Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма
В статье рассматриваются методы контроля двигательных функций человека. Выполнен анализ известных решений. Предложен метод автоматизированного контроля и передачи данных для обработки и анализа в процессе реабилитации двигательных функций человека после травматизма. У статті розглядаються методи кон...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Штучний інтелект |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58843 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма / Е.С. Нестругина, Н.И. Чичикало // Штучний інтелект. — 2011. — № 2. — С. 60-65. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859857222936297472 |
|---|---|
| author | Нестругина, Е.С. Чичикало, Н.И. |
| author_facet | Нестругина, Е.С. Чичикало, Н.И. |
| citation_txt | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма / Е.С. Нестругина, Н.И. Чичикало // Штучний інтелект. — 2011. — № 2. — С. 60-65. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Штучний інтелект |
| description | В статье рассматриваются методы контроля двигательных функций человека. Выполнен анализ известных решений. Предложен метод автоматизированного контроля и передачи данных для обработки и анализа в процессе реабилитации двигательных функций человека после травматизма.
У статті розглядаються методи контролю рухових функцій людини. Зроблено аналіз останніх досягнень. Запропоновано метод автоматизованого контролю і передачі даних для обробки і аналізу в процесі реабілітації рухових функцій людини після травматизму.
The article describes how to control motor functions of man. The analysis of recent developments is done. The method for automated control and data processing and analysis in the rehabilitation of motor functions after human injury is proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:44:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 2’2011 60
1Н
УДК 621.372.865:004.891.3+681.5
Е.С. Нестругина, Н.И. Чичикало
Донецкий национальный технический университет, Украина
tec4@mail.ru, Chichikalo@rambler.ru
Концепция определения состояния
двигательных функций человека
в процессе реабилитации после травматизма
В статье рассматриваются методы контроля двигательных функций человека. Выполнен анализ известных
решений. Предложен метод автоматизированного контроля и передачи данных для обработки и анализа
в процессе реабилитации двигательных функций человека после травматизма.
Введение
Диагностика нарушений двигательной функции и определение динамики её раз-
вития являются существенной проблемой медицинской реабилитации органов опоры и
движения после травматизма.
По данным Департамента статистики ООН к концу ХХ века более 80% населения
Земли имеют анатомо-функциональные отклонения стоп и нижних конечностей с со-
ответствующими негативными последствиями для здоровья. Следовательно, очень актуаль-
ным является контроль двигательных функций человека. Оценка функционального
состояния опорно-двигательной системы в результате травматизма является сложной
задачей. Обычно выполняется визуальный осмотр и визуальная оценка вида ходьбы и
состояния пациента. Такая оценка является субъективной характеристикой, зависящей
от опыта и знаний специалиста. В травматологии – ортопедии дополнительно произво-
дятся измерения длины и объемов конечностей (антропометрия); регистрация электри-
ческой активности мышц (электромиография); определение активного и пассивного
объема движений в суставах (гониометрия); мышечной силы (динамометрия) [1], [2].
Клинический анализ движений человека является таким необходимым звеном,
которое позволяет получить врачу функциональные данные о функции, практически
не поддающейся чувственному восприятию или оценке простыми клиническими спо-
собами. Иными словами, в медицинской практике отсутствуют объективно измеряемые
показатели, позволяющие оценивать эффективность процесса лечения в период реабили-
тации. Последние тридцать лет активно развиваются новые технологии, применяемые в
области исследования двигательных функций человека, основанные на достижениях био-
механики, которая объединяет широкий спектр теоретических и прикладных наук, рас-
сматривает и использует механические явления всего организма человека.
Несмотря на активное развитие клинических биомеханических исследований, их
диагностические возможности остаются неопределёнными. Понимание данной пробле-
мы затруднено в силу отсутствия адекватных средств диагностики двигательной
патологии. Двигательная функция не может быть объективно оценена с помощью орга-
нов чувств, что не позволяет раскрыть картину имеющейся двигательной патологии и
Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе...
«Штучний інтелект» 2’2011 61
1Н
определить возможности предлагаемых методов в её диагностике. Существенную и от-
носительно однородную часть представляет раздел клинической биомеханики, зани-
мающийся изучением движений.
Целью данной работы является обеспечение контроля состояния двигательных
функций человека в процессе реабилитации после травматизма.
Постановка задачи – разработка способа автоматизированного контроля и сбора
данных о положении позвоночника и нижних конечностей человека в процессе реаби-
литации после травматизма.
Состояние вопроса
Поиск путей повышения эффективности реабилитации пациентов, страдающих
различной патологией, связанной с нарушением функции опорно-двигательного ап-
парата, привел к необходимости клинического анализа движений. Имеющиеся в распо-
ряжении врача клинические средства определения нарушений двигательных функций
человека не позволяют получить точную количественную и качественную информацию,
особенно об эффективности лечебных мероприятий, то есть имеющиеся современные
технологии восстановления или изменения двигательной функции не соответствуют
средствам диагностики ее изменений. В ряде случаев двигательная симптоматика яв-
ляется ранним индикатором ряда заболеваний и состояний [1], [2]. Исследователями
предложено большое число методов регистрации движений, совершаемых позвоноч-
ником и отдельными его элементами. Часть из этих методов представляют лишь исто-
рический интерес, другие широко распространены в клинике, третьи используются
лишь в эксперименте. Идеальный метод функционального исследования позвоночника
должен удовлетворять целому ряду требований: обеспечивать точное измерение под-
вижности в различных плоскостях; разграничивать движения в определенных отделах
позвоночника от движений в смежных отделах и суставах; быть достоверным, недоро-
гим и удобным в применении. К сожалению, в настоящее время среди существую-
щих методов нет такого, который стал бы универсальным и широко применялся в
клинической практике [3].
Методики исследования клинического анализа движений. Комплект аппарату-
ры для исследования должен, как минимум, регистрировать временные, кинематические
и динамические параметры, которые характеризуют индивидуальные особенности дина-
мики двигательных функций человека и осуществляются посредством:
– измерения временных характеристик шага (подометрии);
– измерения кинематических характеристик движений в суставах (гониометрии);
– регистрации реакций опоры (динамометрии);
– регистрации поверхностной ЭМГ (электромиографии);
– регистрации положения и движений общего центра давления на плоскость
опоры при стоянии (стабилометрии) [1], [2].
При этом весь процесс должен быть синхронизирован, а управление выведено
на один компьютер с целью анализа и принятия решений.
Для выполнения таких измерений используется ряд методов.
Проекционные методы основаны на том, что на поверхность спины человека
проецируются различного рода свето-теневые изображения (параллельные и пересе-
кающиеся полосы, другие фигуры). Поскольку свето-теневые изображения имеют за-
ранее известную структуру и подаются под определенным углом, то получающаяся
деформация данной структуры характеризует пространственную конфигурацию ис-
следуемой поверхности [1], [2].
Нестругина Е.С., Чичикало Н.И.
«Искусственный интеллект» 2’2011 62
1Н
Контактные методы требуют непосредственного механического контакта ре-
гистрирующего или излучающего устройства с поверхностью тела обследуемого.
Последние разработки в данной области связаны с применением ультразвуковых дат-
чиков или механических устройств с использованием прецизионных датчиков угла.
Термография как метод визуализации и регистрации собственного инфракрас-
ного излучения поверхности тела человека, используемый в целях диагностики раз-
личных заболеваний и патологических состояний с помощью специальных приборов.
Метод физиологичен, безвреден, неинвазивен. Его применение позволяет определить
выраженность и локализацию воспалительного процесса практически в любой части
тела человека, дает возможность проведения функциональных проб. Достоинством
является возможность этапного наблюдения за процессом восстановления [1], [2].
Комплекс «МБН – Биомеханика», разработанный научно-медицинской фирмой
МВН (г. Москва), предназначен для функциональной диагностики двигательной па-
тологии, управления восстановительным лечением и проведения активной реаби-
литации на принципах биологической обратной связи. Использование специальных
датчиков, размещаемых непосредственно на теле обследуемого, позволяет получить
достоверную и объективную информацию [2].
Для функциональной диагностики опорно-двигательного аппарата применяет-
ся комплекс «Биомеханика», разработанный научно-медицинской фирмой МВН
(г. Москва), предназначенный для исследования и анализа макро- и микродвижений
человека в клинической практике с целью диагностики двигательной патологии [2].
Разработка метода автоматизированного контроля
положения позвоночника при неравномерной ходьбе
Для контроля процесса реабилитации двигательных функций человека необходимо
собрать презентабельные данные о состоянии нижних конечностей и позвоночника в
пространстве в реальном времени. Для этого нами предлагается на теле человека закрепить
семь датчиков с беспроводными передающими устройствами. Из них три датчика пред-
назначены для ортогонального контроля уровня отклонения текущей оси позвоночника
от оси симметрии. Датчик представляет собой открытый контур с тремя взаимно перпен-
дикулярными антеннами, включенный в схему параметрического автогенератора, воспри-
нимающего три частоты для идентификации положения позвоночника относительно осей
Х, Y, Z и выходного устройства для распознавания частотных сигналов. Два датчика уста-
навливают на каждой ноге в области колена. Все датчики закрепляют с помощью пнев-
матических приспособлений, и два датчика контроля неравномерности ходьбы при на-
гружении встраивают в подошву специальной обуви. Таким образом, можно получить
фиксированные положения контролируемых точек во времени и в пространстве.
Во время ходьбы человека исследуются:
– положение позвоночника относительно трёх взаимно перпендикулярных пло-
скостей – двигательная симптоматика;
– неравномерно нагруженные характеристики шага – динамическая опороспо-
собность.
Все данные объективны и привязаны к фазам цикла шага, что позволяет проводить
глубокий анализ функциональных изменений со стороны опорно-двигательной системы.
Синхронизация и обработка информации выполняется с помощью ЭВМ.
Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе...
«Штучний інтелект» 2’2011 63
1Н
Схема расположения датчиков для ортогонального контроля отклонений поз-
воночника от оси симметрии в процессе реабилитации после травматизма представ-
лена на рис. 1.
Рисунок 1 – Схема расположения измерительных средств контроля
Математическое обоснование реализации предложенного метода. Задание
прямоугольной системы координат на плоскости или в пространстве прежде всего
предполагает, что выбрана одна определенная единица длины, называемая масштабом,
посредством которой измеряются длины всех отрезков. Единичные координатные
векторы (орты) должны быть взаимно перпендикулярными ортами.
Для проведения расчетов условно обозначаются части тела человека, которые
контролируются. Далее принимается точка отсчета трехмерной прямоугольной системы
координат и направления осей X, Y, Z. Принятые условные обозначения представлены
графически на рис. 2, на котором обозначены:
AR и AL – длина голени правой и левой ног соответственно;
BR и BL – длина бедра правой и левой ног соответственно;
С – длина тазобедренной кости по горизонтали;
D1, D2, D3 – длины, полученные при делении всей длины позвоночника на 3
равные части;
О – точка начала отсчета трехмерной прямоугольной системы координат.
Рисунок 2 – Принятые условные обозначения частей тела человека
За начало трехмерной прямоугольной системы координат принимаем точку пере-
сечения позвоночного столба с горизонтальной осью тазобедренной кости. Ось Z направ-
лена вертикально вверх. Положительное направление оси X совпадает с направлением
движения человека.
Нестругина Е.С., Чичикало Н.И.
«Искусственный интеллект» 2’2011 64
1Н
Для того чтобы оперировать с полученными отрезками AR, AL, BR, BL, С, D1, D2, D3,
нужно задать начала, концы и направления этих отрезков (рис. 3). Таким образом, мы по-
лучим векторы: ,A 11R FG ,A 22L FG ,B 11R GO ,B 22L GO ,D1 OH ,D2 HI .D3 IJ
Рисунок 3 – Обозначение тела человека в векторах
Программное обеспечение ПЭВМ работает следующим образом:
– ввод пользователем длин ,11FG ,22FG ,11GO ,22GO ,OH ,HI IJ ;
– прием данных со всех измерительных каналов в реальном времени;
– вычисление начальных и конечных координат векторов ,11FG ,22FG ,11GO ,22GO
,OH ,HI IJ ;
– сохранение вычисленных данных;
– сравнение вычисленных значений с образцовыми значениями, хранящимися
в базе данных ПЭВМ;
– сравнение вычисленных значений со значениями, полученными при ранних
измерениях;
– визуализация траекторий с помощью программно-аппаратных средств;
– отображение результатов и определение уровня отклонений от нормы;
– формирование сводок о динамике отклонений для предоставления результатов
реабилитации врачу для клинического анализа и принятия решений.
Таким образом, разработанная система включает в себя три измерительных канала
для ортогонального контроля уровня отклонения текущей оси позвоночника от оси сим-
метрии, два измерительных канала ориентированного положения контролируемой
точки (колена) и два измерительных канала контроля неравномерности ходьбы при на-
гружении. Данные измерительных каналов поступают в устройство сбора и передачи
информации. Далее данные передаются в ЭВМ.
Выводы
1. Обоснованы новые способы взаимодействия объекта с измерительными средст-
вами, заключающиеся в выборе места установки и назначении.
2. Впервые предложены беспроводные измерительные средства для ортогональ-
ного определения двигательной симптоматики.
3. Разработан способ определения динамической опороспособности.
4. Предложен комплекс технических средств контроля состояния двигательных
функций человека в процессе реабилитации после травматизма для достижения целевой
функции: автоматизации процесса сбора информации в реальном времени, передачи, об-
работки на ПЭВМ и визуализации для принятия решений.
Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе...
«Штучний інтелект» 2’2011 65
1Н
Литература
1. Клинический анализ движений – организационные, общие и методические аспекты / С.П. Миронов,
А.И. Романов, В.К. Решетняк, Д.В. Скворцов // IV Всерос. конф. по биомеханике. – Н. Новгород,
1998. – С. 38.
2. Скворцов Д.В. Клинический анализ движений: Анализ походки / Скворцов Д.В. – М. : НМФ «МБН»,
1996. – 344 с.
3. Гладков А.В. Клиническая биомеханика в диагностике патологии позвоночника / А.В. Гладков,
Е.А Черепанов // Хирургия позвоночника. – 2004. – № 1. – С. 103-109.
4. Нестругина Е.С. Информационно-измерительная система контроля двигательных функций человека /
Е.С. Нестругина, Н.И. Чичикало // Материалы ХII Международной молодежной научной конференции
«Севергеоэкотех-2011», (16 – 18 марта 2011 г., Ухта). – Ухта, 2011.
5. Нестругина Е.С. Разработка принятого опорного значения физиологического состояния человека /
Е.С. Нестругина, Н.И. Чичикало // Материалы четвертой международной научно-практической
конференции «Интегрированные интеллектуальные робото-технические комплексы» (ИИРТК-
2011), (23 – 25 мая 2011 г., Киев). – Киев, 2011.
6. Нестругина Е.С. Контроль процесса реабилитации двигательных функций человека / Е.С. Нестругина,
Н.И. Чичикало // Материалы VІІІ межвузовской научно-практической конференции студентов и молодых
ученых «Информационные технологии и современность», (18 мая 2011 г., Донецк). – Донецк, 2011.
Literatura
1. Mironov S.P. Klinicheskij analiz dvizhenij – organizacionnye, obshhie i metodicheskie aspekty. IV Vseros.
konf. po biomehanike.. N. Novgorod. 1998. P. 38.
2. Skvorcov D.V. Moscow : NMF "MBN". 1996. 344 p.
3. Gladkov A.V. Klinicheskaja biomehanika v diagnostike patologii pozvonochnika. Hirurgija pozvonochnika.
2004. № 1. P.103-109.
4. Nestrugina E.S. Materialy ХII Mezhdunarodnoj molodezhnoj nauchnoj konferencii«Severgeojekoteh-
2011». Uhta. March16-18, 2011
5. Nestrugina E.S. Materialy chetvertoj mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Integrirovannye
intellektual'nye roboto-tehnicheskie kompleksy» (IIRTK-2011). Kiev. May 23-25, 2011.
6. Nestrugina E.S. Materialy VІІІ mezhvuzovskoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov i molodyh
uchenyh «Informacionnye tehnologii i sovremennost'».Doneck. May 18, 2001
Є.С. Нестругіна, Н.І. Чичикало
Концепція визначення стану рухових функцій людини в процесі реабілітації після травматизму
У статті розглядаються методи контролю рухових функцій людини. Зроблено аналіз останніх досягнень.
Запропоновано метод автоматизованого контролю і передачі даних для обробки і аналізу в процесі
реабілітації рухових функцій людини після травматизму.
E.S. Nestrugina, N.I. Chichikalo
The Control of the State of Human Motor Functions in the Process of Rehabilitation After Injury
The article describes how to control motor functions of man. The analysis of recent developments is done.
The method for automated control and data processing and analysis in the rehabilitation of motor functions
after human injury is proposed.
Статья поступила в редакцию 24.05.2011.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-58843 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:44:14Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Нестругина, Е.С. Чичикало, Н.И. 2014-03-31T12:23:26Z 2014-03-31T12:23:26Z 2011 Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма / Е.С. Нестругина, Н.И. Чичикало // Штучний інтелект. — 2011. — № 2. — С. 60-65. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58843 621.372.865:004.891.3+681.5 В статье рассматриваются методы контроля двигательных функций человека. Выполнен анализ известных решений. Предложен метод автоматизированного контроля и передачи данных для обработки и анализа в процессе реабилитации двигательных функций человека после травматизма. У статті розглядаються методи контролю рухових функцій людини. Зроблено аналіз останніх досягнень. Запропоновано метод автоматизованого контролю і передачі даних для обробки і аналізу в процесі реабілітації рухових функцій людини після травматизму. The article describes how to control motor functions of man. The analysis of recent developments is done. The method for automated control and data processing and analysis in the rehabilitation of motor functions after human injury is proposed. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Штучний інтелект Системы и методы искусственного интеллекта Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма Концепція визначення стану рухових функцій людини в процесі реабілітації після травматизму The Control of the State of Human Motor Functions in the Process of Rehabilitation After Injury Article published earlier |
| spellingShingle | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма Нестругина, Е.С. Чичикало, Н.И. Системы и методы искусственного интеллекта |
| title | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма |
| title_alt | Концепція визначення стану рухових функцій людини в процесі реабілітації після травматизму The Control of the State of Human Motor Functions in the Process of Rehabilitation After Injury |
| title_full | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма |
| title_fullStr | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма |
| title_full_unstemmed | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма |
| title_short | Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма |
| title_sort | концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе реабилитации после травматизма |
| topic | Системы и методы искусственного интеллекта |
| topic_facet | Системы и методы искусственного интеллекта |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/58843 |
| work_keys_str_mv | AT nestruginaes koncepciâopredeleniâsostoâniâdvigatelʹnyhfunkciičelovekavprocessereabilitaciiposletravmatizma AT čičikaloni koncepciâopredeleniâsostoâniâdvigatelʹnyhfunkciičelovekavprocessereabilitaciiposletravmatizma AT nestruginaes koncepcíâviznačennâstanuruhovihfunkcíilûdinivprocesíreabílítacíípíslâtravmatizmu AT čičikaloni koncepcíâviznačennâstanuruhovihfunkcíilûdinivprocesíreabílítacíípíslâtravmatizmu AT nestruginaes thecontrolofthestateofhumanmotorfunctionsintheprocessofrehabilitationafterinjury AT čičikaloni thecontrolofthestateofhumanmotorfunctionsintheprocessofrehabilitationafterinjury |