Введение к работе
Актуальность исследования
Распространенность повреждений кисти составляет 30 - 57% от всех повреждений опорно-двигательного аппарата [Волкова А.М., 1996; Нельзина З.Ф., 1994], среди причин инвалидности 12,5% вызваны травмами кисти [Волкова А.М., 1996]. У пациентов, потерявших возможность выполнения полноценных движений пальцами, резко снижается качество жизни, они ограничены в выборе профессиональной деятельности. В настоящее время оценка возможности выполнения того или иного движения пальцами руки пациентов в клинике осуществляется по субъективному ощущению врача. При этом ошибка диагностики, например в травматологических отделениях, составляет, по данным литературы, 37% [Коршунов В.Ф., 2005]. На основе результатов диагностики принимается решение о проведении операции, осуществляется оценка ее результатов и проводимых реабилитационных мероприятий. Решить проблему может помочь создание объективной численной оценки, основанной на регистрации движения отдельных фаланг при помощи систем записи. Эти системы определяют положение, то есть координаты и эйлеровы углы, датчиков, прикрепленных к фалангам, в каждый момент времени. Клиническая интерпретация таких данных затруднительна и может быть преобразована в более понятные показатели, а именно: значения суставных углов, скоростей и ускорений при помощи математических моделей, определяющих способ расчета кинематики и динамики движений. Клиническая интерпретация полученных биомеханических показателей может быть основана на анализе их различий при патологическом и нормальном движении.
Применение биомеханических показателей с целью исследований отдельных патологических состояний встречается в литературе, однако существующие модели не использовались в клинической практике для оценки движений во всех суставах пальцев. Описание критериев различия нормального и патологического движений, основанных на биомеханическом анализе, в литературе не приводится. Для регистрации движений в исследовательских целях используются различные системы: оптические, электромагнитные, с гониометрами (датчиками суставных углов), но каждая из систем имеет свою точность и ограничения, так что единой системы для ежедневной клинической практики не предложено. Существующее программное обеспечение, позволяющее рассчитывать биомеханические показатели по записанным данным, применяется только в исследовательских целях, а не для решения повседневных медицинских задач, так как сложно в обращении и для интерпретации полученных результатов.
Цель исследования
Целью работы является разработка метода компьютерной диагностики двигательной активности пальцев руки человека на основе биомеханического моделирования, который предоставляет врачу возможность получать численные оценки движений пальцев.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
-
Выбрать кинематическую и динамическую модель кисти руки человека и адаптировать к применению в клинической практике, с учетом точности производимых расчетов.
-
Определить биомеханические показатели, пригодные для оценки функционального состояния пальцев в норме и при патологии.
-
Разработать подходы к клинической интерпретации полученных биомеханических показателей.
-
Разработать компьютерную систему диагностики движений пальцев для отделения хирургии кисти и реабилитационного отделения и внедрить ее в клиническую практику.
Научная новизна работы
Впервые в России в клинической практике применена биомеханическая модель, позволяющая изучать кинематику и динамику движений всех суставов пальцев руки человека.
Определены биомеханические показатели, позволяющие разделить нормальное и патологическое движение. Описаны подходы к их клинической интерпретации, пригодные для широкого ряда патологических состояний пальцев.
Разработана компьютерная система, позволяющая в клинической практике оценивать степень нарушения или восстановления движения пальцев пациентов, опираясь на численные показатели.
Положения, выносимые на защиту
Для вычисления кинематики и динамики движений пальцев в проксимальных суставах достаточно использовать модель с ортогональными осями, скрещивающимися на расстоянии 1 см друг от друга.
Сравнение численных значений объема движений, временной развертки суставных углов, скоростей и суммарных моментов мышечных сил пальца больной руки и аналогичного пальца здоровой руки позволяет оценить степень нарушения и/или восстановления движения.
Компьютерный программно-аппаратный комплекс для вычислений параметров движений по данным системы электромагнитной регистрации движений с использованием разработанного протокола обследований может быть использован в ежедневной клинической практике травматологического и реабилитационного отделений.
Практическая значимость работы
Разработанный метод компьютерной диагностики пальцев руки человека позволяет врачу:
количественно оценить степень нарушения движений пальцев пациента, поступающего на плановое лечение;
количественно оценить степень восстановления движений после медицинского вмешательства;
проследить динамику восстановления двигательной функции в послеоперационный период;
скорректировать, при необходимости, проводимые реабилитационные мероприятия.
Внедрение в практику
Разработанный метод функциональной диагностики двигательной активности пальцев руки используется в клинической практике 1-го травматологического отделения ГКБ №4 г. Москвы, отделения реабилитации Института Неврологии РАМН.
Апробация работы
Материалы диссертации изложены и обсуждены на II международной конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности (г. Москва, факультет фундаментальной медицины МГУ им. М.В.Ломоносова, 29 января – 1 февраля 2003); на международной конференции Progress in motor control IV (Universit de Caen Basse-Normandie, Франция, 20-23 августа 2003), на конференции, посвященной 40-летию медико-биологического факультета РГМУ (Москва, 5 декабря 2003); на VII всероссийской конференции по биомеханике «Биомеханика 2004» (Нижний Новгород, 24 - 28 мая 2004); на III Всероссийской с международным участием школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, ФФМ, 1-4 февраля 2005); на конференции «Биомеханические и нейросетевые модели двигательного управления» (ИВНДиНФ РАН, 5 апреля 2006); на IV Всероссийской с международным участием школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Инновационные направления в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности» (Москва, МГУ им. М.В.Ломоносова, ФФМ, 31 января – 3 февраля 2007); на международном симпозиуме «Информационные технологии и общество 2007» (24 апреля – 1 мая 2007, Тель-Авив, Израиль); на II Всероссийской конференции по управлению движениями (Петрозаводск, 30 января – 1 февраля 2008 г.), на научных семинарах кафедры медицинской кибернетики и информатики ГОУ ВПО РГМУ Росздрава (Москва, 2004-2011 гг.).
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания использованных материалов и методов исследований, результатов и их обсуждения, заключения, выводов, практических рекомендаций и приложений. Список литературы включает 164 источников, из них 17 на русском языке и 147 на иностранных языках. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста, иллюстрирована 65 рисунками и 11 таблицами, снабжена 4 приложениями.
