СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ПСИХОФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2011 года по МПК A61B3/113 

Изобретение относится к области психофизиологии и медицинской технике и может быть использовано при исследованиях и регистрации психофизиологического состояния человека по зрачковой реакции.

Известен способ регистрации зрачковых реакций, заключающийся в освещении глаз обследуемого ИК-излучением, регистрации отраженного светового потока с помощью ИК-чувствительной телевизионной камеры, калибровке перед началом работы измерительного тракта в абсолютных единицах по калибратору, наводке телевизионной камеры на резкое изображение зрачка с визуальным его контролем, выборе конкретного вида стимула, подаче стимула в виде световой вспышки, импульсного звукового сигнала либо электрического разряда на кожу, измерении размеров зрачка в абсолютных единицах в цифровой форме в каждом кадре телевизионного изображения, регистрации для каждого обследуемого начальной совокупности пупиллограмм, формировании по ней его индивидуальных нормативов пупиллометрии с учетом типа использованного стимула, внесении их в банк данных персонального компьютера, автоматическом сравнении параметров зрачковой реакции при последующих регистрациях пупиллограмм с индивидуальными нормативами пупиллометрии с выдачей сообщения "норма" или "отклонение от нормы" (см. патент РФ №2123797, МПК А61В 3/113).

Недостатками указанного способа являются невысокая точность измерений, равная 0,15-0,25 мм, которая не позволяет регистрировать спонтанные колебания диаметра зрачка в связи с тем, что изображение зрачка контролируется оператором визуально, а также недостаточная информативность параметров зрачковой реакции, так как регистрируется только диаметр зрачка, что приводит к снижению диагностической возможности способа и психофизиологической оценки обследуемого.

Кроме того, при использовании этого способа не представляется возможности устранить различные помехи (ресницы, веки, блики от подсветки), присутствующие в кадре, при измерении диаметра зрачка, что отражается на точности измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ оценки психофизического состояния человека, включающий регистрацию психофизической реакции в процессе вербальной коммуникации в виде таких параметров, как диаметр зрачка, число актов моргания. Также регистрируется площадь фигуры, построенной по точкам максимального отклонения центра глаза от видимого среднего положения, при этом все параметры записывают в виде видеоокулограммы, сравнивают их с контрольными значениями, полученными при заведомо правдивых ответах, по полученным данным определяют ответы, при которых имело место увеличение числа актов моргания и площади фигуры, а также определяют изменение диаметра зрачка, по полученным данным определяют группу ответов с наибольшей количественной разницей в критериях между истиной и предполагаемой ложью, делают вывод об эмоциональном психофизическом возбуждении (см. патент РФ №2337607, МПК А61В 3/113).

К недостаткам способа следует отнести:

- использование лампы дневного света, что, во-первых, приводит к уменьшению диаметра зрачков испытуемого, уменьшая тем самым величину наблюдаемых изменений, и, во-вторых, оказывает дополнительное психологическое воздействие на испытуемого за счет постоянного ощущения дискомфорта;

- наличие различных помех, присутствующих в кадре (ресницы, веки, блики от подсветки на зрачке глаза) при измерении площади зрачка, что отражается на точности измерений и, кроме того, приводит к неточностям при определении диаметра зрачка и, следовательно, приводит к существенной погрешности при анализе результатов обследования;

- отсутствие информации о физическом состоянии испытуемого перед исследованием также может приводить к неправильным результатам;

- необходимость регистрации площади фигуры, построенной по точкам максимального отклонения центра глаза от видимого среднего положения, требует достаточно большого времени обработки информации;

- необходимость использования специальных держателей для головы пациента и видеокамеры;

- использование в способе аналого-цифровых преобразователей и плат захвата видеоизображения приводит к усложнению способа, увеличению стоимости, а также к увеличению времени обработки информации, что не позволяет проводить обследование в реальном масштабе времени.

Задачей изобретения является разработка способа исследования и оценки психофизиологического состояния человека, обеспечивающего возможность проводить скрининговые исследования в реальном масштабе времени.

Технический результат изобретения выражается в повышении точности измерений, в повышении информативности диагностических признаков и получении новой диагностической информации, в расширении функциональных возможностей, в снижении трудоемкости, в снижении стоимости, упрощении практического применения устройства.

Поставленный результат достигается тем, что в способе исследования и оценки психофизиологического состояния человека, характеризующемся тем, что освещают глаз ИК-излучением, регистрируют зрачковую реакцию в процессе вербальной коммуникации путем раздельного покадрового измерения длины окружности зрачка глаза, отклонения зрачка от его среднего положения и векторной диаграммы направленности отклонения зрачка при ответах на блоки вопросов нейтрального и контрольного характера соответственно, в зависимости от векторной диаграммы определяют тип мышления испытуемого: визуальное, аудиальное или кинестетическое, вопросы контрольного характера выбирают соответствующими мышлению испытуемого, определяют среднеквадратичное отклонение измеренных параметров от начального положения, рассчитывают попадание текущих результатов в пределы статистических погрешностей при ответе на вопросы нейтрального характера, полученные результаты разделяют на три категории психофизиологической реакции: нейтральную - при попадании обоих параметров в пределы среднеквадратичного отклонения, среднюю - при попадании только одного из параметров в соответствующие пределы среднеквадратичного отклонения, и высокую - при выходе обоих параметров за пределы среднеквадратичного отклонения по динамическим изменениям, что позволяет судить о психофизиологическом состоянии человека.

Предварительно воздействуют на человека стимулом в виде световой вспышки или звукового сигнала или электрического разряда на кожу, регистрируют время возвращения зрачка в первоначальное состояние, по которому судят о психофизиологической готовности человека к тестированию.

Освещают ИК-излучением ведущий глаз, который предварительно определяют по индивидуальным параметрам подвижности зрачков.

Результаты исследований графически отображают на экране монитора и в виде таблицы, иллюстрирующей изменения трех измеряемых параметров движения зрачка человека.

Каждый кадр изображения реакции зрачка обрабатывают в реальном времени, в цифровой форме, затем преобразуют видеосигнал в бинарную форму с автоматическим определением уровня бинаризации, выделяют и измеряют длину окружности выделенного зрачка глаза, определяют координаты центра окружности, затем производят математическую обработку измеренных значений и запись их в базу данных, с отображением психофизиологической реакции человека по всему массиву тестовых вопросов на экране монитора.

Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 - приведена блок-схема устройства для реализации способа, на фиг.2 - видеокамера, на фиг.3 - приведен внешний вид приспособления для закрепления видеокамеры на голове испытуемого, на фиг.4 - алгоритм обработки результатов измерений, на фиг.5 - интерфейс рабочей программы, на фиг.6 - результат работы программы, на фиг.7 - график изменения 2-х параметров движения зрачка, где 1 - ИК-видеокамера; 2 - источник стимулов; 3 - компьютер; 4 - источник видимого света, 5 - объектив видеокамеры с регулируемым фокусом; 6 - источники ИК-подсветки; 7 - шлем; 8 - наушники, 9 - шарнирные механизмы; 10 - держатель видеокамеры.

Устройство для оценки психофизиологического состояния человека содержит видеокамеру 1, которая служит для регистрации отраженного светового потока от зрачка глаза, источник стимулов 2 (например, звуковых, световых или электрических), соединенные с компьютером 3.

Для упрощения использования устройства ИК-видеокамера 1 содержит объектив с ручной регулировкой фокуса 5. Видеокамера 1 снабжена источником видимого света 4, подключенным к источнику стимулов 2 (блок генерации световой вспышки). Кроме того, она содержит встроенные источники ИК-подсветки 6 для дополнительного освещения глаз, которые способствуют получению четкого изображения зрачка глаза. Количество и мощность излучения источников 6 управляется с помощью компьютера 3.

Для размещения видеокамеры на голове испытуемого она закреплена на шлеме 7 с помощью шарнирных механизмов 9 и держателя 10. Наличие шарнирных механизмов 9 обеспечивает удобство настройки изображения зрачка по четкости и установки камеры на ведущий глаз. В шлем 7 интегрированы наушники 8, подключенные к источнику стимулов 2 (генератору звукового сигнала).

Источник стимулов 2 может также представлять собой источник электрического разряда.

Устройство предусматривает 2 режима работы: «Предварительное обследование», «Основное обследование».

Способ осуществляется следующим образом.

Предварительно измеряют индивидуальные параметры подвижности зрачков обследуемого для определения его психофизиологической готовности к тестированию в режиме «Предварительное обследование».

Испытуемого усаживают в кресло и надевают на голову шлем 7. Включают компьютер 3, источник стимула 2 и видеокамеру 1. Запускают на компьютере 3 программу по кадровой обработки и записи параметров движения зрачка глаза, производят наводку видеокамеры 1 на резкое изображение, подбирая соответствующее расстояние с помощью держателя 10 на шарнирном механизме 9, регулируя фокус объектива 5 видеокамеры 1, визуально наблюдая за изображением зрачка на экране компьютера 3. Для обеспечения получения изображения с максимальным контрастом без помех производят плавное изменение мощности ИК-освещения источников 6, выбирая такую мощность, при которой контраст максимальный и нет бликов. После этого с помощью компьютера 3 выбирают конкретный вид стимула воздействия на глаз человека, например в виде световой вспышки, вырабатываемый источником видимого света 2, и запускают устройство в режим измерения, который протекает автоматически. Под действием светового стимула происходит реакция зрачка глаза, которая зависит от его психофизиологического состояния, изменяется размер (длина окружности) зрачка и происходит отклонение центра зрачка от среднего значения. Время возвращения в исходное состояние измененного размера зрачка и отклонения зрачка от среднего положения у испытуемого регистрируется в отраженном от его глаза свете с помощью чувствительной ИК-видеокамеры 1. Полученные в течение 5 секунд результаты измерения зрачковой реакции испытуемого на световой стимул заносятся в базу данных под его личным кодом. Далее с помощью компьютера 3 путем статистической обработки полученных данных формируют индивидуальные нормативы обследуемого с учетом типа использованного стимула. По этим данным судят о готовности испытуемого к проведению психофизиологического теста. При слабо выраженной (замедленной) зрачковой реакции делают вывод о неготовности к тестированию, т.к. оно приведет к заведомо ложным результатам. Выраженная реакция зрачка глаза свидетельствует о готовности испытуемого к дальнейшему обследованию. Результаты измерения заносятся в базу данных компьютера для каждого обследуемого под его личным (идентификационным) кодом.

Предварительное обследование производят как на правом, так и на левом зрачке человека.

Затем выявляют у испытуемого ведущий глаз. Наши симметрично расположенные органы чувств «закреплены» за разными полушариями. Так как каждое полушарие по-разному воспринимает и обрабатывает информацию, возникают различия в восприятии мира и способах мышления. Определение асимметричности - доминанты [Б.Г.Ананьев. Избранные труды по психологии. Т.2. Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2007 г.], позволяет уточнить реализуемые стили мышления и организовать эффективное взаимодействие. Ведущий глаз быстрее проходит аккомодацию (приспособление к ясному видению предметов), и реакция его более выраженная и четкая. Для определения ведущего глаза используются простые тесты, описанные в том же источнике.

Освещая ведущий глаз ИК-излучением в режиме «Основное обследование», задавая 5-10 нейтральных вопросов в состоянии нормы, измеряют длину окружности зрачка глаза, отклонение зрачка от его среднего положения и определяют векторную диаграмму направленности отклонения зрачка (преимущественное направление отклонения зрачка) путем раздельного покадрового измерения реакции зрачка и его среднеквадратичного отклонения от начального положения при ответе на вопросы.

Для измерения длины окружности выделяют зрачок на фоне изображения путем перевода его в бинарную форму и выбирают порог квантования, позволяющий точно выявить границу раздела между зрачком и радужной оболочкой глаза. Измерение длины окружности зрачка осуществляется следующим образом: массив точек изображения подвергается обработке специальным цифровым фильтром, который оставляет только точки на границе между зрачком и радужной оболочкой глаза, далее производится обход по его контуру с подсчетом количества пройденных точек, и по количеству пройденных точек определяется значение длины окружности. Такой способ позволяет получать более точные значения за счет того, что в измерении длины окружности участвует в три раза больше точек, чем при прямом измерении диаметра. Кроме того, исключаются большие погрешности, в достаточно частых случаях, когда на зрачке присутствует световой блик или любые другие неоднородности, а в случае наличия блика на границе зрачка дополнительно запускается процедура обработки изображения, восстанавливающая утраченную часть контура.

Векторная диаграмма направленности отклонения зрачка (преимущественное направление отклонения зрачка) характеризуется непроизвольным неосознанным движением глаз, когда люди обращаются к внутренним резервам своей памяти, извлекают или перерабатывают информацию в своем сознании. Движение глазных яблок в такие моменты достоверно свидетельствует о том, с каким типом информации общается сознание человека. Непроизвольное движение глаз человека достоверно показывает, к какой разновидности памяти или внутреннего опыта он прибегает в данный момент.

Взгляд влево вверх или расфокусированный взгляд прямо перед собой - это зрительное воспоминание. Взгляд вправо вверх - зрительное представление, зрительная конструкция, воображение того, чего нет в памяти. Налево по горизонтали - слуховое воспоминание. Направо по горизонтали - слуховая конструкция того, чего нет в памяти. Вниз направо - кинестетическое воспоминание (ощущение). Вниз налево - внутренний диалог, контроль речи (НЛП по-русски. Д.В.Воеводин. - М.: «Издательство ФАИР», 2008. - 208 с.). Затем в зависимости от векторной диаграммы направленности отклонения зрачка определяют тип мышления испытуемого: визуальное, аудиальное, кинестетическое, выбирают и задают соответствующие мышлению испытуемого тестовые вопросы. После настройки изображения зрачка в программе устанавливают секундомер, например на 5 секунд, время, в течение которого задают вопрос и получают от испытуемого на него ответ, а программа анализирует (фиг.4) и оценивает реакцию зрачка испытуемого на поставленный вопрос. После этого устройство для оценки психофизиологического состояния человека готово для записи первого ответа на вопрос теста. Запуск производят нажатием кнопки «Старт» (фиг.5) на рабочей панели программы, при этом одновременно с этим начинают задавать вопрос теста, программа автоматически находит геометрический центр зрачка глаза и его координаты записывает в массив. Затем, в процессе ответов на контрольную серию вопросов, измеряют длину окружности зрачка глаза, отклонение зрачка от его среднего положения, измеряют преимущественный угол отклонения зрачка, по которому определяют векторную диаграмму направленности отклонения, и рассчитывают попадания текущих результатов длины окружности и отклонения зрачка в пределы статистических погрешностей (среднеквадратичного отклонения) нейтральной серии, разделяя результаты на три категории психофизиологической реакции при ответе и отображая результаты графически: нейтральную - при попадании обоих параметров длины окружности и отклонения в пределы среднеквадратичного отклонения, когда человек не испытывает психоэмоционального напряжения при ответе на задаваемые вопросы, среднюю - при выходе одного из параметров за соответствующие пределы среднеквадратичного отклонения для длины окружности или для отклонения зрачка, когда незначительное напряжение при ответе на тот или иной вопрос, высокую - при выходе обоих параметров за пределы среднеквадратичного отклонения, когда испытуемый испытывает сильное психоэмоциональное напряжение. Данная психофизиологическая реакция зрачков глаза отображается в цвете в графическом виде на экране монитора. Это позволяет судить о психофизиологическом состоянии человека. Одновременно с регистрацией и обработкой реакции зрачка на задаваемые вопросы программа отображает на экране монитора таблицу изменения трех параметров движения зрачка человека (фиг.6): направление взгляда (преимущественный угол отклонения зрачка), длину окружности зрачка, отклонение зрачка от среднего положения; и строится график изменения 2-х параметров движения зрачка (фиг.7): отклонения зрачка от среднего положения; длины окружности зрачка. Таким образом, каждый кадр изображения реакции зрачка обрабатывается программно компьютером в реальном времени согласно алгоритму, приведенному на (фиг.4), в цифровой форме, затем видеосигнал преобразуется в бинарную форму с автоматическим определением уровня бинаризации, выделяя и измеряя длину окружности зрачка глаза, затем определяются координаты центра окружности, производится математическая обработка измеренных значений и запись их в базу данных, с отображением психофизиологической реакции человека по всему массиву тестовых вопросов на экране монитора (фиг.5).

Пример.

На кафедре наркологии-психиатрии и традиционной медицины ФПК ППС ГОУ ВПО Саратовского ГМУ Росздрава проводились испытания эффективности работы устройства, использующего способ оценки психофизиологического состояния человека. С этой целью с помощью разработанных опросников и психологических тестов определялась степень зрачковой реакции обследуемых на задаваемые вопросы. Результаты ответа коррелировались с данными историями болезни, записанными со слов пациента. Было протестировано, на добровольной основе и с письменного согласия, более 60 пациентов, страдающих различными видами наркотической зависимости (данные на пациентов обезличенны). Во время работы с пациентами выявлена четкая реакция зрачка глаза на неправильно даваемые ответы (стремление скрыть или исказить какие-либо сведения), позволяющая указать пациенту на недостоверность информации. Группой контроля явилась категория здоровых молодых людей, которые абсолютно не были заинтересованы в скрытии какой-либо информации.

В частности для пациента X. результаты представлены на фиг.6 и фиг.7.

Видно, что при ответе на вопросы 9, 11, 19 пациент имел среднюю психофизиологическую реакцию (один параметр вышел за пределы среднеквадратичного отклонения), а на вопрос №10 высокую (два параметра вышли за пределы среднеквадратичного отклонения - вопрос касался приема наркотиков).

Исследования показали, что принцип деятельности и качество работы устройства, использующего способ оценки функционального и психо-эмоционального состояния человека, позволяют с высокой степенью точности оценить достоверность представляемой респондентами информации и может быть использовано при работе с контингентом, мотивированным на дачу заведомо ложной информации.

Изобретение относится к области психофизиологии и медицинской техники и может быть использовано при исследованиях и регистрации психофизиологического состояния человека по зрачковой реакции. Освещают глаз ИК-излучением, регистрируют зрачковую реакцию в процессе вербальной коммуникации путем раздельного покадрового измерения длины окружности зрачка глаза, отклонения зрачка от его среднего положения и определения векторной диаграммы направленности отклонения зрачка при ответах на блоки вопросов нейтрального и контрольного характера соответственно. В зависимости от векторной диаграммы определяют тип мышления испытуемого: визуальное, аудиальное или кинестетическое. Вопросы контрольного характера выбирают соответствующими мышлению испытуемого, определяют среднеквадратичное отклонение измеренных параметров от начального положения. Рассчитывают попадание текущих результатов измерений длины окружности и отклонения зрачка в пределы статистических погрешностей для соответствующего текущего результата при ответе на вопросы нейтрального характера. Полученные результаты разделяют на три категории психофизиологической реакции: нейтральную - при попадании обоих значений текущих результатов в пределы среднеквадратичного отклонения, среднюю - при попадании только одного из текущих результатов в пределы среднеквадратичного отклонения для длины окружности и для отклонения зрачка соответственно среднеквадратичного отклонения, и высокую - при выходе обоих текущих результатов за пределы среднеквадратичного отклонения по динамическим изменениям, что позволяет судить о психофизиологическом состоянии человека. Способ обеспечивает возможность проводить скрининговые исследования в реальном масштабе времени и выражается в повышении точности измерений, информативности диагностических признаков. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ исследования и оценки психофизиологического состояния человека, характеризующийся тем, что освещают глаз ИК-излучением, регистрируют зрачковую реакцию в процессе вербальной коммуникации путем раздельного покадрового измерения длины окружности зрачка глаза, отклонения зрачка от его среднего положения и определение векторной диаграммы направленности путем измерения преимущественного угла отклонения зрачка при ответах на блоки вопросов нейтрального и контрольного характера соответственно, в зависимости от векторной диаграммы определяют тип мышления испытуемого: визуальное, аудиальное или кинестетическое, вопросы контрольного характера выбирают соответствующими мышлению испытуемого, определяют среднеквадратичное отклонение измеренных параметров от начального положения, рассчитывают попадание текущих результатов измерений длины окружности и отклонения зрачка в пределы статистических погрешностей для соответствующего текущего результата при ответе на вопросы нейтрального характера, полученные результаты разделяют на три категории психофизиологической реакции: нейтральную - при попадании обоих значений текущих результатов в пределы среднеквадратичного отклонения, среднюю - при попадании только одного из текущих результатов в пределы среднеквадратичного отклонения для длины окружности и для отклонения зрачка соответственно среднеквадратичного отклонения и высокую - при выходе обоих текущих результатов за пределы среднеквадратичного отклонения по динамическим изменениям, что позволяет судить о психофизиологическом состоянии человека.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что предварительно воздействуют на человека стимулом в виде световой вспышки, или звукового сигнала, или электрического разряда на кожу, регистрируют время возвращения зрачка в первоначальное состояние, по которому судят о психофизиологической готовности человека к тестированию.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что освещают ИК-излучением ведущий глаз, который предварительно определяют по индивидуальным параметрам подвижности зрачков.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что результаты исследований графически отображают на экране монитора и в виде таблицы, иллюстрирующей изменения трех измеряемых параметров движения зрачка человека.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что каждый кадр изображения реакции зрачка обрабатывают в реальном времени, в цифровой форме, затем преобразуют видеосигнал в бинарную форму с автоматическим определением уровня бинаризации, выделяют и измеряют длину окружности выделенного зрачка глаза, определяют координаты центра окружности, затем производят математическую обработку измеренных значений и запись их в базу данных с отображением психофизиологической реакции человека по всему массиву тестовых вопросов на экране монитора.