Quantification of strain and stress to human hearing by industrial noise as a basis for developing mechatronic control systems Abstract This work focuses on an interdisciplinary approach to the prevention of occupational diseases. An early diagnosis of noise induced hearing impairment is particularly important as exposure to noise has also grown outside the workplace. For measuring the total strain to the human ear, a personalised miniaturised dosimeter (PMD) will have to be developed by biomechatronic experts. Necessary physiological parameters are given in an applicable form. To obtain these parameters, the applicability of otoacoustic emissions (OAE) for an early diagnosis by means of an audiometric screening has to be tested. As a result, devices and equipment needed to gain stable und reproducible measurements of noise immission and otoacoustic emission are shown. The noise impact on changes of the otoacoustic emission and the morphology of the inner ear is difficult to assess if exact knowledge about the corresponding noise parameters is lacking. A long-term study on the development of a subjective hearing sensitivity and the otoacoustic emission in beverage industry and wood processing workers exposed to extreme noise demonstrates both frequency structures together with the energy content of industrial noise and assessment of hearing loss in case studies. In three successive yearly measurements, data about noise impact, transiently evoked otoacoustic emissions (TEOAE) and distortion products of the otoacoustic emission (DPOAE) were gained using the measurement systems ILO 88 and ILO 92, respectively, as well as pure tone audiogrammes. In a single study, guinea pigs were acoustically exposed to authentic noise, measuring the DPOAE. The result was a frequency-dependent decrease together with a partial increase in the DPOAE amplitudes. A morphological examination of the cochlea in test animals revealed a defect on the outer hair cells in the areas concerned. The employees showed different amplitudinal responses with the DPOAE and TEOAE depending on the dose of the noise immission. TEOAE alterations were sooner recognizable than DPOAE alterations and proved to be significant in a frequency range of about 1 kHz. DPOAE led to significant reductions in frequency by 3 kHz and 4 kHz, respectively. Test persons exposed to a lower noise dose often showed an initial amplitude increase in several frequencies, especially around 5 kHz. Later, however, there was a shift towards reductions. Conclusions Under certain preconditions, OAE is a suitable criterion in the early diagnosis of hearing impairment. The preconditions are as follows: - an initial measurement, - simple and stable recording of the OAE to exclude measurement artefacts, - automatic comparison of the initial data with subsequent measurements. For a reliable assessment of noise immission and for primary prevention of hearing impairment the relevant noise dose together with the corresponding frequency structure and pulse peaks of the noise have to be recorded, using personalised miniaturised dosimeters (PMD). This work aims to provide the application criteria necessary for the construction of these dosimeters.
Die vorliegende Arbeit widmete sich in einem interdisziplinären Ansatz der Prävention arbeitsbedingter Erkrankungen. Die frühe Erkennung von lärmbedingten Hörschädigungen ist auch wegen der Zunahme der außerbetrieblichen Lärmexposition von besonderer Bedeutung. Die Entwicklung Personalisierter Miniaturisierter Dosimeter PMD für diesen Zweck ist eine der wichtigen zukünftigen Aufgaben der Biomechatronik. Die vorliegende Arbeit stellt dDie für die Konstruktion der PMDe erforderlichen physiologischen Parameter werden im Ergebnis der Arbeit technisch aufbereitet zur Verfügung gestellt. Hierzu wichtige Zielstellung ist die Untersuchung der Einsatzmöglichkeit der otoakustischen Emissionen (OAE) für eine Frühdiagnose und deren Eignung für die betriebliche audiologische Reihenuntersuchung. Im Ergebnis werden die gerätetechnischen Voraussetzungen aufgezeigt, unter denen stabile, reproduzierbare Messungen der Lärmimmission und der otoakustischen Emissionen erreicht werden können. Die Beurteilung von Lärmeinwirkungen auf die Veränderungen der otoakustischen Emissionen und die Morphologie des Innenohres setzt eine genaue Kenntnis der Geräuschparameter voraus. In einer Langzeitstudie zur Entwicklung des subjektiven Hörempfindens und der OAE bei lärmexponierten Arbeitnehmern aus der holzverarbeitenden und der Getränkeindustrie werden die Frequenzstrukturen und der Energiegehalt von Industriegeräuschen sowie deren hörschädigende Wirkung an Beispielen dargestellt. In jeweils drei aufeinander folgenden Untersuchungszyklen sind im jährlichen Abstand die Lärmbelastung, die transitorisch evozierten OAE (TEOAE) und die Distorsionsprodukte der OAE (DPOAE) mit den Messsystemen ILO 88 bzw. ILO 92 sowie die Reintonaudiogramme aufgenommen und analysiert worden. In einer Teilstudie sind Meerschweinchen mit authentischen Geräuschen beschallt und die DPOAE gemessen worden. Es wurden frequenzabhängige Verminderungen und teilweise Erhöhungen der DPOAE-Amplituden festgestellt. Die morphologische Untersuchung der Cochlea der Tiere zeigt Defekte an den äußeren Haarzellen in den entsprechenden Bereichen. Bei den Arbeitnehmern treten abhängig von der Lärmimmissionsdosis unterschiedliche Amplitudenreaktionen bei den DPOAE und den TEOAE auf. Die TEOAE-Änderungen sind vorwiegend im Frequenzbereich um 1 kHz signifikant und früher als die DPOAE-Veränderungen festzustellen. Bei den DPOAE sind signifikante Reduktionen in den Frequenzen um 3 kHz und 4 kHz zu verzeichnen. Bei den Probanden mit einer geringeren aufgenommenen Lärmdosis sind häufig zunächst in mehreren Frequenzen Amplitudenerhöhungen, signifikant um 5 kHz, zu registrieren. Später kommt es zu ebenfalls zu Reduktionen. Im Ergebnis wird festgestellt, dass sich die OAE unter bestimmten Voraussetzungen zur Früherkennung von Lärmhörschäden eignen. Das sind: Vorliegen eines Vorbefunds, einfache und stabile Ableitung der OAE, um Messartefakte auszuschließen und automatischer Vergleich der Messungen mit den Vorbefunden. Für die Bewertung der Lärmimmission und die Primärprävention müssen mit der Lärmdosis die Frequenzstruktur und die Impulsspitzen des Geräuschs erfasst werden. Für die Konstruktion der hierfür erforderlichen Personalisierten Miniaturisierten Dosimeter PMD liefert die vorgelegte Arbeit die notwendigen Auslegungskriterien.