СПОСОБ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК A61B5/11 A61B5/103 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам и устройствам исследования непроизвольных движений (тремора) подвижных звеньев тела человека, параметры которых отражают функциональное состояние системы управления движениями, и может быть использовано в диагностических целях для раннего выявления патологических состояний центральной нервной системы в системах профотбора, в спортивной медицине для оценки влияния психофизиологических нагрузок, а также в научных исследованиях нейронных механизмов организации движений.

Известен способ оценки состояния центральной нервной системы путем обнаружения тремора и обработки полученного сигнала [Пат. US №5772611, А61В 10/00 5/11 5/16, 30.06.1998], заключающийся в прикреплении маркеров или датчиков ускорения на исследуемые части тела человека, регистрации колебаний подвижных звеньев тела и последующем анализе этих колебаний, заключающемся в определении и сравнении частоты колебаний с эталонными патологическими частотами, и по совпадению выделенной частоты с эталонной определяют состояние центральной нервной системы.

Известно устройство для оценки функционального состояния центральной нервной системы [Пат. РФ №2076632, А61В 5/16, 14.04.1992], которое содержит опорный элемент и измерительные элементы, снабженные тензодатчиками в виде тензорезисторов, выходы которых подключены к входам дифференциального усилителя, блок сенсорных раздражителей, вычислитель, аналого-цифровой преобразователь и средство отображения информации.

Однако в основе известных способа и устройства лежит регистрация и анализ движений, что не позволяет объективно оценивать состояние управляющих структур мозга. Использование такой системы позволяет только анализировать движения и характеризовать их как патологические или нет. При этом затруднена дифференциация форм тремора, возникающего в результате поражения различных структур мозга, так как колебания звеньев тела определены в основном параметрами их инерционных масс.

В устройстве [Пат. РФ №2076632, А61В 5/16, 14.04.1992] регистрируется абсолютная величина усилия (вес пациента) и не выделяется произвольный и непроизвольный компоненты моторных команд. Кроме того, в известном устройстве и способе регистрации движений не учитываются условия получения от датчиков соответствующих электрических сигналов. От этого зависит возможность дальнейшего применения тех или иных методов анализа и интерпретации данных, особенно при регистрации движений с прикреплением к обследуемому различных датчиков, так как в зависимости от их физических параметров (массы, размеров), ориентации и расположения на подвижных звеньях тела человека могут быть получены различные результаты.

Из известных способов и устройств оценки состояния центральной нервной системы наиболее близкими по сущности оценки являются способ и устройство, представленные в патенте [Пат. РФ №2195869, А61В 5/16, 5/11, 08.11.2000], который и выбран в качестве прототипа. Прототипные способ и устройство позволяют осуществлять раннее выявление патологических состояний центральных структур нервной системы, более точный анализ произвольных управляющих воздействий, более точную диагностику и оценку работы центральных структур системы управления движениями и в конечном итоге улучшить контроль подбора медикаментозных средств и действенности лекарственной терапии.

Прототипный способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, основанный на приведении в соприкосновение тела с опорным элементом, получении сигнала обратной связи в виде усредненной величины текущего изометрического усилия, прикладываемого человеком к опорному элементу, выделении в реальном масштабе времени непроизвольного компонента этого усилия и определении частоты колебаний подвижных звеньев тела с последующим анализом этих колебаний, при этом выделяют непроизвольный компонент изометрического усилия как разность между текущим произвольным усилием и его усредненной за некоторый интервал времени величиной и далее по частоте, амплитуде и форме колебаний определяют функциональное состояние центральной нервной системы.

Кроме того, одновременно осуществляют многоканальную регистрацию и обработку произвольных изометрических усилий двух и более частей подвижных звеньев тела.

Прототипное устройство для оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, содержащее измерительные блоки по числу одновременно регистрируемых звеньев тела человека, каждый из которых содержит последовательно соединенные опорный элемент, измерительный тензоэлемент, дифференциальный усилитель, интегрирующий усилитель и дополнительный дифференциальный усилитель по первому входу, второй вход которого подключен к соответствующему входу многоканального аналого-цифрового преобразователя и к выходу первого дифференциального усилителя, вычислитель с подключенными средствами отображения информации, блок сенсорных раздражителей, выполненный с возможностью формирования сигналов сенсорных раздражителей по сигналу обратной связи с выходов интегрирующих усилителей измерительных блоков, соединенных с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, на другие входы которого подсоединены выходы дополнительных дифференциальных усилителей измерительных блоков, при этом многоканальный аналого-цифровой преобразователь имеет внешний вход для ввода физиологических параметров, а его выход соединен с вычислителем, выход которого соединен с блоком сенсорных раздражителей.

Этот способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека основан на том, что регистрируется произвольно управляемое изометрическое усилие и выделяется непроизвольный компонент этого усилия, в характеристиках которого содержится информация о состоянии управляющих структур мозга. Выделение непроизвольного компонента осуществляется как усиленная разность между текущими значениями произвольно управляемого усилия и его сглаженной (усредненной за некоторый интервал времени - постоянная времени не более 2 с, т.е. текущее среднее) величиной. Эта сглаженная величина произвольного усилия представляет сигнал обратной связи в тестовых задачах слежения или удержания требуемого усилия. Выделение частотных и амплитудных параметров последовательных временных рядов произвольного усилия и непроизвольного компонента, корреляционный анализ и результаты статистической обработки позволяют судить о функциональном состоянии центральной нервной системы.

Однако в основе способа и устройства прототипа при получении сигнала обратной связи и выделении непроизвольной компоненты изометрического усилия лежит использование только произвольных усилий, прикладываемых человеком к опорному элементу, что ограничивает функциональные возможности способа, точность диагностики и оценки работы центральных структур системы управления движениями.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является более раннее выявление патологических состояний центральных структур нервной системы, точный анализ произвольных управляющих воздействий с учетом диапазонов градаций усилий, более точная диагностика и оценка работы центральных структур системы управления движениями, расширение дифференциации форм тремора на ранней стадии и в том числе при оценке влияния психофизиологических нагрузок в спортивной медицине.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей способа оценки состояния центральной нервной системы человека, повышение точности диагностики и оценки работы центральных структур системы управления движениями.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, основанном на приведении в соприкосновение тела с опорным элементом, получении сигнала образной связи в виде усредненной величины текущего изометрического усилия, прикладываемого человеком к опорному элементу, выделении в реальном масштабе времени непроизвольного компонента этого усилия и определении частоты колебаний подвижных звеньев тела с последующим анализом этих колебаний, причем непроизвольные компоненты изометрического усилия выделяют как разность между текущим задаваемым по градациям от слабого к сильному усилием и его усредненной для каждой градации за некоторый интервал времени величиной, так и интегрально для всех градаций, и далее по частоте, амплитуде и форме колебаний непроизвольных задаваемых компонентов изометрического усилия определяют функциональное состояние центральной нервной системы.

Кроме того, одновременно осуществляют многоканальную регистрацию и обработку задаваемых по градациям изометрических усилий двух и более частей подвижных звеньев тела.

Для реализации заявленного способа в устройство для оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, содержащее измерительные блоки по числу одновременно регистрируемых звеньев тела человека, каждый из которых содержит последовательно соединенные опорный элемент, измерительный тензоэлемент, дифференциальный усилитель, интегрирующий усилитель и дополнительный дифференциальный усилитель по первому входу, второй вход которого подключен к соответствующему входу многоканального аналого-цифрового преобразователя и к выходу первого дифференциального усилителя, вычислитель с подключенными средствами отображения информации, блок сенсорных раздражителей, выполненный с возможностью формирования сигналов сенсорных раздражителей по сигналу обратной связи с выходов интегрирующих усилителей измерительных блоков, соединенных с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, на другие входы которого подсоединены выходы дополнительных дифференциальных усилителей измерительных блоков, при этом многоканальный аналого-цифровой преобразователь имеет внешний вход для ввода физиологических параметров, а его выход соединен с вычислителем, в устройство введены блок задания диапазона, а в каждый измерительный блок - элемент формирования градаций и пороговый элемент оценки диапазона с выходом, подключенным из каждого измерительного блока к соответствующему входу вычислителя, выход которого через блок задания диапазона соединен с блоком сенсорных раздражителей и по второму каналу - с элементами формирования градаций в каждом измерительном блоке, а выходы этих элементов подсоединены к первым входам соответствующих пороговых элементов оценки диапазона, вторые входы которых объединены с выходами интегрирующих усилителей соответствующих измерительных блоков.

Сущность предлагаемого способа оценки функционального состояния центральной нервной системы человека и устройства для его реализации состоит в использовании задаваемых по градациям от слабых к сильным усилиям, прикладываемых человеком к опорному элементу, и введении с этой целью управляемого вычислителем общего блока задания диапазона, воздействующего соответствующим образом на блок сенсорных раздражителей, а также на элементы формирования градаций с пороговыми элементами оценки диапазонов в каждом измерительном блоке.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства для оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, на фиг. 2 представлены пятисекундные фрагменты хранящихся в памяти компьютера записей непроизвольного компонента (выход дополнительного дифференциального усилителя), удерживаемого руками по заданной градации усилия в 3 кг в течение 30 секунд для начала [0; 5], середины [13; 18] и конца [25; 30] интервала регистрации (А и Б - здоровый испытуемый, левая и правая рука; соответственно В и Г, Д и Е - пациенты с диагнозом симптоматический тремор и с диагнозом синдром паркинсонизма. Ось абсцисс: время, с. Ось ординат: усилие, г), на фиг. 3 представлено сравнение форм колебаний непроизвольного компонента при различных уровнях усилий, удерживаемых руками по заданным градациям от минимальной j=1 до максимальной j=5 в течение 30 секунд, представлены 6-секундные фрагменты (А и Б - здоровый испытуемый, левая и правая рука; соответственно В и Г, Д и Е - пациенты с диагнозом симптоматический тремор и с диагнозом синдром паркинсонизма. Ось абсцисс: время, с. Ось ординат: усилие, г), на фиг. 4, 5, 6, 7 даны примеры экспресс-обработки сигналов для оценки функционального состояния центральной нервной системы, представлены результаты обследования здорового человека в возрасте 22 года (фиг. 4, 5) и пациента с диагнозом симптоматический тремор с заметным проявлением на правой руке в возрасте 68 лет (фиг. 6, 7), на фиг. 8 представлена блок-схема алгоритма работы вычислителя в составе устройства.

На фиг. 4, 6 представлены диаграммы, отображающие статистические данные значений 30-секундной регистрации прикладываемых изометрических усилий различных градаций при выполнении стандартных тестов для выпрямленных перед собой рук и соответствующих им непроизвольных компонентов. А - средние величины удерживаемых за время теста усилий; Б - средние величины непроизвольных компонент, сопутствующих удерживаемым усилиям; В - среднеквадратические отклонения удерживаемых за время теста усилий; Г - среднеквадратические отклонения непроизвольных компонент; Д - разница между средними величинами удерживаемых за время теста усилий в соседних градациях; Е - разница между средними величинами непроизвольных компонент сопутствующих удерживаемым усилиям в соседних градациях.

На всех диаграммах в каждой паре левый столбик соответствует усилию левой руки, а правый столбик - усилию правой руки.

На фиг. 5, 7 представлены графики, содержащие результаты преобразования Фурье. А, Б - для удерживаемых за время теста усилий, левая и правая рука (нормированы к максимальному значению); В, Г - для непроизвольных компонент, сопутствующих удерживаемым усилиям, левая и правая рука; Д, Е - для непроизвольных компонент, сопутствующих удерживаемым усилиям, левая и правая рука (нормированы к максимальному значению). По горизонтальной оси: частота, Гц. Вглубь: распределение спектральной плотности при соответствующих тестах Т1-Т5 по пяти диапазонам усилий.

Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека основан на приведении в соприкосновение тела с опорным элементом, получении сигнала обратной связи в виде усредненной величины текущего изометрического усилия, прикладываемою человеком к опорному элементу, выделении в реальном масштабе времени непроизвольного компонента этого усилия и определении частоты колебаний подвижных звеньев тела с последующим анализом этих колебаний. При этом непроизвольные компоненты изометрического усилия выделяют как разность между текущим, задаваемым по градациям от слабого к сильному, усилием и его усредненной для каждой градации за некоторый интервал времени величиной, так и интегрально для всех градаций, и далее по частоте, амплитуде и форме колебаний непроизвольных задаваемых компонентов изометрического усилия определяют функциональное состояние центральной нервной системы, привлекая также корреляционный анализ и результаты статистической обработки.

Устройство для оценки функционального состояния центральной нервной системы человека (фиг. 1) содержит измерительные блоки 1 по числу одновременно регистрируемых звеньев тела человека, каждый из которых содержит последовательно соединенные опорный элемент 2, измерительный тензоэлемент 3, дифференциальный усилитель 4, интегрирующий усилитель 5 и дополнительный дифференциальный усилитель 6 по первому входу, второй вход которого подключен к соответствующему входу многоканального аналого-цифрового преобразователя 7 и к выходу первого дифференциального усилителя 4, вычислитель 8 с подключенными средствами отображения информации 9, блок сенсорных раздражителей 10, выполненный с возможностью формирования сигналов сенсорных раздражителей по сигналу обратной связи с выходов интегрирующих усилителей 5 измерительных блоков 1, соединенных с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя 7, на другие входы которого подсоединены выходы дополнительных дифференциальных усилителей 6 измерительных блоков 1, при этом многоканальный аналого-цифровой преобразователь 7 имеет внешний вход для ввода физиологических параметров 11, а его выход соединен с вычислителем 8.

Кроме того, устройство содержит блок задания диапазона 12, а в каждом измерительном блоке - элемент формирования градаций 13 и пороговый элемент оценки диапазона 14 с выходом, подключенным из каждого измерительного блока 1 к соответствующему входу вычислителя 8, выход которого через блок задания диапазона 12 соединен с блоком сенсорных раздражителей 10 и по второму каналу - с элементами формирования градаций 13 в каждом измерительном блоке 1, а выходы этих элементов 13 подсоединены к первым входам соответствующих пороговых элементов оценки диапазона 14, вторые входы которых объединены с выходами интегрирующих усилителей 5 соответствующих измерительных блоков 1.

Работа устройства и способ оценки функционального состояния центральной нервной системы поясняются представленными осциллограммами при измерении задаваемых по градациям усилий, которые формируются одновременно выпрямленными руками. Процесс получения результата на средствах отображения информации 9 заключается в следующем.

Испытуемый или пациент 15 надавливает пальцами рук на опорные элементы 2 соответствующих измерительных блоков 1-а и 1-б и по визуальным (в данном случае) сигналам обратной связи с блока сенсорных раздражителей 10 следит за уровнем собственного усилия, удерживая по инструкции на заданном в системе градаций уровне метки на экране, смещение которых пропорционально уровню формируемого в соответствии с градацией усилия.

Сигнал обратной связи с выхода интегрирующего усилителя 5 через аналого-цифровой преобразователь 7, вычислитель 8 и блок задания градаций 12 может отображаться в блоке сенсорных раздражителей 10, воздействуя на человека 15, который прикладывает усилие к опорному элементу 2.

Количество измерительных блоков 1 соответствует числу одновременно регистрируемых звеньев тела, а выходы усилителей 4, 5, 6 каждого из измерительных блоков 1 подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя 7, в который также могут быть введены по другим входам 11 аналого-цифрового преобразователя 7 физиологические параметры (например, электрокардиограмма), характеризующие состояние испытуемого или применяемые к нему воздействия. Все усилители выполнены на базе операционных усилителей современных интегральных микросхем. Прохождение сигналов осуществляется только по постоянному току, что не вносит искажений в частотном диапазоне регистрируемого усилия.

Соответствующие метки, отдельно для левой и правой руки, различаются на экране монитора в блоке сенсорных раздражителей 10, при этом благодаря элементам формирования градаций 13 и оценки диапазона 14 в каждом измерительном блоке 1 вырабатывается сигнал соответствия приложенного усилия заданному в блоке 12 диапазону.

Сглаженный сигнал с выхода интегрирующего усилителя 5 выполняет несколько функций.

Во-первых, он поступает на первый вход дополнительного дифференциального усилителя 6 как опорное напряжение, относительно которого измеряются все отклонения удерживаемого по заданным градациям усилия, поступающего с опорного элемента 2 на измерительный тензо-элемент 3, который выдает электрический сигнал через дифференциальный усилитель 4 на интегрирующий усилитель 5 и второй вход дополнительного дифференциального усилителя 6. На выходе этого усилителя 6 выделяется непроизвольный компонент управления, в параметрах которого отражено функциональное состояние структур центральной нервной системы.

Во-вторых, предъявление сглаженного сигнала исключает включение автоматической (неосознаваемой) реакции от сенсорных органов, реагирующих достаточно быстро (10-15 мс) на любые внешние изменения при усилиях в любом диапазоне градаций.

В-третьих, он позволяет выделить непроизвольный компонент управления без искажений, характерных для устройств, записывающих только переменную составляющую сигналов вследствие их фильтрации.

В-четвертых, сглаженный сигнал сравнивается элементом оценки диапазона 14 с двухуровневым сигналом градации, сформированным элементом 13 под управлением блока задания диапазона 12.

Характерный вид непроизвольного усилия у здоровых испытуемых и обследуемых пациентов показан на фиг. 2. Записи выполнены при удерживаемом 30 секунд на средней градации (приблизительно 3 кг) усилии и представлены их фрагменты по 5 секунд в разных частях процесса измерения: в начале, середине и конце, и показывают сложную форму колебаний, их различный частотный диапазон, амплитуду, возможную асимметрию колебаний непроизвольного компонента в правой и левой конечностях.

На фиг. 2 представлены здоровый испытуемый и обследуемые пациенты. На осциллограммах видно, что оценка процесса во времени позволяет выявить разное проявление тремора:

- для здорового испытуемого (фиг. 2 А, Б) со временем тремор имеет тенденцию успокаиваться;

- для пациента с диагнозом симптоматический тремор (фиг. 2 В, Г) характерно снижение амплитуды высокочастотного тремора, а также снижение асимметрии колебаний правой и левой руки;

- для пациента с диагнозом синдром паркинсонизма (фиг. 2 Д, Е) тремор с течением времени качественно не изменяется.

Преимущество метода характеризуют осциллограммы на фиг. 3, представляющие в одинаковом масштабе кривые непроизвольного компонента, удерживаемого i-го усилия на различных от 1 до n градациях, относящихся к соответствующим j-ым диапазонам усилий, где j∈[1; m]. В приведенном примере число диапазонов m=5, которые в соответствии с прилагаемыми усилиями из практики условно названы:

(j=1) - очень слабые [0.0; 0.5] кг;

(j=2) - слабые [0.6; 1.6] кг;

(j=3) - средние [1.7; 3.2] кг;

(j=4) - сильные [3.3; 5.0] кг;

(j=5) - очень сильные [5.1; 7.5] кг.

Для здорового испытуемого (фиг. 3 А, Б) и каждого обследуемого пациента (фиг. 3 В, Г; фиг. 3 Д, Е) приведено по две кривые, составленные из пяти 6-и секундных фрагментов осциллограмм измерений непроизвольной компоненты, соответствующих удерживаемым в j-ых диапазонах усилиям: верхняя кривая - для левой руки и нижняя кривая - для правой.

В каждой из пар (фиг. 3) левые крайние кривые получены при близком к минимальному задаваемому градацией усилии, удерживаемом в течение 30 секунд, а правые крайние - при близком к максимальному. Остальные три фрагмента аналогично задаваемых по градациям усилий расположены в соответствии с диапазонами от меньшего (слева) к большему (справа).

В параметрах правых кривых отражены структуры прохождения управляющих команд на всех уровнях организации системы управления движениями. Специальные методы анализа позволяют извлечь характерные признаки из кривых изометрического усилия с учетом оценки процесса во времени и в градациях усилий, удерживаемых в соответствующих задаваемых диапазонах. Ясно, что в получаемом результате заключено больше информации, чем в результате анализа граничных измерений, реализуемых в прототипе.

На фиг. 4, 5 представлены примеры предварительной экспресс-оценки функционального состояния центральной нервной системы здорового человека для пяти тестов (T1÷T5) по пяти диапазонам усилий, а на фиг. 6, 7 - пациента с диагнозом симптоматический тремор.

Статистический анализ характеризует средние величины удерживаемых в соответствии с градациями за время теста усилий (фиг. 4 А; фиг. 6 А) и средние величины сопутствующих непроизвольных компонент (фиг. 4 Б; фиг. 6 Б), а стандартные отклонения характеризуют их разбросы (фиг. 4 В, Г; фиг. 6 В, Г). Эти параметры меняются при изменении условий обратной связи и характеризуют состояние сенсорных трактов человека. При этом разница между средними величинами удерживаемых в соответствии с градациями усилий не значительна при смене градаций (фиг. 4. Д; фиг. 6 Д). Разница между соседними средними величинами соответствующих непроизвольных компонент для здорового человека в начале градаций немного увеличивается, а в конце - уменьшается (фиг. 4 Е), а для пациента с диагнозом симптоматический тремор имеет ярко выраженное нелинейное возрастание при приближении к максимальной градации (фиг. 6 Е).

Спектральный анализ удерживаемого в соответствии с градацией усилия (фиг. 5 А, Б; фиг. 7 А, Б) характеризует способность человека корректировать свои движения.

Мощность спектра (фиг. 5 В, Г; фиг. 7 В, Г) в диапазоне 0-1 Гц показывает степень осознанного, контролируемого выполнения теста. В этом диапазоне мощность спектральных составляющих у здорового человека (фиг. 5 В, Г) прямо пропорциональна прикладываемому усилию, а у пациента с диагнозом симптоматический тремор (фиг. 7 В, Г) имеет место нелинейное нарастание этой мощности по градациям.

Активность в диапазоне частот свыше 1-2 Гц является непроизвольной и характеризует функциональное состояние нейронных структур мозга. Значительный рост амплитуды спектральных составляющих в этом диапазоне является индикатором патологических состояний.

На фиг. 5 А, Б, Д, Е и фиг. 7 А, Б, Д, Е представлены нормированные к максимальному значению распределения спектральной плотности, чтобы сопоставить их при разных условиях тестирования по градациям усилий.

Спектральная плотность в диапазоне 1-3 Гц характеризует особенности программного, автоматического поддержания усилия (позы) системой управления движениями с вовлечением в управление коры и подкорковых структур.

Повышенная амплитуда спектральных составляющих в области 3-7 Гц по сравнению с соседними областями связана со структурными изменениями в нервной системе, например, паркинсонизмом или хореей. На фиг. 7 Д, Е для пациента с диагнозом симптоматический тремор этот рост амплитуды четко проявляется в большую сторону. Кроме того, сравнение в данном диапазоне спектральных составляющих на различных градациях усилий показывает изменение амплитуды по градациям, причем у левой руки (фиг. 7 В) и у больной правой (фиг. 7 Г) функции роста отличаются.

В норме диапазон 4-7 Гц характеризуется пониженной амплитудой спектральных составляющих по сравнению с соседними областями (фиг. 5 В, Г), и что особенно хорошо видно на фиг. 5 Д, Е.

Диапазон 8-12 Гц характеризует состояние спинальных, сегментарных механизмов системы управления движениями, активность в котором увеличивается при приближении по градациям усилий к максимальным мышечным напряжениям. Причем у пациента с диагнозом симптоматический тремор, для левой руки (фиг. 7 В) и для больной правой (фиг. 7 Г), это начинает проявляться уже на средних мышечных напряжениях больной руки.

Анализ непроизвольного компонента (фиг. 5 В, Г, Д, Е; фиг. 7 В, Г, Д, Е) позволяет провести более тонкую оценку процесса управления, в частности с использованием кросскорреляционных методов.

Широкое распространение персональных компьютеров позволяет использовать их как средства регистрации, отображения информации и обработки экспериментальных данных.

На фиг. 8 представлен алгоритм работы вычислителя в составе устройства. После загрузки программы в оперативную память и ее запуска на экране монитора появляется окно, в которое заносятся данные об обследуемом и условии тестирования с учетом диапазона градаций усилий. После их ввода в оперативную память автоматически срабатывает блок задания диапазона, который включает элементы формирования градаций в измерительных блоках и блок сенсорных раздражителей. Обследуемому предъявляются соответствующие сигналы (в случае зрительной обратной связи, например, метки на экране монитора). В соответствии с инструкцией обследуемый, воздействуя на опорные элементы, управляет по цепи обратной связи положением меток или требуемыми параметрами предъявляемых сигналов. После завершения процедуры ознакомления с заданием и при его правильном выполнении включается режим регистрации с учетом диапазонов, который может повторяться требуемое число раз в цикле без выхода из программы. После прекращения тестирования включаются режимы отображения первичной информации, или данные используются стандартными, или специализированными программами математического анализа для более детальной обработки и отображения результатов тестирования.

При работе с устройством в процессе реализации данного способа пациент или испытуемый касается опорных элементов исследуемыми звеньями тела (пальцы, запястье, локоть) и совмещает (при зрительной обратной связи) метки на экране монитора, удерживая их вместе на требуемом уровне в течение заданного времени, необходимого для проведения достоверной статистической обработки данных. Возможны самые различные условия выполнения слежения за метками на экране, вплоть до отслеживания изменения их положения, что определяется задачами исследования. Устройство не имеет регулировок и позволяет регистрировать усилие с точностью 5 г на 18-разрядном АЦП в диапазоне ±10 кг. Представленные на фиг. 2-7 данные вводили в компьютер с частотой квантования 320 Гц.

Использование способа регистрации, удерживаемого в соответствии с градацией усилия, и выделение соответствующего непроизвольного компонента управления в задаче слежения за величиной изометрического усилия в условиях различных видов обратной связи - зрительной, слуховой, тактильной, смысловой, при предъявлении соответствующих сигналов открывает широкие возможности исследования нейронных механизмов управления движениями, в том числе в процессе получения психофизиологических нагрузок в спортивной медицине.

Именно параметры изометрически регистрируемого усилия с учетом диапазонов градаций могут дать наиболее точную дифференцированную характеристику процессов центрального управления и охарактеризовать состояние организованных иерархически управляющих нейронных структур от спинального (сегментарного) уровня до коры больших полушарий мозга.

Кроме того, регистрация усилия в изометрическом режиме по градациям позволяет контролировать произвольный компонент управления, как и у прототипа, и не требует наложения на обследуемого или испытуемого каких-либо датчиков, что значительно упрощает процедуру регистрации и сводит до минимума (определяемого длительностью регистрации) время обследования, позволяя осуществлять массовую экспресс-диагностику населения как, например, при флюорографии.

Предполагается, что чувствительность метода в сочетании с оценкой процесса во времени и по градациям усилий позволит тестировать влияние на человека психофизиологических нагрузок и различных факторов среды и воздействие электрических и магнитных полей, широко применяемых в настоящее время не только в медицинских целях.

Группа изобретений относится к медицине и медицинской технике и может быть использована в профотборе и в спортивной медицине. Надавливают на опорный элемент и с помощью сигнала обратной связи удерживают заданный уровень усилия. Регистрируют значения изометрического усилия. Выделяют непроизвольный компонент этого усилия и определяют частоты колебаний конечностей тела. При этом непроизвольный компонент усилия выделяют в каждой градации процесса измерения: - в начале, середине и конце, как разность между текущим задаваемым по градациям от слабого к сильному усилию и его усредненной величиной. По частоте, амплитуде и форме колебаний выделенных непроизвольных компонентов изометрического усилия в каждой из градаций определяют функциональное состояние центральной нервной системы. Способ осуществляют с помощью устройства, которое содержит АЦП, вычислитель, средства отображения информации, блоки раздражителей и задания диапазона. Измерительные блоки, включающие в себя опорный элемент, тензоэлемент, дифференциальные и интегрирующие усилители, элемент формирования градаций и пороговый элемент. Изобретение повышает достоверность диагностики, что достигается за счет дополнительного введения в устройство блока задания диапазона, элемента формирования градаций и порогового элемента оценки диапазона, позволяющих определить параметры усилия в каждой градации измерения. 2 н. и 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Способ оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, основанный на приведении в соприкосновение тела с опорным элементом, получении сигнала обратной связи в виде усредненной величины текущего изометрического усилия, прикладываемого человеком к опорному элементу, выделении в реальном масштабе времени непроизвольного компонента этого усилия и определении частоты колебаний подвижных звеньев тела с последующим анализом этих колебаний, отличающийся тем, что непроизвольные компоненты изометрического усилия выделяют в каждой градации процесса измерения: в начале, середине и конце, как разность между текущим задаваемым по градациям от слабого к сильному усилием и его усредненной величиной для каждой градации за некоторый интервал времени, и далее по частоте, амплитуде и форме колебаний выделенных непроизвольных компонентов изометрического усилия в каждой из градаций определяют функциональное состояние центральной нервной системы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно осуществляют многоканальную регистрацию и обработку задаваемых по градациям изометрических усилий двух и более частей подвижных звеньев тела.

3. Устройство для оценки функционального состояния центральной нервной системы человека, содержащее измерительные блоки по числу одновременно регистрируемых звеньев тела человека, каждый из которых содержит последовательно соединенные опорный элемент, измерительный тензоэлемент, дифференциальный усилитель, интегрирующий усилитель и дополнительный дифференциальный усилитель по первому входу, второй вход которого подключен к соответствующему входу многоканального аналого-цифрового преобразователя и к выходу первого дифференциального усилителя, вычислитель с подключенными средствами отображения информации, блок сенсорных раздражителей, выполненный с возможностью формирования сигналов сенсорных раздражителей по сигналу обратной связи с выходов интегрирующих усилителей измерительных блоков, соединенных с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, на другие входы которого подсоединены выходы дополнительных дифференциальных усилителей измерительных блоков, при этом многоканальный аналого-цифровой преобразователь имеет внешний вход для ввода физиологических параметров, а его выход соединен с вычислителем, отличающееся тем, что в устройство введены блок задания диапазона, а в каждый измерительный блок - элемент формирования градаций и пороговый элемент оценки диапазона с выходом, подключенным из каждого измерительного блока к соответствующему входу вычислителя, выход которого через блок задания диапазона соединен с блоком сенсорных раздражителей и по второму каналу - с элементами формирования градаций в каждом измерительном блоке, а выходы этих элементов подсоединены к первым входам соответствующих пороговых элементов оценки диапазона, вторые входы которых объединены с выходами интегрирующих усилителей соответствующих измерительных блоков.