Алгоритмы коррекции функционального состояния человека при помощи цветостимуляции

Радикальное решение задачи сохранения здоровья населения — это здоровый образ жизни. Однако декларативными мерами в виде призывов соблюдать здоровый образ жизни решить эту проблему не представляется возможным. Экологические, экономические причины, стрессовые нагрузки в связи с социальными потрясениями, дороговизна лекарств сводят на нет усилия системы здравоохранения, направленные на лечение, реабилитацию и оздоровление населения.

Полагают, что новые методы будущей системной медицины должны быть одновременно и методами лечения и методами профилактики с коррекцией функционального состояния человека вне зависимости от степени их нарушения[12 ].

Только на основе фундаментальных положений хронобиологии, а также методологических приемов хрономедицины рассматриваемые проблемы могут быть успешно решены. Дело в том, что использование данных подходов, наряду с упрощением диагностической и лечебной процедуры, обеспечивает интегральную чэценку и адаптивную коррекцию лечебного воздействия для обеспечения системного характера терапии. Самое же привлекательное в использовании методов хронобиологии заключается в возможности обеспечения истинно индивидуализированной терапии за счет автоматизации биоуправления лечебным воздействием по сигналам с датчиков, устанавливаемых на теле больного [12,13].

Из фундаментальных исследований российских ученых известно, что хронобиологические методы лечения увеличивают согласование, гармонию ритмов в организме в целом, усиливают собственные механизмы саморегуляции [14]. Клинические наблюдения свидетельствуют о том, что при хронофизиотерапевтическом лечении исключаются побочные эффекты и появляется возможность избежать рецидивов болезни [20].

Нормализация гармоничных взаимоотношений адренергических и холинэргических механизмов регуляции организма пациента является наиважнейшим компонентом биоуправляемой хронофизиотерапии [41].

Доказано, что использование биоуправляемой хронофизиотерапии обеспечивает снижение любых отрицательных нагрузок и достижение лечебного и профилактического эффекта более ускоренно и направленно, с меньшими усилиями и затратами времени человека [39 ].

В последние годы в мировой медицинской практике большое внимание уделяется разработке и внедрению экологически чистых биотехнических систем с целью модификации параметров ЭЭГ, ЭКГ, КГП (кожно-гальванический потенциал) и некоторых других для коррекции функциональных изменений центральной нервной системы человека [3].

Использование действия ритмической фотостимуляции с целью управления функциональным состоянием человека является одним из важнейших аспектов проводимых исследований. Наряду с работами, посвященными анализу адаптации зрительного анализатора к световым воздействиям и их последействию, эти исследования выявили относительную стабильность перестроек, возникающих под влиянием ритмической фотостимуляции на разных уровнях функционирования центральной нервной системы человека [33].

В некоторых работах [25,26,27,29,56 ] было показано, что ритмическая фотостимуляция после однократного применения ее на фоне фармакологического действия этимизола приобретает особенный характер по своему физиологическому воздействию. В частности, фотостимуляция оказывает лечебное действие на больных с органическими гиперкинезами, выражающиеся в снижении ригидности, брадикинезии, а также вызывает специфическую реакцию дестабилизации мышечного тонуса.

Однако, в рассмотренных системах коррекции функционального состояния человека не предусмотрен режим одновременной диагностики и индивидуального дозирования лечебного воздействия. А именно такой подход и открывает принципиально новые возможности лечения с усилением и нормализацией саморегуляции на всех уровнях организма конкретного больного [12].

В разработанных за последнее десятилетие биотехнических системах цветостимуляции подобные недостатки уже отсутствовали [39]. В них, наряду с хронодиагностическими алгоритмами, была предусмотрена синхронизация цветостимулов с основными биоритмами пациента, которая позволяла получить отклик, как на внутрисистемном, так и на межсистемном уровнях регуляции [40, 42, 43, 35].

Несмотря на использование принципа биосинхронизации с пульсом и дыханием испытуемого, цитированным выше исследователям не удалось полностью решить вопросы, связанные с управлением интенсивностью воздействия. В этих система^ авторами был применен принцип изменяемой освещенности экрана в градациях серого цвета: на вдохе цветостимулы в виде овалов подавались на фоне черного экрана, а на выдохена фоне светлосерого. Таким образом, физически интенсивность самих цветостимулов не менялась, а менялся только фон их предъявления.

Следовательно, разработка биотехнических систем цветостимуляции с использованием автоматического управления интенсивностью воздействия является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: модификация состояния человека при помощи биоуправляе-мого воздействия низкоинтенсивными электромагнитными излучениями в видимом диапазоне длин волн через оптический канал связи испытуемого.

В задачи исследования входили:

1.проведение анализа перспективных направлений, связанных с решением получения эффекта нефармакологических лечебных мероприятий с использованием технических средств, работающих на принципах биоуправления;

2.создание моделей и алгоритмов цветостимуляции, обеспечивающих модификацию паттерна электроэнцефалограммы;

3.создание моделей и алгоритмов цветостимуляции, обеспечивающих изменения интенсивности воздействия;

4.реализация моделей и алгоритмов в макетном образце компьютерной биоуправляемой системы цветостимуляции;

5.клиническая оценка эффективности разработанного макетного образца биоуправляемой системы цветостимуляции.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

1.Впервые использованы модели высоко адаптивных паттернов ЭЭГ для кодирования цветовых импульсов, образующих формулы цветостимуляции.

2.Впервые разработаны циклически изменяемые структуры алгоритмов, обеспечивающие динамику интенсивности цветостимуляции.

3.Впервые разработаны алгоритмы импульсной синхронизации цветовых светостимулов с основными биоритмами человека, представленными параметрами пульса и дыхания.

4.Впервые разработаны алгоритмы, в которых предъявляемый объект цветостимуляции одновременно служит импульсом синхронизации и является значимым ритмом ЭЭГ.

5.Определены структура и алгоритмы информационного анализа временной упорядоченности пульса для решения задачи выбора конкретной формулы воздействия в составе автоматизированной системы цветостимуляции. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ:

1 .Разработаны медико-технические требования и создан макетный образец автоматизированной цветостимуляции.

2.Технически реализована синхронизация воздействующих цветостимулов с параметрами частоты сердечных сокращений и дыхательного цикла.

3.Осуществлено уменьшение общей световой дозы воздействия за счет увеличения интенсивности воздействия только в момент пульсового выброса и вдоха пациента.

4.Реализована индивидуализация цветостимулирующего воздействия в результате использования в системе биологического таймера, отсчитывающего циклы воздействия по межпульсовым интервалам пациента, а не по физическим секундам.

5.Достигнута модификация функционального состояния человека за счет резонансного усвоения навязываемых цветостимулирующих импульсов света, смоделированных по принципу высокоадаптивных паттернов ЭЭГ. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры глазных болезней Курского государственного медицинского университета, кафедры БИТАС Курского государственного технического университета, кафедры пропедевтики внутренних болезней Белгородского государственного университета. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1.Проблема увеличения эффективности цветостимуляции может быть решена на основе синхронизации несущего терапевтического сигнала с параметрами биологической обратной связи, включающей пульсовой выброс и цикл дыхания.

2.Практическая реализация связана с разработкой:

— универсальных хрономодулей или устройств, обеспечивающих интерфейс с процессором ЭВМ и переводящих его в режим биоуправленияавтоматизированных систем, имеющих в своем составе, блок хронодиагностики текущего' состояния пациента, блок биологического таймера, обеспечивающего цикличность процедуры в конкретных биоритмах пациента, а не в единицах физического времени, а также блок биоуправления, использующий параметры биологической обратной связи.

3. Оценка эффективности разработанного макетного образца автоматизированной системы цветостимуляции свидетельствует о возможности модификации исходного паттерна ЭЭГ с последующей коррекцией функционального состояния человека. ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены на международной технической конференции 19−22 мая 1998 г. «Медикоэкологические информационные технологии» г. Курск, на Всероссийском совещании-семинаре «Высокие технологии в региональной информатике», гор. Воронеж, 17−19 июня 1998 г. на VI-й Российской научно-технической конференции 15−17 декабря 1998 г. по «материалам и упрочняющим технологиям-98». Г. Курск, на объединенной научной конференции сотрудников кафедры медицинской кибернетики от 15 марта 1999 г. Российского государственного медицинского университета г. Москва. ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация изложена на 118 страницах машинописи и состоит из. введения, 4 глав, обсуждения результатов исследования, выводов, практических рекомендаций и списка литературы (83 российских и 35 иностранных авторов). Диссертация иллюстрирована таблицами (28), рисунками (6).

В первой главе обосновывается эффективность использования низко интенсивных электромагнитных излучений (ЭМИ) оптического диапазона длин волн. Рассмотрены существующие способы медицинской оптимизации воздействия различными физическими факторами с использованием параметров биологической обратной связи (БОС).

Во второй главе представлены автоматизированные методы диагностики, рассмотрены комплексные методы оценки электрофизиологической информации, а также хронодиагностический модуль в системе распознавания функциональных состояний человека. Рассмотрены автоматизированная система и методы обработки колеблемости межпульсового интервала: вариационная пульсометрия, анализ автокорреляционной функции, анализ волновой структуры ритма сердца, анализ активности регуляторных систем.

В третьей главе рассмотрены модели различных формул цветостимуляции, способы кодирования и предъявления информации, алгоритмы цветостимуляции. Сформулированы. основные медико-технические требования к разработке биотехнической системы цветостимуляции и представлена ее структурная характеристика.

В четвертой главе детально представлена информация о верификации рассматриваемых алгоритмов цветостимуляции: оценка влияния монохромной цветостимуляции на некоторые параметры электроэнцефалограммысопоставление биоуправляемого режима цветостимуляции и режима не синхронизированного с биоритмами пациента. Представлена статистика в пользу биоуправляемых способов воздействия.

В главе Заключение суммированы полученные результаты.

ВЫВОДЫ

1 Разработаны кодифицированные формулы для импульсного цветового воздействия через оптический канал связи человека Элементы формул построены на базе использования структурных моделей и соответствуют конкретному паттерну ЭЭГ. '

2.Цветовая составляющая, и временная композиция элементов формул воздействия обеспечивают эффекты модификации существующего паттерна ЭЭГ по механизмам резонанса.

3.Циклически изменяемые структуры алгоритмов позволяют реализовать биоуправляемую динамику интенсивности цветостимуляции за счет изменения скважности сигнала синхронно с ритмами пульса и дыхания. При этом интенсивность воздействия возрастает в каждый момент прихода пульсовой волны и бывает максимальной на высоте вдоха.

4.Разработан макетный образец автоматизированной системы цветостимуляции, включающий блок управления, функционирующий на основе параметров биологической обратной связи, блок биологического таймера, обеспечивающего цикличность процедуры в конкретных биоритмах пациента, а не в единицах физического времени. Роль биологической секунды в системе выполняет текущий межпульсовой интервал, параметром цикла является период медленной волны первого порядка, определяемый диапазоном 18−22 удара пульса.

5.Межпульсовой интервал и дыхательный цикл используют, как в качестве импульсов синхронизации, так и в качестве текущих сенсорных параметров низкочастотных и среднечастотных составляющих диапазона дельта-ритма. Импульсы синхронизации фокусируют внимание пациента и дополнительно усиливают эффект цветостимуляции.

6.Биоуправляемая цветостимулядия обеспечивает коррекцию функционального состояния испытуемого не только за счет изменений внутрисистемных механизмов регуляции (модификации нейродинамических процессов мозга), но и за счет влияния на межсистемные уровни регуляции (уменьшение степени активации подкорковых нервных центров, нормализации вегетативного статуса, восстановления гармонии биоритмов) через изменения параметров (периодов) сердечных сокращений и дыхательного цикла.

7.Доказаны преимущества эффективности биоуправляемого способа цветостимуляции над аналогичным способом без биоуправления.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Для проведения сеанса цветостимуляции испытуемого усаживают в затемненной комнате перед монитором компьютера в удобном для него положении. Устанавливают датчик пульса на ногтевой фаланге любого пальца или на мочке уха. После чего регистрируют исходные данные пациента:

1. Психологический профиль по опроснику Айзенка;

2. Уровень ситуативной тревожности по опроснику Спилбергера;

3. Вегетативный профиль на основе информационного анализа межпульсового интервала.

После установления уровня нейротизма и уровня психоэмоционального напряжения выбирают режим воздействия: «мягкой релаксации» или «интенсивной релаксации», «стимуляции», «стабилизации».

Режим «интенсивной релаксации» выбирается при определении высокого уровня нейротизма и ситуативной тревожности, а также при выраженном и резко выраженном преобладании в регуляции симпатической нервной системы, когда нормированная относительная энтропия межпульсового интервала 1ш < 0,22.

Режим «мягкой релаксации» выбирается при наличии низкого или среднего уровня нейротизма или ситуативной тревожности, сочетающихся с умеренным преобладанием симпатической нервной системы, когда нормированная относительная энтропия 1 т < 0,33. Режим «стимуляции» выбирается при наличии любой степени нейротизма и ситуативной тревожности в, сочетании с выраженным преобладанием в регуляции парасимпатической нервной системы, когда нормированная относительная энтропия Ъп > 0,44.

Режим «стабилизации» выбирается при нормальных показателях уровня нейротизма и ситуативной тревожности при сочетании с нормальным вегетативным гомеостазом, когда нормированная относительная энтропия hn < 0,44.

Нормальная реакция испытуемого на биоуправляемую цветостимуляциюэто отсутствие субъективного дискомфорта, стабильные или нормализующиеся показатели гемодинамики, функции внешнего дыхания.

Для объективизации контроля состояния пациента во время биоуправляемой цветостимуляции необходимо использовать оперативные методы контроля, такие как анализ временной упорядоченности пульса в режиме ON-LINE. При повторной регистрации и обработке временной упорядоченности пульса показатели нормированной энтропии должны находится в зоне 0,33 — 0,44. В противном случае результаты цветостимуляции следует рассматривать как неудовлетворительные.