Введение к работе
Актуальность темы. Задача оценки и прогнозирования состояния человека при действии на него интенсивных внешних факторов (как физических, так и стрессовых) имеет большое социальное значение, т.к. число групп людей, подвергающихся в своей деятельности воздействиям, которые не только шшяют на качество профессиональной деятельности, но и способны привести к тяжелым повреждениям в организме достаточно велико. Сюда относятся работники производств с тяжелыми физическими нагрузками, высоким риском аварий, в промышленности, на транспорте, представители ряда военных профессий, космонавты, спортсмены и др.
При этом большую практическую ценность имеют подходы, использующие "косвенные" параметры жизнедеятельности организма, регистрация которых проста и надежна, т.к. часто условия проведения обследований искгаочают применение сложных клинико-физио-логических методов. Существенную роль играют и экономические ограничений.
К таким косвенным параметрам жизнедеятельности, обладающими в то же время "индикаторными" свойствами, относятся показатели сердечного ритма.
В настоящее время накоплен достаточно большой опыт применения методов компьютерной обработки сердечного ритма для оценки состояния человека. Однако использование этих методов для получения индивидуальных прогнозных оценок переносимости интенсивных воздействий не всегда оказывается эффективным, требует тестовых нагрузок значительной интенсивности, длительных записей и привлечения дополнительной медицинской информации. Это объясняется сложной структурой системы регуляции сердечного ритма, динамическим характером изучаемых процессов, влиянием неконтролируемых факторов. Отсутствуют общепризнанные подходы к описанию ритма и построения критериев оценки. Выборки, имеющиеся в распоряжения исследователя, как правило не велики.
Используемые для описания структуры сердечного ритма методы чаще всего основаны на математическом анализе стационарных случайных процессов с атементами автоматического регулирования. Поэтому они предполагают оценку относительно устойчивых состояний и не позволяют учесть динамику многих структурных элементов
сердечного ритма при воздействии. Как показали исследования, т в первую очередь относится к "микроструктуре" ритма, а также х рактеру взаимосвязей его основных параметров, которые ранее і учитывались. Практически не рассматривались .методологичесю вопросы, связанные с постановкой самой задачи анализа данных зависимости от методики испытаний, вида и интенсивности прим> няемых тестовых, воздействий (функциональных нагрузо'шых проб привлекаемой априорной информации, а также вопросы обосноа ния принципов отОора параметров и построения решающих фуш ций.
Построение модели, учитывающей данные обстоятельства, являє ся самостоятельной научной проблемой и представляет больше практической интерес.
Целью работы является разработка методики, позволяющей J основе динамических характеристик сердечного ритма, зарегистрир* ванного во время тестовых проб, получать строгие критерии для ш дивидуальной оценки переносимости человеком различных виде воздействий:
продольных ускорений в направлении "голова - газ" на цец рифуге;
физических нагрузок на велоэргометре;
моделируемых стрессовых воздействий.
Задачи исследований, Б соответствии с поставленной целью был определены следующие задачи, исследований.
1. Формализовать возможные постановки задачи анализа даниь
по оценке и прогнозированию переносимости человеком интеноиі
ных воздействий в зависимости от типа воздействия, способа вер}
фикации данных и имеющегося экспериментального материала.
2. Разработать принципы унифицированного описания дин;
мических параметров сердечного ритма для различных уровне
описания: средневзвешенных характеристик, "микроструктурь
ритма, структуры взаимосвязи параметров; сформулировать правит
отбора признаков с целью отсева несущественных.
-
Определить вид решающей функции, удовлетворяющей приш тьш допущениям и прагматическим требованиям, таким как легкосі интерпретации и технической реализации, возможность расширєюі модели.
-
Получить критерии для оценки переносимости конкретных ш дов внешних воздействий с достоверностью, удовлетворяющей ПС
4. Получить критерии для оценки переносимости конкретных видов внешних воздействий с достоверностью, удовлетворяющей потребностям практики.
Научная новизна работы заключается в постановке и разработке схемы решения задачи оценки переносимости человеком внешних воздействий на основе показателей сердечного ритма как задачи анализа данных с учетом динамических особенностей исходного процесса различных уровней, включая "микроструктуру" процесса и структуру взаимосвязей признаков.
Практическая значимость работы состоит в получении критериев, позволяющих оценивать переносимость человеком конкретных внешних воздействий - перетрузок продольного направления G2> физического воздействия по пробе на велоэргометре; идентифицировать ухудшение функционального состояния операторов при стрессовых воздействиях. При этом обеспечивается повышение качества диагностики, сокращение объема регистрируемой физиологической информации и снижение стоимости исследований, а также уменьшение интенсивности тестовых воздействий. Созданная на основе метода автоматизированная система может быть использована в практике как клинических, так и доклинических обследований.
Внедрение результатов работы в практику. Алгоритмы анализа сердечного ритма, реализующие предложенный подход, внедрены в практику НИР в/ч 64688 для оценки и прогнозирования переносимости физических и стрессовых воздействий (Акт внедрения от 06.12.92 г.)
Методика и программное обеспечение для оценки переносимости человеком физических воздействий по пробе на велоэргометре внедрены в систему медицинского контроля космонавтов во время полетов на орбитальной станции "Мир" (Акт внедрения от 30.08.93 г.) и во время до- и послеполетных обследований (Акт внедрения от 10.07.95 г.).
Публикация: По материалам диссертации выпущен отчет отдела медиіпгнского обеспечения полетов НПО "Энергия", опубликовано 2 печатных работы, получен 1 патент РФ.
Структура и объем работьь Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 140 страницах, содержит 6 рисунков и 2 таблицы. В приложения включено 23 рисунка и
Основные положения, вьтоевмые аа защиту.
-
Формализация постановки различных вариантов задач анализ; данных, связанных с оценкой переносимости человеком внешни: воздействий, а именно, задачи идентификации и прогнозирование состояния динамического объекта и задачи определения структурь множества состояний динамического объекта, позволила обеспечил адекватный выбор молелен для эффективного решения прикладныз задач.
-
Предложенный принцип описания исходного процесса позво ляет задействовать в модели динамические характеристик! различных уровней: средневзвешенные эффекты, нестабильносп микроструктуры процесса, изменения характера взаимосвязей основ ных параметров.
-
Предложенный алгоритм отбора признаков позволяет выделил наиболее существенные для оценки переносимости показател! сердечного ритма и таким образом повысить эффективность диагно
СТИКИ;
4. Функционал 3 = Д,+^5(/^), где S(Nt) = {\(l-Nt)
выбранный в качестве решающей функции, допускает оптимизацик на ограниченном обучающем материале, ввиду малой степени сложности и небольшого числа входящих в него переменных и ПОЗВОЛЯЙ получить количественные критерии для решения практических задач
5. Алгоритмы и программы автоматизированной диагностики, со
зданные на основе предложенных принципов анализа ритма сердца
позволяют получать оценку переносимости воздействий и прогнози
ровать неблагоприятные реакции в организме на такой стадии, когдг
еще отсутствуют какие-либо клинически-значимые признаки сниже
ния функциональных возможностей организма, а для такого воздей
ствия, как перегрузки продольного направления - при значительнс
сниженной интенсивности тестового воздействия.