1.5 Исследование ходьбы человека методом видеорегистрации

Аппаратное обеспечение разнообразных методов исследования и анализа походки сегодня поддерживается широким спектром оборудования. В том, что будущее, вероятнее всего, будет принадлежать видеосистемам, убеждает как эволюция самих видеосистем, так и тесно с ними связанной компьютерной техники. Преимущества этого метода заключаются в малом весе маркеров и дополнительного оборудования, носимого пациентом, а так же в отсутствии связи обследуемого с регистрируемой аппаратурой.

Исследование ходьбы человека методом видеорегистрации было проведено с помощью видеокамеры Sony DCR-TRV330E, последующая обработка видеоданных производилась на персональном компьютере на базе процессора Intel Core 2 Duo. Видеокамера была установлена на расстоянии 3,2 м от траектории движения пациента на высоте 0,65м от пола (рисунок 8). На вертикальной поверхности находящейся на расстоянии 4,1 м от видеокамеры, с интервалом в 1,0 м были прикреплены два реперных маркера. Движение человека регистрировалось со скоростью 25 кадров в секунду.

Рисунок 8. Схема эксперимента

Отснятые видеофрагменты были обработаны с помощью специализированного программного обеспечения, в результате чего было получено покадровое изображение ходьбы. Для компенсации аппаратных искажений изображения, был использован цифровой фильтр De-interlace (рисунок 9).

Рисунок 9. Кадр до (слева) и после (справа) применения фильтра De-Interlace

Рисунок 10. Координатная сетка для калибровки видеокамеры

1.5.1Калибровка оборудования

Применение видеокамеры может привести к появлению искажения изображения. Поэтому нужно выяснить, как искажения влияют на результаты измерений.

Для проведения калибровки на вертикальную поверхность позади пациента нанесли координатную сетку (шаг = 5 см) (рисунок 10).

Для калибровки оборудования был отснят дополнительный кадр без пациента. На этом кадре с помощью программы Image Tool for Windows Version 2.0 был проведен ряд измерений между линиями регистрационной сетки. Полученные числовые значения (приведены в Приложении 3 и 4) незначительно отличались.

Эти отличия объясняются погрешностью измерения, нечеткостью изображения. Поэтому этими отличиями можно пренебречь и задать одну метрику для всех дальнейших измерений в пределах интересующей нас области (в центральной части).

1.5.2 Исследование ходьбы

На теле пациента, в областях осей вращения суставов нижней конечности были закреплены контрастные маркеры. Первоначально в качестве маркеров были использованы цветные контрастные диски, однако маркеры данного типа, прикрепленные к быстро движущимся участкам нижней конечности, на видеоизображении сильно «смазываются», что вызывает сложности при определении координат расположения центра маркера (рисунок 11). Для решения этой технической проблемы была изготовлена, цепочка светодиодов (подключенная к портативному элементу питания СR2025-С5 3V), использование которой позволило улучшить точность регистрации маркера на видеокадре.

Рисунок 11. Использование контрастных маркеров разного типа
А	Б
В	Г
Рисунок 12. Нижняя конечность пациента в различные фазы (А – 0%, Б – 33%, В – 60%, Г – 100%) двойного шага

После окончательной обработки видеофайла движения человека был получен видеоряд с изображением нижней конечности в различные фазы двойного шага (рисунок 12).Дальнейшая обработка полученного видеоряда проводилась в программе Image Tool for Windows Version2.0, в которой измерялась величина межзвенных углов сегментов нижней конечности (рисунок 13).

Результат обработки видеоряда представлен в приложении 2 (столбец «Видео») и на рисунке 14. Анализируя полученные результаты, можно сделать выводы об индивидуальных особенностях структуры походки пациента. Так на графиках (рисунок 14 Б) видно, что в момент переднего толчка, величина угла в коленном суставе значительно отличается от нормы, однако сделать выводы о том как данная особенность походки влияет на состояние опорно-двигательного аппарата, не представляется возможным.

Рисунок 13. Измерение межзвенных углов в программе ImageTool 2.0

В связи с тем, что механические нагрузки оказывают значительное влияние на состояние суставов нижней конечности, на наш взгляд, является целесообразным при диагностике опорно-двигательного аппарата использование такого количественного критерия как «величина нагрузки на сустав». Для определения этого параметра передаем полученные данные на дальнейшую обработку.

А

Б

В

Рисунок 14 Графики изменения межзвенных углов при ходьбе в тазобедренном (А), коленном (Б) и голеностопном (В) суставах