RU2746037C1 - Method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals - Google Patents

Method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals Download PDF

Info

Publication number
RU2746037C1
RU2746037C1 RU2020115768A RU2020115768A RU2746037C1 RU 2746037 C1 RU2746037 C1 RU 2746037C1 RU 2020115768 A RU2020115768 A RU 2020115768A RU 2020115768 A RU2020115768 A RU 2020115768A RU 2746037 C1 RU2746037 C1 RU 2746037C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
physiological
group
session
individual
individuals
Prior art date
Application number
RU2020115768A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Полина Александровна Романченко
Андрей Романович Гладышев
Андрей Юрьевич Алейников
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority to RU2020115768A priority Critical patent/RU2746037C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746037C1 publication Critical patent/RU2746037C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/01Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/16Devices for psychotechnics; Testing reaction times ; Devices for evaluating the psychological state

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Developmental Disabilities (AREA)
  • Social Psychology (AREA)
  • Child & Adolescent Psychology (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Hospice & Palliative Care (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to medicine, in particular to a method for performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals. When executing the method, the physiological parameter of the individual is continuously measured. Show him its value on the monitor screen in real time simultaneously with the desired value to be achieved during the session. In this case, the individual performs actions aimed at achieving the desired value of the physiological parameter. Continuous measurement of physiological parameters (1) for each individual from the user group is carried out using physiological signal recorders. The recorders contain sensors for measuring the physiological signal (6), such as respiration sensors, photoplethysmograms, encephalograms, cardiograms, electromyograms, skin galvanic response, temperature, pulse. The sensors can be used individually and in various combinations. Each of the sensors through an analog-to-digital converter (5) is connected to a microcontroller control unit (4). The control unit is connected to an interface driver (7), an information input device (8) and a display (9) to visualize the settings. The number of physiological signal recorders corresponds to the number of individuals in the group. A human-machine interface is built using a combination: a group of physiological signal recorders of individuals - a visualization unit (2) - an electronic computer (3). In this case, the number of visualization blocks depends on the purpose of the session and can be one block for all participants in the session or correspond to the number of individuals in the group. The desired intervals of the measured physiological values ​​for each individual from the group are set by the session administrator on the electronic computer. The current and desired values ​​of physiological parameters are presented to each individual using an imaging unit. The visualization unit is made in the form of a mechatronic software-controlled actuator. The executive device includes a microcontroller control unit (10), a mechatronic electromechanical unit (11), an interface device for mechatronic electromechanical executive units (12) and a microcontroller control unit, an interface driver (13), an information input device (14) for setting up the physiological parameters registration unit and display (15) for visualizing the settings. An analysis of the interaction of a group of individuals is carried out using software. The software visualizes graphs of changes in quantitative parameters of physiological signals of each member of the group participating in the session. The contribution of each individual - the session participant - to the achievement of the set goal of the biofeedback session using the imaging unit is assessed for all physiological parameters set by the administrator for each individual.
EFFECT: provides a method for implementing a human-machine interface that unites more than one user, based on biofeedback for registration, processing and analysis of human physiological signals, which can be used for diagnostic, research, educational, physiological, prophylactic and therapeutic purposes.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способам реализации человеко-машинного интерфейса на основе биологической обратной связи для регистрации, обработки и анализа физиологических сигналов человека и может быть использовано для диагностических, исследовательских, образовательных, физиологических, профилактических и лечебных целей.The invention relates to methods for implementing a human-machine interface based on biofeedback for registration, processing and analysis of human physiological signals and can be used for diagnostic, research, educational, physiological, prophylactic and therapeutic purposes.

Известен способ повышения эффективности деятельности человека за счет применения биологической обратной связи (Заявка на изобретение № 2011135304 опубликован 10.03.2013). Способ включает регистрацию физиологического сигнала, соответствующего выбранному для регуляции параметру, преобразование регистрируемого сигнала в информацию, удобную для восприятия человеком, и представление информации о состоянии регистрируемого параметра в реальном времени, отличающийся тем, что информацию представляют в непосредственной и/или опосредствованной форме, например, в виде графика с отмеченными на нем значениями регулируемого показателя. Либо для представления информации в опосредствованной форме используют громкость музыки или яркость картинки, которые изменяются в зависимости от регулируемого показателя определенным известным пациенту образом.There is a known method of increasing the efficiency of human activity through the use of biofeedback (Application for invention No. 2011135304 published 03/10/2013). The method includes registering a physiological signal corresponding to a parameter selected for regulation, converting the recorded signal into information convenient for human perception, and presenting information about the state of the recorded parameter in real time, characterized in that the information is presented in a direct and / or indirect form, for example, in the form of a graph with the values of the adjustable indicator marked on it. Or, to represent information in an indirect form, the loudness of the music or the brightness of the picture are used, which change depending on the adjustable parameter in a certain way known to the patient.

Недостатком способа является использование только одного вида сигнала, а также отсутствие возможности работы с группой пользователей и анализа их взаимодействия.The disadvantage of this method is the use of only one type of signal, as well as the inability to work with a group of users and analyze their interaction.

Известен способ тренинга на основе биологической обратной связи, реализуемый с использованием реабилитационного психофизиологического комплекса с аудиотактильным музыкотерапевтическим устройством и акустическим сенсорным креслом (патент РФ № 51853 опубликован 10.03.2006). Способ предназначен для реабилитации и коррекции психофизиологического состояния с использованием многофункциональной биологической обратной связи (БОС) больных с функциональными заболеваниями сердечно-сосудистой системы, нервной системы, хроническими заболеваниями органов дыхания, заболеваниями мочеполовой системы. A known method of training based on biological feedback, implemented using a rehabilitation psychophysiological complex with an audiotactile music therapy device and an acoustic touch chair (RF patent No. 51853 published 03/10/2006). The method is intended for rehabilitation and correction of psychophysiological state using multifunctional biological feedback (BFB) of patients with functional diseases of the cardiovascular system, nervous system, chronic respiratory diseases, diseases of the genitourinary system.

Недостатком комплекса является узкая направленность использования и отсутствие возможности работы с группой пользователей с анализом их взаимодействия.The disadvantage of the complex is the narrow focus of use and the inability to work with a group of users with the analysis of their interaction.

Известен способ сетевого взаимодействия модулей регистраторов биологических сигналов и их взаимодействия с мехатронными модулями визуализации количественного значения биологического параметра, реализуемый модульным конфигурированным устройством биологической обратной связи (Гладышев А. Р., Романченко П. А., Алейников А. Ю. Разработка модульного конфигурируемого устройства биологической обратной связи // Сборник трудов 15 – й Международной научно – практической конференции «Наука и образование: отечественный и зарубежный опыт», С. 35-38. Издательство: ООО ГиК, г. Белгород - статья, опубликовано: ноябрь 2018 г.). Способ реализуется при помощи устройства, состоящего из отдельных модулей, каждый из которых снабжен набором датчиков, регистрирующих физиологические сигналы различной природы человеческого организма в частности: ЭКГ, дыхание, фотоплетизмограмма. Каждый модуль представляет из себя микроконтроллерную систему, основные функции которой сбор, обработка и передача сигналов на компьютер, для возможности дальнейшего их использования в программах и устройствах БОС. Данное устройство также может быть сопряжено с различными мехатронными узлами, предназначенными для визуализации этих сигналов в более понятном и наглядном виде посредством беспроводного интерфейса.A known method of network interaction of biological signal recorder modules and their interaction with mechatronic modules for visualization of the quantitative value of a biological parameter, implemented by a modular configured biofeedback device (Gladyshev A.R., Romanchenko P.A., Aleinikov A. Yu. Development of a modular configurable biological device feedback // Proceedings of the 15th International Scientific and Practical Conference "Science and Education: Domestic and Foreign Experience", pp. 35-38. Publisher: OOO GiK, Belgorod - article, published: November 2018). The method is implemented using a device consisting of separate modules, each of which is equipped with a set of sensors that record physiological signals of various natures of the human body, in particular: ECG, respiration, photoplethysmogram. Each module is a microcontroller system, the main functions of which are collection, processing and transmission of signals to a computer for the possibility of their further use in biofeedback programs and devices. This device can also be interfaced with various mechatronic assemblies designed to visualize these signals in a more understandable and visual form via a wireless interface.

Недостатком способа является отсутствие возможности работы с группой пользователей с анализом их взаимодействия.The disadvantage of this method is the inability to work with a group of users with the analysis of their interaction.

Известен, выбранный за прототип, способ обучения саморегуляции физиологических параметров на основе биологической обратной связи (Заявка на изобретение № 96121962 опубликован 20.01.1999), включающий непрерывное измерение физиологического параметра у обучающегося, предъявление ему его значения на экране монитора в реальном масштабе времени одновременно с желаемым значением, которое надо достичь в процессе обучения, выполнение обучающимся действий, направленных на достижение им желаемого значения физиологического параметра, при этом значение физиологического параметра обучающегося представляют на экране в виде одной из фигур участников соревнования по преодолению дистанции. Одновременно обучающемуся демонстрируют фигуру "соперника", которого надо "опередить" на дистанции, а скорость движения фигуры обучающегося устанавливают в зависимости от степени приближения значения его физиологического параметра к желаемому значению - к фигуре "соперника". Скорость движения фигуры "соперника" при отставании от нее фигуры обучающегося более чем на 0,6% от длины дистанции снижают, а при таком же отставании "соперника" увеличивают на 0,1 величины разности между скоростями обучающегося и "соперника". Обучение проводят в несколько этапов, на каждом этапе обучающемуся предлагают выбрать "соперника" из предложенного перечня "соперников" по их "спортивным показателям" и в случае победы обучающегося на дистанции последующий выбор ему предлагают сделать из числа более сильных "соперников", а в случае поражения обучение начинают с первого этапа.It is known, chosen as a prototype, a method of teaching self-regulation of physiological parameters based on biological feedback (Application for invention No. 96121962 published on 01.20.1999), including continuous measurement of a physiological parameter in a student, presenting it to him on the monitor screen in real time simultaneously with the desired the value that must be achieved in the learning process, the performance by the student of actions aimed at achieving the desired value of the physiological parameter, while the value of the physiological parameter of the student is presented on the screen in the form of one of the figures of the participants in the competition to overcome the distance. At the same time, the student is shown the figure of the "opponent", which must be "ahead" at a distance, and the speed of the student's figure movement is set depending on the degree of approximation of the value of his physiological parameter to the desired value - to the figure of the "opponent". The speed of movement of the "opponent" figure when the student’s figure lags behind it by more than 0.6% of the length of the distance is reduced, and with the same backwardness of the “opponent” it is increased by 0.1 of the difference between the speed of the student and the "opponent". The training is carried out in several stages, at each stage the student is offered to choose an "opponent" from the proposed list of "rivals" according to their "sports indicators" and in case of victory of the student at a distance, he is offered to make the next choice from among the stronger "rivals", and in the case of defeat training begins with the first stage.

Недостатком прототипа является узкая направленность - только для обучения, а также отсутствие возможности работы с группой пользователей и анализа их взаимодействия.The disadvantage of the prototype is the narrow focus - only for training, as well as the lack of the ability to work with a group of users and analyze their interaction.

Задачей предполагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей способов реализации сеансов биологической обратной связи для задач группового взаимодействия индивидуумов на основе построения человеко-машинного интерфейса, объединяющего более чем одного пользователя. The task of the proposed technical solution is to expand the functionality of the methods of implementing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals based on the construction of a human-machine interface that unites more than one user.

Технический результат – реализация задачи путем построения человеко-машинного интерфейса в комбинациях: группа регистраторов физиологических сигналов пользователей – одно мехатронное программно управляемое исполнительное устройство, либо группа регистраторов физиологических сигналов пользователей – группа мехатронных программно управляемых исполнительных устройств, за счет объединения в одну общую систему отдельных регистраторов физиологических сигналов каждого индивидуума из группы пользователей, а также не менее одного мехатронного программно управляемого исполнительного устройства для визуализации физиологических сигналов. The technical result is the implementation of the task by building a human-machine interface in combinations: a group of physiological user signals recorders - one mechatronic software-controlled actuator, or a group of physiological user signals recorders - a group of mechatronic software-controlled actuators, by combining individual recorders into one common system physiological signals of each individual from a group of users, as well as at least one mechatronic software-controlled executive device for visualization of physiological signals.

Одной из главных целей методики биологической обратной связи является обучение контролю над физиологическими параметрами, преимущественно управляемыми подсознательно для использования в образовательных, диагностических, лечебно-реабилитационных и профилактических целях. Из уровня техники неизвестна возможность создания человеко-машинного интерфейса, объединяющего группу индивидуумов в общую сеть для возможности проведения анализа их совместного взаимодействия в ходе выполнения различного рода задач, например, основанных на достижении общей цели, результат которой зависит от вклада каждого члена группы, а также их визуализации с использованием современных технических средств.One of the main goals of the biofeedback technique is to teach control over physiological parameters, mainly controlled subconsciously for use in educational, diagnostic, therapeutic, rehabilitation and prophylactic purposes. From the prior art, it is not known the possibility of creating a human-machine interface that unites a group of individuals into a common network for the possibility of analyzing their joint interaction in the course of performing various kinds of tasks, for example, based on achieving a common goal, the result of which depends on the contribution of each member of the group, as well as their visualization using modern technical means.

Предложенный способ может быть использован для анализа взаимодействия индивидуумов при проведении сеанса биологической обратной связи в группах, например, для выявления в группе индивидуума, обладающего наилучшей способностью к саморегуляции или каких-либо других отличительных особенностей. Либо с целью определения состава группы индивидуумов, которые обладают схожими характеристическими паттернами и способны наиболее эффективно справиться с общей задачей. Целью также может быть анализ способности каждого человека в группе к саморегуляции в процессе выполнения задач, например, связанных с проведением различного рода соревнований.The proposed method can be used to analyze the interaction of individuals during a biofeedback session in groups, for example, to identify in a group an individual with the best ability for self-regulation or any other distinctive features. Or in order to determine the composition of a group of individuals who have similar characteristic patterns and are able to most effectively cope with a common task. The goal may also be to analyze the ability of each person in the group to self-regulate in the process of performing tasks, for example, related to holding various kinds of competitions.

Для решения поставленной задачи предложен способ осуществления сеансов биологической обратной связи для задач группового взаимодействия индивидуумов, включающий непрерывное измерение физиологического параметра индивидуума, предъявление ему его значения в реальном масштабе времени одновременно с желаемым значением, которое надо достичь в процессе сеанса, выполнение индивидуумом действий, направленных на достижение им желаемого значения физиологического параметра, имеющий следующие новые признаки: To solve this problem, a method is proposed for carrying out biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals, including continuous measurement of the physiological parameter of an individual, presenting him with its value in real time simultaneously with the desired value to be achieved during the session, the individual performing actions aimed at achievement of the desired value of the physiological parameter, which has the following new features:

- осуществляют непрерывное измерение не менее одного физиологического параметра у каждого индивидуума, входящего в группу пользователей, с помощью регистраторов физиологических сигналов, содержащих не менее одного датчика измерения физиологического сигнала, каждый из которых через аналогово-цифровой преобразователь соединен с микроконтроллерным блоком управления, который в свою очередь соединен с драйвером интерфейса, устройством ввода информации и дисплеем. При этом количество регистраторов физиологических сигналов соответствует количеству индивидуумов, входящих в группу;- carry out continuous measurement of at least one physiological parameter in each individual included in the user group using physiological signal recorders containing at least one physiological signal measurement sensor, each of which is connected through an analog-to-digital converter to a microcontroller control unit, which in its own the queue is connected to an interface driver, an input device and a display. In this case, the number of physiological signal recorders corresponds to the number of individuals included in the group;

- осуществляют построение человеко-машинного интерфейса с использованием комбинации: группа регистраторов физиологических сигналов индивидуумов – не менее одного блока визуализации, выполненного в виде мехатронного программно управляемого исполнительного устройства – электронно-вычислительная машина; - carry out the construction of a man-machine interface using a combination: a group of physiological signal recorders of individuals - at least one visualization unit, made in the form of a mechatronic program-controlled executive device - an electronic computer;

- желаемые интервалы измеряемых физиологических величин для каждого индивидуума из группы настраивает администратор сеанса на электронной вычислительной машине;- the desired intervals of measured physiological values for each individual from the group are set by the session administrator on an electronic computer;

- текущее и желаемое значение физиологических параметров предъявляют каждому индивидууму при помощи блока визуализации, выполненного в виде мехатронного программно управляемого исполнительного устройства, включающего микроконтроллерный блок управления, не менее одного мехатронного электромеханического, устройство сопряжения, драйвер интерфейса, устройство ввода информации и дисплей; - the current and desired value of physiological parameters is presented to each individual using a visualization unit made in the form of a mechatronic program-controlled actuator, including a microcontroller control unit, at least one mechatronic electromechanical unit, an interface device, an interface driver, an information input device and a display;

- осуществляют анализ взаимодействия группы индивидуумов при помощи программного обеспечения, визуализирующего графики изменений количественных показателей параметров физиологических сигналов каждого члена группы, участвующего в сеансе;- analyze the interaction of a group of individuals using software that visualizes graphs of changes in quantitative parameters of physiological signals of each member of the group participating in the session;

- оценивают вклад каждого индивидуума - участника сеанса - в достижение поставленной цели сеанса биологической обратной связи с использованием блока визуализации по всем установленным администратором для каждого индивидуума показателям физиологических параметров. - the contribution of each individual - the session participant - to the achievement of the set goal of the biofeedback session using the imaging unit is assessed for all physiological parameters set by the administrator for each individual.

Совокупность указанных признаков не известна из уровня техники, следовательно, заявленный способ соответствует условию новизны, неочевидность влияния новых признаков на достижение технического результата, подтверждает соответствие условию изобретательский уровень. Соответствие условию промышленной применимости обеспечивает возможность реализации способа осуществления сеансов биологической обратной связи для задач группового взаимодействия индивидуумов. The combination of these features is not known from the prior art, therefore, the claimed method meets the condition of novelty, the non-obviousness of the influence of new features on the achievement of the technical result, confirms the compliance with the condition of the inventive step. Compliance with the condition of industrial applicability provides the possibility of implementing a method for carrying out biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, приведенными на фигурах: The proposed method is illustrated by the drawings shown in the figures:

фигура 1 – общая схема взаимодействия комплекса устройств для проведения группового сеанса биологической обратной связи; figure 1 is a general diagram of the interaction of a complex of devices for conducting a group biofeedback session;

фигура 2 – изображение начального этапа проведения группового сеанса; figure 2 is an image of the initial stage of a group session;

фигура 3 – изображение промежуточного этапа проведения группового сеанса;figure 3 is an image of an intermediate stage of a group session;

фигура 4 - изображение финала группового сеанса.Figure 4 depicts the final of a group session.

Комплекс устройств для осуществления предложенного способа приведен на схеме (фиг.1), и включает в себя блок 1 регистрации физиологических параметров человека, при этом количество блоков 1 соответствует количеству индивидуумов в группе. Блок 2 визуализации регистрируемых физиологических параметров, выполненный в виде мехатронного программно управляемого исполнительного устройства. При этом количество блоков 2 визуализации зависит от цели сеанса и может составлять 1 блок на всех участников сеанса либо соответствовать количеству индивидуумов в группе. Электронная вычислительная машина (далее ЭВМ) 3, объединена в сеть с использованием последовательного интерфейса с каждым блоком 1 регистрации и каждым блоком 2 визуализации. Каждый блок 1 включает: микроконтроллерный блок управления 4, аналогово-цифровой преобразователь 5, не менее одного датчика измерения физиологического сигнала 6, драйвер 7 интерфейса, устройство 8 ввода информации, дисплей 9. Для измерения физиологического сигнала могут быть использованы как по отдельности, так и в различном сочетании датчики дыхания, фотоплетизмограммы, энцефалограммы, кардиограммы, электромиограммы, кожной гальванической реакции, температуры. Каждый блок 2 визуализации включает: микроконтроллерный блок управления 10, не менее одного мехатронного электромеханического 11, устройство 12 сопряжения, драйвер 13 интерфейса, устройство 14 ввода информации, дисплей 15.The complex of devices for implementing the proposed method is shown in the diagram (Fig. 1), and includes a block 1 for registering physiological parameters of a person, while the number of blocks 1 corresponds to the number of individuals in a group. Unit 2 for visualization of the recorded physiological parameters, made in the form of a mechatronic software-controlled actuator. In this case, the number of blocks 2 visualization depends on the purpose of the session and can be 1 block for all participants in the session or correspond to the number of individuals in the group. An electronic computer (hereinafter referred to as a computer) 3 is networked using a serial interface with each registration unit 1 and each visualization unit 2. Each block 1 includes: a microcontroller control unit 4, an analog-to-digital converter 5, at least one physiological signal measurement sensor 6, an interface driver 7, an information input device 8, a display 9. For measuring a physiological signal, both individually and in various combinations, respiration sensors, photoplethysmograms, encephalograms, cardiograms, electromyograms, skin galvanic reaction, temperature. Each visualization unit 2 includes: a microcontroller control unit 10, at least one mechatronic electromechanical unit 11, an interface device 12, an interface driver 13, an information input device 14, a display 15.

В функции каждого блока 1 входит непосредственный прием сигналов с датчиков 6 физиологической величины и передачи сигналов по последовательному интерфейсу на ЭВМ 3. Для чего каждый физиологический сигнал регистрируется и усиливается датчиком 6 физиологической величины с целью расширения динамического диапазона. Посредством аналогово-цифрового преобразователя 5 производится аналоговая фильтрация сигнала, его оцифровка и передача на микроконтроллерный блок управления 4. В функции микроконтроллера 4 входят: цифровая обработка сигналов, экстракция параметров, упаковка информации в пакеты и настройка приёма-передачи информации по последовательному интерфейсу, а также управление аналогово-цифровым преобразователем 5. Визуализация настроек блока 1 осуществляется посредством дисплея 9. Настройка параметров блока 1 осуществляется посредством устройства 8 ввода информации. За реализацию физического уровня обмена данными по последовательному каналу отвечает драйвер интерфейса 7. The functions of each unit 1 include direct reception of signals from sensors 6 of a physiological value and transmission of signals via a serial interface to a computer 3. For this purpose, each physiological signal is recorded and amplified by a sensor 6 of a physiological value in order to expand the dynamic range. By means of an analog-to-digital converter 5, analog filtering of the signal is performed, it is digitized and transmitted to the microcontroller control unit 4. The functions of the microcontroller 4 include: digital signal processing, extraction of parameters, packing information into packets and setting up the reception and transmission of information via the serial interface, as well as control of the analog-to-digital converter 5. Visualization of the settings of the block 1 is carried out through the display 9. The setting of the parameters of the block 1 is carried out through the device 8 for inputting information. The interface driver 7 is responsible for the implementation of the physical layer of data exchange over the serial channel.

В функции каждого блока 2 входит визуализация значений физиологических параметров, полученных в результате обмена данными с каждым блоком 1. Для визуализации значений физиологических параметров используют исполнительное устройство 11, выполненное в виде мехатронного электромеханического, управляемое микроконтроллерным блоком управления 10 при помощи устройства сопряжения 12. Визуализация настроек осуществляется посредством дисплея 15. Настройка параметров осуществляется посредством устройства 14 ввода информации. За реализацию физического уровня обмена данными по последовательному каналу отвечает драйвер 13 интерфейса. The functions of each block 2 include visualization of the values of physiological parameters obtained as a result of data exchange with each block 1. To visualize the values of physiological parameters, an executive device 11 is used, made in the form of a mechatronic electromechanical device, controlled by a microcontroller control unit 10 using an interface device 12. Visualization of settings carried out by means of display 15. Setting of parameters is carried out by means of device 14 for input of information. The interface driver 13 is responsible for the implementation of the physical layer of data exchange over the serial channel.

Также дополнительно имеется возможность выполнить настройку таких параметров, как настройки скорости обмена данными, функции контроля целостности пакетов и корректности передачи данных и др. для каждого из блоков.It is also additionally possible to configure such parameters as settings for the data exchange rate, functions for monitoring the integrity of packets and the correctness of data transmission, etc. for each of the blocks.

Конкретный пример использования способаA concrete example of using the method

В сеансе участвуют три индивидуума А, В, и С, каждый из них обеспечен блоком 1 регистрации физиологических параметров человека. Для цели исследования к каждому индивидууму А, В и С прикрепляют по три вида датчиков 6 измерения физиологических параметров, где физиологический параметр №1 - пульс, физиологический параметр №2 - дыхание и физиологический параметр №3 - энцефалограмма. В данном примере использован один блок 2 визуализации регистрируемых физиологических параметров, выполненный в виде механического цветка, в котором мехатронными электромеханическими исполнительными узлами 11 являются три подвижных лепестка, каждый из которых через ЭВМ 3, соединен с конкретным блоком 1 регистрации физиологических параметров индивидуума А, В и С. Администратор сеанса на электронной вычислительной машине 3 настраивает желаемые интервалы физиологических величин: для пульса желаемый интервал значений - в пределе от 60-70 ударов в минуту, для дыхания - 30 -40 выдохов в минуту, для энцефолограммы - 20-30 Гц при амплитуде до 15 мВ в минуту. Также администратор настраивает степень открытия-закрытия лепестков механического цветка, у которого положение каждого лепестка будет зависеть от показателей физиологических величин в текущий момент времени того индивидуума, с которым соединен этот лепесток. Достижение желаемого интервала по каждому типу сигнала у каждого индивидуума сопровождается степенью раскрытия лепестка на одну треть и фиксацию в этом положении того лепестка механического цветка, с которым через ЭВМ 3 установлена связь этого индивидуума. При достижении конкретным участником группы одного из трех заранее определенных интервалов физиологического параметра, его лепесток раскроется на одну третью возможного перемещения, а при достижении всех трех заранее определенных интервалов по каждому физиологическому параметру, лепесток механического цветка раскроется полностью. Как видно на фиг. 2 в течение пяти минут проведения сеанса всем участникам сеанса не удалось достичь желаемых интервалов физиологических величин, обозначенных на фигуре как заштрихованная область, поэтому лепестки механического цветка остались в начальном положении. Как видно на фиг. 3, через десять минут после начала проведения сеанса участник А так и не смог достичь ни одного из установленных интервалов физиологических параметров и его лепесток остался в закрытом положении. Участник В по первому физиологическому параметру достиг желаемого интервала на седьмой минуте, по второму физиологическому параметру на шестой минуте, причем был спад параметра на шестой с половиной минуте, но к седьмой минуте он смог достичь желаемого интервала и удержать его до десятой минуты, а по третьему физиологическому параметру он смог удержать желаемого значение параметра начиная с седьмой с половиной минуты, к десятой минуте его лепесток раскрылся полностью. Участнику С удалось достичь только двух желаемых интервалов физиологических параметров, вследствие чего его лепесток отрылся только на две трети. Как видно на фиг. 4, участник A к десятой минуте сеанса достиг желаемого значения первого физиологического параметра, к тринадцатой минуте достиг второго и третьего желаемого значения физиологических параметров и к финалу смог их удержать. Участник B смог на протяжении последних пяти минут удержать желаемое значение по всем физиологическим параметрам. Участник C смог удержать первые два физиологических параметра, а к четырнадцатой минуте смог достичь третьего желаемого значения физиологического параметра. К финалу проведения сеанса каждый из участников A, B, C смог достичь желаемых интервалов значений по каждому физиологическому параметру и раскрыть свой лепесток механического цветка.The session involves three individuals A, B, and C, each of them is provided with a block 1 for registration of human physiological parameters. For the purpose of the study, three types of sensors 6 for measuring physiological parameters are attached to each individual A, B and C, where physiological parameter No. 1 is pulse, physiological parameter No. 2 is respiration and physiological parameter No. 3 is an encephalogram. In this example, one unit 2 for visualization of the recorded physiological parameters is used, made in the form of a mechanical flower, in which the mechatronic electromechanical executive units 11 are three movable petals, each of which is connected through a computer 3 to a specific unit 1 for recording the physiological parameters of an individual A, B and C. The session administrator on an electronic computer 3 sets the desired intervals of physiological values: for the pulse, the desired interval of values is in the range of 60-70 beats per minute, for breathing - 30-40 breaths per minute, for an encephologram - 20-30 Hz at an amplitude up to 15 mV per minute. Also, the administrator configures the degree of opening-closing of the petals of a mechanical flower, in which the position of each petal will depend on the indicators of physiological values at the current moment of time of the individual with whom this petal is connected. The achievement of the desired interval for each type of signal in each individual is accompanied by the degree of opening of the petal by one third and fixation in this position of that petal of the mechanical flower with which the communication of this individual is established through the computer 3. When a specific member of the group reaches one of the three predetermined intervals of a physiological parameter, its petal will open by one third of its possible movement, and when all three predetermined intervals for each physiological parameter are reached, the petal of a mechanical flower will open completely. As seen in FIG. 2, within five minutes of the session, all the participants in the session failed to achieve the desired intervals of physiological values, indicated in the figure as the shaded area, so the petals of the mechanical flower remained in their initial position. As seen in FIG. 3, ten minutes after the beginning of the session, participant A was still unable to reach any of the established intervals of physiological parameters and his petal remained in the closed position. Participant B, according to the first physiological parameter, reached the desired interval at the seventh minute, according to the second physiological parameter at the sixth minute, and there was a decrease in the parameter at the sixth and a half minute, but by the seventh minute he was able to reach the desired interval and keep it up to the tenth minute, and by the third physiological parameter, he was able to maintain the desired value of the parameter starting from the seventh and a half minutes, by the tenth minute his petal opened completely. Participant C was able to achieve only two desired ranges of physiological parameters, as a result of which his petal opened only two-thirds. As seen in FIG. 4, by the tenth minute of the session, participant A reached the desired value of the first physiological parameter, by the thirteenth minute, he reached the second and third desired values of the physiological parameters, and by the end was able to maintain them. Participant B was able to maintain the desired value in all physiological parameters over the last five minutes. Participant C was able to maintain the first two physiological parameters, and by the fourteenth minute was able to reach the third desired physiological parameter. By the end of the session, each of the participants A, B, C was able to reach the desired ranges of values for each physiological parameter and to open his mechanical flower petal.

В результате проведения анализа администратор сделал следующие выводы: участник B справился с задачей быстрее остальных, его способности к саморегуляции заданных физиологических параметров гораздо выше чем у участников A и C, участник С медленнее всех справился с поставленной задачей. Также администратор может проанализировать графики изменений физиологических параметров по каждому участнику в течении всего сеанса и выявить, например, какому физиологическому параметру необходимо в большей степени уделить внимание для повышения уровня саморегуляции.As a result of the analysis, the administrator made the following conclusions: participant B coped with the task faster than the others, his ability to self-regulate the given physiological parameters is much higher than that of participants A and C, participant C was the slowest to cope with the task. Also, the administrator can analyze the graphs of changes in physiological parameters for each participant during the entire session and identify, for example, which physiological parameter should be paid more attention to in order to increase the level of self-regulation.

Таким образом, приведенный пример подтверждает возможность проведения анализа совместного взаимодействия группы индивидуумов в ходе выполнения задачи, основанной на достижении общей цели, результат которой зависит от вклада каждого члена группы, с использованием современных технических средств визуализации. Thus, the given example confirms the possibility of analyzing the joint interaction of a group of individuals in the course of performing a task based on achieving a common goal, the result of which depends on the contribution of each member of the group, using modern technical visualization tools.

При сравнении и анализе взаимодействия после проведения такого сеанса для нескольких групп индивидуумов, можно из каждой группы отобрать индивидуумов, которые способны достигать установленных параметров с наибольшей скоростью и сформировать из них коллектив, наиболее продуктивно решающий поставленную задачу.When comparing and analyzing the interaction after conducting such a session for several groups of individuals, it is possible to select individuals from each group who are able to achieve the set parameters with the highest speed and form a team out of them that most productively solves the task.

Данный способ может быть также использован для проведения разного рода соревнований. Например, сеанс может проводиться с использованием трех блоков 2 визуализации регистрируемых физиологических параметров. В этом случае каждому индивидууму A, B и C будет сопоставляться свой механический цветок, а достижение одного из желаемых интервалов физиологического параметра будет сопровождается раскрытием одного из трех лепестков механического цветка. При достижении всех трех заранее определенных интервалов по каждому физиологическому параметру, все три лепестка механического цветка раскроются. В соревновании побеждает тот, кто быстрее всех раскроет лепестки механического цветка.This method can also be used for various kinds of competitions. For example, the session can be carried out using three blocks 2 for visualization of the registered physiological parameters. In this case, each individual A, B and C will be assigned their own mechanical flower, and the achievement of one of the desired intervals of the physiological parameter will be accompanied by the opening of one of the three petals of the mechanical flower. Upon reaching all three predetermined intervals for each physiological parameter, all three petals of the mechanical flower will open. The winner of the competition is the one who opens the petals of a mechanical flower the fastest.

Надо отметить, что приведенные примеры не ограничивают использование любых других форм мехатронного электромеханического узла программно управляемого исполнительного устройства в блоке визуализации. It should be noted that the above examples do not restrict the use of any other forms of mechatronic electromechanical assembly of a programmable actuator in the visualization unit.

Таким образом, поставленная задача по расширению функциональных возможностей способов реализации сеансов биологической обратной связи для задач группового взаимодействия индивидуумов на основе построения человеко-машинного интерфейса, объединяющего более чем одного пользователя, достигнута.Thus, the task of expanding the functionality of the methods of implementing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals based on the construction of a human-machine interface that unites more than one user has been achieved.

Claims (1)

Способ осуществления сеансов биологической обратной связи для задач группового взаимодействия индивидуумов, включающий непрерывное измерение физиологического параметра индивидуума, предъявление ему его значения на экране монитора в реальном масштабе времени одновременно с желаемым значением, которое надо достичь в процессе сеанса, выполнение индивидуумом действий, направленных на достижение им желаемого значения физиологического параметра, отличающийся тем, что непрерывное измерение физиологических параметров у каждого индивидуума, входящего в группу пользователей, осуществляют с помощью регистраторов физиологических сигналов, содержащих не менее одного датчика измерения физиологического сигнала, выбранных из датчиков дыхания, фотоплетизмограммы, энцефалограммы, кардиограммы, электромиограммы, кожной гальванической реакции, температуры, пульса, которые могут использоваться как по отдельности, так и в различном сочетании, каждый из которых через аналогово-цифровой преобразователь соединен с микроконтроллерным блоком управления, который в свою очередь соединен с драйвером интерфейса, устройством ввода информации и дисплеем для визуализации настроек, при этом количество регистраторов физиологических сигналов соответствует количеству индивидуумов, входящих в группу; осуществляют построение человеко-машинного интерфейса с использованием комбинации: группа регистраторов физиологических сигналов индивидуумов – блок визуализации – электронно-вычислительная машина, где количество блоков визуализации зависит от цели сеанса и может составлять один блок на всех участников сеанса либо соответствовать количеству индивидуумов в группе; желаемые интервалы измеряемых физиологических величин для каждого индивидуума из группы настраивает администратор сеанса на электронной вычислительной машине; текущее и желаемое значения физиологических параметров предъявляют каждому индивидууму при помощи блока визуализации, выполненного в виде мехатронного программно управляемого исполнительного устройства, включающего микроконтроллерный блок управления, мехатронный электромеханический узел, устройство сопряжения мехатронных электромеханических исполнительных узлов и микроконтроллерного блока управления, драйвер интерфейса, устройство ввода информации для настройки блока регистрации физиологических параметров и дисплей для визуализации настроек; осуществляют анализ взаимодействия группы индивидуумов при помощи программного обеспечения, визуализирующего графики изменений количественных показателей параметров физиологических сигналов каждого члена группы, участвующего в сеансе; оценивают вклад каждого индивидуума - участника сеанса - в достижение поставленной цели сеанса биологической обратной связи с использованием блока визуализации по всем установленным администратором для каждого индивидуума показателям физиологических параметров.A method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals, including continuous measurement of the physiological parameter of an individual, presenting it to him on the monitor screen in real time simultaneously with the desired value to be achieved during the session, the individual performing actions aimed at achieving them the desired value of the physiological parameter, characterized in that the continuous measurement of physiological parameters in each individual included in the user group is carried out using physiological signal recorders containing at least one physiological signal measurement sensor selected from respiration sensors, photoplethysmogram, encephalogram, cardiogram, electromyogram , skin galvanic reaction, temperature, pulse, which can be used both individually and in various combinations, each of which is connected via an analog-to-digital converter en with a microcontroller control unit, which in turn is connected to an interface driver, an information input device and a display for visualizing settings, while the number of physiological signal recorders corresponds to the number of individuals included in the group; a human-machine interface is built using a combination of: a group of physiological signal recorders of individuals - a visualization unit - an electronic computer, where the number of visualization units depends on the purpose of the session and can be one unit for all participants in the session or correspond to the number of individuals in the group; the desired intervals of the measured physiological values for each individual from the group are set by the session administrator on the electronic computer; the current and desired values of physiological parameters are presented to each individual using a visualization unit made in the form of a mechatronic program-controlled actuator, including a microcontroller control unit, a mechatronic electromechanical unit, an interface device for mechatronic electromechanical actuators and a microcontroller control unit, an interface driver, an information input device for settings of the physiological parameters registration unit and display for visualization of settings; analyzing the interaction of a group of individuals using software that visualizes graphs of changes in quantitative parameters of physiological signals of each member of the group participating in the session; the contribution of each individual - the session participant - to the achievement of the set goal of the biofeedback session using the imaging unit is estimated for all physiological parameters set by the administrator for each individual.
RU2020115768A 2020-05-13 2020-05-13 Method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals RU2746037C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115768A RU2746037C1 (en) 2020-05-13 2020-05-13 Method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115768A RU2746037C1 (en) 2020-05-13 2020-05-13 Method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746037C1 true RU2746037C1 (en) 2021-04-06

Family

ID=75353462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020115768A RU2746037C1 (en) 2020-05-13 2020-05-13 Method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746037C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU96121962A (en) * 1996-11-12 1999-01-20 Институт медицинской и биологической кибернетики СО РАМН METHOD FOR TEACHING SELF-REGULATION OF PHYSIOLOGICAL PARAMETERS BASED ON BIOLOGICAL FEEDBACK
US20040009813A1 (en) * 2002-07-08 2004-01-15 Wind Bradley Patrick Dynamic interaction and feedback system
RU2005111756A (en) * 2002-09-20 2006-01-20 Квэлкомм Инкорпорейтед (US) COMMUNICATION DEVICE FOR PROVIDING MULTIMEDIA IN A GROUP COMMUNICATION NETWORK
KR20150007936A (en) * 2013-07-11 2015-01-21 삼성전자주식회사 Systems and Method for Obtaining User Feedback to Media Content, and Computer-readable Recording Medium
US20160034305A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-04 Advanced Elemental Technologies, Inc. Methods and systems for purposeful computing
WO2017190049A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Lifelens Technologies, Llc Monitoring and management of physiologic parameters of a subject

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2124370C1 (en) * 1996-11-12 1999-01-10 Институт медицинской и биологической кибернетики СО РАМН Method of training of physiological parameter self- control based on biological feedback

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU96121962A (en) * 1996-11-12 1999-01-20 Институт медицинской и биологической кибернетики СО РАМН METHOD FOR TEACHING SELF-REGULATION OF PHYSIOLOGICAL PARAMETERS BASED ON BIOLOGICAL FEEDBACK
US20040009813A1 (en) * 2002-07-08 2004-01-15 Wind Bradley Patrick Dynamic interaction and feedback system
RU2005111756A (en) * 2002-09-20 2006-01-20 Квэлкомм Инкорпорейтед (US) COMMUNICATION DEVICE FOR PROVIDING MULTIMEDIA IN A GROUP COMMUNICATION NETWORK
US20160034305A1 (en) * 2013-03-15 2016-02-04 Advanced Elemental Technologies, Inc. Methods and systems for purposeful computing
KR20150007936A (en) * 2013-07-11 2015-01-21 삼성전자주식회사 Systems and Method for Obtaining User Feedback to Media Content, and Computer-readable Recording Medium
WO2017190049A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Lifelens Technologies, Llc Monitoring and management of physiologic parameters of a subject

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200237618A1 (en) Systems, apparatuses, devices, and processes for synergistic neuro-physiological rehabilitation and/or functional development
US9173582B2 (en) Adaptive performance trainer
Narazaki et al. Robotic surgery training and performance: identifying objective variables for quantifying the extent of proficiency
US20140081432A1 (en) Method and Apparatus for Rehabilitation Using Adapted Video Games
CN106650196A (en) Methods and systems of controlling a subject's body feature having a periodic wave function
Aung et al. Augmented reality-based RehaBio system for shoulder rehabilitation
Blumenstein et al. Case 6–The road to Olympic medal
RU2746037C1 (en) Method of performing biofeedback sessions for the tasks of group interaction of individuals
DE102005003678A1 (en) Blood pressure and pulse rate variability measurement device for a mammal has a blood pressure and pulse measurement device for connection to a limb extremity with a recording and analysis device connected to the measurement device
Dinevan et al. Human computer interactive system for fast recovery based stroke rehabilitation
Jeunet et al. Human learning for brain–computer interfaces
Edmonds et al. On physiological computing with an application in interactive art
EP1304073B1 (en) Biofeedback method and device, as well as a method for producing and presenting data
Blumenstein et al. Self-regulation and biofeedback
WO2022191895A1 (en) Method and system for providing kinesthetic awareness
Rossito¹ et al. SIRTET-K3D: a serious game for balance improvement on elderly people
RU2331930C1 (en) Method of professional training for students
US12100311B1 (en) Method and system for providing kinesthetic awareness
Wahab et al. The study on the effect of zikir protocols training towards performance of heart rate variability (HRV) and academic achievement among secondary schools students
Garcia-Agundez Clinical Decision Support Systems with Game-based Environments, Monitoring Symptoms of Parkinson’s Disease with Exergames
Aung et al. Neuromotor rehabilitation system with real-time biofeedback
Zhou et al. Experimental Teaching System of Human Physiology and Artificial Intelligence Application in Basic Medical Education
Galletti et al. A Biofeedback-Enhanced Virtual Exergame for Upper Limb Repetitive Motor Tasks
Verma et al. Improving Healthcare Practice by Using HMI Interface
CN118681134A (en) Stroke rehabilitation control equipment and system