УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ОПЕРАТОРСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Российский патент 1999 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к автоматизации психофизиологических исследований, и может найти применение при профессиональном отборе лиц ответственных профессий, преимущественно водителей транспортных средств.

Известно, что специфической особенностью трудовой деятельности в условиях монотонии является периодическое отключение оператора из процесса активной производственной деятельности, что может существенно снизить надежность его работы. Поскольку период активной деятельности сугубо индивидуален, то его исследование требует привлечения автоматизированных средств анализа операторской деятельности (Нерсесян Л. С., Психологические аспекты повышения надежности управления движущимися объектами, "Промедэк", М., 1992, с. с. 146-147).

Известен ряд систем для профотбора, позволяющих предъявлять в определенном порядке ряд стимулов и регистрировать отклик испытуемого. Так, в изобретении (SU 888173, ХИИЖТ, G 09 B 9/00, A 61 B 5/16, 1981) имеются имитатор реальных процессов, в качестве которого может быть использован блок "реакция на движущийся объект" (РДО), анализатор правильности реакций, блок контроля вегетативных функций (регистраторов пульса, кожного сопротивления (КГР)), регистратора тонуса ВНД. Тренажер также содержит формирователь сигналов оценки, связанный с блоком регистрации. Связь тренажера с испытуемым осуществляется через блок ввода ответных реакций. Это устройство позволяет определить причину снижения работоспособности непосредственно в момент снижения путем обследования состояния ряда важнейших подсистем организма оператора.

Известно автоматизированное устройство для оценки эффективности операторской деятельности в условиях монотонии (SU 1362446 A1, КПИ и др., A 61 B 5/16, 1987). Оно представляет собой комплекс, оборудованный местом для испытуемого, а также рабочим местом экспериментатора. Испытуемому автоматически предъявляются стимулы и он должен по возможности быстро нажать на соответствующую кнопку, а кроме того, оценить свое субъективное состояние также посредством кнопок. Устройство снабжено вычислителем, проводящим статистическую обработку временных характеристик реакции испытуемого. Эти данные выводятся на пульт экспериментатора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для профотбора операторов и определения уровня бдительности в условиях воздействия монотонных факторов с контролем естественных колебаний уровня бодрствования (RU 2037207 C1, НИИПКИ средств автоматизации..., G 09 B 9/00, 1995). Устройство содержит анализатор физиологического состояния (по КГР), пульт испытуемого с имитатором реальных процессов и блоком ввода ответных реакций и анализатором их правильности. Кроме того, имеются блоки задания программы обучения и режимов работы, а также формирователь сигналов оценки. Это устройство позволяет также автоматизировать определение момента снижения уровня бодрствования до опасного уровня, однако проводит ограниченное определение физиологических параметров лишь по КГР.

Однако в прототипе не предусматривается оценка психофизиологического состояния в персонализированных условиях при длительных наблюдениях операторов в динамике. Кроме того, психофизиологическое состояние может быть определено более достоверно при регистрации пульса оператора.

Задачей патентуемого изобретения является создание устройства, которое позволяет проводить разносторонние исследования операторской деятельности, используя методики оценки готовности к экстренному действию (ГЭД) в условиях монотонии и утомления, реакции на движущийся объект, определения стрессоустойчивости, тремора и пр. при обеспечении удобства проведения исследований как для испытуемого, так и для экспериментатора.

Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей при обеспечении удобства пользования, достигается за счет того, что устройство для оценки операторской деятельности включает блок контроля вегетативных функций, выход которого подключен к анализатору физиологического состояния, подключенному к одному из входов блока задания программ, выходы которого подключены к одному входу имитатора реальных процессов и блоку контроля вегетативных функций. Имеется блок ввода ответных реакций, один выход которого подключен к другому входу имитатора реальных процессов и анализатору правильности реакций, подключенному к блоку задания режимов, соединенному с другим выходом блока задания программ и блоком регистрации, подключенным к выходу блока формирования сигнала оценки.

В устройство введены блок оценки индивидуального результата с блоком вычисления среднего значения. Имитатор реальных процессов содержит блок предъявления информации, формирователь теста и световой индикатор, при этом первый выход формирователя теста подключен к блоку предъявления информации, второй - к индикатору, а третий выход, подключенный к анализатору правильности реакций, является выходом имитатора, входами которого являются входы формирователя теста.

Блок оценки индивидуального результата содержит последовательно подключенные блоки памяти, вычисления среднего значения и сравнения, причем входом блока оценки индивидуального результата является вход блока памяти, подключенный к выходу анализатора правильности реакций и к одному из входов блока сравнения, к другому входу которого подключен один из выходов блока задания режимов, выходом блока оценки является выход блока сравнения, подключенный к входу блока формирования сигнала оценки.

Блок ответных реакций может включать процессор, электроконтактный датчик тремора и теппинг-теста, размещенный на пульте испытуемого совместно со световым индикатором, а также устройство ввода типа джойстик, при этом упомянутый электроконтактный датчик подключен к процессору через схему подавления дребезга и счетчик.

Средства для регистрации кожно-гальванической реакции могут быть выполнены в виде двух электродов, подключенных к процессору через преобразователь электрического сопротивления кожи в электрический сигнал и аналого-цифровой преобразователь.

Блок контроля вегетативных функций может включать процессор и средства для регистрации пульса, выполненные в виде оптронной пары со средствами для закрепления на мочке уха испытуемого, при этом светоизлучающий элемент оптронной пары подключен к генератору, а фотоприемный - к схеме, содержащей последовательно подключенные преобразователь тока в напряжение, компаратор и счетчик, подключенный к процессору.

Устройство может содержать два персональных компьютера, связанных шиной обмена данных, образующих рабочие места испытуемого и экспериментатора.

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:
на фиг. 1 представлена структурная схема устройства с использованием компьютеров.

на фиг. 2 - блок-схема устройства;
на фиг. 3 - блок-схема пульта испытуемого;
В основе изобретения лежат следующие предпосылки. Известно, что для целей железнодорожного транспорта, как объекта повышенного внимания операторов различных профессий, к числу главных из которых относятся машинисты и их помощники, при профотборе критериальными являются готовность к экстренному действию (ГЭД) - интегральное качество, переключение внимания, эмоциональная устойчивость (стрессоустойчивость), надежность работы в состоянии утомления. Эти же критерии можно использовать не только для психологического прогноза, но также и для психологической экспертизы. Патентуемое устройство позволяет вследствие используемого набора инструментальных методов прикладной психологии с большой степенью вероятности оценить операторскую деятельность в условиях монотонии. К методикам, которые возможно реализовать в устройстве, относятся тесты:
а. оценки уровня бдительности (ГЭД) в условиях монотонно действующих факторов, а также в условиях утомления;
б. реакция на движущейся объект (РДО);
в. определения стрессоустойчивости;
г. чувства времени;
д. простой и сложной зрительно-двигательной реакции;
е. оценки состояния сердечно-сосудистой системы по показателям кардиоинтервалов;
ж. оценки тремора;
и. оценки индивидуального психомоторного темпа (теппинг-тест);
к. оценки критической частоты слияния световых мельканий;
л. оценки скорости переключения внимания и эмоциональной устойчивости.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства при реализации на основе программно-аппаратных средств. Устройство включает блок 1 испытуемого, блок 2 экспериментатора, связанные шиной 3 обмена данных. Блок 1 испытуемого включает пульт 4, средства 5 ввода (джойстик), а также персональный компьютер 6. Монитор 7 компьютера 6 служит для предъявления зрительных тестов, звуковые колонки 8 предназначены для предъявления звуковой информации, а приспособления на пульте 4 - для их выполнения. Компьютер 9 в блоке 2 экспериментатора предназначен для управления процессом оценки операторской деятельности, обработки информации, а также документирования (блок 10).

Блок-схема устройства представлена на фиг. 2. Устройство включает блок 11 контроля вегетативных функций с подключенными к нему каналами 12 измерения пульса и 14 регистрации КГР. Выход блока 11 подключен к входу анализатора 16 физиологического состояния, первый выход которого подключен к блоку 18 задания программы. Блок 18 подключен одним входом к формирователю 20 теста, к другому входу которого подключен блок 22 ввода ответных реакций. Выходы формирователя 20 подключены к блоку 24 предъявления информации, индикатору 26, а к блоку 22 подключен электроконтактный щуп 28 для регистрации тремора и теппинг-теста. Элементы 26, 28 конструктивно размещены на панели 30 пульта 4 испытуемого. Третий выход формирователя 20 и выход блока 22 подключены к первому входу анализатора 32 правильности реакций, к другим входам которого подключены выход блока 16, а также выход блока 34 задания режимов, выходы которого подключены к блоку 36 регистрации. Блок 34 соединен с клавиатурой 38 ввода.

Блок 40 оценки индивидуального результата содержит последовательно подключенные блок 42 памяти, блок 44 вычисления среднего значения и блок 46 сравнения, выход которого является выходом блока 40 и подключен к блоку 48 формирования сигнала оценки, выход которого подключен к блоку 36 регистрации. При этом входом блока 40 является вход блока 42 памяти, соединенный с выходом анализатора 32 , а также с одним из входов блока сравнения, к другому входу которого подключен один из выходов блока 34 задания режимов.

На фиг. 3 представлена блок-схема пульта испытуемого. Пульт 4 включает процессор 50 с подключенными к нему каналами 12 измерения пульса, 14 - регистрации КГР, электроконтактного щупа 28 для регистрации тремора и теппинг-теста, а также светового индикатора 26 для тестов по определению слияния частоты световых мельканий и теппинг-тесту. Канал 12 включает управляемый процессором 5 генератор 52, нагруженный на светоизлучающий диод 54. В зоне действия последнего размещен фотоприемник 56, образующий совместно с диодом 54 оптронную пару 58. Выход фотоприемника 56 подключен к последовательно соединенным преобразователю 60, компаратору 62 и счетчику 64, выход которого подключен к процессору 60. Канал 14 регистрации КГР включает два электрода 66, подключенные ко входу преобразователя 68, выход которого подключен к входу АЦП 70, выход которого подключен к процессору 50.

Для подачи соответствующих световых сигналов световой индикатор 26 подключен к блоку 72 управления индикатором. Электроконтактный щуп 28 взаимодействует с площадками 74 (теппинг- тест) и 76 (тремор), причем в последнем случае в площадке 76 выполнены разнокалиберные отверстия 77. Элементы 28, 74 и 76 подключены к схеме 78 подавителя дребезга, подключенной к счетчику 80.

Все узлы 52, 60- 64, 68-72, 78-80 подключены соответствующими шинами к процессору 50 для синхронизации работы и обмена данными.

Устройство работает следующим образом.

Клавиатура компьютера 7 в процессе работы не используется, она необходима лишь на этапе предварительного ознакомления испытуемого с режимами работы для выбора конкретной методики.

К испытуемому прикрепляют оптронную пару 66 канала 12 пульса (предпочтительное место - мочка уха), а также электроды 66 канала 14 регистрации КГР. Экспериментатор посредством компьютера 9 выбирает режим исследований (тест по классификации а-л). В зависимости от методики испытания блок 34 задания режимов дает блоку 18 задания программ соответствующие команды на формирование тестов в блоке 20.

В зависимости от полученной команды инициируется работа следующих блоков (см. таблицу).

Так, при инициировании канала 12 сигнал об изменении тока между электродами 66, величина которого обратно пропорциональна сопротивлению кожи, преобразуется в преобразователе 68 в напряжение, а затем в АЦП 70 - в цифровой код. В первоначальный момент времени блок 11 передает измеренные значения в анализатор 16 физиологического состояния, в котором определяется текущее значение уровня бдительности испытуемого. В зависимости от текущего значения уровня бдительности блок 18 задания программы выдает различные программы на блок 20 формирования теста. При этом блок 24 предъявления информации выводит на экран 7 компьютера 6 соответствующие визуальные тесты, а на звуковые колонки 8 - тестовые сигналы и речевую информацию.

При инициировании канала 14 процессор 50 включает генератор 52, который генерирует меандр с частотой 5 кГц и питает светоизлучающий диод 54. Фотоприемник 56 оптронной пары 58 регистрирует изменение светового потока, проходящего через ткань и обусловленного пульсовой волной. Сигнал с фотоприемника подается на преобразователь 60 тока в напряжение, затем на компаратор 62 и счетчик 64. Компаратор 62 сравнивает текущие значения напряжения с пороговым уровнем, устанавливаемым при настройке, а счетчик 64 подсчитывает число превышений сигналом заданного порогового значения, пропорциональным числу ударов пульса. Измеренные значения также поступают в анализатор 16.

Блок 72 управления индикатором 26 (в качестве индикатора может быть использован светоизлучающий диод красного свечения) обеспечивает два режима работы индикатора:
- режим I отметчика времени теппинг-теста и оценки тремора (тест ж, и), в соответствии с которым индикатор имеет постоянное свечение в интервале регулируемых времен 10 - 100 сек.;
- режим II предъявления мельканий (тест к).

В режиме I с помощью блока 34 задания режимов через клавиатуру 38 экспериментатор задает время проведения теста. В этом случае индикатор 26 постоянно светится, а канал регистрации с электроконтактным щупом 28, блоками 78, 80 находится во включенном состоянии, то есть готов к подсчету числа замыканий щупа на площадках 74 или 76.

Испытуемому дается команда на работу щупом (изобретение не касается методик - они известны): каждое касание щупом контактных площадок вызывает появление импульсов, число которых, после подавления дребезга в блоке 78, подсчитывается счетчиком 80. Информация с выхода счетчика подается на вход анализатора 32 правильности реакций.

Для проведения всех тестов инициируется блок 34 задания режимов через клавиатуру 38 на рабочем месте (бл.2) экспериментатора, а также блок 18 задания программ испытаний. Блок 18 управляет формирователем 20 теста. Он выводит на блок 24 визуальную информацию, который удобно выполнить в виде монитора 7 компьютера 6. Кроме того, формирователь 20 обеспечивает работу индикатора 26. Ответные реакции испытуемого от щупа 28, а также джойстика 5 через блок 22 ввода ответных реакций поступают в анализатор 32, который может быть реализован на базе компьютера 9 экспериментатора.

На экране блока 24 визуальной информации, в зависимости от проводимого теста, могут формироваться дискретная движущаяся точка (для теста по методике а) или другие стимулирующие сигналы в виде различных световых фигур.

Анализатор 32 правильности реакций сравнивает показатели, полученные в результате проведенных тестов, с эталонными значениями показателей с учетом физиологического состояния испытуемого, поступающего из блока 16. Блок 34 осуществляет привязку полученных данных с режимом работы.

С выхода анализатора 32 данные записываются в блок 42 памяти, где содержится банк данных по конкретному испытуемому. В блоке 44 вычисляется среднее значение измеренной характеристики, например, среднее количество ударов щупом 28 в теппинг-тесте за все время испытаний. В блоке 46 сравнения сравниваются текущее и среднее значения, и на выходе указанного блока выдается разность между этими значениями. В блоке 48 формирования сигнала оценки проводится сравнение сигнала с заданными нормативами. При превышении сигнала над нормативным более чем на 10% дается неудовлетворительная оценка испытуемому, при уровне менее 10% - удовлетворительная. Результаты хранятся в блоке 36 регистрации.

В зависимости от используемой аппаратурно-программной базы часть блоков может быть реализована программным путем исходя из принципов построения системы, описанных в настоящем изобретении.

Изобретение удовлетворяет условиям патентоспособности, являясь новым, характеризуется изобретательским уровнем, а также промышленной применимостью по приведенному описанию.

Устройство предназначено для автоматизации психофизиологических исследований и может быть использовано при профотборе лиц ответственных профессий. Устройство позволяет провести оценку психофизиологического состояния в персонализированных условиях при длительных наблюдениях операторов в динамике. Содержит блок (11) контроля вегетативных функций, анализатор (16) физиологического состояния, блок (18) задания программ, блок (22) ввода ответных реакций, анализатор (32) правильности реакций, блок (34)задания режимов, блок (36) регистрации подключен к блоку (48) формирования сигнала оценки. Имитатор реальных процессов содержит блок (24) предъявления информации, формирователь (20) теста и световой индикатор (26). Блок (40) оценки индивидуального результата содержит последовательно подключенные блоки памяти (42), вычисления среднего значения (44) и блок сравнения (46). Устройство позволяет проводить исследования операторской деятельности, используя методики оценки готовности к экстренному действию с помощью введенных блоков и узлов. 1 с. и 4 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Устройство для оценки операторской деятельности, включающее блок контроля вегетативных функций, выход которого подключен к анализатору физиологического состояния, подключенному к одному из входов блока задания программ, выходы которого подключены к одному входу имитатора реальных процессов и блоку контроля вегетативных функций, блок ввода ответных реакций, один выход которого подключен к другому входу имитатора реальных процессов и анализатору правильности реакций, подключенному к блоку задания режимов, соединенному с другим выходом блока задания программ и блоком регистрации, подключенным к выходу блока формирования сигнала оценки, блоки памяти и сравнения, отличающееся тем, что в устройство введены блок оценки индивидуального результата с блоком вычисления среднего значения; имитатор реальных процессов содержит блок предъявления информации, формирователь теста и световой индикатор, при этом первый выход формирователя теста подключен к блоку предъявления информации, второй - к индикатору, а третий выход, подключенный к анализатору правильности реакций, является выходом имитатора, входами которого являются входы формирователя теста; блок оценки индивидуального результата содержит последовательно подключенные блоки памяти, вычисления среднего значения и сравнения, причем входом блока оценки индивидуального результата является вход блока памяти, подключенный к выходу анализатора правильности реакций и к одному из входов блока сравнения, к другому входу которого подключен один из выходов блока задания режимов, выходом блока оценки является выход блока сравнения, подключенный к входу блока формирования сигнала оценки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок ответных реакций включает процессор, электроконтактный датчик тремора и теппинг-теста, размещенный на пульте испытуемого совместно со световым индикатором, а также устройство ввода типа джойстик, при этом упомянутый электроконтактный датчик подключен к процессору через схему подавления дребезга и счетчик. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что блок контроля вегетативных функций включает процессор и средства для регистрации кожно-гальванической реакции, выполненные в виде двух электродов, подключенных к процессору через преобразователь электрического сопротивления кожи в электрический сигнал и аналого-цифровой преобразователь. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что блок контроля вегетативных функций включает процессор и средства для регистрации пульса, выполненные в виде оптронной пары со средствами для закрепления на мочке уха испытуемого, при этом светоизлучающий элемент оптронной пары подключен к генератору, а фотоприемный - к схеме, содержащей последовательно подключенные преобразователь тока в напряжение, компаратор и счетчик подключенный к процессору. 5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что содержит два персональных компьютера, связанные шиной обмена данных, образующие рабочие места испытуемого и экспериментатора.