Способ оценки и развития функциональных резервов человека Российский патент 2025 года по МПК G16H80/00 A63B22/00 A61B5/205 G06T13/20 G06F111/18 

Изобретение относится к медицине, физической культуре и спорту, в частности к методам оценки и развития функциональных резервов человека. Изобретение будет полезно для людей, занимающихся своим физическим самосовершенствованием, а также специалистам, нуждающимся в высокоэффективных методах, средствах для диагностики и реабилитации пациентов с различными нарушениями нейромоторной регуляции, дисфункциями опорно-двигательного аппарата. Вместе с тем, предложенный метод может быть использован в системе специальной подготовки военнослужащих и спортсменов, в медицинской, психологической, физиологической и спортивной науке, например, при исследовании динамики показателей компонентов функциональной подготовленности спортсменов-легкоатлетов, бегающих на короткие дистанции с барьерами.

Бег с барьерами - это спортивная дисциплина, относящаяся к спринтерским дистанциям беговой легкоатлетической программы и требующая от спортсменов-легкоатлетов специальной скоростной выносливости и владения техникой преодоления барьеров. Бег с барьерами позволяет улучшить подвижность тазобедренного сустава, укрепить стопы, пресс и бедра, кроме этого, активно развивается координация движений.

В настоящее время, в целом, достаточно хорошо проработаны вопросы, касающиеся диагностики, оценки и развития когнитивно-моторных способностей человека [1], однако, и это следует отметить отдельно, еще не полно реализован потенциал современных IT решений для этой области науки и практики.

Уровень техники

Из доступных информационных источников известно достаточно много технологий оценки и развития функциональных резервов человека. Как правило, в этих технологиях используются различные технические и информационно- методические ресурсы.

В последние годы благодаря современным программно-аппаратным комплексам (ПАК), малогабаритным девайсам и гаджетам стали интенсивно, по-иному развиваться практически все сферы жизнедеятельности человека, в том числе медицина, фитнес и спорт. Специалисты в области медицины, физической культуры и спорта уже пытаются реализовать потенциал искусственного интеллекта.

По патентам №2576781 РФ, №2704236 РФ, известно применение малогабаритных средств отображения дополненной реальности в диагностике и реабилитации.

Следует заметить, что для применения в спорте более перспективны компактные устройства отображения дополненной реальности. Среди известных устройств легкие очки дополненной реальности компании Senso Motoric instruments (SMI) или Google Project Glass [2] и миниатюрные контактные линзы дополненной реальности компании Innovega (система iOptik). Инновационная система iOptik может работать в паре со специализированными очками. Ее пользователь фокусируется одновременно на нескольких объектах разной удаленности, причем одна цель не мешает другой [3].

По патентам № 2754954 РФ и № 2728980 РФ известны способы тренировки с применением обратной биологической связи (БОС).

По патенту № 2746986 РФ известно техническое решение, в котором используются интернет ресурсы и удаленные серверы для обработки и хранения баз данных пользователей.

По патенту №2716544 РФ известен способ тактико-технической подготовки теннисистов и бадминтонистов, который заключается в повышении эффективности тактико-технической подготовки спортсменов за счет применения программно-аппаратных средств, включающих ресурсы дополненной реальности (AR). В данном способе дополненная реальность используется для формирования персональных визуальных подсказок тренера в режиме реального времени и недоступности их наблюдения третьими лицами.

По Евразийскому патенту №027931 известен способ диагностики и развития когнитивно-моторных компонентов способностей человека. В этом способе реализуется потенциал дополненной реальности, которая предъявляется человеку-спортсмену в виде дополненных изображений разрешенных и запрещенных светодинамических зон на игровом поле и/или не лежащих в плоскости игрового поля заданного количества плоских и/или объемных изображений других игроков и/или объектов окружающего пространства. Предъявляемые объекты непредсказуемо для спортсмена по заданной программе ПАК меняют прозрачность, расцветку, форму игроков и объектов, их размер, объем, скорость перемещения и положение в объеме заданного тренировочного пространства.

Общим недостатком в вышеперечисленных патентах является ограниченная функциональная возможность раскрытых технических решений.

Близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ по патенту № 2733317 РФ, технический результат которого заключается в расширении функциональных возможностей и повышении эффективности диагностики и развития когнитивно-моторных способностей человека. Особенностью способа является то, что диагностика и/или развитие проводится с носимым устройством, формирующим у испытуемого дополненную реальность, предъявляемую ему в виде дополненных изображений на плоскости игрового поля плоского и/или объемного изображения лестницы. Формируемое изображение, состоящее из заданного числа продольных и поперечных элементов лестницы, непредсказуемо для испытуемого, по заданной программе ПАК, меняет прозрачность, расцветку, форму, размер, объем отдельных элементов, а также скорость перемещения и положение лестницы в объеме заданного тренировочного пространства.

Недостатком вышеуказанного способа является его низкий функционал, данный способ невозможно эффективно применить для оценки и развития функциональных резервов человека в беге с барьерами.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в повышении эффективности оценки и развития функциональных резервов человека, в частности спортсмена, бегающего на короткие дистанции с барьерами. Задачей изобретения является реализация потенциала IT решений AR в рассматриваемой области науки и практики.

Технический результат достигается тем, что исследователь или испытуемый выбирает программу оценки и развития функциональных резервов испытуемого из библиотеки программно-аппаратного комплекса, включающего средства видео контроля действий испытуемого и средства дополненной реальности, которые формируют объемные изображения в зоне действий испытуемого.

Причем новым является то, что оценку и развитие функциональных резервов испытуемого осуществляют в режиме бега на дорожке с разметкой, включающей линию старта и финиша, заданное количество реальных барьеров, но с применением устройств дополненной реальности. На испытуемом фиксируют устройство дополненной реальности и с его помощью программно формируют перед глазами испытуемого заданное количество изображений препятствий - барьеров заданной конфигурации, размера и окраски, программно задают места расположения этих барьеров.

При этом, условными заданными цветами дополненной реальности предъявляют и выделяют три типа барьеров: барьеры стандартного размера, тренировочные барьеры пониженной высоты, тренировочные барьеры повышенной высоты; или условным изображением предъявляют: рамки заданного размера - барьеры стандартного размера, в виде пунктирной рамки - барьеры завышенного размера по высоте, либо прозрачным или непрозрачным щитом предъявляют тренировочные барьеры пониженной высоты. Из трех видов барьеров дополненной реальности и реальных барьеров формируют варианты и комбинации нагрузки испытуемого на беговой дорожке.

Программно-аппаратный комплекс, содержащий заданное количество видеокамер, установленных в заданных местах, осуществляет видеофиксацию действий испытуемого на беговой дорожке и по заданной программе определяет корректность выполнения прыжков через предъявленные испытуемому барьеры.

Программно-аппаратный комплекс в режиме реального времени сообщает испытуемому через средства дополненной реальности о качестве прыжка, показывает в условных единицах (в сантиметрах, дюймах и т.д.) запас высоты прыжка или ее недостаточность.

Ошибки испытуемого в прыжках сопровождаются звуковыми сигналами программно-аппаратного комплекса. Звуковые сигналы или показатели выполняемой работы испытуемого в заданных единицах измерений и/или графических символах программно-аппаратный комплекс предъявляет исследователю в режиме реального времени и/или после выполнения диагностических тестов или тренировочных заданий. Программно в автоматическом режиме формируют базу показателей испытуемого. По количественным результатам выполнения отдельного теста или заданной батареи тестов судят о функциональной подготовленности и резервах испытуемого.

В вариантах реализации данного способа:

- на испытуемом в заданном месте фиксируется девайс, который своей вибрацией сообщает испытуемому о некорректном преодолении барьера. Девайс входит в состав ПАК и связан с ним по радиоканалу;

- ПАК предъявляет испытуемому через средства дополненной реальности скорость его передвижения и величину бегового шага;

- для обеспечения БОС на испытуемом в заданных местах фиксируют датчики частоты сердечных сокращений и/или частоты дыхания; эти датчики связывают по радиоканалу с ПАК; при выполнении тестов или упражнений испытуемому и/или исследователю в режиме реального времени предъявляют визуальную и/или звуковую информацию по каналам БОС; по данным БОС контролируют нагрузку на испытуемого.

В этом заключается совокупность основных существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизны”.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень“ заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного метода. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники и имеет значительный изобретательский шаг. Следовательно, заявленный метод соответствует условию “изобретательский уровень“.

Технический характер решения подтверждается наличием технического результата, получаемого при осуществлении данного изобретения. Предложенный метод впервые указывает путь и комплекс технических ресурсов, при помощи которых поставленная задача может быть решена.

При осуществлении заявляемого метода могут использоваться известные технические решения и средства, для компьютерной обработки информации может быть использовано оригинальное или известное программное обеспечение.

Данный способ оценки и развития функциональных резервов человека осуществляется следующим образом. На испытуемом - спортсмене-легкоатлете, находящемся на беговой дорожке, размещают устройство, формирующее дополненную реальность. Исследователь или испытуемый из библиотеки программ программно-аппаратного комплекса выбирает программу, задает параметры ее выполнения устройству дополненной реальности. Перед глазами испытуемого возникают заданные программой 3D изображения, наложенные на реальную действительность, которую он видит перед собой. Программно-аппаратный комплекс формирует дополненную реальность, предъявляемую испытуемому в виде заданного количества 3D изображений препятствий-барьеров на беговой дорожке.

Испытуемый спортсмен-легкоатлет оценивает динамику своего бега, соизмеряет ее с расстоянием до предъявленных препятствий и тренировочные упражнения, перепрыгивая через барьеры на беговой дорожке.

По заданной программно-аппаратным комплексом программе или вручную меняют параметры высоты, конфигурации, цвет, количество барьеров и расстояние между ними в объеме заданного тренировочного пространства. В зависимости от поставленных задач (тренировка, тестирование, диагностика) исследователь задает уровень сложности заданий испытуемому. Для начинающих спортсменов-легкоатлетов выбирается минимальный уровень сложности, дополненной реальностью формируют тренировочные барьеры незначительной высоты. Для профессиональных спортсменов, которые хорошо функционально подготовлены, могут устанавливаться барьеры, которые выше применяемых в официальных соревнованиях. Либо, для реализации специальных методик подготовки, испытуемым могут предъявляться на беговой дорожке комбинации одновременного предъявления реальных и виртуальных барьеров. Люди, проходящие реабилитацию, могут осуществлять свои тренировки в комфортных условиях с учетом их когнитивно-моторных ограничений.

Программно-аппаратный комплекс, включающий в себя заданное количество видеокамер, фиксирует качество выполнения тестов или тренировочных упражнений. При грубых ошибках - сбивание барьера или пронос ноги сбоку барьера, подается световой и/или звуковой сигнал. По сбиванию или проносу ноги сбоку 3D изображений барьеров на беговой дорожке на определенном уровне высоты можно диагностировать уровень функциональной подготовленности испытуемых.

Пример 1. На испытуемом спортсмене, возраст которого 20 лет, фиксируют очки дополненной реальности. Исследователь из библиотеки программно-аппаратного комплекса выбирает длину дистанции - 50 м, количество барьеров - 4 шт, расстояние между барьерами - 9,14 м и минимальную высоту барьера - 0,5 м. Перед глазами спортсмена возникают заданные компьютерной программой 3D изображения барьеров. Ему объясняется задача тренировки: после команды «Старт» и предъявления дополненной реальности - объектов в виде барьеров, необходимо двигаться по беговой дорожке, перепрыгивая барьеры, не сбивая их и не пронося ногу сбоку.

После всех приготовлений к исследованию звучит команда «Старт». Спортсмен уверенно пробегает 50 м с барьерами высотой 0,5 м.

Затем исследователь увеличивает высоту барьера на 0,1 м. Спортсмен уверенно перепрыгивает барьеры высотой 0,6 м, и 0,7 м, но задевает и сбивает барьер высотой 0,8 м. Видеокамеры, входящие в программно-аппаратный комплекс, фиксируют ошибку, и звучит условный сигнал ошибки. Данные о каждой ошибке заносятся в архивную базу и используются для формирования диагностической отчетности.

Пример 2. Спортсмен, возраст которого 22 года, через несколько месяцев вернулся на беговую дорожку с психологической травмой после серьезного повреждения ноги на соревновании. Тренер ставит перед ним задачу - оперативно восстановиться до соревновательного уровня и преодолеть страх перед барьером.

На спортсмене фиксируют очки дополненной реальности. Тренер выбирает длину дистанции - 60 м, количество барьеров - 5 шт, расстояние между барьерами - 9,14 м и минимальную высоту барьера - 0,4 м. Перед глазами спортсмена возникают заданные программой 3D изображения барьеров.

После постановки задачи и предъявления дополненной реальности - объектов в виде барьеров, звучит команда «Старт». Спортсмен проходит реабилитационную тренировку в щадящих, комфортных условиях, постепенно возвращается его уверенность в себе, уходит страх получения новой травмы. Тренер, после анализа темпов восстановления спортсмена, выставляет на беговую дорожку сначала один, а затем несколько реальных барьеров, постепенно исключает AR из тренировок, готовя своего подопечного к реальным соревновательным условиям.

Таким образом, заявляемый способ оценки и развития функциональных резервов человека обладает новыми свойствами, обусловливающими повышение эффективности количественной оценки когнитивно-моторной подготовленности индивидуума в широком диапазоне тестовых нагрузок.

Данный способ, обладая новизной применения дополненной реальности, ясно показывает пути повышения эффективности развивающих, восстановительных и реабилитационных технологий для разновозрастного населения.

Предложенное изобретение формирует условия, которые имеют методические преимущества по сравнению с известными подходами в медицине и спортивной подготовке. Данный способ при помощи системы видеоанализа позволяет определить количественные показатели когнитивно-моторных способностей человека в большом диапазоне полевых испытаний. Сравнивая количественные результаты разновременных тестов, можно определить динамику развития функциональной подготовленности человека.

Таким образом, заявляемый способ с предложенными техническими ресурсами обладает новыми свойствами. Являясь эффективным инструментом, данный способ расширяет арсенал исследовательских и развивающих средств человека. Бесспорно, что предложенный способ позволяет получить новые условия исследуемых процессов и количественные данные, которые ранее были недоступны для специалистов.

Источники информации

1. Иссурин, В. Б. Координационные способности спортсменов: монография / В. Б. Иссурин, В. И. Лях. -Москва: Спорт-Человек, 2019. - 208 с.

2. https://plus.google.com/+proiectglass/posts.

3. http://innovega-inc.com/.

Изобретение относится к медицине, физической культуре и спорту. Предложен способ, в котором исследователь или испытуемый выбирает программу оценки и развития функциональных резервов испытуемого из библиотеки программно-аппаратного комплекса, включающего средства видеоконтроля действий испытуемого и средства дополненной реальности, которые формируют объемные изображения в зоне действий испытуемого. При этом оценку и развитие функциональных резервов испытуемого осуществляют в режиме бега на дорожке с разметкой, включающей линию старта и финиша, заданное количество реальных барьеров, но с применением устройств дополненной реальности. На испытуемом фиксируют устройство дополненной реальности и с его помощью программно формируют перед глазами испытуемого заданное количество изображений препятствий - барьеров заданной конфигурации, размера и окраски, программно задают места расположения этих барьеров. При этом условными заданными цветами дополненной реальности предъявляют и выделяют комбинации из трех типов барьеров или дополненной реальностью предъявляют испытуемому на беговой дорожке рамки заданного размера. Программно-аппаратный комплекс, содержащий заданное количество видеокамер, установленных в заданных местах, осуществляет видеофиксацию действий испытуемого на беговой дорожке и по заданной программе определяет корректность выполнения прыжков через предъявленные испытуемому барьеры. Программно-аппаратный комплекс в режиме реального времени сообщает испытуемому через средства дополненной реальности о качестве прыжка. Ошибки испытуемого в прыжках сопровождаются звуковыми сигналами программно-аппаратного комплекса. По количественным результатам выполнения отдельного теста или заданной батареи тестов судят о функциональной подготовленности и резервах испытуемого. Изобретение обеспечивает повышение эффективности оценки и развития функциональных резервов человека.

Способ оценки и развития функциональных резервов человека, где исследователь или испытуемый выбирает программу оценки и развития функциональных резервов испытуемого из библиотеки программно-аппаратного комплекса, включающего средства видеоконтроля действий испытуемого и средства дополненной реальности, которые формируют объемные изображения в зоне действий испытуемого, отличающийся тем, что оценку и развитие функциональных резервов испытуемого осуществляют в режиме бега на дорожке с разметкой, включающей линию старта и финиша, заданное количество реальных барьеров, но с применением устройств дополненной реальности; на испытуемом фиксируют устройство дополненной реальности, с помощью которого программно формируют перед глазами испытуемого заданное количество изображений препятствий - барьеров заданной конфигурации, размера и окраски, программно задают места расположения этих барьеров на дорожке; при этом условными заданными цветами дополненной реальности предъявляют и выделяют три типа барьеров: барьеры заданного размера, тренировочные барьеры пониженной высоты, тренировочные барьеры повышенной высоты, или условным изображением предъявляют: рамки заданного размера - барьеры заданного размера, в виде пунктирной рамки - барьеры завышенного размера по высоте либо щитом предъявляют тренировочные барьеры пониженной высоты; из трех видов барьеров дополненной реальности и реальных барьеров формируют заданные комбинации нагрузки испытуемого на беговой дорожке; программно-аппаратный комплекс, содержащий заданное количество видеокамер, установленных в заданных местах, осуществляет видеофиксацию действий испытуемого на беговой дорожке и по заданной программе определяет корректность выполнения прыжков через предъявленные испытуемому барьеры; программно-аппаратный комплекс в режиме реального времени сообщает испытуемому через средства дополненной реальности о качестве прыжка, показывает в условных единицах запас высоты прыжка или ее недостаточность; ошибки испытуемого в прыжках сопровождают звуковыми сигналами программно-аппаратного комплекса; звуковые сигналы или показатели выполняемой работы испытуемого в заданных единицах измерений и/или графических символах программно-аппаратный комплекс предъявляет исследователю в режиме реального времени и/или после выполнения диагностических тестов или тренировочных заданий; программно в автоматическом режиме формируют базу показателей испытуемого; на испытуемом в заданном месте фиксируют устройство, которое своей вибрацией сообщает испытуемому о некорректном преодолении барьера; программно-аппаратный комплекс предъявляет испытуемому через средства дополненной реальности скорость его передвижения и величину бегового шага, а для обеспечения биологической обратной связи на испытуемом в заданных местах фиксируют датчики частоты сердечных сокращений или частоты дыхания, где датчики связаны по радиоканалу с программно-аппаратным комплексом; при выполнении тестов или упражнений испытуемому и исследователю в режиме реального времени предъявляют визуальную и/или звуковую информацию по каналам биологической обратной связи, причем по количественным результатам выполнения отдельного теста или заданной батареи тестов судят о функциональной подготовленности и резервах испытуемого.