Способ оценки функциональной готовности оператора к деятельности, обеспечиваемой мелкой моторикой пальцев руки Российский патент 2023 года по МПК A61B5/16 G16H50/30 

Процессы взаимодействия человека и техники требуют повышенного внимания и контроля в условиях современного производства. В связи с этим для операторского труда характерно ограничению общей двигательной активности и преимущественное использование локальных, малых групп мышц, в частности, пальцев кисти рук.

В настоящее время известны различные виды операторской деятельности: оператор-наблюдатель, оператор-технолог, оператор-манипулятор, оператор-исполнитель и пр. [Психология труда / под ред. проф. А.В. Карпова. - М.: Изд-во ВЛАДОС-ПРЕСС, 2003]. Такая градация операторского труда связана как с обработкой различных видов сигналов: звуковых, визуальных, тактильных и пр., так и с выполнением необходимых управляющих действий.

В частности, для деятельности оператора-манипулятора или оператора-исполнителя большое значение имеет сенсомоторная координация (например, непрерывное слежение за движущимся объектом) и моторные (двигательные) навыки, при этом состояние моторной деятельности кисти, пальцев рук имеет для него главенствующее значение с точки зрения эффективности и безошибочности выполняемой работы. В этой связи на первый план выступают скорость, точность, координация управляющих движений, адекватность и согласованность совершаемых действий с заранее выработанной программой или двигательным стереотипом. Следовательно, оператор-манипулятор (оператор-исполнитель) должен обладать высокой тактильной и мышечно-суставной чувствительностью, способностью к устойчивой моторной работе в максимальном или заданном темпе [Справочник по инженерной психологии / Под ред. Б.Ф. Ломова. М.: Машиностроение, 1982.; Душков Б.А., Королев А.В., Смирнов Б.А.. Основы инженерной психологии. Учебник для студентов вузов. М.: Академический Проект, Екатеринбург: Деловая книга, 2002.; Воронин В. М. Психология решения оперативных задач в больших системах. Диагностика функционального состояния и обучение операторов: монография - Екатеринбург: УрГУПС, 2016].

Известно, что мелкая моторика пальцев руки человека тесно связана с развитием межполушарной специализации и межполушарного взаимодействия и, как следствие, с развитием речи, памяти, внимания и других когнитивных функций, а также с состоянием центральной и периферической нервной системы организма в целом, что определяет его функциональное состояние и работоспособность. Например, при развитии утомления как от физического, так и от умственного труда, характерно снижение автоматичности рабочих движений, нарушается их координация, а также дифференцировка раздражителей (распознавание сигналов), вследствие чего взаимодействие организма с окружающей средой становится менее совершенным, появляются ошибки, являющиеся предпосылками для возникновения аварийных ситуаций [Сапов И.А., Солодков А.С. Состояние функций организма и работоспособности моряков. - Л.: Медицина, 1980].

Следовательно, разработка способов оценки состояния мелкой моторики пальцев рук оператора-манипулятора (оператора-исполнителя) для определения его готовности к выполнению профессиональных действий, связанных со стыковкой разъемов, закручиванием резьбовых соединений, вращением ручки регулятора параметров в различных видах устройств и приборов, представляется важной и актуальной задачей.

В ряде существующих методик тестирование мелкой моторики пальцев руки основано на сборе и анализе фактов, отражающих уровень развития различных видов мануальной деятельности. В процессе выполнения таких заданий как рисование, копирование, дорисовывание объектов испытуемый выполняет движения рукой, оцениваемые экспериментатором. При этом очевидно, что оценки параметров носят субъективный качественный характер и дают адекватный результат только при наличии значительного опыта у проводящего тестирование специалиста.

Другой способ оценки мелкой моторики рук заключается в регистрации реакции построения обратных жестов руки, представляющих собой противоположные комбинации согнутых и выпрямленных пальцев на случайные жесты, выводимые на компьютерном терминале [RU 2717365, 23.03.2020]. Недостатком данного способа является его неприспособленность для оценки функциональной готовности оператора к специфическим действиям, обеспечиваемым мелкой моторикой пальцев руки и субъективность оценок качества выполняемых заданий.

Существенно снизить роль субъективного фактора позволяет применение различных технических средств.

Известен ряд способов (RU 1776387, 23.11.1992; RU 1777826, 30.11.1992; RU 2008801, 15.03.1994), в которых испытуемым предлагается провести металлическим щупом по вырезанной в панели устройства фигурной щели, не касаясь ее краев. При этом автоматически фиксируются непроизвольные касания, вызванные тремором и нарушениями общей координации движений выполняемых рукой. Общим недостатком перечисленных способов является невозможность их использования для оценки готовности к выполнению специфических профессиональных действий оператором-манипулятором, выполняемых пальцами руки.

Известен способ диагностики двигательных функций человека (RU 2146494, 20.03.2000), использующий устройство, включающее блок предъявления зрительных стимулов с мишенями-светодиодами, подключенный к источнику питания и пульту с кнопками управления светодиодами, блок регистрации движения руки с пазом, по которому свободно перемещается подвижная рукоять с указателем, шлем с установленными на нем датчиками движения глаз и головы. Также в состав устройства входит блок усилителей и аналого-цифровой преобразовать, входы которого соединены с выходами усилителей, а выходы - с ЭВМ, на которой установлены программы обработки.

В начале эксперимента испытуемый в надетом шлеме с датчиками располагается на операторском месте перед установкой напротив крайнего левого светодиода. Испытуемому предлагается фиксировать на нем свой взор и правой рукой передвижением рукояти по пазу установить указатель напротив него. Затем он должен проследить за скачкообразным перемещением мишени в виде загорающегося светодиода (этим процессом управляет оператор с вынесенного пульта) и наводить указатель на новую мишень так быстро и точно, как только возможно.

Регистрируются траектории совместного движения обоих глаз, головы и руки при тесте на скачкообразно предъявляемые зрительные стимулы.

Недостатком данного способа является использование многочисленного дополнительного оборудования, в том числе различных датчиков, шлема, стальной ленты и т.п. Кроме того, использование в составе устройства рукояти позволяет оценивать исключительно движения кисти руки, а не моторику пальцев.

В качестве универсального технического средства целесообразно использовать для проведения подобных тестов персональный компьютер.

При этом для осуществления тестирования могут применяться компьютеры с подключенными к ним специализированными устройствами либо компьютеры со стандартными устройствами обеспечения интерфейса пользователя. Последний вариант является более предпочтительным в силу своей доступности и дешевизны.

Известен способ, реализованный устройством для контроля психофизиологического состояния оператора по показателям активности движений пальцев во время работы на клавиатуре ЭВМ (RU 2038044, 27.06.1995). Достижение результата обеспечивается особенностями клавиатуры, клавиши которой снабжены магнитами, а также последовательно соединенными интерфейсом, блоком сравнения, сигнализатором и дисплеем. Второй выход блока сравнения соединен с входом блока памяти, введен преобразователь скорости перемещения каждой клавиши в электрический сигнал, подключенный к входу интерфейса. Преобразователь выполнен в виде электропроводящей обмотки, охватывающей клавиши. Обмотка охватывает каждую клавишу.

Контроль за изменением психофизиологического состояния оператора, обслуживающего ЭВМ, осуществляется благодаря выполнению им своих основных рабочих функций. Испытуемому предлагают выполнить определенный тест, в то время как контроль за изменением его состояния осуществляется с помощью преобразователя скорости перемещения каждой клавиши клавиатуры в электрический сигнал вне зависимости от правильности выполнения теста.

Недостатком данного способа является направленность исключительно на оценку действий оператора ЭВМ. С его помощью невозможно оценить готовность оператора к деятельности, обеспечиваемой мелкой моторикой пальцев руки.

Известен способ диагностики мелкой моторики руки (RU 2314743). Он заключается в выполнении серии субтестов, включающих нажатие пальцами каждой руки отдельно, пальцами обеих рук одновременно в обычном и перекрещенном положениях клавиш на компьютерной клавиатуре.

В этом случае регистрируется время выполнения каждого нажатия и его длительность, при этом рассчитывается: суммарное количество нажатий каждым пальцем и суммарное количество нажатий всеми пальцами; долевая активность пальцев как отношение количества нажатий каждым пальцем к суммарному количеству нажатий всеми пальцами; частота нажатий для каждого пальца как отношение количества нажатий за время всего эксперимента ко всему времени эксперимента; суммарное количество нажатий пальцами правой и левой руки и т.п.

Данный способ выбран в качестве прототипа. Его недостатком является ориентированность исключительно на оценку эффективности коррекционно-развивающих программ, контроля динамики состояния больных, диагностики готовности ребенка к школе, при этом пальцы задействованы только в однотипных элементарных операциях в виде нажатия на клавиши компьютера.

Решаемая задача состоит в разработке способа, исключающего недостаток прототипа и позволяющего определить функциональную готовность оператора к выполнению действий, связанных с управлением механизмами и оборудованием путем использования точных, мелких движений пальцев рук под визуальным контролем.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в разработке способа, обеспечивающего тестирование мелкой моторики пальцев руки в интересах оценки функциональной готовности человека к специфическим действиям оператора, связанным со стыковкой-расстыковкой разъемов, закручиванием-раскручиванием резьбовых соединений, вращением ручек регуляторов при настройке технологического оборудования, позволяющего объективизировать результаты тестирования и исключающего недостатки прототипа.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что патентуемый способ оценки функциональной готовности оператора к деятельности, обеспечиваемой мелкой моторикой пальцев руки реализуется в виде выполнения испытуемым теста, заключающегося в нажатии пальцами кисти одной руки клавиш на компьютерной клавиатуре входящей в состав персональной ЭВМ, для тестирования используют стандартные клавиши, предназначенные для перемещения курсора на экране монитора персональной ЭВМ, для осуществления теста с помощью выбранных клавиш перемещают метку по изображенному на экране монитора компьютера 8-образному лабиринту, состоящему из двух колец равного диаметра, размеры лабиринта выбирают находящимися в поле зрения оператора с размерами колец в диапазоне 90 мм - 250 мм по горизонтали и 180 мм - 500 мм по вертикали, перемещаемую метку определяют круглой формы, а ее диаметр не менее 50% от ширины коридора 8-образного лабиринта, при этом тестирование проводят в непрерывном режиме с полным прохождением лабиринта с регистрацией времени выполнения теста и количества ошибок оператора, представляющих собой частичный или полный выход метки за пределы лабиринта.

С учетом того, что объективность результатов тестирования обеспечивается применением компьютерных технологий, а наиболее доступный способ при этом предполагает использование компьютеров в стандартной комплектации, становится очевидным, что для диагностики мелкой моторики пальцев руки из всех подключаемых к компьютеру периферийных устройств наиболее подходящим является клавиатура.

Однако в этом случае, в отличие от способа-прототипа, ключевыми показателями будут являться не безошибочность, количество и время нажатия пальцами руки на те или иные клавиши, а способность тестируемого человека через нажатия клавиш точно и последовательно воспроизводить действия, аналогичные выполняемым им в качестве оператора-манипулятора (оператора-исполнителя). Указанное отличие объясняется, прежде всего, ориентированностью способа-прототипа на оценку эффективности терапевтических и коррекционно-развивающих методик. В то же время предлагаемый способ предназначен для оценки способности объекта исследований к действиям, связанным с манипуляцией мелкими органами управления, а также сборкой изделий из мелких деталей.

Известен так называемый деятельностный подход к экспериментальному определению функционального состояния оператора по параметрам выполнения им трудовой деятельности. Как известно, такая деятельность состоит из отдельных задач, этапов, ключевых и элементарных операций, обеспечивающих достижение частных целей труда. Отдельная операция считается успешно выполненной, если ошибки при ее выполнении оператором не превосходят пределы (допуски), определяемые техническими требованиями инструкций. Несоблюдение временных или пространственных соотношений между отдельными действиями приводит к нарушению оптимальности выполнения задачи [Воронин, В. М. Психология решения оперативных задач в больших системах. Диагностика функционального состояния и обучение операторов: монография / В.М. Воронин. - Екатеринбург: УрГУПС, 2016. - 249 с]. Следовательно, по точностным и временным показателям выполнения отдельных трудовых операций, прежде всего ключевых, можно оценивать функциональное состояние оператора и его готовность к осуществлению производственной деятельности в целом.

Одной из ключевых операций оператора-манипулятора (оператора-исполнителя) является соединение многожильного кабельного разъема в различных устройствах, аппаратуре, оборудовании. Она включает в себя элементарные действия по сближению двух частей разъема при соблюдении их соосности, стыковку частей и фиксацию соединения путем вращения по часовой стрелке резьбового элемента (накидной гайки). Разъединение разъема происходит в обратном порядке: развинчивание накидной гайки, расстыковка, отсоединение частей разъема.

Для имитации указанных действий, выполняемых большим, указательным, средним и безымянным пальцами кисти руки, целесообразно задействовать клавиши компьютера, находящиеся в одной группе и расположенные друг от друга на расстоянии, позволяющем одновременно нажимать на них пальцами одной кисти руки.

Наиболее целесообразно в указанных целях использовать клавиши, предназначенные для перемещения курсора вверх, вниз, вправо и влево. Кроме удобного взаимного расположения на них нанесены изображения стрелок с соответствующими направлениями, что позволяет наполнить воспроизводимые действия соответствующей смысловой нагрузкой.

Суть патентуемого способа заключается в управлении пальцами одной руки перемещением метки по изображенному на экране компьютера 8-образному лабиринту, состоящему из двух вертикально расположенных колец равного диаметра, с помощью выбранных клавиш. Обязательным условием является полный обход меткой всего лабиринта, что позволяет имитировать процесс откручивания и закручивания резьбового соединения.

При этом внешние размеры лабиринта определяются возможностью органа зрения тестируемого без переноса взгляда полностью контролировать перемещения метки на любом его участке. Известно, что наиболее чувствительная область для восприятия зрительного образа находится в пределах α=10°-20° к периферии сетчатки глаза [Обзор методов эргономического представления информации. https://neon@neonstudio.ru.]. Также известно, что при работе на персональном компьютере экран видеомонитора должен находиться на минимальном расстоянии 500 мм и на максимальном 700 мм от глаз пользователя [СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к ПЭВМ и организации работы»]. Исходя из приведенных данных можно определить оптимальный для зрительного восприятия горизонтальный размер лабиринта как длину основания равнобедренного треугольника, две вершины которого располагаются на поверхности монитора, а третья - непосредственно на переносице тестируемого оператора. Соответственно высота, опущенная из третьей вершины, будет составлять h=500-700 мм (расстояние от переносицы до видеомонитора), а принадлежащий ей угол α принимать значения от 10° до 20° (наиболее чувствительная область для зрительного восприятия). Следовательно, длина основания треугольника L=2htg(α/2), а, следовательно, и горизонтальный размер лабиринта составит от 90 мм до 250 мм. Так как лабиринт состоит из двух вертикально расположенных колец равного диаметра, то его вертикальные размеры будут в два раза превышать горизонтальные и составят от 180 мм до 500 мм. При этом очевидно, что по горизонтальной оси лабиринт должен располагаться в центре экрана, а выбор его конкретных горизонтальных, а, следовательно и вертикальных размеров, в решающей степени определяется размерами экрана видеомонитора.

Размер перемещаемой метки находится в непосредственной зависимости от ширины коридора лабиринта. Так, известно устройство «модуль психомоторных тестов» (дополнительное устройство к УПФТ-1/30 «Психофизиолог», выпускаемое как немедицинское изделие по ТУ 4389-028-24176382-2013), изготовитель «Медиком-МТД» [Трифонова Т.А. «Гигиена и экология человека». / Т.А.Трифонова, Н.В. Мищенко, Н.В. Орешников. - Учебное пособие для СПО. - Издательство Юрайт.- Москва, 2019]. На панели указанного устройства расположена прорезь синусоидальной формы шириной 3 мм, используемая для оценки динамического тремора с помощью щупа диаметром 1,5 мм. Задачей тестируемого является провести щупом от начальной точки прорези до ее конца при минимальном числе касаний боковых стенок. Исходя из сказанного следует, что метка, перемещаемая с помощью клавиш по 8-образному лабиринту должна быть круглой формы, так как поперечное сечение щупа имеет форму круга, а ее диаметр составлять не менее 50% от ширины коридора.

При выполнении теста компьютер фиксирует время (Т) полного прохождения управляемой оператором метки 8-образного лабиринта и количество ошибок (N), заключающихся в частичном или полном выходе метки за его пределы.

Тестирование проходит в два этапа. На первом этапе по каждому исследуемому оператору формируется индивидуальная база фоновых данных, что позволяет определить степень влияния на их значения различных внешних факторов (дня недели, времени суток, освещенности и пр.). Определяется среднее значение X и среднее квадратичное отклонение - σ показателей. Критериальными значениями показателей принимается диапазон X±2σ, т.к. 95,5% зарегистрированных показателей выборки попадают в его пределы. [Урбах В.Ю. Биометрические методы. Изд. «Наука», Москва, 1964 г., 415 с.]. На втором этапе проводится тестирование оператора непосредственно перед выполнением им профессиональных обязанностей, после чего полученные показатели сравниваются со средними значениями его фоновых данных. Отклонение значений показателей T и N от индивидуальных фоновых более чем на 2σ свидетельствует о выраженных изменениях в состоянии мелкой моторики пальцев кисти рук оператора и его функциональной неготовности к выполнению производственных задач.

Изобретение относится к области биологии и медицины. Предложен способ, заключающийся в управлении пальцами одной руки с помощью клавиш, предназначенных для управления курсором, перемещением метки по изображенному на экране компьютера 8-образному лабиринту, состоящему из двух вертикально расположенных колец равного диаметра. Обязательным условием является полный обход меткой всего лабиринта, что позволяет имитировать процесс откручивания и закручивания резьбового соединения. Изобретение обеспечивает разработку способа, обеспечивающего оценку функциональной готовности оператора к деятельности, обеспечиваемой мелкой моторикой пальцев руки.

Способ оценки функциональной готовности оператора к деятельности, обеспечиваемой мелкой моторикой пальцев руки, реализуемый в виде выполнения испытуемым теста, заключающегося в нажатии пальцами кисти одной руки клавиш на компьютерной клавиатуре, входящей в состав персональной ЭВМ, отличающийся тем, что для тестирования используют клавиши, предназначенные для перемещения курсора на экране монитора персональной ЭВМ, для осуществления теста с помощью выбранных клавиш перемещают метку по изображенному на экране монитора компьютера 8-образному лабиринту, состоящему из двух колец равного диаметра, размеры лабиринта выбирают находящимися в поле зрения оператора с размерами колец в диапазоне 90 - 250 мм по горизонтали и 180 - 500 мм по вертикали, перемещаемую метку определяют круглой формы, а ее диаметр не менее 50% от ширины коридора 8-образного лабиринта, при этом тестирование проводят в непрерывном режиме с полным прохождением лабиринта с регистрацией времени выполнения теста и количества ошибок оператора, представляющих собой частичный или полный выход метки за пределы лабиринта.