Общий уровень адаптации обеспечивают многие функциональные системы организма за счет мобилизации резервов: сердечно-сосудистой и дыхательной систем, энергетического и резерва защиты. Осуществляется адаптация на фоне той или иной степени психоэмоциональной окраски, иначе говоря, уровня душевного комфорта.
Оценка уровня здоровья по сумме резервных мощностей может проводиться не только в стационаре, но и в амбулаторных условиях, в экспресс-режиме, когда резерв определяется по разнице между характеристикой функции в покое по сравнению с должной величиной. Оптимальным вариантом является разработка стандартных и легко выполнимых нагрузочных тестов, когда резерв определяется по разнице между параметром функции в покое и после нагрузки. При этом подходе может использоваться балльная оценка по специальной таблице для определения суммарного показателя резервных мощностей, или интегрального показателя здоровья [3].
Оценка инотропного и хронотропного резерва организма позволяет определить показатель качества реакции. Показатель устойчивости организма к кислородной задолженности зависит в основном от работы сердечно-со-судистой и дыхательной систем.
Уменьшение показателя свидетельствует о возрастании резерва, а его увеличение, напротив, отражает снижение функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Если естественная задержка дыхания после неглубокого выдоха (пока приятно) достигает 40-60 секунд, это значит, что соотношения кислорода и углекислого газа в организме в пределах нормы [4].
Актуальность разработки автоматизированной системы классификации интегрального показателя здоровья не вызывает сомнений, поскольку является важной дополнительной функциональной характеристикой к диагнозу. У здоровых людей определение уровня здоровья, связано с возможностью оценки эффективности проводимого биоуправляемого игрового тренинга [1, 2].
Работа выполнена при поддержке проекта РНПВШ.2.2.3.3/4307 и в соответствии с планами проблемной комиссии по хронобиологии и хрономедицине РАМН и научным направлением медицинского факультета БелГУ «Разработка универсальных методологических приемов хронодиагностики и биоуправления на основе биоциклических моделей и алгоритмов с использованием параметров биологической обратной связи».
Целью исследования является оптимизация диагностики успешности и эффективности биоуправляемого игрового тренинга.
Задачи исследования включают разработку:
- датчика ввода сигналов пульса и дыхания в ЭВМ посредством USB-порта;
- модели интегрального показателя здоровья включающей уровень душевного комфорта, показатели инотропного, хроноропного, дыхательного резервов и иммунной защиты организма;
- алгоритма классификации интегрального показателя здоровья на основе вычисления функциональных резервов физиологических систем организма.
Методы исследования базируются на использовании основных положений системного анализа, теории управления в медицине, моделирования, теории вероятностей и математической статистики, Использованы методы системотехнического анализа и конструирования, а также математико-кибернетические методы их решения.
Основное содержание работы
Современная компьютерная техника, как правило, выпускается без COM-портов для ввода электрофизиологической информации. В связи с чем, возникла необходимость разработки трехканального датчика ввода сигналов пульса, дыхания и отношений сигналов пульса и дыхания через USB-канал связи.
Структурная схема датчика пульса и дыхания использующего USB-вход для ввода электрофизиологической информации в режиме on-line включает цифровой сигнальный процессор. Наличие в схеме устройства цифрового сигнального процессора позволяет автоматически обрабатывать отношение сигналов пульса и дыхания.
Для анализа выходных сигналов с датчиков дыхания и пульса предусмотрены специальные окна.
Кнопками «UP», «DOWN» можно просмотреть шкалу вручную, чтобы проанализировать правильность работы датчиков. При нажатии кнопки «СТАРТ» и «ИЗМЕРЕНИЕ» на шкале будет отображаться отношение пульса и дыхания. Окно «ПУЛЬС» будет окрашиваться красным цветом при появлении сигнала пульса, последующим импульсом окно окрашивается белым цветом. Окно «ДЫХАНИЕ» будет окрашиваться синим цветом при появлении импульса дыхания, последующим импульсом окно окрашивается белым цветом.
При некорректной установке датчика пульса, появляется окно «ОШИБКА ДАТЧИКА ПУЛЬСА». Необходимо поправить датчик пульса, нажать «ОК» и «ИЗМЕРЕНИЕ» и можно продолжать ввод информации. При некорректной установке датчика дыхания появляется окно «ОШИБКА ДАТЧИКА ДЫХАНИЯ» примерно секунд через 30-40. Необходимо поправить датчик дыхания, нажать «ОК» и «ИЗМЕРЕНИЕ» и можно продолжать ввод информации.
Методические приемы вычисления должных значений дыхательного цикла
Известно, что на один дыхательный цикл приходится 4-5 ударов пульса. Следовательно, если известно, как определить должные значения частоты сердечных сокращений (ДЧСС), то по ним можно вычислить и должные значения частоты дыхания (ДЧД).
ДЧСС = 48 (Р/М)1/3, где Р - рост в сантиметрах, М - масса тела в килограммах.
Тогда должная частота дыхания может быть вычислена, как ДЧСС/5.
Разность текущей частоты дыхания (ТЧД) и должной частоты дыхания (ДЧД) можно вычислить по формуле: ΔЧД% =100(ТЧД - ДЧД)/ ДЧД.
Поскольку уровень ошибки вычисления межпульсового интервала составляет 5%, то можно принять и уровень ошибки вычисления дыхательного цикла в 5%. Выразив, это в дыхательных циклах получим значение в 0,6 д.ц. Все, что будет больше пяти процентов с положительным знаком, следует считать, как более частое дыхание. Все, что будет больше пяти процентов с отрицательным знаком, следует рассматривать как более редкое дыхание относительно должных значений дыхания. Значения, находящиеся в пределах до 5% следует рассматривать, как дыхание, не отклоняющееся от должных значений.
Ввод межпульсовых интервалов отображается при помощи специального окна. Программой предусмотрена возможность исправления некорректного интервала, или повторный ввод полного вектора межпульсовых интервалов. После ввода электрофизиологической информации анализируются 12 вопросов с ответами на них. Вопросы включают возраст, пол, рост, массу тела, систолическое и диастолическое артериальное давление, частоту сердечных сокращений в покое и после двадцати приседаний за тридцать секунд, жизненную емкость легких в миллилитрах, количество лимфоцитов и сегментоядерных лейкоцитов.
Затем на основе введенной информации программа реализует алгоритм обработки по сумме резервных мощностей различных физиологических систем организма. В заключение выдается итоговая оценка интегрального показателя здоровья, как например:
- вегетативный профиль - отлично;
- хронотропный резерв - удовлетворительно;
- инотропный резерв - хорошо;
- дыхательный резерв - отлично;
- энергетический резерв - хорошо;
- иммунный резерв - хорошо;
Общая оценка - хорошо.
Интегральный показатель функциональных резервов организма - 83%.
Суммарная оценка учитывает значение каждой функции в баллах (1-5) и трактуется относительным числом в виде процентов.
- Плохо - < 60%
- Удовлетворительно - ≥ 60%
- Хорошо - > 72%
- Отлично - > 87%
Таким образом, данный модуль программы позволяет оценить эффективность, проводимого биоуправляемого игрового тренинга, сравнивая показатели до и после воздействия.
Выводы
- Разработан модуль ввода электрофизиологической информации через USB-канал связи с ЭВМ, отличающийся наличием приемника пульса и дыхания и цифровой обработкой сигналов в микроконтроллере.
- Создана модель интегрального показателя здоровья включающего уровень душевного комфорта, показатели инотропного, хроноропного, дыхательного резервов и иммунной защиты организма.
- Сформирован алгоритм классификации интегрального показателя здоровья на основе вычисления функциональных резервов физиологических систем организма.
Список литературы
- Макконен К.Ф. Оценка успешности и эффективности виртуального автомобильного игрового тренинга, основанного на мультипараметрической биологической обратной связи с использованием субсенсорных световых сигналов. / К.Ф. Макконен, Ф.А. Пятакович // Аллергология и иммунология. - 2009. - Т.10, № 2. - С. 282.
- Пятакович Ф.А. Оценка клинической эффективности биоуправляемого игрового тренинга при помощи таблиц принятия решений. / Ф.А. Пятакович, Т.И. Якунченко. // Системный анализ и управление в биомедицинских системах: журнал практической и теоретической биологии и медицины. - М., 2010.-Т.9.- № 1. - С. 83-86.
- Пятакович Ф.А. Методологические подходы к оценке интегрального показателя здоровья. // Регионарный медико-технический семинар «Приборы и системы в диагностике и лечении заболеваний внутренних органов» - Железноводск, 1988. - С. 61-62.
- Семененко М.О. Модели и алгоритмы для определения интегрального показателя здоровья. / М.О. Семененко, Т.И. Якунченко, Ф.А. Пятакович // Всемирный конгресс по клинической и иммунной патологии. - Сингапур, 2002. - С. 253.