Введение к работе
Актуальность темы исследования обусловлена отсутствием средств электроники и вычислительной техники, методик формирования тестовых акустических сигналов, в том числе эквивалентных камертону, позволяющих провести исследование слухового анализатора человека в бытовых условиях. Она обусловлена серьёзной проблемой ухудшения слуха у населения. По данным ВОЗ на сегодняшний день нарушением слуха страдают 6% населения Земли, по оценкам специалистов через 10 лет это число возрастёт на 30% и составит 8% общего населения Земли. Отчасти эта проблема связана с тем что, с развитием аудио-акустических систем нагрузка на слух человека существенно увеличилась. Стоит отметить тот факт, что на данный момент оценить состояние слуха возможно лишь в специализированных медицинских центрах. Понижение слуха происходит постепенно, в силу своего психофизиологического строения человек способен заметить снижение слуха только тогда, когда это начинает доставлять ему дискомфорт и функции слухового анализатора существенно понижены. Предложения по решению подобных проблем отображены в работах многих отечественных и зарубежных коллективов таких как: ФГУ Российский научно-практический центр аудиологии и слухопротезирования Росздрава, г. Москва; Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт уха, горла, носа и речи; Сибирский Государственный Медицинский институт; Европейская академия оториноларингологии; Американская академия оториноларингологии.
Обеспечить всех нуждающихся аудиометрической аппаратурой не
представляется возможным в виду больших экономических затрат, и
необходимости организации высокотехнологичного производства. На основе
работ авторов Т.В. Золотова, В.В. Березнюка, А.В. Старохи, Р.В. Кофанова,
Н.Н. Петрова, И.А. Завалишина, О.В. Мареева, Г.И. Буренкова,
Т.А. Исламова, Е.В. Герова, можно сделать вывод, что выходом из сложившейся ситуации может служить разработка методик, устройств и элементов вычислительной техники (включая программное обеспечение) для уже существующих устройств воспроизведения звука.
Для достоверного исследования слуха электронное устройство должно воспроизводить сигналы заданной формы и интенсивности. Это обстоятельство делает практически невозможным создание универсального программного обеспечения для всех элементов и устройств электронной техники. Таким образом, можно сделать вывод, что разработка системы управления тестовыми акустическими сигналами должна вестись под конкретную модель вычислительного устройства, внутренняя структура вычислительного устройства должна оставаться неизменной.
Вместе с тем известны научные работы в области проектирования электронных устройств и элементов вычислительной техники: Кобзева А.В., Осипова Ю.М., Малышенко A.M., Шурыгина Ю.А., Замятина Н.В. которые направлены на совершенствование элементов электронной техники и систем управления.
Целью диссертационной работы является создание и исследование устройства формирования акустических сигналов, эквивалентных сложным колебаниям камертона и позволяющего сократить время проведения оценки слуха и снизить квалификационные требования к специалистам.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:
а) проанализировать методы исследования слухового анализатора
человека, включая существующие методики, устройства и модели оценки
качества слуха;
б) разработать методику эквивалентирования колебаний камертона и
электронного устройства, основанного на использовании визуального
сопоставления, коэффициента среднеквадратичного отклонения кг' при
ограниченности полосы пропускания в частотной области слуховым анализатором человека;
в) создать электронное устройство для формирования тестовых
акустических сигналов, гаж)ляюпввреализовап5предло>юнньшспособоценкислуха;
г) провести экспериментальные исследования созданного электронного
устройства и разработанной методики на соответствие диагностических
характеристик предложенного способас сунвствуюіцимиаудюдагическими тестами;
д) апробировать разработанную методику использования устройства
формирования тестовых акустических сигналов в медицинских учреждениях.
Объектом исследования является устройство формирования тестовых сигналов заданной формы для оценки слуха.
Предмет исследования. Аппаратное, программное и методическое обеспечение оценки качества слуха в составе устройств формирования тестовых акустических сигналов.
Методы исследования. В работе использованы различные методы исследований: системный анализ, математическое моделирование, спектральный анализ, математическая статистика, эксперимент.
Научная новизна заключается в новом подходе к созданию устройства формирования тестовых акустических сигналов для оценки качества слуха:
-
разработана новая методика эквивалентирования колебаний электронного устройства и камертона, включающая этапы: оценки соответствия мгновенных значений сигналов по их визуальному совпадению, минимизации коэффициента среднеквадратичного отклонения сигнала, установления соответствия спектров сигналов, экспериментальная проверка по типовым методикам.
-
предложены новые алгоритмы оценки качества слуха, реализующие новый способ диагностики слуха, основанный на пошаговом изменении уровня сигнала и его формы, изменяющихся по случайному закону в пределах акустического диапазона восприятия человеком, который позволяет расширить диапазон исследований качества слуха и определения порога чувствительности.
Практическая значимость заключается в:
-
усовершенствованной методике проведения основных камертональных опытов на основе разработанного устройства, которая, в отличие от классической методики, позволяет определять порог слышимости один раз на все требуемые измерения, и повышающей производительность измерений сигналом с фиксированными параметрами.
-
разработанных алгоритмах и программном обеспечении, позволяющих дать инженерам рекомендации по созданию электронных устройств для формирования тестовых акустических сигналов сложной формы;
-
существенном снижении временных и квалификационных показателей для проведения камертональных опытов Ринне, Вебера, Желле и Федеричи без снижения диагностических свойств методик;
-
возможности проведения тональных аудио метрических тестов и камертональных опытов самооценки слуха с использованием устройства формирования тестовых акустических сигналов в бытовых и нормальных условиях.
Положения, выносимые на защиту:
-
разработанная методика эквивалентирования колебаний электронного устройства и камертона позволяет дать основу для проектирования электронных устройств генерации тестовых акустических сигналов;
-
предложенные новые алгоритмы оценки качества слуха, реализующие новый способ диагностики позволяют автоматизировать процесс исследования с точным определением порога чувствительности человеческого уха;
-
использование созданного электронного устройства для проведения аудиометрических опытов сокращает время проведения опытов до 50 %, значительно упрощает методику проведения опытов и снижает требования к квалификации испытателя.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли апробацию на международных конференциях, всероссийских конференциях, научных семинарах и научно-практических конференциях:
VI Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления», г. Томск, 2010 г.;
Научная сессия ТУ СУР-2010 Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных;
Международной заочной научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки», г. Тамбов, 2011 г.;
Выставка научных достижений молодых учёных ТУСУРа, г. Томск, 2011 г.;
VII международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления», г. Томск, 2011 г.
По материалам работы был получен грант по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») г. Томск 2010 г. и грант Томской области (Государственный контракт на выполнение работ № 441 от 4.10.2010г. «Разработка методики и прототипа портативного устройства для измерения качества слуха, осюванногонакосгнойпроюдимосш>>).
Внедрение. Разработанная методика и устройство были внедрены и планируются к использованию в диагностической практике в медицинских учреждениях: Томский филиал Федерального Государственного учреждения «Научно-клинический центр оториноларингологии Федерального медико-биологического агентства» ФМБА России и МБЛПУ «Поликлиника №10» г.Томска, так же результаты работы планируются к использованию при производстве аппаратно-программных комплексов для оценки качества слуха научно-производственной фирмой «Электротехник», Казахстан. Результаты работы были внедрены в учебный процесс Томского университета систем управления и радиоэлектроники.
Личный вклад автора. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично. В совместных работах диссертант принимал участие в непосредственной разработке моделей, алгоритмов, теоретических расчётах и вычислительных экспериментах, в интерпретации результатов. Постановка задачи исследований осуществлялась научным руководителем, д.т.н. Р.В. Мещеряковым. Исследования эквивалентности диагностических возможностей проводились совместно с к.м.н., доцентом Литваком М.М.
Структура и объём диссертации. Общий объём работы - 152 страниц, в том числе 132 страницы основного текста, 15 таблиц, 75 рисунков; список использованной литературы, включающий 107 наименований. Структура диссертации: введение, три главы, заключение, списокиспольуемой литературы
