XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
БЫТОВОЙ ЛАЗЕРНЫЙ СТАБИЛОМЕТР
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Стабилография – это методика точного количественного, пространственного и временного анализа устойчивости человека в поле тяготения в заданной позе. Стабилография является одним из важных способов объективной оценки состояния организма и представляет практический интерес для медиков, пилотов, водителей, спортсменов, тренеров, вообще для каждого человека.
Практическое применение стабилографии было положено в Институте проблем передачи информации в 1952 году. С тех пор стабилография, непрерывно совершенствуясь, включила все новейшие научно-технические достижения и стала методической основой многих медицинских научных исследований [1,2].
Техническую основу современного стабилографа составляет подвижная горизонтальная платформа, опирающаяся на четыре тензодатчика (рис.1). Пациент стоит на этой платформе, а показания датчиков фиксируют положение его центра тяжести. Частота и амплитуда колебаний тела являются количественной мерой псих-физиологической устойчивости человека во время этих исследований.
Актуальность проблемы. Широкое использование стабилографии тормозилось громоздкими методами обработки результатов наблюдений. В настоящее время успешно развивается компьютерное стабилографирование. Но на уровень бытовых измерительных медицинских приборов типа термометров, тонометров, глюкометров и т.п., стабилографы или стабилометры пока не вышли. И это при том, что стабилометрия важна как метод объективной оценки состояния организма для диагностики в областях медицины, наиболее тесно связанных с центральной нервной системой, в психиатрии, в наркологии, в неврологии.
Назовём недостатки, которые мы пытаемся устранить в нашем приборе.
-
Полный комплект приборов дорог, его могут позволить только крупные поликлиники и специальные научные медицинские лаборатории.
-
Такой стабилограф трудно сделать общедоступным бытовым медицинским прибором.
-
Возможности описанного стабилографа ограничены единственной позой испытуемого – прямостоянием.
-
Исследование динамической устойчивости в иных позах и для отдельных органов – рук, ног – здесь невозможно.
Цель нашей работы - создание стабилометра, обладающего следующими качествами.
Дешёвый и простой в изготовлении и обслуживании.
Пригодный для стабилометрии не только всего тела, но и его частей.
Безразличный к позе испытуемого.
Не требующий программного обеспечения или громоздких математических процедур обработки результатов измерений.
Позволяющий непосредственно визуально оценивать изменения в состоянии организма.
Научно-техническая новизна. Основу нашего стабилометра составляет лазерная указка или лазер-брелок, тонкий яркий красный луч которого за счёт его длины делает прибор очень чувствительным к состоянию испытуемого, в руках или на теле которого он находится.
В комплект прибора входят также мишень с центральным отверстием, через которое луч попадает на фоторезистор. В светонепроницаемом корпусе прибора напротив отверстия находится фоторезистор, включённый в электрическую схему из источника постоянного тока и конденсатора. Конденсатор непрерывно заряжается со скоростью, зависящей от освещённости помещения и «темнового» сопротивления фоторезистора. Это фон, величина которого предварительно измеряется и учитывается при измерениях. Когда фоторезистор освещён лазером, конденсатор заряжается быстрее, т.к. сопротивление уменьшается примерно в 10 раз. Заряд конденсатора регистрируется, для этого к конденсатору подключён вольтметр.
Работа с прибором. Процедура измерений состоит в следующем. Мишень устанавливается на расстоянии 4-5 м от испытуемого, который направляет на неё лазерный луч, пытаясь удержать его на центре мишени, т.е. на отверстии. За строго ограниченное время из-за колебаний испытуемого и, следовательно, лазерного пятна на мишени конденсатор зарядится до некоторого напряжения. Последнее показание вольтметра с учётом фона становится количественной мерой устойчивости испытуемого.
Ё мкость конденсатора, напряжение источника, размер отверстия и время процедуры подбираются так, что процесс зарядки занимает прямолинейную часть на графике зарядки конденсатора. Поэтому показание вольтметра линейно зависит от количества попаданий луча в отверстие мишени, что свидетельствует о психо-динамическом состоянии клиента.
Испытуемый может находиться в любой позе: стоя, сидя, лёжа. Лазер может быть в вытянутой руке или опирающейся на стол, может быть укреплён на требуемой части тела. Важно только, чтобы испытуемый визуально контролировал положение лазерного пятна на мишени.
Чувствительность прибора зависит от мощности лазера, диаметра отверстия на мишени и от длины луча - расстояния до мишени.
Результаты испытаний. В настоящее время проводятся исследования прибора с целью определения оптимальных условий его применения по чувствительности и длительности процедуры, особое внимание обращается на условия индивидуальной повторяемости результатов. В испытаниях приняли участие школьники 6-10 классов с разным уровнем спортивной подготовки, в обычном состоянии и после выполнения нагрузочных физических упражнений.
Наблюдения показали, что при непрерывном контроле и фиксации пятна на мишени испытуемый устаёт и оптимальное время экспозиции не должно превышать 30 секунд.
Позы испытуемого 1. стойка, лазер находится в руке, локоть упирается в тело; 2. сидя за столом, лазер в руке, локоть упирается в стол; 3. сидя за столом, рука с лазером лежит на столе) существенно влияют на конечный результат и могут отличаться на 20-30%.
У каждого из троих испытуемых в течение недели наблюдаются свои повторяющиеся усреднённые значения устойчивости.
После физической нагрузки (приседания и отжимание на полу) показания устойчивости существенно ухудшаются.
Выводы: Испытания показали, что предлагаемый прибор способен регистрировать психическое и динамическое состояние человека и может стать полезным бытовым медицинским прибором, пополнив термометры, тонометры.
С небольшими конструктивными приспособлениями прибор может быть использован как тренажёр в домашнем тире.
Литература
1. https://mederia.ru/upload/iblock/7fc/or7gwdbigevhvuetxeivt86tbu11btph.pdf Методичка по стабилографированию, очень детально….Кубряк О.В. 2022
2. https://ivgma.ru/attachments/32164 Сеницкие 2 и др. Способ повышения информативности стабилометрии…. Иссл. 2018
Приложение 1. Рабочий момент испытания прибора. Автор доклада Чакин Игнат фиксирует результат, испытуемый засвечивает мишень лазером.
Приложение 2. Дополнительные сведения о приборе
Использованный фоторезистор MLG5516В (датчик освещённости).
Его темновое сопротивление около 100 кОм, минимальное – около 8 кОм.
Максимальное рабочее напряжение 150 В.
Максимальная спектральная чувствительность приходится на области 540 нм.
Лазер-брелок питается от зарядного устройства 5 В.
Спектр его излучения - узкая полоска в области 580 нм.
Диаметр светового пятна на расстоянии 4 м равен 5-6 мм.
Корпус мишени (карболит?) не до конца защищает фоторезистор от засветки. Прибор был
дополнительно обёрнут алюминиевой фольгой
В схеме стоит конденсатор типа ELNA. 16B. 1000 μkF.
Процесс его зарядки от источника постоянного напряжения 5,4 В через постоянный резистор
100 кОм изучен нами и представлен на рисунке.
В стабилометре для измерений используется участок от 0 до 100 мВ, условно принимаемый за прямолинейный. Ошибка измерений в этом случае не более 3%.