Методологические и теоретические аспекты создания и развития информационных технологий в медицинской акустике

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МЕДИЦИНСКОЙ АКУСТИКЕ

С.П. ДРАГАН, С.В. ДРОЗДОВ,

Е.А. КОНДРАТЬЕВА, А.Д. КОТЛЯР-ШАПИРОВ

Аннотация

информационный технология медицинский акустика

В статье дана характеристика современным технологиям защиты от шума, определяющим приоритеты создания и развития информационных технологий в медицинской акустике, обеспечивающих автоматизацию поддержки принятия персонифицированных решений, ориентированных на снижение рисков здоровью каждого конкретного человека, жизнедеятельность которого сопряжена с воздействием шума.

Ключевые слова: медицинская акустика, медицинская информатика, защита от шума.

Annotation

The article describes the modern technologies of noise protection, which determines the priorities for the creation and development of information technologies in medical acoustics, providing automation of support for the adoption of personalized solutions aimed at reducing the health risks of each individual whose vital activity is associated with noise exposure.

Keywords: medical acoustics, medical informatics, noise protection.

Основная часть

Научно-технический прогресс способствует повышению мощности промышленного оборудования, сопровождающемуся увеличением неблагоприятных факторов условий деятельности персонала. Ведущее место среди таких факторов занимает шум: более двух миллионов россиян работают в условиях повышенного воздействия акустических колебаний (шума, инфразвука и ультразвука), около 25% рабочих мест персонала промышленности не соответствуют нормативам по шуму [1-3].

Проблема защиты от авиационного шума для большинства профессий усугубляется отсутствием табельных средств индивидуальной (ИСЗ) и коллективной (СКЗ) защиты, обеспечивающих эффективную защиту персонала. Применяемые персоналом СИЗ и СКЗ, как правило, неэффективны с точки зрения шумозащиты, что повышает риски здоровью и работоспособности [1, 4-6]. Риски здоровью обусловливают снижение возраста выхода персонала на пенсию по состоянию здоровья, а, следовательно, и преждевременную потерю высококвалифицированных кадров. Риски работоспособности способствуют снижению надёжности профессиональной деятельности персонала, т.е. повышается вероятность ошибочных действий.

Уровень развития авиационной промышленности и связанных с ней технологий является показателем уровня научно-технического прогресса, так как здесь традиционно апробируют и реализуют самые современные технологии. Поэтому актуальной является разработка специальных информационных технологий поддержки принятия решений на всех этапах жизненного цикла средств защиты от шума в интересах оптимизации их стоимости и эффективности.

Технологии автоматизированного мониторинга акустической безопасности. Мониторинг акустической безопасности предполагает оценивание шума окружающей среды, включающего специфичный (связанный с исследуемыми источниками шума) и остаточный (шум окружающей среды без наличия специфичного шума) [1, 2]. Обязательной частью любой программы обеспечения акустической безопасности является проведение объективных акустических измерений, в настоящее время требующее применения информационных технологий сбора и обработки информации о акустической обстановке. Правила и стандарты определяют показатели, которые подлежат измерению, и, в большинстве случаев, устанавливают рекомендации по настройке измерительного оборудования в зависимости от различных факторов (метеорологических, климатических).

При акустическом мониторинге часто применяют компьютерные модели окружающей среды с указанием идентифицированных шумовых источников, топографических параметров и особенностей местности, влияющих на распространение шума до исследуемых точек (приёмника).

Современное автоматизированное оборудование для акустических измерений может функционировать в полевых условиях при отсутствии обслуживающего персонала, регистрировать уровни шума окружающей среды, отправляя отчёты по беспроводному протоколу. Участие оператора в процедуре акустических измерений необходимо при мониторинге акустической безопасности в сложных условиях: ограничено время, затруднён доступ к измерительной площадке, невозможно подключить оборудование к сети или сетевое питание подается в импульсном режиме, имеет место неожиданное событие или измерение прервано и оператор не сможет выполнить повторные измерения.

В большинстве случаев мониторинга акустической безопасности персонала рациональным является сочетание измерений при участии оператора с измерениями в автоматическом режиме. В этом случае присутствие оператора при проведении измерений в рамках экспериментальных исследований и при мгновенных проверках на измерительной площадке обязательно, а режим автоматизированных измерений применяют при долгосрочном или непрерывном мониторинге акустической безопасности.

Технологии коллективной защиты от авиационного шума. Важным направлением шумозащиты является применение устройств и сооружений, позволяющих снизить уровень шума, непосредственно воздействующего на человека, за счёт снижения мощности акустического воздействия. Для этого предполагается использование отражателей акустической волны, применение звукопоглощающих конструкций, звукоизоляцию помещений и т.д. Инженерно-технические решения, реализующие названные мероприятия, относят к средствам коллективной защиты от шума [1, 3].

Для борьбы с шумом могут использоваться глушители - инженерно-технические конструкции, позволяющие уменьшить шум вблизи от источника его образования. Глушители авиационного шума представляют собой специальные сопла, снижающие интенсивность шума от выхлопной струи двигателя. Это, как правило, сооружения массой 30-50 т, которые из-за громоздкости не находят широкого применения (кроме снижения авиационного шума при опробовании двигателей на земле).

Современные СКЗ представляют собой защитные модули, сконструированные по типу контейнеров (сборно-разборные сооружения), обеспечивающие комфортные акустические и социально-бытовые условия для персонала. При этом предварительно разрабатывают конструкцию звукопоглощающих панелей - внутренней обшивки СКЗ, т.е. добиваются максимальных значений эквивалентной площади звукопоглощения.

Кроме того, современные СКЗ позволяют создать оптимальные микроклиматические условия (по температуре, влажности, освещённости), т.е. с позиции «затраты-выгода» налицо экономическая целесообразность применения СКЗ. Вместе с тем, актуальной является разработка и реализация информационных технологий, оптимальным образом обеспечивающих достижение баланса между шумозащитными характеристиками, комфортностью для персонала и стоимостью.

Технологии индивидуальной защиты от авиационного шума. Средства индивидуальной защиты от шума (противошумы) используют главным образом тогда, когда СКЗ не обеспечивают его снижение до безопасных уровней. К противошумам относят «внутренние» (устанавливаемые в слуховой проход) противошумные вкладыши (беруши, тампоны, втулки и др.), противошумные наушники и противошумные шлемы.

В настоящее время разработано значительное количество модификаций СИЗ, отличающихся как внешним видом и качеством изготовления, так и акустической эффективностью. Заглушающая способность СИЗ различных производителей неодинакова, разброс величин шумопоглощения составляет [1, 7]: в области низких (63-250 Гц) частот - 2-27 дБ для наушников и 1-22 дБ для шлемов, в области средних (500-1000 Гц) частот - 4-36 дБ для наушников и 14-39 дБ для шлемов, в области высоких (свыше 1000 Гц) частот - 23-42 дБ для наушников и 22-56 дБ для шлемов.

Установлено, что величина шумоглушения чашками противошумных наушников на низких частотах существенно зависит от характеристик уплотняющего слоя (амбишюров), на средних частотах - от характеристик наполнителя, особенностей и конструкции корпуса чашки, а на высоких частотах - от характеристик материала, из которого изготовлен корпус чашек наушников [1, 7]. Баланс между этими характеристиками можно достичь с применением информационных технологий.

На практике, как правило, отмечают действие на персонал авиационного шума в сочетании с другими неблагоприятными факторами условий профессиональной деятельности. Поэтому представляют интерес разработки по созданию средств комбинированной защиты персонала - и при решении таких задач именно информационные технологии обеспечат достижение оптимального баланса между степенью (уровнем) защищенности от отдельных факторов при их комбинированном воздействии.

Технологии защиты от воздушной акустической вибрации. При совпадении частоты шума и частоты колебаний внутренних органов человека, имеющих собственные частоты от 2 до 80 Гц, у него возникают болевые ощущения, обусловленные резонансными явлениями. Поэтому для защиты от шумов с высокими (более 125 дБ) уровнями звукового давления применяют шлемы и противошумные костюмы, закрывающие голову и тело человека. В состав комплекта противошумного снаряжения для работы в таких условиях входят противошумный шлем, противовибрационный противошумный пояс (жилет, комбинезон), который должен обеспечивать снижение общего уровня шума в пододёжном пространстве в области груди и живота на 5-25 дБ (при среднегеометрических частотах октавных полос шумовых колебаний 125-8000 Гц).

Выполнение защитных, эксплуатационных и гигиенических требований, предъявляемых к таким образцам СИЗ, возможно только при использовании специальных материалов, обеспечивающими поглощение энергии воздействующего шума. Ткани и материалы со сложным химическим составом волокон, специальными пропитками демонстрируют значительно лучшие противошумные свойства. Дополнительная обработка материала клеевыми прокладочными материалами с полиамидным точечным покрытием или полимерными клеями, нанесёнными тонким слоем на изнаночную сторону основной ткани, позволяет создать между слоями ткани дополнительное пространство, увеличить количество граничащих сред, и, следовательно, повысить акустическую эффективность СИЗ. Априорная поддержка принятия решений, в том числе, по изготовлению опытных образцов, невозможна (экономически неоправдана) без применения информационных технологий.

Технологии активной защиты от авиационного шума. Все описанные выше средства и методы обеспечения акустической безопасности персонала относят к пассивным, обеспечивающим поглощение акустической энергии. Однако имеются примеры эффективного использования активных средств защиты от шума, принцип действия которых основан на генерировании инвертированного (имеющего противоположные фазы) шумового сигнала, который, суммируясь с исходным шумовым сигналом по принципу интерференции, обеспечивает снижение акустической энергии [1, 7]. Показано, что противошумные наушники с реализацией активного шумоподавления позволяют обеспечить на низких частотах дополнительную эффективность подавления широкополосного шума не менее, чем на 10 дБ и тонального шума не менее 20 дБ, что существенно для низкочастотного диапазона.

Активные противошумные наушники появились относительно недавно. Они позволяют не только защитить органы слуха, но и в реальном времени, без запаздывания, плавно уменьшают уровень звукового давления на оглушающих частотах до безопасного уровня. Кроме того, современные образцы наушников с активным шумоподавлением, используя стереофонический усилитель слабых шумов, позволяют различать даже самые слабые и отдаленные звуки, сохраняя возможность определения направления на источник звука. Эффективное применение технологий активной шумозащиты напрямую связано с развитием соответствующих информационных технологий генерирования «противошумного» сигнала, максимально ослабляющего шумовой сигнал (сигнал от источника шума).

Следует отметить, что усиление слабых звуков имеет и негативные последствия, так как система активного шумоподавления не распознает «полезность» звука, а усиливает все тихие звуки в заданном (речевом) частотном диапазоне. При этом человек будет постоянно слышать шорохи одежды, звуки шагов и другие внешние звуки, обычно практически не слышимые. Микрофоны, встроенные в чашки наушника с активным шумоподавлением, не защищены от ветра, поэтому передаваемый фоновый шум может вызывать серьезное раздражение, особенно при продолжительной работе в таких условиях (неизбежно будут усиливаться и хорошо слышны звуки специальной техники и двигателей, работающих даже на значительном удалении). Если снизить громкость воспроизводимого сигнала, то, соответственно, снизится и громкость воспроизводимых «полезных» звуков.

Опыт эксплуатации показывает, что существенных преимуществ использования наушников с активным шумоподавлением перед обычными наушниками в области частот 125-8000 Гц нет. Лимитирующим фактором является высокая стоимость наушников с активным шумоподавлением, в разы превосходящая стоимость пассивных наушников, а также необходимость обеспечения таких наушников источником питания (батареей).

Все эффективные пассивные СКЗ от низкочастотного шума (покрытия, перегородки, пассивные резонаторы) требуют очень больших массогабаритных характеристик. В этом случае фактически не существует альтернативы применению методов и средств активного шумогашения, основанных на использовании деструктивной интерференции и активных резонаторов, функционирование которого требует специальных информационных технологий.

Персонифицированный индикатор опасности акустической обстановки (ПИО) - это персональный информационно-измерительный прибор, обеспечивающий мониторинг акустической обстановки во всем нормируемом частотном диапазоне в реальном времени с информированием о ее опасности. В рассчитываемой оценке опасности, определяемой величиной риска здоровью и работоспособности, можно учесть индивидуальные особенности здоровья, характеристики применяемых средств защиты и особенности профессиональной деятельности (продолжительность выполнения работы, двигательную активность и т.п.). Методики таких расчетов для различных социо-профессиональных групп работников широко представлены в литературе [8-10].

Информирование об опасности осуществляется с использованием световых, звуковых или вибрационных сигналов (например, зелёный непрерывный сигнал - низкий риск; жёлтый непрерывный сигнал - выраженный риск; красный непрерывный сигнал - высокий риск; красный пульсирующий сигнал - очень высокий риск). Кроме того, используя миниатюрное табло, можно отображать оценку резервного времени сохранения работоспособности в конкретных условиях акустической обстановки [8-11].

Информация, получаемая с помощью ПИО, может накапливаться в медико-дозиметрическом регистре и периодически (в зависимости от особенностей профессиональной деятельности) обрабатываться в интересах формирования персонифицированных рекомендаций по сохранению здоровья. Такая информация может в реальном времени передаваться для централизованного мониторинга условий труда персонала коллектива, позволяя принимать превентивные меры, направленные на сохранение здоровья и поддержание работоспособности.

Типовой ПИО включает измеритель, сигнально-информационное табло, вычислитель, блок питания, блок усилителей, блок фильтров, блок детектирования, микроЭВМ, блок управления; блок ввода информации, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство, коммутатор [8-11].

Кумулятивные эффекты акустических факторов профессиональной деятельности учитывают с использованием процедуры «скользящего окна», длительность которой определяют исходя из особенностей профессиональной деятельности и особенностей, сопровождающих её выполнение акустических факторов (интенсивность, время экспозиции, спектральный состав акустических колебаний).

Перспективные технологии обеспечения акустической безопасности персонала. Обобщая имеющийся опыт, следует подчеркнуть, что наибольшего эффекта защиты от авиационного шума можно достичь при комплексном использовании инженерных (коллективных) и индивидуальных противошумных средств. Совместное применение СКЗ и СИЗ обеспечивает комфортную акустическую обстановку, позволяя управлять суммарным временем работы персонала в условиях воздействия авиационного шума с использованием специальных информационных технологий, обеспечивающих автоматизацию поддержки принятия персонифицированных решений, ориентированных на снижение рисков здоровью каждого конкретного человека, жизнедеятельность которого сопряжена с воздействием шума.

Список литературы

1. Солдатов С.К., Зинкин В.Н., Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А. Человек и авиационный шум // Безопасность жизнедеятельности. 2012. № 9 (приложение). 24 с.

2. Петрова С.С. Обеспечение акустической безопасности технологических процессов // Безопасность жизнедеятельности. 2007. № 2. С. 8-14.

3. Зинкин В.Н., Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В., Солдатов С.К., Шешегов П.М. Анализ эффективности средств защиты от шума во взаимосвязи с профессиональной надёжностью специалистов «шумовых» профессий // Медико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях. 2011. № 3. С. 70-76.

4. Родькин В.П., Усатов А.Н., Ростиков В.П. Социально-гигиенический мониторинг условий труда и здоровья работающих на предприятии авиационного моторостроения // Национальные приоритеты России. 2013. № 2 (9). С. 56-59.

5. Симухин В.В., Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В., Ворона А.А. Методические аспекты нормирования импульсных промышленных шумов // Безопасность труда в промышленности. 2013. № 10. С. 32-35.

6. Высоцкая В.И., Добровольский В.И., Маликов С.Б. Разработка комплекса мер по повышению качества высокотехнологической продукции авиационной промышленности // Научные труды (Вестник МАТИ). 2013. № 20 (92). С. 276-281.

7. Драган С.П., Зинкин В.Н., Богомолов А.В., Солдатов С.К., Дроздов С.В. Акустическая эффективность средств защиты от шума // Медицинская техника. 2013. № 3. С. 34-36.

8. Богомолов А.В., Драган С.П. Автоматизированный мониторинг и технологии обеспечения акустической безопасности персонала // Автоматизация. Современные технологии. 2015. № 4. С. 25-30.

9. Богомолов А.В., Драган С.П. Метод акустической квалиметрии средств коллективной защиты от шума // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96. № 8. С. 755-759.

10. Ушаков И.Б., Богомолов А.В., Драган С.П., Солдатов С.К. Методологические основы персонифицированного гигиенического мониторинга // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2017. Т. 51. № 6. С. 53-56.

11. Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А. Автоматизация персонифицированного мониторинга условий труда // Автоматизация. Современные технологии. 2015. № 3. С. 6-8.

Размещено на Allbest.ru