RU2025731C1

RU2025731C1 - Method and device for inspecting level of person's keeping vigil

Info

Publication number: RU2025731C1
Authority: RU
Inventors: Василий Викторович Бонч-Бруевич; Вадим Борисович Волковой; Валерий Васильевич Дементиенко; Игорь Васильевич Кузнецов; Андрей Генрихович Марков; Юрий Маркович Меерзон; Вячеслав Маркович Шахнарович
Original assignee: Василий Викторович Бонч-Бруевич; Вадим Борисович Волковой; Валерий Васильевич Дементиенко; Игорь Васильевич Кузнецов; Андрей Генрихович Марков; Юрий Маркович Меерзон; Вячеслав Маркович Шахнарович
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: medical equipment. SUBSTANCE: level of keeping vigil is judged from value of intervals between leading edges of adjacent parts of negative value of speed of electrical resistance of skin. Device has differentiator, which has input connected to electrodes, and two integrators. Input of one integrator is connected to electrodes either, and input of the other one is connected with output of differentiator. Outputs of both integrators are connected with inputs of amplitude-time selector. EFFECT: improved truth of inspection. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам контроля уровня бодрствования человека и устройствам для их осуществления на основе измерения физиологических параметров человека, и может быть использовано для обеспечения безопасности движения транспортных средств, контроля состояния операторов и т.д. The invention relates to medical equipment, namely to methods for monitoring the level of human wakefulness and devices for their implementation based on the measurement of physiological parameters of a person, and can be used to ensure the safety of vehicles, monitoring the status of operators, etc.

В системе общепринятых представлений психофизиологии под уровнями бодрствования понимается следующая шкала функциональных состояний человека: психоэмоциональное напряжение - активность, обеспечивающая нормальную работоспособность - психофизиологическая релаксация - дремотное состояние - сон. Контроль уровня бодрствования позволяет обнаружить отказы человека-оператора в "древе" состояний [1] :

Известен способ контроля уровня бодрствования человека путем непрерывного измерения электрического сопротивления кожи, при котором электрическое сопротивление кожи контролируемого сравнивают с контрольным уровнем и в случае, когда электрическое сопротивление кожи превышает контрольный уровень, подают аварийную команду [2].In the system of generally accepted ideas of psychophysiology, the following levels of wakefulness are understood as the following scale of a person’s functional states: psychoemotional stress — activity that ensures normal performance — psychophysiological relaxation — drowsiness, sleep. Monitoring the level of wakefulness allows you to detect failures of the human operator in the "tree" of states [1]:

A known method of controlling the level of human wakefulness by continuously measuring the electrical resistance of the skin, in which the electrical resistance of the skin of the controlled is compared with the control level, and in the case when the electrical resistance of the skin exceeds the control level, an emergency command is sent [2].

Известно также устройство для контроля уровня бодрствования человека по величине электрического сопротивления кожи, содержащее усилитель, входы которого подключены к электродам, контактирующим с телом человека, пороговый элемент и блок сигнализации. It is also known a device for monitoring the level of human wakefulness by the value of the electrical resistance of the skin, containing an amplifier, the inputs of which are connected to electrodes in contact with the human body, a threshold element and an alarm unit.

Однако известные способ и устройство не учитывает возможность колебания электрического сопротивления кожи у разных людей и в зависимости от времени суток, сезона и т. д. и не обеспечивают достоверного контроля уровня бодрствования. However, the known method and device does not take into account the possibility of fluctuations in the electrical resistance of the skin in different people and depending on the time of day, season, etc., and does not provide reliable control of the level of wakefulness.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля уровня бодрствования человека, основанный на анализе фазической составляющей электрического сопротивления кожи [3]. Фазическая составляющая электрического сопротивления кожи представляет собой быстрые изменения электрического сопротивления кожи на величину от долей процента до нескольких процентов с возвратом к исходному уровню. Длительность этих изменений составляет несколько секунд. Фазическая составляющая электрического сопротивления кожи сопровождает ориентировочную деятельность человека, интенсивную психическую деятельность и всевозможные эмоциональные состояния. Снижение функции внешнего внимания, утомления, развитие дремотного состояния приводит к снижению амплитуды импульсов и увеличению длительности интервалов между соседними импульсами. Устройство, реализующее этот способ контроля, содержит электроды, блок выделения фазической составляющей электрического сопротивления кожи, амплитудно-временной селектор, логический блок, регулятор и блок сигнализации. The closest technical solution is a method of controlling the level of human wakefulness, based on the analysis of the phase component of the electrical resistance of the skin [3]. The phase component of the electrical resistance of the skin is a rapid change in the electrical resistance of the skin by a fraction of a percent to several percent with a return to the original level. The duration of these changes is a few seconds. The phase component of the electrical resistance of the skin accompanies the orienting activity of a person, intense mental activity and all kinds of emotional states. The decrease in the function of external attention, fatigue, the development of a drowsiness leads to a decrease in the amplitude of the pulses and an increase in the duration of the intervals between adjacent pulses. A device that implements this method of control contains electrodes, a block for isolating the phase component of the electrical resistance of the skin, an amplitude-time selector, a logic unit, a regulator, and an alarm unit.

Однако известные способ и устройство не обеспечивают достаточную достоверность контроля уровня бодрствования человека, так как в указанном способе не регистрируют резкие изменения тонической составляющей электрического сопротивления кожи, также свидетельствующие о переключении внимания. Кроме того, импульсы малой длительности могут быть ошибочно приняты за фазические, так как устройство, реализующее описанный способ, слабо защищено от импульсных помех. However, the known method and device do not provide sufficient reliability to control the level of human wakefulness, since the specified method does not record sharp changes in the tonic component of the electrical resistance of the skin, also indicating a shift in attention. In addition, short-duration pulses can be mistaken for phase pulses, since a device that implements the described method is poorly protected from pulsed interference.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля уровня бодрствования человека. The aim of the invention is to increase the reliability of monitoring the level of human wakefulness.

Указанная цель достигается тем, что в способе контроля уровня бодрствования человека на основе измерения параметров электрического сопротивления кожи, согласно изобретению, измеряют скорость изменения электрического сопротивления кожи, регистрируют зависимость скорости изменения электрического сопротивления кожи от времени, регистрируют участки с отрицательным значением скорости, превышающим пороговый уровень, измеряют интервалы между передними фронтами соседних участков и по величине этих интервалов судят об уровне бодрствования человека, при этом большей величине интервала соответствует меньший уровень бодрствования, а меньшей величине интервала - больший уровень бодрствования. This goal is achieved by the fact that in the method of monitoring the level of human wakefulness on the basis of measuring the electrical resistance of the skin, according to the invention, measure the rate of change of electrical resistance of the skin, record the dependence of the rate of change of electrical resistance of the skin on time, register areas with a negative value of speed exceeding the threshold level , measure the intervals between the leading edges of neighboring sections and judge the level of awake by the value of these intervals man, with this larger interval corresponds to a lower level of wakefulness, and a smaller value of the interval corresponds to a higher level of wakefulness.

При этом пороговый уровень скорости изменения электрического сопротивления кожи можно определять как для группы людей, так и индивидуально для контролируемого человека. Это дает возможность повысить достоверность контроля уровня бодрствования человека. In this case, the threshold level of the rate of change in the electrical resistance of the skin can be determined both for a group of people and individually for a controlled person. This makes it possible to increase the reliability of monitoring the level of human wakefulness.

Эта же цель достигается тем, что устройство для контроля уровня бодрствования человека, содержащее электроды, амплитудно-временной селектор и блок сигнализации, вход которого подключен к выходу амплитудно-временного селектора, согласно изобретению, содержит дифференциатор, вход которого подключен к электродам, и два интегратора, вход одного из которых также подключен к электродам, а вход другого - к выходу дифференциатора, при этом выходы обоих интеграторов подключены к входам амплитудно-временного селектора. The same goal is achieved by the fact that the device for monitoring the level of human wakefulness, containing electrodes, an amplitude-time selector and an alarm unit, the input of which is connected to the output of the amplitude-time selector, according to the invention, contains a differentiator, the input of which is connected to the electrodes, and two integrators , the input of one of which is also connected to the electrodes, and the input of the other to the output of the differentiator, while the outputs of both integrators are connected to the inputs of the amplitude-time selector.

Это обеспечивает повышение достоверности контроля уровня бодрствования человека. This provides an increase in the reliability of monitoring the level of human wakefulness.

Целесообразно, для повышения чувствительности устройства выполнить амплитудно-временной селектор в виде последовательно соединенных между собой блока сравнения и измерителя интервалов времени. It is advisable to increase the sensitivity of the device to perform an amplitude-time selector in the form of a series-connected comparison unit and a time interval meter.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - временная зависимость электрического сопротивления кожи и скорости его изменения. Figure 1 shows the structural diagram of the device; figure 2 - time dependence of the electrical resistance of the skin and its rate of change.

Заявляемый способ контроля уровня бодрствования человека подробно описан на примере работы устройства для его реализации. Это устройство содержит электроды 1 (фиг.1), которые укрепляют на теле человека и соединяют с входом дифференциатора 2, с помощью которого производят непрерывное измерение текущего значения скорости изменения электрического сопротивления кожи. Выход дифференциатора с входом интегратора 3. Интегратор 3 производит непрерывное усреднение значения скорости изменения электрического сопротивления кожи за время 0,1 с, что позволяет избавиться от высокочастотных импульсных помех. Полученная зависимость скорости изменения электрического сопротивления кожи от времени приведена на фиг.2. Участкам а,b,c, на которых значение электрического сопротивления кожи R резко уменьшается, соответствуют участки А, B,C, на которых значение скорости изменения электрического сопротивления кожи ΔR отрицательно. Электроды 1 соединены также с входом интегратора 4. С его помощью приводят измерение среднего значения электрического сопротивления кожи за время 30 с. Сигналы с выходов блоков 3 и 4 подают на входы блока 5 сравнения. Блок сравнения регистрирует участки А, В, С (см.фиг.2) зависимости скорости изменения электрического сопротивления кожи от времени, на которых значение скорости отрицательно, а ее величина превышает 0,8% от среднего значения электрического сопротивления кожи, снимаемого с блока 4. В начале каждого такого участка на выходе блока 5 формируют импульс. Выход блока 5 соединен с входом измерителя интервалов времени 6, с помощью которого производится измерение интервалов между соседними импульсами. Увеличение длительности интервалов свидетельствует о снижении уровня бодрствования и при превышении длительностью интервала установленной величины включают блок 7 сигнализации. The inventive method of controlling the level of human wakefulness is described in detail on the example of the operation of the device for its implementation. This device contains electrodes 1 (Fig. 1), which are mounted on the human body and connected to the input of the differentiator 2, with the help of which continuous measurement of the current value of the rate of change of the electrical resistance of the skin is performed. The output of the differentiator with the input of the integrator 3. Integrator 3 performs continuous averaging of the rate of change of the electrical resistance of the skin over a period of 0.1 s, which allows you to get rid of high-frequency impulse noise. The obtained dependence of the rate of change of the electrical resistance of the skin on time is shown in figure 2. Sections a, b, c, in which the value of the skin electrical resistance R sharply decreases, correspond to sections A, B, C, in which the value of the rate of change of the skin electrical resistance ΔR is negative. The electrodes 1 are also connected to the input of the integrator 4. Using it, a measurement is made of the average value of the electrical resistance of the skin over a period of 30 s. The signals from the outputs of blocks 3 and 4 are fed to the inputs of the comparison unit 5. The comparison unit registers sections A, B, C (see Fig. 2) of the dependence of the rate of change of the skin electrical resistance on time, at which the speed value is negative, and its value exceeds 0.8% of the average value of the skin electrical resistance removed from block 4 At the beginning of each such section, an impulse is formed at the output of block 5. The output of block 5 is connected to the input of the time interval meter 6, with which the intervals between adjacent pulses are measured. An increase in the duration of the intervals indicates a decrease in the level of wakefulness and, when the interval exceeds the set value, the alarm unit 7 is turned on.

Таким образом, в описываемом способе регистрируются участки А, В, С отрицательных значений скорости изменения электрического сопротивления кожи, соответствующие не только импульсам фазической составляющей электрического сопротивления кожи, но и резким спадам тонической составляющей, также свидетельствующим о переключении внимания, что повышает достоверность контроля состояния контролируемого человека. Кроме того, введение интегратора 4 и проведение с его помощью усреднения сигнала позволяет избавиться от влияния высокочастотных импульсных помех,что также повышает достоверность контроля. Thus, in the described method, sections A, B, C of negative values of the rate of change of the skin electrical resistance are recorded, corresponding not only to pulses of the phase component of the skin electrical resistance, but also to sharp drops in the tonic component, which also indicate switching attention, which increases the reliability of monitoring the state of the controlled person. In addition, the introduction of integrator 4 and averaging of the signal with its help eliminates the influence of high-frequency impulse noise, which also increases the reliability of the control.

Claims

1. A method of monitoring the level of human wakefulness on the basis of measuring the electrical resistance of the skin, characterized in that, in order to increase the reliability of the control, measure the rate of change of electrical resistance of the skin, record the dependence of the rate of change of electrical resistance of the skin on time, register sections of this dependence with a negative value speeds exceeding the threshold level, measure the intervals between the leading edges of neighboring sections and judge the value of these intervals about the level of human wakefulness, with this larger interval corresponds to a lower level of wakefulness, and a smaller value of the interval corresponds to a higher level of wakefulness.

2. A device for monitoring the level of human wakefulness, containing electrodes, an amplitude-time selector and an alarm unit, the input of which is connected to the output of the amplitude-time selector, characterized in that, in order to increase the reliability of control, it contains a differentiator, the input of which is connected to the electrodes , and two integrators, the input of one of which is also connected to the electrodes, and the input of the other is connected to the output of the differentiator, while the outputs of both integrators are connected to the inputs of the amplitude-time selector.

3. The device according to claim 2, characterized in that, in order to increase the sensitivity of the device, the amplitude-time selector is made in the form of a series-connected comparison unit and an indicator of time intervals.