Методы диагностики и лечения по                параметрам БАТ

5.3. Физиологические основы и устройства для исследования биомеханики движений человека.

     В области различного генеза врожденной и приобретенной патологии опорно-двигательного аппарата, центральной и периферической нервной системы особое место занимает проблема диагностики функциональных нарушений. Специфика двигательной функции в том, что казалось бы несмотря на очевидность различных выполняемых движений наши органы чувств мало приспособлены для ее восприятия. В последние десятилетия центральным звеном в оперативном и консервативном лечении больных с различными расстройствами движений, походки, основной стойки стал клинический анализ движений. Клинический анализ движений это относительно молодая, новая отрасль медицины. В развитых странах это направление заняло центральную роль в стратегии лечения различной врожденной и приобретенной патологией связанной с расстройствами функции движения.
     Применение анализа движений позволило существенно изменить не только результаты лечения, но и сам подход и понимание проблемы в силу наличия возможности изучения как самой нарушенной функции, так и результата лечебного воздействия на нее.
     Сегодня анализ походки и движений сложился в самостоятельную научную и прикладную клиническую дисциплину. Использование походки, как глобального клинического теста, один из наиболее применяемых в клинической практике методов. Потому, что ходьба циклическая, устойчивая локомоция, в осуществлении которой участвует весь опорно-двигательный аппарат. Чувствительность метода такова, что возможно обнаружить изменение параметров у одного и того же пациента в течение суток и сделать вывод о динамике течения заболевания или правильности производимого лечения, физиопроцедур, медикаментозной терапии, лечебной физкультуры, массажа, мануальной терапии и т.д.
     Кроме исследований, проводимых в клинической практике в медицине, изучение биомеханики движений позволяет: контролировать в динамике ортопедическое лечение (при протезировании): устанавливать скоростно-силовые качества в спортивной медицине; выбрать методы воздействия по цепи обратной связи и др.
      По этому разработка устройств для исследования биомеханики движения актуально.

 Информационно-диагностическая система биомеханики нижних конечностей человека.

     Прямостояние и ходьба оцениваются по количественным показателям. К основным из них относят [41, 42, 43]: 1) распределение величины нагружения каждой стопы; 2) временные характеристики переката стопы; 3) фазы ходьбы; 4) угловые моменты стопы и суставов;, 5) прямолинейность походки; 6) раскачивание корпуса при ходьбе; 7) скорость передвижения; 8) длина шага; 9) биоэлектрическая активность мышц.
      Для снятия этих показателей создан уже ряд устройств [44, 45, 46, 47]. Однако при создании подобных устройств были использованы различные типы датчиков, что в значительной степени затрудняет согласование их между собой, ограничивает их функциональные возможности, а также не позволяет измерить указанные выше параметры в реальном масштабе времени.
      А настоящее время отсутствует такой комплекс аппаратуры, который позволяет одновременно проводить измерение основных показателей, производить их обработку и с помощью обратной связи, воздействовать на объект измерения. Так А.Зеленцов и соавторы утверждают [48], что применение определенных режимов чередования электростимуляции с отдыхом открывает возможность для управления соотношением и динамикой параметров двигательной координацией и качественных показателей мышечной работоспособности.
     Поэтому необходим комплекс устройств обеспечивающих как диагностику, так и вырабатывать обратные воздействия с целью ликвидации патологии [49, 50].
     Структурная схема информационно-диагностической системы показана на рисунке 5.8.

В нее входят следующие устройства:

     Как ранее отмечалось, при создании устройств измерения биомеханики нижних конечностей применялось большое разнообразие датчиков. При создании информационно-диагностической системы биомеханики нижних конечностей, с целью унификации создаваемых устройств мы остановились на двух типах датчиков: пьезоэлектрические и поворотный индуктосин.
     Каждый из этих датчиков может воспринимать только определенные параметры. Так пьезоэлектрический - 1.временные параметры ходьбы, 2.фазовые параметры ходьбы, 3.распределение нагрузки на стопу, 4.исходные параметры для определения плоскостопия, 5.биоэлектрическую активность мышц. Поворотный индуктосин - угловые параметры стопы и суставов, прямолинейность походки, раскачивание корпуса и скорость передвижения.
     Для определения параметров согласованности работы отдельных звеньев нижних конечностей и получения достоверной информации необходим алгоритм работы всего устройства. Выбор алгоритма работы основан на определении частоты опроса первичных преобразователей с целью получения необходимых параметров с исключением информации не имеющих практической ценности.
     Переодичность и частота снятия параметров, т.е. алгоритм работы устройства, являются переменной функцией, зависящей от скорости передвижения обследуемого, а также от времени переката стопы, и может быть выражена следующей зависимостью:

Пn=f(V, tпс)   (5.1)

где Пn - периодичность измерения;
V - скорость передвижения обследуемого;
t - время переката стопы.

 
Рис. 5.9.

Зная, что V = S/t , имеем две неизвестные переменные, которые необходимо определить. Путь S можно определить с помощью угла между голенями при движении (Рис. 5.9). В треугольнике АВС стороны АВ и ВС это ноги обследуемого, тогда АВ = l - длина ноги ( измеряется с точностью до одного сантиметра и предварительно вводится в АЗУ вычислительного устройства блока управления, как постоянная); АС = S - длина шага; a - угол, измеренный с помощью поворотного индуктосина. Таким образом, определяя a, из треугольника АВС получаем:

   (5.2)

 Измерение времени производим при переносе стопы до двуопорного стояния, т.е. определяем t д.с. Зная теперь неизвестные, подставляем их в уравнение (5.1) и получаем следующее выражение:

    (5.3)

 При решении уравнения (5.3) получим периодичность опроса одного шага (таблица 5.1.).

     Таким образом, при измерении необходимых параметров и вычислении устройством скорости передвижения, блок управления автоматически производит выбор частоты опроса первичных преобразователей и подключает для измерений всю информационно-диагностическую систему, последовательно первый или второй тип датчиков. Для увеличения точности измерения соответствующие параметры усредняются за десять шагов движения обследуемого. При необходимости время измерения можно увеличить до ста шагов, с интервалом в десять шагов.
     Согласно проведенному обзору литературы измерение временных интервалов и фаз ходьбы достаточно проводить с точностью до 0,001 сек., угловых до 0,5°, нагрузочных до одного килограмма, тонуса мышц до 0,01 кг.
     Таким образом, применение информационно-диагностической системы даст возможность многопараметрового изучения работы звеньев нижних конечностей, согласованности и взаимовлияния их, выявления патологии, определение методов и разработки методики их устранения, улучшения скоростно-силовых качеств, а также основы для практического моделирования в робототехнике.