CC BY
41
Таблица 2
Абсолютные частоты сочетаний заключений о состоянии МПД по данным компьютерного анализа и по мнению эксперта (п=211)
Данные компьютерного анализа, уровень серого (М±з, Ме (ЬО; ио)) Заключение эксперта Сумма по строке %
Определённо патология Сомнительно Определённо норма
Определённо патология (49,1±11,8); 46 [40; 59] 133 3 0 136 64
Сомнительно (76,7±2,4); 76 [75; 78] 0 31 9 40 19
Определённо норма (90,2±7,5); 87 [84; 94] 0 0 35 35 17
Сумма по столбцу 133 34 44 211
V*, % 63 16 21
Примечание: * - доля соответствующего заключения в общем числе заключений
В ходе анализа установлено: К = 0,892; стандартная ошибка = 0,029; 95% ДИ: от 0,835 до 0,949.
Положительное значение индекса согласия указывает на то, что заключения эксперта и компьютерного анализа совпадают чаще, чем случайно.
С учётом значений доверительных интервалов индекс согласия может расцениваться как «очень хороший».
Заключение. В ходе исследования оценена диагностическая эффективность способа определения степени дегенеративных изменений МПД при компьютерном анализе цифровых МРТ МПД пояснично-крестцового отдела позвоночника. Результаты данного исследования применимы только к пациентам без нарушения осанки (искривление во фронтальной плоскости), так как для анализа были исключены изображения МПД, у которых саг-гитальная плоскость проходила вне центра. Истинное состояние данных структур позвоночника целесообразно изучать комплексно, основываясь не только на показателях среднего уровня яркости, которая характеризует степень дегенеративных изменений МПД, но и других параметров, анализ которых возможно реализовать с помощью разработанного способа [5]. Применение данного способа компьютерного анализа может способствовать повышению качества диагностики, динамическому наблюдению за состоянием МПД в практических и научно-исследовательских целях, формированию базы данных, интеграции в коммуникативную информационную среду для оптимизации телемедицинских консультаций и использоваться в обучающих программах.
Литература
1. Власов, В.В. Эффективность диагностических исследований / В.В. Власов.- М.: Медицина, 1988.- С. 106.
2. Марчук, В.П. МРТ в диагностике дегенеративных заболеваний межпозвонковых дисков / В.П. Марчук// Новости лучевой диагностики.- 1998.- №2.- С. 26-27.
3. Михайлов, А.Н. Выбор метода визуализации при дегенеративно-дистрофических поражениях позвоночника / А.Н. Михайлов// Материалы научно-практ. конф. «Новые технологии в медицине: диагностика, лечение, реабилитация».- 2002.- С. 34.
4. Орёл, А.М. Возрастные аспекты эпидемиологии дегенеративно-дистрофических изменений межпозвонковых дисков по данным системного анализа рентгенограмм позвоночника / А.М. Орёл// Медицинская визуализация.- 2010.-№5.- С. 113-121.
5. Визуализация дегенеративных изменений
межпозвонковых дисков / В.Ф. Спирин [и др.] // Материалы 14-ой Международной Молодёжной науч. Школы по оптике, лазерной физике и биофотонике «Проблемы оптической физики и биофотоники». Саратов: Изд-во «Новый ветер».- 2010.- С. 67-70.
6. Ehrlich, G.E. Low back pain / G.E. Ehrlich //Bulletin of the World Health Organization. 2003. Vol.81. P. 671-676.
7. Michopoulou, S. Texture-based quantification of lumbar intervertebral disc degeneration from conventional T2-weighted MRI /
S. Michopoulou, L. Costaridou, M. Vlychou, R. Speller, A. Todd-Pokropek // Acta Radiologica. 2011. Vol. 52. P. 91-98.
THE METHOD OF DETERMINING THE DEGREES OF DEGENERATIVE CHANGES IN INTERVERTEBRAL DISCS AT COMPUTER ANALYSIS OF DIGITAL MAGNETIC AND RESONANCE TOMOGRAPHY
N.YE. KOMLEVA, O.YU. REBROVA, S.K. DAUROV,
A.A. MARYANOVSKY
Saratov Research Institute of Rural Hygiene Russian National Research University after N.I. Pirogov, Research Institute of Clinico-Economical Expert Examination and Pharmacoeconomy, Moscow Saratov State Technical University after Yu.A. Gagarin
A new method of determining the degrees of degenerative changes in intervertebral discs by computer analysis of digital magnetic resonance imaging (MRI) of spine can automatically determine the average level intensity of gray, which characterizes degenerative changes in the discs. The index of conformity between the expert opinion and computer analysis is estimated as very good.
Key words: computer analysis, intervertebral disc, MRI, degenerative changes.
УДК 616.28
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОФИЗИЧЕЧКСИЕ ОСНОВЫ ДОЗИМЕТРИИ ЗВУКА
Е.Л. ОВЧИННИКОВ*, В.Ф.ПЯТИН*, О.Е. ФИЛАТОВА**
В работе затрагивается проблема установления предельно допустимых уровней техногенного шума с целью снижения отрицательного воздействия звуковых агентов. При использовании авторских методик произведено сравнение расчётных показателей с общепринятыми показателями предельно допустимых уровней звуков и шума, установленных системой стандартов безопасности труда.
Ключевые слова: дозиметрия звука, шум.
Шумы и звуки окружающей человека среды являются теми внешними факторами признаками, которые неблагоприятно влияют на его самочувствие и здоровье. Их действие интегрально может оцениваться специфическим органом - органом слуха. Степень опасности шумового режима характеризуется «риском повреждения» структур уха и регламентируется предельно допустимыми значениями звуковых давлений и их уровней (ПДУ), предельно допустимой дозой и экспозицией звукового воздействия. Обоснованные только экспериментально, они таблично зафиксированы в Системе стандартов безопасности труда [9], Санитарных нормах [11] и Санитарных правилах и нормах [8] и других нормативных актах.
Цель исследования - установление предельно допустимых уровней техногенного шума для снижения отрицательного воздействия звуковых агентов.
Материалы и методы исследования. Анализ в графической форме устанавливает монотонность убывания значений ПДУ с ростом частоты как их главное свойство (рис. 1). Однако спектральный пейзаж и рельеф поверхности ПДУ в 3D представлении (рис. 2) проявляют отклонения от данного условия и поэтому требуют аргументированной коррекции. Самоочевидно, что комплекс исследований шумовой опасности должен включать такие основополагающие группы документов, которые регламентируют параметры звукового воздействия не только на рабочих местах, где человек проводит почти треть жизни, но и в ЖИЛЫХ помещениях, В которых ОН Пребывает более 2/3 своего свободного времени. Разработка научно-теоретических основ дозиметрии звука заключатся в физиологическом, био- и психофизическом обосновании, дефиниции и расчёте предельно допустимых доз воздействия звука на человека, предельно допустимых звуковых давлений и их уровней и санитарных норм пребывания (экспозиции) человека в звуковом поле.
* ГОУ ВПО «Самарский государственный медицинский университет», 443099, г. Самара, ул. Чапаевская, 89 ГОУ ВПО «Сургутский государственный университет», 628412, Тюмен-
ская обл., ХМАО-Югра, г. Сургут, пр-т Ленина, 1
120 110 100 90 80 70
<1ВА 60
------- 50
40 30 20 10 0
10 100 1 ■ 101 110* £
Рис. 1. Предельно допустимые уровни шума по ГОСТ: а - для работников железнодорожного транспорта и для производственных помещений (ось абсцисс - ПДУ, дБА, ось ординат - опорные частоты £ Гц, в логарифмическом масштабе).
1. Физиологическое обоснование основ дозиметрии звука. Физиологическое решение проблемы основано на выяснении природы ощущения звука. Такой подход становится решающим, поскольку он базируется на том, что функциональные свойства слуховых рецепторов (внутренних и наружных волосковых клеток - ВВК и НВК) определяются их структурной организацией.
LGG-
■ІЕА
Рис. 2. 30 - представление ПДУ шума для работников железнодорожного транспорта и для производственных помещений в виде поверхности уровней звукового давления как спектральный пейзаж ПДУ, дБА (горизонтальные оси - относительных частот Г = ^(^^т) и позиций ПДУ в сравнении с рис. 1; вертикальная ось - ось значений ПДУ).
Рис. 3. Микрофотография базилярной пластинки со слуховыми рецепторами ( справа - НВК, каждой из которых соответствуют по 6 НВК наружного ряда, по 5 НВК среднего и по 4 НВК внутреннего ряда).
Для ощущения высоты одного тона на любом уровне громкости необходимы только наличие смещений покровной мембраны относительно ВК [15]. Подобной одномодальной связью с покровной мембраной обладают ВВК, расположенные на базилярной пластинке улиткового протока в один ряд (рис. 3, [14]);
поэтому именно их можно считать структурами, воспринимающими высоту тонов как психофизический коррелят частоты звуков. Такое предположение допустимо и по той причине, что число ВВК (Мввк ~ 3250) совпадает (с учётом правила Рэлея [12]) с количеством тонов, различаемых человеком на любом уровне громкости.
Для сигналов одного тона, но разных уровней громкости требуется наличие уже более сложных, полимодальных по характеру, смещений покровной мембраны относительно ВК. Таким разнообразием отличаются связи покровной мембраны с НВК, поскольку они расположены на базилярной пластинке в три упорядоченных ряда. Их расположение относительно ВВК таково (рис. 3), что одной внутренней сенсорной клетке может соответствовать не менее 13^15 (до 25 и более, [13]) клеток всех трёх наружных рядов наружных клеток, возбуждаемое число которых будет определять многовариантное восприятие по уровням громкости одного тона. Тогда допустимо считать структурами, ответственными за восприятие громкости тонов, НВК, а её уровень определять числом вовлечённых в процесс восприятия акустической энергии НВК, которые по координатам соотнесены с ВВК, отвечающими за восприятие частоты звука как ощущения высоты тона. Такой подход также не является необоснованным. Заметное первичное ослабление ощущения громкости наблюдается на уровне громкости 50 фонов [10], или, что то же самое, на уровне интенсивности звука 5Б [1]. Патология этих шести НВК первого ряда, возбуждаемых звуками достаточно малых интенсивностей, возможно, и вызывает наблюдаемое увеличение порога громкости. Более того, дальнейшая потеря громкости становится ощутимой чаще всего [10] на уровне 100 фонов (на уровне интенсивности звука 10 Б). Это может быть объяснено наличием патологии НВК первого и второго рядов спирального органа, возбуждаемых звуками как малых, так и средних интенсивностей.
1
0.1
G(L)
P(L) 0.01 SCL)
Ь
Рис. 4. Расчёт давлений: g(L), которые способны выдерживать НВК (нижняя пунктирная линия) с указанием физиологического критерия g(Lc) для уровня Цс, предельного для рабочей смены давления О(Ц) с указанием предельно допустимого давления Рп и определения его предельно допустимого уровня Цп.
Таким образом, эти предположения получают феноменологическое обоснование, а физиологическая роль волосковых клеток, и внутренних, и наружных, становится более понятной. При таком подходе можно предположить, что для полнофункциональной работы слухового органа для ощущения высоты одного тона, в мелах [7], необходимо возбуждение одной ВВК по соответствующему распределению [8], а для одного тона ощущение разных уровней громкости Е, в декафонах [6] (разных уровней интенсивности звука или звукового давления Ц, в белах), - возбуждение нескольких ВВК, количеством п, на единицу превышающим значение уровня интенсивности звукового давления: п=Ц+1 (рис. 3, выделенный сектор, по [14]). Для стационарной работы слухового органа на любой частоте необходимо раздражение слуховых рецепторов с возможностью получения ответного сигнала на звуковой стимул, не приводящее к их адаптации. Для полнофункциональной работы слухового органа на любой частоте необходимо предписание непременного использования звукозащитных средств при звуковых стимулах крайне высокого звукового давления (крайне высокой интенсивности) с Ц>13Б при возбуждении п>13 НВК и приводящих без защитных средств,
даже при кратковременной экспозиции, к слуховой контузии, частичной и полной глухоте [3,10], предписание осторожности и использования звукозащитных средств при звуковых стимулах короткой длительности и высоком звуковом давлении (высокой интенсивности), при уровнях 11< L<13 Б и возбуждении 11<n<13 НВК, предписание осторожности и по возможности использование звукозащитных средств при звуковых стимулах более продолжительных по времени и по уровням 6<L<11 Б и возбуждении 6<n<11 НВК, которые угнетают человека и могут привести к частичной глухоте и снижению восприятия громкости звукового сигнала; толерантное отношение к стимулам малого звукового давления (малой интенсивности) с уровнями L<6 Б при возбуждении n<6 НВК, не приводящим к адаптации слухового восприятия в течение длительного времени.
Таким образом, физиологический подход являет собой тот факт, что для устойчивой работы слухового органа необходим такой уровень звукового давления (интенсивности звука), который вовлекал бы в ощущение звука до 6 рецепторов (НВК). Возбуждение большего числа НВК может вызвать проблемы в работе слухового органа.
2. Биофизическое обоснование дозиметрии звука. Для биофизического решения проблемы воспользуемся законом Вебера -Фехнера, обоснованным только для частоты fc=1000 Гц, называемой стандартной. По закону Вебера-Фехнера на этой частоте для уровня звукового давления L давление (рис. 4, сплошная линия):
p(L)=po.10L/2, (1)
где po=210-5 Па - минимальное звуковое давление (порог слышимости), воспринимаемое ухом среднестатистического человека на стандартной частоте с вероятностью V.
Разделив p(L) на функциональную мобильность [5] НВК Z-(n-1), где Z=NB+NH - общее число всех клеток (NH=15 наружных и
p(L)
NB=1 внутренней ВК, рис. 3), получим величину z _ (n _ 1), приобретающую смысл восприимчивости НВК на соответствующем уровне L звукового давления. Поделив далее восприимчивость НВК на общее число клеток Z и умножив на число n НВК, отзывающихся на приложенное давление, получим величину того давления g(L, n) во внутреннем ухе, которое можно идентифицировать с уровнем L для n возбуждённых НВК p(L) n
g(L,n)="z—(n—1)"Z. ^та Ф°РмУла может быть упрощена до
одной переменной связью n=L+1 так, что (рис. 4, штрихпунктир-ная линия):
p(L) L + 1 Z - L Z ,
где для Lc = 5 Б имеем g(Lc) = 2.15610-4 Па. Это - такое давление, которое, как отмечалось, не может вызвать деструктивных изменений самих рецепторов на протяжении длительного времени. Его можно считать базовым для установления предельно допустимой дозы в акустической метрологии.
Для любого уровня L доза звукового воздействия может быть установлена формулой D(L) = g(L)2 T, причём для Lc = 5 Б и времени Т = 360 лет, на которое рассчитана работа уха [5], имеем D(LC) = 0.147 Па2ч. Эту величину можно считать предельно допустимой дозой звукового воздействия Dn. Доза звукового воздействия, по сути, является энергетической величиной [4], и по закону сохранения и превращения полной механической энергии [12] доза звукового воздействия во внутреннем ухе D(L) за время Т является дозой воздействия звукового давления G(L), подвергающегося расчёту во внешнем звуковом поле за рабочую смену длительностью Тр, т.е. D(L) = G(L)2'TP, откуда (рис. 4, штрих-пунктирная линия):
(ОСЬ)
G(L)=^“TT. (3)
Для Lc = 5 Б давление G(LC) = 0.135 Па. Именно это давление, подвергающееся измерению в окружающем человека пространстве, и является пороговым, или предельно допустимым, pn при расчёте за рабочую смену длительностью Тр, так что pn=0.135 Па (репер давления в акустической метрологии).
3. Психофизическое обоснование основ дозиметрии звука. Психофизическая проблема заключается в том, чтобы оценить уровень интенсивности звукового сигнала, не вызывающего деструктивных изменений в слуховом органе. Для стандартной
g(L)=
(2)
частоты это достигается с помощью закона Вебера - Фехнера (1), который для установленного рп даёт значение Ьп = 7.7 Б (или в привычном виде Ьп = 77 дБ). Это значение уровня звукового давления для стандартной частоты является предельно допустимым (репер уровня звукового давления в психофизике слуха).
Предлагаемый подход позволяет, преобразовав (3), получить зависимость для расчёта экспозиции человека в звуковом поле с предельно допустимой дозой звукового воздействия Оп
Оп
т(Ь)=р(Ь) , (4)
график которой представлен на рис. 5 (заштрихованная область соответствует безопасным экспозициям человека в звуковом поле с заданным уровнем звукового давления Ьп).
Результаты и их обсуждение. В качестве итога приводим примеры некоторых конкретных расчётов. Эти результаты при их сопоставлении с действующим ГОСТ [9] показывают значительные расхождения в сторону завышения в ГОСТ всех величин, характеризующих воздействие звука на человека на стандартной частоте: предельно допустимых доз (почти в 7 раз - 0.147 Па2ч против 1 Па2ч по ГОСТ), предельно допустимых звуковых давлений (почти в 3 раза - 0.135 Па против 0.356 Па по ГОСТ), предельно допустимых уровней давления звукового поля (почти на 10 дБ - 77 дБ против 85 дБ по ГОСТ).
Но вместе с тем отметим, что сопоставление этих же результатов с регламентированными по ВОЗ [2] отмечает незначительное увеличение ПДУ давления звукового поля всего на 2 дБ (по сравнению с рекомендованным ВОЗ 75 дБ).
1 i
-- 141 \
L.
к
0 0 .2 0 1 .+ 0.6 0 .8
8-1
6-1
4д
Рис. 5. Расчёт экспозиции человека в звуковом поле стандартной частоты как функции давления р при предельно допустимой дозе Оп (в 20 (А) и 30 (Б) представлении).0-плоскость (серая) соответствует значению Оп.
Таким образом, используя представленную теорию, устанавливающую физиологический, био- и психофизический подходы к механизмам восприятия звукового давления (звуковой энергии, интенсивности звука), разработаны научные основы дозиметрии звука. С их помощью теоретически обоснованы предельно допустимые значения звуковых давлений и их уровней, доз звукового воздействия и экспозиций человека в звуковом поле на стандартной частоте 1000 Гц.
Литература
1. Бел / Физика. БЭС. // М.: Рос. Энцикл., 1999. - С. 49.
2. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. 12. Шум. Всемирная организация здравоохранения, Женева, 1983. // Рус. пер. М.: Медицина, 1984. - 156 с.
3. Макаров, В.А. Физиология. Основные законы, формулы, уравнения. - М.: ГЕОТАР-МЕД. - 2001.
4. Международный электротехнический словарь. Гр. 65. Радиология и радиологическая физика. - М.: Сов. Энцикл. , 1966. - 256 с.
5. Пат. № 2184485 РФ. МПК7 А61В5/12. Способ установления координатного распределения внутренних волосковых клеток на базилярной пластинке периферического отдела слухового анализатора человека / Е.Л.Овчинников, Н.В.Ерёмина, Н.Ю. Хохлова, заявители и патентообладатели, заявл. - 05.01.2000, опубл. - 10.04.2002 // Бюлл. № 19, 2002. - С. 149.
6. Пат. № 2248752 РФ. МПК7 А61В5/12. Способ определения громкости тонов для произвольной частоты звуков по Е.Л. Овчинникову с учетом закона Вебера - Фехнера / Е.Л.Овчинников, заявитель и патентообладатель, заявл. -12.03.03, опубл. - 27.03.05. // Бюлл. № 9, 2005. - 26 с. Покровский В.А. Гигиена / В.А.Покровский. М.: Медицина, 1979. - 496 с.
7. Русаков, И.Г. Мел. // И.Г. Русаков / БСЭ, т. 16. // М.: Сов. Энцикл., 1974.- С. 38 - 39.
8. Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям. - СанПиН 2.1.2.1002-00. - М.: М3 РФ, 2001. - 22 с.
9. Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности. ГОСТ 12.1.003 - 83. - М.: Изд. стандартов, 1983. - 12 с.
10. Физиология сенсорных систем. / Я.А.Альтман / Ред. // СПб.: Паритет, 2003. - 352 с.
11. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Санитарные нормы. СН 2.2.3/2.1.8.562-96. - М.: М3 РФ, 1997. -20 с.
12. Яворский, Б.М. Справочник по физике. /
Б.М.Яворскпй, А.А.Детлаф. // М.: Наука, 1990. - 624 с.
13. Fernandez, C. The innervation of the cochlea (guinea pig.) // Laryngoscope, 1951, v. 61. - P. 1152-1172.
14. Lim, D.J. Fine morphology of the tectorial membrans:Its relationship to the organ of Corti / D.J.Lim. // Arch. Otol. - 1972. -V. 96. - P. 199-215.
15. Ryan, A.F. Physiology of the inner ear. / A.F.Ryan, P.Dallos. // Hearing Disorders Boston: Little Brown. - 1976. - P. 89101.
PHYSIOLOGICAL AND BIOPHYSICAL FOUNDATIONS OF SOUND DOSIMETRY
YE.L. OVCHINNIKOV, V.F. PYATIN, O.YE. FILATOVA
Samara State University,
Surgut State University
The article concerns the problem of establishing maximum levels of anthropogenic noise for lowering the negative influence of sound agents. Using authors’ methods, a comparison of design parameters and the conventional parameters of the maximum permissible level of sounds and noise generally accepted in labour safety standards was performed.
Key words: sound dosimetry, noise.
