Аппаратно-программный комплекс для оценки физиологического резерва спортсмена тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат наук Нгуен Мау Тхач

• Нгуен Мау Тхач
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Нгуен Мау Тхач

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО РЕЗЕРВА ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНА

1.1. Актуальность и важность оценки физиологического резерва спортсмена в реальном режиме времени

1.2. Необходимость уточнения модели физиологического резерва организма спортсмена

1.3. Проблема разработки методического обеспечения для оценки физиологического резерва спортсмена

1.4. Проблема разработки мобильного комплекса для оценки физиологического резерва спортсмена

1.5. Проблемы разработки программно-алгоритмического обеспечения для оценки физиологического резерва спортсмена

1.6. Постановка цели и задач исследований

ГЛАВА 2: РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО РЕЗЕРА СПОРТСМЕНА

2.1. Обоснование и формирование частных показателей физиологического резерва спортсмена

2.2. Разработка структуры биотехнической системы для исследования физиологического резерва спортсмена

2.3. Алгоритм регистрации биомедицинских сигналов спортсмена в режиме реального времени на предмет оценки физиологического резерва спортсмена

2.4. Методы медико-биологических исследований и оценки физиологического резерва спортсмена

2.5. Оценка уровня физической активности спортсмена во время тренировочного процесса

2.6. Выводы по главе

76

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА БИОМЕДИЦИНСКИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО РЕЗЕРВА СПОРТСМЕНА

3.1. Анализ факторов, влияющих на эффективность обработки биомедицинских сигналов в условиях физической активности спортсмена

3.2. Этапы обработки записей биомедицинских сигналов для оценки физиологического резерва спортсмена

3.3. Предварительная фильтрация записей биомедицинских сигналов

3.4. Алгоритм оценки значимых показателей физиологического резерва

3.5. Алгоритм оценки значимых показателей деятельности сердца спортсмена

3.6. Формирование комплекса значимых показателей и интегрального показателя физиологического резерва спортсмена

3.7. Вывод по главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА И ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО РЕЗЕРВА СПОРТСМЕНА ВО ВРЕМЯ ТРЕНИРОВОК

4.1. Разработка структуры аппаратно-программного комплекса для оценки физиологического резерва спортсмена

4.1.1. Структура аппаратной части аппаратно-программного комплекса

для оценки физиологического резерва спортсмена

4.1.2. Структура программного комплекса аппаратно-программного комплекса оценки физиологического резерва спортсмена

4.2. Разработка программно-алгоритмического обеспечения аппаратно-программного комплекса для оценки физиологического резерва

спортсмена

4.3. Разработка и описание интерфейсов аппаратно-программного комплекса для оценки физиологического резерва спортсмена

4.4. Результаты экспериментальной апробации аппаратно-программного комплекса оценки физиологического резерва спортсмена

4.5. Вывод по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аппаратно-программный комплекс для оценки физиологического резерва спортсмена»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современный спорт высших достижений нуждается в непрерывном совершенствовании методов и технологий построения программы подготовки в тренировочном процессе с учётом индивидуальных особенностей организма спортсмена, основанных на учете его психофизиологического состояния и физической работоспособности.

Физиологический резерв (ФР) один из значимых медико-биологических показателей организма человека, отражающий энергетические затраты организма в условиях физических нагрузок (ФН), а также восстановление организма при завершении физических деятельности. Показатель физиологического резерва организма целесообразно использовать в спортивной медицине для оценки функционального резерва спортсмена. Этот показатель отражает способность спортсмена успешно решать поставленные перед ним задачи. Функциональный резерв спортсмена дополнительно характеризуются его психологической устойчивостью, навыками и умением решать поставленные спортивные задачи. Роль ФР спортсмена особенно велика в энергетически затратных видах спорта, а также при прогнозировании высоких спортивных достижений. Поэтому проблема формирования комплекса медико-биологических показателей, значимых для оценки ФР, разработки метода и системы для оценки и прогнозирования возможностей спортсмена является актуальной.

В процессе тренировок при физических нагрузках физиологический резерв организма постепенно снижается. В зависимости от физиологических индивидуальных особенностей организма у одних спортсменов динамика снижения физиологического резерва достаточно велика, у других спортсменов резерв снижается медленно. Интенсивность снижения резервов также зависит от уровня физических нагрузок. В этой связи большое значение приобретает оценка физиологического резерва непосредственно на месте, где проводится тренировка. Для энергозатратных видов спорта, таких как бег, особенно на большие дистанции, биатлон, велосипедный спорт, большое значение имеет оценка физиологического резерва, сразу после окончания очередного этапа тренировки

на исходном уровне физической нагрузки и проведение следующего этапа тренировки на новом уровне физической нагрузки. Большое значение приобретает задание уровня физической нагрузки в зависимости от динамики физиологического резерва. В этой связи проведение медико-биологических исследований и оценка физиологического резерва в режиме реального времени приобретает важное значение для проведения тренировок на различных уровнях физических нагрузок с учетом изменения физиологического резерва спортсмена.

Для мониторинга и оценки текущего состояния спортсмена с целью оценки ФР могут быть использованы браслеты на основе носимых устройств (Smart Watch), с помощью которых можно осуществлять мониторинг реакции сердечно-сосудистой системы (ССС) спортсмена в режиме реального времени во время тренировок. В числе таких: Apple Watch, AliveCor, QardioCore (США), Samsung Gear (Корея), Polar (Финляндия) и т.д. Но этот метод осуществляет измерение частоты пульса (ЧП) не позволяет оценивать состояние деятельности различных систем организма человека, а в итоге не позволяет оценивать ФР по интегральному показателю ФР спортсмена во время тренировок. Кроме того, существуют методы и системы оценки состояния здоровья спортсмена до и после тренировки, основанные на оценке реакции деятельности одной или нескольких различных систем спортсмена или возможности физической работоспособности спортсмена. В настоящее время разработаны известные приборы, которые поддерживают спортсмена во время тренировок в условиях физической активности. Но эти системы осуществляют оценку текущего состояния спортсмена, в итоге могут быть использованы для анализа и прогноза состояния здоровья тренируемого, но не обеспечивают достаточной достоверности комплексной оценки состояния здоровья и ФР спортсмена в условиях тренировочного процесса, не позволяют выявлять динамику изменении ФР в процессе тренировок.

Хотя известно, что функциональная регуляция систем организма человека взаимосвязана и затрагивает все системы организма, оценивать ФР спортсмена только по одному ограниченному набору физиологических показателей

недостаточно. Оценивать ФР необходимо по комплексу показателей, отражающих функционирование жизненно важных систем организма. Однако отсутствуют исследования, посвященные межсистемным взаимосвязям показателей деятельности систем организма и их динамике. Все это подтверждает актуальность разработки системы мониторинга и оценки состояния спортсмена в реальном режиме времени, которая позволит ему наблюдать и контролировать деятельность различных систем организма. При разработке программы тренировочного процесса спортсмена тренеры должны понимать, как ФР конкретного спортсмена изменяются при изменении уровня ФН. Это необходимо для построения оптимальной программы тренировок. Кроме того, целостную картину о динамике состоянии здоровья спортсмена необходимо предоставлять врачу спортивной медицины. В случае возникновения признаков утомления или значительного снижения показателей ФР у спортсмена, система оценки ФР должна в режиме реального времени информировать врача спортивной медицины.

Все вышеизложенное определяет актуальность диссертационного исследования и позволяет сформулировать цель данной работы.

Цель исследования: разработка метода и аппаратно-программного комплекса оценки физиологического резерва спортсмена, позволяющих комплексно изучать физиологический резерв спортсмена во время тренировочного процесса в режиме реального времени.

Объектом исследования является аппаратно-программный комплекс оценки физиологического резерва спортсмена.

Предметом исследования являются компоненты информационного, методического, инструментального и программно-алгоритмического обеспечение системы мониторинга состояния спортсмена.

Задачи исследования 1. Формирование комплекса частных показателей для оценки физиологического резерва спортсмена, отражающих метаболизм организма и функционирование систем организма спортсмена в условиях тренировочного процесса при физических нагрузках;

2. Разработка обобщенной структуры пространственно-распределенной системы биотехнической системы и структуры подсистемы съёма, регистрации, обработки и анализа биомедицинских сигналов для оценки физиологического резерва спортсмена;

3. Разработка методов проведения медико-биологических исследований спортсмена и оценки физиологического резерва на основе комплекса показателей систем организма;

4. Разработка комплекса алгоритмов для обработки и анализа биомедицинских сигналов и данных, метода формирования интегрального показателя физиологического резерва для комплексной оценки физиологического резерва во время тренировок;

5. Экспериментальная апробация разработанного аппаратно-программного комплекса оценки ФР спортсмена в спортивной практике.

Решение задач диссертационного исследования позволило получить следующие новые научные результаты.

Новые научные результаты

1. Обоснован комплекс частных значимых показателей физиологического резерва организма спортсмена, отражающих деятельности вегетативной регуляции, гемодинамики и интенсивность метаболизма организма спортсмена в условиях физических нагрузок;

2. Предложена концептуальная модель мобильной системы оценки физиологического резерва спортсмена, обеспечивающая интеллектуальный мониторинг физиологического состояния спортсмена по комплексу значимых показателей в условиях проведения тренировочного процесса спортсмена в режиме реального времени;

3. Предложена схема проведения медико-биологических исследований спортсмена для оценки физиологического резерва его организма до и после выполнения задания и во время тренировочного процесса, позволяющая оценить не только энергозатраты организма спортсмена во время тренировок, но и его восстановление после тренировок, и методы оценки физиологического

резерва, которые комплексно отражают потенциальные возможности организма спортсмена на основе комплекса показателей функционирования жизненно важных систем организма;

4. Сформирован интегральный показатель физиологического резерва в шкале нормированных частных показателей, отражающий деятельность систем организма спортсмена при разных уровнях физической нагрузки. Интегральный показатель учитывает весь комплекс частных показателей и их динамику во время тренировочного процесса.

Методы исследования

В работе использованы методы системного анализа, метод математической статистики, метод математического моделирования, метод анализа и обработки данных, метод обработки сигналов, метод объективно -ориентированного программирования.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость результатов работы заключается в развитии метода и системы мониторинга состояния спортсмена, метода обработки и анализа биомедицинских сигналов, метода формирования интегрального показателя физиологического резерва для повышения достоверности оценки физиологического резерва спортсмена.

Практическая значимость результатов работы заключается в разработке алгоритмов работы системы мониторинга состояния спортсмена в режиме реального времени, алгоритмов анализа и обработки биомедицинских сигналов, инструментального и программного обеспечения мобильного устройства спортсмена для оценки текущего состояния спортсмена по комплексу биомедицинских сигналов, регистрируемых у спортсмена, экспериментальной апробации предложенных технических решений.

Научные положения, выносимые на защиту:

При разработке системы мониторинга физиологического состояния спортсмена для оценки физиологического резерва организма в режиме реального времени необходимо использовать:

- комплекс значимых показателей физиологического резерва, отражающих метаболизм организма спортсмена и функционирование систем организма в условиях физических нагрузок;

- многоуровневую пространственно-распределенную систему мониторинга состояния спортсмена, в контуры управления которой включены врач спортивной медицины и тренер, а мобильное устройство спортсмена, обеспечивает синхронную регистрацию комплекса биомедицинских сигналов в режиме реального времени;

- алгоритмы оценки комплекса частных показателей физиологического резерва, методы их нормировки и формирования на их основе интегрального показателя физиологического резерва, отражающих динамику физиологического состояния систем организма.

Апробация результатов работы

Основные положения и результаты работы представлялись и докладывались на следующих конференциях: СПбНТОРЭС им. А.С. Попова (СПб, 2018 гг.), международном конгрессе «Кардиостим». (СПб, 2018, 2020 гг.), «БИОМЕДСИСТЕМЫ» (Рязань, 2017, 2019 гг.), «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (Саратов, 2019 г.), «Энергосбережение и эффективность в технических системах» (Тамбов, 2017 - 2019 гг.), ФРЭМЭ'2018» (Владимир-Суздаль, 2018 г.), «Интеллектуальные системы -INTEL'2018» (СПб, 2018 г.), «Наука настоящего и будущего» (СПб, 2019 г.), XIV Российско-Германской научно-технической конференции по биомедицинской инженерии (СПб, 2019 г.), международной конференции 2020 ElConRus (СПб., 2020г.), Конференции 2020 Ural Symposium on Biomédical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT) (Екатеринбург, 2020 г.).

Внедрение результатов работы

- Основные результаты диссертационного исследования внедрены и использовались в практике научных исследований, проводимых на кафедре

Биотехнических систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в рамках выполнения научно-исследовательских работ.

- Разработанные в диссертации методы проведения медико-биологических исследований спортсменов и комплексной оценки физиологического резервов спортсменов внедрены в практику научных исследований Отдела Спортивной Подготовки Первого Центра Спортивной Подготовки Вьетнама в Ханое для построения оптимальной программы подготовки в тренировочном процессе в полевых условиях для молодых спортсменов.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 21 научные работы. Из них 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ, 4 статьи - в журналах базы данных Scopus, 13 работ - в материалах международных и российских научно-технических конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений, списка литературы (101 наименований). Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 15 таблиц.

Личный вклад. Автором самостоятельно поставлены цель и задачи работы, разработана программа экспериментальных исследований, разработаны компоненты методического, алгоритмического и программного обеспечения мобильной системы для оценки физиологического резерва спортсмена, проведен анализ результатов экспериментальных исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, изложены основные научные и практические результаты, выносимые на защиту, приведено краткое содержание глав диссертации.

В первой главе приводится анализ проблем оценки физиологического резерва спортсмена в условиях тренировочного процесса, проблем регистрации биомедицинских сигналов, оценки комплекса показателей, отражающих взаимодействие и функционирование систем организма спортсмена во время тренировочного процесса. Проведен анализ существующих методов, систем для оценки состояния здоровья и физиологического резерва спортсмена, обоснована необходимость разработки и использования системы для спортсмена для повышения эффективности и достоверности оценки здоровья до и после тренировки. На основе анализа данных проблем, сформулированы цели и задачи диссертационного исследования.

Во второй главе проведено обоснование комплекса значимых показателей ФР, отражающих участие систем организма в метаболизме, энергозатраты спортсмена во время тренировок, концепция построения системы мониторинга физиологического состояния и оценки физиологического резерва спортсмена, разработан метод проведения медико-биологического исследования спортсмена во время тренировок, предложены методы оценки функциональных резервов спортсмена и восстановления физиологического резерва после тренировок, сформирован интегральный показатель физиологического резерва для комплексной оценки физиологического резерва спортсмена.

Третья глава посвящена разработке методов и алгоритмов обработки биомедицинских сигналов и данных в условиях тренировочного процесса. Проведены расчеты частных показателей физиологического резерва, сформирован комплекс значимых показателей физиологического резерва и показатели, характеризующие их динамику, предложен метод расчета интегрального показателя физиологического резерва, основанный на нормировании частных показателей физиологического резерва.

В четвертой главе подробно описан разработанный аппаратно-программный комплекс для исследования физиологического резерва спортсмена в реальном режиме времени, рассмотрены результаты экспериментальной апробации мобильной системы спортсмена и всего АПК. Рассмотрены результаты экспериментальных исследований физиологического резерва спортсменов, показана эффективность применения предложенных методов и системы в спортивной практике.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО РЕЗЕРВА ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНА

1.1. Актуальность и важность оценки физиологического резерва спортсмена в реальном режиме времени

В настоящее время при планировании и управлении процессом тренировки профессиональных спортсменов большое значение приобретает учет факторов, существенно влияющих на эффективность проводимой тренировки, таких как, уровень и динамика физиологического резерва спортсмена, режим питания и восстановления спортсмена, психологическая подготовка и психоэмоциональное состояние спортсмена. Все эти факторы влияют на функциональное состояние спортсмена - состояние, позволяющее выполнять поставленную перед спортсменом задачу.

Физиологический резерв (ФР) один из значимых медико-биологических показателей организма спортсмена, отражающий энергетические затраты организма в условиях выполнения физических нагрузок (ФН), а также восстановление организма при завершении физических деятельности. Роль ФР спортсмена, особенно в энергетически затратных видах спорта велика, большое значение этот показатель имеет и при прогнозировании высоких спортивных достижений.

ФР организма спортсмена отражает физиологические особенности организма спортсмена, способность и готовность организма к энергетическим затратам в процессе физической деятельности при экстремальных нагрузках на организм. ФР представляет интегральный показатель, отражающий функционирование ряда систем организма, участвующих в энергетическом метаболизме спортсмена. Безусловно, это в первую очередь относится к сердечно-сосудистой системе организма, дыхательной системе, роль которых в метаболизме организма велика. В таких видах спорта, как бег, биатлон, велосипедный спорт и т.д. значимую роль имеет состояние опорно-

двигательной системы, локомоторной и скелетно-мышечной системы спортсмена. Таким образом, физиологический резерв спортсмена - это интегральный показатель, учитывающий состояние, возможность и готовность той или иной системы организма, участвующей в деятельности спортсмена в конкретном виде спорта. Например, если физиологический резерв для одного вида спорта, например, велосипедного, будет высоким, для другого вида, например, биатлона, может быть низким, так как различные системы опорно-двигательного аппарата спортсмена, скелетно-мышечной системы участвуют в работе. В одних видах спорта, наряду с показателями деятельности сердечно-сосудистой системы и дыхательной системы большую роль играют мышцы нижних конечностей. В других видах спорта, например, академической гребле или армрестлинге большое значение приобретает состояние мышц верхних конечностей. Поэтому, в процессе тренировки спортсмена важно учитывать динамику физиологического резерва спортсмена, задавать необходимую и адекватную текущему состоянию спортсмена физические нагрузки (ФН), управлять уровнем нагрузки в соответствии с динамикой состояния. В процессе тренировки, например, во время бега, плавания нет необходимости в оценке и мониторинге физиологического состояния спортсмена. Важно оценить, каким был физиологический резерв в начале выполнения задания и в конце, и как изменилось физиологическое состояние спортсмена. Это необходимо и для изменения интенсивности нагрузок, продолжительности следующего задания с учетом динамики физиологического состояния спортсмена. Таким образом, большое значение приобретает съем и регистрация комплекса физиологических показателей, отражающих деятельность систем организма при выполнении тренировки, в полевых условиях, т.е. непосредственно на стадионе, промежуточном участке этапа тренировки. Это необходимо для оперативной корректировки уровня физической нагрузки, интенсивности задания с учетом динамики физиологического состояния спортсмена по результатам выполнения задания предыдущего этапа. Отсутствие средств

контроля динамики физиологического состояния и резерва спортсмена во время тренировки между этапами изменения уровня физической нагрузки без учета динамики физиологического резерва организма спортсмена представляет собой риск его переутомления [21, 65]. Оценка ФР дает необходимую информацию для врача спортивной медицины и тренера для изменения уровня физической нагрузки во время тренировки с учетом динамики физиологического резерва организма спортсмена, использовать адаптивную технологию тренировочного процесса спортсмена.

Изучение динамики энергетических затрат и ФР организма спортсмена позволяет выяснить насколько организм эффективно использует энергетические ресурсы, реализует метаболизм, какие потенциальные возможности имеет организм спортсмена для демонстрации высоких спортивных результатов.

В профессиональном спорте при подготовке к соревновательному сезону используются различные этапы программы подготовки: базовый, интенсивный, пиковый, соревновательный и восстановительный [11]. Для достижения поставленных спортивных результатов в соревновании задание оптимального уровня ФН во время выполнения тренировочного процесса является основным фактором в построении планов подготовки. Выполнение плохо спланированной тренировочной программы или превышение по уровню или интенсивности ФН для энергозатратных видов спорта без учета индивидуальных физиологических особенностей вегетативной регуляции спортсмена может привести к травмам, снижению эффективности тренировок, а также возникновению синдромов переутомления или появлению патологических изменений в организме спортсмена [65].

В связи с этим, задача врача спортивной медицины (СМ) и тренера заключается в определении текущего состояния спортсмена и его уровня ФР и результаты предыдущего этапа тренировки, чтобы обоснованно подобрать оптимальный уровень физической нагрузки для текущего физиологического состояния организма спортсмена. Однако, вопрос - как это сделать, является большой проблемой спорта больших достижений. Во всём мире специалисты

ведут поиск эффективных методов и средств управления организмом спортсменов. Традиционный подход к решению этой проблемы - оценка физиологического состояния спортсмена до и после тренировки, и задание физических нагрузок для последующего этапа тренировки с учетом динамики состояния здоровья организма спортсмена [2, 3]. Кроме того, каждый этап тренировочного процесса спортсмена должен осуществляться на различных уровнях физической нагрузки. Это позволяет определить оптимальный режим работы спортсмена в целях демонстрации лучших показателей, например, на этапе старта или финиша реальных спортивных соревнований и обеспечения форсированного режима деятельности спортсмена. Знание индивидуальных особенностей организма спортсмена во время тренировок важно и для врача спортивной медицины. Выявление закономерностей изменения физиологического резерва, прежде всего от времени и уровня физических нагрузок, в режиме реального времени позволяет управлять процессом тренировки и прогнозировать результаты деятельности спортсмена.

Физиологический резерв организма спортсмена отражают возможность выполнения задания при различных физических нагрузках, работоспособность спортсмена. На сегодняшний день разработано большое количество различных тестов и проб, позволяющих оценить работоспособность спортсмена и уровень функциональной готовности перед соревнованиями, например, испытания на беговой дорожке или велоэргометре, тредмил-тест и т.д. [3, 57-60]. Оценку функционального состояния по разнообразным пробам стали применять в СМ ещё в начале XX века. Известны следующие пробы: PWC170, пробы Руффье, Бюргеры, Флэка, Летунова, ортостатическая проба или измерение значения максимального потребления кислорода (МПК) [9]. Проведение таких проб осуществляют в стационарных условиях, утром. Выше перечисленные методы могут быть использованы для прогноза и оценки относительного уровня ФР спортсмена с учетом с учетом анализа трудоемкости выполняемых тестов и уровня ФН. К

сожалению, такие методы исследования не обеспечивают необходимую точность и оперативность оценки динамики физиологического резерва организма и функционального состояния спортсмена в так называемых «полевых» условиях.

Кроме того, в последние годы существует известный метод оценки изменчивости функций организма на основе анализа кардиоинтервалов. Метод предложен профессором Р.М. Баевским с соавторами и называется Вариабельность сердечного ритма (ВСР) [44]. Он позволяет оценивать степень адаптации организма спортсмена к ФН при текущем уровне нагрузки, функциональный резерв не только во время тренировочного процесса, но и в перспективе во время соревнований [20, 45]. Однако применение этого подхода в спортивной деятельности не обеспечивает комплексную оценку физиологического резерва организма в реальных условиях [13].

Для решения задачи оценки функционального состояния спортсмена необходимо проводить сразу после окончания текущего этапа тренировки, обеспечить съем и регистрацию биомедицинских сигналов (БМС), оценить значимые показатели (ЗП), и текущий уровень ФР с учётом уровня ФН. Несмотря на необходимость оперативной оценки состояния спортсмена сразу после завершения этапа тренировки остаются нерешенными проблемы разработки методов и системы оценки ФР спортсмена во время тренировок, которые обеспечили бы оценку в реальном режиме времени. Для снижения затрат времени на проведение таких исследований необходимо разработать носимые (мобильные) устройства спортсмена, которые позволят сразу после завершения этапа тренировки получить интересующие показатели физиологического резерва организма и функционального состояния спортсмена в режиме реального времени.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нгуен Мау Тхач, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воронова Н.В., Золотухин В.В. Метод оценки функциональных резервов кислоро-дообеспечивающих систем организма человека // Валеология. - 2001. - № 2. - С. 28-32.

2. Минина Е.Н., Леонид С.Ф., and Ксения Б.О. "Качественная оценка адаптационных резервов сердечно-сосудистой системы на основе регуляторных паттернов эталонного кардиоцикла одноканальной ЭКГ." Фундаментальные аспекты психического здоровья 3 (2016): 74-82.

3. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине - М.: Физкультура и спорт, 1998. -208с., ил. - (Наука спорту; Спортивная медицина).

4. Кореневский Н.А., Юлдашев З.М., Скопин Д.Е. Проектирование биотехнических систем медицинского назначения. Учебное пособие. Старый Оскол: ТНТ, 2017. 216 с.

5. Thach N.M., Tuyen N.T., Huu T.T. Метод и система оценки физиологических резервов спортсмена во время тренировок. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2019;22(3):122-129.

6. Нгуен М.Т. Метод и аппаратно-программный комплекс для оценки физиологических резервов спортсмена во время тренировок // Нгуен, М.Т., Юлдашев З. М. // Биотехносфера. 2020 г., №1. С. 3-8.

7. Nguyen M. T., et al. "Development of a method and a system for evaluation sportsman's physiological reserves." AIP Conference Proceedings. Vol. 2140. No. 1. AIP Publishing, 2019.

8. Юлдашев З.М., Пустозеров Е.А., Анисимов А.А. Многоуровневая интеллектуальная система удаленного мониторинга состояния здоровья людей с хроническими заболеваниями // Биотехносфера. 2016. № 5 (47). С. 28.

9. Макарова Г.А. Спортивная медицина: Учебник.: Г.А. Макарока. - М. Советский спорт, 2003. - 480 с: ил.

10. Попечителев Е.П. Приборы и технические средства функциональной диагностики [Текст]: учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 1 / Е.П. Попечителев, Н.А. Кореневский, С.А. Филист. - Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 2004. - 230 с.

11. Жероков З. А. Особенности планирования четырёхнедельного тренировочного цикла легкоатлетов. Вестник магистратуры 1-1 (2017): 28.

12. Макарова Г.А., Братова А.В., Верлина Г.В. Углубленное медицинское обследование спортсменов: нерешенные вопросы и основные вопросы совершенствования // Лечебная физкультура и спортивная медицина. - 2014. - No 4. - С. 15 - 19.

13. Оленская Т. Л., and В. И. Козловский. "Методы исследования ортостатических реакций." Вестник Витебского государственного медицинского университета 2.1 (2003): 26-31.

14. Frolkis Joseph P., et al. "Frequent ventricular ectopy after exercise as a predictor of death." New England Journal of Medicine 348.9 (2003): 781-790.

15. Molina Lluis, et al. "Long-term endurance sport practice increases the incidence of lone atrial fibrillation in men: a follow-up study." Europace 10.5 (2008): 618-623.

16. O'Neill James O., et al. "Severe frequent ventricular ectopy after exercise as a predictor of death in patients with heart failure." Journal of the American College of Cardiology 44.4 (2004): 820-826.

17. Семаева Г.Н. Интегральная оценка функционального состояния футболистов высокой квалификации: диссертация ... кандидата биологических наук.-Москва, 2004.

18. Ключников М.С. Интегральные неинвазивные технологии в оценке функционального состояния высококвалифицированных спортсменов: диссертация ... кандидата биологических наук, -Москвы, 2017.

19. Павличенко П. П. "Динамика функционального состояния профессиональных футболистов в разные периоды подготовки." Вюник проблем бюлогп i медицини 3.2 (2014).

20. Шлык Н.И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов: монография // Ижевск: Изд-во Удмурдский университет, 2009. -255 с.

21. Роженцов В.В., Полевщиков М.М. Утомление при занятиях физической культурой и спортом: проблемы, методы и исследования: монография // М.: Советский спорт, 2006. - 280 с.

22. Нгуен Чонг Туен. Метод и система для удаленного мониторинга сердечного ритма и тревожной сигнализации эпизодов фибрилляции предсердий: диссертация ... кандидата Технических наук:, Санкт-Петербург, 2018.

23. L.R. Keytel, J.H. Goedecke, T.D. Noakes, H. Hiilloskorpi, R. Laukkanen, L. Van Der Merwe, and E.V. Lambert. Prediction of energy expenditure from heart rate monitoring during submaximal exercise. J Sports Sci, 23(3):289-297, 2005.

24. R.H. Morton, J.R. Fitz-Clarke and E.W. Banister. Modeling human performance in running. J Appl Physiol, 69(3): 1171-7, 1990.

25. Курашвили Владимир Алексеевич. "Современные технологии расчета тренировочных и соревновательных нагрузок." Инновационные технологии в подготовке спортсменов. 2015.

26. Seiler Stephen, Olav Haugen, and Erin Kuffel. "Autonomic recovery after exercise in trained athletes: intensity and duration effects." Medicine & Science in Sports & Exercise 39.8 (2007): 1366-1373.

27. Чащин А.В. Комплексные методы исследования гемодинамических процессов в сердечно-сосудистой системе на базе окклюзионных измерений артериального давления: Дис. ... канд. техн. наук. СПб., 2006.

28. Анисимов А. А., Т. В. Сергеев Алгоритм оценки артериального давления по времени распространения пульсовой волны // Биотехносфера. -2015. - №4(40). - С. 57-61.

29. Gu-Young J., Kee-Ho Yu, and Kim Nam-Gyun. "Continuous Blood Pressure Monitoring using Pulse Wave Transit Time." In ICCAS 2005 International conference on Control, Automation and systems. 2005.

30. Будагаев Дмитрий Сергеевич, and Владислав Юрьевич Лебединский. "Управление тренировочным процессом лыжников-гонщиков с использованием аппаратуры «OMEGAWAVE»." Вестник Иркутского государственного технического университета 12 (59) (2011).

31. Barr Craig S. "Comparison of accuracy and diagnostic validity of a novel non-invasive electrocardiographic monitoring device with a standard 12-lead ECG recording device".

32. Савицкий Н.Н. Биофизические основы кровообращения и клинические методы изучения гемодинамики / Н. Н. Савицкий - Л.: Медицина, 1974.

33. Самойлов В. О. Медицинская биофизика: учебное пособие / В. О. Самойлов. - СПб.: Спецлит, 2004. - 496 с.

34. Gross, Desiderio. "A single numerical correlation between the quotient QT/TQ and cardiac rate in healthy adults." American Journal of Physiology-Legacy Content 170.1 (1952): 121-125.

35. Ачкасов Е. Е., А. П. Ландырь. "Влияние физической нагрузки на основные параметры сердечной гемодинамики и частоту сердечных сокращений." Спортивная медицина: наука и практика 2 (2012): 38-46.

36. Баймешов А. С., Курпилянская А. И. Классификация видов движения человека на основе частоты ускорения тела и использованием данных акселерометра // Альманах современной науки и образования. Тамбов: Грамота, 2013. № 2. С. 23-26.

37. В. И. Евлахов, А. П. Пуговкин, Т. Л. Рудакова, Л. Н. Шалковская. Основы физиологии сердца: учебное пособие / - Санкт-Петербург: СпецЛит, 2015. - 335 с.

38. Yu PAUL NG, et al. "Variations in electrocardiographic responses during exercise: studies of normal subjects under unusual stresses and of patients with cardiopulmonary diseases." Circulation 3.3 (1951): 368-376.

39. Горст В.Р. Формирование ритма сердца и адаптационные возможности организма при различных функциональных состояниях : диссертация ... доктора биологических наук.- Астрахань, 2009.

40. Nguyen Mau Thach. A Smart Mobile System for Monitoring and Assessing Sportsman's Physiological Reserves during Training / Nguyen Mau Thach, Yuldashev, Z.M., Daminova, E.A., Tomchuk, A.A., Tuyen, N.T. // 2020 Ural Symposium on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). IEEE, Yekaterinburg.- 2020.- P. 0001-0003.

41. Гаврилова Е.А. Использование вариабельности ритма сердца в оценке успешности спортивной деятельности // Практическая медицина. -2015. - Т. 1. - С. 52-57.

42. Бутченко Л.А. Дистрофия миокарда у спортсменов / Л.А. Бутченко, М.С. Кушаковский, Н.Б. Журавлева. - М.: Медицина, 1980. - 224 с.

43. Баевский Р.М. Проблема оценки и прогнозирования функционального состояния организма и ее развитие в космической медицине / Р.М. Баевский // Успехи физиологических наук. - 2006. - Т. 37. - № 23. - С. 13-25.

44. Баевский Р. М., Иванов Г. Г. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем: методические рекомендации // Вестник аритмологии. 2001. № 24. С. 65-86.

45. Гаврилова Е. А. Спорт, стресс, вариабельность: монография / Е. А. Гаврилова. — Москва: Спорт-Человек, 2015. — 168 с.

46. Pichot V., Busso T., Roche F., Garet M., Costes F., Duverney D., Lacour J.R. and Barthélémy J.C., 2002. Autonomic adaptations to intensive and overload training periods: a laboratory study. Medicine and science in sports and exercise, 34(10), pp.1660-1666.

47. Chen J.L., Yeh D.P., Lee J.P., Chen C.Y., Huang C.Y., Lee S.D., and Kuo C.H. (2011). "Parasympathetic nervous activity mirrors recovery status in weightlifting performance after training." The Journal of Strength & Conditioning Research, 25(6), 1546-1552.

48. Williams S., Booton T., Watson M., Rowland D. and Altini M., 2017. Heart Rate Variability is a Moderating Factor in the Workload-Injury Relationship of Competitive CrossFit™ Athletes. Journal of sports science & medicine, 16(4), p.443.

49. Plews Daniel J., et al. "Heart-rate variability and training-intensity distribution in elite rowers." International journal of sports physiology and performance 9.6 (2014): 1026-1032.

50. Василенко А. А. Контроль и коррекция нагрузки силового характера на основе оценки параметров вариабельности сердечного ритма спортсменов: автореф. дис. ... канд. пед. наук. Малаховка, 2011.

51. Ландырь А.П., Тесты с дозируемой физической нагрузкой в спортивной медицине: учебное пособие / Ландырь А.П., Ачкасов Е.Е., Медведев И.Б. - М. : Спорт, 2019. - 256 с.

52. Hao, Weituo, Yu Chen, and Yi Xin. "ECG baseline wander correction by mean-median filter and discrete wavelet transform." Engineering in Medicine and Biology Society, EMBC, 2011 Annual International Conference of the IEEE. IEEE, 2011.

53. Нгуен Мау Тхач. Формирование интегрального показателя физиологического резерва спортсмена. / Даминова Э.А., Томчук А.А. Материалы Всероссийской молодежной конференции «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине». Саратов, 2019 г., с. 167170.

54. Fedotov A. A. Amplitude-time method for detecting characteristic pulse wave points /A. A. Fedotov// Biomedical Engineering. - 2013. - vol. 46, №6. - pp. 241-245.

55. Ч.Т. Нгуен, З. М. Юлдашев. Алгоритм выявления фибрилляции предсердий и формирования тревожного сигнала в системе удаленного мониторинга ЭКГ / // Медицинская техника. - 2018. - № 1(307). - C. 37-40.

56. Нгуен Мау Тхач. Мобильная система для оценки физиологических резервов спортсмена // М. Т. Нгуен, З.М. Юлдашев, А.А. Томчук // Сборник

тезисов XIV международного конгресса «Кардиостим-2020». - Санкт-Петербург, 27-29 февраля 2020 г. - С. 158.

57. Вечерина К.О., Абакумов С.А. ЭКГ аномалии при НЦД: диагностическое значение функциональных и нагрузочных тестов (результаты многолетнего наблюдения) // Кардиология. -1994. - №4. - С. 62-64.

58. Вилков В.Г. Нагрузочные тесты при диагностике артериальной гипертензии. Лекция 1. Ортостатическая проба // Южно-Российский медицинский журнал. - 2000. - № 1-2. - С. 82-88.

59. Глезер Г.А., Москаленко Н.П., Глезер М.Г. Ортостатическая проба в клинической практике // Клиническая медицина.- 1995 - №2. - С. 52-54.

60. Ачкасов Е.Е., Ландырь А.П. Мониторинг частоты сердечных сокращений в управлении тренировочным процессом в физической культуре и спорте [Электронный ресурс] : учеб. пособие /.- М. : Спорт : Человек, 2018 .240 с.

61. Орехова Алина Владимировна, Игорь Сергеевич Москаленко, Юрий Иванович Шульгов. "Спортивный допинг: классификация и воздействие на человека." Символ науки 4 (2015).

62. Солодков А.С. Физиология спорта: функциональные состояния спортсменов и способы их восстановления: учебное пособие / А.С. Солодков. - СПб.: НГУ им. П.Ф. Лесгафта, 2015. - 94 с.

63. Wixted, Andrew, et al. "Signal processing for estimating energy expenditure of elite athletes using triaxial accelerometers." SENSORS, 2005 IEEE. IEEE, 2005.

64. А. Н. Калиниченко. Методы обработки биомедицинских сигналов и данных: Методические указания к лабораторным работам / Учебное пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. 64 с.

65. Шлык Н.И., Баевский Р.М. Вариабельность сердечного ритма: Теоретические аспекты и практическое применение // Тез. докл. IV всерос. симп. / Отв. ред. Н.И. Шлык., Р.М. Баевский; УдГУ. Ижевск, 2008, 344 с.

66. Озолинь П.П. Адаптация сосудистой системы к спортивным нагрузкам. - 2-е изд., перераб. и доп. - Рига Зинатне, 1984. - 134с.

67. Рангайян Р. М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход / пер. с англ.; под ред. А. П. Немирко. М.: Физматлит, 2007. 440 с.

68. Ronald W. Schafer. What is a Savitzky-Golay filter? // IEEE Signal Processing Magazine. 2011. PP. 111-117.

69. Savitzky A., & Golay M. J. (1964). Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures. Analytical chemistry, 36(8), 1627-1639.

70. Тихонов Э.П. Концептуальная модель предметной области автоматической фрагментации электрокардиосигналов на базе логической схемы алгоритмов (Часть 2) // Изв. ЛЭТИ. 2016. №1. С. 70-83.

71. Mohamed Elgendi. On QRS detection methodologies: A revisit for mobile phone applications, wireless ECG monitoring and large ECG databases analysis. URL: http://vixra.org/pdf/1301.0058v1 .pdf.

72. Рослякова А. В., Чупраков П. Г. Сравнительный анализ алгоритмов обнаружения R-зубца электрокардиосигнала // Вятский мед. вестн. 2012. № 2. С. 29-33.

73. Богатов Н. М., Гук В. Ф. Сравнительный анализ методов распознавания электрокардиограмм // Современные наукоемкие технологии. 2006. № 1. С. 71-72.

74. Зо Зо Тун, Филист С. А., Шаталова О. В. Способы и алгоритмы морфологического анализа в задачах распознавания QRS-комплексов // Науч. ведомости. Сер. История. Политология. Экономика. Информация. 2011. № 7 (102), вып. 18/1. С. 129-136.

75. Истомин Б. А. Систематизация методов анализа ЭКГ с учетом их помехоустойчивости // Изв. Южного федерального ун-та. Сер. техн. науки. 2010. Вып. 8 (109). С. 86-90.

76. Amine Nait-Ali. A New Technique for Progressive ECG Transmission using Discrete Radon Transform //World Academy of Science, Engineering and

Technology Int. J. of Electrical, Comp., Energetic, Electronic and Comm. Eng in. 2008. Vol. 2, № 1. P. 149-154.

77. Oweis R. J., Al-Tabbaa B. O. QRS Detection and Heart Rate Variability Analysis: A Survey // Biomed. Sci. and Eng. 2014. Vol. 2, № 1. P. 13-34.

78. Mehta S. S., Trivedi C. R., Lingayat N. S. Identification and delineation of QRS complexes in electrocardiogram using fuzzy c-means algorithm // J. of Theor. and Appl. Inf. Technol. P. 609-616.

79. Taouli S. A., and F. Bereksi-Reguig. "Detection of QRS complexes in ECG signals based on empirical mode decomposition." Global Journal of Computer Science and Technology (1965).

80. Shin H. S., C. Lee and Myoungho Lee. "Principal point discrimination of electrocardiogram for automatic diagnosis." World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2006. Springer, Berlin, Heidelberg, 2007.

81. Martinez Juan Pablo, et al. "A wavelet-based ECG delineator: evaluation on standard databases." IEEE Transactions on biomedical engineering 51.4 (2004): 570-581.

82. Illanes-Manriquez A., and Qinghua Zhang. "An algorithm for robust detection of QRS onset and offset in ECG signals." 2008 Computers in Cardiology. IEEE, 2008.

83. Апанасенко Г.Л. Здоровье спортсмена: критерии оценки и прогнозирования / Г.Л. Апанасенко // Спортивный врач. - 2011. - №2 1. - С. 2934.

84. Апанасенко Г.Л. Модифицированный алгоритм оценки физических возможностей / Г.Л. Апанасенко, В.С. Генералов, С.Д. Руненко // Физкультура в профилактике, лечении и реабилитации. - №2. - 2007. - с.53-57.

85. Величко Елена Николаевна. Программно-аппаратный комплекс оценки психофизиологического состояния спортсмена. Дис. ... канд. техн. наук: 05.11.17, СПб. 2010.

86. Langley P., Bernado D., Allen J., Bowers E., Smith F. E., Vecchietti S., and Murray A. Can paroxysmal atrial fibrillation be predicted? // Computers in Cardiology. 2001. Vol. 28. PP. 121-124.

87. Нгуен М.Т. Обоснование выбора комплекса диагностически показателей для оценки физиологического состояния спортсмена / Нгуен, М.Т. // Энергосбережение и эффективность в технических системах: материалы V Международной научно технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов. - Тамбов: Изд-во Першина Р.В., 2018. - С. 401-402.

88. Фомин Р. Н., Наседкин В. В. Эффективное управление подготовкой спортсмена: комплексный подход к оценке индивидуальной готовности / Белая книга, Omegawave, Электронная публикация, 6 сентября 2013 г. - 32 с.: ил.

89. Ribeiro Eurico, CA Fontes Ribeiro, and Paula Tavares. "Heart Rate Profile and Variability in Cross Country Cycling Athletes." (2016).

90. Almeida Aline C., et al. "The effects of cold water immersion with different dosages (duration and temperature variations) on heart rate variability postexercise recovery: A randomized controlled trial." Journal of science and medicine in sport 19.8 (2016): 676-681.

91. Павлов В.И., Шаройко М.В., Пчина А.В. Дифференцированное определение функциональных резервов спортсменов в условиях максимального кардиореспираторного теста // Лечебная физкультура и спортивная медицина. - 2010. - № 9. - С. 28 - 33.

92. Погонышева И.А. Сравнительная характеристика показателей кардиореспираторной системы спортсменов и лиц, не занимающихся спортом, в условиях северного промышленного города: автореф. дис. ... канд. биол. наук: 03.00.13 / Тюмен. гос. ун-т. - Тюмень, 2006. - 25 с.

93. Разинкин С.М. Современные методы скрининг-диагностики психофизиологического состояния функциональных и адаптивных резервов организма // Физиотерапевт. - №4 // 2013, С. 34-42.

94. Ч.Х. Чан, З.М. Юлдашев. Программа обнаружения характерных точек электрокардиосигналов и сигнала пульсовой волны на основе непрерывного вейвлет-анализа: программа для ЭВМ №2018610468 Рос. Федерация; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО СПбГЭТУ «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина). - № 2017661703; заявл. 14/11/17; опубл. 11/01/2018.

95. Ключников С.О., Самойлов А.С., Медведев С.В. и др. Опыт использования медицинского программно-аппаратного комплекса «Esteck system complex» в спортивной медицине // Спортивная медицина: наука и практика. - 2015. - №3. - С 81-94.

96. Нгуен Мау Тхач. Метод и система для удаленного мониторинга психофизиологического состояния спортсмена. / Нгуен Мау Тхач // Труды 73-й науч.-техн. конф., посвященной Дню радио. Санкт-Петербург, 20-28 апреля 2018. - С. 493-494.

97. Иорданская Ф.А. Мониторинг функциональной подготовленности юных спортсменов - резерва спорта высших достижений (этапы углубленной подготовки и спортивного совершенствования) : монография / Ф.А. Иорданская. - М. : Советский спорт, 2011. - 142 с

98. Геращенко Михаил Сергеевич. Прибор для определения артериального давления с повышенной точностью на основе гидроманжетной технологии. Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе №2 (26) (2018).

99. А.А. Анисимов, З.М. Юлдашев. Система непрерывного мониторинга артериального давления по времени распространения пульсовой волны. Биомедицинская радиоэлектроника, 2016 г., № 8, С. 31-37

100. Data-sheets https://www.analog.com/media/en/technicaldocumentation /datasheetsZad8232.pdf

101. Data-sheets https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/ MAX30102.pdf