Способ контроля и управления функциональным состоянием оператора и устройство его осуществления

Изобретение относится к медицинской технике и психофизиологии и может быть использовано для определения уровня бодрствования и предупреждения засыпания операторов. Регистрируют траекторию точки давления тела оператора на опорную поверхность. В качестве критерия уровня функционального состояния используют соответствующее уровню значение скорости перемещения точки давления тела оператора на опорную поверхность. При этом используют устройство, содержащее датчики, которые выполнены в виде блока датчиков траектории точки давления тела оператора на сиденье кресла оператора, регистрирующие траекторию перемещения точки давления на опорную поверхность. Блок датчиков подключен к блоку вычисления параметров сигнала, выход которого подключен к входу блока сравнения и выработки команды, которая передается на вход блока сигнализации. Изобретение расширяет арсенал средств для контроля и управления функциональным состоянием оператора. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к медицинской технике и психофизиологии. Оно может быть использовано для контроля уровня функционального состояния в цикле бодрствование-сон как больных, так и условно здоровых людей в режиме круглосуточной комфортной регистрации. Наиболее широкое практическое использование изобретения может быть для диспетчеров, охранников, операторов, дежурных, т.е. для профессиональных групп, работа которых носит монотонный характер с минимальными физическими, а иногда и умственными нагрузками, так как такая работа приводит к ослаблению внимания, утомлению, сонливости и требуется сигнализация о возникновении этих состояний.

Известен «Энцефалографический способ контроля функционального состояния (см. Основы психофизиологии: Учебник. / Отв. ред. Ю.И.Александров. - М.: ИНФРА-М, 1997. - 432 с., с.27-34), включающий регистрацию и анализ электрических сигналов мозга с поверхности черепа, и устройство его реализации (см. описание изобретения к патенту РФ №2076625, А61В 5/04, опубл. в 1997 г.), содержащее блок отводящих электродов, многоканальный предварительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, ЭВМ, с подключенными к ней дисплеем и печатающим устройством.

Общими признаками известного способа являются регистрация параметров функционального состояния, анализ психофизиологического сигнала. Общими признаками известного устройства для регистрации психофизиологического сигнала являются датчики, аналого-цифровой преобразователь, ЭВМ, с подключенными к ней дисплеем и печатающим устройством.

Недостатком известных способа и устройства является то, что для регистрации психофизиологического сигнала необходимо прикреплять на голове обследуемого человека отводящие электроды, которые причиняют неудобства. Эти неудобства являются непреодолимыми в случаях практически всех видов профессиональной деятельности, для которых сигнализация о функциональном состоянии человека имеет большое значение.

Известен «Способ пробуждения человека в фиксированную фазу сна и устройство для его осуществления" (см. описание изобретения к патенту РФ N 2061406, кл. А61В 5/0476, А61М 21/00, опубл. в 1996 г.), включающий регистрацию биоэлектрической активности мозга, определение фаз сна, воздействие пробуждающим сигналом в различные фазы и субъективную оценку качества сна, эмпирическое определение фазы сна, пробуждение в которую связано с оптимальным психофизиологическим состоянием последующего бодрствования, пробуждающий сигнал синхронизируют с электрической активностью мозга найденной фазы сна в заданный интервал времени. Известное устройство включает портативный электроэнцефаллограф с анализатором ритма, с помощью которого осуществляется регистрация ЭЭГ человека, и в частности, во время сна с одновременным автоматическим анализом ЭЭГ-ритмов и выделением фаз сна, электронный будильник, который обеспечивает в заранее установленное время подачу сигнала, обычно звукового, воздействующего пробуждающим образом на человека.

Общими признаками известного способа являются регистрация параметров функционального состояния, анализ психофизиологического сигнала, эмпирическое определение стадий сна, воздействие пробуждающим сигналом. Общими признаками известного устройства для регистрации психофизиологического сигнала являются датчики, аналого-цифровой преобразователь, компьютер с программой анализа ритмов и идентификации стадий сна, электронный будильник.

Недостатком известного способа и устройства является то, что для регистрации психофизиологического сигнала необходимо фиксировать на голове обследуемого человека отводящие электроды, которые причиняют неудобства. Эти неудобства являются непреодолимыми в случаях практически всех видов профессиональной деятельности, включая и те, для которых сигнализация о функциональном состоянии имеет большое значение. Недостатком известного способа и устройства является и то, что они предназначены для распознавания только стадий сна в цикле бодрствование-сон, что ограничивает их область применения.

Известна «Система контроля функционального состояния человека-оператора при выполнении им обязанностей на стационарном автоматизированном рабочем месте» (см. описание изобретения к патенту РФ N 2247530, кл. А61В 5/0205, 6/04, опубл. в 10.03.2005 г.), включающая объект управления, подключенный к пульту управления и индикации, с помощью которого человек-оператор, находящийся в кресле, выполняет свои обязанности. В кресло оператора вмонтирован блок съема функциональных сигналов, содержащий датчики акустических колебаний, температуры, механического давления на опору и положения центра тяжести, выходы которых соединены с входом узла предварительной обработки сигналов, выход которого соединен с входом блока обработки данных, выход которого соединен с входом блока диагностирования функционального состояния. К выходам блока диагностирования функционального состояния подключено устройство регистрации информации и блок управления проверочными сигналами. Выход блока управления проверочными сигналами соединен с пультом управления и индикации, а также с входом блока формирования проверочных сигналов, выход которого соединен с пультом управления и индикации.

Оценка функционального состояния оператора производится по значениям эффективности деятельности оператора и его напряженности на основе закона Йоркса-Додсона, в виде сигналов "Норма", "Ненорма 1" или "Ненорма 2", которые поступают на вход блока управления проверочными сигналами.

Общими признаками известного способа являются регистрация параметров функционального состояния, анализ психофизиологического сигнала, эмпирическое определение эффективности функционального состояния, воздействие командным сигналом. Общими признаками известного устройства для регистрации психофизиологического сигнала являются датчики, аналого-цифровой преобразователь, блок диагностирования функционального состояния.

Недостатком известного способа и устройства является то, что для диагностики функционального состояния необходима регистрация последовательности действий оператора на пульте управления, измерения скорости его реакций на раздражители и сопоставлении фактических действий с оптимальной моделью деятельности оператора в конкретной ситуации, так как для многих видов операторской деятельности, например деятельности диспетчера, охранника, дежурного, взаимодействие с пультом носит эпизодический характер, а проверочные сигналы могут иметь и отвлекающее от основной задачи значение.

Наиболее близким предлагаемому решению является «Способ предупреждения засыпания оператора и устройство для предупреждения засыпания оператора" (см. описание изобретения к патенту РФ N 2197177, кл. А61В 5/18, 5/16, опубл. в 2003 г.), включающий регистрацию распределения тела оператора на опорную поверхность, сравнение их с эталонными и воздействие на оператора, при этом момент наступления фазы засыпания фиксируют по изменению положения тела оператора, которое определяют по скачкообразному перераспределению давления - нагрузки на опорную поверхность. Устройство для предупреждения засыпания оператора содержит датчики давления - нагрузки, которые размещены в сиденье-кресле, подключенные к блоку обработки измерений, выход которого подключен к входу блока регистрации и анализа, выход которого связан с блоком информации и выработки команды.

Общими признаками известного способа являются регистрация значений параметров функционального состояния, сравнение уровня функционального состояния с эталонным и сигнализация о нем. Общими признаками известного устройства являются, датчики параметров функционального состояния, блок анализа сигналов, блок сравнения и выработки команды, блок сигнализации.

Недостатком известного способа и устройства является то, что датчики давления - нагрузки регистрируют наступление фазы засыпания по скачкообразному перераспределению давления на опорную поверхность, то есть в момент потери равновесия оператора и падения в кресле. Известно (см. Основы психофизиологии: Учебник. / Отв. ред. Ю.И.Александров. - М.: ИНФРА-М, 1997. - 432 с., с.250-251), что потеря сознания и, как следствие, потеря равновесия наступает во 2-й стадии медленного сна. В 1-ю стадию сна - в стадию дремоты, которая может длиться 10-15 минут, здоровый человек еще не падает с кресла, но уже периодически теряет контроль окружающей обстановки вследствие возникновения сноподобных галлюцинаций. 10-15-минутные потери контроля для диспетчера, оператора, дежурного или охранника могут стать причиной невосполнимых производственных и человеческих потерь.

В связи с изложенными недостатками аналогов и прототипа желательно регистрировать параметры функционального состояния без наложения электродов, датчиков и т.п. устройств, причиняющих неудобства, в комфортном для обследуемого человека состоянии, и при этом в результате эталонного сравнения более оперативно, в течение 1-2 минут, распознавать и контролировать возникновение уровней бодрствования или сонного состояния, включая дремотное состояние оператора в процессе профессиональной деятельности оператора.

Технический результат достигается тем, что способ контроля и управления функциональным состоянием оператора посредством регистрации текущих значений параметров состояния, сравнения уровня функционального состояния с эталонным и сигнализацию о нем, осуществляют посредством регистрации перемещения точки давления тела оператора на опорную поверхность, а в качестве критерия уровня функционального состояния используют соответствующее уровню значение скорости перемещения точки давления тела оператора на опорную поверхность.

Технический результат осуществления способа достигается тем, что устройство, включающее блок датчиков, выход которого подключен к входу блока анализа сигнала, выход которого подключен к блоку вычисления параметров психофизиологического сигнала, выход которого подключен к входу блока сравнения и выработки команды, выход которого подключен к блоку сигнализации, содержит блок датчиков траектории точки давления тела оператора на сиденье кресла оператора.

Для достижения технического результата в способе контроля и управления функциональным состоянием оператора, включающем регистрацию текущих значений параметров состояния, сравнение уровня функционального состояния с эталонным и сигнализацию о нем, введена регистрация траектории точки давления тела оператора на опорную поверхность, а в качестве критерия уровня функционального состояния используют соответствующее уровню значение скорости перемещения точки давления тела оператора на опорную поверхность.

Для достижения технического результата в устройство осуществления способа, включающее блок датчиков, выход которого подключен к входу блока анализа сигнала, выход которого подключен к блоку вычисления параметров психофизиологического сигнала, выход которого подключен к входу блока сравнения и выработки команды, выход которого подключен к блоку сигнализации, введен блок датчиков траектории точки давления тела оператора на сиденье кресла оператора.

Для осуществления предлагаемого способа производят следующие операции: формулируют перечень видов деятельности человека, для которых кресло одно из средств их осуществления. Из этого перечня узнают тот вид деятельности, для которой желательно оповещение о стадиях функционального состояния человека и управление функциональным состоянием с целью поддержания человека в стадии бодрствования. Для этого вида деятельности проводят естественный эксперимент. В условиях естественного эксперимента обследуемому человеку предлагают осуществлять свою обычную деятельность, используя динамографическое кресло, при условии динамографической регистрации, видеоаудиорегистрации и наблюдения за его поведением. Таким образом, повторяют эксперимент для получения статистически значимого результата. Затем на основании сравнения результатов наблюдения, видеоаудиорегистрации и параметров динамографического сигнала с помощью ЭВМ находят статистически значимые соответствия характеристик параметров динамографического сигнала стадиям поведения обследуемого человека в процессе его деятельности, которые считают динамографическими эталонными критериями стадий периода трудовой деятельности или периоду бездеятельности. Каждому динамографическому критерию в блоке сравнения, который выполнен на базе компьютера, устанавливается соответствующая команда в виде определенного набора сигналов для соответствующих модальных устройств сигнализатора. В рабочем режиме обследования экспериментальные видеоаудиорегистрация и наблюдение не проводятся. Идентифицированный на основе динамографического критерия текущий параметр функционального состояния в блоке сравнения и выработки команды передается на сигнализатор в виде соответствующих команд для устройств, например свето-, видео-, аудио-, механо-, электро-, аромомодальности сигнализатора с параллельной регистрацией в память ЭВМ.

Наличие блока датчиков перемещения точки давления оператора на опорную поверхность позволяет регистрировать динамографический сигнал, параметры которого позволяют более оперативно, в течение 1-2 минут, и более дифференцированно: по уровням и по стадиям описывать функциональное состояние оператора, включая момент наступления дремоты - 1-й стадии сонного состояния. При этом оператор не испытывает неудобств, например, от прикрепленных к телу электродов или регулярно возникающих проверочных сигналов.

Испытания испытуемых показали, что регистрация динамографического сигнала посредством силомоментного кресла «Стабилан-01-03» ЗАО ОКБ «Ритм» г.Таганрог (Кононов А.Ф., Хлабустин Б.И. Силомоментное кресло. Теоретические аспекты и принцип действия. Известия ЮФУ. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. №6 (83). - 260 с., с.212-215) в цикле бодрствование-сон и в том числе и в процессе операторской деятельности была комфортна и не причиняла неудобств. Анализ динамографического сигнала методом скользящего окна длительностью 30 секунд позволяет по 1-минутному тренду значения скорости перемещения точки давления тела человека на силомоментное кресло идентифицировать:

повышенную динамическую активность обследуемого в состоянии бодрствования, которую мы эмпирически считали при скорости выше 40 мм/с;

умеренную динамическую активность обследуемого в состоянии бодрствования, которую мы эмпирически считали при скорости меньше 40 мм/с и больше 10 мм/с;

низкую динамическую активность обследуемого в состоянии бодрствования, которую мы эмпирически считали при скорости меньше 10 мм/с и больше 4 мм/с;

динамическую активность обследуемого в состоянии дремоты, которую мы эмпирически считали при скорости меньше 4 мм/с и больше 2 мм/с;

динамическую активность обследуемого в состоянии медленного сна, которую мы эмпирически считали при скорости меньше 2 мм/с и больше 0 мм/с;

при отсутствии обследуемого в силомоментном кресле скорость в течение времени отсутствия была равной 0 мм/с.

В испытательном эксперименте к сигнализатору были подключены свето-, видео- и аудиоустройства, которые оповещали экспериментатора и испытуемого о функциональном состоянии обследуемого.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными способами и устройствами аналогичного назначения обеспечивает возможность условно бесконтактного и оперативного, в течение 1-2 минут, определения уровней бодрствования и стадий сна, в том числе стадию дремоты в процессе профессиональной деятельности и управляющими сигналами возвращать его в бодрствующее состояние из состояний сна, в том числе и дремоты.

1. Способ контроля и управления функциональным состоянием оператора, заключающийся в регистрации текущих значений параметров состояния, сравнение уровня функционального состояния с эталонным и сигнализацию о нем, отличающийся тем, что в нем регистрируют траекторию точки давления тела оператора на опорную поверхность, а в качестве критерия уровня функционального состояния используют соответствующее уровню значение скорости перемещения точки давления тела оператора на опорную поверхность.

2. Устройство контроля и управления функциональным состоянием оператора, содержащее блок датчиков, выход которого подключен к входу блока анализа сигнала, выход которого подключен к блоку вычисления параметров психофизиологического сигнала, выход которого подключен к входу блока сравнения и выработки команды, выход которого подключен к блоку сигнализации, отличающееся тем, что датчики выполнены в виде блока датчиков траектории точки давления тела оператора на сиденье кресла оператора.