人工智能在航空医学的应用

人工智能技术(artificial intelligence,AI)不断发展并逐渐应用于解决航空医学中飞行员选拔训练、医疗诊断等方面出现的问题。笔者从飞行员选拔、健康监测、航空人因工程及航空医学训练等多个研究方向整理归纳出AI在航空医学领域中的重要应用,并分析其潜在的发展趋势。

基于脑氧饱和度的加速度致意识丧失预警模型研究

目的基于脑氧饱和度,针对不同加速度暴露模式下飞行员的加速度致意识丧失(G-LOC)状态进行预警。方法选取33名志愿者进行载人离心机训练,施加不同的加速度暴露模式,并完成脑氧饱和度等生理指标的测量,建立超限学习机(ELM)模型对G-LOC状态进行预测。结果所建立的G-LOC预警模型在载人离心机训练的试验数据上表现较好,平均准确率为93.61%,几何平均数为0.9637,真阳性率为99.45%,真阴性率为93.51%。结论本研究所建立的基于脑氧饱和度的ELM模型可以有效预测G-LOC临界昏厥状态。未来可以在扩大样本数据量,在飞行训练与作战实际的基础上,进一步完善基于脑氧饱和度的G-LOC预警机制的构建。

2020年美国航空航天医学会(AsMA)学术年会论文集有关文献分析

目的通过对2020年美国航空航天医学会(AsMA)学术年会论文集航空医学有关文献进行分析,掌握国际航空医学研究的进展,为进一步开展该领域的研究提供参考借鉴。资料来源与选择2020年美国航空航天医学会(AsMA)学术年会论文集航空医学有关学术论文。资料综合在简要回顾87个专题年会文献基础上,对航空医学以下5个方面研究成果进行了概述:高空和加速度生理、飞行员心理选拔、人机工效学、空间定向障碍与飞行事故、弹射救生。结论回顾了2020年美国航空航天医学会(AsMA)学术年会论文集的航空医学部分研究成果,介绍了加速度暴露的生理影响、抗荷训练的效果评估、战机和飞行员装备人机工效方面急需解决的问题、发生飞行错觉的情况和空间定向障碍的原因、新型弹射救生座椅的优点等,以上研究成果对于进一步开展航空医学研究,保障飞行员的生理心理健康和飞行安全有一定意义。

模拟某型空运医疗后送飞机舱内噪声对失血性休克兔镇静深度影响的研究

目的观察模拟某型空运医疗后送飞机舱内噪声对不同镇静深度条件下失血性休克复苏后兔镇静深度的影响。方法20只新西兰兔采用丙泊酚维持镇静深度,分别控制脑电双频指数(bispectral index,BIS)在80、70、60左右,在专业隔声室内使用某型空运医疗后送飞机平飞时噪声刺激,观察刺激前后BI S、平均动脉压、心率、瞳孔直径等指标变化。结果BIS为60时,实验兔噪声刺激前后平均动脉压(t=0.921,P=0.363)、心率(t=0.986,P=0.363)、血氧饱和度(t=0.133,P=0.895)、瞳孔直径(t=0.231,P=0.818)变化差异无统计学意义;BIS为70时,刺激前后的平均动脉压(t=1.510,P=0.139)、心率(t=0.363,P=0.719)、血氧饱和度(t=0.137,P=0.892)、瞳孔直径(t=1.435,P=0.159)变化差异无统计学意义,BIS变化差异有统计学意义(t=10.221,P<0.001);BIS为80时,噪声刺激前后血氧饱和度变化差异无统计学意义(t=0.381,P=0.703),BIS(t=11.863,P<0.001)、平均动脉压(t=7.946,P<0.001)、心率(t=6.288,P<0.001)、瞳孔直径(t=11.863,P<0.001)的变化有统计学差异。结论模拟空运医疗后送飞机飞行时的舱内噪声可对镇静深度BIS维持在80、70左右的实验兔镇静造成影响,对BIS维持在80的实验兔血流动力学造成影响。

人因导向户外测量舱映射分析与设计应用

为解决大样本户外人体数据测量载平台设计局限所导致的测量效率低、测量成本高、人员设备安全性和适应性差等问题,文中进行人因导向户外测量舱的映射分析、设计与应用。基于户外人体数据测量对测量载平台的需求,通过研究人因导向产品的映射分析方法和设计模型,制订户外测量舱的人因设计准则、映射分析规则,以及分析方法和设计模型,并以实际户外人体数据任务案例为例,进行户外测量舱的具体分析、设计和应用。通过与室内测量平台、临时载平台进行比较评价,人因导向映射分析设计可支持户外测量舱满足户外高效、经济的人体测量任务,具有良好的户外环境适应性、人员舒适性和设备安全性。

飞机救生爆炸切割脉冲噪声检测实验仿真设计

目的为科学精准防护飞机救生爆炸切割脉冲噪声造成的听觉损伤,进行飞机救生爆炸切割脉冲噪声检测实验仿真设计。方法按照脉冲噪声听觉损伤安全限值规定的超压评价标准,根据爆炸冲击波超压计算经验公式,分析飞机救生爆炸切割脉冲噪声超压估算的比例距离与飞机座舱内炸测点的关系。其次根据飞行员弹射操作瞬间时空特征,以及飞机座舱和座椅弹射设计,分析并仿真飞机救生爆炸切割瞬间场景,搭建炸测点位置可调整的实验平台,精准仿真座椅各位置姿态的炸点、测点位置。最后进行地面爆炸切割检测实验,收集分析实验数据。结果基于飞机救生爆炸切割的座舱场景完成仿真设计。2次实验计算得到脉冲噪声超压值分别为165.9、165.2 dB,与实验测量曲线的脉冲噪声峰值接近;实验测得头盔隔声值为21.8 dB,与头盔实际隔声值(22 dB)接近,表明仿真实验检测数据与理论计算数据具有较好的一致性。结论飞机救生爆炸切割脉冲噪声检测实验仿真设计可为飞行员听觉损伤防护等研究提供数据支撑。

微光夜视成像系统开发与视觉效果评价

目的开发一种微光夜视成像系统,用于飞行员夜间视觉体验训练。方法采用远红光发光二极管(light emitting diode,LED)调光、数字光处理及投影光学系统仿真设计等技术,开发了一种由LED光源、调光模块、视频处理模块、数字微镜器件、数字光处理控制模块、投影主镜等6个子系统组成的微光夜视成像系统。为验证系统性能和成像效果,测试了系统的辐射光谱、对比度和均匀性等关键技术指标;选取12名视觉功能良好的受试者,对夜视镜改善视觉功能、特殊视觉现象和不同照度成像效果等进行了主观评价打分。结果系统光谱峰值波长743.1 nm,亮度对比度为143:1,照度均匀性达87.2%,系统光谱能量集中在夜视镜敏感光谱范围,具有较好的成像质量。受试者对夜视镜改善视觉功能、特殊视觉现象和不同照度视觉效果的打分结果依次为(8.08±1.16)、(7.58±0.90)分和(8.25±1.42)分,评价为效果非常好或比较好的共30人次。结论开发的微光夜视成像系统具有较好的成像质量和接近真实的微光场景模拟视觉效果,可用于飞行员夜间视觉体验训练。

飞行员肺大泡19例临床特点及航空医学鉴定

目的分析飞行员肺大泡患者临床医学特征及航空医学鉴定结果,为规范飞行员肺大泡航空医学鉴定提供参考。方法收集2010—2019年在空军特色医学中心住院的19例飞行员肺大泡病例资料,根据飞行机种分为歼击机组、轰/运/教组及直升机组,分析比较各组临床、肺部影像学特点及航空医学鉴定结果。结果共纳入飞行员肺大泡病例19例,其中歼击组6例、轰/运/教组7例(轰炸机1例,运输机4例,初级教练机2例)、直升机组6例。各组间平均年龄、平均飞行时间、平均身高、平均体重、平均BMI、吸烟史、自发性气胸及胸腔镜手术占比的差异均无统计学意义(P>0.05)。歼击机组肺大泡直径≥1 cm者占比明显高于其他两组(P<0.05);3组间肺大泡位于胸膜下的占比差异无统计学意义(P>0.05);各组肺大泡均以上肺及多发多见。歼击机组2例飞行合格、4例限双座飞行合格;轰/运/教组4例飞行合格、3例限双座飞行合格;直升机组3例飞行合格、2例限双座飞行合格、1例飞行不合格。结论飞行员肺大泡的航空医学鉴定应根据年龄、BMI、自发性气胸病史、肺大泡大小、位置及数量,结合飞行机种综合评定。

高性能歼击机飞行员座舱噪声暴露与防护

目的调查飞行员飞机座舱噪声暴露情况,提出高性能歼击机座舱噪声防护防控措施建议。方法在3种型号高性能歼击机(歼-A、歼-B、歼-C)地面试车发动机达到最高转速后5~180 s时,用声级计测量座舱中飞行员(假人)耳位处以及飞机尾喷口右侧与纵轴夹角60°、距离2.5 m处的总声压级、A声级,以及31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000 Hz噪声的线性声压级。选取听力正常的青年男性志愿者10名,采用125、250、500、1000、2000、4000、8000 Hz倍频程中心频率窄带信号,分别测试其裸耳,佩戴甲、乙、丙(分别为进口、现役、新研制)3种型号飞行头盔有源降噪状态及无源降噪状态时的听阈,并计算甲、乙、丙各型号飞行头盔的声衰减值(裸耳听阈和佩戴飞行头盔听阈测量差值)。结果歼-A、歼-B、歼-C地面试车发动机最大工作状态时的座舱飞行员(假人)耳位处噪声总声压级分别为102.2、100.4、111.2 dB;歼-B、歼-C尾喷口噪声总声压级分别为134.4、148.0 dB。歼-C飞机座舱噪声高于GJB 565A—2009的限值标准。经10名受试者测试,除4000 Hz外,不同型号的飞行头盔在其他频率上的声衰减值差异均有统计学意义(H=35.49、38.93、32.37、33.50、23.96、27.81,P均<0.001)。歼-A、歼-B、歼-C飞机座舱噪声经乙型头盔的有源状态衰减后噪声暴露的总声压级分别为87.3、84.1、89.3 dB。结论高性能歼击机座舱噪声仍使飞行员处于较高声压级,对其听力健康和飞行效能构成潜在威胁。头盔降噪需进一步研究。头盔的主动衰减,降低噪声源的噪声水平仍然是防噪的主要目标。