УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ВОЗДУШНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ

Предлагаемая полезная модель относится к классу устройств цифровых вычислений или обработки данных, специально предназначенных для специфических функций (прогностические применения) в интересах обеспечения безопасности жизнедеятельности человека в чрезвычайных ситуациях военного и мирного времени, связанных с угрозой (риском) поражения человека воздушной ударной волной.
Воздействие воздушной ударной волны обусловливает у человека повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, переломы и т.п. В соответствии с принятой классификацией [Физика ядерного взрыва: В 2 т. Том 2. Действие взрыва. М.: Физматлит, 1997. 256 с] выделяют 5 классов медико-биологических эффектов воздушной ударной волны (с увеличением номера класса увеличивается тяжесть поражений человека):
класс 1 - баротравмы;
класс 2 - преимущественно легкие поражения;
класс 3 - поражения не ниже средней степени тяжести;
класс 4 - тяжелые и смертельные поражения;
класс 5 - смертельные травмы.
Современное состояние теории медико-биологического прогнозирования последствий взрывных воздействий, миниатюризация и удешевление электронно-компонентной базы потенциально позволяют реализовать устройства, в реальном времени обеспечивающие прогнозирование санитарных потерь, обусловленных воздействием воздушной ударной волны, в интересах размещения их в комплексах технических средств, эксплуатируемых в условиях воздействия воздушных ударных волн, в составе полевых систем мониторинга обстановки и т.п., что весьма важно для обеспечения безопасности человека. Однако прямые аналоги и прототипы заявляемой полезной модели в предшествующем уровне техники не выявлены.
Из существующего уровня техники известно устройство подвижного медицинского комплекса (патент RU №2144812 опубл. 27.01.2000 г.), содержащего сортировочно-эвакуационную, автоперевязочную установки, машины для перевозки, индивидуальное медицинское оснащение военнослужащих, носимые комплекты медицинского имущества, палатки, грузовые машины для перевозки имущества и комплекты типового оборудования медицинского назначения в виде носилок, подставок для носилок, стоек унифицированных, станков для размещения раненых на носилках, скамей складных, отличающийся тем, что в него введены установки в виде аптеки готовых лекарственных средств на базе автомобилей, мобильный поисково-эвакуационный комплекс в составе бронированных медицинских машин на базе бронетранспортеров, боевых машин, пехоты и десанта, которые выполнены в виде санитарно-эвакуационного транспортера, подвижного медицинского пункта батальона и подвижной перевязочной медицинского пункта полка, беспроводная автоматизированная система управления на базе инфракрасной локальной вычислительной сети, радиосвязные станции с дальностью действия до 20 км, причем каждая бронированная медицинская машина оборудована тепловым пеленгатором и прибором ночного видения для розыска раненых, а также тентом-палаткой, состыковывающейся с бронированной медицинской машиной для укрытия раненых, при этом беспроводная и автоматизированная система управления по инфракрасным каналам соединена с карманными и переносными компьютерами, а по радиоканалам -с бортовыми переносными компьютерами. Включенный в состав устройства мобильный поисково-эвакуационный комплекс в составе бронированных медицинских машин обеспечивает розыск раненых без учета прогнозных оценок медико-биологических эффектов, что существенно увеличивает время розыска и эвакуации раненых и пораженных воздушной ударной волной (розыск раненых и пораженных проводят «вслепую»).
Известный способ доврачебной помощи (патент RU №2107488 опубл. 27.03.1998 г.), включающий розыск пострадавших в чрезвычайных ситуациях, в особенности раненых на поле боя, с помощью поискового переносного радиолокатора, оказание неотложной помощи на месте обнаружения, сбор пострадавших в группы в пешем порядке с небольшим радиусом поиска, обозначение местоположения групп («гнезд») радиомаяками-маркерами, поиск этих групп с помощью возимых радиосредств и последующую эвакуацию пострадавших с помощью медицинских вертолетов и санитарных бронетранспортеров тоже не использует при планировании розыска прогностическую информацию о медико-биологических эффектах воздушной ударной волны.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является устройство для измерения давления и профиля ударных волн (патент RU №2364848 опубл. 27.08.2007 г.), включающее диэлектрическую матрицу с установленным на ней измерительным узлом с чувствительным элементом, выполненным в виде манганинового и константанового датчиков, установленных соосно, параллельно рабочими поверхностями друг над другом, причем константановый датчик размещен под манганиновым через изолятор, а их выводы расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно фронту ударной волны. Указанное устройство обеспечивает измерение давления и профиля воздушных ударных волн используя один датчик, простое в конструктивном исполнении и имеет миниатюрные размеры и высокую защищенность от электромагнитных помех в широком диапазоне давлений, но не обеспечивает прогнозирование медико-биологических эффектов воздушной ударной волны и выдачу показателей, позволяющих осуществить такое прогнозирование без использования других устройств, приборов и т.п.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является получение достоверной оперативной информации о прогнозируемой тяжести медико-биологических эффектов воздушной ударной волны в интересах оповещения об опасности, планирования мероприятий медицинской эвакуации раненых и пораженных, а также при проведении натурных исследований медико-биологических эффектов воздушных ударных волн.
Технический результат заключается в обеспечении достоверного оперативного прогнозирования тяжести поражений человека воздушной ударной волной по наиболее просто и надежно регистрируемым ее характеристикам: значениям избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта).
Технический результат достигается тем, что устройство для прогнозирования медико-биологических эффектов воздушной ударной волны включает чувствительный элемент и измерительный узел, обеспечивающие измерение избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта) воздушной ударной волны, а также вычислитель, позволяющий прогнозировать по этим значениям медико-биологические эффекты ее воздействия: баротравмы, преимущественно легкие поражения, поражения не ниже средней степени тяжести, тяжелые и смертельные поражения, смертельные травмы. В состав устройства дополнительно могут быть включены оборудование звуковой и световой сигнализации результатов прогнозирования медико-биологических эффектов воздушной ударной волны; накопитель информации, выполненный по схеме с энергонезависимой памятью, для длительного хранения информации с выхода измерительного узла, с выхода блоков расчета оценок вероятностей медико-биологических эффектов и/или с выхода селектора максимума и передатчик для обеспечения передачи по радиоканалу информации с выхода измерительного узла, с выхода блоков расчета оценок вероятностей медико-биологических эффектов и/или с выхода селектора максимума.
Разработанное устройство для прогнозирования медико-биологических эффектов воздушной ударной волны поясняется фигурой (фиг. - Схема устройства для прогнозирования медико-биологических эффектов воздушной ударной волны), на которой схематично показана функциональная взаимосвязь его компонентов, находящихся в конструктивном единстве, и обозначенных как:
1 - чувствительный элемент;
+
2 - измерительный узел, обеспечивающий расчет значений избыточного давления (ΔР, Па) воздушной ударной волны и длительности ее положительной фазы (фронта) (τ, с);
3 - вычислитель, объединяющий блоки 4-14, и позволяющий прогнозировать медико-биологические эффекты воздушной ударной волны;
1
4 - блок расчета оценки избыточного давления воздушной ударной волны (p), при котором вероятность медико-биологических эффектов 1-го класса, обусловленных ее воздействием при зарегистрированной длительности положительной фазы (фронта), равна 0,5;
2
5 - блок расчета оценки избыточного давления воздушной ударной волны (р), при котором вероятность медико-биологических эффектов 2-го класса, обусловленных ее воздействием при зарегистрированной длительности положительной фазы (фронта), равна 0,5;
3
6 - блок расчета оценки избыточного давления воздушной ударной волны (р), при котором вероятность медико-биологических эффектов 3-го класса, обусловленных ее воздействием при зарегистрированной длительности положительной фазы (фронта), равна 0,5;
4
7 - блок расчета оценки избыточного давления воздушной ударной волны (р), при котором вероятность медико-биологических эффектов 4-го класса, обусловленных ее воздействием при зарегистрированной длительности положительной фазы (фронта), равна 0,5;
5
8 - блок расчета оценки избыточного давления воздушной ударной волны (р), при котором вероятность медико-биологических эффектов 5-го класса, обусловленных ее воздействием при зарегистрированной длительности положительной фазы (фронта), равна 0,5;
1
9 - блок расчета оценки вероятности медико-биологических эффектов 1-го класса (w), обусловленных воздействием взрывной ударной волны с зарегистрированными величинами избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта);
2
10 - блок расчета оценки вероятности медико-биологических эффектов 2-го класса (w), обусловленных воздействием взрывной ударной волны с зарегистрированными величинами избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта);
3
11 - блок расчета оценки вероятности медико-биологических эффектов 3-го класса (w), обусловленных воздействием взрывной ударной волны с зарегистрированными величинами избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта);
4
12 - блок расчета оценки вероятности медико-биологических эффектов 4-го класса (w), обусловленных воздействием взрывной ударной волны с зарегистрированными величинами избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта);
5
13 - блок расчета оценки вероятности медико-биологических эффектов 5-го класса (w), обусловленных воздействием взрывной ударной волны с зарегистрированными величинами избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта);
14 - селектор максимума.
Устройство для прогнозирования медико-биологических эффектов воздушной ударной волны (см. фиг. ) включает чувствительный элемент (1) и измерительный узел (2), обеспечивающие измерение избыточного давления и длительности положительной фазы (фронта) воздушной ударной волны, а также вычислитель (3), позволяющий прогнозировать по этим значениям медико-биологические эффекты ее воздействия: баротравмы, преимущественно легкие поражения, поражения не ниже средней степени тяжести, тяжелые и смертельные поражения, смертельные травмы.
Функционирование устройства для прогнозирования медико-биологических эффектов воздушной ударной волны заключается в следующем.
1) Устройство размещают таким образом, чтобы его чувствительный элемент располагался перпендикулярно фронту воздушной ударной волны.
+
+
2) После размещения устройства его измерительный узел осуществляет непрерывную многоканальную осциллографическую запись сигнала с чувствительного элемента и его обработку в реальном времени, в результате которой определяют значения избыточного давления (ΔP, Па) и длительности положительной фазы (фронта) воздушной ударной волны (τ, с). Оценки ΔP, Па и τ, с в реальном времени передают в вычислитель.
+
i
+
i
i
3) В вычислителе по величине τ, с, рассчитывают оценки избыточного давления положительной фазы (фронта) воздушной ударной волны p, Па (i={1, 2, 3, 4, 5} - номер класса), для которых вероятности медико-биологических эффектов каждого класса, обусловленных воздействием взрывной ударной волны с зарегистрированной величиной τ, с, равны 0,5. В интересах максимальной оперативности прогноза расчеты величин p, Па выполняют параллельно, используя одновременно пять блоков расчета оценки избыточного давления воздушной ударной волны (p).
;
;
;
;
.
i
i
i
А после этого, также реализуя технологию параллельных вычислений, на основании оценок p, Па, рассчитывают оценки вероятностей медико-биологических эффектов каждого класса (w, i={1, 2, 3, 4, 5} - номер класса), используя одновременно пять блоков расчета оценки вероятностей медико-биологических эффектов каждого класса (w):
- баротравмы:
;
- преимущественно легкие поражения:
;
- поражения не ниже средней степени тяжести:
;
- тяжелые и смертельные поражения:
;
- смертельные травмы:
.
i
4) Рассчитанные оценки вероятностей медико-биологических эффектов каждого класса (w, i={1, 2, 3, 4, 5} - номер класса) передают в селектор максимума, который определяет максимальную из них и формирует на своем выходе сигнал, соответствующий прогнозируемому классу медико-биологических эффектов с учетом того, что:
i
- номер прогнозируемого класса соответствует максимальному значению w;
i
- если две и более оценки w имеют одинаковое максимальное значение, то формируется сигнал, соответствующий максимальному (из одинаковых оценок) номеру класса поражений;
- если все рассчитанные оценки равны нулю, то сигнал на выходе селектора максимума не формируется.
Формулы расчета оценки вероятностей медико-биологических эффектов каждого класса получены методом нелинейного регрессионного анализа результатов собственных экспериментальных медико-биологических исследований и данных из [Физика ядерного взрыва: В 2 т. Том 2. Действие взрыва. М.: Физматлит, 1997. 256 с.; Взрывные явления: оценки и последствия. Кн. 2. М.: Мир, 1986. 384 с.] при следующих допущениях:
- распределения значений ΔP в пределах существования каждого эффекта соответствуют усеченным плотностям нормального распределения;
- вероятности возникновения эффекта с большим номером класса (то есть, вышестоящего по тяжести), равной 0,5, соответствует вероятность возникновения всех нижестоящих (по тяжести) эффектов, равная 1;
- вероятности возникновения нижестоящего (по тяжести) эффекта, равной 0,5, соответствует вероятность возникновения всех вышестоящих (по тяжести) эффектов, равная нулю;
5
4
- нулевая вероятность возникновения эффекта первого класса соответствует значению избыточного давления ΔP=0, а кривая, соответствующая единичной вероятности эффектов пятого класса, определяется как 2p-p.
Доли вариаций, объясняемых синтезированными регрессионными уравнениями, были не менее 0,91 при уровне статистической значимости р<0,01 - то есть эти уравнения являются статистически существенными.
Таким образом, описанные элементы заявляемого устройства функционально взаимосвязаны и находятся в конструктивном единстве, а совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники. Поэтому, по мнению заявителей, разработанное устройство представляет собой новое техническое решение, относящееся к классу устройств цифровых вычислений или обработки данных, специально предназначенных для специфических функций (прогностические применения).
Разработанное устройство является промышленно применимым, поскольку может найти применение в изделиях машиностроения и оборонной промышленности для прогнозирования санитарных потерь, обусловленных воздействием воздушной ударной волны, планирования мероприятий медицинской эвакуации; для мониторинга (в том числе, с помощью дистанционно управляемых технических средств) обстановки на поле боя; для обеспечения безопасности персонала на полигонах (при испытаниях вооружения и боеприпасов, их утилизации методом подрыва и т.п.) и при проведении взрывных работ (в горнодобывающей промышленности, при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций и т.п.).