Печать

Наименование годового этапа НИР: Создание медицинского комплекса и разработка методик для удалённой экспресс-диагностики состояний человека при экстремальных ситуациях.

Цель работы: Создание в Южном федеральном округе РФ информационно-телекоммуникационного медицинского комплекса для экспресс-диагностики патологий, полученных в результате экстремальных ситуаций.

Полученные научные результаты и научно-техническая продукция: В процессе работы разработаны портативные носимые диагностические системы для машин МЧС и скорой помощи для сбора диагностической информации с пациентов в местах катастроф, аварий. Разработана телекоммуникационная инфраструктура для обмена информацией между портативными устройствами сбора информации и стационарными рабочими местами (разработка механизмов, протоколов обмена). Созданы автоматизированные стационарные рабочие места сбора диагностической информации с удаленных мест на основе телекоммуникационных технологий для проведения экспресс-диагностики состояния пострадавших.

В рамках городской инновационной программы на 2004-2006 гг., в  соответствии с решением городской Думы №168 от 29.12.2005 г. и программой работ по муниципальным проектам №8 и №9 были реализованы проекты «12-ти канальный компьютерный кардиограф «Кармин»» и «Удаленный анализ ЭКГ «Кармин-GPRS»». На оборудовании, закупленном за счёт программы «Развитие малого предпринимательства на 2003-2005 годы» (постановление Администрации Ростовской области от 26.08.04 №343), было проведено моделирование работы основных узлов схем аппаратной части устройств, а также тестирование и отладка, разработано программное обеспечение.

Разработан и внедрён 12-канальный компьютерный кардиограф «Кармин».
Кардиографы «Кармин» представляют собой современное средство диагностики с возможностью формирования автоматического и полуавтоматического словесного заключения по ЭКГ. Данная особенность позволяет использовать кардиографы «Кармин» для скрининговых обследований населения, скорой медицинской помощи и для углубленного исследования ЭКГ.
Аппаратно-программные средства «Кармин» позволяют проводить стресс-тестирование ЭКГ и исследование вариабельности ритма сердца. Данные исследования сохраняются в базе данных в виде электронного документа, включающего текст и графическое изображение ЭКГ. Записи могут длительно храниться в архивах на лазерном диске, а также передаваться по телекоммуникационным линиям связи.
Компьютерный кардиограф «Кармин» позволяет увеличить пропускную способность кабинета функциональной диагностики до 40-50 ЭКГ в день с разгрузкой лаборанта и врача функциональной диагностики от рутинных ручных операций.

Комплексы «Кармин» установлены в отделении функциональной диагностики ГБСМП и в кардиологическом отделении № 2 ГБСМП. Данные комплексы имеют возможность обмена по ЛВС ГБСМП.

В связи с появлением новых технологий в г. Таганроге появилась возможность оснастить машины кардиологических бригад скорой медицинской помощи мобильными автоматизированными рабочими местами (МАРМ) с системой удаленного анализа ЭКГ «Кармин-GPRS». Система представляет собой: стационарный комплекс, состоящий из персонального компьютера со специализированным программным обеспечением и модулем беспроводной связи TCP/IP (МБС) и мобильные комплексы на основе Notebook со специализированным ПО, модулем ввода ЭКГ (МВЭ) и модулем передачи ЭКГ (МПЭ). Такими комплексами оснащаются кардиобригады скорой помощи и отделение функциональной диагностики БСМП. В отделении функциональной диагностики устанавливается персональный компьютер со встроенным специальным модулем связи. Полученная ЭКГ может быть проанализирована на месте или передана по GPRS в БСМП на центральное автоматизированное рабочее место (ЦАРМ) для срочного получения заключения от врача функциональной диагностики. Это позволяет быстрее принимать решения о госпитализации, проведения экстренной терапии и т.п. Система «Кармин-GPRS» удобна для создания общегородского банка данных по всем кардиологическим больным. Все полученные записи располагаются в специализированной базе данных.

На базе НТЦ «Техноцентр» ЮФУ с целью совершенствования процесса подготовки студентов, магистрантов и аспирантов создан научно-образовательный центр систем функциональной диагностики и биологической обратной связи (НОЦ СФД и БОС) под руководством В.Г.Захаревича, заместителем научного руководителя НОЦ СФД и БОС назначен Синютин С.А.

НОЦ СФД и БОС преобразован в соответствии с приказом № 805 от 29.12.2006 г. из инновационной лаборатории психофизиологических исследований (ИЛПИ), организованной приказом № 78 от 18.03.2003 г.

Основными задачами НОЦ являются:
- создание образцов наукоемкой и конкуретноспособной продукции в области функциональной диагностики и поддержки деятельности человека-оператора;
- создание беспроводных систем передачи данных удаленного анализа состояния человека;
- создание многопроцессорных систем для анализа состояния человека-оператора в процессе деятельности;
- создание интеллектуальных датчиковых систем для различных сфер деятельности;
- подготовка кадров высшей квалификации и обучение студентов работе на высокотехнологичном оборудовании.

На базе НОЦ СФД и БОС созданы две лаборатории:

  • Лаборатория мониторинга и обработки биосигналов
  • Лаборатория психотехнологий менеджмента

На базе лаборатории мониторинга и обработки биосигналов проводились НИР №43163 «Создание медицинского комплекса и разработка методик для удаленной экспресс-диагностики состояний человека при экстремальных ситуациях», №43164 «Развитие студенческого инновационного конструкторско-технологического бюро по информационным и электронным технологиям», №6588 «Создание корпоративной системы трансферта инновационных технологий на базе развитой инфраструктуры УНИК ТРТУ, включающей конструкторско-технологические бюро, научно-технический парк, инновационно-технологический центр, студенческое инновационное конструкторско-технологическое бюро и опытно-производственную базу».

Также в лаборатории мониторинга и обработки разработаны и внедрены следующие комплексы: аппаратно-программный комплекс «Кармин-Холтер», аппаратно-программный комплекс стресс-тестирования, аппаратно-программный комплекс на основе фотоплетизмографа, система контроля психофизиологического состояния «Техно–ПФС», автоматизированная система съема информации «МОСТ», аппаратно-программный комплекс для суточного измерения давления, аппаратно-программный комплекс мониторирования состояния человека и определения его местоположения.

В лаборатории созданы автоматизированные рабочие места на основе персональных компьютеров, для создания изделий использующие технологии цифровой обработки сигналов, прецизионного АЦП, беспроводной связи, обработки звука и изображения в реальном времени:

АРМ схемотехнического моделирования на базе пакета MicroCap v6.
АРМ моделирования на базе пакета Matlab simulink.
АРМ разработчика изделий на базе микроконтроллера ADSP(Analog Device) - 3 шт.
АРМ разработчика изделий на базе микроконтроллера MSP430 – 2 шт.
АРМ разработчика на базе микроконтроллеров AVR RISK.
АРМ конструктора РЭА на базе пакета P-САD 2001.
Программно-аппаратный измерительный комплекс LabVIEW компании National Instruments – 3 комплекса.

Все рабочие места объединены в единую локальную сеть с возможностью выхода в Интернет.

В лаборатории психотехнологий менеджмента совместно с НИИ ТКБ и кафедрой менеджмента сформирован комплекс методик обучения личностному тренингу самореализации, как в учебном процессе, так и в профессиональной деятельности. Создан проект аппаратно-программного комплекса (АПК), позволяющего при его реализации создать тренинговый центр и снабдить его мультимедийными методическими пособиями, способствующими подготовке преподавателей и студентов по освоению разрабатываемых психотехнологий. Также была разработана многоместная система объективного психологического анализа и тестирования состоит из рабочего места инструктора (РМИ) и нескольких (до 8) рабочих мест обследуемых (РМО), объединенных в локальную вычислительную сеть. Основное назначение системы – осуществление одновременного проведения психодиагностических сценариев на основе пиктополиграфического подхода сразу нескольким испытуемым с целью существенного повышения пропускной способности психодиагностических исследований и сокращения персонала, требуемого для обслуживания. В рамках комплекса могут запускаться сценарии, предназначенные для решения разных задач, например, для кадрового отбора, выявления предрасположенности к различным видам деятельности, возможных психосоматических проблем, некоторых психологических характеристик, неосознаваемых проблем социальной, профессиональной и личной жизни, для оценки интеллекта и пр.

В лаборатории психотехнологий менеджмента оборудовано 24 рабочих места, а также преподавательское рабочее место для проведения практических работ по курсам:

  • Организационное поведение
  • Практика делового общения
  • Управление персоналом
  • Синергетические методы управления

В рамках программы по оснащению ЮФУ новым оборудованием было приобретено следующее оборудование:

  • Комплекс психофизиологический для тренинга с БОС «Реакор» в комплекте с компьютерной техникой и дополнительным акустическим сенсорным креслом – 2 шт.
  • «Стабилокресло» с комплектом программно-методического обеспечения – 8 шт.

Также комплексы и оборудование используется для подготовки кадров высшей квалификации: магистрантов, аспирантов, молодых ученых и исследователей. На имеющихся комплексах и оборудовании были поставлены эксперименты результаты которых были использованы при написании трех кандидатских диссертаций.

Результаты работы коллектива представлены на следующих выставках:

VI Московский международный салон инноваций и инвестиций. (2006 г.) 1 золотая медаль, 2 серебряные медали, Диплом участника.VI Московский международный салон инноваций и инвестиций.
3-я Специализированная выставка «Высокие технологии XXI века». (2006 г.) Дипломы 1-3 степени.
Шестая международная выставка и научно-практическая конференция по гидроавиации Гидроавиасалон 2006. (2006 г.) Диплом участника.
Объединенная экспозиция РОСОБРАЗОВАНИЯ на CeBIT 2007 (Ганновер, Германия, 15-21.03.2007 г.)

 

Наименование годового этапа НИР: Разработка методов обеспечения информационно-психологической устойчивости человека при неблагоприятных информационных воздействиях.

Цель работы: Разработка методов обеспечения информационно-психологической устойчивости человека при неблагоприятных информационных воздействиях. Построение модели профессионально эффективного оператора. Разработка и создание телеметрического канала ввода ЭКГ и параметров двигательной активности по интерфейсу Nanonet. Программная организация уровней сложности тестирующей программы: затемнение, засветление, отказ двигателей, отказ текущего табло состояния РТС и т.д.

Полученные научные результаты и научно-техническая продукция: 

Построение модели профессионально эффективного оператора

  • построена когнитивная модель «идеального» оператора;
  • разработан набор методик выявления личностно-психологических характеристик и компетенций способствующих эффективной деятельности;
  • проведён по обоснованным тестовым методикам отбор и исследование личностно-профессиональных качеств участников эксперимента реализованных на «Эгоскопе» с целью выявления личностно-психологических характеристик и компетенций, способствующих эффективной деятельности;
  • выявлены индикаторы критического состояния оператора;
  • разработана когнитивная модель для оценки поведения участников в индивидуальной профессиональной деятельности;
  • разработана методика идентификации когнитивной модели для различных типов операторов и различных режимов деятельности.

Разработка и создание телеметрического канала ввода ЭКГ и параметров двигательной активности

Результаты экспериментальных исследований показали, что аппаратно-программный комплекс полностью соответствует требованиям, необходимым для проведения исследования функционального состояния человека. Также выявлена взаимосвязь между артериальным давлением и временем задержки пульсовой волны как в состоянии покоя, так и при воздействии нагрузки. Точный характер зависимости назвать сложно, т.к. не достаточно полна база полученных данных, к тому же имеются артефакты, которые отрицательным образом  сказываются на общем результате исследований. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что для повышения точности исследований и выявления характера зависимости артериального давления от времени задержки распространения пульсовой волны необходимо проводить дальнейшие исследования.

Программная организация уровней сложности тестирующей программы

  • принципы автоматизированного управления в системах искусственного интеллекта применительно к человеко-машинным управляющим системам;
  • психофизиологические аспекты деятельности человека-оператора;
  • алгоритм решения задачи определения точек коллизий при движении РТС в околостанционном пространстве, а также задачи построения кратчайшей траектории и базовых промежуточных пунктов движения;
  • программные средства для интерпретации воздействий на приборы управления движением РТС;
  • архитектура и состав информационного обеспечения моделирующего трехмашинного лабораторного испытательного стенда;
  • элементы формальной поведенческой модели оператора РТС, действующего в условиях неопределенности, дефиците времени на при-нятие решений;
  • основные интеллектуальные компоненты программной архитектуры ТМС оператора, повышающие надежность и безопасность его работы.

Результаты, полученные при проведении НИР, находятся на уровне современных исследовательских разработок, проводимых в Российской Федерации.

Наименование годового отчётного этапа НИР: Исследование методов обеспечения информационно-психологической устойчивости человека в условиях профессиональной деятельности различного типа.

Полученные научные результаты: Исследованы маркеры психофизиологического состояния человека, современные математические методы обработки электрофизиологических сигналов. Проведена разработка и создан аппаратно-программный комплекс для психофизиологических исследований на базе современных электронных и информационных технологий. Апробированы способы комфортного съёма физиологических параметров и передачи их на расстояние. Проанализированы алгоритмы комплексной оценки психофизиологического состояния человека.

Полученная научно-техническая продукция: Разработан тренажёрно-моделирующий комплекс для исследователей-психофизиологов, врачей функциональной диагностики, разработчиков систем безопасного вождения автомобиля.

Предполагаемое использование результатов и продукции: Результаты НИР могут быть использованы врачами функциональной диагностики, разработчиками систем безопасного вождения автомобиля, исследователями-психофизиологами, студентами, магистрантами и аспирантами соответствующих специальностей вузов. Результаты экспериментов могут использоваться как база данных для специалистов по обработке сигналов и специалистами по нелинейной динамике.

Предполагаемое развитие исследований: Планируется продолжение исследования как расширение вектора исследуемых сигналов и полноты каждого из компонентов вектора, повышение комфортности и уменьшение паразитного влияния датчиков на объект. Дальнейшее углубление процедур цифровой обработки многомерных сигналов с учётом их нестационарности, исследование связи результатов вторичной обработки вектора сигналов и паттернов поведения испытуемого. Актуальным является также выявление прогностических параметров психофизиологического состояния (ПФС), ведущего к срыву операторской деятельности. В случае применения системы на транспорте - в основном для предотвращения ДТП по вине водителя. Планируется выделение факторов, ведущих к срыву операторской деятельности: перегрузку  в профессиональной деятельности, обусловленную, как правило,

  • растущей сложностью ситуации;
  • наличием нештатных ситуаций;
  • дефицитом информации, времени;
  • мешающими информационными воздействиями;
  • монотонией.

Планируется создание расширяемой и наращиваемой базы данных, имеющей выход в Интернет, с соответствующей защитой информации.

Наименование годового отчётного этапа НИР: Исследование маркеров информационной перегруженности человека при решении задач непрерывного управления техническим объектом.

Полученные научные результаты: Разработана концепция облачного тренажера водителя (оператора). Определены требования к средствам коммуникации компонент облачного тренажера и разработано универсальное шасси аппаратных средств для всех его компонент. Выбрана единая операционная система и система программирования для реализации встроенного ПО компонент облачного тренажера, а также разработаны требования к облачному приложению, поддерживающему функционирование распределенного тренажера, а также разработана и отлажена программа, реализующая данное приложение. В рамках методического обеспечения работы облачного тренажера была построена когнитивная модель «идеального» оператора, на основе которой были отобраны и исследованы личностно-профессиональные качества участников эксперимента. Проведены исследования тестовых методик с целью выявления личностно-психологических характеристик и компетенций, способствующих эффективной деятельности, при этом выявлены индикаторы критического состояния оператора. Создана когнитивная модель деятельности для оценки поведения участников в индивидуальной профессиональной деятельности, в рамках которой осуществлено динамическое моделирование поведения водителя в задаваемых факторах среды и требований ситуации. Произведена идентификация когнитивной модели для различных типов операторов и различных режимов деятельности.

Полученная научно-техническая продукция: Разработан, изготовлен и отлажен облачный тренажер водителя (оператора) с аппаратно-программным обеспечением, позволяющим производить съем и обработку текущей информации о психофизиологическом состоянии водителя. Тренажер позволяет включать дополнительные модули в состав тренажера с помощью внутренней радиосети и использовать данные, получаемые с дополнительных модулей в обработке информации о психофизиологическом состоянии водителя.

Предполагаемое использование научных результатов НИР: Результаты НИР предполагается использовать при разработке автомобильных тренажёров нового поколения, предназначенных для повышения надежности управления автотранспортом за счет тренировки отдельных профессионально важных психологических качеств водителей. (ПВК), непосредственно влияющих на безопасность движения.  В тренажёре может быть предусмотрена регулировка степени сложности заданий, что даёт возможность повышать уровень профессионально важных психологических качеств водителей в широком диапазоне, с учетом имеющегося уровня ПВК и требований профессии. Программное обеспечение тренажера позволит выполнить психофизиологическое тестирование кандидатов в водители в автоматическом режиме и включает набор верифицированных методик для определения уровня психофизиологических качеств кандидатов в водители. Результаты НИР также могут быть использованы врачами функциональной диагностики и разработчиками систем безопасного вождения автомобилей.

Предполагаемое развитие исследований: В будущем предполагается включить в вектор исследуемых сигналов сигналы просветной фотоплетизмограммы с мочки уха или отражательной фотоплетизмограммы с участка кожи лица, ЧСС, определенную при анализе изменения цветового фона лица, спектр поступательных и вращательных движений головы и рук водителя. Особое внимание, как и прежде, должно быть уделено комфортности съема сигналов. Для обработки сигналов предполагается использовать современные методы анализа (метод эмпирических мод, преобразование Гильберта-Хуанга).

Наименование годового отчётного этапа НИР: Разработка систем диагностики состояния биологических и технических объектов с использованием алгоритмов анализа нестационарных сигналов.

Полученные научные результаты: Доказано, что для исследования особенностей технических и биологических систем в нестационарных режимах требуются существенно более тонкие и специфические методы обработки сигналов, чем те, что применяются при анализе стационарных сигналов. Рассмотренные системы анализа радиотехнических схем в нестационарных режимах требуют для регистрации переходных режимов и документирования нестационарных помех сложных аппаратно-программных измерительных комплексов с чрезвычайно высоким быстродействием (широкой полосой).

Рассмотрены также обработка нестационарных сигналов для транспондерной системы хронометража событий на местности и управление объектом при помощи акселерометра (распознавание ударных импульсов). В данном случае основными проблемами при анализе сигналов являются вопросы синхронизации последовательностей событий, учет погрешностей от помех в устройстве и неточностей индивидуальных временных сеток приборов распределенной системы.

Типичный пример нестационарной системы - модель канала тангажа эллипсовидного крыла при больших углах атаки. Полная модель в данном случае должна учитывать влияние скоса потока, изменение фокуса приложения аэродинамических сил и многое другое. Все эти эффекты являются функциями времени и не могут быть «заморожены», как это принято при традиционных исследованиях линеаризованных моделей.

Показаны алгоритмы и методы обработки нестационарных сигналов при анализе ритма сердца, ЭЭГ, ЭКГ, ФПГ. При этом возможна обработка как одномерных сигналов, так и двумерных изображений. Применение  методов обработки нестационарных сигналов (например, вейвлет-преобразования) позволяет получить значительно больше информации из записей сигналов биологического происхождения, анализировать более сложные модели биологических систем, следовательно, поднять уровень диагностики их поведения.

Предполагаемое использование научных результатов НИР: Полученные результаты могут быть использованы при разработке систем мониторирования состояния и диагностики сложных технических и биологических систем.

Наименование годового отчётного этапа НИР: Разработка систем диагностики состояния биологических и технических объектов с использованием алгоритмов анализа нестационарных сигналов.

Полученные научные результаты: Рассмотрены математические, программные и аппаратные средства для исследования нестационарных сигналов технического и биологического происхождения. Показано, что для исследования особенностей технических и биологических систем необходимы специальный математический аппарат, адаптивные алгоритмы для анализа и комбинированные подходы к проектированию аппаратуры.

Рассмотренный алгоритм оптимального управления маневром обхода группы подвижных пространственных областей позволяет сделать вывод о возможности эффективного практического использования разработанного подхода как в существующих, так и в перспективных системах управления подвижными объектами, ориентированных на преодоление подвижных пространственных областей.

Идентификация гиростабилизированной подвижной рамки с помощью модели Гаммерштейна – Винера была проведена в пакете Matlab путём измерения отклика системы на тестовые воздействия. Выявлены особенности поведения системы, которые включены в математическую модель как нелинейные элементы на входе и выходе объекта, и получена передаточная функция линейной части объекта. Зависимости угловой скорости вращения рамок системы от угла поворота аппроксимировались синусоидальной функцией, аддитивной к выходному сигналу линейного блока. Получено, что нелинейность по выходу представляет собой функцию от угла поворота и угловой скорости движения объекта, а нелинейность по входу может быть представлена в виде зоны нечувствительности и полиномиальной зависимости 3 порядка от входной переменной. Данный метод позволяет свести задачу идентификации нелинейной системы к использованию классических методов идентификации параметров модели, исключая последовательно влияние блоков модели друг на друга. Это дает возможность быстро проверить адекватность структуры модели исследуемой системы, и в последующем на основе проверенной структуры модели применять более точные методы идентификации, например, на основе обучаемых нейронных сетей.

 Исследованы алгоритмы и методы обработки нестационарных сигналов при анализе ритма сердца, ЭЭГ, ЭКГ, ФПГ. При этом возможна обработка как одномерных сигналов, так и двумерных изображений. Изложен метод проектирования, основанный на адаптивном алгоритме анализа ЭКГ и ФПГ сигнала.