Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ состояния проблемы функциональной экспресс-диагностики в спорте 15
1.1. Диагностические исследования в спорте 15
1.2. Определение понятия "состояние человека" в физиологии и психологии. Психофизиологические состояния 17
1.3. Основные концепции оценки психофизиологического состояния и конструктивные подходы к их практической реализации 20
1.4. Методологические подходы к диагностике психофизиологического состояния 22
1.5. Анализ методов функциональной диагностики в реальном времени... 25
1.6. Выводы 41
ГЛАВА 2. Разработка принципов построения и алгоритмов работы программно-аппаратного комплекса диагностики психофизиологического состояния спортсмена в реальном времени 43
2.1. Обоснование использования нескольких диагностических методик... 43
2.2. Анализ и отбор диагностических методик, входящих в программно-аппаратный комплекс исследования психофизиологического состояния спортсмена в тренировочный и соревновательный периоды 46
2.3. Анализ основных технологий представления и описания знаний в системах экспертного анализа результатов 50
2.4. Организация системы поддержки принятия решений по оценке состояния спортсмена 53
2.5. Блок анализа психофизиологического состояния спортсмена: принципы построения и алгоритмы работы
2.5.1. Решающие правила для приведения параметров к бальной шкале 54
2.5.2. Разработка средств представления и анализ результатов 55
2.5.3. Представление результатов в СППР 60
2.6. Блок мониторинга состояния и оценки соревновательной готовности: структура и принципы проведения прогноза. Математическое моделирование экстраполяции данных для предсказания соревновательной готовности 62
2.6.1. Математическое моделирование экстраполирующей функции прогноза динамики изменения параметров газоразрядной визуализации62
2.6.2. Построение новых переменных и решающие правила для формирования заключения 69
2.6.3. Результаты моделирования и построения экстраполяционных функций в блоке мониторинга состояния и оценки соревновательной готовности 71
2.6.4. Алгоритм реализации прогноза соревновательной готовности 72
2.7. Протокол работы СППР по прогнозированию результативности
спортивной деятельности 74
2.8. Выводы 75
3 Разработка структуры и алгоритма работы программного обеспечения, принципы математической обработки газоразрядных изображений в программе «ГРВ спорт» 77
3.1. Структурная схема, комплектация и архитектура программно-аппаратного комплекса диагностики состояния 77
3.2. Структура построения программного обеспечения
3.2.1. Блок «Регистратура» 81
3.2.2. Блок «База данных» 85
3.2.3 Блок «Диагностика» 85
3.2.4. Блок «Формирование заключения»
3.2.5. Алгоритм работы программной оболочки 87
3.3. Алгоритм проведения обследований на программно-аппаратном комплексе 89
3.4. Методы и алгоритмы автоматизированной обработки и анализа ГРВ-грамм спортсменов. Программа «ГРВ Спорт»
3.4.1. Алгоритмы расчета спортивно важных параметров в программе «ГРВ-спорт» 91
3.4.2. Основные ГРВ показатели состояния спортсменов и интерфейс программы «ГРВ Спорт» 98
3.5. Выводы 104
ГЛАВА 4. Практическая апробация и анализ результатов экспериментальных исследований 106
4.1. Результаты применения разработанного программно-аппаратного комплекса в спорте 106
4.1.1. Апробация разработанного программно-аппаратного комплекса с системой поддержки принятия решений 106
4.1.2. Результаты использования СППР для оценки психофизиологического потенциала высококвалифицированных спортсменов и прогноза соревновательной готовности 108
4.1.3. Корреляционный анализ параметров 114
4.2. Результаты использования дополнительного модуля анализа биосубстратов спортсмена методом ГРВ, принципы исследования состояния волос спортсменов 116
4.3. Выводы 120
Заключение 122
Список литературы
- Основные концепции оценки психофизиологического состояния и конструктивные подходы к их практической реализации
- Анализ основных технологий представления и описания знаний в системах экспертного анализа результатов
- Структура построения программного обеспечения
- Результаты использования СППР для оценки психофизиологического потенциала высококвалифицированных спортсменов и прогноза соревновательной готовности
Введение к работе
Актуальность работы.
Спорт высших достижений требует обоснования и применения новых эффективных способов и методов оптимизации функционального состояния, повышения умственной и физической работоспособности, расширения резервных возможностей спортсмена. При этом основополагающим должно оставаться сохранение здоровья спортсмена и оптимизация тренировочного процесса.
Повышение эффективности подготовки спортивного резерва возможно лишь при условии строгого соблюдения закономерностей построения многолетнего процесса спортивной подготовки. Эти закономерности обуславливаются многими факторами и, прежде всего, особенностями адаптации организма к характерным для данного вида спорта нагрузкам, их соответствием оптимальному уровню для достижения высоких результатов. Выявление индивидуальных реакций организма спортсмена возможно только при внедрении динамических методов анализа психофизиологического состояния непосредственно в условиях тренировочного процесса на основе многопараметрической функциональной экспресс-диагностики. Разработка приборной и аналитической базы методов экспресс-анализа психофизиологического состояния спортсменов является актуальной задачей как с практической, так и с научной точки зрения.
Целью диссертационной работы является разработка программно-аппаратного комплекса экспресс-диагностики психофизиологического состояния спортсмена и прогнозирования соревновательной готовности на базе системы поддержки принятия решений.
Задачи работы:
Анализ и выбор наиболее информативных методов экспресс-диагностики в спорте.
Разработка структурной схемы программно-аппаратного комплекса исследования психофизиологического состояния спортсмена.
Разработка математической модели, системы поддержки принятия решений и программных алгоритмов оценки текущего психофизиологического состояния спортсмена и прогноза уровня соревновательной готовности.
Разработка математических принципов анализа газоразрядных изображений и расчета параметров, характеризующих спортивно-важные качества спортсменов.
Разработка алгоритмов программного обеспечения для задач автоматизации исследований спортсменов.
Апробация разработанных принципов в экспериментальных исследованиях.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в
теоретической и практической части диссертационной работы использовались: методология системного подхода, теория синтеза биотехнических систем, методы структурного системного анализа, теория вероятностей, математическая статистика, методы математического моделирования, технологии экспертных систем, методы цифровой обработки изображений, методы экспертных оценок.
Экспериментальные исследования проводились на базе Санкт-Петербургского научно-исследовательского института физической культуры, в Санкт-Петербургской академии фигурного катания, в рамках комплексных научных групп на различных спортивных базах России.
Научная новизна заключается в разработке принципов построения многопараметрического программно-аппаратного комплекса исследования психофизиологического состояния спортсмена на базе системы поддержки принятия решений с прогнозированием соревновательной готовности.
Основные научные результаты:
Разработана математическая модель и система поддержки принятия решений по оценке психофизиологического состояния спортсмена и прогнозу соревновательной готовности.
Предложен алгоритм оценки психофизиологического состояния спортсмена и прогнозирования уровня соревновательной готовности.
Разработаны математические принципы анализа газоразрядных изображений и расчета параметров, характеризующих спортивно-важные качества спортсмена.
Разработаны алгоритмы работы программного обеспечения комплекса оценки текущего психофизиологического состояния спортсмена.
Разработана структурная схема программно-аппаратного комплекса, позволяющего производить оценку психофизиологического состояния спортсмена на основе разработанной системы поддержки принятия решений.
Основные положения, выносимые на защиту.
Разработанный программно-аппаратный комплекс позволяет провести многопараметрическую экспресс-оценку психофизиологического состояния спортсмена.
Разработанная на базе математической модели система поддержки принятия решений позволяет проводить мониторинг психофизиологического состояния спортсмена и прогнозировать уровень соревновательной готовности.
Представленные математические принципы анализа газоразрядных изображений позволяют рассчитать параметры, характеризующие спортивно-важные качества спортсмена.
Практическая ценность работы.
В экспериментальных исследованиях доказана эффективность и перспективность использования разработанного программно-аппаратного комплекса в спортивной практике.
Получены следующие практические результаты: 1. Разработанный программно-аппаратный комплекс использован в ходе
плановых текущих обследований спортсменов олимпийских и паралимпийских сборных команд России в следующих видах спорта: фигурное катание, биатлон, лыжные гонки, двоеборье, пулевая стрельба.
2. Получены значимые корреляции параметров, отобранных для
построения программно-аппаратного комплекса, и показано, что
многопараметрический анализ состояния спортсмена существенно увеличивает
вероятность прогноза соревновательной готовности.
3. Проведено внедрение разработанных систем в практику работы
комплексных научных групп по обследованию высококвалифицированных
спортсменов олимпийского резерва. Разработанный программно-аппаратный
комплекс апробирован и внедрен в практику обследования спортсменов на базе
Санкт-Петербургского научно-исследовательского института физической
культуры.
Внедрение результатов.
Результаты диссертационной работы были использованы при выполнении следующих научно-исследовательских и конструкторских работ: «Целевая поддержка развития региональных образовательных учреждений по работе с одаренными детьми» (гос. контракт № 197, 2003-2006); «Разработка персонального программно-аппаратного комплекса спектро-волновой диагностики и коррекции психосоматического состояния спортсмена в реальном времени с обратной связью» (гос. контракт № 164 от 28.11.2008); «Разработка средств, методов и технологий диагностики и контроля спортивной деятельности» (шифр НИР 02.02.01, 2009-2010), «Разработка электронной системы контроля техники выполнения прыжков на лыжах с трамплина кандидатов на участие в Олимпийских играх в Сочи-2014» (гос. контракт № 373, 2009-2010).
На базе разработанного программно-аппаратного комплекса проводятся практические исследования психофизиологического состояния спортсменов в рамках работы комплексных научных групп федерального государственного учреждения Санкт-Петербургского научно-исследовательского института Физической Культуры.
Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики в форме учебно-методического пособия «Методы регистрации, обработки и анализа изображений» по курсу обучения магистров «Технологии разработки программного обеспечения САПР», обучающихся по направлению «Проектирование и технология электронных средств».
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международных конгрессах по биоэлектрографии «Наука. Информация. Сознание» (СПб, 2006 -2010); научной конференции СПб НИИФК (СПб, 2005); научно-технической конференции студентов и аспирантов - «XXXIII неделя науки СПбГПУ» (СПб, 2005); конференции молодых ученых СПбГУИТМО (СПб, 2006 - 2009); конференции «Современные проблемы физкультуры и спорта», (СПб, 2008 г);
международном конгрессе «13-th Annual Congress of the European College of Sport Science» (Estoril, Portugal, 2008); IV Международном конгрессе «Человек, спорт, здоровье» (СПб, 2009); международной конференции «Медико-биологические проблемы обеспечения спорта высших достижений (зимние виды спорта)» (Минск, 2009); всероссийской научно-практической конференции «Паралимпийское движение в России на пути к Ванкуверу: проблемы и решения» (СПб, 2009).
Публикации. Автором опубликовано 49 научных работ, из них 20 работ по теме диссертации, из них 6 статей в перечне изданий, рекомендованных ВАК, 13 работ в материалах всероссийских и международных научных конференций, одно учебно-методическое пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, включающего 119 наименований, среди которых 103 отечественных и 16 иностранных авторов. Основная часть работы изложена на 139 страницах машинописного текста. Работа содержит 29 рисунков и 8 таблиц.
Основные концепции оценки психофизиологического состояния и конструктивные подходы к их практической реализации
Сложность определения сущности понятия «состояние человека» заключается в том, что разные авторы опираются на разные уровни функционирования человека. Одни рассматривают физиологический уровень, другие - психологический, а третьи - тот и другой одновременно. Так, ряд ученых при рассмотрении состояния исходят из того, что это тонус нервной системы, уровень активности-пассивности нервно-психической деятельности, фон, на котором протекает деятельность человека, в том числе и психическая. Так, например, В.Н.Мясищев [60] писал, что под состоянием он понимает общий функциональный уровень, на фоне которого развивается процесс. Таким образом, одни ученые говорят о функциональных состояниях, а другие — о психических состояниях.
Большинство определений психического состояния имеют одну и ту же логическую основу: состояние характеризуется как совокупность (симптомокомплекс) каких-то характеристик: процессов [51], функций и качеств [56], компонентов психики [91], психофизиологических и психических функций [29] и т.д., обусловливающих эффективность деятельности, работоспособность, уровень активности систем, поведение и т.п.
Таким образом, имеющиеся определения сущности состояния в лучшем случае указывают, как можно выявить состояние (поскольку описываются последствия его возникновения), но не что такое состояние.
Итак, имеются два основных подхода к пониманию психических состояний человека: как совокупность психических процессов, свойств и т.п. в данный момент времени и как совокупность изменения функционирования систем организма и психики при воздействии каких-то факторов, ситуаций. Понимание состояния как среза функционального состояния психики человека в данный момент противоречит пониманию динамики состояния и не позволяет выявить ни причину, ни механизмы его появления. Это лишь моментальная фотография застывшего выражения лица. Ущербность такого понимания состояния отчетливо проявляется при изучении состояний, возникающих в процессе спортивной деятельности человека.
Если рассматривать состояние человека, а не отдельных его систем, то в любом функциональном состоянии может присутствовать психическое, а в любом психическом состоянии присутствует физиологическое. Однако многие психические состояния наблюдаются или изучаются только интроспективным методом - по самоописаниям людей, без привлечения физиологических методик. Это обстоятельство чрезвычайно затрудняет разработку объективной классификации состояний.
Условно можно принять, что, когда речь идет о функциональных состояниях, имеют в виду уровень функционирования человека в целом или его отдельных функциональных систем (сенсорной, интеллектуальной, моторной), а когда говорят о психических состояниях, то речь идет о качественной специфике (модальности переживаний) реагирования человека на ту или иную ситуацию. Но поскольку в действительности в психических состояниях сочетаются и модальностные и уровневые характеристики, то речь должна идти о психофизиологических состояниях.
Состояния характеризуют разные уровни человека: физиологический, психофизиологический, психический. На физиологическом уровне наблюдаются состояния покоя, возбужденности (активированности) и заторможенности, также являющиеся реакцией на те или иные воздействия.
Таким образом, состояние человека — это его целостная системная реакция (на уровне организма и часто - личности) на внешние и внутренние воздействия, направленная на сохранение целостности организма и обеспечение его жизнедеятельности в конкретных условиях обитания. Следовательно, эти реакции имеют приспособительный (адаптивный) характер. Однако, как было показано в ряде работ [33, 35], полезный эффект для организма может не совпадать с ожидаемым человеком результатом. Поэтому, говоря о полезном эффекте, являющемся следствием развития определенного состояния, нужно иметь в виду прежде всего биологическую целесообразность возникновения состояния. Необходимость системного подхода при изучении психофизиологических состояний человека состоит в том, что любое такое состояние человека — это реакция не только психики, но и всего организма и личности в целом, с включением в реагирование как физиологических, так и психических уровней регулирования. В любом психофизиологическом состоянии должны быть обязательно представлены разные уровни, и только по совокупности показателей, отражающих изменения на каждом уровне, можно сделать заключение об имеющемся у человека состоянии. Следовательно, психофизиологическое состояние характеризуется совокупностью симптомов, а не отдельным симптомом, даже и очень важным с точки зрения диагностики. Ни поведение, ни различные психофизиологические показатели, взятые в отдельности, не могут достоверно дифференцировать одно состояние от другого. Например, увеличение частоты сердечных сокращений может наблюдаться при различных состояниях (утомлении, тревоге, страхе), а укорочение времени простой сенсомоторной реакции может свидетельствовать как об оптимальном состоянии человека, так и о неоптимальном (состоянии монотонии).
Значимость системного подхода при изучении и диагностике психофизиологических состояний состоит в том, что данный методологический инструмент позволяет адекватно оценивать состояния спортсмена.
Анализ основных технологий представления и описания знаний в системах экспертного анализа результатов
Таким образом, для более точной оценки состояния и создания целостного образа системы необходимо использовать несколько методов диагностики. При этом совпадение результатов работы нескольких диагностических средств, функционирующих в одном программно-аппаратном комплексе, приводит к увеличению достоверности получаемых результатов по оценке состояния.
Анализ и отбор диагностических методик, входящих в программно-аппаратный комплекс исследования психофизиологического состояния спортсмена в тренировочный и соревновательный периоды Выбор методик, которые могут быть использованы для обследования спортсмена в тренировочный и соревновательный периоды, должен быть обусловлен диагностическими возможностями методов, их безопасностью и комфортностью для спортсменов и малым временем, требуемым на проведение измерений. Для отбора методик были сформулированы следующие критерии: неинвазивность; портативность; актуальность использования в спортивных исследованиях; время обследования; возможность проведения обследования тренером или спортивным врачом; отсутствие специфических требований к помещению; возможность использования в полевых условиях, на сборах; возможность автономной работы (без внешних источников питания); представление результатов в формализованном виде; предпосылки к широкому внедрению метода (сертификаты, документация). В соответствии с перечисленными критериями рассматривались только портативные, неинвазивные методы диагностики, подходящие для исследований вне специализированных диагностических центров. Экспертной комиссии было предложено заполнить опросный лист, в котором каждый метод диагностики предлагалось оценить по пятибалльной шкале оценки, где 5 — максимальная оценка по следующим параметрам: 1. актуальность использования метода в исследованиях спортсменов, 2. удобство проведения обследования, 3. возможность проведения обследования тренером и спортивным врачом (отсутствие требований к квалификации), 4. мобильность оборудования, 5. возможность использования метода в полевых условиях и в неспециализированных помещениях, 6. возможность автономной работы аппаратуры, 7. воспроизводимость результатов метода, 8. формализация результатов, возможность приведения результатов диагностики к формализованному виду, 9. целесообразность включения метода в программно-аппаратный комплекс экспресс-оценки состояния спортсмена. Также каждый метод оценивался экспертной комиссией по среднему диапазону времени, затрачиваемому на проведение измерений.
Оценка диагностических методов проводилась путем опроса экспертной группы, состоящей из 10 специалистов ФГУ СПбНИИФК. В группу входили практикующие специалисты и сотрудники, входящие в состав КНГ (КНГ - комплексная научная группа). После проведения опроса экспертной группы баллы по всем параметрам для каждого метода усреднялись, результаты чего приведены в таблице 2.1.
КГР 5-7 3,90 Из заключений экспертной группы были сделаны следующие выводы о целесообразности применения и характеристиках методов:
Электрокардиография - метод имеет высокую ценность для обследований в спорте, однако существуют требования к помещению для проведения обследований и квалификации специалиста.
Вариабельность сердечного ритма - метод получил высокие оценки по большинству параметров, актуален в спортивных исследованиях, не требует специфических требований к помещению и работы специализированного специалиста.
Спирометрия - метод актуален в спорте и высоко оценен по большинству параметров; спирометрические исследования проводятся во время углубленных медицинских обследований (УМО) и плановых обследований с нагрузочной пробой.
Газоразрядная визуализация - метод получил высокие оценки по всем параметрам, так как не требует работы квалифицированного персонала и имеет высокую диагностическую ценность при оценке ПФС спортсменов.
Электромиография - метод используется при проведении нагрузочных проб в плановых обследованиях.
Электросоматография — в практических исследованиях метод показал невысокую достоверность диагностики и отсутствие формализованного представления полученных данных.
Нелинейные методы диагностики - метод в практических исследованиях показал низкую диагностическую ценность и требует много времени.
Стабилометрия - метод актуален в спорте, но сложно транспортабелен и имеет требования к помещению Психологические тестирования - психологические тестирования были оценены как актуальные, однако на их выполнение требуется много времени, а формализация результатов часто затруднительна.
Унифицированный комплекс обследования состояния спортсмена -метод актуален в спорте, так как показывает основные характеристики моторных функций, мобилен и не требует много времени для проведения тестирования.
Кожно-гальваническая реакция - метод хорошо зарекомендовал себя в спорте, но имеет низкую диагностическую ценность при оценке состояния спортсмена. Проведенная экспертная оценка позволила выявить наиболее актуальные и высоко оцененные специалистами методы экспресс-исследования спортсменов, в результате чего в состав комплекса были отобраны следующие аппаратно-диагностические блоки: - анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР), - биоэлектрографии (ГРВ), - унифицированного комплекса обследования спортсменов (УКОСС). 2.3. Анализ основных технологий представления и описания знаний в системах экспертного анализа результатов В отличие от ряда исследовательских приложений, система поддержки принятия решений в диагностическом комплексе, предназначенном для применения в спорте, должна ориентироваться на пользователя (спортивный врач, тренер) и на решение задач, связанных с практикой спортивной деятельности. В соответствии с поставленными в работе задачами были проанализированы основные технологии интеллектуального анализа данных
Структура построения программного обеспечения
Как было отмечено в главе 1, метод ГРВ биоэлектрографического анализа нашел широкое применение в спорте при оценке психофизиологического состояния спортсменов [11, 68]. В большом количестве работ показаны перспективы использования метода газоразрядной визуализации в спорте. Исследования в спорте позволили выявить наиболее значимые параметры метода при оценке состояния спортсменов, которыми явились параметры площади свечения, рассчитываемой как количество пикселей с ненулевой интенсивностью, и нормализованной площади свечения, рассчитываемой как отношение площади свечения к площади внутреннего овала.
В ходе работы были разработаны и введены новые принципы анализа газоразрядных изображений и принципы расчета параметров, характеризующих спортивно-важные качества спортсмена. В рамках диссертационной работы совместно со специалистами ФГУ СПбНИИФК было разработано программное обеспечение для автоматизированной системы обработки и анализа ГРВ-грамм спортсменов.
Существующий ГРВ программный комплекс позволяет оценить психофизиологическое состояние организма человека, основываясь на секторном разбиении изображения и секторной диагностике [41]. Из практики применения метода ГРВ в спорте можно заключить, что основными параметрами экспресс-оценки ПФС спортсмена являются площадь и интенсивность свечения [45]. Актуальным является экспресс-оценка соревновательной готовности спортсмена и его психоэмоциональное состояние. Анализ данных характеристик требует нового подхода к анализу газоразрядных изображений. В разработанной программе «ГРВ Спорт» были введены новые параметры, рассчитываемые при анализе ГРВ-грамм спортсменов, принципы расчета которых представлены ниже.
Для расчета спортивно важных параметров ГРВ-грамм спортсменов программа анализирует распределение интенсивности свечения по ГРВ-граммам пальцев рук, используя равномерное разбиение изображения на 6 круговых секторов. Для каждого сектора рассчитывается параметр -интегральная площадь, который имеет диапазон изменения от -3 до +3. Одновременно вычисляются коэффициенты JSR для всех пальцев правой руки и JSL для всех пальцев левой руки. Вариация коэффициентов JSj для каждой руки оценивается коэффициентом дисперсии 5JSL и 5JSR.
Обработка изображений ГРВ-грамм спортсменов основана на следующих принципах: из анализа убирается шумовая составляющая сигнала [12], математически находится «центр тяжести» внутреннего овала, координаты которого рассчитывается как: N N хе=- —и уе = —, (3.1) N N гдеіУ- общее количество точек с ненулевой интенсивностью; изображение делится на 6 равных секторов относительно горизонтальной оси координат; программа вычисляет площадь засветки S (количество элементов изображения - пикселей) в каждом секторе и площадь внутреннего овала для каждого сектора; вычисляются коэффициенты JS по специальной математической формуле, в которой учтены данные сканирования особенностей свечения с пальцев левой и правой руки (алгоритм расчета приведен ниже).
Все полученные данные представляются графически в виде круговой диаграммы (рисунок 3.11). Диаграмма имеет 5 секторов, соответствующих 5 пальцам рук. Внутри сектора расположены 6 векторов, на которых обозначены значения JS; для данного сектора данного пальца. Диаграммы построены отдельно для правой и левой рук.
Параметры JSR, JSL, 5JSL и 8JSR являются интегральными показателями сбалансированности свечения для правой и левой рук относительно уровня нормального свечения, рассчитанного в процессе калибровки [40]. Для вычисления этих параметров каждая ГРВ-грамма разбивается на шесть равномерных секторов. Далее для каждого сектора к вычисляется следующий параметр: Wk=a Ь _ (з.2) HF0/F o)k где а — весовой коэффициент, F — значение параметра оцениваемой ГРВ-граммы в данном секторе, Ґ - значение параметра ГРВ-граммы тест-объекта в данном секторе , F0 — значение параметра для части внутреннего овала в данном секторе, F 0 — значение параметра для части внутреннего овала ГРВ-граммы тест-объекта в данном секторе. В качестве параметра F используется значение площади сектора. Параметры JSR, JSL вычисляются как среднее значение Wk соответственно для левой и правой рук, а параметры 5JSL и 5JSR - как их дисперсии. Параметр Entlnt вычисляется на основании параметров ГРВ-энтропии для пальцев правой и левой рук по следующей формуле: „ . -с-1 EntL, Entlnt =У М EEntLt - EntR, (3.3) м v м где М=5 — количество ГРВ-грамм для пальцев рук. Таким образом, после вычислений мы получаем 6 коэффициентов для каждого пальца, соответственно 60 коэффициентов для двух рук испытуемого. Одновременно вычисляются коэффициенты JSR для всех пальцев правой руки и JSL для всех пальцев левой руки. Вариация коэффициентов JS для каждой руки оценивается коэффициентом дисперсии 5JSL и 5JSR. По каждому подсектору рассчитывается коэффициент, который является нормированным относительно ГРВ-грамм тест-объекта и измеряется в относительных величинах. Значения нормированного коэффициента по каждому подсектору оцениваются по принадлежности одной из зон: зона энергодефицита (соответствует значениям нормированного коэффициента менее -0,6); зона нормы (соответствует значениям нормированного коэффициента от -0,6 до +0,6); зона энергоизбыточности (соответствует значениям нормированного коэффициента более +0,6). Одновременно автоматически рассчитываются интегральные параметры: «JS», вычисляющийся как среднее арифметическое коэффициентов по каждому подсектору и среднеквадратическое отклонение (СКО). Расчет JS и СКО выполняется для правой и левой рук отдельно. Подобный метод обработки имеет ряд преимуществ: вычисления основаны на принципах теории обработки компьютерных изображений и не связаны с какими-либо гипотезами о корреляции зон пальцев с системами организма; использование данных изображения калибровочного металлического цилиндра позволяет учесть влияние изменения геофизических условий, метеорологической и энергетической обстановки в месте проведения измерений; результаты малочувствительны к вариациям положения пальца, размера пальца, силы давления на электрод; метод позволяет исследовать испытуемых при отсутствии одного или нескольких пальцев на руках; ряд оценок может проводиться при съемке только одного пальца каждой руки; обычно это используется при необходимости оперативно оценить изменение состояния в процессе динамических испытаний, тренировок, соревнований, реабилитационных мероприятий; получаемые результаты стабильны, легко интерпретируемы, понятны и высоко информативны.
Результаты использования СППР для оценки психофизиологического потенциала высококвалифицированных спортсменов и прогноза соревновательной готовности
В ходе работы был проведен корреляционный анализ данных полученных методами ГРВ и ВСР. Анализ проводился по данным 260 обследований спортсменов в видах спорта биатлон, двоеборье и лыжные гонки. Анализировалось наличие корреляционных связей между параметрами, зарегистрированными до и после нагрузочных проб на беговой дорожке.
В результате работы были получены следующие результаты. Параметры площади и интенсивности свечения, рассчитываемые методом ГРВ по различным пальцам и секторам с достоверностью 95 % коррелируют с показателями ВСР, приведенными в таблице 4.4. Также были получены 115 значимые корреляции спортивно-важных параметров ЭП и СФ с интервалами ВСР QT. Таблица 4.4. Основные параметры ГРВ и ВСР до и после нагрузки, коррелирующие с достоверностью 95 %. ГРВ ВСР до нагрузки ВСР после нагрузки ЭП - QT СФ - QT Площадь свечения, рассчитанная по каждому пальцу Р, QT, QRS ЧСС, Р, QT Интенсивность свечения, рассчитанная по каждому пальцу P,QRS ЧСС, Р, QRS, RR Площадь свечения секторов, соответствующих ССС Р, QT, QRS P,QT Анализ данных проводился по 260 обследованиям, рассчитывались коэффициенты ранговой корреляции Спирмена, пороговое значение которых при данном количестве обследований и уровне достоверности 95 % составляет г = 0,251 [17].
Также в работе был проведен корреляционный анализ параметров методик, входящих в состав комплекса, и показателей успешности соревновательной деятельности (УСД). Показатель УСД в спорте определяется по соотношению занятых спортсменом мест на соревнованиях различного уровня и рассчитывается в соответствии с методикой Госкомспорта России по специализированным бальным таблицам [42, 45]. В результате проведенного анализа были выявлены значимые корреляции показателя УСД со следующими параметрами, рассчитываемыми в программно-аппаратном комплексе: ЭП, СФ, рейтинг, QT, ВПДР, ВРДВ, ВОД. Достоверность выявленных корреляций составила более 95 %, параметры рассчитывались для Результаты использования дополнительного модуля анализа биосубстратов спортсмена методом ГРВ, принципы исследования состояния волос спортсменов.
При проведении плановых обследований спортсменов неотъемлемой частью исследования является анализ биосубстратов При нагрузочных пробах проводят оценки биохимических показателей крови, генного статуса, при необходимости - биоэлементный анализ биосубстратов. В рамках проведенной работы был разработан новый блок оценки биосубстратов спортсмена по анализу состояния волос методом ГРВ. В последние годы все больше внимания уделяется методам анализа состояния человека посредством оценки микроэлементного состава волос [88]. Исследования, проведенные с помощью разработанного дополнительного модуля оценки состояния волос на ГРВ программном комплексе, позволили выявить принципы анализа, по которым в режиме реального времени можно оценить состояние волос спортсмена.
Для исследования волос методом ГРВ было разработано специализированное устройство для фиксации волос над электродом ГРВ камеры [65, 71]. Внешний вид сконструированного устройства представлен на рисунке 4.6.
Устройство для закрепления волос состоит из четырех основных компонентов: установочного электрода (1) (макет электрода ГРВ Камеры со стандартным расстоянием между электродом и крышкой), устройства для фиксации образца волос (2), заземляющего стержневого электрода (3) и зажима для фиксации расстояния между стержневым электродом и электродом ГРВ Камеры (4).
Протокол разработанной методики [69, 71, 75] исследования волос методом газоразрядной визуализации может быть представлен в виде схемы, представленной на рисунке 4.7.
Волосы срезаются с затылочной части головы испытуемых на расстоянии около 2см от кожи, так как в этой области головы волосы менее всего подвержены внешним воздействиям. При подготовке образцов к исследованию волосы формируются в калиброванные пучки (30 мм длиной и весом 0.1 г) и помещаются в тефлоновые трубки с боковым разрезом. Для устранения возможных засветок устройство для исследования волос покрывается светозащитным кожухом [69, 71].
В результате проведенной работы были выявлены основные параметры газоразрядного свечения, характеризующие различное состояние волос. Результаты работы докладывались и обсуждались на различных конференциях [65, 71, 75]. Также были проведены совместные исследования волос в различном состоянии методами ГРВ и лазерной спекл интерферометрии, результатами которых стали выводы о высокой согласованности полученных двумя методами результатов [66].
На рисунке 4.8 представлены кривые параметра интенсивность свечения для динамических измерений двух образцов волос: а - волосы спортсмена с нормальным микроэлементным статусом, б - волосы спортсмена с нарушенным балансом микроэлементов.
Как было отмечено выше, программно-аппаратный комплекс разработан в блочно-модульном варианте, что позволяет при необходимости подключать дополнительные блоки диагностики. В рамках диссертационной работы в качестве дополнительного блока был использован модуль оценки состояния волос методом газоразрядной визуализации, что позволило получить дополнительную информацию о состоянии спортсмена
В диссертационной работе представлены разработанные научные принципы и алгоритмы построения программных средств многопараметрического программно-аппаратного комплекса экспресс-диагностики психофизиологического состояния спортсмена и прогнозирования соревновательной готовности на базе системы поддержки принятия решений. Разработана и апробирована математическая модель прогноза уровня соревновательной готовности спортсмена.
В рамках диссертационной работы проведены практические исследования более двухсот спортсменов олимпийского и паралимпийского уровня в различных видах спорта. Разработанные средства анализа психофизиологического состояния спортсмена и соревновательной готовности внедрены в практику обследования спортсменов в рамках работы комплексных научных групп.
