СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА Российский патент 2013 года по МПК A61B5/16 

Изобретение относится к медицине, в частности к технике измерения психофизиологических характеристик, и касается способа определения состояния человека-оператора, в частности, по степени его умственного утомления. В практике функциональной деятельности работников различных специальностей значительную долю рабочего времени занимает напряженная умственная работа. Это касается научных сотрудников, преподавателей, исследователей, операторов и др. Наступление умственной усталости наступает незаметно. Появляются ошибки, снижающие эффективность труда. Их появление особенно опасно в операторском труде, где следствием могут быть аварии, катастрофы и другие чрезвычайные происшествия, связанные с гибелью людей. Поэтому своевременное выявление наступления умственной усталости с целью принятия необходимых мер по недопущению ошибок способствует повышению эффективности труда специалистов, а в ряде случаев позволяет предупредить наступление чрезвычайных ситуаций и уменьшить риск для жизни персонала.

Известен способ определения степени умственного (зрительного) утомления, предусматривающий предъявление испытуемому сигналов с плавно изменяемой частотой (см., например, Деревянко В.А. и др. Интегральная оценка работоспособности при умственном и физическом труде, М., 1976, с.76). В этом способе испытуемому в качестве сигнала предъявляется поток мелькающего света.

Этот способ имеет недостатки: низкую достоверность из-за ограничения оценкой состояния только зрительного аппарата, которая является лишь частью общего состояния; большие разброс данных и количество измерений. Кроме того, использование этого способа связано с затруднениями при сравнении данных, полученных различными исследователями и для различных испытуемых. Перечисленные недостатки связаны в значительной степени с тем, что в процессе испытаний используется лишь зрительный аппарат человека в ограниченных условиях при наличии световых помех, а также ввиду небольших величин сдвига абсолютных значений критической частоты слияния мельканий в зависимости от изменения состояния оператора. Вместе с тем известно (см., например, А.В.Луизов. Глаз и свет. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.89-90), что критическая частота слияния мельканий зависит от многих факторов, в частности от: частоты мельканий, яркости светового потока, углового размера поля зрения, глубины модуляции яркости при мельканиях (амплитуды модуляций) и др. Кроме того, световая чувствительность сетчатки глаза в зависимости от удаленности от центра глаза существенно различна (см. там же, с.37-53), а ее рабочая зона, как правило, ограничена, особенно у испытуемых, характер профессиональной деятельности которых связан с операторским трудом, например у оператора военно-технических комплексов, авиаторов и др. Поэтому достоверность оценки по абсолютным значениям в одноразовом испытании не является высокой.

Известен способ определения состояния оператора, предусматривающий предъявление испытуемому (подачу в поле зрения его глаза) сигналов в виде потока мелькающего света изменяемой частоты и одновременно потока ровного света, определение момента, когда световые потоки будут казаться испытуемому одинаково светящимися (см., например, авторское свидетельство СССР №339280). Этот способ в ряде случаев позволяет произвести измерения более точно, поскольку предоставляет возможность ориентироваться на эталонный (ровный) поток света и задействовать несколько большую часть зрительного аппарата. Однако помещение в поле зрения испытуемого одновременно двух источников с разными характеристиками, непрерывное их сравнение и слежение за ними рассеивают внимание испытуемого и не дают в полной мере обеспечить и точность, и достоверность оценки. Яркость второго источника (с ровным потоком света) суммируется с яркостью первого и вызывает дополнительную погрешность (см. там же, с.85-87, 117-121). Кроме того, диагностика ограничивается, как и в предыдущем способе, оценкой состояния (утомления) в основном зрительного аппарата испытуемого.

Известен способ определения степени умственного утомления, заключающийся в предъявлении испытуемому сигналов переменной частоты в виде потока мелькающего света и измерении показателя реакции испытуемого на предъявленные сигналы путем измерения критической частоты слияния мельканий, воспринимаемой испытуемым (см., например, авторское свидетельство СССР №673266, кл. А61В 5/16, 1977). По этому способу дополнительно измеряют критическую частоту слияния мельканий, воспринимаемую другим глазом, и по разности получаемых величин определяют степень утомления. Этот способ в отличие от предыдущих предусматривает в большей степени определение состояния (усталости) не только зрительного аппарата, но и всего человека, в частности его умственного аппарата, поскольку в формировании зрительных образов участвует не только один глаз непосредственно, но и второй глаз, и большая часть мозга (см., например, А.В.Луизов. Глаз и свет. Л.: Энергоатомиздат, 1983, с.52-53). Однако этого приближения к реальности недостаточно, поскольку поле зрения одного глаза достаточно велико, например в горизонтальной плоскости оно составляет около 150° (см. там же, с.53-55), и рабочая зона поля зрения, как правило, значительно меньше. Особенно это относится к тем профессиональным работникам, деятельность которых связана с оптическими приборами и прежде всего с монокулярными приборами (микроскопами, телескопами, различного рода визирами, прицельными устройствами и др.). В этих случаях основную рабочую нагрузку воспринимает центральная часть сетчатки, угловой размер которой составляет единицы градусов. Учитывая угловые размеры подавляющего большинства типовых объектов, находящихся в пространстве предметов, с которыми контактирует зрительный аппарат глаза через оптический прибор, а также вероятности их отклонения от зрительной оси, можно определить угловой размер наиболее нагруженной части сетчатки глаза, который не превышает 3°. Поэтому применение в этих случаях способа по а.с. №673266 дает завышенный результат в определении состояния зрительного аппарата из-за участия в испытании как "уставших", так и "неуставших" частей сетчатки глаза. Кроме того, на достоверность оценки оказывает влияние в этом случае и оптическая составляющая зрительного аппарата, и та часть мозга, которая участвует в деятельности зрительного аппарата (см. там же, с.7-11, 66-71). Достоверность диагностики состояния оператора в отношении умственной деятельности в момент испытания зрительного аппарата не является высокой, поскольку оценивается лишь часть умственной деятельности мозга.

Известен способ определения состояния человека-оператора (по степени умственного утомления), заключающийся в предъявлении испытуемому сигнала переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях, измерении показателя реакции испытуемого на предъявленный сигнал и определении состояния человека-оператора (по степени умственного (зрительного) утомления) по относительному отклонению значения измеренного показателя. В этом случае в качестве предъявляемого сигнала также используется поток мелькающего света с изменяемой частотой, а в качестве одного из показателей - критическая частота слияния мельканий. Однако окончательную оценку производят по относительному отклонению показателя, измеренного в исходном (отдохнувшем) состоянии и в состоянии утомления, что повышает достоверность оценки. Кроме того, с этой же целью зрительный аппарат испытуемого экранируют от посторонних источников света, а световой поток направляют на его центральную часть. Процедура исследования в этом способе позволяет также несколько уменьшить нагрузку на зрительную систему испытуемого. Однако и в этом способе достоверность определения умственной усталости в значительной степени зависит от характеристик зрительного аппарата и опасность травмирования его не исключается.

Известен также принятый в настоящей заявке за прототип способ определения состояния человека-оператора (по степени умственного утомления), заключающийся в предъявлении испытуемому в отдохнувшем и утомленном состояниях сигналов переменной частоты, сформированных в виде требующих решения тестов, частоту предъявления которых изменяют пропорционально частоте их решения, а количество задают одинаковым для отдохнувшего и утомленного состояний, измерении показателей реакции испытуемого на предъявленные сигналы, оценке степени утомления по относительному отклонению значений измеренных показателей, определении в каждом из состояний суммарного времени решения заданного количества тестов, количества правильно решенных тестов и среднего времени правильного решения одного теста в соответствии с выражениями Тср.у=Тсум.у/Кпр.у, Тср.о=Тсум.о/Кпр.о, где Тср.у - среднее время правильного решения одного теста в утомленном состоянии, Тср.о - среднее время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, Тсум.у - суммарное время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии, Тсум.о - суммарное время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии, Кпр.у - количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии, Кпр.о - количество правильно решенных тестов в отдохнувшем состоянии.

Этот способ позволяет более точно и достоверно оценивать состояние человека-оператора (по степени его умственного утомления) и прогнозировать изменение профессиональных показателей операторов, особенно если их основной деятельностью является умственный труд. Кроме того, процедура исследования в этом способе обеспечивает более щадящий режим для зрительной системы. Раннее и более точное определение степени умственного утомления в конечном итоге позволяет своевременно предупреждать нежелательные действия операторов, их ошибки, вызванные умственным утомлением, а также исключать травмирование зрительного аппарата, сохранять его характеристики и долголетие. Однако реализация этого способа требует значительных временных и материальных затрат, связанных с обязательной необходимостью измерения показателей реакции операторов и в отдохнувшем, и в утомленном состояниях, а также ожидания их изменений.

Целью изобретения является повышение эффективности способа определения состояния человека-оператора путем сокращения временных и материальных затрат при его реализации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения состояния человека-оператора, заключающемся в предъявлении испытуемому в отдохнувшем и утомленном состояниях сигналов переменной частоты, сформированных в виде требующих решения тестов, частоту предъявления которых изменяют пропорционально частоте их решения, а количество задают одинаковым для отдохнувшего и утомленного состояний, измерении показателей реакции испытуемого на предъявленные сигналы, оценке степени утомления по относительному отклонению значений измеренных показателей, определении в каждом из состояний суммарного времени решения заданного количества тестов, количества правильно решенных тестов и среднего времени правильного решения одного теста в соответствии с выражениями Тср.у=Тсум.у/Кпр.у, Тср.о=Тсум.о/Кпр.о, где Тср.у - среднее время правильного решения одного теста в утомленном состоянии, Тср.о - среднее время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, Тсум.у - суммарное время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии, Тсум.о - суммарное время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии, Кпр.у - количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии, Кпр.о - количество правильно решенных тестов в отдохнувшем состоянии, после проведения n опытов определяют эталонное время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии в соответствии с выражением Тэо=(Тср.о₁+Тср.о₂+Тср.о₃+…+Тср.o_n)/n, где Тэо - эталонное время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, 1, 2, 3,…n - порядковые номера проводимых опытов, n - количество проведенных опытов, а оценку состояния человека-оператора в дальнейшем производят по относительному изменению среднего времени правильного решения одного теста в утомленном состоянии в соответствии с выражением (Тср.у-Тэо)100%/Тср.у.

Применение предлагаемого способа определения состояния человека-оператора (по степени умственного утомления) позволяет повысить его эффективность путем сокращения временных и материальных затрат при его реализации, а также снизить зрительные нагрузки на испытуемого.

Реализация предложенного способа происходит следующим образом. Предъявляют испытуемому сигналы переменной частоты в отдохнувшем и утомленном состояниях. Сигналы формируют в виде тестов, требующих решения, то есть представляющих именно умственную нагрузку. Целесообразно, чтобы эта умственная нагрузка была близкой к профессиональной деятельности испытуемого. Тесты могут составляться из типовых задач, характерных для профессиональной деятельности испытуемого, что обеспечивает стабильность результатов и статистическую надежность, так как процесс испытания практически не изменяет уровень мастерства испытуемого, а также экономию времени, поскольку исключает необходимость предварительной подготовки испытуемого. Для обеспечения универсальности в тестах могут использоваться общепринятые, доступные широкой аудитории логические, математические, технические и др. выражения, не требующие глубоких или специальных знаний. Например, каждый тест может содержать определенное математическое выражение, требующее выполнения заданных действий. В простейшем случае это могут быть две или несколько цифр, которые необходимо сложить. Тесты по сложности и структуре должны быть однотипными, подобными друг другу (для обеспечения однородности), а цифры задаваться случайным образом (чтобы обеспечить независимость и последующую сравнимость результатов испытаний и испытуемых). Частота предъявления тестов (сигналов) изменяется и зависит от скорости выполнения тестов. Каждый последующий тест предъявляется испытуемому только после решения им предыдущего теста (в случае математических выражений). Математические тесты целесообразно предъявлять (руководителем) с помощью экрана видеоконтрольного устройства. Их решения, если их необходимо записывать, также размещаются (испытуемым) на экране рядом с математическим выражением. При подаче тестов необходимо следить за тем, чтобы процесс их подачи не влиял на процесс их выполнения (решения): чтобы решение не замедлялось из-за преждевременного появления или отсутствия математического выражения на экране, поскольку в обоих случаях создает помехи работе испытуемого.

С целью сближения условий испытаний в отдохнувшем и утомленном состояниях количество тестов и в первом и во втором случаях принимают одинаковым и проводят в несколько серий. Исследования показывают, что целесообразно проводить 3-5 серии, по 10 тестов в каждой из них. С целью максимального выравнивания нагрузок для всех серий и состояний, упрощения проведения испытаний и обеспечения инвариантности по отношению к профессиональным особенностям испытуемых в каждом тесте математическое выражение составляют из двузначных целых случайных чисел, в качестве действий используются суммирование и вычитание. При этом числа подбираются и расставляются таким образом, чтобы результат был также двузначным числом. Затем определяется суммарное время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии Тсум.у и в отдохнувшем состоянии Тсум.о, а также количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии Кпр.у и в отдохнувшем состоянии Кпр.о. Далее определяют среднее время правильного решения в каждом из состояний. В утомленном: Тср.у=Тсум.у/Кпр.у и в отдохнувшем: Тср.о=Тсум.о/Кпр.о. Оценку степени умственного утомления Δу.у, как и в прототипе, производят по относительному изменению среднего времени правильного решения в процентах в соответствии с выражением Δу.у=(Т.ср.у-Тср.о)100%/Тср.у. В этом случае предложенный способ может использоваться (как и прототип) и по сравнению с известными более критичен к умственной нагрузке, поскольку из оценки практически исключена составляющая зрительного аппарата. Его реализация с технической точки зрения не вызывает затруднений. Достаточно иметь видеоконтрольное устройство и датчик времени. В простейшем случае можно ограничиться классной доской, мелом и секундомером. При наличии компьютера возможности способа значительно расширяются.

Однако во всех случаях для его постоянной реализации измерение показателей необходимо производить и в отдохнувшем, и в утомленном состояниях. Кроме того, промежуток времени между утомленным и отдохнувшим состояниями оператора, как правило, велик (часы, этапы, смены и др.). Опыт использования способа-прототипа показывает, что в отдохнувшем состоянии у операторов-профессионалов значение показателей их реакции на предъявленные сигналы от опыта к опыту практически не изменяется. Поэтому становится возможным после проведения определенного количества опытов (n) определять осредненное значение времени правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии (эталонное время) в соответствии с выражением Тэо=(Тср.о₁+Тср.о₂+Тср.о₃+…+Тср.o_n)/n, где Тэо - эталонное время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, 1, 2, 3,…n - порядковые номера проводимых опытов, n - количество проведенных опытов, а оценку состояния человека-оператора в дальнейшем производить по относительному изменению среднего времени правильного решения одного теста в утомленном состоянии в соответствии с выражением (Тср.у-Тэо)100%/Тср.у. Опыт показал, что для определения n достаточно проведения 2-5 опытов.

Этот способ (как и прототип) позволяет более точно и достоверно оценивать состояние человека-оператора (по степени его умственного утомления) и прогнозировать изменение профессиональных показателей операторов, особенно если их основной деятельностью является умственный труд. По сравнению со способом-прототипом позволяет повысить его эффективность, сократить время его проведения более чем на 30%.

Изобретение относится к области медицины, а конкретно - к способам определения состояния человека-оператора. Испытуемому предъявляют в отдохнувшем и утомленном состояниях сигналы переменной частоты, сформированные в виде требующих решения тестов, количество которых задают одинаковым для отдохнувшего и утомленного состояний, измеряют показатели реакции испытуемого на предъявленные сигналы. После проведения n опытов определяют эталонное время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии в соответствии с выражением Тэо=(Тср.о₁+Тср.о₂+Тср.о₃++…+Тср.o_n)/т, где Тэо - эталонное время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, Тср.о - среднее время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, 1, 2, 3,…n - порядковые номера проводимых опытов, n - количество проведенных опытов. Оценку состояния человека-оператора в дальнейшем производят по относительному изменению среднего времени правильного решения одного теста в утомленном состоянии в соответствии с выражением (Тср.у-Тэо)100%/Тср.у, где Тср.у - среднее время правильного решения одного теста в утомленном состоянии. Способ позволяет точно и достоверно оценивать состояние человека-оператора по степени его умственного утомления и прогнозировать изменение профессиональных показателей операторов.

Способ определения состояния человека-оператора, заключающийся в предъявлении испытуемому в отдохнувшем и утомленном состояниях сигналов переменной частоты, сформированных в виде требующих решения тестов, частоту предъявления которых изменяют пропорционально частоте их решения, а количество задают одинаковым для отдохнувшего и утомленного состояний, измерении показателей реакции испытуемого на предъявленные сигналы, оценке степени утомления по относительному отклонению значений измеренных показателей, определении в каждом из состояний суммарного времени решения заданного количества тестов, количества правильно решенных тестов и среднего времени правильного решения одного теста в соответствии с выражениями Тср.у=Тсум.у/Кпр.у, Тср.о=Тсум.о/Кпр.о, где Тср.у - среднее время правильного решения одного теста в утомленном состоянии, Тср.о - среднее время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, Тсум.у - суммарное время решения заданного количества тестов в утомленном состоянии, Тсум.о - суммарное время решения заданного количества тестов в отдохнувшем состоянии, Кпр.у - количество правильно решенных тестов в утомленном состоянии, Кпр.о - количество правильно решенных тестов в отдохнувшем состоянии, отличающийся тем, что после проведения n опытов определяют эталонное время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии в соответствии с выражением Тэо=(Тср.о₁+Тср.о₂+Тср.о₃+…+Тср.o_n)/n, где Тэо - эталонное время правильного решения одного теста в отдохнувшем состоянии, 1, 2, 3,…n - порядковые номера проводимых опытов, n - количество проведенных опытов, а оценку состояния человека-оператора в дальнейшем производят по относительному изменению среднего времени правильного решения одного теста в утомленном состоянии в соответствии с выражением (Тср.у-Тэо)100%/Тср.у.