Kompetenzzentrum für interdisziplinäre Prävention und Rehabilitation der FSU Jena und der BGN (KIP)
Funktionsbereich Motorik, Pathophysiologie und Biomechanik, Klinik für Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Klinikum der FSU Jena
Bewegungswissenschaften, Institut für Sportwissenschaft, FSU Jena
Thumedi GmbH & Co KG, Jahnsbach, Deutschland
friendly-sensors AG, Jena, Deutschland
BfMC, Leipzig, Deutschland
Technische Universität Ilmenau
Fakultät für Maschinenbau
Fachgebiet Biomechtronik
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Alexander Müller
Technische Universität Ilmenau
Fakultät für Maschinenbau
Fachgebiet Biomechtronik
PF 100 565
98684 Ilmenau
alexander.mueller@tu-ilmenau.de
http://www.tu-ilmenau.de/biomechatronik
PMD – Entwicklung personalisierter miniaturisierter Dosimeter für die Individualprävention von Gehörschäden
Trotz umfangreicher gesetzlicher, technischer und arbeitsmedizinischer Präventions-maßnahmen ist eine kontinuierliche Prävalenz der Berufskrankheit (BK 2301) Lärmschwerhörigkeit in Deutschland zu verzeichnen. Weiterhin ist absehbar, dass die zunehmende Lärmbelastung bei Freizeitaktivitäten den Anteil Gehörgeschädigter an der Allgemeinbevölkerung rapide wird ansteigen lassen.
Ein wesentlicher Faktor dafür ist die individuelle Vulnerabilität und Disposition des Hörorgans. Weiterhin bilden zumeist nur Emissionsmessungen an Arbeitsplätzen die Grundlage für künftige Schutzmaßnahmen. Dadurch ist keine hinreichende genaue Quantifikation der individuellen Lärmbelastung und –beanspruchung möglich und keine evidenz-basierte reproduzierbare Dosis – Wirkungsbeziehung belegbar.
Am Fachgebiet Biomechatronik der Technischen Universität Ilmenau soll in einem ersten protoypischen Projekt ein standardisiertes, modularisiertes, miniaturisiertes, mechatronisches Dosimeter („Personalisiertes Miniaturisiertes Dosimeter PMD“) für die gehörrichtige Dosimetrie von Lärmbelastungen entwickelt werden. Aus dem noch theoretischen Konzept PMD wird ein Anforderungskatalog definiert, auf dessen Grundlage ein Prototyp realsiert werden kann. Das Axiom liegt dabei in einer miniaturisierten Gerätekombination mit einer personalisierten Anpassung (Gehörsonde) an den Nutzer und hoher Datenauflösung zur konkreten und umfassenden Ermittlung der binauralen Lärmbelastung (gehörrichtige Parameterisierung).
Die angestrebte Herstellung eines Kleinserienprodukts würde die flächendeckende Durchführung arbeitsmedizinischer Studien zur Fragestellung präventiver Wirksamkeit erlauben. Es stünde ein bisher noch nicht verfügbares biomedizinisches Instrument für die Prävention lärmbedingter Gehörschäden zur Verfügung, welches folgende wesentliche Vorteile gegenüber dem jetzigen Stand der Technik erzielen soll:
• Das PMD bietet die Möglichkeit, objektive Parameter zu ermitteln, mit denen die physiologische Reaktion auf die physikalische Belastung beschrieben werden kann.
• Bei der Prävention von berufsbedingten Gehörschäden bietet das PMD eine Perspektive für eine zukünftige, rechtzeitige Identifikation von Menschen mit besonders schädigungsempfindlichem Gehör (Vulnerabilität).
• Das PMD würde die Individualisierung der Bemessung von Reiz-Reaktions-Beziehungen und somit eine auf das Individuum bezogene Prophylaxe ermöglichen.
• Weiterhin kann bei Langzeitstudien an lärmexponierten Arbeitnehmern der technische und organisatorische Aufwand und damit auch der finanzielle Aufwand wesentlich reduziert werden.
• Eine angedachte Kombination aus Gehörschutz und Kommunikationskanal (wie bei einem handelsüblichen Headset) erhöht die Arbeitssicherheit in der jeweiligen Lärmumgebung.
Abhängigkeit transitorisch evozierter otoakustischer Emissionen (TEOAE) von der Güte der Sondenanpassung
Ein physikalischer Schallreiz führt zu einer Auslenkung der Basilarmembran im Innenohr. Dabei führen die äußeren Haarsinneszellen (OHC) einen aktive Bewegung aus. Zudem können die OHC mit oder ohne akustische Reizung, aktive mechanische Schwingungen (OAE) erzeugen, die über das Innenohr und die Gehörknöchelchen an das Trommelfell geleitet werden. Dort können sie mit einem miniaturisierten Sensor (Mikrophon) registriert werden. Die Lage der Messsonde im Gehörgang wirkt sich dabei charakteristisch auf diese Gehörgangsantwort aus. So führen Fehler in der Sondenanpassung zu Veränderungen der Gehörgangsantwort und der otoakustischen Emissionen in Pegel, Phase und Frequenz.
Im Rahmen eines universitären Grundlagenpraktikums in der Mechatronik wurden mittels transitorisch evozierter otoakustischer Emissionen (TEOAE) je sechs Messreihen an 30 gehörgesunden Ohren (Probanden) realisiert. Die geschlechtliche und altersmäßige Struktur der Versuchsgruppe war durch das Matrikel bestimmt und konnte nicht beeinflusst werden. Für die Auswertung wurden nur die Probanden berücksichtigt, bei denen prinzipiell TEOAE nachgewiesen werden konnten und der Korrelationskoeffizient je Messung mindestens 60% betrug. Für jedes Ohr wurden willkürlich sechs Untersuchende ausgewählt, die in zufälliger Reihenfolge die Ohrsonde in den Gehörgang platzierten. Die Messungen erfolgten in einer akustisch abgeschlossenen Hörprüfkabine mit dem OAE Messsystem Madsen CAPELLA. Bei der Messung wurde darauf geachtet, dass sich die Lage der Sonde während der jeweiligen Messreihe nicht verändert. Dazu wurde das Kabel mit einem Klettverschluss an der Innenwand der Hörkabine befestigt. Metrisch skalierte Merkmale: Für die Auswertung der Daten in MATLAB® wurde die aus dem Mittelwert berechnete effektive Amplitude des gesamten Signals (Stimulus und Emission) A&B MEAN sowie das wirksame Restrauschen A&B DIFF aus dem Analyseprogramm als numerischer Vektor exportiert. Zusätzlich wurde im Anschluss an jede Messung eine programminterne Bandanalyse (1 kHz bis 5 kHz / Intervall 1 kHz) durchgeführt, die für jedes Band die effektive Amplitude (Emission), den Signal-Rausch-Abstand (SNR) sowie den Korrelationskoeffizienten ausgab. Nominalskalierte Merkmale: Neben den Merkmalen „Geschlecht“ und „Alter“ wurden die Merkmale „Ohr“ (Messung am linken oder rechten Ohr?) sowie „Hand“ (Ist der Messende Links- oder Rechtshändler?) erfasst.
Die vorläufigen Ergebnisse sprechen für einen engen Zusammenhang zwischen Sondenposition im Gehörgang und der gemessenen Emission. Dabei sind die Emissionen intraindividuell qualitativ konstant (Frequenz und Phase), hingegen die Amplituden der OAE variieren frequenzabhängig sehr stark.
Geräuschanalyse zur Detektion und Identifikation von Gefahrenquellen
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Ulrike Fröber, Dipl.-Ing. Alexander Müller
Gemeinsam mit der BGN wurden durch das Fachgebiet Biomechatronik Messungen zur Lärmbelastung von Arbeitnehmern durchgeführt und Geräusche aus dem Umfeld der Arbeitnehmer analysiert. Mit den Ergebnissen sollen erweiterte Möglichkeiten zum Schutz der Arbeitnehmer abgeleitet werden.
Die Geräuschanalyse zur Detektion und Identifikation von Gefahrenquellen spielt am Fachgebiet Biomechatronik der TU Ilmenau nicht nur im Bereich der Industrie, sondern auch im Freizeitbereich eine wichtige Rolle. Sie findet Einsatz in Projekten die sich unter anderem mit der Unterstützung hörgeschädigter Personen befassen.
Aufbauend auf Fragestellungen, die sich im Alltagsgeschäft der Berufsgenossenschaft ergeben, werden in enger Zusammenarbeit bestimmte Geräuschquellen untersucht und analysiert. So wurden neben zahlreichen viel versprechenden Laborversuchen zur Detektion von Geräuschen aus Industrielärm weitere Versuche im industriellen Umfeld durchgeführt. Dabei kamen verschiedene an der TU Ilmenau vorhandene Messsysteme zum Einsatz. Die Ergebnisse aus diesen Messungen fließen direkt in aktuelle Projekte wie in die Entwicklung personalisierter miniaturisierter Dosimeter für die Individualprävention von Gehörschäden (PMD) ein.
Anwendungsfelder:
Fehlersuche an Maschinen
Detektion von akustischen Warnsignalen
Identifikation störender Nebengeräusche
Feststellung geänderten Geräuschverhaltens
Schutz des menschlichen Gehörs durch Einsatz eines Analysesystems
Alle Kooperationen werden von der Berufsgenossenschaft Nahrungsmittel und Gaststätten, Abteilung Prävention und der FSA mbH, Arbeitsmedizinisches Präventionszentrum Erfurt unterstützt.