RU2734329C2

RU2734329C2 - Устройство для контроля бодрствования человека

Info

Publication number: RU2734329C2
Application number: RU2017111451A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Статут; Андрей Александрович Иващенко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НейроТонус"
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2020-10-15
Also published as: RU2734329C9; RU2017111451A3; RU2017111451A

Abstract

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для контроля бодрствования человека содержит электроды, блок аналого-цифрового преобразования сигнала, служебный модуль системы, микросхему управления устройством и микросхему предварительной обработки. Служебный модуль системы содержит заряжаемый источник питания, BlueTooth модуль, систему звукового оповещения и основную плату управления. По меньшей мере один электрод является пассивным безгелевым неинвазивным, и по меньшей мере один электрод является двухконтактным индифферентным. В плату управления интегрировано программное обеспечение для обработки сигналов ЭЭГ и ЭМГ. Микросхема предварительной обработки выполнена с возможностью распознавания суммарного ЭЭГ сигнала в диапазоне 0-70 Гц, выделения 8 волновых диапазонов, распознавания ЭМГ сигнала о работе надбровных мышц и интерпретации сигналов в данные. Элементы устройства выполнены в конструктивном единстве в виде носимого на голове приспособления, обеспечивающего получение сигналов с поверхности кожи головы пользователя - с внешней поверхности лба и в точке, в которой отсутствует биоэлектрическая активность мозга. Обеспечивается определение в реальном времени состояний усталости, монотонии, рассеянности и индикация состояния засыпания для обеспечения безопасности пользователя с помощью устройства, выполненного в удобной форме для повседневного использования в виде головного убора. Достигается повышение точности в определении бодрствования человека за счет комплексного подхода к получению данных биоэлектрических сигналов двух типов ЭЭГ и ЭМГ, а также простота и удобство в использовании, самодостаточность системы для реализации требуемых задач и заложенных решений, возможность дальнейшего технологического развития за счет перепрограммирования микросхем служебного модуля с целью внесения новых алгоритмов обработки по мере их исследования. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к немедицинскому диагностическому оборудованию, а именно, новому аппаратно-программному комплексу для контроля бодрствования человека, выявления состояний усталости, монотонии, рассеянности, индикации состояния засыпания пользователя на основе биоэлектрических сигналов, получаемых с поверхности кожи головы пользователя неинвазивным методом, и системы сигнализации пользователю о состояниях такого рода, в том числе заблаговременно, с целью вывести пользователя из состояний рассеянности, частичной потери контроля ситуации, невнимательности к окружающей среде и объектам, избежать засыпание. Может быть использовано в профессиональной деятельности в автоматизированных системах контроля перечисленных состояний водителей транспортных средств, машинистов, операторов, но не ограничивается этим перечнем.

Усталость человека в процессе управления транспортным средством - это очень серьезная проблема. В особенности для профессиональных водителей, водителей транспортных компаний, компаний, занимающихся перевозками грузов. Из-за усталости и засыпания за рулем происходят тысячи аварий каждый год. Уставшие водители являются источником опасности как для самих себя, так и для других участников дорожного движения.

Каждый опытный водитель-дальнобойщик хорошо знает, что при движении по трассам, особенно на которых поток транспорта практически отсутствует, на водителя накатывает прилив усталости, который появляется при недостатке подвижности за рулем, убаюкивающем, размеренном движении автомобиля по дороге с единообразным ландшафтом на протяжении продолжительного времени.

Среди водителей такая усталость называется «дорожный гипноз». И действительно, под его воздействием, водитель словно впадает в состояние транса и в какой-то момент уже не способен среагировать на критическое изменение ситуации на дороге. Этот вид усталости отличается от обычного утомления, при котором возвращение организма к обычным показателям происходит достаточно долго. Для восстановления скорости реакции после «гипноза» организму не требуется много времени. Обычно из этого состояния водитель выходит сразу при изменении дорожной обстановки. Но, монотонностью езды может быть вызван и более коварный побочный эффект - засыпание за рулем, который может проявиться в том случае, если у водителя уже присутствует состояние небольшой физической усталости. Говорить об опасности этого явления - излишне.

Профессиональные водители-дальнобойщики, зная о таких особенностях, стараются постоянно следить за своим состоянием. Именно поэтому, условия работы водителей, вынужденных проводить за рулем целый рабочий день, относятся к экстремальным условиям.

Статистика показывает, что порядка 80% ДТП на ровных участках дороги происходит по причине того, что кто-то из водителей находился под влиянием монотонии. По данным Национальной Администрации по Безопасности Дорожного Движения США, усталость водителей является причиной 100000 аварий, 1550 смертей, 71000 травм разной степени тяжести и финансовых потерь в размере более 1,25 миллиардов долларов ежегодно.

Люди по-разному переносят воздействие монотонии. Известно, что хорошую устойчивость к этому состоянию имеют лишь только 3% водителей, а страдают и наиболее сильно подвержены влиянию этого фактора порядка 85%.

Поэтому создание систем или комплексов для контроля бодрствования человека, для решения задач по выявлению состояний монотонии, усталости, приближения фазы засыпания, рассеянности, невнимательности, потере контроля за внешними объектами и предупреждению пользователя, предотвращению засыпания и потери контроля в критические моменты, когда такого рода факторы могут привести к авариям, нарушениям, поломкам/, невыполнению своих обязанностей и так далее, является важной задачей.

Известно устройство для обеспечения уровня бодрствования человека, содержащее исполнительный элемент в виде N групп полупроводниковых термомодулей, тепловоздействующие пластины которых размещены на коже лба человека, датчики температуры, установленные на тепловоздействующих пластинах, источники постоянного тока, число которых находится в диапазоне от 1 до N, коммутатор, блок программного управления, отличающееся тем, что блок программного управления выполнен в виде свободно программируемого контроллера, выходы датчиков температуры соединены с входами контроллера, коммутирующие выходы контроллера соединены с управляющими входами коммутатора, выходы источников питания соединены с коммутирующими входами коммутатора, а коммутирующие выходы коммутатора соединены с входами групп термомодулей с возможностью обеспечения программно-управляемого подключения любой комбинации входов групп термомодулей к любой комбинации выходов источников питания для реализации заданного программно-управляемого по времени распределения на коже лба локальных температурных очагов при нагреве и охлаждении, реверсивных и термоцикличных тепловых воздействиях (RU 161159 U1, 10.04.2016).

Известна телеметрическая система, содержащая два идентичных телеметрических датчика для измерения кожно-гальванической реакции, включающие две пары электродов, и телеметрический датчик пульса, содержащий свето- и фотодиод, электроды и диоды датчиков подсоединены к аналого-цифровым анализаторам, выходы которых подключены к передатчикам с антеннами; приемник сигналов телеметрических датчиков, оснащенный приемопередающей антенной; контроллер и устройство индикации, отличающаяся тем, что в устройство индикации включен блок звуковой сигнализации стрессового уровня бодрствования, добавлен телеметрический датчик пульса и изменен алгоритм функционирования системы, телеметрические датчики располагаются на запястье и на пальце (пальцах) оператора и могут быть выполнены в виде браслета (или наручных часов) и перстня, а также в виде перчатки или ее части, передатчики всех телеметрических датчиков и приемник выполнены с возможностью передачи и приема индивидуальных сигналов от каждого из телеметрических датчиков, а блок обработки сигналов и управления выполнен с возможностью суммирования сигналов от датчиков в режиме реального времени (RU 121141 U1, 20.10.2012).

Известно устройство контроля бодрствования водителя транспортного средства, которое содержит электроды, звуковую сигнализацию, источник питания, элемент световой индикации, отличающееся тем, что датчик положения головы водителя закреплен на очках при помощи крепежного приспособления, имеющих три опоры (носовая перегородка и уши), при этом датчик положения головы водителя содержит металлический шарик, электроды бодрствования, электроды сна, закрепленные в корпусе датчика, при этом электроды сна соединены с радиопередатчиком, имеющим передающую антенну, электроды бодрствования соединены с системой сигнализации нормального положения головы с элементом световой индикации, впадину для металлического шарика, препятствующая ложному срабатыванию устройства, наклонные плоскости внутри корпуса для возврата металлического шарика в исходное положение при возобновлении нормального положения головы водителя, при этом в момент засыпания водителя и изменения им положения головы металлический шарик выходит из впадины и замыкает электроды, за счет чего на радиопередатчик через передающую антенну передатчика и приемную антенну подается сигнал, при этом радиопередатчик соединен со звуковой сигнализацией, предназначенной для выведения водителя из состояния сна (RU 90743 U1, 20.01.2010).

Известно устройство контроля за состоянием бодрствования водителя транспортного средства, содержащее звуковые сигнализаторы, предохранительную систему безопасности, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено емкостным датчиком, состоящим из двух конденсаторов, первый конденсатор образован внешней проводящей поверхностью и рукой водителя, а второй конденсатор образован внутренней и внешней проводящими поверхностями, разделенными диэлектриком, и последовательно связанным с блоком определения касания, с блоком обработки данных, при этом блок обработки данных параллельно соединен со звуковым сигнализатором, предохранительной системой безопасности и блоком взаимодействия с тормозной системой (RU 2563924, 27.09.2015).

Известно устройство для коррекции характеристик сна, содержащее датчик для регистрации электродермальной активности (ЭДА), связанный с блоками анализа и выделения сигналов кожно-гальванической реакции (КГР), генератор стимулирующих электрических импульсов, накожные электроды, модуль управления,

отличающееся тем, что устройство выполнено в виде моноблока с возможностью закрепления на ладони пользователя, корпус которого имеет лицевую и тыльную стороны и элементы крепления,

на тыльной стороне корпуса размещены три электрода, установленные с возможностью гальванической связи с кожным покровом ладонной части руки пользователя, один из которых - измерительный - подключен к входу датчика для регистрации ЭДА, другой - стимулирующий - к выходу генератора электрических импульсов, а третий - является общим нейтральным электродом гальванических цепей упомянутых датчика и генератора,

блоки анализа и выделения сигналов КГР и модуль управления выполнены на основе микропроцессора с возможностью периодического контроля текущего состояния гальванического контакта электродов с кожным покровом, циклического измерения интенсивности КГР и подачи стимулирующих электрических импульсов в паузах между измерениями КГР и обеспечивают три режима функционирования:

спящий режим - при отсутствии гальванического контакта электродов с кожным покровом;

режим регистрации ЭДА - при наличии гальванического контакта электродов с кожным покровом, включающий выделение импульсов КГР и подсчет их количества N за заданный интервал времени и сопоставление с пороговым значением;

режим стимуляции - при количестве N импульсов КГР, превышающем пороговое значение, включающий периодическую подачу электрических импульсов на стимулирующие электроды в течение заданного интервала времени (RU 2553185, 10.06.2015).

Известен способ контроля уровня бодрствования, путем измерения биоэлектрических параметров кожно-гальванической реакции пользователя (RU 2107460, НЕЙРОКОМ, 27.03.1998; US 6167299, Galchenkov et al., NEUROCOM, 26.12.2000; ЕР 0925758 В1, Galchenkov et al., NEUROCOM, 14.01.2004).

Недостатками таких систем является низкая надежность в точности определения контроля состояния пользователя, опирающаяся на информацию, получаемую от носимого датчика кожно-гальванической реакции (КГР), имеющую зависимость также от потовыделения пользователя, которое в свою очередь зависит от состояния окружающей среды (температура, влажность), а также от индивидуальных особенностей работы потовыделительных желез, связанных синдивидуальными особенностями вегетативной системы, и в том числе от психоэмоционального состояния пользователя в течение процесса измерения КГР.

Известен способ контроля бодрствования водителей, основанный на регистрации скальпового биоэлектрического потенциала с датчиков, расположенных в околоушной области (RU 2499692, Антипов О.И. Захаров А.В., 27.11.2013). Однако данный способ основывается исключительно на измерениях наведенного переменного электрического потенциала головного мозга. Таким решениям присуща сложность точности измерений за счет очень низкой электрической активности данного типа сигнала на поверхности кожи измеряемой в милливольтах. На точность его измерения могут влиять как внешние, так и внутренние факторы, например, мио-активность мышц лица и головы, которая генерирует импульсы в микровольтах и является на несколько порядков выше электрической активности мозга, снимаемой с кожного покрова. Такие решения могут носить исключительно рекомендательный характер, в силу ограниченности точности измерений. Также данный способ не позволяет учитывать важные рефлекторные факторы мышечной активности лицевых мышц, которые можно зарегистрировать в момент наступления усталости - такие как мышечная напряженность, частота моргание и т.п.

Недавно появилась система контроля засыпания за рулем Alert Band компании Impecca (http://www.stuff.tv/news/impecca-alert-band-knows-youre-feeling-sleepy). Данное устройство появилось на международном рынке в начале 2016 года. Система опирается только на данные электрической активности мозга пользователя, получаемый с поверхности кожного покрова лба. Так же система не удобна для использования конечным пользователем: выполнена в форме обруча, одеваемого на голову с кабельным соединением к служебному модулю, который необходимо крепить на одежде пользователя.

При этом, помимо указанных, недостатками предыдущих технических решений являются:

1. Использование не комбинированного, а единичного подхода, основанного на электрической активности мозга к решению проблемы предупреждения усталости.

2. Низкий уровень эргономичности для повседневного использования устройства.

3. Отсутствие возможности интеграции с пользовательскими и промышленными решениями.

4. Использование кабельных соединений с дополнительными устройствами в ряде решений.

5. Отсутствие возможности интеграции в головной убор пользователя.

Авторами настоящего изобретения был создан носимый аппаратно-программный комплекс для контроля бодрствования человека, выявления состояний усталости, накопления монотонии, рассеянности, индикации состояния засыпания пользователя на основе биоэлектрических сигналов получаемых с поверхности кожи головы пользователя неинвазивным методом и системы сигнализации пользователю о состояниях такого рода, в том числе заблаговременно, с целью вывести пользователя из состояний рассеянности, частичной потери контроля ситуации, невнимательности к окружающей среде и объектам, избежать засыпание. Может быть использовано в профессиональной деятельности в автоматизированных системах контроля перечисленных состояний водителей транспортных средств, машинистов, операторов, но не ограничивается этим перечнем.

Целью (задачей) настоящего изобретения является создание нового носимого, мобильного и компактного аппаратно-программного комплекса для контроля бодрствования субъекта с использованием новых алгоритмов анализа биоэлектрических сигналов человеческого организма получаемых от электродов расположенных на поверхности головы пользователя неинвазивным методом.

Поставленная цель достигается новым носимым аппаратно-программным комплексом для контроля бодрствования человека, включающим в себя

Носимый аппаратно-программный комплекс для контроля бодрствования человека, содержащий как минимум один основной пассивный безгелевый неинвазивный электрод, предназначенный для получения электроэнцефалографических и электромиографических данных с внешней поверхности лба пользователя;

двухконтактный пассивный безгелевый неинвазивный индифферентный электрод, присоединяемый к точке, в которой отсутствует биоэлектрическая активность мозга;

регулируемый браслет с установленным заряжаемым элементом питания, индикаторами работы, встроенным вибратором и BlueTooth модулем для приема команд от служебного модуля; и

служебный модуль системы, включающий заряжаемый источник питания, BlueTooth модуль для синхронизации с браслетом, систему звукового оповещения и основную плату управления,

отличающийся тем, что в плату управления интегрировано программное обеспечение для обработки сигналов ЭЭГ и ЭМГ;

а также тем, что элементы комплекса конструктивно объединены и смонтированы в виде носимого головного убора.

Блок-схема настоящего устройства приведена на Рис. 1, где:

1. Пассивный неинвазивный безгелевый электрод для получения ЭЭГ и ЭМГ биоэлектрические сигналы с поверхности головы пользователя.

2. Индифферентный электрод системы.

3. Блок аналого-цифрового преобразования сигнала (АЦП).

4. Микросхема предварительной обработки. На данном этапе осуществляется предусиление сигнала, фильтрация сигналов. Распознавание суммарного ЭЭГ сигнала в диапазоне 0-70 Гц, выделение 8 волновых диапазонов, а именно, дельта, тета, альфа1, альфа2, бета1, бета2, гама1, гама2. ЭМГ данные о работе надбровных мышц пользователя. Предварительные данные интерпретации ЭЭГ и ЭМГ сигналов в данные для работы алгоритма АПК.

5. Основная микросхема управления АПК. В данной микросхеме отрабатываются основные алгоритмы системы. По результатам обработки и анализа данных полученных от блока №4 делается вывод о необходимости сигнализации с целью воздействия на пользователя при помощи звукового оповещения и вибрации браслета. Команды подаются на внутреннюю систему звуковой сигнализации служебного модуля и BlueTooth модуль для передачи на браслет.

6. Система звуковой сигнализации, встроенная в служебный модуль АПК.

7. BlueTooth модуль встроенный в служебный модуль и передающий сигнал по беспроводному каналу на браслет.

8. BlueTooth модуль установленный в браслете АПК который принимает сигнал срабатывания системы и передает команду на включение вибратора в браслете.

9. Система вибрации браслета.

10. Встроенная система автономного питания АПК, а именно служебного модуля расположенного на головном уборе пользователя. Система включает в себя заряжаемый элемент питания (аккумулятор) и систему зарядки в формате микро USB 5В.

11. Встроенная система автономного питания АПК, а именно браслета. Система включает в себя заряжаемый элемент питания (аккумулятор) и систему зарядки в формате микро USB 5В.

Алгоритм работы платы управления с интегрированным программным обеспечением приведен на Рис. 2.

Более предпочтительным является носимый АПК в виде открытой кепки с регулировочным ремнем для обеспечения удобства носки и плотного прилегания лобного электрода, как изображено на Рис. 3, где:

1. Головной убор в форме удобной открытой кепки на основе которого осуществляется интеграция и монтаж всех основных элементов системы. На передней поверхности кепки располагается прямоугольник текстильной застежки («липучки») для размещения товарного знака компании или заказчика, любойиной визуальной информации выполненной в форме шеврона на основе текстильной застежки.

2. Двухконтактный пассивный безгелевый неинвазивный индифферентный электрод - электрод, присоединяемый к условно "нулевой" точке (к мочке уха), в которой отсутствует биоэлектрическая активность мозга и относительно которой измеряется величина потенциала на других рабочих электродах. Выполненный в формк цшной клипсы.

3. Регулируемый браслет с установленным заряжаемым элементом питания, индикаторами работы, встроенным вибратором и BlueTooth модулем для приема комманд на срабатывание от служебного модуля АПК Б.

4. Служебный модуль системы с индикатором работы, синхронизации с браслетом. Модуль оборудован внешней кнопкой включения системы. Модуль выполняет роль основного элемента системы с установленной основной платой и электронными схемами, чипами, которые обеспечивают работу системы и содержат основные алгоритмы комплекса. В служебном модуле расположен так же заряжаемый источник питания и BlueTooth модуль.

5. Регулировочный ремень кепки для обеспечения удобства носки и плотного прилегания лобного электрода. На данный элемент кепки наносится светоотражающее покрытие.

6. Основной пассивный безгелевый неинвазивный электрод системы, предназначенный для получения ЭМГ и ЭЭГ данных с внешней поверхности лба пользователя.

Более предпочтительным является носимый АПК для предотвращения состояния усталости.

Более предпочтительным является носимый АПК для предотвращения монотонии.

Более предпочтительным является носимый АПК для предотвращения засыпания.

Более предпочтительным является носимый АПК для предотвращения потери внимания.

Преимуществами настоящего изобретения являются:

1. Использование комплексного подхода к получению данных биоэлектрических сигналов ЭЭГ и ЭМГ и их анализу. Распознаются и анализируются частоты и закономерности морганий, сокращений надбровных мышц и их тонус на основе ЭМГ, в так же альфа, тета и бета диапазоны в суммарном сигнале ЭЭГ, получаемом с поверхности лба пользователя.

2. Отсутствие кабельных соединений с периферийными устройствами.

3. Возможность реализации интеграционных решений с оборудованием интересантов, клиентов.

4. Система интегрирована в удобный головной убор - кепку и может быть интегрирована в любой головной убор.

5. Система имеет возможность дальнейшего технологического развития за счет перепрограммирования микросхем служебного модуля с целью внесения новых алгоритмов обработки по мере их исследования.

6. Система является очень простой и удобной в использовании, а также автономной.

7. Система оборудована браслетом, который помимо звукового сигнала служебного модуля использует вибрацию для сигнала пользователю о потенциально опасном состоянии.

8. Звуковое оповещение при неиспользовании включенной системы пользователем.

9. Полная самодостаточность системы для реализации требуемых задач и заложенных решений.

Изобретение направлено на создание надежного способа определения в реальном времени состояний усталости, монотонии, рассеянности и индикации состояния засыпания пользователя, выполненного в удобной форме для повседневного использования в виде головного убора.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что используется два типа биоэлектрических сигналов, получаемых с поверхности кожи головы пользователя неинвазивным методом: электрическая активность мозга (электроэнцефалограмма, ЭЭГ) и электрическая активность мышц (электромиограмма, ЭМГ)

Таким образом техническим результатом настоящего изобретения являются:

- Повышенная точность в определении бодрствования человека за счет комплексного подхода к получению данных биоэлектрических сигналов двух типов ЭЭГ и ЭМГ;

простота и удобство в использовании;

- самодостаточность системы для реализации требуемых задач и заложенных решений;

- возможность дальнейшего технологического развития за счет перепрограммирования микросхем служебного модуля с целью внесения новых алгоритмов обработки по мере их исследования.

Ниже приведены определения терминов, которые используются в описании настоящего изобретения:

АПК - аппаратно-программный комплекс;

АПК Б - аппаратно-программный комплекс «Бодрствование»; коммерческое название «Sleep Alert»;

КГР - кожно-гальваническая реакция;

Неинавазвные методы - методы, во время которых на кожу не оказывается никакого воздействия с помощью игл или различных хирургических инструментов;

Монотония - это функциональное состояние сниженной работоспособности, возникающее в ситуациях однообразной работы с частым повторением стереотипных действий в обедненной внешней среде.

ЭМГ - электромиограмма;

ЭЭГ - электроэнцефалограмма.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.

Рис. 1. Блок-схема аппаратно-программного комплекса для контроля бодрствования человека.

Рис. 2. Алгоритм работы платы управления.

Рис. 3. Изображение реализации АПК в виде головного убора (кепки).

Рис. 4. Изображение реализации АПК в виде головного убора (кепки) на человеке с указанием мест головы, с которых происходит снятие данных.

Рис. 5. Анализ низкочастотных составляющих суммарного ЭЭГ сигнала после их выделения.

Рис. 6. ЭЭГ эффективного состояния концентрации пользователя на внешних процессах и объектах. Уровень рассеяности незначителен.

Рис. 7. ЭЭГ состояния рассеянности, при котором пользователь теряет внимательность к внешним объектам и событиям.

Рис. 8. ЭМГ распознавания артефакта моргания пользователя.

Рис. 9. ЭМГ анализа ROC-кривой морганий.

Рис. 10. Пример работы АПК Б.

Представленные ниже примеры иллюстрируют, но не ограничивают принцип работы устройства.

В процессе тестирования системы были привлечены 30 испытуемых, которым предлагалось выполнять монотонные действия в течении двух часов.

Испытуемые при этом использовали АПК в виде головного убора (кепки) на человеке с указанием мест головы, как изображено на Рис. 4, где:

1. Головной убор в форме удобной открытой кепки на основе которого осуществляется интеграция и монтаж всех основных элементов системы. На передней поверхности кепки располагается прямоугольник текстильной застежки («липучки») для размещения товарного знака компании или заказчика, любой иной визуальной информации выполненной в форме шеврона на основе текстильной застежки.

2. Служебный модуль системы с индикатором работы, синхронизации с браслетом. Модуль оборудован внешней кнопкой включения системы. Модуль выполняет роль основного элемента системы с установленной основной платой и электронными схемами, чипами, которые обеспечивают работу системы и содержат основные алгоритмы комплекса. В служебном модуле расположен так же заряжаемый источник питания и BlueTooth модуль.

3. Кнопка включения питания служебного модуля.

4. Двухконтактный пассивный безгелевый неинвазивный индифферентный электрод - электрод, присоединяемый к условно "нулевой" точке (к мочке уха), в которой отсутствует биоэлектрическая активность мозга и относительно которой измеряется величина потенциала на других рабочих электродах. Выполненный в форме ушной клипсы.

5. Цветовой индикатор служебного модуля. Показывает включение питания, синхронизацию с браслетом и готовность к работе.

6. Вставляемая в специальный внутренний разрез кепки эластичная полоска для крепления лобного основного электрода и проводки кабеля от основного лобного электрода к служебному модулю.

7. Основной пассивный безгелевый неинвазивный электрод системы, предназначенный для получения ЭМГ и ЭЭГ данных с внешней поверхности лба пользователя.

8. Регулируемый браслет с установленным заряжаемым элементом питания, индикаторами работы, встроенным вибратором и BlueTooth модулем для приема команд на срабатывание от служебного модуля АПК Б.

При этом испытуемые были разбиты на две группы по 15 человек. Испытуемые группы №1 должны были не спать одну ночь перед проведением тестов, которые проводились с 08:00 до 20:00 двухчасовыми этапами с перерывами на один час. Испытуемые группы №2 должны были выспаться. В качестве монотонных активностей предлагались такие как управление автомобилем с использованием тренажера, сортировка документов по определенным текстовым признакам, ряд прочих. Тесты проводились в течении двух месяцев по графику два через два. Тесты показали объективную эффективность срабатывания системы с точностью около 92%. Тесты показали минимальные и единичные случаи ложных срабатываний в значении не более 3% от общего числа срабатываний.

Основные принципы анализа низкочастотных составляющих суммарного ЭЭГ сигнала после их выделения из сырого сигнала ЭЭГ испытуемых визуализированы на Рис. 5. Продемонстрированный принцип является одним из нескольких подходов, которые используются в работе при сравнении данных по разным типам биоэлектрических сигналов и их анализа.

Далее на Рис. 6 и 7 визуализирован еще один подход используемый в АПК Б для выявления излишней ментальной релаксации, рассеянности и потери внимания пользователем.

На Рис. 8 показан принцип распознавания артефакта моргания пользователя с целью его отделения от ЭЭГ данных и использования в алгоритме распознавания интенсивности и особенностей морганий пользователя, как проявления сонливости.

На Рис. 9 продемонстрирован классический метод анализа ROC-кривой морганий в котором учитывается и анализируется частота морганий и время закрытия глаз в процессе моргания. В рамках данного метода выявляется уровень сонливости, усталости, приближения к состоянию монотонии испытуемого пользователя.

На ис. 10. показан пример срабатывания системы по комплексу данных.

1. АПК Б одевается и крепится на голове испытуемого.

2. Испытуемый размещается в кабине автобуса-тренажера и выполняет задание по управлению транспортным средством в ночное время суток по трассе с низкой освещенностью.

3. Система анализирует ЭЭГ данные и устанавливает, что имеется высокий уровень рассеянности испытуемого, соответствующий потере внимательности, но этот уровень не признается достаточным для подачи сигнала оповещения опираясь только на данный параметр.

4. Система анализирует альфа и тета ритмы сигнала и выявляет, что кривая находится в зоне приближенной к критической, но не переходит ее.

5. Система анализирует моргания испытуемого и делает вывод о том, что время закрытия глаз в процессе морганий является чрезмерно долгим, но частота морганий не соответствует той, при которой следует подавать сигнал оповещения опираясь только на эту группу данных.

6. По совокупности приведенных выше вводных, алгоритм определяет, что необходимо подать сигнал предупреждения, что позволит предупредить пользователя до проявления критических показателей по каждой из анализируемых категорий данных, что в свою очередь гарантирует более высокую безопасность пользователя АПК Б.

Изобретение может быть использовано в широкой области тематических приложений таких, как:

- Водители, включая водителей спецтранса, грузоперевозок, пассажирских перевозок, такси, частного сектора.

- Машинисты, включая поезда дальнего и пригородного следования, метро, грузовые и пассажирские перевозки.

- Операторы и диспетчеры в самых разнообразных сегментах от авиационных перевозок до контроля АС.

- Сотрудники МЧС и силовых структур в процессе дежурства и иных активностей, связанных с необходимостью поддержания внимательности и контролем опасности засыпания.

- Сбор и систематизация статистических данных о усталости, рассеянности, невнимательности, засыпании сотрудников в процессе выполнения задач связанных с опасностью проявления монотонии.

Claims

1. Устройство для контроля бодрствования человека, содержащее электроды, блок аналого-цифрового преобразования сигнала, служебный модуль системы, содержащий заряжаемый источник питания, BlueTooth модуль, систему звукового оповещения и основную плату управления, отличающееся тем, что по меньшей мере один электрод является пассивным безгелевым неинвазивным, и по меньшей мере один электрод является двухконтактным индифферентным электродом, а также включает микросхему управления устройством и микросхему предварительной обработки, при этом в плату управления интегрировано программное обеспечение для обработки сигналов ЭЭГ и ЭМГ, причем микросхема предварительной обработки выполнена с возможностью распознавания суммарного ЭЭГ сигнала в диапазоне 0-70 Гц, выделения 8 волновых диапазонов, распознавания ЭМГ сигнала о работе надбровных мышц и интерпретации сигналов в данные, а элементы устройства выполнены в конструктивном единстве в виде носимого на голове приспособления, обеспечивающего получение сигналов с поверхности кожи головы пользователя - с внешней поверхности лба и в точке, в которой отсутствует биоэлектрическая активность мозга.

2. Устройство для контроля бодрствования человека по п. 1, отличающееся тем, что выполнено в виде открытой кепки с регулировочным ремнем.