СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ БОДРСТВОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01N33/483 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам контроля уровня бодрствования человека и устройствам для их осуществления на основе измерения физиологических параметров человека, и может быть использовано для обеспечения безопасности движения транспортных средств, контроля состояния операторов и т.д.

В системе общепринятых представлений психофизиологии под уровнями бодрствования понимается следующая шкала функциональных состояний человека: психоэмоциональное напряжение - активность, обеспечивающая нормальную работоспособность - психофизиологическая релаксация - дремотное состояние - сон. Контроль уровня бодрствования позволяет обнаружить отказы человека-оператора в "древе" состояний [1] :
Известен способ контроля уровня бодрствования человека путем непрерывного измерения электрического сопротивления кожи, при котором электрическое сопротивление кожи контролируемого сравнивают с контрольным уровнем и в случае, когда электрическое сопротивление кожи превышает контрольный уровень, подают аварийную команду [2].

Известно также устройство для контроля уровня бодрствования человека по величине электрического сопротивления кожи, содержащее усилитель, входы которого подключены к электродам, контактирующим с телом человека, пороговый элемент и блок сигнализации.

Однако известные способ и устройство не учитывает возможность колебания электрического сопротивления кожи у разных людей и в зависимости от времени суток, сезона и т. д. и не обеспечивают достоверного контроля уровня бодрствования.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля уровня бодрствования человека, основанный на анализе фазической составляющей электрического сопротивления кожи [3]. Фазическая составляющая электрического сопротивления кожи представляет собой быстрые изменения электрического сопротивления кожи на величину от долей процента до нескольких процентов с возвратом к исходному уровню. Длительность этих изменений составляет несколько секунд. Фазическая составляющая электрического сопротивления кожи сопровождает ориентировочную деятельность человека, интенсивную психическую деятельность и всевозможные эмоциональные состояния. Снижение функции внешнего внимания, утомления, развитие дремотного состояния приводит к снижению амплитуды импульсов и увеличению длительности интервалов между соседними импульсами. Устройство, реализующее этот способ контроля, содержит электроды, блок выделения фазической составляющей электрического сопротивления кожи, амплитудно-временной селектор, логический блок, регулятор и блок сигнализации.

Однако известные способ и устройство не обеспечивают достаточную достоверность контроля уровня бодрствования человека, так как в указанном способе не регистрируют резкие изменения тонической составляющей электрического сопротивления кожи, также свидетельствующие о переключении внимания. Кроме того, импульсы малой длительности могут быть ошибочно приняты за фазические, так как устройство, реализующее описанный способ, слабо защищено от импульсных помех.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля уровня бодрствования человека.

Указанная цель достигается тем, что в способе контроля уровня бодрствования человека на основе измерения параметров электрического сопротивления кожи, согласно изобретению, измеряют скорость изменения электрического сопротивления кожи, регистрируют зависимость скорости изменения электрического сопротивления кожи от времени, регистрируют участки с отрицательным значением скорости, превышающим пороговый уровень, измеряют интервалы между передними фронтами соседних участков и по величине этих интервалов судят об уровне бодрствования человека, при этом большей величине интервала соответствует меньший уровень бодрствования, а меньшей величине интервала - больший уровень бодрствования.

При этом пороговый уровень скорости изменения электрического сопротивления кожи можно определять как для группы людей, так и индивидуально для контролируемого человека. Это дает возможность повысить достоверность контроля уровня бодрствования человека.

Эта же цель достигается тем, что устройство для контроля уровня бодрствования человека, содержащее электроды, амплитудно-временной селектор и блок сигнализации, вход которого подключен к выходу амплитудно-временного селектора, согласно изобретению, содержит дифференциатор, вход которого подключен к электродам, и два интегратора, вход одного из которых также подключен к электродам, а вход другого - к выходу дифференциатора, при этом выходы обоих интеграторов подключены к входам амплитудно-временного селектора.

Это обеспечивает повышение достоверности контроля уровня бодрствования человека.

Целесообразно, для повышения чувствительности устройства выполнить амплитудно-временной селектор в виде последовательно соединенных между собой блока сравнения и измерителя интервалов времени.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - временная зависимость электрического сопротивления кожи и скорости его изменения.

Заявляемый способ контроля уровня бодрствования человека подробно описан на примере работы устройства для его реализации. Это устройство содержит электроды 1 (фиг.1), которые укрепляют на теле человека и соединяют с входом дифференциатора 2, с помощью которого производят непрерывное измерение текущего значения скорости изменения электрического сопротивления кожи. Выход дифференциатора с входом интегратора 3. Интегратор 3 производит непрерывное усреднение значения скорости изменения электрического сопротивления кожи за время 0,1 с, что позволяет избавиться от высокочастотных импульсных помех. Полученная зависимость скорости изменения электрического сопротивления кожи от времени приведена на фиг.2. Участкам а,b,c, на которых значение электрического сопротивления кожи R резко уменьшается, соответствуют участки А, B,C, на которых значение скорости изменения электрического сопротивления кожи ΔR отрицательно. Электроды 1 соединены также с входом интегратора 4. С его помощью приводят измерение среднего значения электрического сопротивления кожи за время 30 с. Сигналы с выходов блоков 3 и 4 подают на входы блока 5 сравнения. Блок сравнения регистрирует участки А, В, С (см.фиг.2) зависимости скорости изменения электрического сопротивления кожи от времени, на которых значение скорости отрицательно, а ее величина превышает 0,8% от среднего значения электрического сопротивления кожи, снимаемого с блока 4. В начале каждого такого участка на выходе блока 5 формируют импульс. Выход блока 5 соединен с входом измерителя интервалов времени 6, с помощью которого производится измерение интервалов между соседними импульсами. Увеличение длительности интервалов свидетельствует о снижении уровня бодрствования и при превышении длительностью интервала установленной величины включают блок 7 сигнализации.

Таким образом, в описываемом способе регистрируются участки А, В, С отрицательных значений скорости изменения электрического сопротивления кожи, соответствующие не только импульсам фазической составляющей электрического сопротивления кожи, но и резким спадам тонической составляющей, также свидетельствующим о переключении внимания, что повышает достоверность контроля состояния контролируемого человека. Кроме того, введение интегратора 4 и проведение с его помощью усреднения сигнала позволяет избавиться от влияния высокочастотных импульсных помех,что также повышает достоверность контроля.

Использование: медицина и медицинская техника. Цель изобретения - повышение достоверности контроля уровня бодрствования человека. Сущность изобретения: об уровне бодрствования судят по величине интервалов между передними фронтами соседних участков отрицательного значения скорости электрического сопротивления кожи. Устройство для контроля уровня бодрствования человека характеризуется тем, что содержит дифференциатор, вход которого подключен к электродам, и два интегратора вход одного из которых также подключен к электродам, а вход другого - к выходу дифференциатора, при этом выходы обоих интеграторов подключены к входам амплитудно-временного селектора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля уровня бодрствования человека на основе измерения параметров электрического сопротивления кожи, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, имеряют скорость изменения электрического сопротивления кожи, регистрируют зависимость скорости изменения электрического сопротивления кожи от времени, регистрируют участки этой зависимости с отрицательным значением скорости, превышающим пороговый уровень, измеряют интервалы между передними фронтами соседних участков и по величине этих интервалов судят об уровне бодрствования человека, при этом большей величине интервала соответствует меньший уровень бодрствования, а меньшей величине интервала - больший уровень бодрствования. 2. Устройство для контроля уровня бодрствования человека, содержащее электроды, амплитудно-временной селектор и блок сигнализации, вход которого подключен к выходу амплитудно-временного селектора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, оно содержит дифференциатор, вход которого подключен к электродам, и два интегратора, вход одного из которых также подключен к электродам, а вход другого подключен к выходу дифференциатора, при этом выходы обоих интеграторов подключены к входам амплитудно-временного селектора. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, амплитудно-временной селектор выполнен в виде последовательно соединенных между собой блока сравнения и индикатора интервалов времени.