Методы оценки изменения состояния опорно-двигательного аппарата в процессе физической реабилитации

УДК 612.76

Методы оценки изменения состояния опорно-двигательного аппарата в процессе физической реабилитации / Рязан. гос. радиотехн. ун-т; сост.: А.В. Алпатов, М.С. Ашапкина, В.И. Жулев, О.В. Мельник. Рязань, 2023. 49 с.

Содержит теоретические сведения для изучения методов регистрации изменения состояния опорно-двигательного аппарата в процессе выполнения физической реабилитации.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии», по направлению подготовки магистров 12.04.04 «Биотехнические системы и технологии».

Табл. 2. Ил. 18. Библиогр.: 28 назв.

Регистрация положения, опорно-двигательный аппарат, объективная оценка

Печатается по решению научно-методического совета Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина.

Рецензенты: кафедра ВПМ Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина (зав. кафедрой Г.В. Овечкин), профессор кафедры АСУ Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина, д.т.н. А.А. Михеев

Ал п а т о в Алексей Викторович, А ш а п к и н а Мария Сергеевна,

Жу л е в Владимир Иванович, М е л ь н и к Ольга Владимировна

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОПОРНОДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ПРОЦЕССЕ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

Редактор М.Е. Цветкова Корректор С.В. Макушина

Подписано в печать __.__.__.. Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага писчая. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2,5.

Тираж 50 экз. Заказ Рязанский государственный радиотехнический университет

им. В.Ф. Уткина 390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.

Редакционно-издательский центр РГРТУ.

3

ВВЕДЕНИЕ

Сокращение личного участия медицинского специалиста в процессе проведения дистанционной физической реабилитации при условии сохранения уверенности врача в правильности выполнения пациентом назначенного индивидуального плана восстановительных занятий, возможно обеспечить за счет использования программнотехнических средств, предназначенных для регистрации и обработки параметров изменения положения опорно-двигательного аппарата в пространстве и времени.

Проведение дистанционной физической реабилитации в форме телеконсультаций не позволяет осуществить регистрацию параметров изменения опорно-двигательного аппарата и соответствующую автоматизированную оценку. Следовательно, представляет интерес рассмотрения медицинских систем для проведения физической реабилитации на основе технических средств объективного контроля изменения состояния опорно-двигательного аппарата в пространстве и времени. Получив параметры с программно-технических средств объективного контроля движений, медицинский специалист минимизирует личное участие в дистанционной реабилитации, где врач будет задействован в контрольных точках, а не все время участвовать в проведении физической реабилитации.

Основные задачи программно-технических средств заключаются в возможности автоматизированной регистрации параметров изменения состояния опорно-двигательного аппарата во время выполнения восстановительных упражнений, распознавания каждого восстановительного упражнения и контроля правильности выполнения индивидуального плана занятий. Данная оценка может быть проведена только на основе объективного автоматизированного анализа изменения параметров движений, зарегистрированных с помощью технических средств. По результатам анализа изменения значений зарегистрированных параметров обеспечивается возможность:

-распознавания выполненного упражнения;

-контроля адекватности выполнения упражнения;

-объективной оценки результата выполнения упражнения. Объективная оценка выполнения упражнений позволит

отобразить динамику восстановления опорно-двигательного аппарата в графическом виде. В свою очередь, данная особенность обеспечивает медицинскому специалисту возможность дистанционного определения эффективности результатов процесса дистанционной физической реабилитации, проведенной в домашних условиях, а также определения прогресса и подтверждения четкости следования

4

пациентом индивидуального плана восстановительных занятий.

В системах дистанционного объективного контроля для регистрации параметров движений пациентов, сбора и накопления данных об изменении положения тела в пространстве применяются различные аппаратно-программные средства. Следовательно, для объективной оценки процесса выполнения восстановительных упражнений и результатов проведенной физической реабилитации необходим выбор соответствующего количественного значения критерия эффективности. На основе полученных данных осуществляется обработка и анализ показателей восстановления опорно-двигательного аппарата. Результат расчета позволит оценить эффективность проведенных занятий.

Для определения количественного значения данного критерия целесообразно проведение совместного анализа множества параметров, однозначно определяющих изменение состояния опорнодвигательного аппарата в процессе осуществления физической реабилитации.

1 АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ПРОЦЕССЕ ПРОВЕДЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

Изменение состояния опорно-двигательного аппарата в пространстве и времени является качественным процессом. При этом подобный процесс может быть оценен количественно, поскольку может быть однозначно описан совокупностью параметров, значения которых полностью определяют данное изменение. На основе [1] была проведена классификация параметров, определяющих изменение состояния опорно-двигательного аппарата в процессе осуществления физической реабилитации. Результат представлен на рисунке 1.

5

Рисунок 1 – Общая классификация параметров, определяющих изменение состояния опорно-двигательного аппарата

В соответствии с представленной на рисунке 1 классификацией были выделены две основные группы параметров, значения которых определяют изменение состояния опорно-двигательного аппарата: кинематические и динамические. К группе кинематических параметров относятся параметры, изменение значений которых характеризует изменение положения тела человека в пространстве в течение времени, в том числе расстояние (координаты), время, скорость и ускорение. Данные характеристики позволяют определить особенности и форму движений при выполнении восстановительных упражнений индивидуального плана восстановительных занятий. В целом, кинематические параметры можно разделить на временные, пространственные, и пространственно-временные. Пространственные

6

параметры позволяют описать с помощью координат местоположение и движение отдельных частей или всего тела человека относительно выбранной системы отсчета. Кроме того, изменение положения тела человека происходит в результате движения в суставах, то есть при изменении угла повтора. В свою очередь, временные – характеризуют длительность, частоту и ритм выполнения восстановительного упражнения. Пространственно-временные параметры определяют, как изменяется положение и движение отдельных частей или всего тела человека – скорость и ускорение [2].

К группе динамических параметров относятся силовые параметры, дающие представление о причинах возникновения движения под действием внешних и внутренних сил. В их числе инерция, сила мышц, различные виды энергии. Динамические параметры разделяют на: инерционные, силовые и энергетические. Инерционные – это масса тела и инерция, которые характеризуют постепенное изменение скорости движения части тела человека с течением времени под действием силы. К силовым параметрам относятся: сила мышц, сила реакции опоры, сила упругости и другие силы. Данные параметры характеризуют связь между силой и изменением движений. Внутренние и внешние силы действуют на тело человека, что приводит к изменению положения части тела человека. Энергетические параметры, в том числе, работа мышц и энергия тела, отображают, как изменяется вид энергии при движении и как протекает сам процесс изменения энергии [3].

Регистрация и сбор данных об изменения параметров движения опорно-двигательного аппарата при выполнении восстановительных упражнений индивидуального плана восстановительных занятий, осуществляются с помощью аппаратно-программных средств.

2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В ПРОЦЕССЕ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ

В работах [3-7] приведены основные этапы развития методов и средств регистрации. Существуют следующие методы регистрации параметров, определяющих изменение состояния опорнодвигательного аппарата в процессе выполнения физической реабилитации:

1 Метод ихнометрии.

2 Метод подометрии.

3 Метод динамометрии.

7

4 Метод гониометрии.

5 Метод циклометрии.

5.1Моноциклометрия.

5.2Стереоциклометрия.

5.3Системы захвата движений по данным видеофиксации.

5.4Инерциальные измерительные системы (ИИС).

5.6 Способ регистрации двигательной активности под аудиовизуальным самоконтролем.

Рассмотрим подробнее каждый метод и оценим его применимость для использования в качестве основы для разработки программно-технического средства объективного контроля движений при дистанционной реабилитации.

2.1 АНАЛИЗ МЕТОДА ИХНОМЕТРИИ

Ихнометрия – это метод регистрации пространственных параметров изменения состояния опорно-двигательного аппарата, в том числе длины и ширины движения, угла разворота. Использование данного метода позволяет обеспечить регистрацию следов обеих ног во время ходьбы, как правило, по специальной дорожке. Классификация методов ихнометрии представлена в таблице 1 [5, 7].

Таблица 1 – Классификация методов ихнометрии

С учетом сведений, представленных в таблице 1, наиболее востребованным из методов ихнометрии является электрический. В работе [63] была разработана система для измерения пространственных характеристик шага на основе электрического метода. Для измерения пространственных характеристик шага используются токопроводящая дорожка, блок питания и электроды.

Электроды размещаются на обуви, а затем, соединяются с измерительным блоком. В целях определения длины шага, полюса источника тока подключаются к торцам дорожки. Ток протекает по электропроводной резине и создает на ней падение напряжения. Данное падение напряжения между носочным электродом позади стоящей ноги и пяточным впереди стоящей ноги снимается другими электродами.

Пример ихнограммы, отображающей процесс измерения пространственных характеристик шага (длина движения, ширина движения, угол разворота), представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Пример ихнограммы здесь αп – угол разворота правой ноги; αл – угол разворота левой ноги; БП – блок питания; U – напряжение между электродами

В соответствии с рисунком 2 для измерения пространственных характеристик шага (ширины шага) питание дорожки источником постоянного тока подается по ширине, а подключение электродов, в свою очередь, остается прежним. В целях измерения угла разворота стопы αл, αп напряжение питания на дорожку подается по ширине дорожки. Напряжение измеряется между носочным и пяточным электродами и пропорционально синусу угла разворота стопы αл, αп соответственно. При этом продолжительность сигнала равна времени опоры на всю стопу данной конечности.

На основе метода ихнометрии в [4, 7] разработан программноаппаратный комплекс анализа движений «МБН-Биомеханика». Особенностью данного комплекса является наличие возможности одновременной регистрации вышерассмотренных кинематических параметров.