CC BY
3
Методы исследования
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ. 1998 УДК 613:001.8
О. В. Гончарова, Т. С. Тихова, Е. В. Трофимова, Р. М. Хвастунов
ТИПИЗАЦИЯ ЭКСПЕРТНЫХ КРИВЫХ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МЕДИКО-ГИГИЕНИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЯХ
ВНИИ железнодорожной гигиены МПС РФ, Москва
Экспертные кривые представляют собой один из видов экспертных оценок, применяемых для графического выражения зависимостей между значениями двух показателей в тех случаях, когда аналитическое выражение таких зависимостей невозможно или нецелесообразно. Экспертные кривые используют для решения задач оценивания влияния различных факторов на здоровье человека [3, 7], для построения различных линий равного уровня по комплексным оценкам [4, 8], в задачах прогнозирования [5, 6] и во многих других случаях. Между тем общепринятая систематизация экспертных кривых до сих пор не разработана, теоретическое обоснование построения и обработки экспертных кривых пока отсутствует.
В настоящей работе мы попытались выделить типы экспертных кривых, исходя из цели их использования, характера исходных данных, лежащих в основе построения, и обусловленного этими обстоятельствами способа построения'. Применяемые далее названия типов кривых в основном сложились в литературе (типы I к 2 — полезности и безразличия), типа 3 — функциональные — введено в [6] и типа 4 — абрисные — предлагается нами. Здесь нет возможности подробно рассмотреть способы построения и обработки различных предлагаемых типов экспертных кривых. Мы надеемся это сделать в следующих сообщениях.
Тип 1. Кривые полезности. Кривые полезности применяют для решения задач оценивания уровня удовлетворения некоторой потребности субъекта, в интересах которого выполняется разработка: полезности, вероятности успеха, качества, заинтересованности и т. п., в зависимости от значений англизируемого показателя. Субъектом может быть одно лицо или некоторый контингент населения, члены которого предъявляют одинаковые требования к анализируемому показателю.
Пример 1. При исследовании комфортности производственной среды для оператора, работающего в закрытом помещении, определяли оценку желательности той или иной температуры в зоне дыхания. При этом 5 баллов соответствовало ощущению полного комфорта, 0 — отсутствию неприятных ощущений, а отрицательные значения — более или менее выраженному дискомфорту. Построенный оператором график представлен на рис. I (по [7]).
Пример 2. При строительстве и эксплуатации предприятий, опасных с точки зрения воздействия на здоровье человека (предприятия химической промышленности, АЭС, предприятия микробиопрома и др.), необходимо проводить работы по обеспечению безопасности. Однако абсолютную безопасность обеспечить невозможно и необходимо выбрать некоторый баланс между затратами на мероприятия по обеспечению безопасности и допустимым уровнем безопасности. Для определения этой связи были построены следующие кривые полезности (рис. 2, по [3]).
Пусть прямой риск Я„ — вероятность заболевания или смерти под влиянием некоторого вредного фактора (аварии, радиационного облучения и т. п.). Увеличивая затраты на обеспечение безопасности, можно снизить риск /?„, однако одновременно возрастает косвенный риск связанный с вероятностью заболевания или смерти при осуществлении самих мероприятий по безопасности. Результирующая кривая Л, полученная суммированием ординат Л„ и Як, позволяет оценить значение затрат, соответствующее оптимально достижимому уровню риска.
Тип 2. Кривые безразличия. Задачи, для решения которых применяют кривые безразличия, состоят в разделении ноля
'Основные идеи типизации принадлежат Г. Г. Азгальдову (Центральный экономико-математический институт РАН, Москва).
возможных сочетаний значений двух показателей на зоны эквивалентности по предпочтению. Как правило, для решения такого типа задач в каждом поле сочетаний приходится строить несколько кривых безразличия, образующих так называемое семейство кривых.
Пример 3 . При профессиональном отборе на ряд профессий (диспетчеров, операторов и др.), связанных с постоянной концентрацией внимания, проводят оценивание устойчивости психической работоспособности обследуемого. Для характеристики этой функции сознания человека применяют тест К. К. Платонова, согласно которому обследуемый должен за определенное время выполнить сложение как можно большего количества целых чисел /V, допуская как можно меньше ошибок в счете С. По окончании контрольного времени для каждого 1-го обследуемого получают 2 значения: /V, и
С,-
Эти числа позволяют изобразить результаты действий обследуемого в виде точки на плоскости N0. Если обследуемый А выполнил больше действий и допустил меньше ошибок, чем обследуемый В, то, конечно, его психическая работоспособность должна быть признана более высокой. Однако если обследуемый А выполнил больше действий, чем 3, и в то же время допустил больше ошибок, то априори неясно, у какого обследуемого исследуемая функция развита лучше.
/е 78 / ' 20 22 24 \
/ V
Рис. 1. Кривая полезности, характеризующая влияние температуры воздуха на ощущение комфортности производственной среды для оператора.
По оси абсцисс — температура (в "С), по осп ординат — субъективная оценка комфортности (и баллах).
Рис. 2. Кривые полезности, построенные для исследования влияния затрат по обеспечению безопасности на полный риск.
По оси абсцисс — затраты (в усл. ел.), по оси ординат — значения риска, Я — полный риск, Яп — прямой риск, — косвенный риск, с их помошью можно видеть, что оптимум затрат находится в пределах 2,5—3,0 усл. ед.
с
Рис. 3. Кривые безразличия, построенные для сравнения обследуемых по их умственной работоспособности поданным теста Платонова.
По оси абсцисс — число выполненных действий (Л1), по оси ординат — число допущенных ошибок (С).
Для сравнения обследуемых по работоспособности экс-перт-психофизиолог проводит на плоскости ЫС линии, соединяющие такие сочетания значений N и С, которые соответствуют, по его мнению, одинаковому уровню психической работоспособности (рис. 3, по [8]).
Если точки, соответствующие различным парам значений Л'( С| и N^2 лежат на одной кривой (или, при более грубом оценивании, в пределах одной зоны между кривыми), то работоспособность соответствующих обследуемых Л и В считают одинаковой. Если же точки, соответствующие парам значений (например, Л^С] и Л^Сз), лежат по разные стороны кривой, то следует считать более высокой психическую работоспособность того обследуемого, чья точка находится справа от разделяющей их кривой (на рис. 3 — обследуемый 3).
Пример 4. Как известно, концентрация вредных веществ, находящихся в воде загрязненного источника, резко меняется, иногда на 3—4 порядка, в зависимости от гидрологического сезона, времени суток и других случайных обстоятельств. Поэтому при гигиеническом контроле качества питьевой воды недостаточно определить среднюю концентрацию вредного вещества во времени С, но необходимо учитывать вероятность Р превышения одномоментно замеряемой концентрацией С некоторого предельно допустимого уровня ПДК. Таким образом, каждый источник питьевой воды с точки зрения вероятности вредного воздействия на здоровье человека может быть охарактеризован 2 числами: С и Р, которые образуют поле возможных сочетаний значений (рис. 4).
Ясно, что чем бол_ьше средняя во времени концентрация токсичного вещества С, тем меньше, при равной опасности, может быть допускаемая вероятность превышения одномоментно замеряемой концентрации С этого предельно допустимого уровня. Поэтому для сопоставления источников питьевой воды по обобщенной оценке опасности (на основании которой могут быть определены очередность и объем необходимых гигиенических мероприятий) поле возможных сочетаний
Р
Рис. 4. Кривые безразличия, построенные для сопоставления загрязненных источников питьевой воды по вероятности вредного воздействия на здоровье человека. Проведенные изолинии разделяют поле возможных сочетаний значений показателей на зоны, для каждой из которых следует вводить различные коэффициенты запаса.
По оси абсцисс — средняя концентрация ПДК (С), по оси ординат — вероятность превышения предельно допустимого уровня (Р).
Рис. 5. Функциональная кривая (огибающая), представляющая
зависимость времени существования синхронизированной ЭЭГ-активности т% от уровня генерализизации этой активности и, то есть от числа пар отведений, между которыми обнаружена синхронизация активности.
По оси абсцисс — число пар отведении, между которыми обнаружена синхронизация активности; по оси ординат — время существования синхронизированной активности (в % от времени регистрации).
значений показателей С и Р следует разделить с помощью кривых безразличия на зоны, в пределах каждой из которых опасность вредного воздействия соответствующих источников следует считать одинаковой. Чем ближе к верхнему правому углу находится точка, изображающая источник, тем больше его потенциальная опасность.
Тип 3. Функциональные кривые. Функциональные кривые применяют для отображения взаимосвязи двух показателей при наличии некоторых данных, характеризующих взаимосвязь, в тех случаях, когда аналитическое описание этой взаимосвязи представляется невозможным или нецелесообразным. Упомянутые "некоторые данные" или, лучше сказать, "сведения", характеризующие взаимосвязь, могут быть выражены в количественной форме либо в форме качественных или ранговых оценок, либо просто в виде указаний типа: здесь кривая выходит на насыщение или направление плавно меняется примерно на 45° и т. п. Следующий пример 5 иллюстрирует построение функциональной кривой с использованием как экспериментальных данных, так и теоретических представлений, которые предопределяют некоторые характерные элементы кривой
Пример 5. При оценивании состояния нервно-психической сферы детей в первые недели жизни важным показателем является уровень синхронизации ЭЭГ-колебаний. регистрируемых с поверхности головы ребенка в разных отведениях. Уровень синхронизации характеризуется двумя величинами: числом пар отведений, между которыми обнаружены синхронные колебания п, и временем, в течение которого эта синхронность существовала т%. Чем выше значения этих величин, тем, вообще говоря, выше уровень сформированности нервно-психической сферы ребенка. Однако проявление синхронизма зависит от ряда трудно управляемых факторов (уровень бодрствования ребенка, эмоциональное состояние в момент обследования и т. п.), поэтому при однократной регистрации сформировавшийся у ребенка синхронизм может не проявиться. Для получения надежных данных регистрацию ЭЭГ проводят несколько раз за один день: при пробуждении ребенка, до и после кормления и т. д. Понятно, что для обобщенной характеристики состояния нервно-психической сферы важны максимально достигаемые величины: при каждом возможном п максимально достигаемое т%.
На рис. 5 в координатах /;, т% обозначены точки, отражающие результаты 12 регистрации ЭЭГ у ребенка в возрасте 2 нед. Требуется построить кривую, характеризующую взаимосвязь между этими показателями.
Как же построить график? Во-первых, с позиций цели исследования ясно, что рациональной характеристикой взаимосвязи п и х% является не некоторая средняя линия, проходящая между точками (подобно пунктирной линии на рис. 5), но именно огибающая, так как она отражает максимально достигаемое значение т% при каждом возможном п. Во-вторых, из общебиологических закономерностей следует, что при большом числе пар с синхронизированной активностью время существования этого синхронизма будет невелико. Точно также лишь изредка будут выдаваться периоды, когда активность в большинстве отделов будет десинхронизирована, т. е. синхронизм будет проявляться в малом числе пар отведений. Таким образом, следует ожидать, что огибающая будет иметь колоко-лообразную форму, близкую к известной кривой нормального распределения.
Эти соображения обосновывают вид графика, представленного на рис. 5. Видно, что две из экспериментальных точек находятся выше построенной кривой, т. е. здесь как бы нарушено требование построения огибающей. Но если бы кривая строго обходила с верхней стороны все точки, то была бы утрачена симметрия графика, которую следует ожидать из обще-биологических представлений. Итак, приведенная функциональная кривая базируется как на экспериментальных данных, гак и на известных теоретических положениях.
Характерные элементы этой кривой, параметры которых могут оказаться существенными с точки зрения характеристики степени сформированное™ синхронной ЭЭГ-активности у данного ребенка, возможны следующие:
достигаемый максимум с временем существования т%макс, а также среднее п, соответствующее этому максимуму;
максимальное и минимальное зарегистрированные значения п (размах и);
дисперсия (или иная характеристика рассеяния значений п). вычисленная с учетом времени существования данного п.
И, возможно, другие параметры, выбор которых зависит от цели исследования.
Тип 4. Абрисные (трековые) кривые. Абрисные, или трековые, кривые используют в задачах, связанных с графическим изображением перемещений, путей, треков, трендов и т. п.. состоящих из последовательностей характерных элементов (точек перегиба, участков монотонности и т. п.), однако без строгого соблюдения масштабных соотношений между значениями параметров этих характерных элементов.
В этом состоит существенное отличие абрисных кривых от экспертных кривых других типов. Если при построении экспертных кривых всех вышерассмотренных типов основным требованием являлось такое их изображение, при котором характерные элементы занимали бы строго определенное место на графике и значения параметров могли бы быть определены как можно более точно (что и позволяло решить задачу, ради которой произведено построение), то это требование отпадает по отношению к абрисным кривым. В то же время расположение характерных элементов в должной последовательности, как правило, с указанием названий и примерных значений их параметров является важнейшим требованием построения абрисной кривой, так как цель ее построения — именно анализ состава и взаимного расположения характерных элементов и иногда приблизительная оценка значений их параметров. Анализ состава и взаимного расположения характерных элементов в спою очередь может привести к определенным выводам о механизме процесса, отображаемого данной абрисной кривой.
Графические изображения применяют для наглядного представления траекторий тех или иных частиц, перемещений живых объектов. Очень часто абрисные кривые используют в учебно-методической литературе — для изображения получаемой в опыте записи некоторого процесса, когда назначение графика не в максимально точном определении значений параметров кривой, а лишь в отражении самой последовательности характерных элементов и, возможно, примерных соотношений между некоторыми параметрами.
Исходя из предназначения абрисной кривой, опрос экспертов при се построении в первую очередь направляют на выявление последовательности характерных элементов, обозначение тех параметров, которые существенны в условиях решаемой задачи. Определение значений этих параметров (измерением с помощью инструментов или экспертное) представля-
ет
Рис. 6. Абрисная кривая, изображающая спирограмму.
Участки: пЬ — движения пера кимографа при обычном дыхании, Ьс. — глубокий выдох обследуемого, а! — период отдыха, г/е — глубоким вдох обследуемого, с/ — период отдыха,— усиленный адех и выдох. Уровни: А — положение обычного вдоха, В — положение обычного выдоха. С, I) — границы максимального вдоха и выдоха, Е — дыхательный объем, /' — резервный воздух.
Рис. 7. Абрисные кривые, предназначенные для иллюстрации постепенного изменения траектории движения живого организма при возрастании его информированности относительно расположения цели.
Показателем информированности служит отношение И/Ь. а, Ь, с — варианты траектории.
ет собой задачу второй очереди и выполняется не столь тщательно, как при построении кривых других типов.
Пример 6. Для исследования состояния дыхательной системы применяют спирографию — метод графической регистрации показателей вентиляции легких. Спирограмма представляет собой сложную кривую, состав и последовательность характерных элементов которой зависят от команд, выполняемых обследуемым при ее регистрации. На рис. 6 (по [1|) приведена абрисная кривая, соответствующая одной из простейших спирограмм. Параметры характерных элементов этой кривой, обозначенные рядом с соответствующими характерными элементами (участки аЬ, сс! и др.) имеют определенную содержательную интерпретацию и определение их значений в той или иной реальной записи или группе реальных записей является целью регистрации спирограммы.
При построении абрисных кривых допустимы сокращения и даже условные обозначения некоторых элементов. Так, если реальная траектория содержит повторяющиеся участки (например, серию волнообразных колебаний, регистрируемых при нормальном дыхании), то изображающая се трековая кривая воспроизводит лишь небольшое число их. Если число повторяющихся участков существенно для описания процесса, то это обстоятельство может быть указано в сопровождающих надписях.
В следующем примере 7 будет показано, что реальную траекторию не всегда можно изобразить даже в принципе, но абрисная кривая, являющаяся абстрактной картиной реального процесса, позволяет воспроизводить характерные элементы и указывает их существенные для анализа параметры.
Пример 7 . В работах по теоретическому исследованию процессов мышления (2) Н И. Кобозев предложил оценивать информированность биологического объекта (парамеций) в отношении расположения цели, основываясь на соотношении стохастической и детерминистской компонент траектории его движения. Если организм не имеет информации относительно расположения цели, то его траектория движения напоминает траекторию броуновской частицы (рис. 7, а). При повышении информированности движение организма, при сохранении некоторой хаотичности, становится все более направленным (рис. 7, в и с).
Понятно, что приведенная на рис. 7 ломаная не соответствует никакой реальной траектории движения. Абрисной кривой здесь является лишь проведенная пунктиром огибающая некоторой, условно обозначенной траектории. Значения параметров а и Ь. способ замера которых ясен из рис. 7, существенны для введения необходимой автору меры информированности.
Выводы. Экспертные кривые, проект типизации которых приведен в настоящей статье, представляют собой полезное средство анализа и отображения информации, используемой в медико-гигиенических исследованиях. Сфера применения экспертных кривых, по-видимому, весьма широка, но возможности применения сдерживаются отсутствием теоретически обоснованных правил построения и обработки кривых. На основе предложенной типизации нам представляется возможным осуществить формализацию способов построения и статистической обработки этого вида экспертных оценок.
Литература
1. Бабский Е. Б. и др. // Физиология человека. — М., 1972. - С. 137.
2. Кобозев Н. И. Исследование в области термодинамики процессов информации и мышления. — М., 1971. — С. 18.
3. Легасов В. А., Демин В. Ф., Шевелев Я. В. // Энергия. — 1984. - № 8.
4. Новиков Ю. В., Пивкип В. М. Новосибирск: город для человека. — Новосибирск, 1988.
5. Руководство по медицинским вопросам профилактики и ликвидации последствий аварий с опасными химическими грузами на железнодорожном транспорте. 2-е изд. — М„ 1996.
6. Сиделышков 10. В. Теория и организация экспертного прогнозирования. — М., 1990.
7. Скобарева 3. А. и др. // Гиг. и сан. — 1987. — № 2.
8. Столбун Б. М. и др. // Там же. — № 8.
Поступила 31.03.97
© П. И. ХРАМЦОВ. В. А. ФЕДОРОВ, 1998 УДК 613.955/.956:616.8-009.18-073
П. И. Хромцов, В. А. Федоров НОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОСАНКИ У ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ
Федеральный НИИ медицинских проблем формирования здоровья Минздрава РФ. Москва, Московский энергетический
институт (Технический университет)
Функциональные нарушения осанки продолжают оставаться наиболее распространенными расстройствами опорно-двигательного аппарата у детей и подростков. Отсутствие методов и средств точной регистрации и экспресс-оценки не позволяет проводить четкую диагностику состояния осанки. Вместе с тем такая необходимость возникает при решении различных гигиенических задач: выявление детей и подростков с нарушениями осанки при проведении массовых профилактических осмотров; оценка влияния различных режимов учебной нагрузки на функциональное состояние организма детей дошкольного и школьного возраста; эргономическая оценка новых видов ученической мебели; оценка влияния экологически неблагоприятных факторов на развитие и состояние здоровья детей и подростков; оценка эффективности оздоровительных мероприятий и др.
Существующие способы оценки состояния осанки можно разделить на 2 группы:
1) субъективные методы, отличительной чертой которых является низкая информативность и невозможность проведения точного динамического контроля за состоянием осанки; среди основных методов данной группы следует выделить методы визуальной диагностики [2. 5];
2) объективные методы, для реализации которых необходимы специальные аппаратные средства; методы данной группы в основном используются в клинической практике, наибольшее распространение среди них получили электромиография и Мо1ге-топография [4].
В гигиенической практике применяются более простые методы. Так, известны способы (и соответствующие устройства) для определения начальных форм нарушений осанки в сагиттальной плоскости, основанные на графической регистрации линии остистых отростков позвоночника или непосредственном определении величины физиологических изгибов в его шейном и поясничном отделах [3, 4]. Для оценки состояния осанки проводится сравнение полученных данных с табличными.
Однако эти способы имеют ряд недостатков. Во-первых, при проведении обследования механическое прикосновение к остистым отросткам позвоночника может привести к рефлекторному сокращению мышц спины, что приводит к погрешностям измерения. Во-вторых, указанные методы позволяют регистрировать изменения состояния осанки либо в сагиттальной, либо во фронтальной плоскости. Для комплексной оценки необходимо применение не менее двух методов. В-третьих, так как обследование проводится без одежды, дети испытывают температурный дискомфорт, что также вызывает рефлекторное сокращение мышц, участвующих в обеспечении осанки, и как следствие этого погрешности измерений. В-четвертых, существующие методы проводятся контактным способом, что не дает возможности избежать погрешностей, связанных с психологическим дискомфортом и стрессом, вызванным обстановкой проведения обследования. Перечисленные недостатки существенно снижают точность результатов обследования.
Разработанный авторами метод основан на принципе радиолокации. Для его реализации создано специальное устройство с радиоизлучающим и радиопринимающим элементами.
Суть метода состоит в следующем. С помощью допплеров-ского локатора на область спины воздействуют электромагнитной волной сверхвысокой частоты в диапазоне 35,0— 90,0 ГГц. Границы частотного интервала выбраны с учетом то-
го, что волны миллиметрового диапазона не проникают на глубину более нескольких десятых миллиметра и не вызывают нагревающего, опасного для тканей действия. Радиоотклик принимается антенной локатора и обрабатывается приемным устройством. Затем обработанный приемником сигнал передается в персональный компьютер типа "Notebook" для дальнейшей обработки и определения профилей спины и вывода цифровой и графической информации на экран монитора в реальном масштабе времени. Суждение о профиле спины высказывают по регистрируемому персональным компьютером расстоянию между антенной допплеровского локатора и поверхностью спины при равномерном перемещении над нею антенны. Программа компьютера осуществляет расчет параметров осанки в соответствии с разработанным алгоритмом. На основании сравнения полученных значений с нормативными данными для каждой возрастной группы выдастся заключение о состоянии осанки Продолжительность одного обследования от начала измерения до выдачи результата составляет не более 5 мин.
Точность и достоверность определения профиля спины обеспечиваются фазометрическим методом обработки отраженного сигнала (фаза линейно связана с изменением расстояния от антенны локатора до поверхности тела) в режиме воздействия непрерывным монохроматическим немодулиро-ванным сигналом.
Для измерения расстояния от антенны до участка поверхности тела предусмотрено специальное вспомогательное устройство — штатив, на котором закреплена поворотная рейка, занимающая фиксированное вертикальное или горизонтальное положение в зависимости от того, в какой плоскости проводится измерение параметров осанки. На рейке в специальном скользящем зажиме закреплен конец гибкого диэлектрического волновода, выполняющего роль антенны. Антенна может перемещаться вдоль всей длины рейки. Начинать и заканчивать движение антенны можно в произвольной точке рейки в соответствии с физическими параметрами обследуемого. Скорость перемещения антенны по рейке не влияет на величину измеряемых параметров.
Определение проводится следующим образом.
1. Обследуемый (не раздеваясь) встает спиной к устройству с допплеровским локатором на расстоянии от 50 см до 1 м (максимальное удаление до обследуемого 5 м).
2. Медицинская сестра вызывает следующие режимы работы компьютера:
— "Параметры" — для ввода основных паспортных данных,
— "Регистрация" — для регистрации и визуального контроля профилей спины (в реальном масштабе времени) в двух плоскостях: сагиттальной — профиль физиологических изгибов позвоночника, горизонтальной — профили спины в грудном, грудопоясничном и поясничном отделах позвоночника. Измерения проводятся в положениях стоя и наклон вперед.
— "Результат обследования" — для обработки измеренных данных в соответствии с принятым алгоритмом и выдачи результата обследования.
С помощью компьютера рассчитываются 2 группы показателей (см. рисунок).
1 группа показателей — для оценки состояния осанки в сагиттальной плоскости: С—С1 — величина шейного лордоза, L—L1 — величина поясничного лордоза.
