Диагностика функциональных состояний человека на основе силокоординатных аппаратно-программных комплексов

УДК 612.833

Н.В. Холмогорова, П.А. Кручинин, В.Ю. Шлыков, С.С. Слива

ДИАГНОСТИКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ СИЛОКООРДИНАТНЫХ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ

КОМПЛЕКСОВ

В работе проводится сравнительный анализ частотных спектров стабилограмм при изменении функционального состояния человека, регистрируемого двумя силомоментными аппаратно-программными комплексами (АПК): компьютерным стабилографом «Стаби-лан 01» (г. Таганрог) и АПК «Многофункциональное кресло» (Совместная разработка МГППУ и ЗАО «ОКБ "Ритм"» г. Таганрог).

Стабилограмма; частотный спектр; силокоординатные датчки.

N.V. Кholmogorova, P.A. Kruchinin, V.Y. SHlykov, S.S. Sliva

DIAGNOSTICS OF FUNCTIONAL HUMAN'S STATE BASED ON FORCE-СOORDINAT COMPLEXES WHICH CONSIST OF SOFTWARE

AND HARDWARE PARTS

Comparative analysis of frequency stabilogram contents was conducted in the work. This analysis was made in condition of functional change of human's state that was registered by two hardware-based and software complexes "Stabilan 01" and "Multifunctional Chair".

Stabilogramm; frequency spectrum; force-coordinate sensors.

К перспективным способам диагностики функционального состояния можно отнести оценку силовых взаимодействий человека с окружающей средой с помощью силокоординатных датчиков. Это обусловлено чувствительностью спектральных характеристик их показателей (стабилограмм, балистограмм и т.д.) к изменениям функциональных (утомление, эмоциональное напряжение) и развитию патологических состояний человека. Стабилографический сигнал по своей природе является интегративным и включает механическую, мышечную и вегетативные (дыхание, кардиоритм) составляющие, что находит отражение в его частотном спектре. Однако степень выраженности той или иной составляющей в частотном спектре может зависеть как от способа съема сигнала, так и от особенно -стей синергий позы.

В работе рассматривается задача сравнительного анализа частотных спектров стабилограмм здорового взрослого человека при изменении его функционального состояния, регистрируемого двумя силомоментными аппаратно-программными комплексами (АПК): компьютерным стабилографом «Стабилан 01.16» (г. Таганрог) и АПК «Многофункциональное кресло» (Совместная разработка МГППУ и ЗАО «ОКБ "Ритм"» г. Таганрог). Двигательная задача заключалась в удержании в руке, опирающейся локтем на неподвижную опору, груза в 2 кг. Груз удерживался в руке 2-3 мин, что соответствовало началу развития утомления. При стоянии на стабилографе съем сигнала осуществлялся до и после удержания груза. В условиях сидя проводились измерения, во время и после выполнения статической работы. Кроме того, у одного из обследуемых при спокойном сидении было смоделировано состояние утомления, переходящее в дремоту. Одновременно с показаниями силомоментных датчиков записывали дыхание и кардиоритм. Оценки спектрального уровня плотности мощности сигналов были получены в пакете MATLAB на основе непараметрического метода Велча [Welch]. Для вычислений выбирались интервалы времени, протяженность которых превышала 60 с при частоте опроса датчиков 50 Гц. В исследовании приняло участие 6 человек. Кроме этого, у одного

из обследуемых при спокойном сидении было смоделировано состояние утомления, переходящее в дремоту.

Существенным признаком «Многофункционального кресла», принципиально отличающим его от существующих на сегодняшний день прототипов, является то, что данный АПК позволяет регистрировать постуральные макро- и микродвижения (смещения) человека. Колебательные процессы, связанные с сердцебие-, , -

лизованный источник возбуждения. Человеческое тело представляет собой , -

. ,

которые могут регистрироваться силоизмерительной аппаратурой. Вязкие свойства среды вызывают затухание волн и ограничивают область их распространения. В отличие от известных аналогов, чувствительные элементы силокоординатных датчиков «Многофункционального кресла» приближены к источникам волн, что

позволяет получать достоверные сведения об этих волновых процессах, снижает ,

, ,

(статья в ЮФУ, 2009).

Результаты пилотных исследований показали, что у спокойно сидящего человека во время и сразу после удержания груза рукой возрастает мощность коле,

на частотах дыхательного ритма, что наиболее выражено в частотном спектре сигнала сагиттальной плоскости подлокотников (рис. 1).

Для датчиков спинки и сидения многофункционального кресла постуральные колебания в диапозоне частот 0,2-0,4 Гц хорошо коррелируют с параметрами дыхания, как во время, так и после завершения статической работы (г = 0,7-0,8).

Выполнение статической работы в условиях стоя сопровождается усилением мощности частотного спектра фронтальных стабилограмм в диапозоне дыхатель-. -ражен в меньшей степени и не столь стабилен (встречается не у всех обследуе-), .

Спокойное сидение усталого человека в кресле, переходящее в дремоту приводит к уменьшению мощности частотного спектра стабилограмм сидений и спинки АПК в диапазоне низких частот вне дыхательного ритма (рис. 2 и 3). Переход к глубокому и ровному дыханию во время сна отражается на графике спектральной плотности сужением диапазона частот и увеличением пика колебаний в диапазоне частот дыхательного ритма.

Рис. 1. Низкочастотные участки спектральных характеристик колебаний,

регистрируемых силомоментными датчиками очувственных поверхностей

,

статической нагрузкой (исп. К. груз в правой руке): а и б - датчик момента в сагиттальной плоскости для правой и левой рук; в - сагиттальная координата стабилограммы левого сиденья; г - сагиттальная координата стабилограммы ; - . - , -нагрузки, штрих-пунктир - после нагрузки

Рис. 2. Запись баллистогралты силовой платформы сиденья многофункционального кресла исп. Ш. в состоянии утомления, переходящем

в дремоту

в

г

Д

Back Ballistogram Spectral Density by patient VYuSh

Frequency, Hz

Рис. 3. Спектр мощности баллистограммы силовой платформы сиденья многофункционального кресла исп. Ш. в момент бодрствования (пунктир) и во

время сна

На основании проведенных исследований можно говорить о том, что изменение мощности частотного спектра постуральных колебаний в области дыхательного ритма, по-видимому, можно рассматривать как маркер изменения функционального состояния человека. В условиях позы сидения к изменениям функционального состояния человека наиболее чувствительны постуральные колебания в сагиттальной, а ПрИ стоянии - во фронтальной плоскости. В случае отсутствия специальной двигательной задачи, связанной с вертикальной позой, АПК «Многофункциональное

кресло» для диагностики функционального состояния человека оказывается эффек-, -

, .

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кручишш П.Л., Холмогорова КВ., Слива С.С., Левик Ю.С., Шлыков В.Ю., Писаренко OA. Аппаратно-программный стабилографмческий комплекс для диагностики функциональных и преморбидных состояний человека // Известия ЮФУ. Технические науки

- 2009. - № 10 (99). - С. 117-121.

2. Пьер-Мари Гаже Бернар Вебер. Регуляция и нарушения равновесия тела человека // Постурология. - СПб.: СПбМАПО, 2008. - 314 с.

3. Скворцов Д.В. Клинический анализ движений. Стабилометрия. - М.: АОЗТ «Аотидор», 2000. - 192 с.

4. Гурфиикель B.C., Коц ЯМ., Шик МЛ. Регуляция позы человека. - М.: Наука, 1965.

- 255 с.

5. Gurfinkel V.S., Elner A.M. The relation of stability in a vertical posture to respiration in focal cerebral lesions of different etiology // Neuropathology & psychiatry. - 1968. - Vol. 58.

- P. 1014-1018.

6. Gurfinkel У.5. Physical foundations of stabilography // Agressologie. - 1973. - V. 14. - P. 9-14.

7. Hunter I.W., Kearny R.E. Respiratory components of human postural sway // Neurosci lett. -1981. - V. 25. - P. 155-159.

8. [Welch] Welch P.D. The Use of Fast Fourier Transform for the Estimation of Power Spectra: A Method Based on Time Averaging Over Short, Modified Periodograms // IEEE Trans. Audio Electroacoust. - 1967. - Vol. AU-15. - P. 70-73.

Холмогорова Наталья Владимировна Московский государственный педагогический университет. E-mail: natalya_holmogor@mail.ru. 117263, г. Москва, ул. Кибальчича, д. 6/4. .: 84956820173.

Кручинин Павел Анатольевич

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. E-mail: pkruch@mech.math.msu.su. 119992, г. Москва, Ленинские горы. Тел.: 84959393383.

Шлыков Владимир Юрьевич

Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН. E-mail: shlykov@iitp.ru.

127994, г. Москва, ГСП-4, Большой Каретный переулок, 19. Тел.: 84956502895.

Слива Сергей Семенович

Закрытое акционерное общество «ОКБ "Ритм"». E-mail: stabilan@okbritm.com.ru. 347900, . , . , 99.

.: 88634623190.

Holmogorova Natalya Vladimirovna

Moscow pedagogical State university. E-mail natalya_holmogor@ mail.ru. 6/4, Kibalchicha street, Moscow, 117263, Russia. Phone: +74956820173.

Kruchinin Pavel Anatol'evich

Moscow Lomonosov State university. E-mail: pkruch@mech.math.msu.su. Lenin hills, Moscow, 119992, Russia. Phone: +74959393383.

Shlykov Vladimir Yur'evich

Institute for Information Transmission Problems RAS. E-mail: shlykov@iitp.ru.

19, Bolshoy Karetny laine, Moscow, 127994, Russia. Phone: +74956502895.

Sliva Sergey Semenovich

Joint Stock Company «OKB "Ritm"». E-mail: stabilan@okbritm.com.ru. 99, Petrovskaya street, Taganrog, 347900, Russia. Phone: +78634623190.

УДК 612.76

МЛ. Шестаков, Е. Шелудько, А.В. Абалян, ТТ. Фомиченко

ИССЛЕДОВАНИЕ КООРДИНАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ СПОРТСМЕНОВ В ВИДАХ СПОРТА С АСИММЕТРИЧНЫМ ВЫПОЛНЕНИЕМ ДВИЖЕНИЯ

Цель работы состояла в разработке технологии совершенствования координационной подготовленности спортсменов в видах спорта с ассиметричным выполнением дви-. -

ционной подготовленности с использованием статодиномических упражнений и контроля устойчивости положения тела с помощью стабилоанализатора "Стабилан-01». Стабилометрия; двигательная асимметрия; координация.