CC BY
46
Tarasov Andrei Sergeevich, master, [email protected], Russia, Ryazan, Ryazan State Radio-Engineering University
УДК 534.7
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО РЕФЛЕКСА ОРГАНА СЛУХА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОГО
ИМПУЛЬСНОГО ШУМА
С.П. Драган, Е.А. Кондратьева, А.Д. Котляр-Шапиров, С.В. Дроздов
Представлена методика исследования акустического рефлекса органа слуха при воздействии высокоинтенсивного импульсного шума, основанная на применении нового двухмикрофонного метода регистрации изменения импеданса барабанной перепонки, обеспечивающего возможность реализации динамических скрин-тестов акустического рефлекса. Результаты исследования влияния высокоинтенсивного импульсного шума на орган слуха персонала показали, что применение существующих шкал для нормирования импульсного шума не является корректным и требует совершенствования.
Ключевые слова: импульсный шум, нормирование импульсного шума, акустический рефлекс, акустический импеданс, наружный слуховой проход.
Отмечаемое в последнее время увеличение числа случаев постановки диагноза «профессиональная тугоухость» [1] обусловлено как техногенными процессами, связанными с повышением энергоёмкости оборудования, так и с пробелами законодательства в области борьбы с шумом, отсутствием объективного нормирования, использованием неэффективных средств защиты, недостаточной проработкой медико-технических мероприятий по обеспечению безопасных условий труда в различных сферах деятельности человека [2-6]. Актуальность проблемы возросла в контексте принятия новых санитарно-эпидемиологических требований [7] к физическим факторам на рабочих местах [8]. Поэтому было проведено исследование по оцениванию влияния высокоинтенсивного импульсного шума на орган слуха персонала по изменениям порогов акустического рефлекса. В проведенном исследовании пороги акустического рефлекса измерялись двухмикрофонным методом.
Специфика нормирования шума
При испытании новой техники для её дальнейшего использования стоит задача обеспечения безопасных условий труда обслуживающего персонала [9]. В соответствии с гигиеническими критериями и классификацией условий труда [10], вредные условия труда (класс 3.1) - это условия труда, характеризующиеся присутствием вредных факторов, уровни
которых превышают гигиенические нормативы и оказывают неблагоприятное действие на организм работника и/или его потомство. При испытаниях новой техники в зоне размещения персонала может формироваться вредный акустический фактор риска здоровью, обусловливающий функциональные изменения в организме, которые восстанавливаются, как правило, за более длительный срок, чем к началу следующего рабочего дня.
В настоящее время, для нормирования шума введено три показателя с использованием частотных коррекций по шкале «А» и шкале «С» [1]:
а) эквивалентный уровень звука А за рабочую смену (< 80дБА);
б) максимальный уровень звука «А», измеренный с временными коррекциями «медленно» и «импульс» (< 110дБАs и < 125дБА1);
в) пиковый уровень звука по шкале «С» (< 137 дБС), который используется для нормирования импульсного звука.
Использование шкалы «С» для нормирования импульсного шума не позволяет объективно учитывать весь спектр воздействий. Линейность шкалы «С» на уровне -3дБ обеспечивается в диапазоне частот 125...4000 Гц. К этому частотному диапазону относится ограниченный класс шумовых событий: в большинстве случаев спектр импульсного шума находится в более низкочастотной области спектра (<125 Гц), что делает невозможным объективное нормирование шума. Проблема нормирования шума особо актуальна в военно-профессиональной деятельности, для которой характерно воздействие высокоинтенсивных импульсных шумов на организм. Для высокочастотного промышленного шума и для импульсов, обусловленных функционированием малокалиберного стрелкового вооружения такое нормирование приемлемо, а, например, для шума, обусловленного проведением взрывных работ - неприемлемо (в частности, при работе с тротиловым эквивалентом более 100 граммов спектр импульсного сигнала находится в диапазоне ниже 125 Гц) [11].
Высокоинтенсивные импульсные шумы, даже при кратковременном воздействии, могут вызвать сенсоневральную тугоухость, нарушение мозгового кровообращения, физические повреждения барабанной перепонки, поражения среднего уха и улитки [12], поэтому для обеспечения безопасных условий труда при воздействии импульсного шума необходимо точное прогнозирование пиковых уровней звука по шкале «С». По мере распространения от источника шума длительность импульсов увеличивается, а максимум спектра смещается в низкочастотную область, что приводит к искажению результатов измерений звукового давления по шкале «С». В настоящее время отсутствуют объективные методы расчета распространяющегося импульсного звука с учетом частотной коррекции по шкале «С», что не позволяет обоснованно определять границы зоны безопасности персонала. Также требует решения проблема нормирования импульсного шума для гражданского населения и военнослужащих при утилизации боеприпасов, использование критерия 137 дБС [7] не позволяет объективно оценить фактор риска в инфразвуковом частотном диапазоне.
75
Таким образом, принятая в Российской Федерации система нормирования шума в ряде случаев не позволяет достоверно выявить вредные факторы условий деятельности, что впоследствии может привести к увеличению числа случаев заболеваний шумовой этиологии. Следовательно, актуальна проблема разработки комплекса мероприятий, направленных на снижение неблагоприятного действия импульсного шума, развития гигиенических нормативов, регламентирующих нагрузку высокоинтенсивного импульсного акустического воздействия и объективных подходов к выявлению и прогнозированию возможных изменений в состоянии здоровья.
Акустический рефлекс в диагностике состояния слуха
В соответствии с современными представлениями, информативным диагностическим критерием заболеваний органа слуха являются характеристики акустического рефлекса - одновременного рефлекторного сжатия мышц, связанных со слуховыми косточками среднего уха, обусловленного звуковым воздействием [13]. Под воздействием колебаний звукопроводящего окружения барабанная перепонка подвергается упругим вибрациям, динамические характеристики которых позволяют оценить ее состояние.
Цепь слуховых косточек среднего уха, служащая для передачи сигнала от барабанной перепонки к овальному окну, поддерживается двумя средними мышцами уха - барабанной и стременной. Барабанная мышца крепится к рукоятке молоточка, который непосредственно соединен с барабанной перепонкой. При сокращении барабанной мышцы она тянет молоточек внутрь и увеличивает напряжение барабанной перепонки. Стременная мышца, наименьшая мышца в человеческом теле (длина около 6 мм), соединена со стременем и ее сжатие поворачивает стремя в овальном окне, что уменьшает диапазон перемещения стремени. Оба эти практически одновременные действия увеличивают жесткость цепи слуховых косточек, что приводит к уменьшению перемещения овального окна, т.е. снижают коэффициент передачи звука и тем самым осуществляют защиту органа слуха.
Для определения индивидуальных порогов акустического рефлекса производят регистрацию реакции барабанной перепонки на звуковую стимуляцию. Регистрация реакции осуществляется путем измерения акустического импеданса в герметизированном наружном слуховом проходе при звуковой стимуляции двумя сигналами: стимулирующим (вызывающим сокращение стременной или барабанной мышцы) и зондирующим (используемым для регистрации изменений импеданса) [14]. Акустический рефлекс характеризуется порогом, под которым понимается самая низкая интенсивность звукового сигнала, вызывающего изменение натяжения барабанной перепонки. Пороговый уровень зависит от типа и частоты стимула и отражает физиологическое состояние слуховой системы: как правило, порог акустического рефлекса для стимулирующего тонального сигнала с частотой 1кГц находится в диапазоне 80.85 дБ.
В качестве стимулирующего сигнала частот используют тональный сигнал на частоте 226 Гц или 1000 Гц [15, 16]. Кроме того, у практически здоровых людей не наблюдается изменение порогов акустического рефлекса при увеличении звуковой нагрузки менее чем на 13.. .17 дБ за короткий период времени [17]. В связи с этим много внимания уделяется изучению механизмов акустического рефлекса, различиям контралате-ральной и ипсилатеральной стимуляции [18, 19], латентным периодам акустического рефлекса [20] и изучением порогов акустического рефлекса для тугоухости различной этиологии [21].
В настоящее время основной объективной методикой измерения характеристик акустического рефлекса считается тимпанометрия (частотная импедансометрия), однако диагностические критерии и приборы объективной диагностики состояния слуховой системы по характеристикам акустического рефлекса остаются предметом исследований [22].
Двухмикрофонный метод измерения акустического импеданса
В проведенном исследовании измерение акустического импеданса осуществлялось на основе метода двух микрофонов, обеспечивающего определение импеданса наружного слухового прохода с барабанной перепонкой в широком частотном диапазоне [23]. Авторами была разработана методика оценки состояния органа слуха по измерению порога акустического рефлекса [24].
Для реализации импедансометрического исследования акустического рефлекса разработано специальное устройство, включающее миниатюрный излучатель, волновод и герметизированные гнезда под измерительные микрофоны [25]. Волновод постоянного сечения, внутри которого формируется звуковая волна с заданными характеристиками, герметично сочленен с наружным слуховым проходом. Барабанная перепонка размещена в конце наружного слухового прохода не перпендикулярно его оси и имеет неправильную форму. Наружный слуховой проход представляет собой изогнутую трубку неправильной формы овального сечения длиной порядка 2,5 см с диаметром около 7 мм. Герметичное сочленение волновода с наружным слуховым проходом достигается за счет использования силиконовых вкладышей, внутренний диаметр которых составляет 3 мм: то есть при обеспечении герметичности соединения волновода с наружным слуховым проходом обязательно присутствует скачок сечения на границе «вкладыш - наружный слуховой проход». Поэтому импеданс барабанной перепонки измеряется в комплексе с наружным слуховым проходом и с устройством герметичного сочленения.
Устройство соединения волновода с наружным слуховым проходом и барабанной перепонкой можно представить как резонатор Гельмгольца: волновод заканчивается перфорированной панелью с диаметром отверстий 3 мм, горлом резонатора Гельмгольца является узкая трубка длиной 8 см с внутренним диаметром 3 мм, один конец которой соединен с перфориро-
ванным отверстием в волноводе, а на другом конце крепится силиконовая накладка, обеспечивающая герметичное соединение с наружным слуховым проходом. Объемом резонатора Гельмгольца является наружный слуховой проход, заканчивающийся барабанной перепонкой. При проявлении акустического рефлекса барабанная перепонка натягивается, изменяя тем самым собственную резонансную частоту и другие акустические характеристики резонатора Гельмгольца, на основании чего оценивают пороги акустического рефлекса.
Измерение акустических импедансных характеристик производится двухмикрофонным методом. При помощи двух измерительных конденсаторных микрофонов, установленных стационарно на боковой поверхности волновода, измеряют уровни звукового давления и разность фаз между ними на каждой частоте. По этим данным на основании точного решения уравнения распространения падающей и отраженной от препятствия звуковой волны рассчитывают комплексный коэффициент отражения и компоненты импеданса перфорированной панели, установленной в конце волновода [26]. Для реализации метода необходимо обеспечить стабильность амплитудно-фазо-частотных характеристик микрофонных измерительных трактов: отклонения между фазо-частотными характеристиками не должны превышать 0,3 градуса, а между амплитудно-частотными - не должны превышать 0,2 дБ [27].
Рассмотрим волновод, оканчивающийся жесткой стенкой или резонансной системой, в котором распространяется плоская монохроматичная прямая и отраженная звуковая волна. Двумя микрофонами измеряют уровни звукового давления Р1 и Р2, и разность фаз между ними Лр. Все расстояния отсчитывают от первого - ближнего к излучателю звука микрофона (ось X направлена от излучателя), второй микрофон расположен на расстоянии х=11, а импедансная поверхность (перфорированная панель с резонатором Гельмгольца в виде НСП и барабанной перепонки) - на расстоянии х=12.
Звуковое давление в точках расположения микрофонов, как решение уравнения Эйлера вида pdu/dt = -grad P без учета сомножителя еш, имеет вид:
Р1 = Ро(1-г), Р2 ер = Ро еж (1 - ге2Ж), где Р0 - давление в падающей волне, r - комплексный коэффициент отражения r=| Г е1в„ в- аргумент коэффициента отражения в месте расположения первого микрофона, k - волновое число, ( - разность фаз сигналов регистрируемых с двух микрофонов, L - расстояние между микрофонами. Оценки модуля и аргумента коэффициента отражения для монохроматической частоты рассчитываются как:
\f---^-1--:
(2 -1)+ 4N2(cos2 kL + cos2(2)- 4N(2 + l)cos(2 ' coskL
(N2 +1 - 2 N cos (kL + р2))
в = arctg ((2NsinkL -(NcoskL - cospi2))/(N2+1- 2NсоskL(NcoskL -cos (12))),
78
r =
где N= Р1/Р2.
Компоненты импеданса резонатора Гельмгольца (Z = R + jY) через коэффициент (г) и угол (9) отражения для каждой частоты рассчитывают следующим образом:
2
1 - г - 2г sin 0
R =---, Y =
9 ' 2
1 + r + 2r ■ cos 0 1 + r + 2r ■ cos 0
Коэффициент поглощения (а) определяют по величине коэффициента отражения:
a=1-r2 .
При монохроматическом зондировании барабанной перепонки необходимо провести измерения во всем информативном диапазоне частот, плавно изменяя частоту зондирующего сигнала. Такая процедура исследования акустического рефлекса одного уха может занять несколько минут. Поэтому типовой алгоритм требует усовершенствования в интересах сокращения времени исследования до нескольких секунд.
Для автоматизации процесса измерения импеданса во всем информативном диапазоне частот, в волноводе необходимо сформировать звуковое поле, обеспечивающее идентичность зондирующего воздействия для всех процедур измерения, причем спектр воздействия не должен содержать резких выбросов (то есть должен быть сглаженным). Для этого в мировой практике применяют генератор белого шума [28], однако это решение не удовлетворяет постановке задачи, поскольку условия стабильности характеристик воздействия для заданного диапазона частот выполняются при времени воздействия, превышающем одну минуту. Поэтому в предлагаемой методике использовался генератор полигармонического сигнала в заданном диапазоне частот:
"2
S(( )= Z A Sin (а)г ■ t + 9, ),
i = "1
где i - порядковый номер частоты, "1 - нижняя граница частоты, "2 - верхняя граница частоты, А, - амплитуда сигнала для каждой частоты, а, -циклическая частота (a=2nfi), ф,- фаза для каждой частоты. Для устранения явления биения (непрерывного циклического изменения уровня звукового давления, обусловленного арифметическим суммированием большого числа гармоник), введены фазы сигнала на каждой его гармонике, подбираемые так, чтобы исключить явление биения и выровнять спектр воздействия. Таким образом, широкополосным шумовым источником в волноводе формируется стационарное звуковое поле с равными амплитудами во всем заданном диапазоне частот. Равенство амплитуд полигармоник обеспечивается за счет использования специального программного обеспечения для коррекции амплитудно-частотной характеристики миниатюрного излучателя звука в заданном диапазоне частот [12].
Pi(t) = РГе,ас+91 = Po(1-r) eiat; P2(t) = PTeiat+v2 = Ро(1 - re2ikL)ei(kL+at)
79
Представим мгновенные значения давления в комплексном виде:
P(t) = Pa(t) + iPp(t) = \Р I е i((t), где Pa(t) - действительная часть сигнала давления (регистрируемая в виде осциллограммы), Pp(t) - мнимая составляющая сигнала давления, (p(t) -мгновенное значение фазы (наклон кривой изменения фазы во времени определяет мгновенную частоту). Тогда, в рамках прежних обозначений, зависимости от Pi(t) и (pi(t) будут иметь вид:
Pl(t) = [Pla2(t) + Plp2(t)]°,5, (l(t) = APctg[Plp(t)/Pla(t)].
Для вычисления мгновенных значений компонент импеданса по формулам (2-4), необходимо определить мнимые составляющие обоих сигналов давления, выполнив преобразование Гильберта:
H{Pa(t) } = Pp(t) = - J ^dT .
n_*L t — T
На основе записанных соотношений определяют все необходимые импедансометрические показатели резонатора Гельмгольца.
Известно, что резонанс системы определяется условиями отражения на конце трубки. В открытой с обеих сторон трубке формируется полуволновой (А/2) резонанс, а если одна сторона закрыта «жестким дном» то формируется четвертьволновой (А/4) резонанс. В общем виде нормированный импеданс резонансной системы имеет вид:
Z = R + iY ,
где реактивная компонента (реактанс) Y выражается через глубину воздушного промежутка резонатора (L) и присоединенную массу воздуха (Mi), совершающую колебательное движение в горле и полости резонатора в виде:
Y =m-M j — ctg (kL).
При увеличении присоединенной массы резонансная частота системы уменьшается, а при её снижении - увеличивается, а с увеличением жесткости стенок соколеблющаяся масса уменьшается и резонансная частота увеличивается. Следовательно, с увеличением натяжения барабанной перепонки или при проявлении акустического рефлекса частота резонатора Гельмгольца увеличивается. В то же время, сокращение барабанной мышцы, вызывая увеличение натяжения барабанной перепонки, может изменять её положение, сдвигая вовнутрь наружного слухового прохода, что, в свою очередь, вызывает уменьшение резонансной частоты. Таким образом, при формировании акустического рефлекса резонансная частота системы может изменяться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, в зависимости от того, какая мышца работает - стременная или барабанная. Следует отметить, что стандартная тимпанометрическая аппаратура такой возможностью не обладает.
Резистанс (К) определяет активные потери звука в резонансной системе, обусловленные трением воздуха в отверстии (горло резонатора) и в воздухоносных путях НСП (потери на образование вязких волн). В общем случае удельное активное сопротивление на единицу длины трубки Ктр
выражается через функции Бесселя:
2
К — Лтр
1 -
№ 2 А (квго У
кв го Ао (кв го 0)
где кв - постоянная распространения вязких волн
кв=в(1-1),
а волновое число и коэффициент затухания двух волн совпадают по величине:
в
А
рю
2ц
I ю
Тогда кв — рл/2 — ^ — д^27 — 645^/7, а длина вязкой волны:
^ —2п—2 (Пу
^—в—2 7'
где ^ - вязкость воздуха; V - кинематическая вязкость;7- частота звука; ю -циклическая частота (ю=2п7); кв - волновое число вязких волн; го - радиус наружного слухового прохода.
Когда наружный слуховой проход узкий и вязкая волна перекрывает отверстие (|квг0|<1), тогда удельное сопротивление на единицу длины НСП не зависит от частоты и определяется по формуле Пуазейля:
к — 8ц — 8цп
Ктр — 2 — '
г0
О
На частотах, когда вязкая волна сосредоточена около стенки (|квГо|>10), удельное сопротивление на единицу длины наружного слухового прохода зависит от корня из частоты и определяется по формуле Гельм-гольца:
Ктр — —л/2РЦю •
Таким образом, изменения порога акустического рефлекса можно оценить по изменению активной компоненты импеданса К при изменениях кровенаполнения и жесткости НСП.
Особенности разработанной программы для измерения акустического рефлекса. Для регистрации порога акустического рефлекса разработана специальная программа, которая позволяет в автоматическом режиме оценивать импеданс барабанной перепонки в зависимости от уровня
Г
о
стимулирующего сигнала [15, 16]. Стимулирующий сигнал подавался ип-силатерально (в то же ухо), где осуществлялись измерения импеданса барабанной перепонки. В качестве стимулирующего сигнала использовался тональный сигнал на частоте 1 кГц. В процессе регистрации акустического рефлекса уровень стимулирующего сигнала изменялся с шагом 5 дБ от минимального значения 75 дБ, до максимального - 95 дБ. Вся процедура регистрации акустического рефлекса на одном ухе занимала не более пяти минут. Для измерения импеданса барабанной перепонки использовался полигармонический сигнал в диапазоне частот от 300 до 700 Гц с шагом по частоте 25 Гц. Уровни полигармоник составляли 51.69 дБ, а общий уровень звукового давления полигармонического сигнала не превышал 74 дБ. Полигармонический (измерительный сигнал) сформирован таким образом, чтобы не вызывать рефлекс. Диапазон частот 300-700 Гц выбран из тех соображений, что резонансные частоты практически всех испытателей находятся именно в этом диапазоне частот.
Исследование на добровольцах. Исследование акустического рефлекса проведено на десяти испытателях-добровольцах при ипсилате-ральной стимуляции на обоих ушах. Из них 7 человек опытной группы (воздействие), которые находились в зоне воздействия и 3 человека контрольной группы, т.е. не подвергшиеся воздействию высокоинтенсивного импульсного шума. Всего было осуществлено три воздействия в течение трех дней. Испытатели опытной группы находились в зоне безопасности, добровольцы контрольной группы при воздействии импульсного шума не присутствовали. Обследование опытной группы производили непосредственно перед воздействием и после, в течение трех дней. Всего у каждого испытателя проведено по четыре обследования на каждом ухе. Нормируемые пиковые уровни воздействующего сигнала (дБС) в каждом опыте и частота встречаемости (%) увеличения порога акустического рефлекса приведены в таблице.
Частота встречаемости увеличения порога АР на 10 дБ в опытной и контрольной группе
Группа Частота встречаемости увеличения порога АР левое ухо (правое ухо), %
До опыта После опыта 1 (133 дБС) После опыта 2 (140 дБС) После опыта 3 (133,2 дБС)
Опытная 29 (14) 57 (57) 50(33) 29 (29)
Контрольная 0 (0) 33 (33) 0 (0) 0 (0)
Для определения выраженности проявления эффекта в группах применили точный тест Фишера, используемый в анализе таблиц сопряженности для малых выборок.
Результаты. Результаты измерения типовых частотных зависимостей коэффициента поглощения, резистанса и реактанса при пятиступенчатой стимуляции тональным сигналом на частоте 1 кГц от 75 дБ до 95 дБ приведены на графиках (рис. 1-3).
Рис. 1. Зависимость коэффициента поглощения (ось ординат) от частоты (ось абсцисс) при стимуляции сигналом на частоте 1 кГц: черный квадрат - уровень звукового давления стимулирующего сигнала равен 75 дБ; серый квадрат - 80 дБ; треугольник - 85 дБ; серая звезда - 90 дБ; черная звезда - 95 дБ
у/ ■-\
3<
)0 ' 350 ' 400 ^^450 ' 500 Ч 550 ' 600 ' 650
^^ V
к .
Рис. 2. Зависимость реактанса (У, ед. рс - ось ординат) от частоты (ось абсцисс) при стимуляции сигналом на частоте 1 кГц (обозначения - см. рис. 1), единицы рс соответствуют импедансу воздуха, где р - плотность воздуха, кг/м3, с - скорость звука, м/с
83
Рис. 3. Зависимость резистанса (Я, ед. рс - ось ординат) от частоты (ось абсцисс) при стимуляции сигналом на частоте 1 кГц
(обозначения - см. рис. 1)
Коэффициент поглощения (рис. 1) имеет максимум на частоте резонанса, равной 450 Гц, на этой же частоте реактанс (рис. 2) меняет знак с отрицательного на положительный. Максимум резистанса (рис. 3) регистрируется на других частотах (575 Гц). При стимуляции сигналом с уровнем 75 дБ максимум коэффициента поглощения находится на частоте 450 Гц. Кривые с черным и серым квадратом практически не различаются, т.е. уровень стимулирующего сигнала 75 и 80 дБ изменения порога не вызывает. С увеличением уровня стимулирующего сигнала до 85 дБ резонансная частота акустической системы смещается влево, т.е. в сторону снижения. Также, ход кривой резистанса (см. рис.3) изменяется с увеличением амплитуды стимулирующего сигнала, что свидетельствует о величине порога акустического рефлекса равной 80 дБ. Таким образом, были проанализированы результаты обследования всех испытателей и добровольцев контрольной группы.
Обсуждение результатов. В результате исследований показано, что зарегистрированные пороги акустического рефлекса обоих ушей у обследованной группы изменяются в диапазоне от 80 дБ до 95 дБ. Максимальные изменения порога акустического рефлекса зарегистрированы у испытателей опытной группы после опыта 1. Затем, после опытов 2 и 3 пороги акустического рефлекса частично восстанавливались.
В доступной литературе встречается противоречивая информация о величине порогов акустического рефлекса в норме [20-27]. Мы полагаем, что нормой для стимулирующего сигнала на частоте 1 кГц является порог акустического рефлекса в диапазоне 80.85 дБ. В таблице приведены данные о частоте встречаемости превышения порога акустического рефлекса
84
свыше уровня в 85 дБ, т.е. частоты его сдвига на 10 дБ, а также нормируемый показатель импульсного шума (пиковый уровень звука по шкале «С», дБС).
В опытной группе увеличенный порог акустического рефлекса до опытов зарегистрирован у 29% испытателей, после воздействия количество испытателей с увеличенным порогом возросло до 57%. Затем их число снизилось до 50%, а к концу срока наблюдения вернулось к первоначальному состоянию (29% испытателей с порогом акустического рефлекса выше 85 дБ). В контрольной группе также у части добровольцев (33%) зарегистрировано кратковременное увеличение порога акустического рефлекса, который затем вернулся в исходное состояние (0%). Для групп контроля и воздействия, несмотря на малый размер группы, показана статистическая значимость эффекта увеличения порога акустического рефлекса после опыта 2 (р < 0.12).
Таким образом, зарегистрированное увеличение сдвига акустического рефлекса не менее чем на 10 дБ у значительной части опытной группы, сохраняющееся более суток, может свидетельствовать о наличии воздействия вредного фактора и 3.1 классу условий труда, в то время как измеренные значения пикового уровня звука превышали 137 дБС только во втором опыте.
Заключение. Проведенное исследование показало потенциальные возможности прогнозирования изменений состояния органа слуха по показателям АР, зарегистрированных двухмикрофонным методом. Исследование влияния высокоинтенсивного импульсного шума на орган слуха персонала по изменению порогов акустического рефлекса показало увеличение порогов акустического рефлекса у опытной группы на длительный период. Зарегистрированное увеличение сдвига акустического рефлекса у значительной части опытной группы, сохраняющееся более суток, может свидетельствовать о наличии воздействия вредного фактора, в то время как значения пикового уровня звука в большинстве опытов находятся в пределах санитарно-эпидемиологических требований. Для установления новых гигиенических нормативов, регламентирующих нагрузку высокоинтенсивного импульсного акустического воздействия, необходимы более масштабные исследования.
Работа поддержана РФФИ, проект № 18-08-00244.
Список литературы
1. Панкова В.Б., Таварткиладзе Г.А., Мухамедова Г.Р., Профессиональная тугоухость: новые подходы к диагностике, экспертизе трудоспособности и реабилитации // Медицина экстремальных ситуаций. 2013. № 1 (43). С. 25-29.
2. 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.
3. Ганопольский М.И., Куликов В.И. Прогнозирование размеров зоны воздействия взрывного шума при взрывах на открытых горных работах // Взрывное дело, 2017. № 118-75. С. 260-282.
4. Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В., Солдатов С.К., Долгов А.А. Метод прогностического оценивания тяжести поражений человека воздушной ударной волной // Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму, 2018. № 11-12 (125-126). С. 3-8.
5. Рыжиков М.А., Кузнецов М.С., Логаткин С.М., Кузнецов С.М. К вопросу о безопасности кратковременного воздействия высокоинтенсивного шума изменяющейся тональности // Ме дико-биологические и социально-психологические проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях, 2018. № 1. С. 57-64.
6. Симухин В.В., Ворона А.А., Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А., Рыженков С.П. Медико-биологические эффекты импульсных шумов и особенности их гигиенического нормирования // Безопасность в техносфере, 2012. Т. 1. № 6. С. 36-43.
7. СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах». М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2016. 69 с.
8. Жданько И.М., Зинкин В.Н., Солдатов С.К., Богомолов А.В., Шешегов П.М. Фундаментальные и прикладные аспекты профилактики неблагоприятного действия авиационного шума // Авиакосмическая и экологическая медицина, 2014. Т. 48, № 4. С. 5-16.
9. Бегун П.И., Као Л.Д. Математическое моделирование и исследование барабанной перепонки в норме и при патологиях среднего уха // Российский журнал биомеханики, 1999. Т.3. № 2. С. 12.
10. Р 2.2.2006-05 Гигиена труда. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2005. 133 с.
11. Гончаров А.И., Куликов В.И. Акустические волны при массовых взрывах в карьерах // Физика горения и взрыва, 2004. № 6(40). С. 101106.
12. Шешегов П.М., Зинкин В.Н., Дворянчиков В.В., Миронов, В.Г. Нейросенсорная тугоухость шумовой этиологии у военнослужащих: диагностика, лечение и профилактика // Вестник Российской военно-медицинской академии, 2015. № 2. С. 60-66.
13. Гофман В.Р., Говорун М.И., Герасимов К.В., Евтушенко В.В. Медицинские аспекты совершенствования принципов лечения и профилактики больных с нарушениями слуха // Российская оториноларингология, 2004. № 2. С. 45-47.
14. Dragan S.P., Bogomolov A.V., Kondrateva E.A. Mathematical model of polyharmonic signal processing to study the state of the tympanic membrane // Proceedings-2016 International Conference on Engineering and Telecommunication, EnT 2016-9. 2016. Р. 21-25.
15. Jacob-Corteletti L.C.B., Duarte J.L., Zucki F., Mariotto L.D.F., Lau-ris J.R.P., Alvarenga K.F. Acoustic reflex on newborns: the influence of the 226 and 1,000 Hz probes // Jornal da Sociedade Brasileira de Fonoaudiologia, 2015. № 27(3). Р. 223-229. https://doi.org/10.1590/2317-1782/20152014117.
16. Lyra-Silva K. A., Sanches S.G.G., Neves-Lobo I.F., Ibidi S.M., Carvallo R.M.M. Middle ear muscle reflex measurement in neonates: Comparison between 1000Hz and 226Hz probe tones // International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology. 2015. № 79(9). Р. 1510-1515. DOI: https://doi.org/ 10.1016/ j.ijporl.2015.06.039.
17. Brotherton H., Plack C.J., Schaette R., Munro K.J. No change in the acoustic reflex threshold and auditory brainstem response following short-term acoustic stimulation in normal hearing adults // The Journal of the Acoustical Society of America. 2016. № 140 (4). Р. 2725-2734. DOI: https://doi.org/ 10.1121/ 1.4964733.
18. Keefe D.H., Feeney M.P., Hunter L.L., Fitzpatrick D.F. (2017). Aural Acoustic Stapedius-Muscle Reflex Threshold Procedures to Test Human Infants and Adults // JARO - Journal of the Association for Research in Otolaryn-gology. 2017. № 18 (1). Р. 65-88. DOI: https://doi.org/10.1007/s10162-016-0599-z.
19. Pichelli T.S., Soares J.C., Cibin B.C. Carvallo R.M.M. (2015). Effect of contralateral stimulation on acoustic reflectance measurements. Brazilian Journal of Otorhinolaryngology. 2015. № 81(5). Р. 466-472. DOI: https://doi.org/ 10.1016/ i.biorl.2015.07.004.
20. Prabhu P., Divyashree K.N., Neeraja R., Akhilandeshwari S. Effect of contralateral noise on acoustic reflex latency measures // Journal of International Advanced Otology. 2015. № 11(3). Р. 243-247. DOI: https://doi.org/10.5152/ iao.2015.1583.
21. Hong R.S., Metz C.M., Bojrab D.I., Babu S.C., Zappia J., Sargent E.W., LaRouere M.J. Acoustic Reflex Screening of Conductive Hearing Loss for Third Window Disorders. Otolaryngology-Head and Neck Surgery: Official Journal of American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 2016. № 154 (2). Р. 343-348. DOI: https://doi.org/10.1177/0194599815620162.
22. Campo P., Eluecque H., Venet T., Rumeau C., Parietti- Winkler C. EchoScan: A new system to objectively assess peripheral hearing disorders // Noise and Health, 2012. № 14(60). Р. 253. DOI: https://doi.org/10.4103/1463-1741.102964.
23. Лебедева И.В., Драган С.П. Определение акустических характеристик в трубах с помощью двух микрофонов // Измерительная техника. №8. 1988. С. 52
24. Богомолов А.В., Драган С.П. Новый подход к исследованию импедансных характеристик барабанной перепонки // Доклады академии наук. 2015. Т.454, №1. С. 105.
25. Драган С.П., Кондратьева Е.А., Котляр-Шапиров А.Д. Методика импедансометрических исследований акустического рефлекса // В сборнике материалов IX международной научной конференции: «Системный анализ в медицине». Благовещенск, 2015. С. 69-72.
26. Драган С.П., Лебедева И.В. Определение интенсивности плоской звуковой волны // Акустический журнал. № 2. 1992. С.174-178.
27. Богомолов А.В., Драган С.П. Автоматизированный мониторинг и технологии обеспечения акустической безопасности персонала // Автоматизация. Современные технологии. 2015. № 4. С. 25-30.
28. Prabhu P., Gafoor S.A., Revathi R., Kumar A. Stimulus and subject factors affecting contralateral suppression of acoustic reflexes // International Journal of Health Sciences and Research. 2016. № 8. Р. 1-10.
Драган Сергей Павлович, д-р техн. наук, заслуженный конструктор РФ, заведующий лабораторией, s.p.draganamail.ru, Россия, Москва, Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна,
Кондратьева Екатерина Андреевна, научный сотрудник, kondratevakateayandex. ru, Россия, Москва, Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна,
Котляр-Шапиров Айрат Дмитриевич, инженер, double9305@mail. ru, Россия, Москва, Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна,
Дроздов Сергей Владимирович, научный сотрудник, drozdovsv8 7agmail. com, Россия, Москва, Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна
RESEARCH TECHNIQUE OF THE ACOUSTIC REFLEX OF THE HEARING ORGAN UNDER EXPOSURE TO HIGH-INTENSITY PULSE NOISE
S.P. Dragan, Ye.A. Kondrat'yeva, A.D. Kotlyar-Shapirov, S.V. Drozdov
A technique for studying the acoustic reflex of the organ of hearing when exposed to high-intensity pulsed noise is presented. It is based on the use of a new two-microphone method for recording changes in the impedance of the eardrum, which makes it possible to implement dynamic screen tests of the acoustic reflex. The results of the study of the influence of high-intensity pulsed noise on the organ of hearing ofpersonnel showed that the use of existing scales for normalizing impulse noise is not correct and needs to be improved.
Key words: impulse noise, impulse noise rationing, acoustic reflex, acoustic impedance, external auditory canal.
Dragan Sergey Pavlovich, doctor of technical sciences, honored designer of the russian federation, head of laboratory, s.p. draganamail. ru, Russia, Moscow, Burnazyan Federal Medical Biophysical Center,
Kondratieva Ekaterina Andreevna, researcher, kondratevakate@yandex. ru, Russia, Moscow, Burnazyan Federal Medical Biophysical Center,
Kotlyar-Shapirov Airat Dmitrievich, engineer, double9305@ mail. ru, Russia, Moscow, Burnazyan Federal Medical Biophysical Center,
Drozdov Sergey Vladimir ovich, researcher, drozdovsv8 7agmail. com, Russia, Moscow, Burnazyan Federal Medical Biophysical Center
УДК 681.5
ФИЛЬТРАЦИЯ ШУМОВ В БИНАРНОМ РАСТРОВОМ ИЗОБРАЖЕНИИ С ПОМОЩЬЮ БУЛЕВЫХ ОПЕРАЦИЙ
И.В.Зайчиков
Выполнено моделирование сглаживания шумов бинарного изображения с помощью операций конъюнкции и дизъюнкции с целью применения в специализированных видеопроцессорах.
Ключевые слова: бинарное, изображение, сглаживание, фильтрация, конъюнкция, дизъюнкция, видеопроцессор.
Приведены результаты моделирования фильтрации шумов применительно к бинарному изображению, которое во многих технических задачах используется для расчета параметров реального объекта. Применение булевых операций для точек апертуры такого фильтра представляется актуальной, так они позволяют вместо известных низкочастотных фильтров реализовать сглаживание шумов с помощью малозатратной цифровой схемотехники. Такая схемотехника может быть применена в специализированных видеопроцессорах в реальном масштабе времени (рис. 1).
В качестве тестового изображения объектов Bo(x, y) размером NxM были взяты простые геометрические фигуры круга и квадрата, к которым применена операция наложения шума с заданным уровнем 15 %.
Рис. 1. Исходное тестовое изображение объектов
89
