izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-9-61-69izmertech-2264Research ArticleМЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMEDICAL AND BIOLOGICAL MEASUREMENTSВлияние общей вибрации на качество оценки физиологических показателей пилотаThe influence of the general vibration on the quality of the assessment of the pilot's physiological indicatorshttps://orcid.org/0000-0002-7759-579XКоптевД. С.KoptevD. S.

Дмитрий Сергеевич Коптев

Курск

Dmitry S. Koptev

Kursk

d.s.koptev@mail.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202410112024096169Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2264

Рассмотрены вопросы обеспечения безопасности полётов, обусловленные непрерывным контролем функционального состояния пилота с использованием средств мониторинга физиологических показателей здоровья. Отмечена сложность лётного труда, сопровождаемого комплексом неблагоприятных факторов, которые снижают эффективность выполнения пилотом профессиональной деятельности. Исследовано влияние фактора общей вибрации на качество (точность) оценки физиологических показателей пилота, регистрируемых неинвазивными устройствами диагностики в проходящем свете. К таким показателям относятся частота сердечных сокращений, уровень фракционной сатурации крови и частота дыхания. Разработана математическая модель квазидетерминированной общей вибрации, являющейся результирующей отдельных частотных составляющих корректированного виброускорения, направленных вдоль трёх осей декартовой системы координат. Проведено математическое моделирование влияния общей вибрации на информационный фотоплетизмографический сигнал и показано, что в результате воздействия изменяется частотно-временна́я структура сигнала и появляются относительные погрешности оцениваемых физиологических показателей – уровня фракционной сатурации крови (4,16 %), частоты сердечных сокращений (4,78 %) и дыхания (3,75 %). В результате практического эксперимента по анализу влияния общей вибрации на качество (точность) оценки указанных физиологических показателей установлено, что по сравнению с заявленной погрешностью пульсового оксиметра ±2 % погрешности определения частоты сердечных сокращений, уровня фракционной сатурации крови и частоты дыхания увеличились на 3,221 %; 2,483 % и 1,906 % соответственно. Результаты теоретических и практических исследований имеют сильную парную корреляционную связь по Пирсону, коэффициенты парной корреляции составили 0,72; 0,83; 0,76 для результатов измерений частоты сердечных сокращений, уровня фракционной сатурации крови и частоты дыхания соответственно, что говорит о правомерности принятых упрощений при разработке математической модели. Полученные результаты можно применять при разработке функционирующих непосредственно в процессе полёта устройств неинвазивной диагностики физиологических показателей пилота.

The article considers flight safety issues related to continuous monitoring of the pilot's functional state by using means of monitoring physiological health indicators, which is due to the complexity of flight work, accompanied by a whole range of unfavorable factors that reduce the efficiency of professional activity. The article studies the influence of the general vibration factor on the quality (accuracy) of the assessment of the pilot's physiological indicators recorded by non-invasive diagnostic devices in transmitted light. Such indicators include heart rate, fractional blood saturation level, and respiratory rate. A mathematical model of quasi-deterministic general vibration, which is the resultant of individual frequency components of corrected vibration acceleration directed along three axes of the Cartesian coordinate system, has been developed. Mathematical modeling of the effect of general vibration on the information photoplethysmographic signal has been performed and it has been shown that the effect changes the frequency-time structure of the signal and relative errors of the estimated physiological parameters appear – the level of fractional blood saturation (4.16 %), heart rate (4.78 %) and respiration (3.75 %). As a result of a practical experiment to analyze the effect of general vibration on the quality of assessment of the specified physiological parameters, it was found that, compared to the declared error of a pulse oximeter of ±2 %, the errors in determining the heart rate, fractional blood saturation and respiration rate increased by 3.221 %; 2.483 % and 1.906 %, respectively. The results of theoretical and practical studies have a strong pair correlation according to Pearson, the pair correlation coefficients were 0.72, 0.83, 0.76 for the results of measurements of heart rate, fractional blood saturation level and respiratory rate, respectively, which indicates the validity of the adopted simplifi ations in the development of the mathematical model. The obtained results can be used to develop devices for non-invasive diagnostics of the pilot's physiological indicators, functioning directly during the flight.

безопасность полётовпилотполётный факторобщая вибрациякорректированное виброускорениефизиологические показателичастота сердечных сокращенийуровень фракционной сатурации кровчастота дыханияfl ighsafetypilotflight factorgeneral vibrationcorrected vibration accelerationphysiological indicatorsheart ratefractional blood saturation levelrespiratory rateРабота выполнена в рамках реализации программы развития ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет» проекта «Приоритет-2030».The work was carried out within the framework of the implementation of the development program of the Southwest State University of the «Priority-2030» project.ReferencesПантюхов А. П., Соколов Ю. А. Авиационная медицина. БГМУ, Минск (2013).Pantyukhov A. P., Sokolov Yu. A. Aviatsionnaya meditsina. BSMU, Minsk (2013). (In Russ.)Ушаков И. Б., Рогожников В. А., Поляков М. В. и др. Основы авиационной и космической медицины. Слово, Москва (2007).Ushakov I. B., Rogozhnikov V. A., Polyakov M. V. et al. Osnovy aviatsionnoy i kosmicheskoy meditsiny. Slovo, Moscow (2007). (In Russ.)Кукушкин Ю. А., Богомолов А. В., Солдатов С. К. и др. Рискометрия функциональной надёжности лётчика. Физматлит, Москва (2022).Kukushkin Yu. A., Bogomolov A. V., Soldatov S. K. et al. Riskometriya funktsional’noy nadozhnosti lotchika. Fizmatlit, Moscow (2022). (In Russ.)Медведев В. И. Функциональные состояния оператора. Эргономика. Принципы и рекомендации, (1), 127–160 (1970).Medvedev V. I. Funktsional’nyye sostoyaniya operatora. Ergonomika. Printsipy i rekomendatsii, (1), 127–160 (1970). (In Russ.)Пухов В. А., Иванов И. В., Чепур С. В. Оценка функционального состояния организма военных специалистов: научно-практическое руководство. Под ред. акад. И. Б. Ушакова. СпецЛит, Санкт-Петербург (2016). https://www.elibrary.ru/xaaywpPukhov V. A., Ivanov I. V., Chepur S. V. Functional state estimation of military specialists: scientific and practic manual. I. B. Ushakov (ed.), SpetsLit, St. Petersburg (2016). (In Russ.) https://www.elibrary.ru/xaaywpЗибарев Е. В., Бухтияров И. В., Кравченко, Астанин П. А. Разработка новой концепции оценки напряжённости труда пилотов гражданской авиации. Анализ риска здоровью, (2), 73–87 (2022). https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.2.07Zibarev E. V., Bukhtiyarov I. V., Kravchenko, Astanin P. A. Development of a new concept for assessing the work stress of civil aviation pilots. Health risk analysis, (2), 73–87 (2022). (In Russ.) https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.2.07Бодров В. А. Проблемы утомления лётного состава (понятие, причины, признаки, классификация). Физиология человека, (5), 835–843 (1988).Bodrov V. A. Problems of flight crew fatigue (concept, causes, signs, classification). Human Physiology, (5), 835–843 (1988). (In Russ.)Энциклопедический справочник по авиационной эргономике. Под ред. Балуева О. Т., Ступакова Г. П., Сыроватко В. Г., Турзина П. С., Ушакова И. Б. ИП РАН, Москва (1997). https://www.elibrary.ru/ytbukpEntsiklopedicheskiy spravochnik po aviatsionnoy ergonomike. Eds. Baluev O. T., Stupakov G. P., Syrovatko V. G., Turzin P. S., Ushakov I. B. IP RAS, Moscow (1997). (InRuss.)Хунданов Л. Л., Ступаков Г. П. Основы экологии и эргономики в авиации. В 2 томах. Т. 1. Вооружение. Политика. Конверсия, Москва (1997).Khundanov L. L., Stupakov G. P. Osnovy ekologii i ergonomiki v aviatsii. In 2 vol. Vol. 1. Armament. Politics. Conversion, Moscow (1997). (In Russ.)Сериков В. В., Юшкова О. И., Богданова В. Е. и др. Оценка функционального состояния организма лётчиков во время смоделированного полёта на тренажёре. Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология, (1(57)), 17–30 (2020).Serikov V. V., Yushkova O. I., Bogdanova V. E., Zibarev E. V., Forverts A. Yu. Assessment of the functional state of the pilots’ body during a simulated flight on a simulatore. Vestnik of Tver State University. Series: Biology and Ecology, (1(57)), 17–30 (2020). (In Russ.)Коптев Д. С. Разработка интегрального показателя функционального состояния для оценки степени утомления пилота воздушного судна в процессе выполнения профессиональной деятельности. Инфокоммуникации и космические технологии: состояние, проблемы и пути решения. Сборник научных статей по материалам VII Всероссийской научно-практической конференции, Курск, 13–15 апреля 2023 г., С. 242–249. Юго-Западный государственный университет, Курск, (2023). https://www.elibrary.ru/oyltaaKoptev D. S. Development of an integral indicator of functional state for assessing the degree of fatigue of an aircraft pilot during the performance of professional activities. Infocommunications and space technologies: status, problems and solutions. Collection of scientific articles based on the materials of the VII All-Russian Scientific and Practical Conference, Kursk, April 13–15, 2023, pp. 242-249. Southwestern State University, Kursk (2023). (In Russ.)Разинкин С. М., Дворников М. В. Физиология и гигиена лётчика в экстремальных условиях. Научная книга, Москва (2019).Razinkin S. M., Dvornikov M. V. Fiziologiya i gigiyena lotchika v ekstremal’nykh usloviyakh. Nauchnaya kniga, Moscow (2019). (In Russ.)Федотов А. А., Акулов С. А. Математическое моделирование и анализ погрешностей измерительных преобразователей биомедицинских сигналов. Физматлит, Москва (2013).Fedotov A. A., Akulov S. A. Matematicheskoe modelirovanie i analiz pogreshnostej izmeritel’nyh preobrazovatelej biomedicinskih signalov, Fizmatlit, M oscow (2013). (In Russ.)Кореневский Н. А. Биотехнические системы медицинского назначения. ТНТ, Старый Оскол (2013).Korenevsky N. A. Biotekhnicheskie sistemy medicinskogo naznacheniya, TNT, Stary Oskol (2012). (In Russ.)Коптев Д. С., Юдин И. С. Оценка фракционной сатурации крови у пилота воздушного судна в условиях влияния динамических полётных факторов. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение, 12(2), 98–120 (2022). https://doi.org/10.21869/2223-1536-2022-12-2-98-120Koptev D. S., Yudin I. S. Evaluation of fractional blood saturation in an aircraft pilot under the influence of dynamic flight factors. Proceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering, 12(2), 98–120 (2022). (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1536-2022-12-2-98-120Мухин И. Е., Селезнев С. Л., Коптев Д. С. Цифровое устройство контроля физиологических показателей здоровья пилота воздушного судна: пат. RU 2766756 С1. Изобретения. Полезные модели. № 8 (2022).Mukhin I. E., Seleznev S. L., Koptev D. S., pat. RU 2766756 С1, Inventions. Utility models, no. 8 (2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.