RU2665957C2 - Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation - Google Patents

Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2665957C2
RU2665957C2 RU2016144701A RU2016144701A RU2665957C2 RU 2665957 C2 RU2665957 C2 RU 2665957C2 RU 2016144701 A RU2016144701 A RU 2016144701A RU 2016144701 A RU2016144701 A RU 2016144701A RU 2665957 C2 RU2665957 C2 RU 2665957C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
marks
spatial coordinates
stabilometric
subject
center
Prior art date
Application number
RU2016144701A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016144701A3 (en
RU2016144701A (en
Inventor
Иван Августович Сеницкий
Александр Иванович Сеницкий
Алексей Алексеевич Быков
Дмитрий Александрович Васильев
Александр Николаевич Новосельский
Original Assignee
Закрытое акционерное общество ОКБ "РИТМ" (ЗАО ОКБ "РИТМ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество ОКБ "РИТМ" (ЗАО ОКБ "РИТМ") filed Critical Закрытое акционерное общество ОКБ "РИТМ" (ЗАО ОКБ "РИТМ")
Priority to RU2016144701A priority Critical patent/RU2665957C2/en
Publication of RU2016144701A3 publication Critical patent/RU2016144701A3/ru
Publication of RU2016144701A publication Critical patent/RU2016144701A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2665957C2 publication Critical patent/RU2665957C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1107Measuring contraction of parts of the body, e.g. organ, muscle
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1118Determining activity level
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine. Method for increasing informativity of stabilometric research is carried out with the help of a hardware complex for recording and analyzing the parameters of the motor stereotype of a person. Simultaneously with the stabilometric investigation, stereophotogrammetric tracking of the spatial coordinates of the marks placed on the body of the subject is carried out in order to assess their relative location in space and to determine, on the basis of these data, the statodynamic characteristics of the structures of the musculoskeletal system. By adding the block of averaging the spatial coordinates of the marks, an accurate estimate of the oscillations of the center of gravity is possible. Hardware complex for recording and analyzing the main parameters of the motor stereotype of a person in space and time integrates one or more stabilizers and a computer vision system. Computer vision system operates on the principle of stereophotogrammetry using two methods of calibration – with a calibration object and direct measurement of depth for better binding to the test markers applied to the body and detailing the movements of the subject by optical methods.EFFECT: registration and evaluation of the human postural system is achieved by stabilographic investigation and stereophotogrammetric tracking of the placed spatial coordinates of the marks on the body both during the classical stabilometry using the platform and independently, moreover, by adding the averaging unit of spatial coordinates, the data of the total movement of the marks (center of gravity) in overwhelming majority of cases can replace the classical stabilogram.2 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в постурологии, неврологии, травматологии и ортопедии, терапии, кинезиотерапии, мануальной терапии, прикладной кинезиологии, остеопатии, кабинетах здоровья, школьной, спортивной, военной и ведомственной медицине, а также при реабилитации взрослых и детей с патологией нервной системы и опорно-двигательного аппарата, при оценке функционального состояния, предрейсовом и послерейсовом контроле, а также при научных исследованиях.The invention relates to medicine and can be used in posturology, neurology, traumatology and orthopedics, therapy, kinesiotherapy, manual therapy, applied kinesiology, osteopathy, health rooms, school, sports, military and departmental medicine, as well as in the rehabilitation of adults and children with pathology nervous system and musculoskeletal system, in assessing the functional state, pre-trip and post-trip control, as well as in scientific research.

Появилась новая медицинская наука - постурология. Она занимается изучением мышечного тонуса, позы, равновесия человека и механизмами его поддержания. Главные звенья постуральной системы - нервная и скелетно-мышечная (Гаже П.М., Вебер Б., Бонье Л. и др. Постурология. Регуляция и нарушение равновесия тела человека. СПб, СПбМАПО, 2008.)A new medical science has appeared - posturology. She is engaged in the study of muscle tone, posture, human balance and the mechanisms of its maintenance. The main links of the postural system are the nervous and musculoskeletal (Gage P.M., Weber B., Bonnier L. et al. Posturology. Regulation and imbalance of the human body. St. Petersburg, St. Petersburg International Medical Academy, 2008.)

Основным инструментом врача-постуролога является стабилометрическая платформа - устройство, позволяющее регистрировать проекцию общего центра масс тела стоящего на платформе человека, его перемещения во времени (Бабский Е.Б., Гурфинкель B.C., Ромель Э.Л. Новый способ исследования устойчивости стояния человека // Физиол. журн. СССР. - 1955. - Т. 12, №3. - С. 423-426, Bizzo G., Guillet М., Patat A. et al. Specifications for building a vertical force platform designed for clinical stabilometry // Med. & Biol. Eng. & Comput, 1985. - N23. - p. 474-476, патент на изобретение РФ №2093074 от 20.10.1997, патент на изобретение РФ №20958025 от 10.11.1997). Следует отметить, что помимо стабилометрии с помощью платформы существуют варианты стабилометрии с помощью акселерометрических датчиков, закрепленных на теле человека (авторское свидетельство №1752348 А61, 1992). Стал развиваться способ пространственной стабилометрии посредством трехкомпонентных телеметрических акселерометров (Загородний Н.В., Поляев Б.А., Скворцов Д.В., Карпович Н.И., Дамаж А.В. Дамаж, Пространственная стабилометрия посредством трехкомпонентных телеметрических акселерометров Журнал Лечебная физкультура и спортивная медицина, №3 (11), 2013, 4-10 с.). Постуральная система человека формируется в процессе развития и роста. Вертикальное положение тела обеспечивается свойствами его скелетно-мышечной системы, состоянием системы стопы - нижние конечности - таз - позвоночник - голова. Физиологические изгибы позвоночника так же способствуют вертикальной позе. Мышечная система обеспечивает поддержание позы, прием ведущая роль принадлежит мышцам тазового пояса, где расположен центр тяжести тела. Считается, что в нормальном положении головном мозге на основе проприоцептивной афферентации создается вертикальная модель тела, центр тяжести которой должен совпадать с образцом. Только в этом случае будет обеспечен постуральный мышечный баланс в вертикальном положении тела при минимальных мышечных затратах. В случае несовпадения центров тяжести, в системе управления ОДА создается сенсорная коррекция на основе обратной связи, стремящаяся сгладить это несоответствие за счет расширения площади устойчивости (Васильева Л.Ф.. Визуальная диагностика нарушений статики и динамики опорно-двигательного аппарата человека. - Иваново, 1996. - 110 с., L. Vasilyeva Lewit K Diagnosis of muscular dysfunction by inspection. - //in Rehabilitation of the spine - Williams and Willkins, 1995 - p. 113-142, патент РФ №2152166 от 10.09.1999, патент РФ №2136209.) при минимальных энергозатратах.The main instrument of a posturologist is a stabilometric platform - a device that allows you to record the projection of the total center of mass of a person standing on a platform of a person, its movement in time (Babsky EB, Gurfinkel BC, Romel EL A new way to study the stability of a person’s standing // Physiol. Journal of the USSR. - 1955. - T. 12, No. 3. - S. 423-426, Bizzo G., Guillet M., Patat A. et al. Specifications for building a vertical force platform designed for clinical stabilometry / / Med. & Biol. Eng. & Comput, 1985. - N23. - p. 474-476, patent for the invention of the Russian Federation No. 2093074 from 10.20.1997, patent for the invention of the Russian Federation No. 20958025 from 10.11.1997). It should be noted that in addition to stabilometry using the platform, there are options for stabilometry using accelerometric sensors mounted on the human body (copyright certificate No. 1752348 A61, 1992). The method of spatial stabilometry by means of three-component telemetric accelerometers began to develop (Zagorodni N.V., Polyaev B.A., Skvortsov D.V., Karpovich N.I., Damazh A.V. Damage, Spatial stabilometry by means of three-component telemetric accelerometers Journal Physiotherapy exercise and sports medicine, No. 3 (11), 2013, 4-10 pp.). The human postural system is formed in the process of development and growth. The vertical position of the body is ensured by the properties of its musculoskeletal system, the state of the foot system - lower limbs - pelvis - spine - head. The physiological curves of the spine also contribute to the upright posture. The muscular system ensures the maintenance of the posture, and the leading role belongs to the muscles of the pelvic girdle, where the center of gravity of the body is located. It is believed that in the normal position of the brain, a vertical model of the body is created on the basis of proprioceptive afferentation, the center of gravity of which should coincide with the sample. Only in this case will postural muscle balance be ensured in the vertical position of the body with minimal muscle costs. In case of a mismatch of the centers of gravity, a feedback based correction is created in the control system of the ODE, which seeks to smooth out this discrepancy by expanding the stability area (Vasilieva L.F. Visual diagnosis of violations of the statics and dynamics of the human musculoskeletal system. - Ivanovo, 1996 . - 110 p., L. Vasilyeva Lewit K Diagnosis of muscular dysfunction by inspection. - // in Rehabilitation of the spine - Williams and Willkins, 1995 - p. 113-142, RF patent No. 2152166 dated 09/10/1999, RF patent No. 2136209.) With minimal energy consumption.

Обычно стабилографический комплекс включает в себя ПЭВМ, стабило-платформу и комплект датчиков для съема физиологических сигналов (ЭКГ, ЭМГ при соответствующем исполнении). К платформе, на которой в положении стоя располагается человек, крепятся датчики силы, с помощью которых измеряются реакции опор, а затем вычисляются координаты ЦД, оказываемого человеком на силовоспринимающую поверхность стабилоплатформы. Компьютерное стабилографическое исследование не требует большого времени и пригодно при массовых обследованиях населения, комфортно, высоко информативно, валидно и многофункционально. Для оценки постуральной функции приоритетными являются следующие стабилографические методики: стабилографический тест, оптокинетический тест, тест Ромерга и тест с поворотом головы, пробы с дистальным прикусом и разным покрытием опоры. (Kapteyn T.S., Bles W., Njiokiktjien Ch. J. et al. Standardization in platform Stabilometry being a part of posturography // Agressologie, 1983. - N24, Vol. 7. - p. 321-326., патент РФ №2175851 от 2001, патент РФ №22165733 от 2001, патент РФ №2380035 от 2010). Зарегистрированный сигнал можно обработать с привлечением методик статокинезеграммы, стабилограммы, гистограммы, спектрального анализа, анализа векторов, диаграмм, зоны предпочтения, когерентного анализа и аниматора и др. Разработаные методики векторного анализа стабилографического позвволили эффективно использовать методику стабилографии при оценке функционального состояния человека (Иванова Г.Е., Сковрцов Д.В., Климов Л.В. Оценка постуральных функций в клинической практике. Журнал «Российский национальный исследовательский Вестник восстановительной медицины №1⋅2014 стр. 19-25, Усачев В.И., Мохов Д.Е. Возможности стабилометрического векторного анализа в диагностике постуральных нарушений // Материалы I Международного симпозиума «Клиническая постурология, поза и прикус». Санкт-Петербург. - 2004. - С. 32-41., патент BY №17473 от 30.08.2013 г.). После проведения обследования экспресс-информацией для врача является распечатываемый протокол, который содержит различные варианты обработки сигнала при пробах с вычислением многочисленных коэффициентов. Прогресс постурологии связан с развитием новой техники - стабилометрических платформ и подографов, а так же совершенствования методик анализа стабилографических сигналов (Скворцов Д.В. Клинический анализ движений. Стабилометрии. - М.: НМФ «МБН», 2000. - 188 с., Слива С.С. Отечественная компьютерная стабилография: технический уровень, функциональные возможности и области применения // Журнал «Медицинская техника». - Вып. 1, январь-февраль. - Москва. Медицина, 2005. - 32-36 с., Слива А.С., Войнов И.Д,, Слива С.С. Развитие методов и средств компьютерной стабилографии. Известия ЮФУ Технические науки. Тематический выпуск. 2010. No9 (110) С. 158-164.). Введение в исследование многочисленных проб (повороты головы, прикус, опора) позволили существенно расширить применяемость метода. (Усачев В.И., Мохов Д.Е.. Стабилометрия в постурологии. СПб.: Издательский дом СПбМАПО, с. 8-10, 2004.).Usually the stabilographic complex includes a personal computer, a stable platform and a set of sensors for picking up physiological signals (ECG, EMG with the appropriate performance). Strength sensors are attached to the platform on which the person is standing, with which the reactions of the supports are measured, and then the coordinates of the CP provided by the person on the power-sensitive surface of the stabilized platform are calculated. Computer stabilographic research does not require much time and is suitable for mass surveys of the population, comfortable, highly informative, valid and multifunctional. To assess postural function, the following stabilographic methods are prioritized: stabilographic test, optokinetic test, Romerg test and head rotation test, samples with a distal bite and different support surfaces. (Kapteyn TS, Bles W., Njiokiktjien Ch. J. et al. Standardization in platform Stabilometry being a part of posturography // Agressologie, 1983. - N24, Vol. 7. - p. 321-326., RF patent No. 2175851 from 2001, RF patent No. 22165733 from 2001, RF patent No. 2380035 from 2010). The registered signal can be processed using the methods of the statokinesegram, stabilogram, histogram, spectral analysis, analysis of vectors, diagrams, preference zone, coherent analysis and animator, etc. The developed methods of vector stabilization analysis made it possible to effectively use the method of stabilography in assessing the functional state of a person (G. Ivanova E., Skovrtsov D.V., Klimov L.V. Evaluation of postural functions in clinical practice.Journal "Russian National Research West ik of restorative medicine No. 1⋅2014 pp. 19-25, Usachev VI, Mokhov DE Possibilities of stabilometric vector analysis in the diagnosis of postural disorders // Materials of the I International Symposium "Clinical Posturology, Posture and Bite. St. Petersburg . - 2004. - S. 32-41., Patent BY No. 17473 of 08.30.2013). After the examination, the express information for the doctor is a printed protocol that contains various signal processing options for samples with the calculation of numerous coefficients. The progress of posturology is associated with the development of new technology - stabilometric platforms and podographs, as well as improving the methods of analysis of stabilographic signals (Skvortsov D.V. Clinical analysis of movements. Stabilometry. - M.: NMF "MBN", 2000. - 188 pp., Plum S. S. Domestic computer stabilization: technical level, functionality and application // Medical Technology Magazine. - Issue 1, January-February. - Moscow. Medicine, 2005. - 32-36 p., Sliva A. S., Voinov I.D., Plum S.S. Development of methods and means of computer stabil afii. Proceedings of the SFU Engineering. Special Issue. 2010. No9 (110) pp 158-164.). The introduction of numerous samples into the study (head turns, bite, support) made it possible to significantly expand the applicability of the method. (Usachev V.I., Mokhov D.E. Stabilometry in posturology. St. Petersburg: Publishing House SPbMAPO, pp. 8-10, 2004.).

Важно отметить что стабилографический сигнал имеет двумерные характеристики, и отражает колебания центра давления человека только в горизонтальной плоскости. Многие исследователи отмечали несовершенство стабилографического анализа для оценки постуральной системы организма и указывали на необходимость комплексной оценки с учетом параметров локомоторной системы. Лишь с помощью специальных тестов стабилоплатформа дает возможность, и то косвенно, оценить состояние костно-мышечной системы и вклада движений тела и его частей в колебания общего центра давления. Так, известен метод выявления постурального дисбаланса методом подографии, стабилографии и отвеса (Liebenson G. Rehabilitation of the Spine. 1996, Васильева Л.Ф. Визуальная диагностика нарушений статики и динамики ОДА человека. Иваново, 1996 стр. 9-14). На основании изменения центра тяжести при функциональных пробах оценивается степень участия конкретных мышц в обеспечении вертикального положения. Недостаток этого способа состоит в том, что оценивается только перемещение проекции центра тяжести тела. В каком направлении и в какой степени сместилось тело в пространстве в трех плоскостях, этот метод не может указать точно. С целью выявления постурального дисбаланса был предложен способ основанный на оптической топографии (патент РФ №2136209 от 1999 г., патент РФ №2152166 от 2000 г.) с использованием регистрации муаровой картины поверхности спины, в котором регистрацию муаровой картины производят последовательно в шести периодах переноса веса тела на каждую из ног из положения двухопорного состояния на весах, а затем на основании проведенной серии топограмм строят графики этих перемещений в трех плоскостях с последующей оценкой степени смещения оси тела. К сожалению, данный способ предполагает оценку не всей локомоторной системы, а лишь ее части, и не позволяет провести одномоментного стабилографического исследования и устройство оптической топографии не предназначено к слежению за выделяемыми структурами опорно-двигательного аппарата. Существует комплекс (патент РФ №94831 от 10 июня 2010 г., патент РФ №2442533 от 20 февраля 2012 г.) позволяющий провести регистрацию, анализ и моделирование структурно-двигательного аппарата человека, основанный на использовании машинного стереозрения и стабилографической платформы, при этом в блоке обработки информации данного комплекса анализируется расположение маркированных структур опорно-двигательного аппарата человека вкупе с положением общего центра тяжести. Согласно вышеуказанным патентам в комплексе стабилографическая платформа используется лишь для определения проекции общего центра тяжести с целью повышения точности определения месторасположения структурно-двигательного аппарата.It is important to note that the stabilographic signal has two-dimensional characteristics, and reflects fluctuations in the center of pressure of a person only in the horizontal plane. Many researchers noted the imperfection of stabilographic analysis to assess the body's postural system and pointed out the need for a comprehensive assessment taking into account the parameters of the locomotor system. Only with the help of special tests does the stable platform make it possible, and then indirectly, to assess the state of the musculoskeletal system and the contribution of the movements of the body and its parts to the oscillations of the general center of pressure. So, the known method for detecting postural imbalance by the method of podography, stabilization and plumb (Liebenson G. Rehabilitation of the Spine. 1996, Vasilieva LF Visual diagnosis of violations of the statics and dynamics of human ODE. Ivanovo, 1996, pp. 9-14). Based on the change in the center of gravity during functional tests, the degree of participation of specific muscles in ensuring an upright position is estimated. The disadvantage of this method is that it evaluates only the displacement of the projection of the center of gravity of the body. In what direction and to what extent the body has shifted in space in three planes, this method cannot indicate exactly. In order to identify postural imbalance, a method based on optical topography was proposed (RF patent No. 2136209 of 1999, RF patent No. 2152166 of 2000) using registration of the moire pattern of the back surface, in which registration of the moire pattern is performed sequentially in six transfer periods body weights on each of the legs from the position of the two-bearing state on the scales, and then based on a series of topograms, graphs of these movements in three planes are constructed with the subsequent assessment of the degree of displacement of the body axis. Unfortunately, this method involves assessing not the entire locomotor system, but only its parts, and does not allow for simultaneous stabilographic research and the optical topography device is not intended to monitor the allocated structures of the musculoskeletal system. There is a complex (RF patent No. 94831 dated June 10, 2010, RF patent No. 2442533 dated February 20, 2012) that allows registration, analysis and modeling of the human structural-motor apparatus based on the use of machine stereo vision and a stabilographic platform, while the information processing unit of this complex analyzes the location of the marked structures of the musculoskeletal system of a person, together with the position of the general center of gravity. According to the above patents, the complex stabilographic platform is used only to determine the projection of the common center of gravity in order to increase the accuracy of determining the location of the structural-motor apparatus.

Таким образом, комплексов и устройств, повышающих информативность стабилометрического исследования путем для регистрации колебаний маркированных структур тела для одновременной оценки постуральной системы, т.е. нервной системы и костно-мышечной не существует. Классическое стабилографическое исследование не дает возможности оценки характера колебательного движения отдельных точек тела испытуемого, так, например, если тазовый и плечевой пояс человека при поддержании позы будут двигаться в противофазе, то классическая стабилограмма это не отразит, либо отразит неоднозначно. Анализ классической стабилограммы с целью выделения составляющих, обусловленных движением отдельных частей тела не представляется возможным.Thus, complexes and devices that increase the information content of the stabilometric study by registering the fluctuations of the marked body structures for the simultaneous assessment of the postural system, i.e. the nervous system and musculoskeletal does not exist. Classical stabilographic study does not allow assessing the nature of the oscillatory movement of individual points of the body of the test person, for example, if the pelvic and shoulder girdles of a person while moving pose are in antiphase, then the classical stabilogram will not reflect, or will reflect ambiguously. Analysis of the classical stabilogram in order to highlight the components due to the movement of individual parts of the body is not possible.

Технический результат предлагаемой заявки заключается в регистрации и оценке постуральной системы человека путем стабилографического исследования и стереофотограмметрического отслеживания пространственных координат меток, размещенных на теле испытуемого, при этом отслеживание пространственных координат меток производят как во время классической стабилометрии с использованием платформы, так и независимо, причем за счет добавления блока усреднения пространственных координат данные суммарного движения меток (центра тяжести), в подавляющем большинстве случаев могут заменить собой классическую стабилограмму.The technical result of the proposed application is to register and evaluate the human postural system by stabilographic research and stereophotogrammetric tracking of the spatial coordinates of the marks placed on the subject’s body, while tracking the spatial coordinates of the marks is carried out both during classical stabilometry using the platform and independently, due to adding a block of averaging spatial coordinates data of the total movement of marks (center of gravity), in ulation most cases can replace a classic stabilograms.

Сущность предлагаемого исследования заключается в том, что одновременно регистрируются показатели с платформы и камер, работающих в режиме слежения, одновременно оценивается вся постуральная система. Оценка колебаний центра давления проводится с помощью одной или двух стабилометрических платформ «Стабилоанализатор компьютерный «Сабилан 01-02», оценка месторасположения точек в пространстве с возможностью слежения - с помощью цифровых видеокамер и лазерных дальномеров, или устройств, объединяющих камеру и лазерный дальномер - (типа бесконтактный контроллер Microsoft Kinect sensor for Windows), представляющий собой 3D-камеру. Данные сенсоры имеют в своем составе цифровую камеру и своего рода лазерный дальномер, обеспечивающий структурированную инфракрасную лазерную подсветку с вычислением диспаратности по параллаксу, что дает возможность определения положения в пространстве всего массива точек исследуемого объекта (поверхность тела), вычисления периметра охватов частей и сегментов тела. 3-D камера позволяет, например, в отличие от вышеприведенного комплекса (патент РФ №2442533 от 20 февраля 2012 г.) повысить функциональные возможности системы с помощью автокалибровки сцены за счет использования данных дальностной картины, даваемой сенсором, вместо применения специального калибровочного объекта, что упрощает процесс калибровки при массовых исследованиях; совместного использования двумерных и трехмерных данных сенсора для повышения точности отслеживания маркеров и надежности их удержания. В некоторых случаях, когда не требуется высокой точности измерения, а главным образом, если не требуется привязка к маркерам, возможно использование только трехмерных данных. Однако, для достижения высокой точности измерения координат и более надежного удержания маркированных точек, требуется поддержка стереограмметрическими методами с использованием не 3-D режима съемки. При использовании двух или более сенсоров, одновременно с нескольких сторон для получения полной картины объекта возможно автоматическое соединение частей изображения с различных ракурсов в единую трехмерную модель. Повышает диагностическую ценность комплекса возможность использования встроенной системы распознавания сегментов тела человека например, для получения межсегментных углов в реальном времени для оценки динамического стереотипа а так же возможности слежения за поверхностной трехмерной моделью объекта в дополнение к отслеживанию маркеров или самостоятельно. Кроме того, исследователь может произвольно выбрать для слежения определенную структуру или группу маркеров.The essence of the proposed study is that at the same time indicators are recorded from the platform and cameras operating in the tracking mode, while the entire postural system is evaluated. The fluctuation of the center of pressure is assessed using one or two stabilometric platforms “Computer stabilizer“ Sabilan 01-02 ”, the location of points in space with the possibility of tracking - using digital video cameras and laser rangefinders, or devices that combine a camera and a laser rangefinder - (type contactless controller Microsoft Kinect sensor for Windows), which is a 3D camera. These sensors incorporate a digital camera and a kind of laser rangefinder, which provides structured infrared laser illumination with parallax disparity calculation, which makes it possible to determine the position in space of the entire array of points of the object under study (body surface), calculate the perimeter of the coverage of parts and body segments. The 3-D camera allows, for example, in contrast to the above complex (RF patent No. 2442533 dated February 20, 2012), to increase the system’s functionality by automatically calibrating the scene by using the data of the long-distance picture provided by the sensor instead of using a special calibration object, which simplifies the calibration process in mass studies; sharing of two-dimensional and three-dimensional sensor data to improve the accuracy of tracking markers and the reliability of their retention. In some cases, when high accuracy of measurement is not required, and mainly, if reference to markers is not required, only three-dimensional data can be used. However, to achieve high accuracy of coordinate measurement and more reliable retention of marked points, support by stereogrammetric methods using a non-3-D shooting mode is required. When using two or more sensors, simultaneously from several sides to obtain a complete picture of the object, it is possible to automatically combine parts of the image from different angles into a single three-dimensional model. The diagnostic value of the complex increases the ability to use the built-in system for recognizing segments of the human body, for example, to obtain intersegment angles in real time to assess the dynamic stereotype and also the ability to track a surface three-dimensional model of an object in addition to tracking markers or independently. In addition, the researcher may optionally select a specific structure or group of markers for tracking.

При исследовании с помощью предлагаемого комплекса вначале происходит развертывание комплекса (Фиг. 1). Комплекс включает:When researching using the proposed complex, the complex is first deployed (Fig. 1). The complex includes:

1 - Стабилоанализатор «Стабилан - 01-2»;1 - Stabilizer analyzer "Stabilan - 01-2";

2 - Устройства, объединяющее камеру и лазерный дальномер;2 - Devices that combine the camera and the laser rangefinder;

3 - Штативы;3 - Tripods;

4 - Калибровочное устройство;4 - Calibration device;

5 - Ноутбук5 - Notebook

Перед исследованием проводится подготовка системы видеоввода, Устройства 2 устанавливаются на штативы 3, так чтобы оптические оси регистрирующих устройств пересекались в зоне исследования, т.е. в зоне вертикали, восстановленной из центра стабилометрической платформы, проводится предварительная калибровка комплекса, для чего на стабилоаналиатор 1 устанавливается калибровочное устройство, затем проводится инструктаж и разметка испытуемого, на его теле устанавливаются маркеры в проекции на кожу определенных костных структур и исследуемый становится на платформу в удобной (основной) стойке, в зависимости от задач либо спиной, либо лицом к системе видеоввода. Производится одновременная регистрация колебаний центра давления и стереограмметрическая регистрация маркированных точек, формируется протокол исследования, в котором отражены как колебания центра давления, так и маркированных точек, а так же по задачам исследования приводится предварительная оценка этих колебаний. Эти протоколы отражают оценку постуральной системы согласно стандартам международного общества постурологов, либо по программе, предложенной В.И. Усачевым и Моховым (2004), либо по желанию исследователя. (Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 8). Затем приводятся протоколы, позволяющие оценить колебания точек на теле пациента. Обычно маркер устанавливается на зону медиального крестцового гребня в проекции остистого отростка S1 либо S2, что максимально приближено к расположению общего центра тяжести человека, проекции остистого отростка С7 и на голове испытуемого, в зоне между большими затылочными буграми. Выбирается тип обработки полученных координат либо в варианте стандартных стабилометрических методик, но с появлением возможности отслежки колебаний каждой регистрируемой точки в трех плоскостях, а не только в горизонтальной, либо колебаний каждой регистрируемой точки в трехмерном пространстве вместе с колебаниями центра давления, либо в виде оценки колебаний усредненной точки, где параметры местонахождения всех маркированных точек связываются, усредняются и обрабатываются как обычный стабилографический сигнал. (Фиг. 4, 9-11) Третий протокол отражает состояние костно-мышечной системы, и в первую очередь, позвоночного столба, степень компенсации и направления сколиоза, а так же длин конечностей и их сегментов, нацеливает внимание врача на поиск укороченных мышц. (Фиг. 5, Фиг. 6, Фиг. 7.).Before the study, a video capture system is being prepared. Devices 2 are mounted on tripods 3 so that the optical axes of the recording devices intersect in the study area, i.e. in the vertical zone, restored from the center of the stabilometric platform, a preliminary calibration of the complex is carried out, for which a calibration device is installed on stabilizer 1, then the subject is instructed and labeled, markers are placed on his body in projection onto the skin of certain bone structures and the subject becomes comfortable in the platform (main) rack, depending on the tasks, either with your back or facing the video capture system. Simultaneous registration of the oscillations of the pressure center and stereogrammetric registration of the marked points are made, a study protocol is formed, which reflects both the fluctuations of the pressure center and the marked points, as well as a preliminary assessment of these fluctuations. These protocols reflect the assessment of the postural system according to the standards of the international society of posturologists, or according to the program proposed by V.I. Usachev and Mokhov (2004), or at the request of the researcher. (Fig. 2, Fig. 3, Fig. 8). Then, protocols are presented to evaluate the fluctuation of points on the patient's body. Typically, the marker is installed on the area of the medial sacral ridge in the projection of the spinous process S1 or S2, which is as close as possible to the location of the common center of gravity of the person, the projection of the spinous process C7 and on the subject’s head, in the area between the large occipital tubercles. The type of processing of the obtained coordinates is selected either in the variant of standard stabilometric techniques, but with the possibility of tracking the vibrations of each registered point in three planes, and not only in the horizontal, or the vibrations of each registered point in three-dimensional space along with the vibrations of the center of pressure, or in the form of an assessment of vibrations an averaged point, where the location parameters of all marked points are connected, averaged and processed as a regular stabilographic signal. (Fig. 4, 9-11) The third protocol reflects the state of the musculoskeletal system, primarily the spinal column, the degree of compensation and direction of scoliosis, as well as the lengths of the limbs and their segments, focuses the doctor's attention on the search for shortened muscles. (Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7.).

Таким образом, представляемый комплекс с алгоритмом обследования позволяет существенно повысить информативность стабилографического исследования для регистрации и оценки постуральной системы организма.Thus, the presented complex with the survey algorithm can significantly increase the information content of the stabilographic study for recording and evaluating the body's postural system.

Примеры работы комплекса иллюстрируют вышеуказанное.Examples of the operation of the complex illustrate the above.

Пример 1. Использование комплекса для поиска оптимальных ортопедических средств компенсацииExample 1. Using the complex to search for optimal orthopedic means of compensation

Больной Б., 23 лет, студент, инвалид детства, детский церебральный паралич, поздняя резидуальная стадия, гемипаретическая форма. Клиническую картину определяет правосторонний гемипарез, выраженный преимущественно в кисти правой руки, а также выраженная асимметрия конечностей - недоразвитее правых, правая нога на 2 см. короче левой.Patient B., 23 years old, student, childhood invalid, cerebral palsy, late residual stage, hemiparetic form. The clinical picture is determined by right-sided hemiparesis, expressed mainly in the right hand, as well as pronounced asymmetry of the limbs - underdeveloped right, the right leg 2 cm shorter than the left.

Проведенное стабилографическое исследование - стабилотест установило смещение опоры в здоровую сторону, но при подкладывании коска под правую пятку при векторном анализе установлено резкое снижение качества функции равновесия (Фиг. 3), хотя косок под правой пяткой толщиной 15 мм улучшает статическую компенсацию сколиоза (отвес от СП отклоняется на 1.92 от межягодичной складки вместо 2.52 без коска, Фиг 5, 6, 7). Использование стельки под всей подошвой более целесообразно. Для углубленного анализа требуется длительное наблюдение за точками в режиме слежения, фрагмент протокола наблюдения в таб. Excel представлен на Фиг. 4.The stabilographic study conducted — the stable test — established the support shift to the healthy side, but when putting the braid under the right heel, vector analysis showed a sharp decrease in the quality of the equilibrium function (Fig. 3), although the braid under the right heel with a thickness of 15 mm improves static compensation of scoliosis (plumb from SP deviates by 1.92 from the intergluteal folds instead of 2.52 without a braid, Figs. 5, 6, 7). Using insoles under the entire sole is more appropriate. In-depth analysis requires long-term observation of points in tracking mode, a fragment of the observation protocol in tab. Excel is shown in FIG. four.

Пример 2. Использование комплекса в научных целях.Example 2. The use of the complex for scientific purposes.

Испытуемая Б, 54 лет. На момент осмотра практически здорова, в анамнезе - Недостаточность кровообращения в вертебро-базиллярном бассейне, шейный остеохондроз, поясничный остеохондроз, парамедианная грыжа диска L4-5, грудной остеохондроз, реберно-поперечные артрозы DVIII.Subject B, 54 years old. At the time of the examination, it is almost healthy, with a history of circulatory failure in the vertebro-basilar pool, cervical osteochondrosis, lumbar osteochondrosis, paramedian hernia of the L4-5 disc, thoracic osteochondrosis, costal transverse arthrosis DVIII.

Векторный анализ стабилотеста (Фиг 8) и колебаний зоны остистого отростка DVIII в горизонтальной (Фиг. 9), фронтальной (Фиг 10), сагиттальной плоскостях (Фиг. 11). Качество функции равновесия в зоне ограничения подвижности DVIII выше чем при выполнении стабилотеста при обычном исследовании (87,3%), особенно во фронтальной плоскости 98,93% и сагиттальной - 97.39%. В горизонтальной плоскости отмечается 94,46%, что возможно связано с ригидностью позвоночника в основной стойке.Vector analysis of the stability test (Fig. 8) and oscillations of the spinous process DVIII in the horizontal (Fig. 9), frontal (Fig. 10), sagittal planes (Fig. 11). The quality of the equilibrium function in the zone of limitation of mobility DVIII is higher than when performing the stability test in a conventional study (87.3%), especially in the frontal plane 98.93% and the sagittal plane - 97.39%. In the horizontal plane, 94.46% is noted, which is possibly associated with rigidity of the spine in the main stance.

Claims (2)

1. Способ повышения информативности стабилометрического исследования путем одновременного с ним стереофотограмметрического отслеживания пространственных координат меток, размещенных на теле испытуемого, с целью оценки их относительного расположения в пространстве и определения на основании этих данных статодинамических характеристик структур опорно-двигательного аппарата, причем за счет добавления блока усреднения пространственных координат меток возможна точная оценка колебаний центра тяжести.1. A way to increase the information content of the stabilometric study by simultaneously stereophotogrammetric tracking of the spatial coordinates of the marks placed on the subject’s body, in order to assess their relative position in space and determine the statodynamic characteristics of the structures of the musculoskeletal system based on these data, and by adding an averaging unit spatial coordinates of marks an accurate estimate of the center of gravity is possible. 2. Аппаратный комплекс для регистрации и анализа основных параметров двигательного стереотипа человека в пространстве и во времени, отличающийся тем, что интегрирует в своем составе один или более стабилоанализаторов и систему компьютерного зрения, работающую по принципу стереофотограмметрии с использованием двух способов калибровки - с калибровочным объектом и непосредственным измерением глубины для лучшей привязки к нанесенным на тело испытуемого маркерам и детализации движений обследуемого оптическими методами.2. A hardware system for recording and analyzing the main parameters of a person’s motor stereotype in space and time, characterized in that it integrates one or more stabilizers and a computer vision system that works on the principle of stereophotogrammetry using two calibration methods - with a calibration object and direct measurement of depth for better reference to the markers applied to the body of the subject and detailing the movements of the subject by optical methods.
RU2016144701A 2016-11-15 2016-11-15 Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation RU2665957C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144701A RU2665957C2 (en) 2016-11-15 2016-11-15 Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016144701A RU2665957C2 (en) 2016-11-15 2016-11-15 Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016144701A3 RU2016144701A3 (en) 2018-05-15
RU2016144701A RU2016144701A (en) 2018-05-15
RU2665957C2 true RU2665957C2 (en) 2018-09-05

Family

ID=62152030

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016144701A RU2665957C2 (en) 2016-11-15 2016-11-15 Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2665957C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692437C1 (en) * 2018-06-22 2019-06-24 Юрий Иванович Колягин Method for numerical determination of human postural disorders and their visualization
RU2740564C1 (en) * 2020-05-12 2021-01-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований" Method of rehabilitation of patients with vibration disease
RU2766983C1 (en) * 2021-06-07 2022-03-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУ СибФНКЦ ФМБА России) Method for assessing the functional state of the muscles of the lower extremities
RU2768183C1 (en) * 2021-04-12 2022-03-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Хабилект" Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor
RU2784306C1 (en) * 2022-05-24 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ РК" Минздрава России) Method for the rehabilitation of patients with sensorimotor form of diabetic neuropathy of the lower extremities

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070016109A1 (en) * 2003-10-31 2007-01-18 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Infant movement analysis system and infant movement analysis method
RU2308888C1 (en) * 2006-03-09 2007-10-27 Олег Вадимович Мареев Stabilograph device
US20090326341A1 (en) * 2006-11-10 2009-12-31 Roberto Furlan Apparatus for motor training and exercise of the human body
WO2011062890A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-26 The Mclean Hospital Corporation Method for diagnosing adhd and related behavioral disorders
RU2442533C2 (en) * 2010-01-27 2012-02-20 Александр Николаевич Новосельский Hardware system for complex registration, analasys and modeling of structural motor apparatus of a person
WO2015164421A1 (en) * 2014-04-21 2015-10-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Human movement research, therapeutic, and diagnostic devices, methods, and systems
US20160195856A1 (en) * 2014-01-08 2016-07-07 Yechezkal Evan Spero Integrated Docking System for Intelligent Devices
US20160247017A1 (en) * 2010-06-08 2016-08-25 Raj Sareen Method and system for body scanning and display of biometric data

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070016109A1 (en) * 2003-10-31 2007-01-18 Tokyo University Of Agriculture And Technology Tlo Infant movement analysis system and infant movement analysis method
RU2308888C1 (en) * 2006-03-09 2007-10-27 Олег Вадимович Мареев Stabilograph device
US20090326341A1 (en) * 2006-11-10 2009-12-31 Roberto Furlan Apparatus for motor training and exercise of the human body
WO2011062890A1 (en) * 2009-11-18 2011-05-26 The Mclean Hospital Corporation Method for diagnosing adhd and related behavioral disorders
RU2442533C2 (en) * 2010-01-27 2012-02-20 Александр Николаевич Новосельский Hardware system for complex registration, analasys and modeling of structural motor apparatus of a person
US20160247017A1 (en) * 2010-06-08 2016-08-25 Raj Sareen Method and system for body scanning and display of biometric data
US20160195856A1 (en) * 2014-01-08 2016-07-07 Yechezkal Evan Spero Integrated Docking System for Intelligent Devices
WO2015164421A1 (en) * 2014-04-21 2015-10-29 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Human movement research, therapeutic, and diagnostic devices, methods, and systems

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2692437C1 (en) * 2018-06-22 2019-06-24 Юрий Иванович Колягин Method for numerical determination of human postural disorders and their visualization
RU2740564C1 (en) * 2020-05-12 2021-01-15 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований" Method of rehabilitation of patients with vibration disease
RU2768183C1 (en) * 2021-04-12 2022-03-23 Общество С Ограниченной Ответственностью "Хабилект" Hardware and software complex and a method for calculating the position of the center of gravity of a person in three-dimensional space using a contactless sensor
RU2766983C1 (en) * 2021-06-07 2022-03-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства" (ФГБУ СибФНКЦ ФМБА России) Method for assessing the functional state of the muscles of the lower extremities
RU2784306C1 (en) * 2022-05-24 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ РК" Минздрава России) Method for the rehabilitation of patients with sensorimotor form of diabetic neuropathy of the lower extremities

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016144701A3 (en) 2018-05-15
RU2016144701A (en) 2018-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Roggio et al. Technological advancements in the analysis of human motion and posture management through digital devices
Williams et al. Dynamic measurement of lumbar curvature using fibre-optic sensors
Roren et al. Comparison of visual and ultrasound based techniques to measure head repositioning in healthy and neck-pain subjects
Zabjek et al. Evaluation of segmental postural characteristics during quiet standing in control and idiopathic scoliosis patients
Fortin et al. Reliability of a quantitative clinical posture assessment tool among persons with idiopathic scoliosis
Taylor et al. Angular movements of the pelvis and lumbar spine during self-selected and slow walking speeds
O’Sullivan et al. Towards monitoring lumbo-pelvic posture in real-life situations: Concurrent validity of a novel posture monitor and a traditional laboratory-based motion analysis system
Esser et al. Validity and inter-rater reliability of inertial gait measurements in Parkinson's disease: a pilot study
RU2665957C2 (en) Method for increasing the information content of stabilometric research and a hardware complex for its implementation
Schache et al. Differences between the sexes in the three-dimensional angular rotations of the lumbo-pelvic-hip complex during treadmill running
Topalidou et al. Evaluation of the reliability of a new non-invasive method for assessing the functionality and mobility of the spine
Pourahmadi et al. Kinematics of the spine during sit-to-stand movement using motion analysis systems: a systematic review of literature
Leigh et al. Does tester experience influence the reliability with which 3D gait kinematics are collected in healthy adults?
D'Amico et al. Normative 3D opto-electronic stereo-photogrammetric posture and spine morphology data in young healthy adult population
Cimolin et al. Computation of spatio-temporal parameters in level walking using a single inertial system in lean and obese adolescents
Helmya et al. Intra-rater and inter-rater reliability of Surgimap Spine software for measuring spinal postural angles from digital photographs
Rast et al. Between-day reliability of three-dimensional motion analysis of the trunk: A comparison of marker based protocols
Heitz et al. Test-retest reliability of posture measurements in adolescents with idiopathic scoliosis
Fortin et al. Differences in standing and sitting postures of youth with idiopathic scoliosis from quantitative analysis of digital photographs
Lang et al. 3D body segment oscillation and gait analysis for vestibular disorders
Kowalski et al. Objective parallel-forms reliability assessment of 3 dimension real time body posture screening tests
Kandasamy et al. Posture and back shape measurement tools: A narrative
Zabjek et al. Estimation of the centre of mass for the study of postural control in idiopathic scoliosis patients: a comparison of two techniques
Kowalski et al. Analysis of diagnostic methods in trunk deformities in the developmental age
RU2442533C2 (en) Hardware system for complex registration, analasys and modeling of structural motor apparatus of a person