СПОСОБ ОЦЕНКИ И МОНИТОРИНГА ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРА ПО РИТМУ СЕРДЦА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
HEART RHYTHM BASED METHOD OF OPERATOR EXAMINATION AND MONITORING FOR PSYCHOPHYSIOLOGICAL STATE IN PROFESSIONAL ACTIVITY

Область техники
Изобретение относится к области авиационной медицины, а именно к диагностике психофизиологического состояния человека-оператора во время его профессиональной деятельности, и может быть использовано при оценке состояния летного состава.
Уровень техники
Известны способы оценки функционального состояния человека по ритму сердца (патенты SU 1630028, МПК А61В 5/00 и RU 2141246, МПК А61В 5/02), в которых проводится предварительное психофизиологическое тестирование и анализ кардиоинтервалограммы, включая спектральный анализ и вычисление мощностей спектра в области волн высокой и низкой частоты. Для проведения психофизиологического тестирования известными способами необходимо выполнение ряда условий. Например, чтобы физиологические параметры во время проведения тестирования были стабильными. Это возможно в состоянии покоя человека, но невыполнимо во время операторской деятельности, особенно в сложных условиях операторской деятельности.
Известен способ оценки психофизиологического состояния человека (патент RU 2246251, А61В 5/0452, взятый за прототип), в котором у обследуемых регистрируют фоновую ритмокардиограмму в состоянии покоя лежа на спине и затем ритмокардиограмму в повседневных условиях, например, при операторской деятельности, вычисляют текущую суммарную мощность спектра и мощности в высокочастотной и низкочастотной областях в обоих случаях, а оценку психофизиологического состояния производят по индексу стресса, вычисляемому на основе соотношения низкочастотной и высокочастотной составляющих спектра в повседневных условиях по сравнению с фоновыми. Недостатками способа-прототипа является неопределенность оценки психофизиологического состояния оператора, т.к. параметры фоновой кардиоинтервалограммы обычно изменяются в некотором диапазоне значений и, кроме того, не оцениваются адаптационные резервы организма оператора.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении достоверности оценки психофизиологического состояния оператора во время его профессиональной деятельности с учетом адаптационных резервов его организма.
n
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе оценки и мониторинга психофизиологического состояния оператора по ритму сердца в процессе его профессиональной деятельности, например летчика, включающем предварительные исследования сердечного ритма человека и вычисление параметров динамического ряда кардиоинтервалов, определяемых в состоянии покоя как фоновые, дополнительно заранее определяют среднестатистические показатели ритма сердца (средние значения ЧССср и среднеквадратичные отклонения σ) ЧСС1ср, ЧСС2ср, ЧСС3ср…ЧССiср…ЧСС ср при выполнении определенного i-го вида операторской деятельности, фиксируют их и определяют как рабочие для данного типа операторской деятельности, а уровень психофизиологического напряжения УН определяют из соотношения ЧССiср к ЧССф:
УН=ЧССiср/ЧССф,
где ЧССф - фоновая частота сердечных сокращений, измеренная в состоянии покоя,
ЧССiср - средняя частота сердечных сокращений при выполнении i-го типа операторской деятельности.
iср
Затем во время выполнения оператором своей профессиональной деятельности измеряют текущий уровень сердечного ритма (ЧССt), строят кардиоинтервалограмму и вычисляют первую производную кардиоинтервалограммы, отражающую темп и направление изменения ЧСС во время выполнения профессиональной деятельности. Текущее значение ЧССt сравнивают со среднестатистическими уровнями ЧСС, характерными для этого типа операторской деятельности. При этом если ЧССt находится в пределах диапазона [ЧССiср±σ], то психофизиологическое состояние оператора оценивают как напряженное, но нормальное для такого типа операторской деятельности, если ЧССt выходит за этот диапазон, то состояние оценивается как перенапряжение, а если ЧССt выходит за диапазон [ЧССiср±3σ], то состояние оценивается как предельно напряженное. Кроме того, по качеству переходного процесса и характеру изменения первой производной кардиоинтервалограммы оценивают адаптационные резервы организма оператора следующим образом: если производная в течение 1,5-2 минут меняет свой знак более двух раз, то психофизиологическое состояние оператора характеризуется как неустойчивое, а адаптационные резервы его организма близки к предельным.
Предлагаемый способ поясняется графиками на фиг.1-4.
На фиг.1 представлено изменение частоты сердечных сокращений опытного летчика во время сложного маневрирования, включая взлет с палубы корабля, проходы над палубой корабля на малой высоте, проходы над палубой с касанием и посадку на палубу,
где 1 - ось времени [мин];
2 - ось частоты сердечных сокращений (ЧСС) [уд/мин];
3 - кривая изменения ЧСС во время сложного маневрирования;
4 - диапазон изменения среднестатистических значений рабочих уровней ЧССiср для соответствующих типов операторской деятельности.
На фиг.2 представлено изменение частоты сердечных сокращений во время сложного маневрирования, включая взлет с палубы корабля, проходы над палубой корабля на малой высоте, проходы над палубой с касанием и посадку на палубу, летчика, осуществляющего полеты с палубы впервые,
где
1 - ось времени [мин];
2 - ось частоты сердечных сокращений (ЧСС) [уд/мин];
3 - кривая изменения ЧСС во время сложного маневрирования;
4 - диапазон изменения среднестатистических значений рабочих уровней ЧССiср для таких типов операторской деятельности [ЧССiср±о];
5 - верхняя граница зоны перенапряжения оператора.
На фиг.3 представлено изменение первой производной кардиоинтервалограммы (темп изменения ЧСС) опытного летчика на протяжении 5 минут полета, а на фиг.4 - то же для летчика, осуществляющего полеты с палубы впервые,
где
1 - ось времени [мин];
7 - ось темпа изменения ЧСС [уд/мин·с];
8 - кривая изменения первой производной кардиоинтервалограммы опытного летчика;
9 - кривая изменения первой производной кардиоинтервалограммы летчика, осуществляющего полеты с палубы корабля впервые.
Для достижения названного технического результата способ осуществляется следующим образом.
С помощью датчиков (электрокардиографичексих, пьезоэлектричексих или др.) измеряют частоту сердечных сокращений (ЧСС) оператора во время выполнения им определенного типа операторской деятельности. Для каждого i-го вида операторской деятельности заранее определяют среднестатистические показатели ЧССi (среднее значение и среднеквадратичное отклонение) и уровень психофизиологического напряжения УН как отношение ЧССi ср к ЧССф:
УН=ЧССiср/ЧССф,
где ЧССф - фоновая частота сердечных сокращений, измеренная у оператора в состоянии покоя.
Фиксируют показатели ЧСС1ср, ЧСС2ср, ЧСС3ср…ЧССi cp и т.д., определяют их как рабочие для определенного i-го вида операторской деятельности, например управление самолетом при выполнении определенного маневра, и заносят в таблицу.
Таблица 1Средние значения ЧСС и уровни психофизиологического напряжения летчика при выполнении различных маневров
Характер профессиональной деятельности летчика (Типы операторской деятельности)
Средний уровень ЧСС, уд/мин [ЧССiсс±σ],
Относительное повышение ЧСС над фоновым уровнем (индекс напряжения) УН=ЧССi ср/ЧССф
Крейсерский полет пассажирского или транспортного самолета
70±8
1,16
Взлет или посадка пассажирского или транспортного самолета
80±10
1,33
Взлет с палубы корабля
103±8
1,72
Маневренный полет в зоне с перегрузками до 3g
82±5
1,37
1-й проход над палубой
137±7
2,28
4-й и последующие проходы над палубой
110±10
1,85
Проход над палубой с касаниеми посадка на палубу (зацеп)
147±14
2,45
Тренировки на центрифуге с перегрузками 4-6g
120±10
2,0
Затем во время выполнения оператором своей профессиональной деятельности с помощью датчиков фиксируют кардиосигналы, строят динамический ряд кардиоинтервалов, на основе 3-5 кардиоциклов вычисляют текущую («мгновенную») частоту сердечных сокращений ЧССt и уровень психофизиологического напряжения УНt. Полученные ЧССt и УНt сравнивают с табличными значениями.
Если ЧССt лежит в диапазоне [ЧССi±σ], как это видно на кривой изменения ЧСС во время сложного маневрирования (график 3 на фиг.1), то психофизиологическое состояние оператора определяют как напряженное, но нормальное рабочее для такого типа операторской деятельности. Если же ЧССt выходит за пределы [ЧССi±σ], как видно на графике 4 фиг.2, то состояние оператора определяют как перенапряжение, которое может быть обусловлено либо недостаточными профессиональными навыками, либо повышенным психоэмоциональным напряжением, либо ухудшением физического состояния.
Если же ЧССt выходит за пределы диапазона [ЧССiср±3σ], область 5 на фиг.2, то состояние оператора оценивается как предельно напряженное.
По динамическому ряду кардиоинтервалов оператора вычисляют первую производную изменения ЧСС. На графике фиг.3 представлена кривая 8 изменения первой производной кардиоинтервалограммы опытного летчика на протяжении 5 минут полета. Можно видеть колебания темпа изменения ЧСС, обусловленные сменой психоэмоционального состояния летчика при переходе от одного полетного режима к другому, но организм летчика справляется с такими нагрузками за счет адаптационных резервов организма. Если же первая производная меняет свой знак более двух раз на протяжении 1,5-2 минут, то психофизиологическое состояние оператора определяют как неустойчивое, а адаптационные резервы его организма оценивают как близкие к предельным. В этом случае требуется либо изменение оперативного режима, либо какие-то профилактические мероприятия, либо прекращение режима. На графике фиг.4 представлена кривая 9 параметров переходных процессов изменения психофизиологического состояния (первая производная кардиоинтервалограммы) летчика, осуществлявшего первый полет с палубы корабля. Представлены данные на протяжении 5 минут первого полета. Можно отметить очень напряженное психофизиологическое состояние летчика во время первого полета. На интервале полета с первой минуты по четвертую - производная трижды меняет свой знак, т.е. за резким повышением ЧСС следует резкое падение и затем снова рост ЧСС. Это характеризует неустойчивость психофизиологического состояния летчика и исчерпание адаптационных резервов его организма. После четырех-пяти подобных полетов психоэмоциональное состояние летчика нормализуется, о чем можно было судить по характеру изменения ЧСС и первой производной кардиоинтервалограммы во время полета.
Таким образом, контролируя текущий уровень ЧСС и первую производную кардиоинтервалограммы оператора, можно проводить мониторинг его психофизиологического состояния в реальном времени и отмечать участки операторской деятельности, во время которых наблюдается наибольший стресс.