WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


Pages:   || 2 |

«МЕТОД И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСБАЛАНСА НАГРУЗОК ПРИ СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АСИММЕТРИИ В ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОМ АППАРАТЕ ЧЕЛОВЕКА ...»

-- [ Страница 1 ] --

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ (ЛЭТИ) ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи

Ткачук Ирина Владимировна

МЕТОД И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСБАЛАНСА НАГРУЗОК ПРИ СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АСИММЕТРИИ В ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОМ

АППАРАТЕ ЧЕЛОВЕКА

Специальность: 05.11.17 - приборы, системы и изделия медицинского назначения Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель – доктор технических наук Смирнова Людмила Михайловна Санкт-Петербург ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………....4

ГЛАВА I. ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСБАЛАНСА НАГРУЗОК ПРИ

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АСИММЕТРИИ ОПОРНОДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ……………………………………………….…16

1.1 Структурно-функциональная асимметрия в опорно-двигательном аппарате человека и состояние его здоровья...……………………………………………….…16

1.2 Методы и технические средства для исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе человека……………………………………………………………..20

1.3 Цель и задачи диссертационного исследования……….……………....……..28

ГЛАВА II. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ДИСБАЛАНСА НАГРУЗОК В ОРТОГРАДНОЙ ПОЗЕ С УЧЕТОМ

КОМПЕНСАТОРНЫХ РЕАКЦИЙ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ

СИСТЕМЫ ………………………………………………………………………..…30

2.1 Показатели структурно-функциональной асимметрии и дисбаланса нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и с постмастэктомическим отёком верхней конечности……………………………………………………………………………30

2.2 Показатели компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе при структурно-функциональной асимметрии опорно-двигательного аппарата ……………………………………………….....…………………………….41

2.3 Модели формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе в системе «человек – опора» у пациентов на протезе нижней конечности и с постмастэктомическим отёком верхней конечности……………..…….51

2.4 Выводы……………………………………………………………………….62

ГЛАВА III. ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСБАЛАНСА НАГРУЗОК В ОРТОГРАДНОЙ ПОЗЕ С УЧЕТОМ

КОМПЕНСАТОРНЫХ РЕАКЦИЙ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ …….…66

3.1 Схема съема биомедицинской информации для исследования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе при структурнофункциональной асимметрии в опорно-двигательном аппарате……………………….66

3.2. Синтез рабочего места для экспериментального исследования дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе ……………………………………………..….77

3.3. Методика исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе ………….89

3.4 Выводы……………………………………………………………………….96

ГЛАВА IV. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСБАЛАНСА

НАГРУЗОК В ОРТОГРАДНОЙ ПОЗЕ У ПАЦИЕНТОВ СО СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АСИММЕТРИЕЙ ВЕРХНИХ И НИЖНИХ

КОНЕЧНОСТЕЙ ……………………………..……………………………………….99

4.1 Клинико-биомеханическое исследование структурно-функциональной асимметрии и исходного дисбаланса нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и пациентов с постмастэктомическим отеком верхней конечности……………………………………………………………………..……....99





4.2 Экспериментальное биомеханическое моделирование дисбаланса нагрузок в ортоградной позе….………………..……………………………………….…….….109

4.3 Выводы……………………………………………………………………..122

ГЛАВА V. ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ

ДИАГНОСТИКИ ДИСБАЛАНСА НАГРУЗОК В ОРТОГРАДНОЙ ПОЗЕ ……..…..126

5.1 Структурная схема и основные технические требования к системе для диагностики дисбаланса нагрузок в ортоградной позе………….………………..126

5.2 Требования к программному обеспечению системы для диагностики дисбаланса нагрузок в ортоградной позе ………………………………………………..…….….131

5.3 Выводы…………………………………………………………….…….….141 ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..…….…144 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ………………………………………………...…..146 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………...149

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы Состояние опорно-двигательного аппарата (ОДА), его структурной целостности и функциональной достаточности, определяет не только качество выполнения человеком различных локомоторных актов, но и функционирования многих органов и систем организма человека. По данным ВОЗ в Европе 75% населения страдает заболеваниями опорно-двигательного аппарата, в России – 85-90% [30]. Не сложно понять, что большинство этих случаев сопровождается структурно-функциональной асимметрией в ОДА: дисбалансом распределения масс в биокинематической цепи (БКЦ) ОДА, тонусносиловым дисбалансом в ОДА, нарушением опорной функции нижних конечностей. Такие нарушения в свою очередь приводят к дисбалансу нагрузок в БКЦ ОДА и опорном контуре стоп.

Известно, что дисбаланс нагрузок в опорном контуре стоп человека приводит к снижению устойчивости его позы, а длительное воздействие дисбаланса нагрузок в БКЦ ОДА не только вызывает дискомфорт в статической позе и при выполнении других локомоций, но и может спровоцировать вторичные деформации на различных уровнях ОДА, начиная со стоп и заканчивая шейным отделом позвоночника. Кроме того, в условиях снижения устойчивости позы следует ожидать повышение энергозатрат на ее поддержание и, тем более, на выполнение локомоций, в т. ч. характерных для обычной жизнедеятельности человека – ходьбы и бега. Все это при тяжелых нарушениях опорнодвигательной системы (ОДС) может привести к дополнительному снижению качества жизни пациента [95].

Необходимость исследования дисбаланса нагрузок в опорном контуре и в биокинематической цепи опорно-двигательного аппарата признается и в ортопедии и в протезировании. Врачи при выборе тактики лечения пациента с патологией ОДС, при его ортезировании и протезировании, назначении дальнейших реабилитационных мероприятий стремятся предпринять меры по снижению такого дисбаланса для повышения комфортности опоры и предотвращения развития вторичных нарушений. Для этого используют как клинический осмотр пациента, так и инструментальные методы.

Для оценки дисбаланса нагрузок в опорном контуре используют метод определения места проецирования квази ОЦМ на площадь опоры посредством отвеса, опущенного от точки, которую условно принимают за ОЦМ тела пациента [7]. Более точной и доказательной является оценка дисбаланса нагрузок под стопами с помощью тензоплатформы или матричных измерителей давления, выполненных в форме коврика или стелек [77].

Дисбаланс нагрузок в БКЦ ОДА клинически определяют также с помощью отвеса.

Более точную и объективную оценку дисбаланса нагрузок как в БКЦ ОДА, так и в опорном контуре можно достичь использованием инструментальных средств, позволяющих визуализировать главный вектор нагрузки непосредственно на изображениях фигуры пациента и его опорного контура.

Благодаря применению инструментальных методов повышается достоверность и доказательность оценки дисбаланса нагрузок в ОДА. Однако в известных инструментальных методах с использованием различных инструментов и информационно-измерительных систем не учитываются компенсаторные реакции пациента. В то же время, следует учитывать, что биологические системы обладают свойствами самонастройки, соответственно опорно-двигательная система человека должна в ответ на дисбаланс нагрузок в ней продуцировать такие компенсаторные реакции, которые будут направлены на его устранение и таким образом оптимизацию позы для повышения безопасности позы и минимизации энергии, затрачиваемой на сохранение равновесия.

Отсутствие научно обоснованных методов и технических средств для инструментальной оценки дисбаланса нагрузок в ОДА с учетом компенсаторных реакций у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей указывает на актуальность темы предпринятого диссертационного исследования.

Дисбаланс нагрузок в опорно-двигательном аппарате человека наблюдается при многих широко распространенных заболеваниях у детей [56] и взрослых, которые сопровождаются структурными или функциональными нарушениями, проявляющимися изменением конфигурации биокинематической цепи, патологическим изменением распределения масс в ОДА, снижением опороспособности нижних конечностей.

Все эти нарушения в комплексе наблюдаются у пациентов после ампутации и протезирования нижних конечностей. Учитывая это, а также тот факт, что именно у пациентов на протезах НК наблюдаются особо выраженное нарушение опорно-двигательной функции (ОДФ), оценка дисбаланса нагрузок в системе «пациент – протез нижней конечности» имеет особую значимость.

Другая большая группа пациентов, которым в не меньшей степени необходимо исследование дисбаланса нагрузок в ОДА, это женщины с отеком верхней конечности изза нарушения лимфотока после радикального лечения рака молочной железы - с постмастэктомическим отеком верхней конечности. Эти случаи не сопровождаются снижением опороспособности пациента, но асимметрия масс верхних конечностей и тонусно-силовые нарушения, собственно из-за которых в большинстве случаев и присваивается инвалидность этим пациентам. В большинстве случаев утрата трудоспособности связана с развитием отека и нарушением функции верхней конечности на стороне операции (в 58,9-87,5% случаев) [13], [27], [28], [51], [59]. До 84,1% больных раком молочной железы (РМЖ) признаются инвалидами, из них 76,6% инвалидами II группы, причем 50%-60% составляют женщины трудоспособного возраста [22], [23], [59].

Такие нарушения продолжается в течение длительного периода времени, чем увеличивается риск деформации позвоночника.

В связи с указанным, именно эти две группы пациентов, на наш взгляд, представляют больший интерес при разработке метода и системы для инструментальной оценки дисбаланса нагрузок в опорном контуре и в БКЦ ОДА с учетом компенсаторных реакций ОДС, тем более что как выраженный отек верхней конечности, так и ампутация нижней конечности отличаются высокой частотой наблюдаемости, в том числе и у пациентов трудоспособного возраста. Полученные при этом результаты, мы предполагаем, могут быть распространены в определенной степени и на другие группы патологий, сопровождающиеся структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей.

В докладе ВОЗ «Здоровье-2020: основы европейской политики и стратегия для XXI века» отмечается, что по некоторым оценкам, в ЕС причиной всех невыходов на работу и 60% постоянно утраченной трудоспособности приходится на нарушения опорнодвигательного аппарата [30]. Это еще раз подчеркивает актуальность создания методов и технических средств, использование которых в медицинской практике позволит снизить последствия нарушений ОДА.

Объект исследования – информационно-измерительная система (ИИС) для оценки дисбаланса нагрузок у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей с учетом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы.

Предмет исследования – информационное, методическое и инструментальное обеспечение системы для исследования нарушений баланса нагрузок у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей с учетом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы.

Цель работы: научное обоснование метода и разработка информационного и методического обеспечения, обоснование требований к инструментальному обеспечению системы для исследования нарушения баланса нагрузок у пациентов со структурнофункциональной асимметрией верхних и нижних конечностей с учетом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы и, таким образом, повышения качества их медицинской реабилитации.

Задачи исследования Анализ рассматриваемой в работе предметной области позволил определить комплекс задач, решение которых необходимо для достижения цели исследования:

1. Провести теоретический анализ системы «человек – опора» и выявить ее свойства и характеристики, которые должны учитываться при исследовании нарушений баланса весовой нагрузки в ортоградной позе стоя у пациентов со структурнофункциональной асимметрией опорно-двигательного аппарата;

2. Теоретически обосновать показатели компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в системе «человек – опора» и модель их формирования у пациентов со структурно-функциональной асимметрией опорно-двигательного аппарата;

3. Разработать схему съёма биомедицинской информации для исследования дисбаланса весовых нагрузок в системе «человек – опора» с учётом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы и создать рабочее место для регистрации и анализа этой информации;

4. Разработать методику исследования дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе стоя с учётом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы;

5. Провести экспериментальную апробацию теоретически обоснованных показателей компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в системе «человек

– опора» и уточнить их посредством биомеханического моделирования такого дисбаланса у пациентов на протезах нижних конечностей и с постмастэктомическим отёком верхней конечности;

6. Обосновать структурную схему и основные технические требования к информационно-измерительной системе для исследования нарушений баланса весовых нагрузок в ортоградной позе стоя с учетом компенсаторных реакций опорнодвигательной системы.

Научной новизна состоит в следующем:

- разработанные структурно-функциональные модели формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и пациентов с постмастэктомическим отёком верхней конечности объясняют причины и последствия такого дисбаланса и реакций через анализ свойств и взаимодействий пациента, технического средства реабилитации и окружающей среды как подсистем единой биотехнической системы;

- предложенная система показателей компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе стоя у пациентов со структурно-функциональной асимметрией позволяет комплексно отразить изменения в опорно-двигательной системе пациента: изменения конфигурации биокинематической цепи опорно-двигательного аппарата, напряжённости системы постуральной регуляции (регуляции позы), которые необходимо регистрировать при инструментальной оценке дисбаланса весовых нагрузок;

- разработанная схема съема биомедицинской информации обеспечивает получение биомедицинской информации, необходимой для исследования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе стоя при структурно-функциональной асимметрии опорно-двигательного аппарата;

- разработанная методика инструментального исследования дисбаланса весовых нагрузок в системе «человек – опора» позволяет кроме показателей дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп и опорно-двигательном аппарате пациента учитывать также показатели компенсаторных реакций опорно-двигательной системы, проявляющиеся в виде взаимосвязанных между собой изменений конфигурации биокинематической цепи опорно-двигательного аппарата и напряженности системы постуральной регуляции;

- результаты исследования позволяют уточнить представления о механизмах формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и с постмастэктомическим отёком верхней конечности.

Теоретическая и практическая значимость работы Теоретическая значимость работы заключается в том, что полученные в ней результаты развивают теорию создания и применения методов и технических средств объективной оценки состояния опорно-двигательной системы на этапах медицинской реабилитации пациентов с патологией опорно-двигательного аппарата.

Практическую ценность для разработчиков медицинской техники имеют структурная схема и технические требования к усовершенствованной информационноизмерительной системе для исследования дисбаланса весовых нагрузок при структурнофункциональной асимметрии в опорно-двигательном аппарате человека с учетом компенсаторных реакций его опорно-двигательной системы. Для специалистов в области медицинской реабилитации пациентов с нарушениями опорно-двигательной системы практический интерес представляют: система показателей дисбаланса весовых нагрузок и компенсаторных реакций на него у пациентов на протезах нижних конечностей и при постмастэктомическом отёке верхней конечности; методика и алгоритм биомеханического моделирования дисбаланса весовых нагрузок у этих пациентов. Для исследования функции верхних конечностей практический интерес имеет рабочий макет программно-аппаратного комплекса для регистрации и анализа силовых параметров кистевого схвата.

Методы исследования Для решения задач диссертационного исследования использовался системный подход к анализу биотехнических систем.

При проведении биомеханических исследований для оценки структурнофункциональной асимметрии и дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе стоя применялись следующие методы: зональная динамоплантография (анализ распределения нагрузки по зонам стопы); балансография в плоскости опоры (анализ баланса нагрузки в опорном контуре); клинометрия (анализ асимметрии осанки); трехплоскостная балансография (анализ расположения звеньев биотехнической системы (БТС) относительно оси нагрузки); подометрия (анализ временных параметров шага);

динамометрия (для анализа силовых параметров кистевого схвата). Обследования были проведены на базе Федерального государственного бюджетного учреждения «СанктПетербургский научно-практический центр медико-социальной экспертизы, протезирования и реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации» (ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России). Все исследования, проводившиеся среди больных, были выполнены в соответствии с Хельсинской конвенцией с получением информированного согласия.

При обработке базы данных исследований использовались методы статистического анализа, в частности факторный анализ.

Научные положения, выносимые на защиту:

Для повышения достоверности результатов оценки дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе стоя при структурно-функциональной асимметрии в опорнодвигательном аппарате человека необходимо учитывать различные типы компенсаторных реакций, которые направлены на повышение устойчивости позы и проявляются в виде: изменения конфигурации биокинематической цепи опорнодвигательного аппарата для смещения главного вектора нагрузки к центру опорного контура; изменения положения стоп на опоре для увеличения размеров опорного контура;

повышения напряженности системы постуральной регуляции для ее дополнительного контроля.

Информационно-измерительная система, необходимая для исследования такого дисбаланса и реакций, должна включать технические средства регистрации и анализа:

- изображений фигуры пациента в трех ортогональных плоскостях с целью оценки угловых и линейных параметров конфигурации биокинематической цепи опорнодвигательного аппарата;

- координат главного вектора нагрузки под стопами с целью оценки дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп;

- макро и микромиграций центра нагрузки под стопами в статике с целью оценки напряженности системы постуральной регуляции;

- информации о динамике распределения давления под стопами при ходьбе с целью определения продолжительности одноопорных фаз переката через стопы для оценки асимметрии опороспособности нижних конечностей;

- информации о параметрах кистевого схвата с целью оценки тонусно-силовой асимметрии верхних конечностей.

При этом изображения фигуры пациента, координат главного вектора нагрузки и миграций центра нагрузки под стопами должны регистрироваться синхронно.

Достоверность результатов работы Достоверность выводов диссертационного исследования подтверждается результатами клинических испытаний методики инструментальной оценки компенсаторных реакций опорно-двигательной системы на дисбаланс нагрузок при структурно-функциональной асимметрии верхних и нижних конечностей человека и, согласованностью получаемых данных с результатами экспертных оценок.

Реализация результатов работы Полученные в диссертационной работе результаты теоретических и прикладных исследований использовались при выполнении в ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России НИР № гос. рег. 01201163999 «Исследование компенсаторных реакций опорно-двигательной системы инвалида после ампутации на уровне бедра и голени при настройке протеза».

Разработанные в рамках исследования алгоритмы обработки биомедицинской информации и расчета параметров дисбаланса нагрузок в БТС были внедрены в пакет программного обеспечения ИИС для оценки дисбаланса нагрузок в ортоградной позе, разработанной ООО «ДиаСервис» (г. Санкт-Петербург»), что подтверждено актом внедрения.

Результаты диссертационной работы внедрены и используются в СанктПетербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И.

Ульянова (Ленина) в учебном процессе при реализации магистерской образовательной программы «Биотехнические системы и технологии реабилитации и протезирования» по направлению «Биомедицинская инженерия».

Апробация работы Основные научные и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях:

В 2013 г. XVIII российский национальный конгресс «Человек и его здоровье»;

В 2013 г. III всероссийская молодежная школа-семинар «инновации и перспективы медицинских информационных систем», Таганрог, Россия;

В 2013 г. 66-я научно-техническая конференция профессорскопреподавательского состава СПбГЭТУ;

В 2013 г. 68-я научно-техническая конференция посвященная дню радио;

В 2012 г.65-я научно-техническая конференция профессорскопреподавательского состава СПбГЭТУ ;

В 2012 г. 67-я научно-техническая конференция посвященная дню радио;

В 2011 г. XVI российский национальный конгресс «Человек и его здоровье»;

В 2011 г. шестнадцатая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов;

В 2011 г. 66-я научно-техническая конференция посвященная дню радио;

Публикации По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в т.ч.: 6 статей в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ; 7 работ в материалах российских и международных научно-технических конференций; 1 методическое пособие.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 121 наименования. Основное содержание диссертации изложено на 156 листах, содержит 51 рисунок и 6 таблиц.

В первой главе представлен анализ состояния проблемы в отрасли.

Глава содержит краткий обзор источников, указывающих на причины формирования дисбаланса нагрузок в ОДА и влияние его на состояние здоровья человека, а также обзор источников, описывающих методы и технические средства для исследования такого дисбаланса. Определены проблемы, которые ограничивают возможности исследования дисбаланса нагрузок в ОДА.

Выявлено, что особое значение такие исследования имеют при структурнофункциональной асимметрии верхних и нижних конечностей человека. Это относится к пациентам после ампутации и протезирования нижних конечностей, так как у них имеется выраженное снижение опорно-двигательной функции протезированной конечности, которое усугубляется дисбалансом нагрузок, а также к пациентам с отеком верхней конечности из-за нарушения лимфотока после проведения им радикального лечения рака молочной железы (РЛ РМЖ), так как асимметрия масс верхних конечностей и тонусносиловые нарушения продолжаются в этом случае в течение длительного периода времени, чем увеличивается риск деформации позвоночника.

В то же время выявлено, что известные и используемые в медицинской практике инструментальные методы и технические средства для исследования дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп и в биокинематической цепи ОДА не учитывают компенсаторные возможности пациента и, следовательно, нуждаются в их совершенствовании в этом аспекте.

В связи с этой ситуацией была сформулирована цель исследования и определены его задачи.

Вторая глава освещает вопросы информационного обеспечения системы для исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе.

Проведен теоретический анализ системы «человек – опора» в аспекте исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе. Теоретически обоснована система показателей структурно-функциональной асимметрии, дисбаланса нагрузок и компенсаторных реакций, которые следует учитывать при биомеханических исследованиях дисбаланса нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и пациентов с постмастэктомическим отёком верхней конечности.

Теоретически обоснованы показатели компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в системе «человек – опора» и разработана структурно-функциональная модель системы «человек – опора», отражающая взаимодействие факторов, вызывающих дисбаланс нагрузок в системе и компенсаторные реакции на него, и указывающая на свойства, которые необходимо учитывать при исследовании дисбаланса нагрузок в этой системе.

В третьей главе рассматриваются вопросы методического и инструментального обеспечения для исследования дисбаланса нагрузок и вызванных им компенсаторных реакций у пациентов со структурно-функциональной асимметрией нижних и верхних конечностей.

На основе результатов моделирования, полученных в главе II, обоснован метод исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе с учетом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы и разработана схема съема биомедицинской информации, которая необходима для таких исследований. Основной особенностью этого метода является получение и анализ различного типа биомедицинской информации как единого комплекса взаимосвязанных между собой данных, характеризующих дисбаланс нагрузок и компенсаторные реакции на него в ортоградной позе стоя, а именно, следующей информации: координат главного вектора нагрузки в опорном контуре стоп; параметров конфигурации биокинематической цепи опорно-двигательного в трех ортогональных плоскостях; параметров напряженности системы регуляции позы.  В этой же главе представлена информация о работе, которая была проведена для создания рабочего места, использованного в дальнейшем при проведении биомеханических исследований с целью решения следующих задач работы. Создание этого рабочего места проводилось на основе агрегирования уже существующих программно-аппаратных комплексов (ПАК): ПАК «ПОЗА» (ООО «ДиаСервис», г. С.Петербург) - для оценки дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп и в биокинематической цепи БТС; ПАК «МБН – Стабило» (НПФ «МБН-Биомеханика», г.

Москва) - для оценки напряженности позы; ПАК «ДиаСлед» (ООО «ДиаСервис» и ООО «ВИТ», г. С.-Петербург) – для оценки асимметрии опороспособности нижних конечностей. Кроме того, для оценки функциональной асимметрии верхних конечностей как одного из факторов, влияющих на качество дисбаланса и компенсаторных реакций, потребовалось разработать и изготовить рабочий макет измерительно-информационной системы для исследования силовых характеристик кистевого схвата, так как готовых систем данного класса на Российском рынке нам найти не удалось. Была разработана методика и алгоритм проведения биомеханических обследований на этом рабочем месте комплексе с учётом функциональных возможностей используемых в нём программноаппаратных комплексов, особенностей рассматриваемых БТС, обоснованных требований к условиям их обследования.

Четвертая глава посвящена проведению экспериментальных биомеханических исследований компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок в ортоградной позе при структурно-функциональной асимметрии нижних и верхних конечностей.

Всего было обследовано 21 человек: 16 – со структурно-функциональной асимметрией конечностей (6 – с отёком верхней конечности из-за нарушения лимфотока после РЛ РМЖ; 10 – после ампутации нижней конечности на уровне голени, бедра); 5 – контрольная группа. Все обследуемые входили в возрастную группу 24 – 56 лет.

Распределение по полу: 9 – женщин; 12 – мужчин. Обследования проводились как в привычной для пациентов позе стоя, так и с самоконтролем её (т.е. по стойке «смирно»), а также с биомеханическим моделированием изменения дисбаланса нагрузок за счёт использования внешних грузов.

Накопленная таким образом экспериментальная база данных была обработана методами статистического анализа, в частности факторного анализа. Обработка данных проводилась с использованием программных средств SPSS, Matlab, C++, MS Excel Обследования проводились на базе Федерального государственного бюджетного учреждения «Санкт-Петербургский научно-практический центр медико-социальной экспертизы, протезирования и реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации» (ФГБУ СПб НЦЭПР им. Г.А. Альбрехта Минтруда России).

Накопленная таким образом экспериментальная база данных была обработана методами статистического анализа, в частного факторного анализа. Обработка данных проводилась с использованием программных средств SPSS, Matlab, C++, MS Excel Было объективно подтверждено наличие характерного дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп у пациентов после ампутации и последующего протезирования нижней конечности на уровне голени и бедра, что является следствием асимметрии распределения масс в системе «пациент – протез» и снижения опороспособности протезированной конечности.

Экспериментально доказано, что при структурно-функциональной асимметрии ОДА формируются компенсаторные реакции со стороны опорно-двигательной системы пациента, направленные на сохранение равновесия и поддержание устойчивости ортоградной позы.

Выявлено несколько типов таких компенсаторных реакций: изменение положения стоп в опоре для увеличения размеров опорного контура, изменение конфигурации биокинематической цепи (БКЦ) ОДА для смещения главного вектора нагрузки в середине опорного контура и минимизации опрокидывающего момента сил, увеличение напряженности системы регуляции позы. Дана характеристика каждому из этих вариантов компенсации с учетом их влияния на состояние пациента.

В отличие от этого у пациенток с постмастэктомическим отёком верхней конечности столь характерного дисбаланса нагрузок в опорном контуре не наблюдалось.

Распределение нагрузки в нём зависело от величины отёка, массы тела (её избыточности), нарушений тонусно-силового дисбаланса, вызванного последствиями РЛ РМЖ и значительно отличалось для разных пациенток.

В пятой главе приведено обоснование требований к ИИС для исследования нарушения баланса нагрузок в ортоградной позе с учетом выявленных особенностей проявления компенсаторных реакций ОДС у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей.

Разработана структурная схема такой информационно-измерительной системы, обоснованы основные технические требования к ней.

В заключении излагаются основные результаты теоретических исследований и практических разработок диссертационного исследования.

–  –  –

1.1 Структурно-функциональная асимметрия в опорно-двигательном аппарате человека и состояние его здоровья Тело каждого человека по некоторым морфологическим и функциональным признакам обладает асимметрией относительно медиальной плоскости. Однако патологическая структурно-функциональная асимметрия опорно-двигательного аппарата во фронтальной плоскости, приводящая к нарушению позы в основной вертикальной стойке и дисбалансу нагрузок в системе «человек – опора», может привести к значительному ухудшению состояния его здоровья и снижению качества жизни.

По данным ВОЗ в Европе 75% населения страдает заболеваниями опорнодвигательного аппарата, в России – 85-90% [30]. Не сложно понять, что большинство этих случаев сопровождаются структурно-функциональной асимметрией в ОДА, которая выражается в виде дисбаланса распределения масс в БКЦ ОДА, тонусно-силового дисбаланса в ОДА, нарушения опорной функции нижних конечностей. Такие нарушения, в свою очередь, приводят к дисбалансу нагрузок в БКЦ ОДА и опорном контуре стоп.

Говоря о дисбалансе нагрузок в ортоградной позе стоя с опорой на обе конечности следует уточнить, что под ним понимается патологическое смещение главного вектора весовой нагрузки во фронтальной или сагиттальной плоскости, т.е. относительно медиальной или относительно фронтальной плоскости тела человека.

Под ортоградной позой понимается поза стоя с опорой на обе конечности, ступни параллельны друг другу на удобном расстоянии, руки по швам, голова распложена прямо, взгляд направлен горизонтально.

В норме главный вектор нагрузки в сагиттальной плоскости проходит впереди оси голеностопных суставов. При этом коленные и тазобедренные суставы располагаются кпереди от вертикальной линии, проходящей через голеностопные суставы, а голени отклонены от вертикали на 4-5 градусов и НК согнуты в коленных суставах на 2-3 градуса. В этом положении главного вектора весовой нагрузки достигаются удобство стояния и оптимальные условия для предотвращения неконтролируемого сгибания конечности в ее суставах и поддержания вертикальной стойки с минимальными затратами энергии пациента (Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л., 1965 [17]). По одним данным величина такого смещения вектора нагрузки составляет 40-50 мм (Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л., 1965 [17]), по другим – 50-70 мм, т. е находится на линии, соединяющей области таранно-ладьевидного сочленения (Процко В.Г., Загородний Н.В., Султанов Э.М., Хамоков З.Х., Олейник А.В., 2011) и несколько позади оси тазобедренных суставов (10-30 мм) [17], [5]).

Во фронтальной плоскости энергетически оптимальным является положение главного вектора нагрузки в медиальной плоскости тела, а вектора нагрузки на левую и на правую нижнюю конечность – в области отдела стопы, образованного с внутренней стороны таранно-ладьевидным сочленением (наивысшая точка продольного свода), а с наружной – пяточно-кубовидным сочленением (наивысшая точка наружного свода).

Распределение нагрузки на левую и правую конечность выражается через коэффициент опорности (отношение нагрузки на менее нагружаемую конечность к нагрузке, приходящейся на контралатеральную – противоположную конечность). По данным Курочкина Ю. В. (1969 г.) и Гайворонского (1979 г.) в норме коэффициент опорности находится в диапазоне, соответственно: 0,92 ± 0,03 [43]; 0,95 ± 0,02 [11].

При дисбалансе нагрузок в ОДА главный вектор нагрузки смещается от центра опорного контура к его краям и запас устойчивости позы снижается. Когда проекция центра тяжести выходит за его границы, то человек падает. В норме это случается редко, так как амплитуда колебаний центра тяжести тела значительно меньше площади опорного контура, а вестибулярная и мышечно-суставная системы позволяют легко предупредить нарушения равновесия. Однако при большом спектре заболеваний, связанных как со структурными, так и функциональными нарушениями в ОДС эти соотношения патологически изменяются [8], [74]. Причин для дисбаланса нагрузок в опорном контуре известно достаточно много и большинство из них относится к случаям структурно-функционального дисбаланса ОДА, в частности его структурнофункциональной асимметрии [99].

По данным врачей, антропологов, закройщиков структурная асимметрия тела человека, приводящая к дисбалансу нагрузок, представляет собой широко распространенное явление [68], [69]. Чаще всего это связано с асимметрией длины нижних конечностей [5], [19], [61] [63] вследствие истинного укорочения (уменьшения длины костей) или функционального (суставного) укорочения конечности, причиной которой может быть, например, вывих и внутрисуставной перелом, контрактура, анкилоз, ригидность сустава или даже асимметричное снижение продольных сводов левой и правой стоп [21].

По данным Rush W.A. и Sleiner (1946 г., [118]) при рентгенологическом измерении длины ног у демобилизованных из армии военнослужащих асимметрия длины НК в пределах 0,6–0,7 см наблюдается в 77% случаев, а по данным Nichols P.J.R. (1960 г., [110]) у практически здоровых людей в 7% случаев наблюдается асимметрия длины конечностей до 1,3 см. Pearson W.M. и соавторы (1951, 1954 г., [111], [112]) при рентгеновском обследовании у 80% из 1446 школьников 5 – 17 лет выявили асимметрию длины нижних конечностей более 0,16 см, а у 3,4% - более 1,3 см. Проценко В.Н. (1996 г.) наблюдала при обследовании 142 школьников 7 - 14 лет асимметрию длины НК от 2,4 до 30 мм в 65,5% случаев [63]. По данным Klein K.K. (1969 г.) у школьников начальных классов такая асимметрия выявлена в 75% случаев, а у студентов высшей школы — 92% [105]. Имеются данные, что нескорректированная в детстве асимметрия длины НК имеет тенденцию с возрастом увеличиваться, а скорректированная - уменьшаться (Redler I., 1952 г. [117]; Klein К.К., Redler I. И Lowman C.L., 1968 г. [106], [108], [109]).

Другим видом структурно-функционального дисбаланса, приводящего к дисбалансу нагрузок в ОДА и опорном контуре, является тонусно-силовой дисбаланс мышц в области таза [6], нижних и верхних конечностей, и пр., вынуждающий пациента принимать патологическую позу [67].

Тонусно-силовой дисбаланс в сагиттальной плоскости формируется из-за напряжения или расслабления мышц с вертикальными волокнами (Сафоничева О.Г., 2002): при двустороннем напряжении подвздошно-поясничных мышц происходит одновременное сгибание в грудном, поясничном, крестцовом отделах позвоночника и в тазобедренном суставе (ТБС); при расслаблении - разгибание в нижнее-грудном и пояснично-крестцовом отделах позвоночника и в ТБС [54]. Дисбаланс во фронтальной плоскости формируется при одностороннем укорочении подвздошно-поясничной мышцы и мышц боковой стабилизационной синергии, что приводит к функциональному укорочению НК [120], [121] и латеральному смещению центра тяжести: при одностороннем укорочении мышц стабилизационной синергии с одной стороны происходит вентральное смещение и ротация таза в эту же сторону и наклон поясничнокрестцового и нижне-грудного отделов в сторону «короткой» ноги [119], при одностороннем укорочении мышц стабилизационной синергии противоположной стороны происходит дорзальное смещение и ротация таза также в гетеролатеральную сторону.

Еще одним видом структурно-функционального дисбаланса является снижение опороспособности нижних конечностей из-за болевых ощущений, причинами которых могут быть ее травмы и самые различные заболевания [39], [48].

Особо выраженное снижение опороспособности конечности наблюдается у пациентов на протезе нижней конечности, причем тем более значительное, чем выше уровень ампутации и чем хуже состояние культи конечности [78]. Кроме того на дисбаланс нагрузок в системе «пациент – протез нижней конечности» влияет также разница в весе протезированной и сохранной конечности, так как протез всегда делают легче, чем была усеченная часть конечности, в противном случае его было бы тяжело переносить над опорой при ходьбе [2], [15], [114]. У пациентов на протезе бедра не редко наблюдается также асимметрия длин сохранной и протезированной конечности, так как протез иногда приходится делать короче, чтобы при переносе протезированной конечности над опорой пациент не зацепился за нее носком искусственной стопы, ведь она не обладает той функцией в голеностопном шарнире, которая имеется в здоровой конечности [15].

Другой причиной дисбаланса нагрузок в ОДА является асимметрия объема и, соответственно, массы верхней конечности, например, из-за нарушения лимфотока после радикального лечения рака молочной железы [9], [10]. Критичность этой ситуации связана: во-первых с выраженной асимметрией распределения масс в ОДА (отек только со стороны операции); во-вторых – высоким расположением исходного уровня асимметрии над плоскостью опоры; в-третьих – длительностью наличия асимметрии в ОДА (отеки могут длиться месяцами и годами и даже быть не проходящими в течение последующей за операцией жизнью) [32].

После ампутации верхней конечности также наблюдается дисбаланс нагрузок в БТС, причем как из-за неравенства масс протезированной и сохранной конечностей, так и из-за изменения осанки, вызванного смещением надплечья, в основе которого лежат анатомо-физиологические, динамические факторы и рефлекторные сокращения мышц [31]. характерно при ампутациях на различных уровнях (кисть, предплечье) [80], а особенно на уровне плеча или вычленения в плечевом суставе (выраженная асимметрия масс в ОДА, высокое положение уровня асимметрии, над опорой, большая продолжительность наличия асимметрии) [38]. Однако, следует заметить, что таких пациентов значительно меньше, чем тех, о которых шла речь выше, и, следовательно, проблема оценки дисбаланса нагрузок для данного контингента пациентов менее актуальна, чем для пациентов с выраженным отеком верхней конечности после мастэктомии или пациентов на протезах нижних конечностей.

Дисбаланс нагрузок, причиной которого являются рассмотренные структурнофункциональные нарушения ОДА, значительно снижает устойчивость позы, влияет на качество выполнения человеком различных локомоторных актов, в том числе характерных для обычной жизнедеятельности – ходьбы, бега, сохранения вертикальной стойки [34], [47], [55], [87]. Это в свою очередь приводит к повышению энергозатрат и дискомфорту при выполнении процессов трудовой деятельности и в других случаях, а также к нарушению функционирования многих органов и систем организма человека, риску формирования вторичных деформаций позвоночника [20], [49], [68].

1.2 Методы и технические средства для исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе человека Для оценки дисбаланса нагрузок в ОДА достаточно часто используется клинический осмотр пациента, при котором врач оценивает осанку пациента, патологическое изменение конфигурации БКЦ, тонус различных групп мышц и делает выводы о наличии дисбаланса и его типе (в какой плоскости, на каком уровне ОДА, степень выраженности).

Также с этой целью используют метод определения места проецирования квази ОЦМ на площадь опоры посредством отвеса, опущенного от точки, которую условно принимают за ОЦМ тела пациента.

Такая диагностика проводится быстро, не требует специального оборудования и широко применяется в медицинской практике. Но она всецело зависит от опыта врача, не сопровождается численной оценкой показателей дисбаланса, не является доказательной для других специалистов, которые не присутствовали при осмотре пациента. Для повышения доказательности и объективности метода такой осмотр может быть дополнен фоторегистрацией фигуры пациента.

Доктор Denise Perron в своих исследованиях нарушений ОДА в ортроградной позе стоя использует систему «Posture Print» [116] (рисунок 1.1). Эта система представляет собой фотоаппарат, планшетный компьютер фирмы Apple Iphone 3GS/4/4s (iPod Touch 4th Generation, или iPad2) и специализированное программное обеспечение. С помощью нее производится фотографирование пациента стандартными средствами планшетного компьютера (вебкамерой), затем производят расстановку точек маски на изображении и программа рассчитывает параметры, характеризующие конфигурацию БКЦ ОДА пациента.

Системе присущи следующие недостатки. Регистрация фотоизображений пациента производится без использования штатива, что приводит к высокому риску движения фотокамеры в руках врача и вследствие этого искажений фигуры на фотоизображениях, что может вызвать ошибки при диагностике. Регистрация разных проекций происходит поочередно, то есть либо пациент вынужден поворачиваться, либо оператор должен менять относительно него свое положение с фотоаппаратом. Из-за этого получается регистрация по сути не одной и той же позы с разных проекций, а разных проекций различных поз, что снижает достоверность диагностики. Кроме того не регистрируется изображение пациента сверху, хотя угол ротации плечевого пояса является важным параметром для оценки дисбаланса нагрузок в опорно-двигательном аппарате.

–  –  –

Для аналогичных целей используется система «GPS 400 – Global Postural System»

[102] (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 Оценка позы пациента на системе GPS 400 – Global Postural System Система «GPS 400 – Global Postural System», также как и предыдущая система, состоит из компьютера, фотоаппарата и специализированного программного обеспечения и ей свойственны почти все те же недостатки, что и системе «Posture Print»: регистрация разных проекций происходит поочередно, не регистрируется изображение пациента сверху.

Кроме того, при работе как с первой, так и со второй системой не предусматривается оценка дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп. Частично эта задача может быть решена при использовании системы «Postural analysis chart wall», опытом работы с которой делится David Kent [115]. Система включает обычный фотоаппарат и специально разлинованную сетку, на фоне которой производится фотосъемка пациента, отвес, специальные таблицы, по которым производится оценка состояния пациента (рисунок 1.3).

При работе с этой системой, как и с предыдущими, для получения изображений фигуры пациента в проекции на фронтальную и сагиттальную плоскости он должен поворачиваться на 90 градусов. Вследствие этого происходит регистрация не проекций одной позы, а разных проекций различных поз, что снижает достоверность результатов.

Также в этой системе нет возможности получения изображений пациента в проекции на горизонтальную плоскость – сверху. Но преимуществом способа работы с ней является использование отвеса, который дает некоторое представление о координатах проекции вектора нагрузки на опорный контур.

Рисунок 1.3 Оценка позы пациента на системе «Postural analysis chart wall»

Оценка дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп может быть получена более точно с помощью четырехпольного взвешивания пациента. Она заключается в том, что пациент становится на комплект рядом установленных четырех напольных весов так, чтобы в позе пациента стоя передний и задний отделы его левой и правой стоп опирались каждый на отдельные весы [3] (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 Система четырех-польного взвешивания

Каждые из четырех весов показывают вес, соответственно под передним отделом левой стопы, под ее задним отделом и то же под правой стопой. Сумма весов составляет общий вес человека. Достоинством этой системы является простота конструкции (четверо весов, закрепленных рядом), невысокая стоимость. Недостатком является то, что нет автоматического сохранения результатов и переноса данных на персональный компьютер. Специалист должен поочередно записать значение, полученное с каждых из четырех весов. За это время поза пациента может измениться, тем более, что к этому его побуждает перемещение вокруг него работающего специалиста. Это снижает удобство работы с данной системой и увеличивает вероятность ошибки при записи результатов.

Более достоверная оценка распределения нагрузки в опорном контуре достигается применением предназначенных для этих целей программно-аппаратных комплексов с матричными измерителями давления, выполненными в форме коврика, например система pedar system Германия, LTD «Novel» (рисунок 1.5) или в форме стелек, например, система «ДиаСлед» (ООО «ДиаСервсис», ООО «ВИТ», г. Санкт-Петербург) (рисунок 1.6) [79].

Рисунок 1.5 Оценка позы пациента на системе «Novel»

Рисунок 1.6 Оценка позы пациента на системе «ДиаСлед»: слева - окно программы «ДиаСлед»; справа - рабочее место оператора комплекса «ДиаСлед» (со стационарным ПК): 1 – специализированный компьютерный стол; 2 – набор измерительных стелек; 3 – монитор; 4 – звуковые колонки; 5 – клавиатура; 6 – принтер; 7 – модуль преобразования комплекса «ДиаСлед»; 8 – «мышь»; 9 – разделительный сетевой трансформатор; 10 – разветвитель;11 – системный блок Недостатком этой системы по сравнению с предыдущей является значительно более высокая стоимость, и более быстрый уход характеристик чувствительности датчиков со временем (в процессе их эксплуатации).

Более информативная оценка дисбаланса нагрузок достигается использованием инструментальных средств, позволяющих визуализировать главный вектор нагрузки непосредственно на фигуре пациента. На некоторых протезно-ортопедических предприятиях для этой цели применяют систему Лазер-лайн (Германия, LTD «OttoBokk») (рисунок 1.7) [107].

Рисунок 1.7 Оценка позы пациента на системе «L.A.S.A.Rposture»

Система Лазер-Лайн позволяет визуализировать вектор нагрузки во фронтальной и саггитальной плоскостях в положении пациента при статической опоре. Недостатком этой системы является возможность визуализации вектора нагрузки только в одной плоскости. Кроме того система не позволяет производить автоматическую запись и сохранение данных для дальнейшей обработки результатов исследования и для их доказательности.

Наиболее точную и объективную оценку дисбаланса нагрузок в БКЦ ОДА и в опорном контуре стоп можно достичь использованием инструментальных средств, позволяющих визуализировать главный вектор нагрузки непосредственно на изображениях фигуры пациента и его опорного контура. Такими функциональными возможностями обладает программно-аппаратный комплекс «ПОЗА» (ООО «ДиаСервис», г. Санкт-Петербург) (рисунок 1.8) [79].

Рисунок 1.8 Главное окно программы комплекса «ПОЗА»

Комплекс «Поза» предназначен для оценки дисбаланса нагрузок в ОДА, для чего производится фотографирование пациента в трех плоскостях и регистрация распределения нагрузки в ОДА с помощью тензоплатформы с последующим расчетом необходимых параметров.

При открытии программы пользователь производит регистрацию анкетных данных пациента, заполняет его медицинскую карту, выбирает тип исследования и методику.

Далее из окна программы запускает синхронную регистрацию весовой нагрузки под стопами посредством тензоплатформы и фотоизображений пациента тремя фотоаппаратами, установленными с трех сторон с направлением их оптических осей вдоль трех ортогональных осей. После регистрации данных автоматически рассчитываются координаты вектора нагрузки, после чего он визуализируется на экране монитора в окне программы непосредственно на изображения фигуры пациента в трех ортогональных плоскостях.

Благодаря применению инструментальных методов повышается достоверность оценки дисбаланса нагрузок в ОДА. Однако, в известных инструментальных методах с использованием различных инструментов и информационно-измерительных систем не учитываются компенсаторные реакции пациента. В то же время, следует учитывать, что биологические системы обладают свойствами самонастройки, соответственно опорнодвигательная система человека должна в ответ на дисбаланс нагрузок в ней продуцировать такие компенсаторные реакции, которые будут направлены на его устранение и таким образом оптимизацию позы для повышения ее безопасности устойчивости и минимизации энергии, затрачиваемой на сохранение равновесия.

Таким образом анализ источников показал, что дисбаланс нагрузок в ОДА человека в ортоградной позе стоя сопровождает многие широко распространенные у детей и взрослых врожденные и приобретенные в течение жизни заболевания, которые сопровождаются структурными или функциональными нарушениями в виде изменения конфигурации биокинематической цепи (БКЦ), патологического изменения распределения масс в ОДА в сагиттальной или фронтальной плоскостях, снижения опороспособности нижних конечностей.

Все эти нарушения наблюдаются у пациентов на протезах нижних конечностей, что обусловливает особую значимость оценки дисбаланса нагрузок в системе «пациент – протез нижней конечности», тем более, что в этом случае возникает риск не только формирования вторичных деформаций ОДА, но и снижения устойчивости позы. Не меньший научный и практический интерес представляет и оценка дисбаланса нагрузок у пациентов с отеком верхней конечности вследствие нарушения лимфотока после РЛ РМЖ, так как в этом случае асимметрия масс в верхних отделах ОДА достигает больших значений, продолжается длительный период времени и вызывает значительный риск деформации позвоночника.

Чтобы предпринять меры по повышению комфортности опоры, предотвращению развития вторичных нарушений специалисты стремятся учесть дисбаланс нагрузок в БКЦ ОДА пациента. С этой целью используется как клинический осмотр пациента, так и, при наличии соответствующей медицинской техники, инструментальные обследования.

Для инструментальной оценки дисбаланса нагрузок используются различные инструменты и ИИС, которые ориентированы на анализ конфигурации БКЦ пациента и на оценку распределения нагрузки в опорном контуре стоп. Однако, при этом не учитываются компенсаторные реакции опорно-двигательной системы, которые она должна формировать, являясь самонастраивающейся системой, и стремясь к оптимизации позы для повышения ее устойчивости и минимизации затрачиваемых на сохранение равновесия энергозатрат.

Отсутствие научно обоснованных методов и технических средств для инструментальной оценки дисбаланса нагрузок в ОДА с учетом компенсаторных реакций у пациентов на протезах нижних конечностей и у пациентов с отеком верхних конечностей, с одной стороны, и высокая частота встречаемости этих патологий подтверждают актуальность темы предпринятого диссертационного исследования.

1.3 Цель и задачи диссертационного исследования

В результате анализа состояния проблемы была поставлена цель исследования:

научное обоснование метода и разработка информационного и методического обеспечения, обоснование требований к инструментальному обеспечению системы для исследования нарушения баланса нагрузок у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей с учетом компенсаторных реакций опорнодвигательной системы и, таким образом, повышения качества их медицинской реабилитации.

Для достижения этой цели был определен комплекс задач:

1. Провести теоретический анализ системы «человек – опора» и выявить ее свойства и характеристики, которые должны учитываться при исследовании нарушений баланса весовой нагрузки в ортоградной позе стоя у пациентов со структурнофункциональной асимметрией опорно-двигательного аппарата;

2. Теоретически обосновать показатели компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в системе «человек – опора» и модель их формирования у пациентов со структурно-функциональной асимметрией опорно-двигательного аппарата;

3. Разработать схему съёма биомедицинской информации для исследования дисбаланса весовых нагрузок в системе «человек – опора» с учётом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы и создать рабочее место для регистрации и анализа этой информации;

4. Разработать методику исследования дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе стоя с учётом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы;

5. Провести экспериментальную апробацию теоретически обоснованных показателей компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в системе «человек

– опора» и уточнить их посредством биомеханического моделирования такого дисбаланса у пациентов на протезах нижних конечностей и с постмастэктомическим отёком верхней конечности;

6. Обосновать структурную схему и основные технические требования к информационно-измерительной системе для исследования нарушений баланса весовых нагрузок в ортоградной позе стоя с учетом компенсаторных реакций опорнодвигательной системы.

     

–  –  –

2.1 Показатели структурно-функциональной асимметрии и дисбаланса нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и с постмастэктомическим отёком верхней конечности Основной причиной дисбаланса весовых нагрузок в системе «пациент – опора»

является структурно-функциональная асимметрия массы, размеров и функциональности сегментов ОДА со стороны поражения и с контралатеральной стороны. Особенности проявления такой асимметрии должны быть исследованы у пациентов на протезах нижних конечностей и пациентов с постмастэктомическим отёком верхних конечностей, чтобы учесть их при построении плана биомеханического обследования этих групп пациентов и правильной трактовки его результатов для выявления характерных им компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок в ОДА.

Структурная асимметрия в ОДА у пациентов после протезирования НК и у пациентов с постмастэктомическим отёком верхней конечности.

У пациентов после ампутации НК Структурная асимметрия выражается в отсутствии дистальной части конечности, а после ее компенсации протезом – асимметрией масс протезированной и сохранной конечности, что приводит к асимметрии масс ОДА относительно медиальной плоскости (т.е. в сагиттальной плоскости). Разница в массах этих конечностей обусловлена тем, что протез делают легче, чем ампутированная часть конечности, так как в противном случае протезированную конечность было бы тяжело переносить над опорой при ходьбе из-за несостоятельности мышечно-связочного аппарата культи [57].

Точное измерение асимметрии масс НК и, соответственно, фронтального смещения ОЦМ в системе «пациент – протез» сложно из-за невозможности определить массу сохранной конечности. Однако протезист, зная вес протеза и учитывая уровень усеченной конечности пациента и его комплекцию, может характеризовать эту асимметрию, например, в баллах.

В некоторых случаях протезирования структурную асимметрию можно наблюдать также в виде асимметрии длины конечностей: протез бедра иногда сознательно делают короче, чтобы при переносе протезированной конечности при ходьбе пациент не зацепился бы за опору носком искусственной стопы из-за нарушения функции сгибания в голеностопном шарнире и недостаточности выборки функциональной длины протеза в переносную фазу шага [42]. Однако, в группе обследуемых пациентов, протезирование было выполнено с использованием высокофункциональных коленных узлов и значимой разницы в длине сохранной и протезированной конечностей у них не наблюдалось.

У другой исследуемой группы пациентов, т.е. после РЛ РМЖ, структурная асимметрия выражается в виде отсутствия усеченной части тела в области грудной железы и окружающих ее тканей, вследствие чего возникает асимметрия распределения масс на этом уровне ОДА. В то же время у большинства пациентов из-за нарушения лимфотока на стороне оперативного вмешательства, формируется отёк верхней конечности с этой же стороны, что приводит к увеличению её массы. Таким образом асимметрия масс на уровне грудного региона может частично или полностью компенсироваться и даже изменяться в обратную сторону. Результативная асимметрия распределения масс в ОДА у этих пациентов зависит от объема оперативного вмешательства, величины отёка и даже комплекции пациентки, если не учитывать еще и деформации ОДА. Поэтому измерить асимметрию масс у этих пациентов ещё сложнее, чем в группе протезированных.

Функциональная асимметрия у пациентов после протезирования НК и у пациентов с постмастэктомическим отёком верхней конечности.

При ампутации, даже на уровне стопы, страдают опорная, рессорная (амортизационная), балансировочная, толчковая и сенсорная функции нижней конечности, которые необходимы для организации и поддержания различных локомоторных актов, но для позы стоя наиболее значимыми из них являются опорная и балансировочная функции.

Опорная функция обеспечивает возможность восприятия конечностью веса тела и ее снижение для усеченной конечности неизбежно из-за того, что ткани культи отличаются от тканей подошвенной поверхности и менее приспособлены к восприятию нагрузки. Балансировочная функция стопы способствует поддержанию равновесия за счет активного участия ее в смещении зоны опоры в сторону смещения вектора нагрузки на конечность чему способствует веерообразное сводчатое строение стопы. Нарушение опорной и балансировочной функций приводит к дефициту опороспособности протезированной конечности и, как следствие, опоропредпочтению сохранной конечности: нагрузка смещается в ее сторону. При протезировании обеих нижних конечностей будет наблюдаться опоропредпочтение более опороспособной из них: с более низким уровнем ампутации, если только ему не соответствуют более выраженные пороки культи, например, такие, как выстояние костных отломков или нарушение целостности кожных покровов. Чем более выражена асимметрия опороспособности нижних конечностей, тем больший дисбаланс нагрузок в БТС «пациент – протез» следует ожидать, показателем которого будет являться смещение главного вектора нагрузки в сторону более опороспособной конечности.

Оценка асимметрии опороспособности НК может быть определена в статике или при ходьбе. В статике для этих целей используется коэффициент статического ст Кgфр, которым оценивается соотношение величины нагрузки под опоропредпочтения

–  –  –

конечность в статике; индекс «1» - для той конечности, нагрузка под которой меньше.

При ходьбе в этом отношении можно применить коэффициент билатеральной симметрии продолжительности переката Ксt - соотношения продолжительности одноопорной фазы шага (при ходьбе в комфортном для пациента темпе):

–  –  –

где t пер _(1) и t пер _( 2 ) усредненная по шагам продолжительность переката через одну и другую стопу; индекс «1» - для той конечности, нагрузка под которой меньше.

Смещение нагрузки на левую или правую стопу в статике может быть вызвано как снижением опороспособности противоположной конечности, так и асимметрией распределения масс в БКЦ ОДА и даже просто предпочтением опоры на эту конечность самим пациентом, так как в положении стоя у него для этого выбора имеются большие возможности. При ходьбе эти возможности ограничены, так как в этом случае весь вес тела приходится воспринимать поочередно то левой, то правой конечностью и процесс этот более автоматизирован. Поэтому для оценки асимметрии опороспособности, на наш взгляд, более подходит коэффициент билатеральной симметрии продолжительности переката- критерий динамического опоропреобладания.

Естественно, что асимметрия опороспособности нижних конечностей может наблюдаться и вне связи с ампутацией и протезированием. Чтобы исключить влияние этого фактора на распределение нагрузки в опорном контуре у обследуемых нами пациенток после РЛ РМЖ, был проведен их осмотр врачом, что позволило убедиться в отсутствии у них клинических признаков патологии, которые могли бы вызвать снижение опороспособности левой или правой нижней конечности.

Однако для этой группы пациентов – с постэктомическим отёком ВК характерен другой тип функциональной асимметрии. Она вызвана нарушением тонусно-силового баланса мышц на стороне оперативного вмешательства из-за нарушения их целостности и/или иннервации в результате операции и лучевой терапии. Данные нарушения вызывают снижение силовой функции, прежде всего – силовых параметров кистевого схвата.

Показателями состояния этой функции являются: максимальная сила схвата ;

средняя сила схвата F.

Максимальная сила схвата определяется как наибольшее за время экспозиции мгновенное значение силы при выполнении силового теста:

. (2.3)

Средняя сила схвата F определяется по формуле:

, (2.4), где сила схвата в i-м отсчёте экспозиции (в i-й момент времени), N- количество отсчетов в тесте.

Fmax и средняя сила схвата F являются основными, Максимальная сила схвата наиболее легко определяемыми, но не единственными и не всегда достаточными параметрами, характеризующими силовую функцию ВК. Сложнее измеряется способность удержания нагрузки в течение определенного периода времени T, но именно таким образом можно интегрально оценить снижение силовой функции кисти.

С этой целью целесообразно использовать такой показатель, как импульс силы I :

; (2.5), где F(t) – функция силы схвата, t1 и t2, соответственно, момент начала и конца исследования.

Дополнительную информацию о силовой функции кисти могут дать угол наклона линии тренда графика изменения нагрузки во времени при выполнении кистевого

–  –  –

З П, (2.7), З

–  –  –

патологии.

Информация о наличии и величине структурной и функциональной асимметрии в ОДА, вызванных ампутацией и последующим протезированием НК или оперативным вмешательством при РЛ РМЖ и его последствиями в двух обследуемых группах пациентов будет необходима на дальнейших этапах исследования для правильной трактовки результатов их биомеханического обследования.

Показатели дисбаланса нагрузок в опорном контуре.

Дисбаланс нагрузок в системе «человек – опора» проявляется в виде смещения нагрузки во фронтальной плоскости (относительно медиальной плоскости) и сагиттальной (относительно физиологически оптимального положения) (рисунок 2.1).

Такое смещение нагрузки приведет к соответственному смещению главного вектора нагрузки в опорном контуре стоп. Поэтому одним из первых показателей для оценки баланса нагрузок в опорном контуре стоп будет коэффициент фронтальной децентрализации нагрузки в опорном контуре K G x (б.р.) относительное фронтальное смещение главного вектора весовой нагрузки.

Данный коэффициент рассчитывается по формуле:

–  –  –

где G расстояние между центром опорного контура и главным вектором нагрузки G в проекции на фронтальную плоскость XZ; L x условная ширина опорного контура, определяемая как расстояние между латеральными опорными точками левой и правой стопы, лежащими на линии, разделяющей стопы на переднюю и заднюю части (рисунок 2.2).

Рисунок 2.1 Принятая система координат при оценке позы (названия и цветовая схема обозначения плоскостей в дальнейшем использована при визуализации фотоизображений фигуры пациента в соответствующих проекциях).

Рисунок 2.2 Схема определения параметров для расчета показателей оценки баланса нагрузок в опорном контуре во фронтальной плоскости Увеличение показателя фронтальной децентрализации нагрузки в опорном контуре K Gx при одном и том же весе пациента будет свидетельствовать об увеличении момента сил, дестабилизирующего опору, и о снижении запаса устойчивости пациента, что будет сопряжено с риском потери равновесия и падением его в сторону смещения вектора нагрузки.

Снижение опороспособности конечности приводит к снижению устойчивости опоры на нее. В этих условиях можно ожидать, что нагрузка в опорном контуре будет смещаться вперед, так как в этом случае пациенту будет легче удержаться от падения.

Для оценки баланса нагрузки в сагиттальной плоскости можно использовать коэффициент сагиттального рассогласования положения оси нагрузки в опорном контуре K G y (б. р.) относительное сагиттальное смещение главного вектора весовой нагрузки (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 Схема определения параметров для расчета показателей баланса нагрузок в опорном контуре стоп в сагиттальной плоскости и диагонального перекоса опоры Этот показатель определяется в относительных единицах и рассчитывается по формуле:

–  –  –

где y G расстояние между центром опорного контура и главным вектором нагрузки G в проекции на сагиттальную плоскость YZ (рисунок 2.3), Ly условная длина опорного контура пациента, определяемая как расстояние от линии, соединяющей крайние задние точки опорной части каблука обуви под левой и правой стопой, до линии, соединяющей крайние передние точки опорной части носка обуви под стопами, в проекции на сагиттальную плоскость.

Физиологически оптимальным значением показателя принято то, при котором вектор нагрузки расположен на линии, разделяющей опорный контур на заднюю и переднюю часть в пропорции 0,36 к 0,64. Деление длины стопы именно в этой пропорции предпринято в связи с местоположением бугристости ладьевидной кости на расстоянии 36% длины стопы от ее заднего края в проекции на плоскость опоры. Принятие в качестве ориентира бугристости ладьевидной кости связано с тем, что она отражает положение таранно-ладьевидного сочленения стопы (наивысшая точка продольного свода) и пяточно-кубовидного сочленения стопы (наивысшая точка наружного свода), образующих зону физиологически оправданного расположения оси нагрузки на стопу.

Кроме того, в качестве показателя дисбаланса нагрузки в опорном контуре целесообразно также использовать показатели диагонального перекоса нагрузки в

–  –  –

между поперечной осью опорного контура X и исходящим из его центра лучом, проходящим через точку приложения главного вектора весовой нагрузки; 2 – величина (выраженность) перекоса опоры, измеряемая величиной смещения центра давления

–  –  –

Показатели дисбаланса нагрузок в биокинематической цепи ОДА.

Для оценки дисбаланса весовых нагрузок в БКЦ ОДА можно использовать показатели фронтального рассогласования положения вектора нагрузки и оси БКЦ.

Такими показателями были приняты:

- коэффициент фронтального дисбаланса нагрузок в БКЦ на уровне таза x 2 расстояние между главным вектором весовой нагрузки G и точкой, лежащей на середине отрезка, соединяющего верхние задние ости левой и правой подвздошных костей (точки «т.2l» и «т.2r» на рисунке 2.4), в соотношении к росту пациента H;

- коэффициент фронтального дисбаланса нагрузок в БКЦ на уровне плечевого пояса x 4 расстояние между вектором нагрузки G и точкой, лежащей на середине отрезка, соединяющего проксимальные точки левой и правой аксиллярных складок на дорсальной поверхности (точки «т.4l» и «т.4r» на рисунке 2.4) также в соотношении к росту пациента.

–  –  –

где x 2 l и x2 r координаты задней верхней ости левой и правой подвздошной кости; x 4 l и x4 r координаты проксимальной точки левой и правой аксиллярной складки на дорсальной поверхности, x G координата вектора нагрузки, H – рост пациента.

Рисунок 2.4 Схема определения параметров для расчета показателей баланса весовых нагрузок в БКЦ во фронтальной плоскости Соответственно, для оценки баланса нагрузок в ОДА в сагиттальной плоскости использовалась информация о положении главного вектора нагрузки относительно в БКЦ в проекции на эту плоскость:

- коэффициент сагиттального положения главного вектора нагрузки в БКЦ на уровне таза y 2 расстояние между главным вектором весовой нагрузки G и точкой максимального изгиба в поясничном отделе в соотношении к росту пациента;

- коэффициент сагиттального положения главного вектора нагрузки в БКЦ на уровне плечевого пояса y 5 расстояние между главным вектором нагрузки G и вершиной угла, образованного контурами грудной клетки и шеи в проекции на сагиттальную плоскость, в соотношении к росту пациента (рисунок 2.5).

Показатели y 2 и y 5 рассчитывались по формулам

–  –  –

где y2 координата точки максимального изгиба в поясничном отделе по оси Y, y5 координата вершины угла, образованного контурами грудной клетки и шеи по оси Y, yG координата вектора нагрузки, H – рост пациента.

Рисунок 2.5 Схема определения параметров для расчета показателей баланса нагрузок в БКЦ в сагиттальной плоскости

2.2 Показатели компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе при структурно-функциональной асимметрии опорнодвигательного аппарата С учетом проанализированных в разделе 1.1 научных данных о проявлениях и последствиях структурно-функционального дисбаланса при некоторых патологиях ОДА человека, а также с учетом типа структурно-функциональной асимметрии опорнодвигательного аппарата у пациентов на протезах нижних конечностей и пациентов с постмастэктомическим отёком верхних конечностей можно предположить, что показателями компенсаторных реакций в ответ на увеличение дисбаланса весовых нагрузок у них будут:

- увеличение размеров опорного контура за счет коррекции положения стоп на опоре;

- изменение конфигурации БКЦ в виде наклона корпуса или разворота отдельных регионов или сегментов ОДА;

- повышение напряженности системы постуральной регуляции.

Рассмотрим критерии, которыми можно оценить эти показатели.

Показатели изменения размеров опорного контура в статике.

Показателями изменения размеров опорного контура в статике (за счет коррекции положения стоп на опоре) являются коэффициенты изменения ширины, длины и, как следствие, площади опорного контура.

Коэффициент изменения ширины опорного контура (%) можно рассчитать следующим образом:

Lx2 Lx1 Lx ( ) 100%, (2.14), Lx1 где ширина опорного контура в исходном состоянии пациента, –в результативном состоянии, определяемые как расстояние между латеральными опорными точками левой и правой стопы, лежащими на линии, разделяющей стопы на переднюю и заднюю части, в проекции на фронтальную плоскость XZ.

Соответственно, коэффициент изменения длины опорного контура L y (%):

L y 2 L y1 L y ( ) 100%           (2.15), L y1 где длина опорного контура в исходном состоянии пациента, в результативном состоянии, определяемые как расстояние между точками, лежащими на середине отрезков, соединяющих передне-срединную точку носка обуви левой и правой стопы и задне-срединную точку задника обуви, в проекции на сагиттальную плоскость YZ.

и/или L y  (дивергенцией стоп, смещением одной из Увеличение параметров стоп вперёд или назад, разворотом стоп) в ответ на изменение баланса нагрузок в ОДА можно расценивать как компенсация вызванного им снижения устойчивости опоры.

Однако, учитывая, что стопы обычно располагаются в опоре не симметрично, а с некоторым разворотом в плоскости XY, причем он может отличаться для левой и правой и L y  лишь стопы, изменение размера опорного контура оценивается параметрами в одном из продольных и одном из поперечных сечений опорного контура. Это же является причиной снижения точности измерения площади опорного контура простым и L y   и, следовательно, снижением точности определения ее перемножением

–  –  –

При проведении экспериментальных исследований проблема эта может быть решена тем, что возможность изменения стоп в опоре будет блокирована. Такой подход оправдан, так как такой вариант компенсаторной реакции на дисбаланс нагрузок является для пациента самым «безобидным», в отличие от двух других вариантов – изменения конфигурации БКЦ ОДА и увеличения напряженности системы постуральной регуляции.

Более того, именно блокировка возможности выбора пациентом первого варианта компенсации будет способствовать более активному проявлению двух других, наблюдение за которыми представляет больший научный и практический интерес в рамках предпринятого исследования.

Показатели изменения конфигурации БКЦ ОДА в статике.

Для оценки компенсаторного изменения конфигурации ОДА во фронтальной плоскости целесообразно оценивать асимметрию положения звеньев БКЦ в ортогональных координатах пространства.

Все показатели, основанные на линейных размерах, для возможности сопоставления их у обследованных, имеющих разный рост, целесообразно вычислять как безразмерные величины – в соотношении к размеру опорного контура или росту пациента.

В качестве показателей изменения конфигурации ОДА во фронтальной плоскости были приняты:

- фронтальный наклон голени (рисунок 2.6);

- фронтальный наклон таза угол между горизонтальной осью координат X и линией, соединяющей задние верхние ости левой и правой подвздошных костей, в проекции на фронтальную плоскость XZ (рисунок 2.7);

- относительная латерализация таза K X 2 расстояние между вертикальной осью координат Z и точкой, лежащей на середине отрезка, соединяющего задние верхние ости левой и правой подвздошных костей, в проекции на фронтальную плоскость XZ, в соотношении к ширине опорного контура (рисунок 2.7);

- коэффициент фронтального изгиба линии остистых отростков K X 3 (формула 2.19) K X 4 расстояние между

- относительная латерализация плечевого пояса вертикальной осью координат Z и точкой, лежащей на середине отрезка, соединяющего левую и правую проксимальные точки аксиллярных складок на дорсальной поверхности, в проекции на фронтальную плоскость XZ, в соотношении к ширине опорного контура (рисунок 2.7);

–  –  –

координат X и линией, соединяющей проксимальные точки аксиллярных складок на дорсальной поверхности, в проекции на фронтальную плоскость XZ (рисунок 2.8);

–  –  –

- относительная латерализация шеи K X 5 расстояние между точкой на остистом отростки 7-го шейного позвонка и вертикальной осью координат Z в проекции на фронтальную плоскость XZ, в соотношении к ширине опорного контура (рисунок 2.8);

–  –  –

на которых проводится измерение данного параметра;

5 (град.) - угол между вертикальной осью

- фронтальный угол наклона корпуса.

координат Z и линией, соединяющей точку остистого отростка 7-го шейного позвонка и точку, лежащую на середине отрезка, соединяющего задние верхние ости левой и правой подвздошных костей, в проекции на фронтальную плоскость XZ.

Фронтальный наклон голени определялся как угол между вертикальной осью координат Z и осью голени конечности (для искусственной конечности - стойкой голени протеза) (рисунок 2.6).

–  –  –

Сагиттальное положение БКЦ оценивалось следующими показателями:

- сагиттальный наклон голени – угол между вертикальной осью координат Z и осью голени конечности (для искусственной конечности стойкой голени протеза) в проекции на сагиттальную плоскостьYZ (рисунок 2.9);

- показатели положения грудной клетки в сагиттальной плоскости K Y 5' и KY 5" (рисунок 2.9).

Два последних из этих показателей рассчитывались по формулам:

–  –  –

где ly 5 ' расстояние от вертикальной оси координат Z до вершины угла, образованного контурами передней поверхности грудной клетки и шеи, в проекции на сагиттальную плоскость YZ; ly5'' аналогично, но для контуров задней поверхности; Ly длина опорного контура (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 Схема определения параметров для расчета показателей сагиттального положения БКЦ В горизонтальной плоскости учитывалась ротация плечевого пояса 5rot, которая определялась как угол между горизонтальной осью координат X и линией, соединяющей проксимальную точку акромиального отростка лопатки, в проекции на горизонтальную плоскость XY (рисунок 2.

10).

–  –  –

Показатели изменения напряженности системы постуральной регуляции.

Третья группа показателей характеризует напряженность системы постуральной регуляции (системы регуляции позы). В ортопедии с этой целью используют стабиллографические исследования и соответствующие этому методу показатели: Lsk (мм) длина статокинезиограммы (траектории движения проекции центра тяжести на горизонтальную плоскость XY); V sk (мм/с) скорость миграции общего центра давления

–  –  –

соответственно, во фронтальной и сагиттальной плоскостях статокинезиограммы; LFS 95 отношение длины статокинезиограммы к её площади; St (мм2/c) индекс равновесия [71], [72].

Таким образом, для экспериментального исследования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в системе «человек – опора» у пациентов со структурнофункциональной асимметрией нижних и верхних конечностей необходимо регистрировать биомедицинскую информацию и рассчитывать показатели, представленные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Показатели, использованные при выявлении особенностей компенсаторных механизмов дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе

–  –  –

2.3 Модели формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе в системе «человек – опора» у пациентов на протезе нижней конечности и с постмастэктомическим отёком верхней конечности Чтобы разработать методическое и техническое решения, повышающие достоверность оценки дисбаланса нагрузок у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей в ортоградной позе следует провести анализ этой биологической системы и выявить те ее свойства, которые влияют на качество исследуемой позы. Анализ этот должен базироваться на системном подходе, вне которого трудно представить себе исследования в данной области.

В этом отношении качество позы целесообразно рассматривать как следствие состояния двух систем: исполнительного механизма – ОДА и управляющей системы – системы управления позой.

Что касается ОДА, то относящимися к нему факторами, влияющими на качество позы, являются:

- структурные характеристики БКЦ размеры сегментов ОДА, их массы и схема расположения относительно друг друга;

- функциональные характеристики сила мышц, подвижность суставов, опороспособность нижних конечностей.

Количественно оценить многие из этих факторов достаточно сложно. Во всяком случае это относится к определению масс сегментов конечностей и силе некоторых групп мышц.

Еще сложнее оценить состояние и измерить параметры факторов, относящихся к системе управления позой. Рассмотрим этот процесс в аспекте исследования компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок в ОДА.

Поддержание вертикальной позы человека является сложным рефлекторным актом, обеспечивающим адекватное положение тела в пространстве за счет координированной деятельности антигравитационных мышц, противодействующих силам земного притяжения (Р. Магнус [50], Е.К. Сепп [70], Н.А. Бернштейн [4], В.С.

Гурфинкель [16] – [18], Д.Д. Донской [24]).

Функцию поддержания позы и функцию движения в двигательной активности человека в условиях обычной жизнедеятельности разделить достаточно сложно: как невозможно движение без удержания позы, так и невозможно удержание позы без движения. Это же подчеркивается и в «Международной номенклатуре нарушений, ограничений жизнедеятельности и социальной недостаточности» МКН-2, в которой «поддерживание принятой позы» и «управление положением тела» входят в понятие «мобильность» (как и прочие виды локомоций).

Поза человека в положении стоя является автоматизированным двигательным навыком и программа стояния в человеческом организме заложена генетически (В.С.Гурфинкель, Ю.С. Левик, 1995) [17]. Н.А. Бернштейн обосновал, что управление статикой позы происходит посредством рецепции мышечных усилий и напряжений и она есть результат взаимодействия внутренних сил активного мышечного сокращения, внешних сил земного тяготения и сопротивления среды, а также внутренних и внешних реактивных сил, а система, управляющая произвольными движениями человека имеет иерархическое строение и процесс управления ими имеет «кольцевой характер»

(Бернштейн Н.А., 1948 [4]). Эта концепция наиболее полно отражена в трудах Н.А.

Бернштейна в теории уровней построения движений. С уровнями построения движений Н.А. Бернштейн соотносил морфологические отделы нервной системы: спинной и продолговатый мозг, подкорковые центры и кору больших полушарий, сопоставляя каждому из них свой тип движений. Таким образом было выделено пять следующих уровней управления движением.

Руброспинальный уровень – функционирующий уже с первых недель после рождения человека. Этот уровень определяет мышечный тонус и участвует в обеспечении всех движений совместно с другими уровнями. Самостоятельно им могут осуществляться также некоторые непроизвольные примитивные движения, например, дрожание при нервном возбуждении, от холода и т.п. Таламопалидарный уровень – функционирующий со второго полугодия жизни ребенка, обеспечивающий переработку сигналов от мышечно-суставных рецепторов о взаимном расположении частей тела и участвующий в организации движений более сложного типа, чем просто мышечный тонус. Пример таких движений – произвольная мимика лица. Такие движения не нуждаются в информации о характеристиках внешнего пространства. Пирамидно-стриальный уровень (уровень пространственного поля) – начинающий развиваться уже на первом году жизни и продолжающийся в детстве и юности, в обеспечении которого, наряду с подкорковыми структурами, принимает участие кора головного мозга. На этот уровень поступает информация о характеристиках внешней среды, и он отвечает за построение движений в привязке к форме, положению, весу и другим особенностям объектов окружающего пространства. К таким движениям относятся тонкая моторика рук, перемещение тела в пространстве и др. Уровень предметных действий – развивающийся по мере созревания как самих зон коры, так и межзонального взаимодействия между ними в процессе развития организма и функционирующий при обязательном участии коры головного мозга (теменных и премоторных зон). Этим уровнем обеспечивается организация движений, учитывающих не только объекты окружающего пространства и другие характеристики внешней среды, но и логика использования предметов (орудийные действия, манипуляторные движения). Высший уровень организации движений обеспечивающийся высшими интегративными возможностями коры больших полушарий головного мозга и зависящий от ее развития. Этим уровнем обеспечиваются интеллектуализированные двигательные акты (артикуляция в речи, движения руки при письме, жесты глухонемых при общении).

Патологические изменения на любом из уровней этой системы могут привести к нарушению регуляции позы, в том числе, к несогласованности мышечных усилий для ее формирования и поддержания и, следовательно, к снижению ее стабильности и устойчивости опоры пациента. Но при оценке дисбаланса нагрузок в ортоградной позе наибольшую значимость имеют нарушения сенсорных систем, основными из которых являются: зрительная, вестибулярная, проприоцептивная. Все эти системы функционируют в процессе регуляции позы в неразрывном единстве [16].

Кроме того, для организма человека, как и для многих других биологических систем, характерен дрейф параметров его состояния в случае его усталости и утомления, причиной которых может являться продолжительное обследование.

Можно выделить три основные группы таких входных факторов, влияющие на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе для исследуемого в данной работе контингента пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей:

1 характеристики состояния пациента, точнее – его опорно-двигательного аппарата и системы постуральной регуляции;

2 характеристики технического средства реабилитации;

3 характеристики окружающей среды.

У пациентов с протезом нижней конечности основными факторами первой из этих групп, являются:

- параметры состояния системы управления позой:

–  –  –

Среди основных факторов окружающей среды, влияющих на позу пациента следует выделить:

- информационную поддержку по удержанию заданной позы посредством соответствующих рекомендаций специалиста;

- возмущающие информационные сигналы – крики, громкие звуки и т.п.;

- освещенность пространства, от которой зависит возможность участия в поддержании позы зрительной сенсорной системы;

- комфортность условий обследования - температура, влажность, которые, как известно, также влияют на качество позы.

При этом такие характеристики среды как наклон и рельеф опорной поверхности мы не учитываем, так как априори считаем, что все обследования будут проводиться на твердой горизонтальной опоре.

У пациентов с постмастэктомическим отёком характерными факторами его состояния, влияющими на позу будут:

- параметры состояния системы управления позой:

- зрительной сенсорной системы,

- вестибулярной,

- проприоцептивной;

- параметры состояния ОДА:

- структурные характеристики ОДА:

- масса отёчной конечности, т.е. со стороны мастэктомии и масса контралатеральной конечности;

- масса ампутированной (части или всей) молочной железы и окружающих тканей со стороны оперативного вмешательства и масса аналогичных структур с контралатеральной стороны, от которых зависит асимметрия масс на уровне грудного региона ОДА;

- деформация позвоночника и наклон таза, которые часто наблюдаются у пациентов после мастэктомии;

- функциональные характеристики ОДА:

-тонусно-силовой дисбаланс в ОДА.

К факторам второй группы характеристикам технического средства реабилитации, влияющим на позу, у этих пациентов относятся:

- масса протеза молочной железы, от которой зависит асимметрия масс на уровне грудного региона;

- эргономичность протеза молочной железы, включая его крепление к телу, которые, как показывает практика, влияют на позу пациенток.

Факторы окружающей среды, влияющие на позу этих пациенток не отличаются от таковых, перечисленных для пациентов на протезах нижних конечностей.

Перечисленные параметры являются входными для рассматриваемой БТС, а ее выходными параметрами в рассматриваемом аспекте, прежде всего, будут те, которые характеризуют баланс нагрузок в системе:

- дисбаланс нагрузок в опорном контуре стоп (патологическое смещение нагрузки в продольном направлении опорного контура – в сагиттальном и поперечном фронтальном);

- дисбаланс нагрузок в БКЦ ОДА (патологическое смещение нагрузки на различных уровнях ОДА в сагиттальной и фронтальной плоскостях);

Но только этими параметрами характеризовать качество позы недостаточно.

Необходимо также оценивать те компенсаторные реакции, которые были вовлечены в снижение дисбаланса нагрузок или которые прогностически следует ожидать: позные рефлексы, восстанавливающие нарушенное равновесие (врожденные безусловные), и позные рефлексы, предупреждающие нарушение равновесия (приобретенные при жизни

– условные) [71]. Еще в 1949 г. Е.К. Сепп выявил в стволе мозга два центра равновесия:

1) безусловно-рефлекторный, реагирующий на вестибулярную рецепцию и восстанавливающий нарушенное равновесие (в среднем отделе мозга); 2) условнорефлекторный, реагирующий на кожные и мышечно-суставные, а также зрительные, рецепции и предупреждающий возможные нарушения равновесия [70].

Можно предположить, что эти реакции будут направлены на уменьшение дисбаланса весовых нагрузок в системе и/или повышение запаса устойчивости позы, и будут заключаться в следующих актах:

- изменение конфигурации БКЦ в виде наклона корпуса, разворота отдельных регионов или сегментов ОДА;

- коррекция положения стоп на опоре для увеличения размеров опорного контура;

- повышение напряженности работы системы постуральной регуляции.

Следует учитывать, что на эти же параметры будут оказывать влияние и факторы состояния системы «пациент – ТСР» характеристики состояния самого пациента, ТСР и взаимодействия их между собой.

Данные рассуждения представлены на рисунках 2.11 и 2.12 в виде моделей формирования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе у пациентов на протезе нижней конечности и у пациентов с постмастэктомическим отёком верхней конечности.

Модель, представленная на рисунке 2.11, отражает наш взгляд процессы формирования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе стоя у пациентов на протезе нижней конечности. На рисунке приняты следующие обозначения: БКЦ – биокинематическая цепь; Возм – возмущающие информационные сигналы; ВС – вестибулярная система; ДК – длина культи нижней конечности; ДНК – длина нижней конечности контралатеральной по отношению к ампутации; ДПК – длина протезированной нижней конечности; ДПТ – деформации позвоночника и наклон таза;

ЗСС – зрительная сенсорная система; Инф информационная поддержка по удержанию заданной позы; КН – культя нижней конечности; КНК конечность нижняя контралатеральная по отношению к ампутации; Комф – комфортность условий обследования; КПТ – комплекс позвоночника и таза; КПГ комфортность приемной гильзы протеза нижней конечности; МК – масса культи нижней конечности; МНК – масса нижней конечности контралатеральной по отношению к ампутации; МПК – масса протезированной нижней конечности; МПН – масса протеза нижней конечности; НК – нижние конечности; ОДА – опорно-двигательный аппарат; ОК – опороспособность культи нижней конечности; ОНК – опороспособность нижней конечности контралатеральной по отношению к ампутации; ОПК – опороспособность протезированной нижней конечности; Осв – освещенность пространства; ПНК - протез нижней конечности; ПСС – проприоцептивная система; СПП схема построения протеза нижней конечности; СПР – система постуральной регуляции; ФУП – функциональность узлов протеза нижней конечности; ЦНС центральная нервная система; штрихпунктирные стрелки – причинно-следственные связи; пунктирные стрелки – обратная связь; сплошные стрелки – компенсаторные реакции.

Эти процессы рассматриваются во взаимодействии следующих подсистем: пациент (с системой постуральной регуляции и ОДА), технические средства реабилитации, окружающая среда. Вследствие того, что протезированная конечность, представляемая культей и протезом, с одной стороны, и контралатеральная к ампутации конечность, с другой стороны, имеют разные массу, опороспособность, длину, возникает структурнофункциональная асимметрия в системе «пациент – протез» и, как следствие, дисбаланс масс в БКЦ ОДА и дисбаланс нагрузок в опорном контуре, что снижает устойчивость позы. Информация о качестве позы передаётся на систему постуральной регуляции, формируя таким образом обратную связь в рассматриваемой биотехнической системе и вызывая компенсаторные реакции, направленные на снижение дисбаланса нагрузок в опорном контуре и повышение устойчивости позы. Эти компенсаторные реакции могут проявляться в виде изменения положения стоп в опоре, конфигурации БКЦ ОДА, напряженности системы регуляции позы.

Рисунок 2.11 Модель формирования дисбаланса всовых нагрузок в ортоградной позе стоя у пациентов на протезе нижней конечности.

Обозначения приведены в тексте.

Модель, представленная на следующем рисунке (рисунок 2.12), в отличии от предыдущей модели, отражает особенности дисбаланса нагрузок у пациенток с постмастэктомическим отёком верхней конечности. В модели использованы следующие обозначения: БКЦ – биокинематическая цепь; Возм – возмущающие информационные сигналы; ВС – вестибулярная система; ГР – грудной регион; ДПТ – деформации позвоночника и наклон таза; ЗСС – зрительная сенсорная система; Инф информационная поддержка по удержанию заданной позы; КВМ – конечность верхняя со стороны мастэктомии; КВК – конечность верхняя контралатеральная по отношению к мастэктомии; Комф – комфортность условий обследования; КПТ – комплекс позвоночника и таза; МВК – масса верхней конечности контралатеральной по отношению к мастэктомии; МВМ масса верхней конечности со стороны мастэктомии; ММЖ – масса молочной железы; МГМ – масса грудного региона (молочной железы и окружающих тканей) со стороны мастэктомии; МГП масса грудного региона с протезом молочной железы; МГК – масса грудного региона (молочной железы и окружающих тканей) контралатерального по отношению к мастэктомии; ОДА – опорно-двигательный аппарат; Осв – освещенность пространства; ПМЖ – протез молочной железы; ПСС – проприоцептивная система; СПР – система постуральной регуляции; ТСК – тонусносиловые характеристики грудного региона и верхней конечности контралатеральных по отношению к мастэктомии; ТСМ – тонусно-силовые характеристики грудного региона и верхней конечности со стороны мастэктомии; ЦНС центральная нервная система;

ЭПМЖ – эргономичность протеза молочной железы; штрих-пунктирные стрелки – причинно-следственные связи; пунктирные стрелки – обратная связь; сплошные стрелки

– компенсаторные реакции. Причинами дисбаланса нагрузок являются: разная масса верхних конечностей, надплечий, грудного региона из-за удаления пораженных тканей молочной железы и окружающих ее структур, отёка конечности со стороны оперативного вмешательства; тонусно-силовой дисбаланс верхнего региона туловища вследствие оперативного вмешательства и лучевой терапии.

Рисунок 2.12 Модель формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе стоя в системе «человек – опора» у пациенток с постмастэктомическим отёком верхней конечности.

Обозначения приведены в тексте.

Объединение этих двух разработанных моделей (см. рисунок 2.11 и 2.12) позволило создать обобщённую модель формирования компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок в ортоградной позе со структурно-функциональной асимметрией ОДА у пациентов на протезах нижних конечности и с постмастэктомическим отёком верхней конечности. На рисунке 2.13 использованы следующие обозначения: БКЦ – биокинематическая цепь; Возм – возмущающие информационные сигналы; ВС – вестибулярная система; ГР – грудной регион; ДК – длина культи нижней конечности;

ДНК – длина нижней конечности контралатеральной по отношению к ампутации; ДПК – длина протезированной нижней конечности; ДПТ – деформации позвоночника и наклон таза; ЗСС – зрительная сенсорная система; Инф информационная поддержка по удержанию заданной позы; КВМ – конечность верхняя со стороны мастэктомии; КН – культя нижней конечности; КНК конечность нижняя контралатеральная по отношению к ампутации; КВК – конечность верхняя контралатеральная по отношению к мастэктомии; Комф – комфортность условий обследования; КПТ – комплекс позвоночника и таза; КПГ комфортность приемной гильзы протеза нижней конечности;

МВК – масса верхней конечности контралатеральной по отношению к мастэктомии;

МВМ масса верхней конечности со стороны мастэктомии; ММЖ – масса молочной железы; МГМ – масса грудного региона (молочной железы и окружающих тканей) со стороны мастэктомии; МГП масса грудного региона с протезом молочной железы; МГК

– масса грудного региона (молочной железы и окружающих тканей) контралатерального по отношению к мастэктомии; МК – масса культи нижней конечности; МНК – масса нижней конечности контралатеральной по отношению к ампутации; МПК – масса протезированной нижней конечности; МПН – масса протеза нижней конечности; НК – нижние конечности; ОДА – опорно-двигательный аппарат; ОК – опороспособность культи нижней конечности; ОНК – опороспособность нижней конечности контралатеральной по отношению к ампутации; ОПК – опороспособность протезированной нижней конечности; Осв – освещенность пространства; ПМЖ – протез молочной железы; ПНК - протез нижней конечности; ПСС – проприоцептивная система;

СПП схема построения протеза нижней конечности; СПР – система постуральной регуляции; ТСК – тонусно-силовые характеристики грудного региона и верхней конечности контралатеральных по отношению к мастэктомии; ТСМ – тонусно-силовые характеристики грудного региона и верхней конечности со стороны мастэктомии; ФУП – функциональность узлов протеза нижней конечности; ЦНС центральная нервная система; ЭПМЖ – эргономичность протеза молочной железы; штрих-пунктирные стрелки – причинно-следственные связи; пунктирные стрелки – обратная связь;

сплошные стрелки – компенсаторные реакции

–  –  –

1. Основными факторами структурно-функциональной асимметрии, приводящими к дисбалансу весовых нагрузок у пациентов на протезах НК являются: снижение массы, уменьшение длины и нарушение опороспособности протезированной конечности, что должно приводить к смещению опоры и нагрузки в сторону сохранной конечности. У пациенток с постмастэктомическим отёком ВК направление смещения нагрузки в опорном контуре может быть различным для разных пациенток, так как оно зависит от таких факторов как асимметрия масс в ОДА, величина которой зависит от соотношения уменьшения массы со стороны удаления тканей и увеличения массы из-за отёка ВК с этой же стороны и протеза железы (при его наличии) и тонусно-силовой дисбаланс на уровне грудного региона и ВК, тип которого определяется особенностями оперативного вмешательства и облучения и их последствиями.

2. Основными показателями дисбаланса весовых нагрузок в опорном контуре стоп в ортоградной позе стоя являются направление и величина смещения точки приложения главного вектора нагрузки в опорном контуре стоп: во фронтальной плоскости относительно центра опорного контура; в сагиттальной относительно линии, соединяющей бугристости ладъевидной кости левой и правой стопы. Дополнительным показателем является асимметрия распределения нагрузки между передним и задним отделом левой и правой стопы, отражающая диагональный перекос опоры. Смещение главного вектора нагрузки в опорном контуре целесообразно рассчитывать в долях от его размера во фронтальной плоскости или сагиттальной, соответственно.

3. Основными показателями дисбаланса весовых нагрузок в БКЦ ОДА в ортоградной позе стоя у обеих рассматриваемых групп пациентов являются направление и величина латерализации главного вектора нагрузок относительно оси БКЦ на уровне таза, плечевого пояса и шеи, дополнительные показатели – смещения этого вектора на аналогичных уровнях БКЦ в сагиттальной плоскости. Смещение главного вектора нагрузки относительно БКЦ целесообразно рассчитывать в долях от роста пациента.

4. Теоретически доказано, что у пациентов на протезах нижних конечностей и пациентов с постмастэктомическим отёком верхних конечностей в ответ на увеличение дисбаланса нагрузок должны формироваться три варианта компенсаторных реакций, направленных на повышение устойчивости позы: изменение положения стоп в опоре для увеличения запаса устойчивости за счёт увеличения размеров опорного контура;

изменение конфигурации БКЦ для приближения проекции ОЦМ системы к центру опорного контура; повышение напряженности системы постуральной регуляции для увеличения контроля за сохранением равновесия.

5. Изменение расположения стоп в опоре является не всегда возможным, но самым «безобидным» для пациента вариантом компенсации дисбаланса нагрузок, так как он не требует значительного увеличения энергозатрат и не повышает риск деформации позвоночника. Поэтому при проведении экспериментальных обследований в рамках предпринятого исследования возможность изменения положения стоп в опоре следует блокировать, чтобы у пациента более активно проявлялись два других более опасных для него варианта компенсации: изменение конфигурации БКЦ и повышение напряженности системы постуральной регуляции.

6. В модели формирования компенсаторных реакций ОДС на дисбаланс нагрузок в ортоградной позе стоя для рассматриваемых групп пациентов должны учитываться три группы входных факторов: относящихся к пациенту, техническому средству реабилитации, окружающей среде. Первая группа факторов включает состояние системы постуральной регуляции (зрительной сенсорной системы, вестибулярной, проприоцептивной) и состояние ОДА (для пациентов на протезах НК характерными факторами являются соотношения масс, длин и опороспособности культи и сохранной конечности; для пациенток с постмастэктомическим отёком – соотношение масс удалённых тканей и аналогичных структур с контралатеральной стороны, масса отёка, тонусно-силовой дисбаланс в верхних регионах ОДА). Вторая группа факторов включает:

характерные для пациентов на протезах масса протеза и схема его построения, функциональность узлов протеза, комфортность приёмной гильзы; характерные для пациенток с постмастэктомическим отёком – масса протеза, эргономичность протеза и средств его крепления. Третья группа факторов включает: возмущающие информационные сигналы, освещенность пространства, температуру и влажность воздуха, информационную поддержку по удержанию заданной позы, наклон и рельеф опорной поверхности.

Выходными факторами такой модели являются: параметры распределения нагрузки в опорном контуре стоп и расположения главного вектора нагрузки относительно БКЦ ОДА.

Обратная связь в ней должна учитываться как процесс формирования компенсаторных реакций в ответ на изменение устойчивости позы, благодаря позным рефлексам врождённым (безусловным), восстанавливающим нарушенное равновесие, и приобретённым при жизни (условным), предупреждающим нарушение равновесия, выражающимся в виде изменения положения стоп в опоре, конфигурации БКЦ ОДА и напряжения системы постуральной регуляции.

7. При организации экспериментальных биомеханических обследований для исследования компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок у рассматриваемых групп пациентов и трактовки их результатов необходимо учитывать высокую индивидуальность параметров их исходного состояния, высокие возможности самонастройки организма пациента, дрейф параметров его состояния при усталости и утомлении пациента, поливариантность компенсаторных реакций.

Таким образом, в главе II были решены первая и вторая задачи исследования:

- проведен теоретический анализ системы «человек – опора» и выявлены ее свойства и характеристики, которые должны учитываться при исследовании нарушений баланса весовой нагрузки в ортоградной позе стоя у пациентов со структурнофункциональной асимметрией опорно-двигательного аппарата

- теоретически обоснованы показатели компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в системе «человек – опора» и модель их формирования у пациентов со структурно-функциональной асимметрией опорно-двигательного аппарата;

Полученные при этом результаты относятся к информационному обеспечению исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе с учётом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы.

 

ГЛАВА III. ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСБАЛАНСА НАГРУЗОК В ОРТОГРАДНОЙ ПОЗЕ С

УЧЕТОМ КОМПЕНСАТОРНЫХ РЕАКЦИЙ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОЙ

СИСТЕМЫ

3.1 Схема съема биомедицинской информации для исследования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе при структурно-функциональной асимметрии в опорно-двигательном аппарате Теперь, после теоретического обоснования показателей компенсаторных реакций ОДС на дисбаланс нагрузок в ортоградной позе (раздел 2.2) и разработки обобщенной модели их формирования у пациентов на протезах нижних конечности и с постмастэктомическим отёком верхней конечности, можно определить схему съема (регистрации) необходимой БМИ для экспериментального исследования этих биомеханических процессов.

В разделе 2.3 были обоснованы входные и выходные факторы, которые необходимо учитывать при исследовании компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок при структурно-функциональной асимметрии ОДА у рассматриваемых групп пациентов Однако некоторые из них инструментально оценить очень сложно или даже невозможно, и более целесообразно использовать с этой целью клинический осмотр пациента. Это, например, касается таких характеристик, как параметры состояния зрительной сенсорной системы, вестибулярной, проприоцептивной.

Некоторые из характеристик состояния пациента и ТСР целесообразно измерять не отдельно, а в их совокупности в составе системы «пациент – ТСР». Например, нет смысла отдельно определять длину культи, протеза и контралатеральной (сохранной или тоже протезированной) нижней конечности. Целесообразнее определить асимметрию длины левой и правой нижней конечности. То же можно сказать и об определении масс сегментов ОДА. Интерес представляют не их массовые характеристики, а вызванное ими смещение общего центра масс в ОДА. Однако, и эта задача сложна: при обследовании пациента можно только понять тенденцию смещения ОЦМ (в какую сторону относительно его нормативного положения и насколько выражено), пользуясь для этого измеренными данными о величине веса ТСР и клинически полученной информацией о параметрах ОДА пациента.

Что касается опороспособности культи усечённой конечности и контралатеральной конечности, характеристик комфортности и функциональности протеза, то их тоже нет необходимости измерять отдельно, а следует сразу определять асимметрию опороспособности левой и правой нижних конечностей, на которую собственно эти характеристики и влияют. Это может быть выполнено инструментальным методом. То же можно сказать и об измерении тонусно-силового дисбаланса верхних конечностей.

Инструментально также могут быть измерены: параметры дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп (патологическое смещение нагрузки в продольном направлении опорного контура – в сагиттальном и поперечном фронтальном); дисбаланс нагрузок в БКЦ ОДА (патологическое смещение нагрузки на различных уровнях ОДА в сагиттальной и фронтальной плоскостях); изменение конфигурации БКЦ в виде наклона корпуса, разворота отдельных регионов или сегментов ОДА; повышение напряженности работы системы постуральной регуляции.

Для того, чтобы не было необходимости учитывать влияние характеристик окружающей среды на позу пациента, нужно обеспечить их постоянство в процессе обследований. Для этого при биомеханических обследованиях не должна допускаться информационная поддержка пациента по удержанию заданной ему позы (например, посредством соответствующих рекомендаций специалиста). Исключением в этом плане является команда на выполнение очередного теста. В кабинете для обследований не должно быть объектов, генерирующих звуковые или световые сигналы, которые могли бы воздействовать на ЦНС и приводить к изменению позы пациента. Освещенность пространства, температура и влажность воздуха должны быть комфортными и одинаковыми во время всех биомеханических обследований каждого пациента.

Учитывая, что при обследовании пациент вынужден снимать большую часть одежды, в помещении должна быть комфортная температура – около 200-220, исключены сквозняки.

Обувь должна быть без сношенных каблуков и без дефицита внутриобувного пространства.

Пациент должен чувствовать себя комфортно не только физически, но и, по возможности, в психологическом плане. Поэтому при его обследовании все лица, непосредственно не принимающие участие в нём, должны быть удалены из кабинета.

Может показаться, что определение размеров опорного контура (длины, ширины, площади) и их изменения при смене положения стоп на опоре не представляет сложности и не требует наличия специального оборудования. Но если учитывать, что опорный контур определяется не внешним контуром обуви, а зоной контакта ее подошвы с опорой, то задача эта представляется не столь простой. Сложность заключается в том, что низ подошвы имеет сложную конфигурацию. Однако эта проблема может быть решена блокированием возможности изменения положения стоп в опоре при выполнении различных тестов биомеханических исследований: пациент должен устанавливать их в одну и ту же позицию. Более того, такая блокировка возможности изменения размеров опорного контура позволит более интенсивно проявиться двум другим вариантам компенсации.

Для возможности наблюдения компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок у обследуемых групп пациентов, было решено моделировать такие состояния с помощью нагрузочных проб посредством внешнего нагружения БКЦ ОДА. С этой целью можно использовать средства внешней нагрузки набор грузов, удерживаемых поочередно в левой и правой руке – на пораженной стороне и противоположной, чем вызывается дополнительный к исходному дисбаланс нагрузок во фронтальной плоскости, а также за спиной – в заплечном рюкзаке, чтобы изменять баланс нагрузок в сагиттальной плоскости.

При выполнении всех этих условий схема съема инструментально получаемой биомедицинской информации для исследования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе у пациентов при структурно-функциональной асимметрии верхних и нижних конечностей и перечень типов этой информации могут быть представлены таким образом, как это изображено на рисунке 3.1 Рисунок 3.1 Схема съема инструментально получаемой биомедицинской информации для исследования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе у пациентов при структурно-функциональной асимметрии верхних и нижних конечностей.

Обозначения: БКЦ – биокинематическая цепь; БМИ – биомедицинская информация; БТС – биотехническая система; Возм – возмущающие информационные сигналы; Инф информационная поддержка по удержанию заданной позы; Комф – комфортность условий обследования; ЛВН – локализация средства внешней нагрузки (относительно ОДА); МВН – масса средства внешней нагрузки; НК – нижние конечности; ОДА – опорно-двигательный аппарат; Осв – освещенность пространства; СВН – средства внешней нагрузки; СДО – средства дополнительной опоры; СПР – система постуральной регуляции; ТСР – техническое средство реабилитации; ЭСДО – эргономичность средств дополнительной опоры; штрих-пунктирные стрелки – причинно-следственные связи; пунктирные стрелки – обратная связь; сплошные стрелки – компенсаторные реакции; наклонный крест – блокирование влияния факторов Способы регистрации данных для оценки дисбаланса нагрузок в опорном контуре. Распределение нагрузок в опорном конуре может быть выполнено с помощью четырёхпольного взвешивания на комплекте четырех рядом установленных механических или электронных напольных весов. Измеренные нагрузки на передний и задний отделы каждой стопы позволяют оценить распределение нагрузки во фронтальной плоскости XZ и определить наличие межконечностного опоропредпочтения (смещения нагрузки на одну из стоп), и распределение нагрузки в сагиттальном направленииYZ.Недостатки этого способа: низкая точность, большая продолжительность обследования, т.к. требуется снять показания со всех весов, записать их и уже по ним рассчитать критерии оценки дисбаланса нагрузок под стопами.

Использование для этих целей ПАК с матричными измерителями давления в форме стелек (бароплантография) или коврика (барография) позволяет быстрее получить результат, но также имеет низкую точность из-за суммарной погрешности датчиков.

Более высокая достоверность оценки дисбаланса нагрузок под стопами достигается при тензометрии на ПАК с силовой платформой с тремя или четырьмя опорами с тензодатчиками.

Варианты способов регистрации данных для оценки баланса нагрузок в опорном контуре представлены на рисунке 3.2.

–  –  –

Рисунок 3.2 Варианты способов регистрации данных для оценки баланса нагрузок в опорном контуре Способы регистрации данных для оценки деформации конфигурации БКЦ ОДА.

Для оценки изменения конфигурации БКЦ могут быть применены: клинический осмотр, точечное пространственное сканирование координат идентификационных точек фигуры пациента [1], фотосъемка его фигуры.

Последний из этих способов обладает большей доказательностью и точностью, по сравнению с двумя другими. Фотосъемка позволяет быстро получить большой массив данных о параметрах конфигурации БКЦ.

Учитывая, что смещение нагрузки, а следовательно и ожидаемый наклон корпуса, могут осуществляться как во фронтальной, так и в сагиттальной плоскостях, необходимо регистрировать изображения фигуры в каждой из этих плоскостей. Для оценки разворота

– ротации верхних регионов ОДА в горизонтальной плоскости требуется также регистрация изображений фигуры сверху (рисунок 3.3).

–  –  –

Рисунок 3.3 Варианты способов регистрации данных для оценки изменения конфигурации БКЦ ОДА (рамкой отмечен предпочитаемый вариант) Способы регистрации данных для оценки напряженности системы постуральной регуляции.

Для оценки напряженности вертикальной позы можно использовать данные о мышечном напряжении, получаемые с той или иной степенью точности и полноты посредством электромиографии [12], [52], [64], клиническим осмотром, субъективной оценкой пациента. Однако, такая оценка напряженности позы не интегральна, не достаточна и имеет низкую достоверность.

Более правильно определять напряжённость системы постуральной регуляции методом стабилографии [25], [26] [40], [72], [73], позволяющим оценить работу системы постуральной регуляции [45] (рисунок 3.4).

–  –  –

Рисунок 3.4 Варианты способов регистрации данных для оценки напряжения системы постуральной регуляции (рамкой отмечен предпочитаемый вариант) Способы регистрации данных о дисбалансе нагрузок в БКЦ ОДА.

Чтобы иметь представление о том, каким образом дисбаланс нагрузок (исходный или результативный, т.е. образовавшийся после генерации ОДС компенсаторной реакции на него) может влиять на формирование вторичной деформации ОДА, необходима регистрация главного вектора нагрузки относительно БКЦ ОДА. Некоторое представление об этом могут дать методы, основанные на электромиографии, клиническом осмотре пациента, субъективной оценке пациента. Но, конечно, эти методы мало информативны, не точны и не доказательны.

Значительно больше информации о дисбалансе нагрузок в БКЦ ОДА можно получить методом трехкоординатной балансографии, сочетающей в себе синхронную тензометрию и трехкоординатную фотосъемку с последующей визуализацией вектора нагрузки непосредственно на изображениях фигуры в общих осях пространства и времени в проекциях на 3 ортогональные плоскости – фронтальную XZ, сагиттальную YZ и горизонтальную XY (рисунок 3.5).

    Электромиография

–  –  –

Рисунок 3.5 Варианты способов регистрации данных для оценки дисбаланса нагрузок в БКЦ ОДА (рамкой отмечен предпочитаемый вариант) Способы регистрации данных для оценки асимметрии опороспособности НК.

Как уже было обосновано в разделе 2.1, асимметрия опороспособности НК должна оцениваться посредством определения динамического межконечностного опоропреобладания.

Для оценки динамического опоропреобладания левой или правой нижней конечности надо определить билатеральную асимметрию продолжительности одноопорной фазы шага (соотношение продолжительности ее для левой и правой конечности).

Динамическое опоропреобладание наиболее эффективно может быть определено с помощью матричных измерителей давления в форме коврика, который укладывается на поверхность передвижения, или в форме стелек, которые вкладываются в обувь пациента при его обследовании. Второй вариант является более предпочтительным, так как в этом случае можно исследовать несколько шагов, а не один, как на платформе. Кроме того, применение матричных измерителей давления в форме стелек позволяет измерять параметры ходьбы, более приближенной к естественной [76], [113], в то время как с помощью измерителей давления в форме коврика пациент должен построить свою ходьбу так, чтобы наступить именно на коврик, что нарушает ее естественность (рисунок 3.6).

–  –  –

Рисунок 3.6 Варианты способов регистрации данных для оценки асимметрии опороспособности нижних конечностей (рамкой отмечен предпочитаемый вариант) Способы регистрации параметров кистевого схвата для оценки тонусносиловой асимметрии ВК.

Диагностика нарушений кистевого схвата и оценка степени его восстановления играет важную роль в успешной трудовой и профессиональной ориентации пациента и его реабилитации. Поэтому объективизации этих нарушений уделяется большое внимание в области травматологии, ортопедии, протезирования. Одним из актуальных направлений решения этих задач является повышение достоверности оценки за счет использования компьютерных технологий.

Однако, как показал анализ научных источников, в медицинской практике используют с этой целью кистевой динамометр, систему с матричными измерителями давления, наклеенными на рукоятку, или же определяют способность выполнения наиболее характерных для бытовой деятельности двигательных тестов, элементами которых являются захват и перемещение в пространстве предметов соответствующей формы и веса.

Эти методы не позволяют оценить такой нужный нам параметр, как импульс силы.

Поэтому было решено разработать и использовать макетный образец компьютерной системы с использованием рычажно соединенных между собой бранш, сила сжатия которых измеряется тензодатчиками (рисунок 3.7).

–  –  –

Рисунок 3.7 Варианты способов регистрации данных для оценки асимметрии тонусносилового дисбаланса верхних конечностей Регистрация данных для оценки асимметрии масс нижних и верхних конечностей.

Степень асимметрии масс в ОДА обычно производится посредством клинического осмотра пациента. Для пациентов на протезах нижних конечностей данная оценка может проводиться врачом-протезистом в баллах с учетом уровня (высоты) ампутации и веса используемых модулей протеза. Наивысший балл асимметрии масс должен присваиваться при вычленении конечности в тазобедренном суставе, наименьший – при ампутации на уровне стопы.

Для пациентов с отеком верхней конечности клиническая оценка степени асимметрии масс из-за удаления молочной железы и окружающих тканей с одной стороны и отека ВК с этой же стороны также должна проводиться врачом и выполняться в баллах.

Таким образом, для экспериментального исследования компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок у пациентов с протезами нижних конечностей и с отеком верхней конечности вследствие РЛ РМЖ требуется регистрация следующий состав методов (рисунок 3.8).

- для оценки конфигурации БКЦ ОДА трехкоординатная фотосъемка фигуры пациента;

- для оценки дисбаланса нагрузок в опорном контуре – тензобалансография в опорной плоскости стоп;

- для оценки дисбаланса нагрузок в БКЦ ОДА – трехкоординатная балансография, сочетающая в себе синхронно выполняемые трехкоординатную фотосъемку фигуры пациента и тензобалансографиюв опорной плоскости стоп;

- для оценки напряженности системы постуральной регуляции – стабилография;

- для оценки асимметрии опороспособности нижних конечностей – внутриобувная бароплантография;

- для оценки тонусно-силовой асимметрии верхних конечностей – кистевая тензодинамометрия.

Также при выполнении биомеханических обследований должен проводиться клинический осмотр пациента врачом ортопедом для оценки сопутствующий нарушений, влияющих на качество позы, и дополнительного контроля дисбаланса нагрузок в ОДА.

Кроме того, при трактовке результатов биомеханического обследования следует учитывать субъективную оценку качества позы пациентом, благодаря которой появляется дополнительная информация о качестве позы, которая не могла быть получена инструментально, но может отражать важные аспекты, знание которых необходимо для правильного понимания механизмов компенсаторных реакций.

   

–  –  –

Рисунок 3.8 Состав способов регистрации БМИ для исследования дисбаланса нагрузок и компенсаторных реакций при структурно-функциональной асимметрии в ОДА

3.2. Синтез рабочего места для экспериментального исследования дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе Обоснованный таким образом состав способов регистрации БМИ для исследования дисбаланса весовых нагрузок и компенсаторных реакций был положен в основу синтеза рабочего места для дальнейших экспериментальных обследований, запланированных по теме, формулирования функциональных и технических требований к ней.

Такая информационно-измерительная система должна включать технические средства:

- с фоторегистрирующими устройствами для регистрации изображений фигуры пациента в трех ортогональных плоскостях с целью оценки конфигурации БКЦ ОДА;

- с механическими датчиками веса, установленными в опоры напольной платформы, для регистрации координат главного вектора нагрузки под стопами с целью оценки дисбаланса нагрузок в опорном контуре стоп;

- с тензодатчиками, установленными в опоры напольной платформы, для регистрации макро и микромиграций центра давления под стопами в статике с целью оценки напряженности системы постуральной регуляции;

- с матричными измерителями давления под стопами в форме стелек для регистрации информации о динамике распределения давления под стопами при ходьбе с целью определения продолжительности одноопорных фаз переката через стопы для оценки асимметрии опороспособности НК;

- с тензодатчиками для регистрации информации о параметрах кистевого схвата с целью оценки тонусно-силовой асимметрии ВК.

Изготовление такой ИИС как единого нового комплекса было бы финансово затратной и длительной процедурой, которая не могла бы быть решена в рамках выполнения предпринятого диссертационного исследования. Поэтому в целях экономии материальных средств и сокращения временных затрат на выполнение работы было принято решение синтезировать рабочее место, включающее уже известные программноаппаратные средства, преимущественно зарегистрированные как изделия медицинской техники, и, при необходимости, доработать их программно-методическое обеспечение для обеспечения возможности решения поставленных в работе задач.

Для регистрации изображений фигуры пациента в трех ортогональных плоскостях и координат главного вектора нагрузки под стопами в состав синтезируемого рабочего места был включен программно-аппаратный электроннооптический комплекс для трехкоординатной балансографии «ПОЗА» (производство ООО «ДиаСервис», г. Санкт-Петербург).

Комплекс “ПОЗА” включает: силовую платформу с опорами с 4-мя тензодатчиками силы для четырехпольной регистрации нагрузок под стопами (с учетом переднего и заднего отделов левой и правой стоп) и определения координат точки приложения главного вектора нагрузки в этом контуре; комплект цифровых фотоаппаратов от трех до пяти (мы использовали три фотоаппарата) установленных в трёх ортогональных плоскостях и таким образом позволяющих получать изображения фигуры пациента в проекциях на фронтальную плоскость XZ (вид сзади), сагиттальную YZ (вид сбоку) и горизонтальную XY (вид сверху); персональный компьютер; принтер;

разделительный сетевой трансформатор для обеспечения электробезопасности пациента.

Прикладное программное обеспечение «ПОЗА» позволяет управлять синхронной регистрацией измерения нагрузки под стопами платформой с датчиками силы и фотосъемки изображений фигуры испытуемого комплектом фотоаппаратов, а также визуализировать главный вектор нагрузки непосредственно на изображениях фигуры пациента в трех (при необходимости – в пяти) проекциях, в общих осях координат и времени, что облегчает определение смещения линии нагрузки относительно разных уровней и звеньев ОДА (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 Окно программы «ПОЗА» с расставленными идентификационными точками масок на изображениях фигуры пациента на протезе Для адаптации комплекса ПОЗА под решение задач диссертационного исследования были разработаны маски точек (рисунок 3.

10), в соответствии с координатами которых рассчитываются показатели дисбаланса нагрузок, в соответствии с формулами, приведенными в разделах (2.1 и 2.2).

В идентификационных масках были использованы следующие типы точек: ведущие

– от значений координат которых зависят координаты некоторых других точек маски;

ведомые – координаты которых зависят от координат некоторых других точек маски;

нейтральные – координаты которых не зависят от координат других точек масок и не влияют на координаты каких-либо иных ее точек (таблица 3.1).

Например, точки B4 и B5 – ведущие, так как от них зависит положение точек B4p и B5p. Примером ведомой точки является T4c, так как ее координаты определяются координатами точек T4l и T4r, а примером нейтральной точки – T5.

Некоторые из точек масок не были использованы при расчете показателей, но выводились на изображении для более яркой визуализации структурных особенностей биокинематической цепи ОДА пациента.

–  –  –

Для регистрации макро и микромиграций центра давления под стопами в статике в синтезируемое рабочее место был включен программно-аппаратный комплекс “МБН - Стабило” (НПФ «МБН-Биомеханика», г. Москва).

В комплекс “МБН - Стабило” входят: стабилографическая тензоплатформа с датчиками силы; персональный компьютер; принтер; дополнительный монитор для организации обратной связи с пациентом (для выполнения обсуждаемой методики не требуется); прикладное программное обеспечение для визуализации и анализа стабилограммы кривой, отражающей колебания центра тяжести тела в положении испытуемого стоя и характеризующей его способность сохранять устойчивость [71].

Стабилометрическая платформа опирается на три датчика силы, воспринимающие только вертикальную составляющую нагрузки. Программное обеспечение комплекса позволяет рассчитывать комплекс стабилометрических индексов, применяемых для диагностики нарушений функции опорно-двигательной, центральной и периферической нервной системы, постурального баланса, проприоцептивного, вестибулярного и зрительного анализаторов.

Для регистрации информации о динамике распределении давления под стопами при ходьбе и, соответственно временных характеристик шага в синтезируемое рабочее место был введен ПАК «ДиаСлед» (ООО «ДиаСервис», г. Санкт-Петербург; ООО «ВИТ», г. Санкт-Петербург). Данный комплекс включает оборудование с комплектом из 7 пар измерительных стелек с датчиками давления резистивного типа, модуль преобразования (передатчик), к которому их можно подключать, модуль сопряжения (приемник), который подключен к ПК. При обследовании измерительные стельки вкладывают в обувь пациента. Информация о давлении с датчиков матричного элемента в форме стеле передается на блок преобразования, а с него по радиоканалу – на блок сопряжения и далее – на ПК. ПО «ДиаСлед» обрабатывает массив данных о давлении и позволяет рассчитать большую группу силовых и временных параметров шага и переката через стопы.

Для регистрации информации о параметрах кистевого схвата пришлось использовать собственную разработку, так как нам не удалось найти готовое информационно-измерительное средство, позволяющее оценить эту БМИ. На Российском рынке для этих целей предлагаются только динамометры, функциональные возможности которых весьма ограничены.

При формировании требований к конструкции были проанализированы источники с информацией об исследовании различных видов кистевого схвата.

В области хирургического лечения патологии кисти принято учитывать от трех до шести видов кистевого схвата [36], [37], [66] [101]. Так, например, Н. В. Губочкин и В.

М. Шаповалов (2000 г.) [14] выделяют три основных вида схвата: грубый (схватывающий); кончиками пальцев; боковой (ножничный). Е. В. Усольцева, К. И.

Машкара (1975 г.) [86] выделяют шесть видов схвата: крючковой, межпальцевой, плоскостной, щипцовый, цилиндрический, шаровой. В ортезировании и протезировании верхней конечности также используются иные классификации, в которых более детально рассматриваются различные виды схвата концевой, пальцевый, ладонный (открытый), кулачный (закрытый), полубоковой, боковой (наружный), боковой (внутренний), схват длинными пальцами, боковой схват длинными пальцами, схват первым пальцем.

Известна также классификация, в которой учитывается крючковой, цилиндрический, шаровой, плоскостной, щипцовый и оппозиционный схват [60].

Анализ различных видов схвата [103], [104] позволил нам разработать классификацию, в которой обобщены виды и разновидности схватов, наиболее используемых в процессе бытовой и трудовой деятельности (таблица 3.2).

Классификация учитывает деление видов схвата на те, для выполнения которых важна точность и те, для выполнения которых важна сила. Также в предложенной классификации учтены нормы для некоторых видов схвата.

Таблица 3.2 – Виды кистевого схвата (использованы условные графические обозначения, принятые в [103].

–  –  –

Из этого перечня видов схвата наиболее адекватно функциональная асимметрия верхних конечностей у пациентов после РЛ РМЖ может быть оценена посредством измерения силы цилиндрического и щипцового схвата.

Структурная схема разработанной системы представлена на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 Структурная схема информационно-измерительной биотехнической системы оценки силовой функции кисти.

Обозначения: АЦП – аналогово-цифровой преобразователь; ГИ – генератор импульсов; Д, Дn – датчики для измерения силы схвата; ИП – источник питания; К – контроллер; КС – коммутатор сигналов; МПЦ – микропроцессор; ПК – персональный компьютер; РСТ – разделительный сетевой трансформатор.

Система оценки силовых характеристик кистевого схвата включает в себя: систему датчиков силы, состоящую из тензометрических датчиков для измерения силовых характеристик различных видов схвата (Д, Дn); преобразователя (П), генератора импульсов (ГИ) и коммутатора сигналов (КС), позволяющих опрашивать датчики и получать с них информацию, поступающую на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и передающуюся в ПК с помощью микропроцессора (МПЦ) и контроллера (К).

Управление системой осуществляется персональным компьютером.

Программное обеспечение системы производит обработку данных и расчет необходимых показателей. Оно состоит из трех модулей: модуля записи данных о пациенте; модуля записи данных обследования; модуля обработки данных обследования.

Модуль записи данных о пациенте. Модуль записи данных о пациенте реализован в виде реляционной базы данных с возможностью добавления пациентов, удаления и изменения данных, также есть возможность поиска пациентов. Для реализации модуля был использован язык программирования C#. Вид окна модуля показан на рисунке 3.10 В нем можно ввести основные данные о пациенте – фамилию, имя, отчество, адрес, пол, возраст, информацию о заболеваниях пациента, его индивидуальных особенностях и т.д.

Также можно перейти к настройкам таблиц, содержащихся в базе данных и к просмотру и поиску данных, имеющихся в базе.

При открытии программы появляется окно программы с открытой вкладкой «данные о пациенте» (рисунок 3.12), где пользователь вводит общие данные о пациенте:

фамилию, имя, отчество, адрес, телефон, пол, дату рождения, рост, вес. При нажатии кнопки «Далее» происходит переход на вкладку «Дополнительные данные», где пользователь вводит данные, полученные в ходе обследования. При нажатии на кнопку «Обследование завершено» данные записываются в таблицу.

Для поиска пациентов по фамилии, имени и отчеству имеется вкладка «Просмотр базы данных» (рисунок 3.12), для создания, удаления и выбора таблиц, в которые будут записываться данные вкладка «Настройки».

Рисунок 3.12 – Экранные формы модуля записи данных о пациенте в программе комплекса для оценки силовой функции кисти Модуль записи данных обследования.

Модуль записи данных обследования написан с помощью языка программирования с++ [41], [44], [46], [53], [89]. Этот модуль записывает данные, поступающие с АЦП, в текстовый файл и отображает ход исследования на экране. По оси ординат расположены условные единицы, а не единицы измерения силы, для того, чтобы исключить возможность симуляции или аггравации со стороны обследуемого (рисунок 3.13).

Рисунок 3.13 – Экранная форма модуля записи данных обследования в программе комплекса для оценки силовой функции кисти Модуль обработки данных обследования.

Для расчета необходимых параметров и вывода графиков был разработан модуль обработки данных (рисунок 3.12). Для его разработки была применена система Matlab [29], [58], [65], [88], [100].

При запуске этого модуля происходит загрузка файла данных обследования, при этом появляется диалоговое окно, где оператор должен выбрать файл исследования, который необходимо обработать. При нажатии кнопки «Рассчитать параметры»

происходит пересчет записанных данных в килограммы силы или ньютоны с учетом калибровочного коэффициента, рассчитывается вектор времени измерения T, а также

–  –  –

, скорости нарастания v1 и спада v2 силы. Показатели и график выводятся на экран.

Экранная форма модуля представлена на рисунке 3.14.



Pages:   || 2 |


Похожие работы:

«Баня водяная UT-4305 UT-4313 UT-4328 Инструкция по эксплуатации Паспорт Санкт-Петербург При возникновении вопросов, касающихся эксплуатации данного прибора, пожалуйста, обращайтесь в службу технической поддержки тел.: (812) 309-29-40 1. Введение Руководство по эксплуатации содержит сведения, необходимые для эксплуатации, техни...»

«Федеральное агентство железнодорожного транспорта Российская академия наук Российский фонд фундаментальных исследований ОАО "Российские железные дороги" АО "Вертолеты России" Российский национальный комитет по...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"...»

«© УДК 630*23 Н.В. Беляева, А.В. Грязькин, М. Гуталь, П.М. Калинский С.-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова Беляева Наталия Валерьевна окончила в 1992 г. Ленинградскую лесотехническую академию им. С.М. Кирова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесов...»

«УДК 519.682.1 Пожидаев Михаил Сергеевич АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ МАРШРУТИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА 05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических н...»

«НПО "СИБИРСКИЙ АРСЕНАЛ" Сертификат соответствия GSM СИГНАЛИЗАТОР РОСС RU.МЛ05.Н01263 EXPRESS GSM™ Декларация о соответствии mini ТС № RU Д-RU.МЕ83.В.00105 РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ САОП.425152.003РЭ СОДЕРЖА...»

«АНТОНОВ Алексей Васильевич ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕОРИИ СТОИМОСТИ Специальность 09.00.11 социальная философия диссертация на соискание ученой степени доктора философских наук Пермь — 2015 СОДЕРЖАНИЕ Стр. I. ВВЕДЕНИЕ II. КРИЗИСЫ ТЕОРИИ СТОИМОСТИ В ИСТОРИИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ МЫСЛИ. 2. 1. От меркантилистов к...»

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ) Кафедра "Строительные конструкции" В.И. КЛЮКИН ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ИЗ ЖЕЛЕЗОБЕТОНА С МОСТОВЫМИ КРАНАМИ Часть 3 ПОДКРАНОВЫЕ БАЛКИ Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для...»

«ОКП 14 6200 УДК 621.643.054 Группа Г18 СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ: Директор Директор ООО "СнабПром" ООО Завод "УралЭнергоДеталь" Цымбаленко В.Е. Кузовлев О.В. "" _2012 г. "" _2012 г. ДЕТАЛИ ТРУБОПРОВОДОВ СТАЛЬНЫЕ СВАРНЫЕ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ПРИВАРНЫЕ ИЗ УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТУ 14...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт:...»

«1 лава 46. Противопожарное оборудование К самолету № Экз. № и Самолет Ил-76ТД ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ Часть IV, глава 46 Противопожарное оборудование Учтённый экземпляр. Снятие копий ЗАПРЕЩЕНО Регистрационный номер: Д59-76/07 ЛИСТ УЧЁТА СВЕРКИ ИНСТРУКЦИИ ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ. ^ 2/?. 46...»

«АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ – КОМАНД РЗ И ПА АКА "КЕДР" ПРИЁМНИК Руководство по эксплуатации УСК.103.000.00-30 РЭ1 (октябрь 2014 г.) ООО "УРАЛЭНЕРГОСЕРВИС" 620028, г. Екатеринбург, ул. Татищева, 90, оф. 8 Tel/Fax: +7(343) 382-73-01, 231-46-54 http://www.uenserv.r...»

«Инвестиционный паспорт г. Луганск Луганск История История развития города начинается со времени возникновения населенных пунктов – Каменный Брод и Вергунка, основанных в середине ХVII в....»

«Инструкция по эксплуатации ленточной пилы BAS 500 Elektra-Beckum AG, Daimlerstrasse 1, D-49703 Meppen Электра-Беккум АГ, Даймлерстрассе 1, Германия-49703 Меппен Сделано в Германии. Внимание! Внимательно и до конца прочитайте эту инструкцию, прежде чем начинат...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт экономики и управления Кафедра менеджмента и внешнеэкономич...»

«1 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИКИ “ВОЛНА” РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ДГС 105.200 РЭ Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для изучения устройства и принципа работы Системы управления и автоматики “Волна” (далее системы), ее характеристик и правил эксплуатации (техн...»

«ПРИВЕТСТВИЕ ГК "ЭКоПолИмЕР" Уважаемый Партнер! В 1990 году группой инженеров была создана научно-производственная фирма "Экополимер". В нашей стране это было одно из первых частных предприятий в отрасли ВКХ. Сегодня "Экополимер" это Группа...»

«РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ МОТОКОСА БЕНЗИНОВАЯ МОДЕЛЬ: ТТ-BC520 RU РУССКИЙ Содержание СОДЕРЖАНИЕ Технические данные Введение Предупреждающие символы Правила, техника безопасности Описание Сборка Подготовка к работе Топливо и моторные масла Ра...»

«Синтетическое фиброармирование BarChip инновационная технология в строительстве трамвайных путей на монолитном бетонном основании Краткое содержание презентации Основные сведения о компании ЕРС. Описание и технические характеристики...»

«Наукові праці ДонНТУ. ISSN 2073-7920 УДК 622.671. В.Б. Малеев (д-р техн. наук, проф.), В.А. Прищенко (ст. преподаватель), ГВУЗ "Донецкий национальный технический университет"БЕЗРАЗМЕРНЫЕ КРИТЕРИИ АНТИКАВИТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ В работе проанализированы показатели, оц...»

«Нурали Нурисламович Латыпов Дмитрий Анатольевич Гаврилов Сергей Владимирович Ёлкин Инженерная эвристика Текст предоставлен правообладателем http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=4575320 Инженерная эвристика: Астрель; Москва; 2012 ISBN 978-5-271-45145-4, 978-5-271-45137-9 Аннотация...»

«Научный журнал КубГАУ, №123(09), 2016 года 1 УДК 629.113.004.67 UDC 629.113.004.67 05.00.00 Технические науки Technical sciences АНАЛИЗ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ANALYSIS OF METHODS OF ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ DIAGNOSING OF FUEL EQUIPMENT АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЕЙ И Р...»

«Служба технической поддержки Журналирование и мониторинг в QlikView Документ QlikView, QlikView Server Журналирование QlikView Server версия 11.2 Содержание Типы журналов Журнал установки программы Журнал выполнения скрипта приложения QlikView Расширенный...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.