Способ экспресс-оценки стабильности позы человека и ее коррекции с использованием биологической обратной связи
Патент 2476151
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Способ экспресс-оценки стабильности позы человека и ее коррекции с использованием биологической обратной связи
Иллюстрации
Изобретение относится к медицине, функциональной диагностике с помощью стабилометрии и принципа биологической обратной связи (БОС) и может быть использовано, например, в спорте. Измеряют стабилометрические показатели и в пределах заданных последовательно следующих друг за другом временных интервалов рассчитывают средние значения координат центра давления (ЦД) и суммарные в пределах тех же временных интервалов энергозатраты на перемещение ЦД, определяемые как сумма приращений кинетической энергии тела контролируемого объекта между двумя последовательными измерениями координат ЦД. Затем преобразуют полученные величины в акустические сигналы звукового диапазона так, чтобы частота сигнала была пропорциональна отклонению координат ЦД от заданного значения и величине энергозатрат на перемещения ЦД, образуя, тем самым, канал БОС для коррекции заданной позы на слух. Способ обеспечивает большую степень точности и чувствительности контроля позы и ее стабильности за счет одновременного недифференцированного контроля динамических и статических показателей позы: как равновесия в принятой позе по составляющей звукового сигнала, пропорциональной энергозатратам, так и самой позы по составляющей звукового сигнала, пропорциональной изменению среднего значения координат ЦД относительно изначальных. 1 ил.
Реферат
Данное изобретение позволяет осуществлять контроль позы человека и ее коррекцию с помощью стабилометрии и принципа биологической обратной связи (БОС) для различных задач в спорте, например для контроля точности изготовки спортсмена к стрельбе и контроля стабильности стойки в процессе прицеливания, для функциональной диагностики и т.п.
Известен способ оценки функционального состояния человека, применяемый в медицине (RU 2380035 C1, опубл. 27.01.2010), заключающийся в том, что проводят тестирование человека на стабилографической платформе, осуществляют съем, запись, анализ стабилографических показателей. Затем определяют суммарную площадь всех мгновенных площадей секторов (сокращенно - МПС). При этом мгновенную площадь МПСi каждого сектора определяют как заметаемую последовательно каждым i+1 вектором по отношению к предыдущему i вектору, после чего вычисляют среднеквадратичное отклонение полученной последовательности площадей, после чего формируют интегральный коэффициент - индекс динамической стабилизации - по специальной формуле. В частном случае для определения значений мгновенной площади сектора МПСi при условии, что изменение линейной и угловой скорости происходит одновременно, выявляют и определяют необходимые показатели, а затем вычисляют МПСi. С интервалом в 1 с методом скользящего среднего вычисляют дисперсию значений по формуле. При этом каждое значение разницы переводят в звук, для чего генерируют синусоидальный звуковой сигнал с частотой звука, рассчитываемой по математической формуле. При этом о нарушении стабилизации вертикального положения тела свидетельствует увеличение высоты звука. В частном случае одновременно производят анимацию статокинезиограммы. В частном случае индекс динамической стабилизации представляют в виде графика с вертикальной шкалой от 0 до 100%.
Недостатком такого способа является то, что он не позволяет контролировать статические показатели позы, такие как отклонение координат центра давления от заданных значений, на слух, то есть с использованием акустической обратной связи.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и расширение функциональных возможностей диагностики и БОС-тренинга в спорте и медицине.
Указанный результат достигается путем использования для коррекции позы и оценки ее стабильности на слух специальной акустической обратной связи, реализуемой в процессе стабилометрического контроля. С этой целью в процессе стабилометрического контроля в пределах заданных временных интервалов, последовательно следующих друг за другом, измеряются: среднее значение координат центра давления тела человека, стоящего на стабилометрической платформе, и энергозатраты на перемещение центра давления в плоскости опоры, с последующим преобразованием измеренных величин в акустические сигналы звукового диапазона, частоты которых пропорциональны соответственно измеренной величине отклонения центра давления от заданного значения и величине энергозатрат на колебания центра давления в плоскости опоры. Предлагаемый способ позволяет контролировать как непосредственно позу, так и ее стабильность в тренировочном процессе в спорте или в диагностике и реабилитации в медицине.
Для измерения энергозатрат на перемещение центра давления (ОЦД) при проведении стабилометрического контроля, включающего дискретный процесс регистрации последовательных позиций ОЦД в плоскости опоры, измеряется скорость перемещения ОЦД на каждом таком отрезке, масса тела пациента и рассчитывается приращение кинетической энергии, обусловленной этим перемещения ОЦД последовательно от позиции к позиции. Сумма этих приращений в заданный интервал времени характеризует величину энергозатрат на регистрируемое за это время перемещение ОЦД.
С учетом теоремы Котельникова при достаточной частоте дискретизации потери полезной информации о параметрах сложного движения ОЦД будут пренебрежимо малы.
Значение мгновенной кинетической энергии тела массой m, движущегося со скоростью Vi, согласно стандартной формуле вычисляется на каждом регистрируемом участке траектории:
Величина механической работы, совершаемой телом массой m для смещения ОЦД между двумя последовательными позициями во время исследования или тренинга равна:
Количество выполненной работы (затраченной энергии) в течение заданного интервала времени выражается в стандартных показателях - джоулях - и равно:
где: n - число проведенных дискретных измерений в течение заданного интервала времени.
Вычисленное значение суммарной энергии, затраченной на поддержание или изменение позы в пределах заданных временных интервалов, например, длительностью одна секунда, преобразуется в сигнал, модулирующий частоту задающего генератора акустических колебаний звукового диапазона. При этом частота звукового сигнала будет изменяться от нижней границы звукового диапазона (то есть практически не слышимый сигнал) до высоких звуковых частот пропорционально уровню энергозатрат. Крутизна преобразования выбирается из соображений обеспечения требуемой чувствительности контура акустической обратной связи.
Например, спортсмен-стрелок устанавливается на стабилоплатформу и изготавливается к стрельбе по мишени с инструкцией удерживать заданную позу при изготовке к стрельбе таким образом, чтобы в наушниках отсутствовали акустические сигналы. Появление слышимого звука свидетельствует об отклонении от заданной позы, повышение интенсивности звука - о ее возрастающей нестабильности. На Фиг.1 приведен схематичный пример реализации описываемого способа.
Способ экспресс-оценки стабильности позы человека и ее коррекции, заключающийся в проведении стабилометрического контроля с измерением, записью и преобразованием измеренных стабилометрических показателей в акустические сигналы звукового диапазона, отличающийся тем, что в пределах заданных последовательно следующих друг за другом временных интервалов рассчитываются средние значения координат центра давления и суммарные в пределах тех же временных интервалов энергозатраты на перемещение центра давления, определяемые как сумма приращений кинетической энергии тела контролируемого объекта между двумя последовательными измерениями координат центра давления, а последующее преобразование полученных величин в акустические сигналы звукового диапазона осуществляется так, чтобы частота акустического сигнала была пропорциональна отклонению координат центра давления от заданного значения и величине энергозатрат на перемещения центра давления, образуя, тем самым, канал биологической обратной связи для коррекции заданной позы на слух.