Методы оценки состояния опорно-двигательного аппарата в телемедицинских системах физической реабилитации. Учебное пособие

Структурная схема модуля контроля двигательной активности представлена на рисунке 19.

Блок памяти

Рисунок 19 – Структурная схема модуля контроля двигательной активности

В соответствии с рисунком 18 модуль регистрации двигательной активности содержит датчик ускорения, датчик угловой скорости и магнитометр, которые подключены к блоку вычисления положения. К выходу блока вычисления положения подключен приемопередатчик беспроводной связи.

Модуль контроля двигательной активности содержит приемо-

60

передатчик беспроводной связи, который соединен с блоком вычисления траектории, блоком вычисления соответствия шаблона и траектории движения модуля регистрации двигательной активности и блоком памяти, при этом указанные блоки также соединены с пользовательским интерфейсом.

В качестве модуля регистрации двигательной активности используется смартфон со встроенными штатными датчиками ускорения и поворотов или отдельное носимое устройство с инерциальной измерительной системой, при этом функция модуля контроля двигательной активности реализована на смартфоне в мобильном приложении. Для осуществления регистрации двигательной активности смартфон или отдельное устройство необходимо зафиксировать на конечности или на теле пациента. В общем случае модуль регистрации двигательной активности должен быть закреплен в районе действия сустава. Для этого используются простое прижатие ладонью в нужной точке, магнитная защелка для одежды, ремешки, обручи и повязки с карманами для устройства, прищепки на ремень и т.п.

Сопряжение регистрирующего устройства и модуля контроля двигательной активности выполнено с помощью приемопередатчиков беспроводной связи. Пользовательский интерфейс может быть выполнен в виде сенсорного экрана со звуковым сопровождением.

Для качественного выполнения реабилитационных упражнений важны контроль факта выполнения (мотивационный эффект), контроль нагрузки на сустав, контроль правильности выполнения упражнения для того, чтобы целевая нагрузка была сосредоточена именно в заданном суставе. Кроме того, важным условием контроля является наличие обратной связи, работающей в реальном времени. Обратная связь нужна, чтобы пациент мог управлять процессом выполнения упражнений, добиваясь лучших результатов по заданным критериям. Для этого заявленный способ реализует выполнение функций фиксации траектории движения модуля регистрации двигательной активности, а также сравнение с шаблоном и визуальное отображение на пользовательском интерфейсе модуля контроля двигательной активности.

Таким образом, способ дистанционной физической реабилитации и восстановления двигательной активности под аудиовизуальным самоконтролем на основе алгоритма динамической трансформации временной шкалы при учете дополнительных метрик позволяет контролировать правильность изменения состояния опорно-

61

двигательного аппарата при выполнении реабилитационных упражнений. В свою очередь, балльная система оценивает выполнение физической реабилитации и отображает результат изменения состояния опорно-двигательного аппарата пациенту как итоговый выход работы системы контроля реабилитации. Данная объективная оценка выполнения упражнений позволит отобразить динамику восстановления опорно-двигательного аппарата в графическом виде. Указанная особенность обеспечивает медицинскому специалисту возможность удаленного определения эффективности результатов дистанционной физической реабилитации, проведенной в домашних условиях, а также определения прогресса и подтверждения четкости следования пациентом индивидуальному плану восстановительных занятий.

Способ дистанционной физической реабилитации и восстановления двигательной активности под аудиовизуальным самоконтролем на основе алгоритма оценки правильности выполнения упражнений с использованием данных об изменении угловых перемещений контролируемой точки содержит следующие пункты формулы изобретения:

–наличие канала обратной связи с пациентом для информирования об отклонении траектории упражнения от заданной на основе текстового, визуального и вербального сопровождения каждого упражнения;

–формирование шаблона упражнений, пороговых коэффициентов для оценки степени отклонения от заданной траектории выполнения упражнений;

–осуществление калибровки исходного положения;

–оповещение пациента с целью корректировки восстановительных движений в реальном времени;

–информирование пациента в виде «верно» или «неверно» о результатах текущего выполнения упражнения;

–использование смартфона в качестве модуля регистрации двигательной активности.

6.ТЕЛЕМЕДИЦИНСКАЯ СИСТЕМА СОПРОВОЖДЕНИЯ

ИПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАБИЛИТАЦИИ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ

МЕТОДА АУДИОВИЗУАЛЬНОГО САМОКОНТРОЛЯ

Применение телемедицинских систем для реализации дистанционного сопровождения и поддержки процесса физической

62

реабилитации после завершения стационарного периода предоставляет врачу возможность оценки состояния человека без необходимости очного приема при условии обеспечения объективной оценки эффективности результата. При этом в дистанционном режиме данная оценка может осуществляться только с помощью специализированных программно-технических средств.

Учитывая большое количество пациентов, нуждающихся в реабилитации при травмах и заболеваниях не только суставов, но и при патологии других локализаций, можно сделать вывод о том, что необходима такая система реабилитации, которая способна охватить до нескольких тысяч пациентов различного профиля. Кроме того, удалённость пациентов от центров реабилитации привносит дополнительные трудности в амбулаторной период.

Современный подход к реализации телемедицинских систем в области амбулаторной физической реабилитации требует применения распространённых, популярных и доступных технических средств объективного отслеживания за процессом восстановления утраченных функций пациента. Развитие технологий мобильной связи позволило обеспечить перенос функций компьютерных систем на портативные устройства, доступные пациенту. Современный смартфон – это высокопроизводительный компьютер, оборудованный множеством различных датчиков, видеокамерой реального времени, оснащенный скоростным каналом доступа к ресурсам сети Интернет, что позволяет вести разработку встраиваемого программного обеспечения, значительно расширяющего соответствующие базовые функции как средства передачи информации. В свою очередь, использование встроенных датчиков движения смартфона может обеспечить возможность регистрации двигательной активности человека в процессе выполнения реабилитационных упражнений и передачу результатов на сервер, откуда те поступают в онлайн-кабинет врачаконсультанта для удаленной поддержки процесса физической реабилитации пациентов.

В настоящее время отсутствуют простые в эксплуатации системы дистанционной физической реабилитации, которые были бы доступны так же, как и, например, пульсометры, глюкометры, портативные регистраторы ЭКГ, измерители давления, которые с технологической точки зрения являются уже готовыми модулями для построения телемедицинских систем дистанционного сопровождения физической реабилитации пациентов. В этой связи задача построения подобных систем является актуальной.

63

Отсюда должна быть обеспечена простая и эффективная поддержка процесса физической реабилитации пациента в амбулаторный период. В свою очередь, технологии телемедицины предназначены для реализации указанной задачи. При этом существует ряд проблем:

1)обеспечение правового регулирования телемедицины;

2)обеспечение лицензирования медицинской деятельности при работе с телемедицинской системой;

3)обеспечение защиты персональных данных в системе телемедицины;

4)ответственность операторов, действующих в сфере телемедицины, и др.

Несмотря на перечисленные проблемы, отдельные элементы удалённого наблюдения за пациентом доступны для использования. Так, в рамках реабилитации пациента после стационарного лечения в травматологических и ортопедических отделениях и реабилитационных центрах на одно из первых мест выходят обучение пациента технологии выполнения упражнения и мониторинг проводимых мероприятий, в том числе физической реабилитации.

Реализация протокола физической реабилитации имеет ряд сложностей, обусловленных необходимостью отслеживания движений опорно-двигательного аппарата пациента во время выполнения упражнений. Использование инерциального датчика смартфона, размещаемого на конечности, позволяет обеспечить возможность мониторинга двигательной активности в условиях повседневной жизнедеятельности.

Структурная схема процесса дистанционного взаимодействия специалиста в области медицины и пациента представлена на рисунке

20.

64

Рисунок 20 – Структурная схема процесса дистанционного взаимодействия специалиста в области медицины и пациента

Структура взаимодействия, представленная на рисунке 20, реализует один из таких принципов реабилитации и механотерапии как обратную связь, где пациент может оценить эффект проводимых мероприятий с помощью вопросников, а врач может увидеть зарегистрированную физическую активность, результаты тестов и вопросы пациента в любое удобное для него время. Обратная связь осуществляется с помощью виртуального ассистента (чат-бота), работающего в системах мгновенного обмена сообщениями и основанного на вопросно-ответной схеме. Чат-бот предлагает набор доступных действий, пользователь реагирует на них путем ввода соответствующих фраз или команд.

Клинический характер сферы применения процесса дистанционного взаимодействия обусловливает необходимость тестирования пользователя на наличие болей в суставах. Данное тестирование необходимо для последующей коррекции нагрузки в части количества повторов упражнений, а также соответствующих интенсивности и скорости выполнения. Так, была использована русскоязычная версия теста Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score

(KOOS).

65

С учетом схемы взаимодействия врача и пациента, представленной на рисунке 20, разработана функциональная схема телемедицинской системы для дистанционного сопровождения восстановления подвижности опорно-двигательного аппарата в амбулаторный период. Функциональная схема телемедицинской системы сопровождения физической реабилитации представлена на рисунке 21.

Рисунок 21 – Функциональная схема телемедицинской системы сопровождения физической реабилитации

Согласно рисунку 21 функциональная схема телемедицинской системы сопровождения физической реабилитации для восстановления подвижности опорно-двигательного аппарата в амбулаторный период включает три основных взаимосвязанных функциональных элемента:

1. Инерциальная измерительная система смартфона, которая закрепляется на щиколотке пациента и осуществляет автономный контроль правильности выполнения восстановительных упражнений, мониторинг двигательного режима и реабилитационной активности. При этом обеспечивается функция непрерывного мониторинга.

2. Мобильное приложение, регистрирующее и анализирующее

66

параметры ИИС смартфона во вовремя выполнения упражнения. Мобильное приложение предоставляет пациенту такие функции, как: структурированная система (набор) упражнений для суставов в виде реабилитационного комплекса, тестирование пациента на уровень боли согласно клинически валидированным тестам и отправка данных в онлайн-кабинет врача или клиники. Также мобильное приложение предназначено для анализа образа жизни пользователя (сидячий, малоподвижный, умеренно активный и т.д.) и своевременного напоминания о сбалансированном чередовании режимов физической активности и отдыха. Данная особенность позволяет избежать возобновления болевых ощущений.

3. Удаленный сервер для мониторинга выполнения упражнений (онлайн-кабинет медицинского работника), который обеспечивает функции следующих подсистем: подсистема отображения информации; подсистема управления содержанием; подсистема хранения данных; подсистема обмена данными – канал передачи информации для удалённого мониторинга процедуры реабилитации со стороны врача или клиники. Подсистема отображения предназначена для формирования и отображения варианта разделов, подразделов сервиса, отражающих информационные потребности пользователей из промежуточных данных и документов, хранящихся на сервере. Подсистема управления содержанием обеспечивает возможность обновления содержимого разделов сервиса без использования программирования и специального кодирования или форматирования текста. Подсистема хранения данных должна обеспечивать сохранение базы данных (БД) сервиса и выборку из БД объектов для формирования содержания сервиса. Подсистема обмена данными должна обеспечивать актуальный и мгновенный (при наличии стабильного Интернет-соединения) обмен данными между сервером, сервисом и мобильным приложением.

Концепция построения разработанной системы сопровождения физической реабилитации показана на рисунке 22.

Рисунок 22 – Концепция построения телемедицинской системы сопровождения физической реабилитации

Согласно рисунку 22 взаимодействие компонентов происходит следующим образом:

1)медицинский работник после очного приема через онлайнкабинет формирует комплекс упражнений для пациента;

2)пациент дистанционно выполняет рекомендованные врачом упражнения;

3)встроенный инерциальный датчик смартфона контролирует правильность выполнения упражнения;

4)врач получает информацию о процессе восстановления.

Графический интерфейс мобильного приложения пациента

Структура графического интерфейса разработанного мобильного приложения представлена на рисунке 23.

68

Рисунок 23 – Структура графического интерфейса разработанного мобильного приложения

В соответствии с рисунком 23 мобильное приложение имеет ряд графических экранных форм, которые позволяют в интуитивном режиме использовать все реализованные функциональные возможности, к которым относятся:

-идентификация пользователя (пациента);

-выбор восстановительных упражнений;

-определение параметров двигательной активности для восстановительных упражнений;