеводів. Виникають так звані «паразитні випромінювання».

Враховуючи всі ці недоліки, виникає необхідність створення систем життєдіяльності та засобів, які за своїми властивостями забезпечили б біологічній системі нормальне функціонування і дозволили оцінити ефективність захисту та скоротити до нормативного значення допустимий рівень впливу випромінювання надвисокої частоти на медичний персонал.

Технічні вимоги до оцінки ефективності захисту обумовлюють необхідність пошуку комплексних розв'язань задачі захисту від електромагнітного випромінювання.

Використання сучасної медичної апаратури вимагає удосконалення методів побудови захисту від випромінювання надвисоких частот, особливу роль в якому відіграє розв'язання задачі дослідження особливостей впливу поглинаючих матеріалів на рівень випромінювання у лікувальних приміщеннях, а також властивостей цих матеріалів: коефіцієнта відбиття, поглинання, екранування.

Методи, засоби та методики, які існують для захисту медичного персоналу, що працює під впливом випромінювання надвисоких частот, базуються на теорії електромагнітного поля. Проте, відомі сьогодні методи та засоби мають свої недоліки та обмежену галузь застосування, тому вдосконалення існуючих і розробка нових підходів, а також методу оцінки ефективності захисту медичного персоналу, є актуальною науково-технічною задачею.

Серед робіт з біологічної дії випромінювання надвисоких частот на системи організму людини чільне місце займають роботи М. Р. Шандали, К. В. Никоновій, Б. А. Чухловина, М. Л. Баранникова, Яшина С. А. та ін.

Напрямок, пов'язаний з дослідженням і розробкою матеріалів і конструкцій з кінцевою провідністю, які забезпечили б заданий коефіцієнт захисту у складній структурі електромагнітного поля, отримано розвиток в роботах В. А. Торганова, П. М. Маслова, Н.А.Хижняка, Б. В. Дзюндзюка, О. С. Островського, Л. М. Линькова, К. Ю. Александрова та ін.

У зв'язку з удосконаленням методів побудови систем захисту (СЗ) від випромінювання надвисоких частот, особливу роль відіграє вирішення задачі дослідження особливостей впливу радіо поглинаючих матеріалів (РПМ) на рівень випромінювання в приміщеннях з медичною апаратурою, а також властивостей цих матеріалів: коефіцієнта відбиття, поглинання, екранування.

Для вирішення даної задачі потрібно теоретичні та експериментальні дослідження поглинаючих властивостей матеріалів, які задовольняли б співвідношенню «ефективний захист плюс якість».

Методи, засоби та методики, які існують для захисту медичного персоналу, що працює під впливом випромінювання надвисоких частот, базуються на теорії електромагнітного поля. Проте, відомі нині методи та засоби мають свої недоліки та обмежену галузь застосування, тому вдосконалення існуючих і розробка нових підходів, а також систем життєдіяльності, є актуальною науково-технічною задачею.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедрі охорони праці Харківського національного університету радіоелектроніки згідно з планом наукового напряму кафедри відповідно до госпдоговірної теми: «Проведення експертизи технічних рішень системи захисту персоналу та навколишнього середовища від спливу електромагнітного випромінювання надзвичайно високих частот промислового устаткування.

У зазначеній темі здобувач був виконавцем окремих розділів.

Мета дисертаційної роботи. Мета даної дисертаційної роботи полягає в розробці методу оцінки ефективності захисту медичного персоналу та удосконаленню захисту при обслуговуванні, ремонті і експлуатації медичних приладів і систем.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

провести аналіз джерел ЕМП при використанні медичної апаратури у лікувальних закладах;

провести аналіз існуючих захисних пристроїв і методів захисту людини від дії випромінювань надвисоких частот;

розробити функціональну модель біомедичної системи життєдіяльності; електромагнітний випромінювання надвисокий частота

формулювання критерію оцінки ефективності захисту при дії електромагнітного випромінювання на біологічні об'єкти;

дослідження властивостей багатошарових поглиначів, на можливість їх застосування для захисту медичного персоналу;

удосконалити моделі індивідуальних засобів захисту біологічного об'єкту, які забезпечили б рівноефектівний допустимий рівень опромінювань по всьому об'єму тіла людини при обслуговуванні, ремонті і експлуатації медичних приладів і систем;

провести апробацію ефективності засобів захисту медичного персоналу в лікувальних закладах при дії випромінювання надвисоких частот.

Об'єкт дослідження: процес визначення параметрів захисних багатошарових покриттів при довільних кутах падіння електромагнітної хвилі в широкому частотному діапазоні застосування медичних приладів і систем.

Предмет дослідження: метод, моделі та засоби визначення параметрів електромагнітного поля.

Методи дослідження: методи електродинаміки для дослідження і розробки засобів захисту від дії ЕМП, методи моделювання складних стохастичних об'єктів для аналізу процесів та оцінки ефективності захисту ЕМП, методи математичного моделювання для розроблення моделі біомедичної системи життєдіяльності і узагальненого критерію; методи статистичної обробки даних для перевірки адекватності та підтвердження достовірності розроблених методів захисту медичного персоналу від дії електромагнітного випромінювання.

Наукова новизна отриманих результатів:

вперше розроблений метод оцінки ефективності захисту медичного персоналу при комплексній дії електромагнітного випромінювання та запропоновано узагальнений критерій оцінки, що дозволило більш адекватно оцінити існуючі системи захисту.

вдосконалена модель оцінки рівня ЕМВ, яка на відміну від відомих враховує всі джерела випромінювання, що дозволило одночасно оцінювати показники електромагнітного випромінювання для різних типів джерел.

отримало подальший розвиток рішення задачі визначення параметрів багатошарових покриттів, що слабо відображають, при довільних кутах падіння електромагнітної хвилі і поляризації в широкому частотному діапазоні застосування медичних приладів і систем (1075ГГц), що дозволило розрахувати коефіцієнт поглинання при різній товщині поглинача.

отримав подальший розвиток метод розрахунку коефіцієнта захисту при впливі електромагнітного випромінювання на організм людини, що дозволило запропонувати систему захисту людини, яка забезпечує рівноеффектівний допустимий рівень опромінювань по всьому об'єму тіла людини.

Практична значущість отриманих результатів. Отримані наукові результати мають практичне значення, що підтверджується актами впровадження результатів досліджень.

Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес на кафедрі біомедичної інженерії Харківського національного університету радіоелектроніки під час викладання дисциплін «Основи взаємодії фізичних полів з біологічними об'єктами», «Діагностичні та терапевтичні прилади» (акт впровадження результатів дисертаційної роботи).

Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес Національної академії Національної гвардії України (акт впровадження результатів дисертаційної роботи).

Результати дисертаційної роботи були впроваджені в роботу Харківського Державного підприємства «Центральне конструкторське бюро «Протон» (акт впровадження результатів дисертаційної роботи).

Розроблений в дисертаційній роботі матеріал планується до використання у науково-дослідній установі «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» (УкрНДІЕП) м. Харків (акт впровадження результатів дисертаційної роботи).

Результати наукових досліджень плануються до використання у Головному центрі спеціального контролю Державного космічного агентства України м. Київ (акт про використання результатів дисертаційної роботи).

Особистий внесок здобувача. Усі положення дисертаційної роботи, які виносяться на захист, основні результати теоретичних та експериментальних досліджень одержані автором самостійно [5-7, 16, 19, 20, 26, 28]. В роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належить: визначення аналітичним шляхом миттєвого значення напруженості поля прямої та перевипроміненої хвилі в точці прийому з урахуванням втрат за рахунок поглинання та розсіювання на неоднорідностях [1]; розробка неінваріантної моделі при переході від структури до функціонуванню у підсистемі «лікар-машина-оточуюче середовище» [2]; порівняльний аналіз характеристик впливу різних типів моніторів на безпеку життєдіяльності людини [3]; визначений коефіцієнт захисту при дозовому підході при розгляданні біовпливу на систему [4]; удосконалено розробку неоднорідних поглинаючих матеріалів на основі пінополістиролу з додаванням графіту у діапазоні частот 10-75 ГГц [8]; обґрунтування значення напруженості поля у точці прийому, проведений аналіз амплітуди результуючого поля випромінювань [9]; розробка функціональної та потенціальної моделі біомедичної системи життєдіяльності [10]; проведен аналіз випромінювання у дальній зоні [11]; вибір основних вимог до систем функціонального захисту [12]; обґрунтування проблеми захисту здоров'я людини при впливі електромагнітного випромінювання [13]; обґрунтування захисту кристалику ока при впливі електромагнітного випромінювання [14]; обґрунтоване питання використання функціонального стану людини для оперативної інформації стану критерію якості захисту [15]; обґрунтування розробок нових матеріалів для захисту людини [17]; аналіз функціональної та експертної системи керування умовами праці[18];удосконалення методики розрахунку щільності потоку енергії у спеціальному приміщенні [21]; обґрунтування вибору системи захисту біологічного об'єкта при впливі електромагнітного випромінювання [22]; обґрунтування використання дозового підходу [23]; обґрунтування підходу до захисту та нейтралізації електромагнітних випромінювань [24]; обґрунтування ефективності екранування при складної структурі поля [25]; проведен аналіз біфуркацій системи захисту [27].

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на 17 Всеукраїнських та Міжнародних наукових конференціях: Міжнародній науково-методичній конференції «Безпека людини в сучасних умовах» 2001р.,2005-2015рр.,м. Харків; 8-ій,10-ій Міжнародній конференції «Теорія і техніка передачі, прийому та обробки інформації» м. Харків 2004 р.; Міжвузівській науково-технічній конференції «Психологічні та технічні проблеми безпеки праці, життя та здоровя людини», м. Полтава 2005р.,2006р.; Міжнародній науково-практичній конференції «Математичне моделювання процесів в економіці та управлінні інноваційними проектами» (ММП-2013),г. Харків.

Публікації. Основні положення та результати дисертаційної роботи були опубліковані у 28 наукових працях, зокрема: 7 статей у наукових виданнях, що входять до переліку фахових видань України для публікації результатів дисертаційних робіт з технічних наук; 2 стаття у періодичному фаховому виданні, що входить до міжнародних наукометричних баз даних, 1 стаття в закордонному виданні; 18 публікацій за матеріалами тез доповідей науковопрактичних конференцій.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Дисертаційна робота викладена на 155 сторінках, із них 129 сторінок основного тексту, містить 31 рисунків, 2 таблиць, 144 найменування у списку використаних джерел на 15 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить загальну характеристику роботи, обґрунтування її актуальності, формулювання мети й основних задач дослідження, визначення об'єкта, предмета і методів дослідження, наукову новизну і практичну значущість отриманих результатів, зв'язок з науковими програмами, планами, темами, перелік публікацій та опис особистого внеску здобувача у наукових працях, виконаних у співавторстві, а також наведено відомості про впровадження результатів дисертаційної роботи.

У першому розділі висвітлено сучасний стан систем захисту медичного персоналу від електромагнітного випромінювання.

Проведено аналіз існуючих джерел електромагнітних полів, які впливають на медичний персонал при щоденній роботі, методів, які використовуються для визначення характеристик електромагнітного поля. В розділі наведено їх технічні характеристики, переваги та недоліки.

При широкому використанні у сучасних медичних закладах апаратури, яка працює у діапазоні електромагнітних хвиль, вплив електромагнітних полів на організм людини може бути досить значним.
Найбільшу небезпеку електромагнітні випромінювання представляють для нервової, імунної, ендокринної, статевої систем.

Згідно із запропонованою класифікацією методи захисту від електромагнітних полів діляться на: захист відстанню, захист часом, зменшення потужності випромінювання, екранування. На практиці бажано поєднувати декілька методів захисту.

На основі проведеного аналізу обґрунтовано напрями досліджень та сформульовано основні задачі, які необхідно вирішити для реалізації мети дисертаційної роботи.

Другий розділ присвячений розробці методу оцінки ефективності захисту медичного персоналу від впливу випромінювань надвисокої частоти, моделі електромагнітної обстановки в приміщенні з медичною апаратурою, вирішенню задачі визначення параметрів слабо від ображаючих багатошарових покриттів при довільних кутах падіння електромагнітної хвилі, розробці методу розрахунку впливу електромагнітного випромінювання на організм людини, що знаходиться в захисному середовищі.

На рис.1 представлений метод оцінки ефективності

Миттєве значення напруженості поля від джерела в точці прийому визначено як суперпозиція прямої хвилі, в паразитних джерел випромінювання і б джерел пере відображень за допомогою трьох однотипних доданків

Размещено на http://www.allbest.ru/

(1)

де (для відповідних додатків) потужність випромінювання хвилі; G_i коефіцієнт підсилення рупору; r_i,r відстані між передавальним джерелом і точкою прийому; К = хвильове число; R_i модуль комплексного коефіцієнта відбиття; И_i зміни фази при відбитті хвилі; Дr_i різниця відстаней, які проходять пряма і пере випромінювані хвилі; В, В_i, В_ijкоефіцієнти ослаблення; _i коефіцієнт, що враховує поляризацію; n, m, pкількість послаблень прямої, паразитної і пере відображеної хвилі відповідно.

Вираження у квадратних дужках являють собою ослаблення функції, що характеризують відмінність реального поля від поля у вільному просторі. Вони є випадковими величинами, визначеними окремими законами розподілу ймовірностей, що описують зміну амплітудних значень напруженості поля.

Розглянемо двошарову структуру поглинаючого покриття, що складається з шарів, які характеризуються хвильовими числами г1 і г2 (рис.1). Верхнє і нижнє півпростору характеризуються відповідно хвильовими числами г3 і г0. Нехай плоска хвиля магнітного типу падає на поверхню структури.

Рис. 1 Багатошарова структура поглинаючого матеріалу R₁₀, R₂₁ коефіцієнти відбиття від відповідних меж

В наведених виразах подвійні індекси праворуч вказують на напрямок руху електромагнітної хвилі, а індекс зліва на кількість екрануючих шарів.

Коефіцієнт проходження двошарової структури ₂S₃₂ визначається підсумовуванням коефіцієнтів променів, що вийшли в нижній півпростір (точки 3,8,13 і т.д.).

Аналогічно, коефіцієнт відбиття ₂R₃₂ двошарової структури визначається підсумовуванням коефіцієнтів променів, що вийшли назад у верхній півпростір (точки 14,15,16 і т.д.).

У роботі за допомогою методу математичної індукції для шарової структури, отримали:

коефіцієнт екранування

(2)

і коефіцієнт відбиття

, (3)

де

.

У третьому розділі було розроблено математичну модель біомедичної системи життєдіяльності і узагальнений статистичний критерій при дії електромагнітного випромінювання на біологічні об'єкти.

Синтез оптимальної біомедичної системи життєдіяльності(БМСЖ) можливо виконати на основі узагальненого функціонально-статистичного критерію. При цьому в загальному випадку для синтезу необхідно знати багатовимірні закони розподілу ймовірностей випадкових векторів X, X', Z, Z₁, U',U, Y, Ц, а також часткових та узагальнених витрат С. В останньому випадку в якості векторів Х, Х' можна обмежитися визначенням інтенсивності випромінювання СВЧ, яка визначається значенням електричної Е та магнітної Н складових.

При вирішенні проблеми синтезу системи, виходячи із допустимих значень векторів Y і Ф, необхідно синтезувати пристрої біологічного захисту від ЕМВ, вибрати закони зміни векторів управління U и U'.

На рис. 2 приведена функціональна модель БМСЖ з джерелом ЕМВ, на який діє деякий вектор зовнішніх і внутрішніх Z₁(h₁,h₂,h₃,…h_k) збуджень, які носять випадковий характер.

Ці збудження обумовлюють випадковість векторів X(X₁,X₂,…X_m) і X'(X₁^',X₂',…X_m').

Вектор вихідних координат джерела ЕМВ може визначити просторове і тимчасове положення об'єкта, а також нести інформацію про координати стану ЕМВ при впливі векторів керування V(V₁,V₂,…V_m) на джерело НВЧ випромінювання і на систему захисту V'(V₁',V₂',…V_m'), що виробляються системою контролю і управління (СКУ). Виконуючи вимірювання векторів X, Х', що характеризують стан ЕМВ, до і після середовища СКР формує вектори керувань V і V'. Система захисту формує вектор Y. Стан біологічного середовища характеризується вектором Ф.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Функціональна модель БМСЖ з джерелом ЕМВ

Вектори X, Х', V, V', Y, Ф мають випадковий характер.

Реальна математична модель БМСЖ будується аналогічно потенційній математичній моделі, при цьому приймаються реальні закони розподілу ймовірностей і різні алгоритми прийняття рішень, обумовлені обраним критерієм.

Умовна ймовірність того, що i-та координата знаходиться в нормі

. (4)

Або з урахуванням закону розподілу ймовірності

. (5)

Умовна ймовірність того, що i-та координата відхилилась від норми

. (6)

Або з урахуванням закону розподілу ймовірності

. (7)

Функція і відношення правдоподібності можуть бути визначені відповідно за формулами:

, (8)

. (9)

Якщо рішення приймається по критерію правдоподібності, то

=0, якщо, в противному випадку Л = 1.

Система прийняття рішення може бути побудована для різних критеріїв:

для критерія ідеального спостерігача ;

для критерія нормального риску

де L₁ и L₂ -вагомі коефіцієнти;

для критерія Неймана-Пірсона L₁=L_2.

Помилки першого і другого роду являються відповідно ймовірність при помилковому і нормальному прийнятті рішення

(10)

Які розраховуються з врахуванням всіх можливих помилок.

Після прийняття рішення ймовірність стан джерела випромінювання по i ій координаті дорівнює

(11)

Кількість інформації, отриманої при прийнятті рішення по i ій координаті

(12)

де (13)

(14)

відповідно ентропія стану ЕМВ до и після прийняття рішення управління рівнем джерела випромінювання.

Загальна кількість інформації відповідно дорівнює

. (15)

Звідси загальні витрати з урахуванням витрат на отримання потрібних надійності, швидкодії і т. п. будуть дорівнювати

(16)

де (17)

?С_іt -додаткові витрати на отримання потрібної швидкодії;

?С_ір -додаткові витрати на отримання потрібної надійності.

Ефективність роботи реальної БМЗСЖ

. (18)

Узагальненим статистичним критерієм Э, з урахуванням потенційної і реальної моделей, можна оцінити ефективність БМЗСЖ

. (19)

Використання узагальненого статистичного критерію Э, отриманого на основі потенційної та реальної математичних моделей, системи біологічного захисту дозволяє одним числом характеризувати як всю систему, так і її окремі частини.

При цьому діапазон зміни критерію для практичних систем

.

Недосконалі БМСЖ мають Э близький до нуля, а досконалі до одиниці.

В четвертому розділі дисертаційної роботи проведено експериментальне дослідження поглинаючих матеріалів при впливі електромагнітного випромінювання.

Для експериментальних досліджень застосовувалися прилади ПЗ-19, М3-63,М3-64, що працюють в діапазоні 0-75 ГГц.

Матеріал виготовляють двох типів, які відрізняються між собою діелектричною проникністю основи, законом розподілу графіту в матеріалі і геометрією верхньої поверхні.

В діапазоні частот від 10ГГц до 75ГГц і кутів падіння електромагнітної хвилі в межах 0-70° діелектрична проникність змінювалася від 1 до 2,0. Узгоджувальний шар виготовлявся з п'яти окремих пластин пінополістиролу з різною діелектричною проникністю, зростаюча від першого шару до останнього.

Неоднорідний діелектрик з втратами виготовлявся п'ятишаровим також з пінополістиролу з = 2,0. У кожен шар в якості поглинаючого матеріалу додавався аквадаг різної концентрації. Отримані таким чином шари в певній послідовності з'єднувалися в монолітний блок і разом з узгоджуваним шаром склали поглинаючий матеріал першого типу.

Другий тип матеріалу представляє таку ж структуру, як і матеріал першого типу, але без узгоджувального шару. Для цього типу матеріалу діелектрична проникність основи близька до одиниці. У кожен шар додавалося певну кількість аквадага, яка розрахована за виразом

=1+ G, = G,

де G вага графіту на 1 г пінополістиролу після першого спінювання.

Для кращого узгодження поглинаючого матеріалу з вільним простором на передню поверхню накладався лист пінополістиролу з ?1.

На рис. 3 представлена залежність коефіцієнта відбиття електромагнітної хвилі від поглинаючого матеріалу першого типу з узгоджуваним шаром і без нього у функції кута падіння для різних частот в досліджуваному діапазоні. Аналізуючи графіки, можна зробити висновок, що поглинаючий матеріал без узгоджувального шару має коефіцієнт відбиття більший, ніж з узгоджуваним шаром. Крім того, видно, що коефіцієнт відбиття матеріалу з узгоджуваним шаром майже не залежить від кута падіння електромагнітної хвилі. Для досліджуваного частотного діапазону коефіцієнт відбиття перевищує 30 дБ і на частоті 75 ГГц досягає 40 дБ.

Коефіцієнт відбиття матеріалу першого типу залежить як від частоти, так і від кута падіння електромагнітної хвилі. Для обох типів матеріалу коефіцієнт відбиття залишається практично постійним для будь-якого виду поляризації електромагнітних хвиль.

Результати досліджень характеристик поглинаючого матеріалу з фігурною передньою поверхнею представлені на рис. 4.

в

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Залежність коефіцієнта відбиття від кута падіння електромагнітної хвилі на РПМ; а на частоті 10ГГц; б на частоті 38ГГц; в -на частоті 75ГГц



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 Залежність коефіцієнта відбиття від кута падіння електромагнітної хвилі на РПМ з рельєфною поверхнею; а на частоті 10ГГц; б на частоті 38 ГГц; вна частоті 75 ГГц

Для матеріалу з рельєфною передньою поверхнею коефіцієнт відбиття істотно залежить від кута падіння ЕМВ і площини її поляризації на частоті 75ГГц. Із збільшенням довжини електромагнітної хвилі, поглинаючі властивості РПМ значно погіршуються.

У висновках зазначено основні наукові та практичні результати дисертаційної роботи. У додатках наведено акти впровадження.

ВИСНОВКИ

Аналіз моделей, сучасних методів та аналітичний огляд науково-технічної та медичної інформації показав, що на сьогодні не існує ефективної системи життєдіяльності в умовах електромагнітного випромінювання. Отже, дисертаційну роботу присвячено вирішенню актуальної науково-практичної задачі розробці нових методів та засобів досліджень особливостей впливу випромінювання надвисоких частот на медичний персонал, розробці математичної моделі біомедичної системи життєдіяльності, методів і засобів для підвищення ефективності захисту організму людини.

Основні результати роботи полягають у тому, що:

1. При існуючій нині забрудненій електромагнітній обстановці негативний вплив електромагнітних полів на організм людини може бути досить значним, особливо з урахуванням того, що електромагнітні випромінювання, проникаючи в системи життєдіяльності організму, мають кумулятивний ефект і з плином часу можуть викликати різні незворотні патологічні процеси.

2. Найбільшу небезпеку електромагнітні випромінювання представляють для нервової, імунної, ендокринної, статевої систем і пов'язаних з ними органів, а також органів, бідних кровоносними судинами. Біологічну дію електромагнітних полів на організм залежить від багатьох фізичних параметрів, однак численні дослідження дають підставу в якості найбільш небезпечних факторів виділити три: потужність поля, його вид та частоту.

3. Удосконалено моделі визначення рівня електромагнітного випромінювання, які впливають на біологічні об'єкти. У цих моделях на відміну від відомих враховуються як паразитні випромінювання, так і число зовнішніх джерел, які мають випадкові амплітуди і фази. Це дозволило визначити показники електромагнітного випромінювання для різних типів джерел випромінювання та їх інтенсивності в медико-діагностичних, лікувальних, хірургічних приладах і системах, а також в їх окремих частинах.

4. Вперше вирішена задача визначення параметрів слабо відображають багатошарових покриттів при довільних кутах падіння електромагнітної хвилі і поляризації в широкому частотному діапазоні застосування медичних приладів і систем (10-75ГГц), що дозволило розрахувати коефіцієнт поглинання при різних товщина поглинача.

5. Отримав подальший розвиток метод розрахунку впливу електромагнітного випромінювання на організм людини, що знаходиться в захисному середовищі. Це дозволило розробити систему захисту людини, яка забезпечує рівноефективний допустимий рівень опромінень по всьому об'єму тіла людини при обслуговуванні, ремонті та експлуатації медичних приладів і систем.

6. Розроблена оцінка ефективності роботи системи біомедичного захисту на основі дози шкідливого впливу електромагнітного випромінювання, яка дозволяє порівнювати існуючі технічні системи за рівнем їх безпеки.

7. Розроблено функціональну, потенційну і реальну біомедичні моделі системи життєдіяльності з різними джерелами електромагнітного випромінювання надвисоких частот на основі детермінованих критеріїв, які дозволяють з певною ймовірністю оцінити виконання завдання функціонування системи життєдіяльності.

8. Розроблено узагальнений критерій біомедичної системи життєдіяльності, який дозволяє характеризувати як всю систему, так і її окремі частини. Критерій побудований з урахуванням вартості системи, який дозволяє при побудові систем біологічного захисту на підставі загальних моделей, отримати розрахункові формули, що зв'язують певний критерій якості системи з параметрами, які можна порівняно легко виміряти і нормувати з біологічних і санітарних міркувань, що і визначає практичну цінність роботи.

9. Проведено експериментальне дослідження поглинаючих матеріалів при впливі електромагнітного випромінювання. Показано, що резистивний поглинаючий матеріал на основі пінополістиролу з додаванням графіту, володіє тією особливістю, що дозволяє реалізувати розрахункові закони зміни комплексної діелектричної проникності. Зокрема, поглинаючий матеріал без узгоджувального шару з додаванням у кожен шар добавки(аквадага) різної концентрації, має коефіцієнт відбиття більше, ніж узгоджувальних. Поглинаючі властивості матеріалу практично не залежать від кута падіння електромагнітної хвилі.

10. Експериментально доведено, що можна створити матеріал з найкращими коефіцієнтами відбиття і поглинання у широкому діапазоні кутів падіння електромагнітної хвилі в нижній частині частотного діапазону. Застосування в матеріалі елементів конусоподібної форми, призводить до суттєвого зростання коефіцієнта поглинання. Це, в свою чергу, дозволяє отримати матеріал малої товщини у широкому діапазоні довжин хвиль.

11. Експериментально встановлено, що матеріал для екранування на основі пінополістиролу з додаванням графіту, володіє високими екрануючими властивостями без використання складної технології виготовлення. Найкращими характеристиками у досліджуваному діапазоні частот має аквадаг з розміром частинок графіту 30-70 мкм.

12. Встановлено експериментальним шляхом, що ефективність захисту всіх частин тіла людини залежить від властивості тканини, що містить струмопровідну сітку, і від кроку сітки. Чим крок сітки менше, тим вище ефективність екранування. Встановлено, що якщо радіо захисний одяг виконати з тканини, в якій змінний крок сітки, то рівень потужності, що пройшов через екран буде однаковий для всіх ділянок тіла людини.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

Результати дисертаційної роботи опубліковані у 29 роботах, основні з яких:

1. Стыценко Т.Е. Критерии и способы оптимального размещения датчиков контрольно-измерительной аппаратуры / Т.Е. Стиценко, Б.В. Дзюндзюк, М.И. Пацера // Вестник национального технического университета ХПИ. 2006. №10. С. 47-51.

2. Стыценко Т.Е. Структуры и типы моделей систем «человек-машина-среда» / Т.Е. Стыценко, Б.В. Дзюндзюк, И.В. Наумейко, Н.Н. Сердюк. // АСУ и приборы автоматик. 2007. № 138. С. 47-50.2

3. Стыценко Т.Е. Безопасность работы при использовании различных видов мониторов / Т.Е.Стыценко, Б.В.Дзюндзюк, И.И.Хондак// Весник национального университета ХПИ. 2008. №43. С. 94-98.

4. Стыценко Т.Е. Критерии и методы оптимизации систем с защитой / Т.Е. Стыценко, В.В. Дзюндзюк // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2008. 2/3(32). С. 10-13.

5. Стыценко Т.Е. Исследование характеристик радиозащитного костюма с постоянным коэффициентом защиты // Т.Е. Стыценко Вестник НТУ ХПИ. 2010. № 44. С. 101-104.

6. Стиценко Т.Є. Системний підхід до інформаційного забезпечення охорони праці // Т.Є. Стиценко Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2012.Вып. 59. С. 155-157.

7. Стыценко Т.Е. Подходы к обеспечению безопасности жизнедеятельности в современных условиях // Т.Е. Стыценко Збірка наукових статей, що видана за метеріалами VII-ї міжнародної науково-методичної конференції НТУ «ХПІ» та 105-ї міжнародної конференції EAS «Безпека людини в сучасних умовах». 2015.С. 76-80.

8. Стыценко Т.Е. Разработка материала для защиты медицинского персонала от воздействия излучений / В.В. Семенец, Т.Е. Стыценко // Восточно-Европейский журнал передовых технологий 2016. № 2/5(80). С. 30-37.

9. Стыценко Т.Е. Анализ электромагнитной обстановки и моделирование источников паразитных излучений / В.В. Семенец, Т.Е. Стыценко // Радиотехника. 2016. № 184. С. 155-163.

10. Стыценко Т.Е. Разработка биомедицинской системы жизнедеятельности при воздействии электромагнитных излучений / В.В. Семенец, Т.Е. Стыценко // Системи обробки інформації. 2016. № 8(145). С. 139-144.

11. Stytsenko T.E, Semenets V.V Analysis of electromagnetic and modeling of spurious radiation sources / T.E.Stytsenko, V.V.Semenets // Telecommunications and Radio Engineering. 2016, Vol. 75, Issue 15. P. 1385-1396.

12. Стыценко Т.Е. К вопросу о проектировании систем защиты от воздействия вредных факторов / Б.В. Дзюндзюк, П.Н. Маслов // Научно-методическая конференция по БЖД, 27-28 ноября 2001г., матеріали конф.Х., 2001. С. 68-70.

13. Стыценко Т.Е. Обеспечение электромагнитной безопасности / Т.Е. Стыценко, Б.В. Дзюндзюк // Сборник тезисов доклада по материалам международной научной конференции «Теория и техника передачи, приема и обработки информации», г. Туапсе, 2004 г. С. 277-278.

14. Стыценко Т.Е. Воздействие электромагнитных излучений на зрительный анализатор человека, средства защиты / Т.Е. Стыценко, Б.В. Дзюндзюк // Тезисы докладов на научно-методическую конференцию по БЖД, ноябрь 2005 г.:матеріали конф. Харьков, 2005. С. 113-114.

15. Стыценко Т.Е. Оперативная система управления условиями труда / Т.Е. Стыценко, Б.В. Дзюндзюк // Межвузовская научно-техническая конференция «Психологічні та технічні проблеми безпеки праці, життя та здоровя людини» 2005 г.: матеріали конф. Полтава, 2005 г. С. 18-19.

16. Стыценко Т.Е. Безопасность человека при работе с компьютерами // Т.Е. Стыценко 6 региональная методическая конференция НТУ ХПИ «Безопасность жизнидеятельности человека», г.Харьков, 06.12.2006 г. С. 76-77.

17. Стыценко Т.Е. Расчет эффективности экранирования сплошными металлическими экранами// Т.Е.Стыценко Тезисы докладов 7-й региональной научно-методической конференции «Безпека життєдіяльності», г. Харьков. 2007. НТУ ХПИ, С. 41.

18. Стыценко Т.Е. Структура экспертной системы контроля и управления условиями труда / Т.Е. Стыценко, Б.В. Дзюндзюк // Тезисы докладов 8-й региональной научно-методической конференции «Безпека життєдіяльності», г. Харьков.2008. НТУ ХПИ, г. Харьков.2008. С. 132-133.

19. Стыценко Т.Е. Уменьшение влияния электромагнитных полей на человека за счет применения поглощающих экранов // Т.Е.Стыценко Тезисы докладов 7-й региональной научно-методической конференции «Безпека життєдіяльності», г. Харьков. 2007. НТУ ХПИ, С. 51-52.

20. Стыценко Т.Е. Уменьшение влияния электромагнитных полей при помощи радиопоглощающих экранов // Т.Е.Стыценко Тези доповідей 8-ї Міжвузівської науково-методичної конференції «Безпека людини в сучасних умовах» 4-5 грудня, НТУ ХПИ, м. Харків.2008 р. С. 55.

21. Стыценко Т.Е. Определение плотности потока энергии в специальных помещения / Т.Е.Стыценко, Б.В. Дзюндзюк //Міжнародно-науково-методична конференція «Безпека людини в сучасних умовах», м. Харків, НТУ ХПІ 3-4 грудня, 2009 р. С. 85-86.

22. Стыценко Т.Е. К вопросу о разработке радиозащитных костюмов/ Т.Е.Стыценко, Б.В.Дзюндзюк //Міжнародно-науково-методична конференція «Безпека людини в сучасних умовах», м. Харків, НТУ ХПІ 3-4 грудня, 2009 р. С. 65-66.

23. Стыценко Т.Е. К вопросу о нормировании комплекса вредных производственных факторов / Т.Е.Стыценко, Б.В.Дзюндзюк // II Міжнародна науковометодична конференція «Безпека людини в сучасних умовах»,2-3 грудня, 2010 р.м. Харків. С. 273-274.

24. Стыценко Т.Е. Некоторые вопросы защиты от воздействия электромагнитных полей / Т.Е.Стыценко, Б.В. Дзюндзюк // II Міжнародна науково-методична конференція «Безпека людини в сучасних умовах», 2-3 грудня, 2010 р.м. Харків. С. 229-211.

25. Стыценко Т.Е. Эффективность экранирования как средство обеспечения безопасности / Т.Е.Стыценко, Б.В.Дзюндзюк // III Міжнародна науково-методична конференція «Безпека людини в сучасних умовах»,8-9 грудня, 2011р.м. Харків. С. 166-168.

26. Стыценко Т.Е. Безопасность человека главная составляющая здоровья // Т.Е.Стыценко VI Міжнародна науково-методична конференція «Безпека людини в сучасних умовах»,6-7 грудня, 2012р.м. Харків. С. 106-107.

27. Стыценко Т.Е. Экономико-математическое моделирование систем безопасной жизнедеятельности / Т.Е.Стыценко, Б.В. Дзюндзюк // Международная научно-практическая конференция «Математическое моделирование процессов в экономике и управлении инновационными проектами» (ММП-2013),г. Харьков. С. 54-55.

28. Стыценко Т.Е. Безопасность жизнедеятельности при использовании радиотехнических систем // Т.Е.Стыценко VI Міжнародна науково-методична конференція «Безпека людини в сучасних умовах», 4-5 грудня, 2014р.м. Харків. С. 285-287.

АНОТАЦІЯ

Стиценко Т.Є. Метод оцінки ефективності захисту медичного персоналу від впливу випромінювання надвисоких частот Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 біологічні та медичні прилади і системи. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2016.Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальній науковотехнічній задачі розробці метода оцінки ефективності захисту медичного персоналу, удосконаленню існуючих методів та засобів захисту від впливу електромагнітного випромінювання.

В удосконалених моделях на відміну від відомих враховуються як паразитні випромінювання, число відбитих хвиль так і число зовнішніх джерел, які мають випадкові амплітуди і фази. Це дозволили визначити показники електромагнітного випромінювання в медичних приладах і системах.

Розроблена математична модель біомедичної системи життєдіяльності і узагальнений критерій ефективності системи. Це дозволило характеризувати як всю систему, так і її окремі частини, що важливо при порівнянні декількох систем.

Визначення параметрів багатошарових покриттів при довільних кутах падіння електромагнітної хвилі дозволило розрахувати коефіцієнт поглинання при різних товщинах захисних матеріалів.

Ключові слова: хвиля, фаза, електромагнітне випромінювання, система життєдіяльності, критерій оцінки, коефіцієнт поглинання.

АННОТАЦИЯ

Стыценко Т. Е. Метод оценки эффективности защиты медицинского персонала от воздействия излучений сверхвысоких частот. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 биологические и медицинские приборы и системы.

– Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2016.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической задачи

– разработке нового метода оценки эффективности защиты и совершенствовании существующих методов и средств защиты медицинского персонала от воздействия электромагнитного излучения.

В диссертационной работе проведен анализ существующих моделей, методов и средств защиты медицинского персонала от воздействия электромагнитного излучения. При существующей ныне загрязнённой электромагнитной обстановке негативное влияние электромагнитных полей на организм человека может быть весьма значительным, особенно с учетом того, что электромагнитные излучения, проникая в системы жизнедеятельности организма, имеют кумулятивный эффект и с течением времени могут вызывать различные необратимые патологические процессы.

В усовершенствованных моделях в отличие от известных учитываются как паразитные излучения, число отраженных волн так и число внешних источников, имеющих случайные амплитуды и фазы. Это позволило определить показатели электромагнитного излучения для различных типов источников излучения и их интенсивности в медико-диагностических, лечебных, хирургических приборах и системах, а также в их отдельных частях.

Решенная задача определения параметров отражающих многослойных покрытий при произвольных углах падения электромагнитной волны позволила рассчитать коэффициент поглощения при различных толщинах поглотителя.

Усовершенствованный метод расчета влияния электромагнитного излучения на организм человека, находящийся в защитной среде, позволил разработать систему защиты человека, которая обеспечивает равноэффективный допустимый уровень облучений по всему объему тела человека при обслуживании, ремонте и эксплуатации медицинских приборов и систем.

Разработан функциональная, потенциальная и реальная модели, а также обобщенный критерий эффективности защиты биомедицинской системы жизнедеятельности, который позволяет характеризовать как всю систему, так и ее отдельные части. Данный критерий построен с учетом стоимости системы, который позволяет при построении систем биологической защиты на основании общих моделей, получить расчетные формулы, связывающие вновь определенный критерий качества системы с параметрами, которые можно сравнительно легко измерить и нормировать из биологических и санитарных соображений, что и определяет практическую ценность работы.

Экспериментально доказано, что можно создать материал с наилучшими коэффициентами отражения и поглощения в широком диапазоне углов падения электромагнитной волны в нижней части частотного диапазона. Применение в материале отражающих элементов конусообразной формы, приводит к существенному возрастанию коэффициента поглощения. Это, в свою очередь, позволяет получить материал малой толщины в широком диапазоне длин волн.

Ключевые слова: волна, фаза, электромагнитное излучение, система жизнедеятельности, критерий, коэффициенты поглощения.

ABSTRACT

Stytsenko T.E. Method to assess effectiveness of protection of medical staff from the action of extremely high electromagnetic frequencies' radiation -Manuscript.

Thesis for scientific degree of candidate of technical sciences, specialty 05.11.17 Biological and medical devices and systems. Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv, 2016. The thesis is devoted to solution of important scientific and technical problem, which consists in the development of new and improvement of existing methods and means of medical personnel protection from electromagnetic radiation.

In the advanced models, in contrast to the known ones, both spurious radiation, the number of reflected waves and the number of external sources, that have random amplitude and phase, are considered. This made it possible to determine the indicators of electromagnetic radiation in medical devices and systems.

The mathematical model of the biomedical system of vital activity and the generalized statistical criterion were developed. This made it possible to characterize the system and its individual parts using a single number, which is important when comparing multiple systems.

Determination of the parameters of multilayer coatings with arbitrary angles of incidence of electromagnetic waves made it possible to calculate the absorption coefficient for various thicknesses of protective materials.

Keywords: wave, phase, electromagnetic radiation, system of vital activity, statistical criterion, absorption coefficient.

Размещено на Allbest.ru

...