Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Анализ современного состояния компьютерной постурографии 16
1.1. Физиологические основы регуляции вертикальной позы человека 16
1.1.1. Двигательная система 17
1.1.2. Регуляция длины мышц 18
1.1.3. Регуляция напряжения мышц 19
1.1.4. Двигательные программы спинного мозга 20
1.1.5. Регуляция позы 20
1.1.6. Статокинетические рефлексы 22
1.1.7. Двигательная кора 22
1.1.8. Кортикоспинальный путь 23
1.1.9. Мозжечок 24
1.1.10. Назальные ганглии 25
1.2. Классификация компьютерных постурографов 28
1.3. Типовая структурная схема постурографического комплекса 30
1.4. Статистические методы обработки стабилограмм 32
1.5. Основные медико-технические методы
исследования устойчивости позы человека 34
1.6. Сравнительный анализ современных компьютерных постурографов 37
1.7. Анализ соответствия технических характеристик средне-условного постурографического комплекса требованиям, предъявляемым медициной 41
1.7.1. Диагностические требования 41
1.7.2. Исследовательские требования 41
1.7.3. Реабилитационные требования 42
1.8. Основные недостатки современных постурографов 42
1.9. Выводы 44
1.10. Задачи исследования 44
Раздел 2. Разработка алгоритмов программно математического обеспечения стабилографических методов оценки устойчивости вертикальной позы человека 46
2.1. Билатеральная стабилометрическая платформа 46
2.2. Математическая модель 4-х датчиковой билатеральной платформы 47
2.2.1. Основные положения и допущения модели 48
2.2.2. Основные уравнения модели 49
2.2.3. Анализ погрешности проводимых вычислений 52
2.3. Показатели устойчивости 58
2.3.1. Классификация показателей устойчивости 56
2.3.2. Основные показатели, вычисляемые программно-математическим обеспечением компьютерного постурографа «Стабилотест» 60
2.4. Визуализация результатов обследования 69
2.4.1. Стабилоанимматор 71
2.4.2. Графики смещения ОЦМ и ЦМ опорных конечностей 74
2.4.3. Векторограммы 75
2.4.4. Исследование углов поворота движения ОЦМ. Показатель времени запаздывания 76
2.4.5. Проекция двумерной гистограммы распределения ОЦМ на опорную плоскость 80
2.4.6. Гистограммы распределения сагиттальных колебаний ЦМ каждой опорной конечности 82
2.5. Реабилитационные алгоритмы 83
2.5.1. Реализация алгоритма уклонения виртуальной мишени от проекции ОЦМ в реабилитационных программах 85
2.5.2. Реализация алгоритма преследования виртуальной мишенью проекции ОЦМ в реабилитационных программах 87
2.6. Требования, предъявляемые к языку программного обеспечения компьютерных постурографов 89
2.7. Выводы 94
. Раздел 3. Разработанные методики 95
3.1. Методика диагностики, лечения и реабилитации больных с двигательными нарушениями на основе билатеральной платформы 95
3.1.1. Назначение 95
3.1.2. Исходные данные, основные положения 95
3.1.3. Алгоритм, формулы 97
3.1.3.1. Основные уравнения модели 98
3.1.3.2. Анализ погрешности вычислений 100
3.1.4. Порядок проведения работ, измерений
3.1.5. Пример использования
3.1.6. Выводы
3.2. Методика определения степени устойчивости вертикальной позы по стабилографическим показателям
3.2.1. Назначение
3.2.2. Исходные данные, основные положения
3.2.3. Алгоритм, формулы
3.2.3.1. Показатель весораспределения
3.2.3.2. Угол поворота (асимметрии) позы
3.2.3.3. Время запаздывания реакции
3.2.4. Порядок проведения работ, вычислений
3.2.5. Клиническое исследование предложенных показателей
3.2.5.1. Материал и методы исследования
3.2.5.2. Результаты исследования
3.2.6. Выводы
3.3. Методика реабилитации больных при помощи игр
3.3.1. Назначение
3.3.1.1. Показания к применению методики
3.3.1.2. Противопоказания к применению
3.3.2. Исходные данные, основные положения
3.3.2.1. Подготовительные средства
3.3.2.2. Основные средства
3.3.3. Алгоритм, формулы
3.3.3.1. Игра «Преследование»
3.3.3.2. Игра «Уклонение»
3.3.4. Пример использования
3.3.5. Выводы
3.4. Постурограф «Стабилотест»
3.4.1. Назначение
3.4.2. Алгоритм, формулы
3.4.3. Порядок работы
3.4.4. Выводы Заключение
Основные результаты работы Список литературы
- Двигательные программы спинного мозга
- Сравнительный анализ современных компьютерных постурографов
- Основные положения и допущения модели
- Исходные данные, основные положения
Введение к работе
Стабилографический метод исследования перемещения проекции центра тяжести тела человека на горизонтальную плоскость, впервые описанный в 1952 г. Е.Б. Бабским и коллегами [54], на всем протяжении его существования привлекал к себе внимание научной и практической медицины своей эффективностью, наглядностью и объективностью оценок.
Естественное развитие стабилографический метод получил с введением в обиход персональных компьютеров (ПК). ПК позволили внедрить в практику медицинского приборостроения математическое моделирование функций человеческого организма для изучения их функционирования и нарушений, визуализировать (сделать наглядной) процедуру исследований, а также, путем использования математических методов, количественно описать изучаемые функции и их динамику изменения [33,34,35,36,37,38,49,50,62,63,97]. В настоящее время стабилографический метод активно внедряется для лечения нарушений устойчивости вертикальной позы у больных с различными заболеваниями [3,4,5,13,16,17,19,20,42,103,109,110]. К числу важных достоинств метода можно отнести его неинвазивность, сравнительную простоту конструкций приборов его осуществляющих, малое время обследования пациентов (не более нескольких минут), отсутствие требований к специальной подготовке пациентов, высокую информативность исследований. Метод позволяет оценивать как общее состояние человека, так и состояние основных физиологических систем, участвующих в процессе поддержания вертикальной позы. В тоже время, успешное использование стабилографического метода осложнено наличием существенного недостатка. Анализ и обработка получаемой информации должны учитывать сложные корреляционные зависимости в проявлениях патологии различных систем организма (опорно-двигательной, вестибулярной, зрительной, проприорецептивной и др.) в
отношении поддержания устойчивости вертикального положения человека [1,6,7,9,12,18,27,28,32].
Последние достижения в области компьютерной реализации стабилографического метода нашли воплощение в новых приборах -компьютерных постурографах.
Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью совершенствования методов и средств диагностики и лечения болезней человека в целом и патологии, связанной с нарушениями устойчивости вертикальной позы в частности. Постурографы предназначены для применения в медицине, профотборе, спорте и др. областях деятельности человека для качественной и количественной экспресс - оценки характеристик колебаний проекции центра тяжести на горизонтальную плоскость. Приборы позволяют оценить характеристики нарушений устойчивости позы человека в положении стоя, характеристики асимметрии колебаний в передне - заднем и боковых направлениях и частотные характеристики этих колебаний.
Программное обеспечение постурографов позволяет реализовать
автоматизированные обследования в различных режимах (в том числе и с
обратной связью), обеспечивающих функциональную диагностику нарушений,
восстановление и тренировку двигательных функций.
Прибор, как правило, включает в себя тензометрическую платформу, специализированный контроллер для сопряжения с персональным IBM-совместимым компьютером и пакет прикладных программ.
Известны работы по использованию постурографов в
оториноларингологии, офтальмологии, психиатрии, наркологии, фармакологии и даже в анестезиологии [93]. В ортопедии постурограф используют для выявления наличия асимметрий опорно-двигательного аппарата, аномалий суставов и позвоночника [26,42,93].Травматологическая клиника с помощью постурографии исследует функциональное состояние поврежденных нижних
8
конечностей и/или позвоночника[21,29,39,93]. В неврологии спектр
применения постурографических исследований охватывает такие области как
парезы, параличи, гиперкинезы, нарушения чувствительности различного рода,
инсульты и их последствия, миодистрофии, различные дегенеративно-
дистрофические заболевания центральной и периферической нервной системы,
болезнь Паркинсона, детский церебральный паралич и др.
[75,77,80,81,82,83,84,85,88,93,95,103,104,111,114]. В реабилитации,
постурографы используют не только как контрольно-диагностическое средство, но и непосредственно как реабилитационный прибор. Использование методов реабилитации у больных с расстройством равновесия позволяет проводить эффективное восстановительное лечение [40,45,93,109,110].
В оториноларингологии постурограф используют для исследования
функций вестибулярного аппарата [13,48]. Данные, получаемые при
исследовании вестибулярного аппарата в статической и динамической
постурографии не всегда согласуются с клиническими данными.
Несогласованость этих данных с данными других методов исследования
показывает, что, получаемая посредством постурографии, информация не
дублируется и представляет собой совершенно иной пласт знаний [13,44,48,93].
Клинические возможности использования постурографии в офтальмологии
для оценки коррекции зрения, в психиатрии для оценки двигательных
характеристик различных эмоционально психических сфер, а в анестезиологии,
как средство контроля над анестезией, еще предстоит исследовать.
Компьютеризация стабилографии позволила осуществить разработку новых реабилитационных технологий, в основе которых лежит метод произвольного управления положением ЦМ с использованием обратной связи (так называемое биоуправление по стабилограмме). Метод биоуправления по стабилограмме (или баланс-тренинг) используют для тренировки статической и динамической устойчивости [17,25,41,46,47,110]. Динамическая устойчивость предполагает
формирование навыка сохранения равновесия в критических (моделируемых) положениях, когда ЦМ вынужденно смещается самим пациентом по направлению к границе площади опоры и обратно в центр [17,47], что уменьшает устойчивость человека. Известно также позитивное воздействие метода на асимметрию вертикальной позы больных, скорость ходьбы, способность к бытовому самообслуживанию [25,41,47,109].
Развитие восстановительной медицины требует постоянного совершенствования её материальной базы, в т. ч. стабилометрических средств. Использование моноплатформ в качестве базы исследований не позволяет в полной мере изучить особенности поддержания вертикальной позы. Так, например, у больных с гемипарезами не удаётся диагностировать функциональные отличия пораженной и непораженной ног. Кроме того, моноплатформы ограничивают возможности использования функциональных проб, предполагающих различное положение стоп.
Одновременно следует отметить, что используемые обычно в качестве показателей позной устойчивости длина траектории перемещения проекции ЦМ (общая длина движения ЦМ), а также площадь, ограниченная кривой перемещения проекции ЦМ, по мнению врачей [92,95,102] достаточны лишь для анализа вертикальной позы у здоровых людей, но не всегда отражают все особенности нарушения позной регуляции у больных с двигательными нарушениями.
Разъединение стабилометрической платформы на две независимые платформы позволяет исследовать степень устойчивости вертикальной позы человека при различных положениях нижних конечностей. Увеличение базы опоры в разъединенных платформах расширяет набор корректно вычисляемых показателей и аппаратно обеспечивает технологию исследования переходных процессов (проба с переносом веса тела). Возникает актуальная необходимость создания программно-математического обеспечения для компьютерных
10 постурографов на базе таких платформ, учитывающего богатый опыт программирования для моноплатформ и, одновременно, отражающего новые возможности, открываемые разъединенными платформами (исследование колебания ОЦМ во фронтальной плоскости, исследование колебаний ЦМ каждой опорной конечности в сагиттальных плоскостях и т. д.). Становится актуальной задача адаптации известных и разработка новых показателей устойчивости для использования в практике исследований, лечебных и др. мероприятий с разъединенной билатеральной платформой. Для повьшіения качества анализа результатов проведенного обследований появилась необходимость создания новых видов визуализаций результатов.
Целью настоящей работы является совершенствование методов диагностики и лечения больных с нарушениями устойчивости вертикальной позы за счёт разработки программно-математического обеспечения разъединенной билатеральной стабилометрической платформы.
Новизна работы состоит в использовании при диагностике и лечении болезней человека, связанных с нарушениями устойчивости вертикальной позы, разъединенной билатеральной стабилометрической платформы.
Из всего вышесказанного выявляются следующие основные задачи развития, совершенствования и повышения эффективности стабилографических методов оценки степени устойчивости вертикальной позы человека:
Проведение анализа методов и алгоритмов оценки устойчивости вертикальной позы человека, применяемых в современной статической стабилометрии.
Выявление основных недостатков технических характеристик современных компьютерных постурографов с позиций требований, предъявляемых медициной.
Разработка математических моделей, позволяющих проводить аналитические исследования принципов работы разъединенных стабилометрических платформ.
Исследование и разработка новых показателей устойчивости вертикальной позы человека.
Исследование и разработка визуальных представлений результатов проведенных обследований, облегчающих процесс постановки диагноза.
Исследование и разработка алгоритмов реабилитационных компьютерных игр (игровых программ) на базе разъединенных стабилометрических платформ.
Анализ эффективности использования реабилитационных компьютерных игр на базе разъединенных стабилометрических платформ.
Решению перечисленных задач посвящено настоящее исследование.
Двигательные программы спинного мозга
Это рефлексы, компенсирующие действие внешних сил, которые смещают центр тяжести во время прямолинейного движения (особенно в начале и конце его) и вращения. Резюмируя все сказанное по поводу роли стволовых структур мозга в организации движения, отметим, что они обеспечены врожденными запрограммированными вариантами управления при всех возможных перемещениях тела, при любых изменениях положения головы. Поэтому, другие области мозга, занимающие более высокую ступень в иерархии двигательных структур, не часто обременяют себя решением подобных задач: они вполне могут расчитывать на готовый вариант. На двигательных ядрах ствола переключаются т. н. экстрапирамидные пути, берущие начало в двигательной коре, мозжечке или базальных ганглиях. Именно эти центры формируют всю двигательную программу, которая базируется и на стволовых, и на спинномозговых подпрограммах, которые включаются целыми блоками. Моторная кора, мозжечок и базальные ганглии используют всю постоянно изменяющуюся сенсорную информацию и координируют свою деятельность через моторные ядра таламуса.
Местоположение моторной коры было впервые установлено при изучении параличей у больных с очаговыми поражениями мозга при инсультах. Она занимает прецентральные извилины больших полушарий (первичная моторная кора - Ml), а также прилегающие к этим извилинам участки в глубине межполушарной щели (вторичная моторная область - МП). В двигательной коре так же, как и в сенсорной, взаимодействующие между собою нейроны из всех слоев коры образуют кортикальные колонки. При выполнении движений соседние нейроны двигательной колонки ведут себя по-разному: одни возбуждаются, другие тормозятся, третьи - не изменяют свой активности. Объясняется это тем, что колонки контролируют определенное угловое положение сустава, а не отдельные мышцы. А чтобы сустав занял то или иное положение требуется, как известно, сокращение одних мышц и расслабление других.
Колонки моторной коры располагаются по соматотопическому принципу, в соответствии с которым при прямом электрическом раздражении небольших участков двигательной коры возникают сокращения строго определенных мышечных областей на противоположной половине тела. Источники возбуждения для нейронов двигательной коры можно разделить на два класса. Во-первых, это работающая по принципу рефлекторной деятельности транскортикальная петля, когда информация поступает от сенсорной коры и включает полные данные о положении конечностей, суставов, растяжении и напряжении мышц. Во-вторых, входная информация поступает через таламус от мозжечка и базальных ганглиев, что позволяет двигательной коре строить иногда программу вопреки запрограммированным рефлекторным ответам.
В 1874 году российский морфолог Б. В. Бец описал гигантские пирамидные клетки, находящиеся в области прецентральных извилин коры. Их аксоны, а также аксоны малых пирамидных клеток, встречающихся по соседству, образуют прямые нисходящие пути в спинной мозг, посредством которых управляют мышцами, необходимыми для точных движений пальцев рук, а также мышцами, участвующими в артикуляции. На уровне продолговатого мозга КСП содержит около 1 миллиона аксонов. Он представляет собой единственную прямую связь коры со спинным мозгом. В области внутренней капсулы мозга волокна КСП смешиваются со многими другими, оканчивающимися в полосатом теле, бледном шаре, черной субстанции, красном ядре, ретикулярной формации. Среди них выделяют кортико-рубральный, кортико-вестибулярный, кортико-ретикулярный и т. п. пути, составляющие т. н. экстрапирамидную систему, которая функционально неотделима от пирамидного тракта. Здесь же обнаружены волокна, направляющиеся к находящимся на противоположной стороне ядрам черепномозговых нервов. На уровне нижних отделов продолговатого мозга 80-90% волокон КСП переходит на противоположную сторону и вступает в спинной мозг в составе латерального кортикоспинального тракта. В спинном мозгу большая часть волокон КСП оканчивается на вставочных нейронах, но около четверти их образует синапсы непосредственно с мотонейронами.
Мозжечок необходим для поддержания правильного положения тела и устойчивости как в покое, так и при ходьбе, беге, спортивных играх, физической работе. Вся необходимая для построения программы движения информация поступает в мозжечок от вестибулярной системы (оценка положения головы), проприоцепторов (положение шеи, туловища, конечностей), верхнего двухолмия (зрительные сигналы), нижнего двухолмия (слуховые сигналы), двигательных ядер ствола (реализация врожденной программы регуляции позы). Еще один вход, от моторной коры, обеспечивает мозжечок копией формируемых в ней двигательных программ.
Сравнительный анализ современных компьютерных постурографов
Для упрощения анализа получаемого в результате стабилографического исследования сигнала используют процедуры последовательного отключения или уменьшения воздействия каждой из систем поддержания устойчивости, с целью оценки ее влияния на регуляцию позы. Как уже говорилось выше, в регуляции позы человека основное участие принимают следующие системы организма: зрительная, опорно-двигательная, вестибулярная и проприорецептивная. Ниже, последовательно изложены основные медико -технические методы (или тесты), применяемые в современной статической стабилографии, применительно к оценке влияния каждой из этих систем: Зрительная: Тест Ромберга
Представляет собой наиболее часто встречаемый тест, заключающийся в оценке влияния зрительного анализатора на процесс поддержания основной стойки. После обследования на стабилографе в обычном режиме, пациенту предлагают, не меняя основной позиции, закрыть глаза. В таком положении осуществляется повторная регистрация. После этого, происходит сравнение величин показателей устойчивости при обследовании с открытыми и закрытыми глазами. На основании получаемых данных делается вывод о влиянии зрительной системы на процесс поддержания устойчивости вертикальной позы. О популярности этого метода можно судить по присутствию коэффициента Ромберга (отражает разность стабилографических показателей при обследовании с открытыми и закрытыми глазами) в наборе рекомендуемых показателей устойчивости французского постурографического общества. Оптокинетическая проба
Представляет собой тест на выяснение реакции систем поддержания устойчивости вертикальной позы на визуальные раздражения. В качестве визуального раздражителя часто используется экран монитора компьютера, по которому идут, сменяя друг друга, калиброванные черно-белые полосы. Направление и скорость движения этих полос варьируются. Известно применение устройств виртуальной реальности, в частности шлемов, для проведения оптокинетических проб.
Зрительная и опорно-двигательная системы : Тесты сенсорной организации
Представляют собой тесты на определение реакции систем поддержания устойчивости вертикальной позы на изменение геометрии окружающего пространства и движение платформы. В качестве стимула используются наклоны самой платформы и ширмы, окружающей эту платформу. Встречаются упоминания о применении наклонов платформы совместно с тестом Ромберга. Проприоцептивная система: Тесты на снижение проприоцептивной чувствительности
Как известно, проприоцептивная система - одна из систем организма, участвующих в процессе поддержания вертикальной позы. Для оценки ее влияния используется тест на снижение чувствительности механорецепторов подошв опорных конечностей[45]. Для этого на платформу устанавливают специальный коврик из мягкой резины. Мягкая резина снижает давление на механорецепторы, притупляя тем самым чувствительность проприоцептивной системы. Сравнение изменений величин показателей устойчивости при обследовании с ковриком и без, позволяет сделать вывод о влиянии проприоцептивной системы на процесс поддержания устойчивости вертикальной позы. Опорно — двигательная система : Тест переходных процессов переноса веса тела
В силу чувствительности данного метода к величине базы опоры пациента данный тест применяется, как правило, на разъединенных платформах. В процессе обследования пациенту предлагается последовательно перенести весь свой вес сначала на одну, а затем на другую опорную конечность. Анализ переходного процесса помогает оценить равномерность использования опорных конечностей пациентом.
Вестибулярная система: Пробы с поворотом головы и туловища Тесты этой группы исследуют реакцию систем поддержания устойчивости вертикальной позы на возмущающее воздействие, вызываемое поворотом головы или туловища.
Тесты на вестибулярную чувствительность
Как известно, вестибулярная система — одна из систем организма, участвующих в процессе поддержания вертикальной позы. Для оценки ее влияния применяется, например, следующий тест. Пациента просят выполнить простое задание — установив (согнув в пояснице) положение туловища в позицию параллельно опорной поверхности, совершить 1-2 поворота на 360 градусов по часовой стрелке, а затем столько же обратно. Данное упражнение оказывает дезориентирующее воздействие на вестибулярную систему.
Основные положения и допущения модели
Результирующая сила давления опорной конечности пациента F, приложенная к площадке 1 в некой точке Y, компенсируется силами реакции опоры, N1 и N2, приложенными в точках крепления измерительных датчиков, численно равными, согласно III закону Ньютона, силам давления на указанные датчики, F1 и F2, и разнонаправленными по направлению[91]: Nx+Nz+Fx+F2=0 [н] (2.2.1) Вся система находиться в статическом равновесии относительно т.О, что, в соответствии с основным законом статики вращательного движения, позволяет приравнять к нулю главный момент системы сил, относительно указанной точки[113]: M=F Y + Fl !l+F2 l2=0 [нм] (2.2.2) Приняв за положительное направление сагиттальную ось площадки, проведенную из датчика №2 в датчик №1,и, учитывая, что 1=11=12, запишем проекции моментов сил системы на сагиттальную плоскость, пересекающую площадку по указанной оси: M=-F y-Fl l + Fi I = 0 [нм] (2.2.3)
Подставляя выражение для F из ф. 2.2.1, получим выражение для определения координаты точки приложения результирующей силы давления опорной конечности, по сагиттальной оси платформы: y=(FVFl [м] (224)
Указанная точка представляет собой сагиттальную координату проекции центра масс опорной конечности пациента на опорную плоскость платформы.
Основные ограничения: модель пренебрегает колебаниями платформ вокруг своих продольных осей, считая влияние таких колебаний незначительным, а также пренебрегает собственной резонансной частотой колебаний моделируемой тензометрической платформы, считая величину этой частоты значительно больше средней частоты колебаний ЦМ опорных конечностей.
С учетом указанных ограничений, запишем основные уравнения статического равновесия платформ, с целью вычисления координат проекций мгновенных положений ЦМ каждой опорной конечности и общего ЦМ на опорные плоскости. Используются следующие исходные данные и обозначения:
Параметры установки платформ: L - половина расстояния между тензометрическими датчиками, [м]; X_m, Y_m —относительные смещения между центрами платформ, [м]; а. - угол поворота оси 2-ой платформы относительно 1-ой, [град.]; начало координат находится в центре левой платформы, за положительное направление X фронтальной плоскости принимается направление слева - направо, за положительное направление Y сагиттальной плоскости направление назад-вперед (см. Рис.7); силы давления на тензометрические датчики - Fl, F2, F3, F4, [н];
Вычисляемые величины (см. Рис.7): координаты проекции ЦМ левой опорной конечности пациента на опорную плоскость : T.D (xl,yl) [м,м]; координаты проекции ЦМ правой опорной конечности пациента на опорную плоскость : т. А (х2,у2) [м,м]; координаты проекции ОЦМ опорных конечности пациента на опорную плоскость : т.Е (х12,у12) [м,м]; Тогда, уравнение 2.2.4. для первой (левой) платформы записывается в следующем виде: yi = fo F№ =А І [м] (2.2. Fl+F2 5) (р -F) ,где A = — — [ ] (2.2.5.1) - безразмерный коэффициент, отражающий ( i+ z) относительное преобладание усилия, оказываемого опорной конечностью пациентом на датчик №2 , над усилием, оказываемым на датчик №1 левой платформы.
Запишем фронтальную координату точки проекции ЦМ опорной конечности пациента на опорную плоскость платформы. Исходя из выбора точки отчета (рис. 7): Хл=0 [м] (2.2.6).
Используя законы тригонометрии и формулу 2.2.4, запишем фронтальную и сагиттальную координаты проекции ЦМ правой опорной конечности: г = Хт -%- p sin(a) = Хя -B l sm(a) [м], (2.2.7) Y2=Ym + fc F } l Cos(a) = Ym +B l cos(a) [м] F3+F4 (F-F) ,где B=— — [ ] — (2.2.7.1) безразмерный коэффициент, отражающий относительное преобладание усилия, оказываемого опорной конечностью пациента на датчик №3, над усилием, оказываемым на датчик №4 правой платформы.
Теперь, по аналогии с формулами 2.2.2 и 2.2.3, запишем условие равновесия для 2-х платформ в плоскости, пересекающей обе платформы по прямой, соединяющей мгновенные положения проекций ЦМ правой и левой опорной конечности пациента (за положительное направление принимается направление от ЦМ левой опорной конечности к ЦМ правой опорной конечности): M = -(F1+F2) Ji2+{F3 + F4) d34=0[H] (2.2.8) ,где dn,dM [м] - соответственно расстояния от проекции ОЦМ до ЦМ левой и правой конечностей.
Используя формулы тригонометрии, запишем dn,dM через координаты ЦМ левой и правой конечностей, и, подставив в ф. 2.2.8, запишем фронтальную и сагиттальную координаты проекции ОЦМ опорных конечностей пациента:
Исходные данные, основные положения
В реабилитационных программах перед испытуемым обычно ставится задача преследования проекцией ОЦМ изображения виртуальной мишени. Однако часто представляет интерес и обратная задача, а именно — уклонение пациента от виртуального преследователя. Как и в алгоритме «обдуманного убегания» мишени, для достижения дополнительного лечебного эффекта предложено использовать динамическую мишень, способную «обдуманно догонять» ОЦМ пациента. Причем алгоритм «обдуманного преследования» учитывает физиологические особенности нарушений в организме пациента. Ниже приводятся особенности алгоритма преследования ОЦМ больного с гемипарезом виртуальной мишенью на билатеральной платформе.
1. С помощью показателей весораспределения, угла поворота позы и показателей средних смещений ЦМ каждой опорной конечности относительно фронтальной плоскости происходит определение секторов и районов рабочей области, в которых нахождение ОЦМ пациента маловероятно без специальных усилий с его стороны. Для больных с гемипарезом, такие «запретные» области сосредоточенны, как правило, в районе носка или пятки пораженной ноги.
2. При преследовании ОЦМ вне пределов «запретных областей», виртуальная мишень осуществляет движение по вектору, соединяющему ее текущее положение с текущим положением ОЦМ, со скоростью, численно равной скорости ОЦМ. При попадании ОЦМ в «запретную область » направление преследования остается тем же, а скорость преследования уменьшается относительно скорости ОЦМ. Тем самым пациенту создаются условия, при которых для длительного успешного уклонения от виртуального преследователя, ему придется входить и длительно удерживать свой ОЦМ в так называемых «запретных зонах», чем и будет достигается лечебный эффект(рис. 23) Клиническая апробация предложенных реабилитационных алгоритмов описана в 3 разделе данной работы.
Программное обеспечение любого современного постурографа можно условно разделить на две части — основную и вспомогательную. Вспомогательная часть включает в себя драйвер прибора - т.е. отвечает за связь с его аппаратной частью и, кроме этого, за проведение процедуры обследования. Функциональная работа этой, небольшой по сравнению с основной, части программного обеспечения сильно зависит от модели постурографа, типа и скорости используемого компьютера, особенностей обследуемого контингента. К основной же части программного обеспечения относится универсальный пакет программ, занимающихся сборкой, хранением и обработкой получаемых от вспомогательной части данных.
Рассмотрим требования, предъявляемые к названным частям программного обеспечения. Программное обеспечение должно полноценно работать на любом, имеющемся в распоряжении врача персональном компьютере, начиная от давно снятых с производства, но все еще встречающихся у пользователей 386 IBM-моделей и заканчивая самыми современными Intel-Pentum - п моделями.
В силу этого основного требования, на программное обеспечение накладывается ряд ограничений, главное из которых — поддерживаемая операционная среда - MS-DOS. Тем самым, резко ограничивается ряд языков программирования, на которых может быть реализована эта часть программного обеспечения прибора.
В качестве примера современного языка программирования, поддерживающего среду MS-DOS и удовлетворяющего другим важным требованиям, как, например, работа с низким программным уровнем, быстродействие, графические возможности и др., может быть приведен язык Borland Pascal [30,106,112], на котором и была выполнена вспомогательная часть рассматриваемого программного обеспечения.
В требованиях, предъявляемых к основной части программного обеспечения прибора, можно вьщелить следующие: программный пакет должен быть выполнен в стандартном, удобном для пользователя интерфейсе, не зависящем от модели прибора; должен иметь собственную базу данных, хранящую все проведенные обследования и подробный отчёт, содержащий обработанную статистически информацию непосредственно сразу или через некоторое произвольное время после регистрации данных; программный пакет, занимающийся отображением полученной информации, обязан использовать всю мощь современных вычислительных и мультимедийных средств для представления результатов в виде, который будет удобен для восприятия. Также в функции основной части программного обеспечения входит поддержка экспорта данных по проведенным обследованиям, включая записанные «массивы регистрации», в специализированные статистические пакеты для дальнейшей обработки[55,57].
Похожие диссертации на Исследование постурографа на билатеральной платформе и разработка программно-математического обеспечения
