ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ ГРАВИТАЦИОННЫЙ ХРОНОРЕФЛЕКСОМЕТР Российский патент 2003 года по МПК A61B5/16 

Диагностический гравитационный хронорефлексометр относится к медицинской технике и предназначается для диагностики функционального состояния центральной нервной системы посредством измерения времени простой сенсорно-моторной реакции человека.

Наиболее простой прибор для определения быстроты реакции у человека известен в виде свободно падающей рейки с нанесенной на ней шкалой длин. Этот прибор впервые был предложен психотехником Траммом в специально сконструированной им установке для исследования водительских профессий [1].

Упрощенная модификация этого способа известна под названием "Метод V1.5. Скорость захвата" [1]. Испытуемому предлагалось удержать рейку, отпущенную экспериментатором в произвольное время для свободного падения. Под действием гравитационной силы рейка в свободном падении от исходного положения до момента захвата преодолевала определенное расстояние. Это расстояние и являлось косвенным показателем скорости захвата.

Описанный метод обладает существенными недостатками, из-за которых он не получил широкого распространения.

Во-первых, скорость захвата, выраженная расстоянием Н, пройденным рейкой в свободном падении, не соответствовала понятию скорости в физическом смысле и толковании.

Во-вторых, расстояние Н не является линейной функцией аргумента, которым служит время свободного падения τ. По этой причине сравнимость и сопоставимость результатов отдельных наблюдений, выражаемых в единицах длины, не достигалась.

В-третьих, расстояние Н зависит от исходной величины между рейкой и кистью руки испытуемого. Этот зазор необходимо постоянно выдерживать, что не обеспечивалось.

Вышеперечисленные недостатки устранены в "устройстве для измерения реакции и мгновенной скорости движения спортсмена" [2], принятом в качестве прототипа изобретения. Однако и это устройство, несмотря на конструктивную простоту, не получило широкого применения. Причиной тому является как методическая, так и конструктивная недоработка устройства: устройство предназначено для ограниченного круга лиц (спортсменов), в связи с чем отсутствует возможность его применения в диагностических целях. Кроме того, время простой сенсомоторной реакции человека, являясь информативным показателем, изменяется в широком диапазоне и в пределах этого диапазона не служит критерием для выявления функциональных сдвигов в работе центральной нервной системы (ЦНС).

Устройство-прототип конструктивно отличается громоздкостью, относительно большими габаритами, что затрудняет его использование. Все это ограничивает область применения известного устройства.

Существует ряд профессией, например водители транспортных средств, операторы подъемных устройств, операторы энергетических установок и т.п., где показатель времени реакции является ключевым, чтобы разрешить допуск специалиста к выполнению функциональных обязанностей. При этом решение о допуске специалиста принимается субъективно и зависит от уровня знаний и опыта медицинского персонала.

Чтобы исключить субъективизм в принятии решения о допуске специалистов к исполнению функциональных обязанностей, была поставлена задача создания прибора, с помощью которого можно было бы автоматически ставить диагноз о функциональном состоянии ЦНС в процессе тестирования специалистов операторского профиля.

Техническим результатом является создание простейшего устройства, предназначенного для диагностики функционального состояния ЦНС человека, на базе измерения времени простой зрительно-моторной реакции.

Технический результат достигается с помощью диагностического гравитационного хронорефлексометра, содержащего механизм перемещения в виде планки, выполненной с возможностью ее свободного падения с нанесенной на противоположные ее стороны шкалой интервалов времени, отличается тем, что у нулевой отметки шкалы установлен указатель исходного положения в виде стержня, закрепленного поперек планки, в верхнем отверстии которой укреплен ограничитель хода в виде шнура, другой конец которого соединен с кольцом, причем на шкале выделены диапазоны допустимых значений отклонений времени реакции для мужчин и для женщин.

На чертеже представлен общий вид диагностического гравитационного хронорефлексометра, содержащего планку со шкалой интервалов времени 2, нанесенной по закону

где Н - расстояние, пройденное планкой,
g - ускорение свободного падения на Земле.

Указатель исходного положения в виде стержня 3 установлен на нулевой отметке 4 шкалы 2 и служит для методического обеспечения единства измерений, создавая для всех испытуемых лиц одинаковые стартовые условия. Длина стержня указывает расстояние, на которое разводятся указательный и большой пальцы на руках испытуемого перед измерением, и определяет уровень планки относительно пальцев перед стартом.

Ограничитель хода выполнен в виде шнура 5, соединенного с планкой 1, другой конец которого соединен с кольцом 6. Ограничитель хода предохраняет инструмент от падения в случае, когда время реакции испытуемого окажется больше времени свободного падения планки.

Предлагаемая конструкция прибора позволяет, подобрав длину стержня 3 и толщину планки 1 опытным путем, добиться того, что мода времени реакции оказывается равной для мужчин 0,160 секунд и 0,175 секунд для женщин. Эти значения нормы реакции выражаются ее математическими ожидаемыми.

Теоретической основной для оценки функциональных состояний ЦНС может служить критерий функционального уровня системы (ФУС), предложенный Т.Д. Лоскутовой (3), который в отличие от критерия времени простой сенсомоторной реакции способен отражать функциональные сдвиги и определяется эмпирической формулой:

где (ФУС) - безразмерный критерий функционального уровня системы, равный в норме 4,79;
М - мода времени простой сенсомоторной реакции, в секундах;
σ - среднеквадратичное отклонение времени простой зрительно-моторной реакции в секундах.

При этом известно (3), что плотность времени реакции близка к нормальной.

Среднеквадратичное отклонение σ времени реакции может быть определено из формулы (2):

После подстановки размера ФУС, равного 4,79 в норме, определяется размер среднеквадратичного отклонения σ времени простой сенсомоторной реакции, размер которого является предельной нормой отсутствия функциональных сдвигов:
σ_м=0,022 с для мужчин,
σ_ж=0,020 с для женщин.

Таким образом, располагая методами М_м, М_ж простой сенсомоторной реакции, на временной шкале инструмента можно отложить в виде среднеквадратичных отклонений σ_м и σ_ж те временные пределы, которые соответствуют норме ФУС.

Обозначив таким образом противоположные стороны планки 1, помечают соответствующие стороны планки литером М и W.

Результаты измерений, выходящие за пределы среднеквадратичных отклонений, свидетельствуют о выходе ФУЧ за пределы нормы. Поэтому диапазоны шкал, интервалов времени реакции, соответствующие запредельным значениям, обозначают красным цветом, а соответствующие норме реакции - зеленым цветом.

Метрологические характеристики инструмента
1. Инструментальная погрешность измерений времени реакции может быть определена из формулы для свободного падения.

Формула (4), записанная в приращениях относительно τ имеет вид:

Отсюда следует, что максимальная погрешность измерения времени имеет место в начале шкалы прибора при малых значениях τ. На шкале инструмента минимальное значение времени реакции равно 0,1 секунды. Подставив это значение в формулу (5), получим:

Таким образом, абсолютная погрешность прибора, измеренная в секундах, не будет превышать одну тысячную от цены деления шкалы. Такой результат вполне удовлетворяет самых требовательных исследователей. Для сравнения скажем, что столь высокая точность измерений достигается только в сложных и дорогих приборах, например электронных фотофинишах.

2. Влияние скорости движения инструмента
Максимальная скорость движения инструмента во время свободного падения определяется максимальным значением реакции человека. При равноускоренном движении с нулевой начальной скоростью за время свободного падения инструмент достигает скорости, определяемой по формуле:
V_max = gτ_max. (7)
На шкале инструмента максимальное значение времени реакции равно 0,255 секунды.

Отсюда максимальное значение скорости инструмента достигает 2,5 м/с. Для такой скорости можно принять, что сопротивление воздуха не оказывает заметного влияния на движение инструмента и может не учитываться при определении погрешности измерений.

3. Метрологическая проверка инструмента
В периодической поверке инструмент не нуждается, так как он не содержит в своем составе средств измерения времени (хронометров).

4. Методическая погрешность измерений
Единство измерений обеспечивается за счет указателя исходного положения выбором длины стержня 42 мм, которая устанавливает единое исходное положение инструмента, и толщиной планки 2 мм, а также единством команд, подаваемых испытуемому.

Каждое измерение предваряется командой "Внимание! ", после которой инструмент отпускается в произвольное время с начальной нулевой скоростью.

Данные для нанесения шкалы интервалов времени представлены в виде таблицы.

Вертикальными линиями, расположенными слева от колонки цифр значений времени реакции в таблице, обозначен диапазон нормальных реакций для мужчин, справа диапазон нормальных реакций для женщин. Доверительная вероятность измерений принята равной 0,95.

Инструментом можно пользоваться при измерении времени зрительно-моторной или тактильно-моторной реакции.

Возможность достижения цели изобретения доказывается следующим примером.

Пример. Измерение времени зрительно-моторной реакции
Экспериментатор предлагает испытуемому удержать планку, помещенную между большим и указательным пальцами, разведенными на расстоянии длины стержня указателя исходного положения для захвата, после начала движения планки в свободном падении. Рука испытуемого должна быть ограничена в движении по вертикали. Для этого целесообразно использовать опору для кисти руки, например край стола, спинку стула и т.п.

Сигналом к действию является момент начала движения инструмента, который предваряется командой экспериментатора "Внимание! ". С момента отпускания инструмента экспериментатором до момента его удержания испытуемым инструмент в свободном падении преодолевает расстояние Н. Время, соответствующее пройденному расстоянию, считывается со шкалы интервалов времени, нанесенных на шкалу планки. Указателем времени реакции является место на шкале планки, определяемое положением большого пальца при удержании инструмента. Диагноз определяется цветом поля шкалы в месте расположения большого пальца.

Изобретение позволяет измерять время реакции у человека с помощью простейшей планки со стержнем, установленным у нулевой отметки шкалы, с автоматической постановкой диагноза функционального состояния ЦНС. Отпадает необходимость в периодической метрологической поверке инструмента. Снижается стоимость и упрощается эксплуатация инструмента. Диагностический гравитационный хронорефлексометр не нуждается в техническом обслуживании.

Литература
1. Платонов К.К. Психологический практикум. - М.: Высшая школа. - 1980. с. 3-40.

2. Авторское свидетельство СССР 1648369 А1, опубл. 15.05.1991.

3. Лоскутова Т.Д. Оценка функционального состояния центральной нервной системы человека по параметрам простой двигательной реакции. //Физиологический журнал СССР им. И.М.Сеченова - Том LXI, 1, Январь 1975. С. 3.

Изобретение относится к медицинской технике и предназначается для диагностики функционального состояния центральной нервной системы человека. Диагностический гравитационный хронорефлексометр содержит механизм перемещения в виде планки, выполненной с возможностью ее свободного падения с нанесенной на противоположные ее стороны шкалой интервалов времени. У нулевой отметки шкалы установлен указатель исходного положения в виде стержня, закрепленного поперек планки, в верхнем отверстии которой укреплен ограничитель хода в виде шнура. Другой конец шнура соединен с кольцом. На шкале выделены диапазоны допустимых значений отклонений времени реакции для мужчин и для женщин. Это позволяет осуществлять диагностику функционального состояния ЦНС человека на базе измерения времени простой зрительно-моторной реакции. 1 табл., 1 ил.

Диагностический гравитационный хронорефлексометр, содержащий механизм перемещения в виде планки, выполненной с возможностью ее свободного падения с нанесенной на противоположные ее стороны шкалой интервалов времени, отличающийся тем, что у нулевой отметки шкалы установлен указатель исходного положения в виде стержня, закрепленного поперек планки, в верхнем отверстии которой укреплен ограничитель хода в виде шнура, другой конец которого соединен с кольцом, причем на шкале выделены диапазоны допустимых значений отклонений времени реакции для мужчин и для женщин.