Область наук:
  • Науки про здоров'я
  • Рік видавництва: 2006
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Алгоритмічне і програмне забезпечення автоматизованої системи моніторингу здоров'я студентів'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритмічне і програмне забезпечення автоматизованої системи моніторингу здоров'я студентів»

    ?О.Г. Берестнєва, Л.І. Кабанова, К.А. Шаропін

    Алгоритмічне та програмне забезпечення

    Автоматизована система МОНІТОРИНГУ ЗДОРОВ'Я

    СТУДЕНТІВ *

    На сьогоднішній день як і раніше актуальною залишається завдання моніторингу фізичного і психічного здоров'я студентів. Це завдання тісно пов'язана з завданням оцінки якості підготовки фахівців з вищою освітою. Відповідно до принципу орієнтації на споживача (ДСТУ ISO 9000: 2001) важливим і необхідним елементом в управлінні якістю освіти є вимоги всіх зацікавлених сторін, в тому числі роботодавців, до рівня підготовки фахівців у ВНЗ. Ці вимоги, перш за все, є набором професійних характеристик, якими повинен володіти фахівець в області своєї професійної діяльності, щоб найбільш точно відповідати спеціальності та успішно виконувати професійні обов'язки. Крім того, роботодавців цікавлять не тільки професійні характеристики, але також рівень здоров'я і показники фізичної підготовленості. Таким чином, з'являється необхідність кількісного визначення рівня володіння фахівцем необхідними якостями. Цей необхідний рівень можна позначити терміном «професійна психофізична готовність» (ППФГ) студентів. Серед робіт з даної тематики в першу чергу слід відзначити дослідження, перш за все, В. А. Коваленко, а також Т.Г. Савкіна, О.В. Каравашкіна, С.Ю. Тюленькова, С.Н. Зуєва, Л.М. Крилова та ін. [1, 2].

    «Професійна психофізична готовність» (ППФГ) включає в себе наступні компоненти, що базуються на фізичних, психічних і духовних можливостях людини [1]:

    • достатню професійну працездатність;

    • наявність необхідних резервних фізичних і функціональних можливостей організму для своєчасної адаптації до швидко мінливих умов виробничої і зовнішнього середовища, обсягом і інтенсивності праці;

    • здатність до повного відновлення в заданому ліміт часу;

    • сформованість мотиваційної сфери.

    Однак на сьогоднішній день не розроблено ефективний інструментарій для оцінки та моніторингу ППФГ студента. Це пов'язано з тим, що безпосередньо виміряти рівень володіння характеристиками важко, тому замість вимірювання краще вести мову про оцінку або про обчислення показників якості з використанням непрямих показників.

    Для масштабних досліджень необхідні сучасні інформаційні системи, оснащені набором програмних засобів, що дають можливість діагностики актуального стану і різних властивостей особистості. Але більшість існуючих в даний час інформаційних систем моніторингу здоров'я орієнтовані, як правило, на вирішення конкретних практичних завдань, є вузькоспрямованими, або складними і дорогими, що робить їх непридатними для масового застосування в вузах.

    Також більшості подібних систем притаманні такі недоліки:

    1. Незручний інтерфейс, орієнтований на спеціально підготовленого фахівця (оператора)

    * Робота виконана за фінансової підтримки РФФД, проект № 04-06-80413-а. 40

    2. Остаточна оцінка здійснюється на підставі формального алгоритму, що не має математичного апарату, або відсутність інтегрального показника рівня психофізичної готовності.

    3. Відсутність програмно-інформаційних засобів оцінки динаміки професійної психофізичної готовності.

    4. Недостатньо використовуються ефективні засоби когнітивної графіки.

    У зв'язку з актуальністю розробки систем, що дозволяють вирішувати дані проблеми, метою наших досліджень була розробка методичного, математичного, алгоритмічного та програмного забезпечення інформаційної системи оцінки професійної психофізичної готовності студентів на базі розробленої нами раніше системи моніторингу здоров'я та соціально-психологічної адаптації студентів Томського політехнічного університету [3, 4].

    На першому етапі роботи нами була розроблена структурна модель ППФГ студентів [8] у вигляді системи, що включає 4 основні підсистеми (фізична, психологічна, психофізіологічна готовність та адаптація), рис. 1.

    Мал. 1. Модель професійної психофізичної готовності студентів

    У кожній з цих підсистем виділені окремі компоненти і елементи, тобто в результаті декомпозиції системи ми вийшли на рівень вимірюваних величин. У табл. показані способи вимірювання і типи вимірювальних шкал для деяких виділених нами елементів.

    При формуванні комплексних оцінок психофізіологічних станів людини зазвичай використовують різні інтегральні показники. В системі використовується введений нами раніше інтегральний показник, що дозволяє оцінювати ступінь відхилення стану біосистеми від деякого «кращого» (еталонного) стану в будь-який момент часу [5, 6]. Тут за еталонне стан беруться критерії оцінки професійної готовності по одній з чотирьох груп спеціальностей університету [7, 8]. Також одне з основних переваг даного інтегрального показника - це можливість оцінювати стан як ППФГ в цілому, так і стану її окремих підсистем.

    Розроблена нами система має всі компоненти відповідно до сучасною моделлю інформаційної системи, такі як: збір інформації; зберігання; обробка; передача; видача інформації; захист інформації.

    Таблиця

    Способи вимірювання та типи вимірювальних шкал __________________

    Підсистеми Компоненти Елементи Вимірювання Тип шкали

    Фізичні якості Кістково-м'язова Сила кисті Динамометр кистьовий Відносин

    Гнучкість Мірний куб

    Антропометрія Зростання Зростомір

    Серцево-судинна система (ССС) Артеріальний тиск Тонометр

    Частота пульсу Секундомір

    Психологічна готовність Інтелектуальні здібності «Технічний» інтелект «Вербальний» інтелект Тест Амт-Хауера

    Соціально-психологічні якості Нормативність Комунікабельність Тест Кеттел-ла Ранговая

    Особистісні якості Тип темпераменту Тест на тип темпера. Номінал

    Адаптація Психофизическая Рівень стресу Вегетативний баланс Тест Люшера Ранговая

    Психологічна Емоційна стійкість Самоконтроль Тест Кеттел-ла

    Соціальна Соціальна дезадаптація Тест Вассермана

    Психофізіологічна готовність Стійкість ССС Пульс після навантаження Час відновлення Секундомір Відносин

    Соматичні скарги Виснаження Ревматичні скарги Опитувальник Ранговая

    Стійкість нервової системи Індивідуальна хвилина Секундомір Відносин

    Структурна схема системи представлена ​​на рис. 2.

    Система спроектована як реляційна база даних, реалізована в СУБД MS Access з включенням програмних модулів на мові Visual Basic for Application. Має дубльовану структуру блоку комп'ютерного тестування з можливістю доступу з Internet, реалізовану у вигляді HTML-документів з описом сценарію на мові VBScript.

    Блок збору інформації включає в себе методики опитувань, оглядів, обстежень, засновані на сучасних інформаційних технологіях, що дозволяють підвищити якість і достовірність прийнятих рішень. Так в системі реалізовано всі чотири типи психодіагностичних методик:

    1) анкети і опитувальники закритого типу;

    2) психодіагностичних методики на основі ранжирування;

    3) психофізіологічні методики;

    4) проектні методики як одноразового, так і послідовного вибору.

    блок обробки

    Формування узагальнених інтегральних оцінок ППФГ

    Діагностика типу адаптаційних стратегій і ризику дезадаптації

    База даних

    блок виведення

    формувати Блок

    вання * -N когни- А-N

    паспорта тивной

    ППФГ графіки

    студента: ": 1

    формую-

    вання

    паспорта

    ППФГ

    групи

    студентів

    Вихідні звітні документи

    Мал. 2. Структурна схема системи оцінки ППФГ

    База даних інформаційної системи складається як з основних таблиць, ієрархічно пов'язаних між собою різними видами явних зв'язків, так і допоміжних з різними типами неявних зв'язків. У структурі є попарно пов'язані таблиці-критерії.

    Блок обробки інформації включає в себе розроблені нами інформаційні технології, засновані на методах і алгоритмах, викладених в [3, 6, 7, 9].

    Для ефективного функціонування в будь-якій інформаційній системі особливого значення набувають методи візуалізації даних і кінцевих результатів обробки, що забезпечують єдину форму подання поточної і кінцевої інформації у вигляді відображень, адекватних зоровому сприйняттю людини і зручних для однозначного тлумачення отриманих результатів.

    Так, в нашій системі засобами когнітивної графіки реалізується відображення індивідуальних даних у вигляді пелюсткової діаграми (рис. 3), де поточний стан студента (темна область) візуально порівнюється з «еталонним» (світла). Двовимірне відображення впорядкованості групи студентів (з відповідними порядковими номерами) між «еталонними» об'єктами з максимальним (А) і мінімальним (В) рівнем ППФГ реалізовано на основі структурного методу початкового впорядкування (рис. 4). Для візуалізації результатів статистичного аналізу і динаміки стану генеруються різного виду гістограми та діаграми. Також результати формуються в звітні форми як для кожного студента, так і для групи [4].

    Для того щоб забезпечити захист інформації, цілісність даних і безвідмовність системи були проаналізовані можливі ризики і запропонована модель захисту інформації (рис. 5).

    Мал. 3. Пелюсткова діаграма для відображення індивідуальних даних У2 •> А

    |зоя *

    521

    • «23?

    23

    16 "

    20 • 4

    • 12 • 1

    ^ 0

    1

    -0-8-

    У1

    Мал. 4. Двовимірний відображення групи студентів на основі структурного методу початкового впорядкування

    Структура системи має блокову або модульну уніфікацію. Модулі умовно можна розділити за трьома різними властивостями: за рівнем автоматизації, по локалізації та рівнем доступу.

    Переваги такої уніфікації в тому, що:

    • вихід з ладу одного блоку не впливає на роботу інших (крім виходу з ладу блоку керування);

    • зміна структури системи не впливає на цілісність даних;

    • можлива заміна застарілих програм на більш сучасні або їх корекція;

    • додавання нових блоків без шкоди для основної концепції комплексу;

    • можливо автономне використання окремих блоків, зокрема, блоків комп'ютерного тестування.

    розділ II

    Мал. 5. Модель захисту інформації

    Система дозволяє проводити щорічні обстеження функціонального стану студентів, вести базу даних, що включає відомості про динаміку фізичної підготовленості, а також результати комплексних тестових випробувань і анамнезу. Дані такого моніторингу надають рідкісну можливість кількісної оцінки загального рівня професійної психофізичної готовності (а також окремих підсистем: фізичну, психологічну, психофізіологічну готовність і адаптацію) не тільки кожного студента, але всього контингенту.

    На базі комплексу, починаючи з 1996 р, щорічне обстеження проходять близько двох тисяч студентів 1 курсу (юнаків і дівчат), понад півтори тисячі студентів 2 курсу та приблизно стільки ж студентів 3 курсу. В цілому кількість щорічно обстежуваних студентів становить близько п'яти тисяч чоловік.

    На рис.6 представлені дані про динаміку рівня фізичного здоров'я студенток першого курсу за три роки (2002-2004 рр.), Які відображають тенденцію погіршення рівня здоров'я абітурієнтів ТПУ.

    Інформаційна система передбачає можливість її використання в різних режимах:

    а) повне обстеження за всіма методиками, реалізованим в програмному забезпеченні комплексу;

    б) обстеження або тестування тільки по одному з блоків (фізіологічного, соціального або психологічного);

    в) тестування з усіх трьох блоках, але не за всіма методиками.

    Наприклад, при оцінці фізіологічного стану блок "Аналіз серцевого ритму" доцільно використовувати тільки при обстеженні студентів з ослабленим здоров'ям для контролю за величиною фізичного навантаження та під час стеження за динамікою стану інтенсивно тренуються спортсменів.

    Мал. 6. Діаграма динаміки рівня фізичного здоров'я (УФЗ) першокурсниць за 2002-2004 рр

    Доцільність проведення тестування студентів за методиками оцінки психологічної та соціальної адаптації одночасно з щорічним медичним обстеженням студентів на кафедрі ФОЦ на базі розробленого комплексу обумовлена:

    а) можливістю організувати дійсно масове обстеження студентів;

    б) можливість отримати комплексну оцінку адаптаційних процесів і відстежити динаміку зміни кожного студента.

    В рамках системи надається можливість визначити соціальну позицію студента, його здоров'я і психологічний стан, індивідуальні особливості особистості студента, що впливають на характер переживань, відносини і способи поведінки в критичних і несприятливих ситуаціях, пов'язаних з підвищенням психологічної напруги.

    Як вже зазначалося вище, можливо автономне використання окремих блоків системи, зокрема, блоків комп'ютерного психодіагностичного тестування.

    Наведемо, як приклад, результати вирішення завдання профвідбору студентів для навчання на військовій кафедрі Томського політехнічного університету. Використовувані раніше методи відбору кандидатів для зарахування на військову кафедру (аналіз ступеня придатності кандидата до військової служби, ранжування кандидатів за успішністю на основному факультеті (інституті), перевірка рівня фізичного розвитку кандидата, індивідуальна співбесіда з кандидатом) не дозволяли виявити наявність у кандидата необхідних для военнопрофессіональной діяльності властивостей особистості і як наслідок, визначити ступінь придатності його до військово-професійної діяльності, що було причиною високого відсотка відрахування студентів з військової кафедри за їх власним бажанням і нездатності освоювати програму підготовки офіцерів запасу.

    Для вирішення завдань відбору кандидатів для зарахування на військову кафедру ТПУ авторами розроблена технологія, що включає в себе блок підтримки прийняття рішення про зарахування кандидатів за результатами профессіональнопсіхологіческого тестування.

    Нагадаємо, що професійна придатність - це імовірнісна характеристика, що відображає можливості людини в оволодінні будь-якою професійною діяльністю. Вона може оцінюватися за кількома критеріями [8]:

    • медичними показниками (в тому числі за показниками фізичної підготовленості);

    • за даними освітнього цензу або конкурсних іспитів;

    • за допомогою психологічного обстеження (психологічний відбір);

    • з урахуванням досягнутого рівня професійної адаптації та ін.

    Для відбору студентів на військову кафедру були використані наступні критерії [9]:

    • ступінь придатності до військової служби;

    • рівень фізичного розвитку;

    • успішність;

    • характеристика з місця навчання;

    • результати професійно-психологічного відбору.

    Результати застосування описаної технології в лютому 2005 року під час проведення набору студентів для навчання на військовій кафедрі показують значне зниження кількості студентів «випадково» потрапили на військову кафедру. Про своє бажання пройти підготовку за програмою підготовки офіцерів запасу спочатку заявили 524 студента, з яких було відібрано і зараховано на навчання тільки 156 осіб, з яких тільки 5 заявило про небажання продовжувати навчання, що на 27% нижче кількості студентів (18 чол.) Відрахованих за цим пунктом в лютому-травні 2004 року, коли відбір проводився традиційним способом (без застосування описаної технології).

    Таким чином, досвід експлуатації системи показав, що вона призначена для широкого кола користувачів. Результати затребувані як студентами, так і викладачами і адміністрацією університету.

    Для адміністрації - знання психофізіологічних можливостей студентів дозволяє з меншими для здоров'я студентів перевантаженнями формувати навчальний розклад, розподіляти навчальне навантаження.

    Для кураторів - надана інформація дає можливість мати уявлення про мікроклімат всередині групи, формувати актив групи, надавати підтримку студентам, знаючи їх обмеження.

    Для студентів - знання своїх можливостей, обмежень, а також надання вибору способів діяльності для підвищення власної успішності. В рамках комплексу для кожного студента формується так званий "паспорт здоров'я" - вихідний документ, що містить в собі всі основні параметри з їх оцінкою щодо критеріїв "норма-патологія", а також інтегральні оцінки рівня адаптованості по кожному блоку і необхідні рекомендації при наявності відхилень яких -або параметрів.

    Таким чином, на базі розробленої авторами інформаційної системи вирішується завдання комплексної оцінки стану здоров'я і, головне, прогнозування адаптації студентів, а також організація оздоровчих заходів з урахуванням майбутньої професійної діяльності.

    БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК

    1. Фізична культура / За ред. В.А. Коваленко. - М .: АСВ, 2000. - 224 с.

    2. Тюленьков С.Ю., Зуєв С.Н., Крилова Л.М. Технологія викладання фізичної культури у вищих навчальних закладах // Університетське управління. - 2004. - № 1 (30). - С. 48-56.

    3. Інформаційна система моніторингу здоров'я студентів / О.Г. Берестнєва, В.Т. Іванов, Л.І. Іванкіна, К.А. Шаропін, Е.А. Муратова // Вісник Томського державного університету. - 2002. - № 1 (П). - С. 196-201.

    4. Іванов В.Т., Берестнєва О.Г., Іванкіна Л.І., Шаропін К.А. Використання оздоровчих технологій в педагогічному процесі зі студентами ТПУ. - Томськ: Вид-во ТПУ, 2006. - 30 с.

    5. Ротов А.В., Медведєв М.А., Пеккер Я.С., Берестнєва О.Г. Адаптаційні характеристики людини. - Томськ: Изд-во ТГУ, 1997. - 137 с.

    6. Берестнєва О.Г., Шаропін К.А. Побудова моделей адаптації студентів до навчання у вузі // Известия Томського політехнічного університету. - 2004. - Т. 307. - № 5. - С. 131-135.

    7. Берестнєва О.Г. Якість навчання в технічному університеті: Методи оцінки та результати досліджень. - Томськ: Вид-во ТПУ. - 192 с.

    8. Фрумкін А.А. Психологічний відбір у професійній та освітньої діяльності. - СПб, 2004

    9. Берестнєва О.Г., Ленський В.Н. Розробка технології професійного відбору студентів для навчання на військовій кафедрі // Лінгвістичні та культурологічні традиції освіти: Матеріали міжнародної конференції. - Томськ: Вид-во ТПУ, 2005.

    М.В. Біматов, І.Ф. Нам, С.А. Рябков

    МОДЕЛЮВАННЯ ОБ'ЄКТА І БЛОКУ ДЕТЕКТУВАННЯ НА ОСНОВІ твердотільних арсенідом галієві ДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ мамографічного СИСТЕМ сканує ТИПУ

    Самим інформативним методом виявлення раку молочної залози до сих пір вважається мамографія - рентгенологічне дослідження. В даний час на ринку медичного обладнання з'являються системи для прямої цифрової мамографії, в яких касетоприймач замінений на цифровий детектор. Це пов'язано з тим, що необхідно знизити променеве навантаження для отримання зображення з такою ж якістю, як на плівці. Використання арсенід галієвих детекторів дозволяє вирішити цю задачу. Це відбувається через їх високу чутливість до рентгенівського випромінювання.

    В даній статті наведені основні результати моделювання молочної залози і блоку детектування на основі твердотільних арсенід галієвих детекторів для мамографічних систем скануючого типу.

    В основі принципів побудови будь-якої системи радіографії лежить виявлення неоднорідностей по щільності всередині різних, непрозорих у видимому діапазоні об'єктів. Одним з методів вирішення цього завдання є визначення просторової неоднорідності в розподілі інтенсивності рентгенівського або гамма випромінювання, що пройшов через досліджуваний об'єкт.

    Нехай ми маємо однорідний об'єкт (в даному випадку - це молочна залоза) з невеликою неоднорідністю (надалі - зона інтересу), яку необхідно виявити.

    Молочна залоза з зоною інтересу змодельована за допомогою формули (1). Нехай молочна залоза складається в певних пропорціях з жирової і залозистої тканин і становить товщину I, ці тканини покриті шкірою товщиною 5. Зона інтересу може являти собою як пухлина, так і кальцифікати товщиною й,


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити