Московский государственный индустриальный университет Эксперименты, связанные с использованием сигнала об электрокожном сопротивлении человека для задачи управления биотехническими системами Архипов Максим Викторович Москва, 2012

Цели и задачи Методы исследования сигнала электрокожного сопротивления (ЭКС) у человека Определить показатели переходных процессов ЭКС для оценки психофизиологического состояния человека (оператора) Возможность использования сигналов электрокожного сопротивления для задач управления биотехническими системами Эксперименты, связанные с использованием ЭКС в восстановительной медицине 2

Практические задачи где может использоваться ЭКС Полиграфы Майнд машины (тренажер эмоций) Приборы с биологической обратной связью Приборы контроля усталости машиниста поезда Приборы контроля готовности спортсмена, космонавта Приборы автоматизированного контроля усталости водителя 3

Модели измерения ЭКС - Рефлекторная модель. - Диффузионная модель. - Ионная модель. 4

Система контроля ЭКС «Альфаритмика» Плотность тока не более 10 мкА / см 2 ; АЦП дискретность от 0,5 сек. частота 5Гц до 0,005 сек. частота 1 к Гц Электроды диаметром мм, толщиной 2- 5 мм материал цинк; Напряжение питания 9 В; Диапазон измерения сопротивления: 20 Ом - 4 МОм; Постоянная погрешность измерения - 5%; Переменная погрешность измерения - 2%; Вывод результатов на компьютер, порты: USB, RS232 Значение физиологических сигналов при разных функциональных состояниях человека Физиологический сигнал Числовые значения данных Норма, Bs Пониженные, Bf Повышенные, Br Электрокожное сопротивление, МОм 0,150±0,050,05±0,030,7±0,4 5

Высокочувствительный сенсор электрического сопротивления кожи человека (Скиномметр) ИПМ им. М.В. Келдыша Диапазон рабочих токов 0,1÷250 мкА; Диапазон напряжений аналоговой части ±12 В; Частота дискретизации АЦП 1,3 к Гц; Электроды диаметром мм, толщиной 2-5 мм материал медь; Напряжение питания 5 В; Потребляемый ток 30 мА; Диапазон измерения сопротивления: 20 Ом - 4 МОм; Погрешность при задании тока – 61 нА; Вывод результатов на компьютер, порты: USB. Эквивалентная схема i 1 - выбранное значение тока; K 1,K 2 – места приложения электродов; R x – искомое сопротивление; i 1 – ток протекающий через участок K 1,K 2 ; i 3 – физиологический ток; R x – нагрузочное сопротивление прибора. 6

Получение характеристик I(R x ) для Альфаритмики и скиномметра ИПМ М.В. Келдыша U меж, В – напряжение между электродами регистрируемое в программе; R х, Ом – варьируемое сопротивление (аналог КГР(ЭКС)), задается потенциометром; R изм, Ом – сопротивление, регистрируемое в программе управления прибором; I теор, мкА – теоретическое значение тока; I изм,мкА – экспериментальное значение тока которое совпадает с показаниями мультиметра; I, % - отклонение экспериментального значения тока от теоретического. Элемент схемы Тип (марка)Обозначение Потенциометр СП-11 А-1Вт- 11 1М5Ф RxRx Мультиметр универсальный Мультиметр, MY65 I изм, U изм, Ω 7

Интерфейс программы «Альфаритмика» 8

Организация обратной связи по ЭКС в биотехнических системах (БТС) В число задач управления в БТС входят следующие: - оцифровка и ввод сигнала ЭКС в компьютер; - расчет основных показателей ЭКС; - сравнение полученных показателей с нормативными и расчет рекомендуемой скорости выполнения приёма; - ввод рассчитанной скорости в систему управления робота. 9 Прототип робота для восстановительной медицины

Цель биотехнического управления манипуляционным роботом для восстановительной медицины R(t) – ЭКС, компонент вектора B(t). D 0, D S – область значений компонента R(t) до и после проведения сеансов. 10

Исследование взаимодействия робота и пациента по сигналу электрокожного сопротивления (ЭКС) Участки изменения ЭКС при массажном воздействии роботом: I – отсутствует (до процедуры); II, III – релаксирующее; IV – тонизирующее; V – отсутствует (после процедуры). 11

Методика измерения электрокожного сопротивления График и параметры динамики сигнала ЭКС при механотерапии 12

Результаты экспериментальных исследований 13

Исследования сигнала ЭКС человека во время сна 14

Выводы Рассматриваются методы объективизации состояния человека по ЭКС; Экспериментальные результаты показывают возможность использования ЭКС для управления массажем; Для повышения эффективности процессов тонизации и релаксации необходимы автоматизированные диагностические средства. 15

Спасибо за внимание. Московский Государственный Индустриальный Университет Российский центр медицинской реабилитации и курортологии