Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека

Изобретение относится к области медицинской диагностики. Способ включает подбор исследуемых функций, измерение и формализацию физиологических показателей. При проведении контроля определяют уровень функционального состояния (УФС) каждой исследуемой функции организма человека, а затем рассчитывают безразмерный показатель (БП) отклонения значения функции от стандарта. В качестве стандарта служат индивидуальные средние значения УФС каждой исследуемой функции человека в состоянии здоровья, определенные в течение выбранного периода до проведения контроля. Затем определяют показатель стабильности системной организации исследуемых функций (ФСЦНС) как сумму квадратов относительных безразмерных показателей функций, отнесенных к их числу, и сравнивают его с индивидуальным порогом допуска к работе ((ИПД) контролируемого человека. ИПД определяется в течение выбранного периода времени до контроля человека в его здоровом состоянии как степень отклонения данного показателя ФСЦНС от его среднего значения, выраженного в «шагах» среднеквадратичного отклонения σ_ФСЦНС с коэффициентом, учитывающим сложность выполняемых работ. В медицине принято считать нормальным отклонение, не превышающее две сигмы. Для операторов АЭС этот коэффициент выбирают равным 1,5. Способ дает возможность производить точную индивидуальную оценку функционального состояния центральной нервной системы человека, отражает взаимоотношение функций разной модальности, позволяет создавать автоматизированные системы психофизиологического предсменного контроля оперативного персонала специализированных служб, опасных производств, в том числе АЭС. 2 табл.

 

Изобретение относится к области медицинской диагностики и позволяет выяснить функциональное состояние центральной нервной системы человека. Способ пригоден для проведения автоматизированного психофизиологического предсменного контроля функционального состояния центральной нервной системы (ФСЦНС) операторов любого профиля, в том числе операторов особо опасных производств, например атомных станций.

Оценка функционального состояния человека может основываться на исследовании одной из функций - например, патент РФ №2165733, МПК А 61 В 5/103, А 61 В 5/00 «Способ оценки общего функционального состояния человека». В указанном способе проводят тестирование человека в несколько этапов с разной степенью сложности заданий по поддержанию вертикальной позы, моделирующих различное количество получаемой человеком информации. На каждом этапе тестирования измеряют и фиксируют траекторию движения центра давления человека на стабилографическую платформу. Для каждого этапа теста рассчитывают интегральный стабилографический показатель, по которому судят о способности человека сохранять равновесие и делают вывод об его общем функциональном состоянии.

Наиболее достоверно о функциональном состоянии (ФС) человека можно судить по совокупности физиологических показателей. Известен способ интегральной оценки по показателю активности регуляторных систем, рассчитанному по математико-статистическим и спектральным характеристикам сердечного ритма (Баевский P.M. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. - М.: 1979). Развитие этого способа - см. патент РФ №2028078, МПК А 61 В 5/04 «Устройство для контроля и коррекции функционального состояния человека», которое позволяет предъявлять физиологические параметры и интегральную балльную оценку состояния человека, как исследователю, так и обследуемому для экспресс контроля и самоконтроля.

Недостатком известного способа является то, что расчет интегрального критерия ПАРС производится как простая сумма моделей, отражающих степень выраженности изученных показателей в условных баллах. Способ не позволяет оценить соотношение показателей. Оценка ФС человека проводится на анализе показателей только сердечно-сосудистой системы без учета состояния и взаимоотношения других систем.

Известен «Способ оценки устойчивости организмов к воздействию экзогенных факторов» по патенту РФ №2068231, МПК А 61 В 5/00, включающий измерение подобранных физиологических показателей до и после дозированных нагрузочных тестов, формализацию показателей, вычисление средней арифметической и среднего квадратичного отклонения совокупности формализованных показателей. Затем производится вычисление обобщенного коэффициента, представляющего собой величину отношений среднего квадратичного отклонения к квадрату среднеарифметической, после чего рассчитывают индекс устойчивости по величине отношений обобщенных коэффициентов и оценивают устойчивость организма к воздействию экзогенных факторов. Формализацию показателей при данном методе проводят относительно известных значений соответствующих физиологических норм или путем использования для этого средних значений фоновых показателей, полученных в обследуемой популяции, т.е. определяют свои нормы для выбранных показателей. При использовании первого способа формализации показателей возможно использовать только стандартные физиологические методики, по которым известны средние значения (нормы). При использовании второго способа формализации показателей необходимо, в зависимости от изменчивости используемых физиологических показателей и их количества, рассчитывать необходимый объем выборки (количество наблюдений) для получения своих норм для выбранных показателей.

В дальнейшем оценка функционального состояния производится относительно популяционных норм, т.е. не является индивидуальной.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, - создание способа точной оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, позволяющего отразить многостороннее взаимоотношение функций разной модальности (разного биологического качества) с целью прогнозирования его работоспособности. Способ должен быть чувствительным к небольшим изменениям функционального состояния человека, позволять делать индивидуальную оценку его состояния и изменять точность прогнозирования работоспособности в зависимости от степени ответственности данного оператора и особенностей его работы. Способ должен давать возможность создания автоматизированных систем психофизиологического предсменного контроля оперативного персонала специализированных служб, опасных производств, в том числе объектов использования атомной энергии. Кроме этого, данные системы должны быть просты в эксплуатации с возможностью обслуживания средним медицинским персоналом (фельдшерами здравпунктов).

Для решения этой задачи разработан способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, который включает подбор исследуемых функций, измерение и формализацию физиологических показателей. Новым в способе является то, что при проведении контроля уровень функционального состояния (УФС) каждой исследуемой функции организма человека определяют по формуле

где - среднее значение времени реакции;

σ - среднеквадратичное отклонение значений времени реакции;

KB - коэффициент вариации

М_о - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту (в мс, ширина разряда в 20 мс);

А_Мо - амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы;

ΔХ - вариационный размах (ΔХ=Xmax-Xmin),

рассчитывают безразмерный показатель (БП) отклонения значений каждой функции от стандарта, в качестве которого служат средние значения УФС исследуемого человека в здоровом состоянии, определенные в течение выбранного периода до проведения контроля по формуле

где - среднее значение УФС за выбранный период до проведения контроля;

σ_УФС - среднеквадратичное отклонение значений УФС,

затем определяют функциональное состояние центральной нервной системы (ФСЦНС) как сумму квадратов безразмерных показателей функций, отнесенных к их числу, и сравнивают с индивидуальным порогом допуска к работе (ИПД), определенным по формуле

где и σ_ФСЦНС - среднее и среднеквадратичное значения ФСЦНС, рассчитанные на основании данных, полученных для контролируемого человека в здоровом состоянии в течение выбранного периода успешного выполнения работы до проведения контроля,

К - коэффициент, учитывающий сложность выполняемой работы,

а допуск на работу проводят при отклонении от среднего индивидуального значения не превышающем К·σ_ФСЦЕС.

Техническим результатом заявленного «Способа оценки функционального состояния центральной нервной системы человека» является следующее:

- возможность отражения многостороннего взаимоотношения функций разной модальности (разного биологического качества) - это подтверждается применением в способе интегрального показателя, учитывающего состояние (уровень активированности) отдельных функций организма человека;

- повышение точности оценки функционального состояния центральной нервной системы (ФСЦНС) человека при небольших изменениях функционального состояния за счет суммирования незначительных изменений показателей, характеризующих уровень активированности исследуемых функций.

Точность диагностики ФСЦНС зависит от количества физиологических показателей n, характеризующих состояние (уровень активированности) функций разного биологического качества. Причем возможно использование нескольких показателей, характеризующих уровень активированности одной функции, например, показатели простой и сложной сенсомоторной реакции на световой сигнал и их различных модификаций.

- возможность делать индивидуальную оценку ФСЦНС человека - это подтверждается тем, что в качестве стандарта, от которого определяют допустимое отклонение ФСЦНС, служат индивидуальные средние значения уровня функционального состояния каждой исследуемой функции контролируемого человека в состоянии здоровья, определенные в течение выбранного периода успешного выполнения своих должностных обязанностей до проведения контроля.

- изменение индивидуального критерия допуска оператора к работе позволяет применять данный метод у различных профессиональных групп с разной степенью сложности выполняемых операций от простого оператора до оперативного руководителя всего технологического процесса - это достигается введением в формулу определения индивидуального порога допуска к работе коэффициента, учитывающего сложность выполняемой работы.

Указанные технические результаты способа позволяют организовать предсменный, внутрисменный и послесменный контроль персонала предприятий с потенциально опасными технологиями с целью не допуска к работе неподготовленного работника со сниженным ФСЦНС.

Расчет показателей в данном способе легко производится с помощью автоматизированных систем, которые просты в эксплуатации и могут быть проведены средним медицинским персоналом. При периодическом осуществлении контроля за функциональным состоянием центральной нервной системы человека по предлагаемому способу возможно уточнение границ уровня функционального состояния человека, выделение групп риска, когда появляется умеренный дисбаланс взаимоотношений функций организма и умеренное повышение уровня напряжения регуляторных механизмов межсистемной интеграции. Это позволит не только осуществить допуск или не допуск человека к работе, но и провести оздоровительные мероприятия.

В таблице №1 показан пример расчета ОБП, ФСЦНС и ИПД оператора К. в период до контроля;

В таблице №2 показан пример расчета ФСЦНС оператора К. в день контроля и определение допуска (не допуска) к работе.

Пример. Необходимо провести оценку функционального состояния центральной нервной системы оператора АЭС перед началом рабочей смены. АЭС относятся к особо опасным производствам, эффективность и безопасность эксплуатации которых во многом зависит от оперативного персонала. Уровень надежности, безошибочности работы оператора АЭС, определяется различными факторами, среди которых немаловажную роль играет степень соответствия средств и условий труда функциональному состоянию центральной нервной системы оператора. При этом недостаточно не допустить больного человека к работе. Необходимо выявить скрытые нарушения функционального состояния человека - дисбаланс системной организации функций, решить вопрос на этапе предсменного контроля об отстранении от работы «не подготовленного к смене» здорового оператора со сниженным функциональным состоянием центральной нервной системы.

Для оценки функционального состояния центральной нервной системы человека могут исследоваться показатели, характеризующие состояние сердечно-сосудистой, кинестетико-моторной, аудиомоторной, оптико-моторной и функций других модальностей. Изменением числа исследуемых функций разного биологического качества можно не только менять точность диагностики функциональной системы, но и проводить исследование тех функций, которые в наибольшей степени влияют на надежность работы на данном производстве.

В качестве примера для оценки функционального состояния оператора К. выбраны две функции, УФС которых определяется по следующим методикам:

1) определение времени простой аудио-моторной реакции (ПАМР);

2) определение времени простой зрительно-моторной реакции (ПЗМР).

По известным методикам определяем время аудиомоторной (ПАМР) и зрительно-моторной реакции (ПЗМР). ПАМР: в случайном порядке с интервалом от 1 до 3 секунд предъявляется звуковой сигнал в наушниках (частота 1000 Гц, сила звука 70 дБ). Фиксируется время от появления звукового сигнала до нажатия правой кнопки компьютерной «мышки». ПЗМР: на зеленом фоне в случайном порядке с интервалом от 1 до 3 секунд предъявляется красный квадрат 2×2 см в центре экрана. Фиксируется время от момента появления квадрата до нажатия правой кнопки компьютерной «мышки».

Число предъявлений сигналов по каждой методике должно быть не менее 32. При накоплении результатов времени реакции в памяти компьютера сразу проводится математический расчет по Т-критерию Стьюдента на однородность полученных значений с исключением неоднородных элементов.

Определяем уровень функционального состояния каждой исследуемой функции. В качестве исходных показателей для оценки УФС каждой исследуемой функции используются параметры математического анализа гистограммы распределения значений времени реакции (вариационной сенсометрии) по следующей формуле:

где - среднее значение времени реакции;

σ - среднеквадратичное отклонение значений времени реакции;

KB - коэффициент вариации

М_о - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту (в мс, ширина разряда в 20 мс);

А_Mo - амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы;

ΔХ - вариационный размах (ΔХ=Xmax-Xmin).

Показатель УФС отражает состояние адаптивной регуляции каждой исследуемой функции. Первые пять дней проведения предсменного тестирования проходит адаптация обследуемого к обследованию, последующие двадцать дней идет накопление индивидуальных значений выполнения предъявляемых методик (при условии успешного выполнения своих должностных обязанностей). На 20 день проводится расчет БП и показателя ФСЦНС за все предшествующие дни, его среднее значение и среднеквадратичное отклонение и σ_ФСЦНС). В таблице №1 показан пример расчета БП, ФСЦНС и ИПД оператора К.

Рассчитываем относительный безразмерный показатель.

где - среднее значение УФС за выбранный период до проведения контроля;

σ_УФС - среднеквадратичное отклонение значений УФС.

Стандартом, относительно которого ведется расчет ОБП, служат средние значения уровня функционального состояния и σ_УФС исследуемой функции у контролируемого оператора в состоянии здоровья. При дальнейшем накоплении результатов предсменного контроля (50, 100, 200, и 500 наблюдений) проводится корректировка и σ_УФС и соответственно всех других расчетных показателей с уточнением ИПД.

Затем определяем уровень функционального состояния центральной нервной системы: ФСЦНС_1-20=(БП_1-20(ПЗМР)+ОБП_1-20(ПАМР))²/n, где n - число исследуемых функций (в нашем примере n=2). Рассчитываем среднее и среднеквадратичные значения и σ_ФСЦНС. Далее определяется индивидуальный порог допуска

где и σ_ФСЦНС - среднее и среднеквадратичное значения ФСЦНС, рассчитанные на основании данных, полученных в течение 20 дней у оператора в состоянии здоровья;

К - коэффициент, учитывающий сложность выполняемой работы (для операторов атомных электростанций К=1,5);

Далее начинается период контроля функционального состояния центральной нервной системы оператора и допуск (не допуск) к работе. В таблице №2 показан пример определения допуска (не допуска) к работе оператора К. при обследовании в хорошем самочувствии и при обследовании в состоянии острого респираторного заболевания (t тела - 37,4°С).

В случае если значение ФСЦНС выходит за границы ИПД, делают вывод о не допуске оператора к работе. Оператор направляется на дополнительный медицинский осмотр. В случае, если значение ФСЦНС не выходит за границы ИПД, - оператор допускается к работе.

Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, включающий подбор исследуемых функций для контроля состояния организма человека-оператора, измерение и формализацию физиологических показателей, отличающийся тем, что при проведении контроля определяют уровень функционального состояния (УФС) каждой исследуемой функции, используя параметры анализа гистограммы распределения значений времени реакции человека-оператора на предъявляемый сигнал, по формуле

,

где - среднее значение времени реакции;

σ - среднеквадратичное отклонение значений времени реакции;

KB - коэффициент вариации ;

М_о - середина разряда гистограммы, имеющего максимальную частоту (в мс. ширина разряда в 20 мс.);

А_Мо - амплитуда моды в % - максимальная относительная частота гистограммы;

ΔХ - вариационный размах (ΔХ=Xmax-Xmin),

рассчитывают безразмерный показатель (БП) отклонения значений каждой функции от стандарта, в качестве которого используют средние значения УФС исследуемого человека-оператора в здоровом состоянии, определенные в течение выбранного периода до проведения контроля по формуле

,

где - среднее значение УФС за выбранный период до проведения контроля;

σ_УФС - среднеквадратичное отклонение значений УФС,

затем определяют функциональное состояние центральной нервной системы (ФСЦНС) человека-оператора как сумму квадратов безразмерных показателей функций, отнесенных к их числу, и сравнивают с индивидуальным порогом допуска к работе (ИПД), определенным по формуле

,

где и σ_ФСЦНС - соответственно среднее и среднеквадратичное значение ФСЦНС, рассчитанные на основании данных, полученных для контролируемого человека-оператора в здоровом состоянии в течение выбранного периода успешного выполнения работы до проведения контроля;

К - коэффициент, учитывающий сложность выполняемой работы,

а допуск на работу проводят при отклонении от среднего индивидуального значения , не превышающем К·σ_ФСЦНС.