Исследование функции движения больных в травматологии современными методами

Введение

Исследование функции движения представляет собой достаточно молодое направление в современной травматологии и ортопедии. Тем не менее, одна из первых попыток рассмотреть процесс локомоции человека с позиции механики была осуществлена Гиппократом в его классическом труде «О суставах» (400 г. до н.э.) [6]. Основные закономерности движения, определение центра тяжести и баланса, которые используются в настоящее время в стандартных двигательных тестах, были описаны гениальным ученым и естествоиспытателем Л. да Винчи (1452-1519 гг.) [4].
В 1679 г. в своем труде по механике живых существ профессор математики Дж. Борелли подробно изложил основы статики человеческого тела, условия равновесия многозвеньевой системы, дал определение общего центра тяжести человеческого тела [4].
Дальнейшее становление биомеханики как науки тесно связано с научно-техническим прогрессом. С изобретением фотографии и кино стал возможным процесс запечатления неподвижных изображений и движущихся объектов. Впервые произвести регистрацию кинематики движений и ходьбы человека с использованием фото- и кинотехники осуществил Э.‑Ж. Марей (1885,1895) [5].
Следующий этап в развитии дисциплины связан с изобретением электронно-вычислительных машин и развитием компьютерных технологий, что способствовало появлению новых возможностей обработки получаемой информации [5].
В настоящее время для исследования функции движения применяются два основных подхода [9]:
видиеорегистрация;
аппаратно-программная диагностика.
Эти подходы позволяют проводить глубокий анализ функциональных изменений со стороны опорно-двигательной системы.
В данной работе представлен обзор современных методов изучения функции движения в травматологии и ортопедии.


1. Метод видеорегистрации

Современные видеосистемы, применяемы для видеорегистрации кинематики движений в клинических условиях, представляют собой весьма конструкции, которые позволяют проводить 3D анализ [7].
Видеокамера регистрирует положение и перемещение специальных маркеров (шарики диаметром 10-15 мм со светоотражающим покрытием), которые устанавливаются на тело обследуемого человека. Регистрация осуществляется в инфракрасном диапазоне.
Регистрации положения в пространстве даже одного маркера необходимо, как минимум, две камеры, работающие одновременно, взаиморасположение которых друг относительно друга откалибровано

. Количество используемых камер в среднем составляет от 8 (абсолютный минимум) до 24 и более, что определяется задачами и местом проведения исследования (рисунок 1).


Рисунок 1 – Взаиморасположение камер друг относительно друга при видеорегистрации функции движения
Для видеоанализа функции движения требуется помещение значительной площади (100-150 м2) в виде квадрата или не очень вытянутого прямоугольника.
Физические маркеры, используемые для анализа кинематики обследуемого пациента при видеорегистрации, можно разделить на [7]:
калибровочные, которые используются для калибровки тела обследуемого (определения физических размеров сегментов);
трекерные, применяемые непосредственно для анализа движения обследуемого.
Калибровочные маркеры устанавливаются на костные выступы в соответствии с принятым стандартом и компьютерной моделью, применяемой для исследования. Трекерные маркеры могут быть расположены на сегменте тела в любой его зоне. Количество их также может быть произвольным и зависит только от двигательной задачи (рисунок 2).


Рисунок 2 – Обследуемая с фиксированными 77 маркерами

Видиеорегистация функция движения осуществляется в несколько этапов [7]:
калибровка маркеров (калибровочных и трекерных) для определения физических размеров регистрируемых сегментов тела и в привязки к сегментам трекерных маркеров;
«калибровка пациента», т.е. короткая регистрация статичного положения объекта исследования;
собственно исследование, т.е. проведение регистрации движений обследуемого.
В настоящее время способы получения различной графической и цифровой информации, а также анализа данных весьма разнообразны. В ряде случаев необходимо применение инверсионных моделей и других способов. Стандартная обработка заключается в построении модели скелета обследуемого с учетом центров вращения суставов, локальной и общей систем координат [8].


2. Аппаратно-программная диагностика функции движения

Аппаратно-программные комплексы, предназначенные для диагностики функции движения человека, включает все классические методы исследования локомоции [9]:
подометрия – измерение временных характеристик шага;
гониометрия – измерение кинематических характеристик движений в суставах;
элекромиография – регистрация поверхностной ЭМГ;
динамометрия – регистрация реакций опоры;
стабилометрия – регистрация положения и движений общего центра давления на плоскость опоры при стоянии.
В настоящее время разработаны компьютеризированные комплексы «МБН-БИОМЕХАНИКА» (Россия), «F-scan» (США) и др., позволяющие быстро зарегистрировать и обработать большое количество параметров, характеризующих функцию движения человека [1]