Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Проблемы исследования дисбаланса нагрузок при структурно-функциональной асимметрии опорно-двигательного аппарата 16
1.1 Структурно-функциональная асимметрия в опорно-двигательном аппарате человека и состояние его здоровья 16
1.2 Методы и технические средства для исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе человека 20
1.3 Цель и задачи диссертационного исследования 28
ГЛАВА II. Информационное обеспечение исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе с учетом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы 30
2.1 Показатели структурно-функциональной асимметрии и дисбаланса нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и с постмастэктомическим отёком верхней конечности 30
2.2 Показатели компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе при структурно-функциональной асимметрии опорно-двигательного аппарата .41
2.3 Модели формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе в системе «человек – опора» у пациентов на протезе нижней конечности и с постмастэктомическим отёком верхней конечности 51
2.4 Выводы .62
ГЛАВА III. Инструментальное и методическое обеспечение исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе с учетом компенсаторных реакций опорно-двигательной системы 66
3.1 Схема съема биомедицинской информации для исследования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе при структурно-функциональной асимметрии в опорно-двигательном аппарате .66
3.2. Синтез рабочего места для экспериментального исследования дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе 77
3.3. Методика исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе .89
3.4 Выводы .96
ГЛАВА IV. Экспериментальное исследование дисбаланса нагрузок в ортоградной позе у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей 99
4.1 Клинико-биомеханическое исследование структурно-функциональной асимметрии и исходного дисбаланса нагрузок у пациентов на протезах нижних конечностей и пациентов с постмастэктомическим отеком верхней конечности .99
4.2 Экспериментальное биомеханическое моделирование дисбаланса нагрузок в ортоградной позе 109
4.3 Выводы 122
ГЛАВА V. Информационно-измерительная система для диагностики дисбаланса нагрузок в ортоградной позе 126
5.1 Структурная схема и основные технические требования к системе для диагностики дисбаланса нагрузок в ортоградной позе 126
5.2 Требования к программному обеспечению системы для диагностики дисбаланса нагрузок в ортоградной позе 131
5.3 Выводы .141
Заключение 144
Список сокращений 146
Список использованных источников .
- Методы и технические средства для исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе человека
- Модели формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе в системе «человек – опора» у пациентов на протезе нижней конечности и с постмастэктомическим отёком верхней конечности
- Синтез рабочего места для экспериментального исследования дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе
- Экспериментальное биомеханическое моделирование дисбаланса нагрузок в ортоградной позе
Методы и технические средства для исследования дисбаланса нагрузок в ортоградной позе человека
Тело каждого человека по некоторым морфологическим и функциональным признакам обладает асимметрией относительно медиальной плоскости. Однако патологическая структурно-функциональная асимметрия опорно-двигательного аппарата во фронтальной плоскости, приводящая к нарушению позы в основной вертикальной стойке и дисбалансу нагрузок в системе «человек – опора», может привести к значительному ухудшению состояния его здоровья и снижению качества жизни.
По данным ВОЗ в Европе 75% населения страдает заболеваниями опорно-двигательного аппарата, в России – 85-90% [30]. Не сложно понять, что большинство этих случаев сопровождаются структурно-функциональной асимметрией в ОДА, которая выражается в виде дисбаланса распределения масс в БКЦ ОДА, тонусно-силового дисбаланса в ОДА, нарушения опорной функции нижних конечностей. Такие нарушения, в свою очередь, приводят к дисбалансу нагрузок в БКЦ ОДА и опорном контуре стоп.
Говоря о дисбалансе нагрузок в ортоградной позе стоя с опорой на обе конечности следует уточнить, что под ним понимается патологическое смещение главного вектора весовой нагрузки во фронтальной или сагиттальной плоскости, т.е. относительно медиальной или относительно фронтальной плоскости тела человека.
Под ортоградной позой понимается поза стоя с опорой на обе конечности, ступни параллельны друг другу на удобном расстоянии, руки по швам, голова распложена прямо, взгляд направлен горизонтально.
В норме главный вектор нагрузки в сагиттальной плоскости проходит впереди оси голеностопных суставов. При этом коленные и тазобедренные суставы располагаются кпереди от вертикальной линии, проходящей через голеностопные суставы, а голени отклонены от вертикали на 4-5 градусов и НК согнуты в коленных суставах на 2-3 градуса. В этом положении главного вектора весовой нагрузки достигаются удобство стояния и оптимальные условия для предотвращения неконтролируемого сгибания конечности в ее суставах и поддержания вертикальной стойки с минимальными затратами энергии пациента (Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л., 1965 [17]). По одним данным величина такого смещения вектора нагрузки составляет 40-50 мм (Гурфинкель В.С., Коц Я.М., Шик М.Л., 1965 [17]), по другим – 50-70 мм, т. е находится на линии, соединяющей области таранно-ладьевидного сочленения (Процко В.Г., Загородний Н.В., Султанов Э.М., Хамоков З.Х., Олейник А.В., 2011) и несколько позади оси тазобедренных суставов (10-30 мм) [17], [5]).
Во фронтальной плоскости энергетически оптимальным является положение главного вектора нагрузки в медиальной плоскости тела, а вектора нагрузки на левую и на правую нижнюю конечность – в области отдела стопы, образованного с внутренней стороны таранно-ладьевидным сочленением (наивысшая точка продольного свода), а с наружной – пяточно-кубовидным сочленением (наивысшая точка наружного свода). Распределение нагрузки на левую и правую конечность выражается через коэффициент опорности (отношение нагрузки на менее нагружаемую конечность к нагрузке, приходящейся на контралатеральную – противоположную конечность). По данным Курочкина Ю. В. (1969 г.) и Гайворонского (1979 г.) в норме коэффициент опорности находится в диапазоне, соответственно: 0,92 ± 0,03 [43]; 0,95 ± 0,02 [11].
При дисбалансе нагрузок в ОДА главный вектор нагрузки смещается от центра опорного контура к его краям и запас устойчивости позы снижается. Когда проекция центра тяжести выходит за его границы, то человек падает. В норме это случается редко, так как амплитуда колебаний центра тяжести тела значительно меньше площади опорного контура, а вестибулярная и мышечно-суставная системы позволяют легко предупредить нарушения равновесия. Однако при большом спектре заболеваний, связанных как со структурными, так и функциональными нарушениями в ОДС эти соотношения патологически изменяются [8], [74]. Причин для дисбаланса нагрузок в опорном контуре известно достаточно много и большинство из них относится к случаям структурно-функционального дисбаланса ОДА, в частности его структурно-функциональной асимметрии [99].
По данным врачей, антропологов, закройщиков структурная асимметрия тела человека, приводящая к дисбалансу нагрузок, представляет собой широко распространенное явление [68], [69]. Чаще всего это связано с асимметрией длины нижних конечностей [5], [19], [61] - [63] вследствие истинного укорочения (уменьшения длины костей) или функционального (суставного) укорочения конечности, причиной которой может быть, например, вывих и внутрисуставной перелом, контрактура, анкилоз, ригидность сустава или даже асимметричное снижение продольных сводов левой и правой стоп [21].
По данным Rush W.A. и Sleiner (1946 г., [118]) при рентгенологическом измерении длины ног у демобилизованных из армии военнослужащих асимметрия длины НК в пределах 0,6–0,7 см наблюдается в 77% случаев, а по данным Nichols P.J.R. (1960 г., [110]) у практически здоровых людей в 7% случаев наблюдается асимметрия длины конечностей до 1,3 см. Pearson W.M. и соавторы (1951, 1954 г., [111], [112]) при рентгеновском обследовании у 80% из 1446 школьников 5 – 17 лет выявили асимметрию длины нижних конечностей более 0,16 см, а у 3,4% - более 1,3 см. Проценко В.Н. (1996 г.) наблюдала при обследовании 142 школьников 7 - 14 лет асимметрию длины НК от 2,4 до 30 мм в 65,5% случаев [63]. По данным Klein K.K. (1969 г.) у школьников начальных классов такая асимметрия выявлена в 75% случаев, а у студентов высшей школы — 92% [105]. Имеются данные, что нескорректированная в детстве асимметрия длины НК имеет тенденцию с возрастом увеличиваться, а скорректированная - уменьшаться (Redler I., 1952 г. [117]; Klein К.К., Redler I. И Lowman C.L., 1968 г. [106], [108], [109]).
Другим видом структурно-функционального дисбаланса, приводящего к дисбалансу нагрузок в ОДА и опорном контуре, является тонусно-силовой дисбаланс мышц в области таза [6], нижних и верхних конечностей, и пр., вынуждающий пациента принимать патологическую позу [67].
Тонусно-силовой дисбаланс в сагиттальной плоскости формируется из-за напряжения или расслабления мышц с вертикальными волокнами (Сафоничева О.Г., 2002): при двустороннем напряжении подвздошно-поясничных мышц происходит одновременное сгибание в грудном, поясничном, крестцовом отделах позвоночника и в тазобедренном суставе (ТБС); при расслаблении - разгибание в нижнее-грудном и пояснично-крестцовом отделах позвоночника и в ТБС [54]. Дисбаланс во фронтальной плоскости формируется при одностороннем укорочении подвздошно-поясничной мышцы и мышц боковой стабилизационной синергии, что приводит к функциональному укорочению НК [120], [121] и латеральному смещению центра тяжести: при одностороннем укорочении мышц стабилизационной синергии с одной стороны происходит вентральное смещение и ротация таза в эту же сторону и наклон пояснично-крестцового и нижне-грудного отделов в сторону «короткой» ноги [119], при одностороннем укорочении мышц стабилизационной синергии противоположной стороны происходит дорзальное смещение и ротация таза также в гетеролатеральную сторону.
Еще одним видом структурно-функционального дисбаланса является снижение опороспособности нижних конечностей из-за болевых ощущений, причинами которых могут быть ее травмы и самые различные заболевания [39], [48].
Особо выраженное снижение опороспособности конечности наблюдается у пациентов на протезе нижней конечности, причем тем более значительное, чем выше уровень ампутации и чем хуже состояние культи конечности [78]. Кроме того на дисбаланс нагрузок в системе «пациент – протез нижней конечности» влияет также разница в весе протезированной и сохранной конечности, так как протез всегда делают легче, чем была усеченная часть конечности, в противном случае его было бы тяжело переносить над опорой при ходьбе [2], [15], [114]. У пациентов на протезе бедра не редко наблюдается также асимметрия длин сохранной и протезированной конечности, так как протез иногда приходится делать короче, чтобы при переносе протезированной конечности над опорой пациент не зацепился за нее носком искусственной стопы, ведь она не обладает той функцией в голеностопном шарнире, которая имеется в здоровой конечности [15].
Модели формирования компенсаторных реакций на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе в системе «человек – опора» у пациентов на протезе нижней конечности и с постмастэктомическим отёком верхней конечности
Чтобы разработать методическое и техническое решения, повышающие достоверность оценки дисбаланса нагрузок у пациентов со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей в ортоградной позе следует провести анализ этой биологической системы и выявить те ее свойства, которые влияют на качество исследуемой позы. Анализ этот должен базироваться на системном подходе, вне которого трудно представить себе исследования в данной области.
В этом отношении качество позы целесообразно рассматривать как следствие состояния двух систем: исполнительного механизма – ОДА и управляющей системы – системы управления позой.
Что касается ОДА, то относящимися к нему факторами, влияющими на качество позы, являются: - структурные характеристики БКЦ - размеры сегментов ОДА, их массы и схема расположения относительно друг друга; - функциональные характеристики - сила мышц, подвижность суставов, опороспособность нижних конечностей. Количественно оценить многие из этих факторов достаточно сложно. Во всяком случае это относится к определению масс сегментов конечностей и силе некоторых групп мышц.
Еще сложнее оценить состояние и измерить параметры факторов, относящихся к системе управления позой. Рассмотрим этот процесс в аспекте исследования компенсаторных реакций на дисбаланс нагрузок в ОДА.
Поддержание вертикальной позы человека является сложным рефлекторным актом, обеспечивающим адекватное положение тела в пространстве за счет координированной деятельности антигравитационных мышц, противодействующих силам земного притяжения (Р. Магнус [50], Е.К. Сепп [70], Н.А. Бернштейн [4], В.С. Гурфинкель [16] – [18], Д.Д. Донской [24]).
Функцию поддержания позы и функцию движения в двигательной активности человека в условиях обычной жизнедеятельности разделить достаточно сложно: как невозможно движение без удержания позы, так и невозможно удержание позы без движения. Это же подчеркивается и в «Международной номенклатуре нарушений, ограничений жизнедеятельности и социальной недостаточности» МКН-2, в которой «поддерживание принятой позы» и «управление положением тела» входят в понятие «мобильность» (как и прочие виды локомоций).
Поза человека в положении стоя является автоматизированным двигательным навыком и программа стояния в человеческом организме заложена генетически (В.С.Гурфинкель, Ю.С. Левик, 1995) [17]. Н.А. Бернштейн обосновал, что управление статикой позы происходит посредством рецепции мышечных усилий и напряжений и она есть результат взаимодействия внутренних сил активного мышечного сокращения, внешних сил земного тяготения и сопротивления среды, а также внутренних и внешних реактивных сил, а система, управляющая произвольными движениями человека имеет иерархическое строение и процесс управления ими имеет «кольцевой характер» (Бернштейн Н.А., 1948 [4]). Эта концепция наиболее полно отражена в трудах Н.А. Бернштейна в теории уровней построения движений. С уровнями построения движений Н.А. Бернштейн соотносил морфологические отделы нервной системы: спинной и продолговатый мозг, подкорковые центры и кору больших полушарий, сопоставляя каждому из них свой тип движений. Таким образом было выделено пять следующих уровней управления движением.
Руброспинальный уровень – функционирующий уже с первых недель после рождения человека. Этот уровень определяет мышечный тонус и участвует в обеспечении всех движений совместно с другими уровнями. Самостоятельно им могут осуществляться также некоторые непроизвольные примитивные движения, например, дрожание при нервном возбуждении, от холода и т.п. Таламопалидарный уровень – функционирующий со второго полугодия жизни ребенка, обеспечивающий переработку сигналов от мышечно-суставных рецепторов о взаимном расположении частей тела и участвующий в организации движений более сложного типа, чем просто мышечный тонус. Пример таких движений – произвольная мимика лица. Такие движения не нуждаются в информации о характеристиках внешнего пространства. Пирамидно-стриальный уровень (уровень пространственного поля) – начинающий развиваться уже на первом году жизни и продолжающийся в детстве и юности, в обеспечении которого, наряду с подкорковыми структурами, принимает участие кора головного мозга. На этот уровень поступает информация о характеристиках внешней среды, и он отвечает за построение движений в привязке к форме, положению, весу и другим особенностям объектов окружающего пространства. К таким движениям относятся тонкая моторика рук, перемещение тела в пространстве и др. Уровень предметных действий – развивающийся по мере созревания как самих зон коры, так и межзонального взаимодействия между ними в процессе развития организма и функционирующий при обязательном участии коры головного мозга (теменных и премоторных зон). Этим уровнем обеспечивается организация движений, учитывающих не только объекты окружающего пространства и другие характеристики внешней среды, но и логика использования предметов (орудийные действия, манипуляторные движения). Высший уровень организации движений -обеспечивающийся высшими интегративными возможностями коры больших полушарий головного мозга и зависящий от ее развития. Этим уровнем обеспечиваются интеллектуализированные двигательные акты (артикуляция в речи, движения руки при письме, жесты глухонемых при общении).
Патологические изменения на любом из уровней этой системы могут привести к нарушению регуляции позы, в том числе, к несогласованности мышечных усилий для ее формирования и поддержания и, следовательно, к снижению ее стабильности и устойчивости опоры пациента. Но при оценке дисбаланса нагрузок в ортоградной позе наибольшую значимость имеют нарушения сенсорных систем, основными из которых являются: зрительная, вестибулярная, проприоцептивная. Все эти системы функционируют в процессе регуляции позы в неразрывном единстве [16].
Кроме того, для организма человека, как и для многих других биологических систем, характерен дрейф параметров его состояния в случае его усталости и утомления, причиной которых может являться продолжительное обследование.
Можно выделить три основные группы таких входных факторов, влияющие на дисбаланс весовых нагрузок в ортоградной позе для исследуемого в данной работе контингента пациентов - со структурно-функциональной асимметрией верхних и нижних конечностей:
Синтез рабочего места для экспериментального исследования дисбаланса весовых нагрузок в ортоградной позе
Оценку асимметрии опороспособности НК допускается проводить в начале инструментальных обследований или в конце них. Для этого матричные измерители давления ПАК «ДиаСлед» в форме стелек необходимо вложить в обувь пациенту и предложить ему пройтись. Массив данных об изменении нагрузки под его стопами при ходьбе будет передан на ПК и обработан в ПО ПАК «ДиаСлед». Далее следует проанализировать графики изменения суммарной нагрузки под стопами (G=f(t)) и по ним определить коэффициент билатеральной симметрии продолжительности переката -соотношения продолжительности одноопорной фазы шага (при ходьбе в комфортном для пациента темпе) (см. раздел 2.1, формулу 2.2). Приближение Ксt к единице указывает на снижение асимметрии, уменьшение критерия – признаком увеличения асимметрии опороспособности.
Для оценки асимметрии силовой функции ВК необходимо использовать ПАК для оценки силовой функции кисти, разработанный при работе над диссертацией. Оператор должен дать пациенту команду сжать бранши устройства с максимальной силой и удерживать их в течение 30 секунд. При этом пациента следует предупредить, что при возникновении боли или неприятных ощущений следует отпустить бранши. Сначала проводится исследование цилиндрического схвата для каждой верхней конечности, затем – щипцового схвата. При исследовании щипцового схвата пациенту ставится задача сжать бранши пальцами и удерживать максимальную силу 30 секунд.
При всех обследованиях пациенту обеспечивается зрительный контроль текущей силы сжатия визуализацией на экране графика, соответствующего изменению во времени силы, прикладываемой им к браншам, а также линии – уровня максимальной силы (устанавливается врачом), к достижению которой должен стремиться пациент. Это обеспечивает эффект биологической обратной связи и психологически облегчает пациенту выполнение теста.
Для оценки конфигурации БКЦ ОДА необходимо на ПАК «ПОЗА» провести фоторегистрацию изображения фигуры тремя фотоаппаратами, установленными в ортогональных плоскостях сзади, сбоку и сверху от пациента так, чтобы их оптические оси пересекались в одной точке. После фотосъёмки в программном обеспечении ПАК «ПОЗА» в окне с этими изображениями автоматически будет генерироваться идентификационная маска (см. раздел 3.2). Далее идентификационные точки оператор комплекса должен установить на изображениях в места, соответствующие определенным антропометрическим точкам фигуры пациента (см. раздел 3.2). Затем будут рассчитаны следующие параметры: фронтальный наклон голени Д (см. раздел 2.2, рисунок 2.6); фронтальный наклон таза Д (см. раздел 2.2, формулу 2.4); относительная латерализация таза КХ2 (см. раздел 2.2, формулу 2.5); коэффициент фронтального изгиба линии остистых отростков Кхъ (см. раздел 2.2, формулу 2.8); относительная латерализация плечевого пояса КХ4 (см. раздел 2.2, формулу 2.3); фронтальный наклон плечевого пояса Д4 (см. раздел 2.2, рисунок 2.8.); фронтальная асимметрия углов надплечий КарА (см. раздел 2.2, формулу 2.7); относительная латерализация шеи КХ5 (см. раздел 2.2, формулу 2.8); относительная максимальная латерализация БКЦ КХтах (см. раздел 2.2, формулу2.3); относительная средняя латерализация БКЦ К х (см. раздел 2.2, формулу 2.10).фронтальный угол наклона корпуса Д; сагиттальный наклон голени (см. раздел 2.2, рисунок 2.9); показатели положения грудной клетки в сагиттальной плоскости KY5, и KY5„ (см. раздел 2.2, формулы 2.11 и 2.12); ротация плечевого пояса ОС5ш(см. раздел
Оценка дисбаланса нагрузок в опорном контуре проводится на ПАК «ПОЗА». Для этого пациента необходимо установить на платформу этого комплекса. Основное внимание при этом должно уделяться правильной установке стоп на силовую тензоплатформу: симметрично относительно продольной оси платформы и посередине относительно ее поперечной оси, так, чтобы она делила стопы на переднюю и заднюю половины. После регистрации данных в программном обеспечении ПАК «ПОЗА» рассчитываются следующие показатели: KGx (б. р.) - коэффициент фронтальной децентрализации нагрузки в опорном контуре (см. раздел 2.1, формулу 2.8); КGy (б.р.) - относительное сагиттальное смещение главного вектора весовой нагрузки; (У диагональный перекос нагрузки в опорном контуре - Gw (см. раздел 2.1, рисунок 2.8); величина (выраженность) перекоса опоры - 4? (см. раздел 2.1, рисунок 2.3).
Для оценки дисбаланса нагрузок в БКЦ ОДА необходимо использовать изображения фигуры пациента в трёх плоскостях, полученные на ПАК «ПОЗА» и данные о расположении вектора нагрузки под стопами пациента, полученные на тензоплатформы этого же ПАК. По расположению главного вектора нагрузки на изображениях фигуры пациента в проекциях на фронтальную, сагиттальную и горизонтальную плоскости. Чтобы получить достоверную информацию для такой оценки фотосъемка фигуры и измерение давлений под стопами должны проводиться синхронно.
По расположению главного вектора нагрузки относительно БКЦ ОДА рассчитываются следующие показатели: коэффициент фронтального дисбаланса нагрузок в БКЦ на уровне таза A 2 (см. раздел 2.1, формулу 2.10); коэффициент фронтального дисбаланса нагрузок в БКЦ на уровне плечевого пояса Ах4 (см. раздел 2.1, формулу 2.11); коэффициент сагиттального положения главного вектора нагрузки в БКЦ на уровне таза Ау2 (см. раздел 2.1, формулу 1.12); коэффициент сагиттального положения главного вектора нагрузки в БКЦ на уровне плечевого пояса А_у5 (см. раздел Для оценки напряженности системы постуральной регуляции необходимо установить пациента на силовую платформу «ПАК» “МБН - Стабило” (НПФ «МБН-Биомеханика», г. Москва). Для одних и тех же тестов обследования на этом комплексе должны проводиться сразу до или сразу после регистрации данных на ПАК «ПОЗА» (фотоизображений и нагрузки под стопами). Это необходимо для того, чтобы минимизировать возможность изменения состояния пациента при регистрации данных на этих двух комплексах в одном и том же биомеханическом тесте.
После регистрации данных на «ПАК» “МБН - Стабило” в ПО комплекса строится стабилограмма – траектория миграции центра давления в опорном контуре и по ней рассчитываются следующие стабилографические параметры: Lsk (мм) - длина статокинезиограммы; Vsk (мм/с) - скорость миграции общего центра давления в горизонтальной плоскости XY; X f 1 (Гц) и Yf 1 (Гц) - частота первого максимума спектра, соответственно, по фронтальной и сагиттальной составляющим статокинезиограммы; X f 60% (Гц) и Yf 60% (Гц) уровень 60% мощности спектра, соответственно, во фронтальной и сагиттальной плоскостях статокинезиограммы; LFS 95 - отношение длины статокинезиограммы к её площади; St (мм2/c) - индекс равновесия. Расчёт этих параметров проводится программными средствами комплекса “МБН -Стабило” (НПФ «МБН-Биомеханика», г. Москва).
Алгоритм биомеханических обследований для исследования дисбаланса весовых нагрузок и компенсаторных реакций при структурно-функциональной асимметрии ОДА должен включать следующие основные процедуры, необходимость которых вытекает из моделей формирования компенсаторных реакций в этом случае, представленных в разделе 3.1 (рисунок 2.11, 2.12, 2.13):
Что касается первого из этих пунктов, то для его выполнения требуется клинический осмотр обследуемого. Остальные пять пунктов основаны на проведении инструментальных обследований. Причём обследования для оценки функциональной асимметрии в ОДА и дисбаланса нагрузок в опорном контуре должны быть выполнены первыми из других методов, так как их результаты для контрольной группы позволяют определить можно ли обследуемого отнести к ней или его стоит исключить из обследования, а для пациентов с постмастэктомическим отёком или на протезе НК позволят получить информацию, необходимую при трактовке результатов исследования. На рисунке 3.16 представлен алгоритм такого исследования.
Экспериментальное биомеханическое моделирование дисбаланса нагрузок в ортоградной позе
В рамках выполняемого исследования основное значение приобретает анализ требований, в наибольшей степени отражающих методические аспекты рассматриваемой проблемы, а именно: структура ПО, функциональные требования, удобство использования, надёжность сохранения базы данных обследований и удобство работы с ней, дружественность интерфейса пользователя. Остальные требования, соответствуют общим принципам проектирования и разработки ПО.
Организация базы данных ПО. Учитывая прикладную область, в которой функционирует ПО, большое значение имеет обеспечение требований предотвращения случайной утраты информации из базы данных обследований. Для повышения надежности хранения и облегчения поиска в базе данных целесообразно организовать ее в виде совокупности отдельных баз данных на каждого пациента. Каждая из таких баз должна объединять все учетные формы обследования пациента со всеми его посещениями, массивами измеренных данных, результатами их обработки. Такая организация данных позволит во-первых, при создании архива обследований обновлять его дополнением только новых или замещением отредактированных баз пациентов, не потребуется перезаписывать большие объемы информации. Во-вторых, это позволит обеспечить более надежную сохранность результатов обследования, так как в случае повреждения БД, большая часть будет сохранена, в-третьих, такая структура базы данных отличается удобством обмена результатами обследований между рабочими местами находящимися в одной сети.
Формирование базы данных должно производиться автоматически по мере заполнения соответствующих учетных форм и проведения очередного сеанса регистрации биомедицинских информации во время обследования. Для этого базы данных пациентов имеют иерархическую структуру и отображаются в основном интерфейсе ПО в древовидной форме с уровнями иерархии: анкета; посещение; обследование; метод; измерение. Этим достигается контроль полноты объема проведенных обследований и облегчается поиск нужной информации.
С целью сохранности результатов обследования при каждом переходе между модулями и подсистемами программ производится сохранение изменений как в автоматическом режиме так и по запросу, а при попытке удаления какой-либо категории данных действие должно подтверждаться по соответствующему многоуровневому запросу.
В число основных функций ПО ИИС для диагностики дисбаланса нагрузок в ортоградной позе человека входят: - формирование и удаление данных пациентов в базе данных; - индексирование и поиск данных пациентов; - формирование и редактирование анкет пациентов в общей базе данных обследований; - формирование и редактирование данных пациентов и листов посещения, на момент посещения включая возможность выбора характеристик описания состояния пациента из иерархических справочников; - настройка пользовательского интерфейса с изменением вариантов визуализации специфической информации и форматов печати; - идентификация места обследования в отчетной документации (статус, адрес и пр., данные кабинета, где проведено обследование); - аутентификация пользователя для ограничения доступа к системе в соответствии с распределением прав доступа; - формирование и редактирование статистических отчетов для анализа результатов использования системы; - формирование и редактирование отчетов с результатами исследований пациента – результатами измерений в графической форме, результатами расчета показателей в табличной и графической форме, протоколами и заключениями в текстовой форме; - вывод текстовой и графической информации данных обследований в твёрдотельном виде (печать, чертежи, фото); - обеспечение оперативного доступа к методической информации без выхода из текущего режима работы программы. -обеспечение взаимодействия комплекса с локальной и глобальной сетью. Инструментально ориентированные блоки должны обеспечивать дополнительно следующие функции: - тестирование внешних устройств; - классификация условий обследования; - регистрация БМИ; - классификация условий измерения; - визуализация БМИ в форме графиков в различных шкалах, изображений и др. в сочетаниях нескольких измерений; - обработка БМИ, полученной с измерительных устройств; - поддержка базы знаний методов (формул расчета критериев) поддерживаемых измерительными средствами в составе системы; - расчет биомедицинских параметров и критериев оценки состояния БТС. Среди скрытых функций ПО целесообразно отметить: - автоматическое распознавание идентифицируемых устройств получения биомедицинских сигналов; - автоматическая настройка на конфигурацию устройств получения биомедицинских сигналов; - автоматическое сохранение выполненных измерений; - синхронизация текущего времени - проверка прав доступа к системе (желательно автоматическая); - организация взаимодействия со стандартным ПО комплектующих устройств, входящих в состав комплекса.
Интерфейс пользователя ПО является основным средством, от которого зависит эффективность и удобство работы с системой. Его вид, форма взаимодействия с пользователем обязаны учитывать особенности прикладной области. Современный интерфейс пользователя как правило является диалоговым, построенным на принципах WIMP (Window - окно, Image - образ, Menu - меню, Pointer — указатель) и объектно-ориентированным. При построении интерфейса пользователя необходимо решить следующие специфические задачи характерные для области применения ПО:
При описании интерфейса пользователя будем называть основными окнами те, в которых отображается информация классов, входящих в базу данных пациента: анкета; листы посещений; обследования; измерения. Дополнительными окнами считать все остальные.
Учитывая, что база данных с анализируемой информацией имеет иерархическую структуру включающую учетные формы и результаты обследований, целесообразно выполнить пользовательский интерфейс в виде двухпанельной области. В этом случае в меньшей части области может быть выведен перечень баз данных пациентов в виде «дерева» для выбора интересующей категории базы – «анкета»; «лист посещения»; «обследование»; «измерение». В большей части окна будет лист просмотра – поле с отображением информации, относящейся к активированной в «дереве» категории.
Информация листа просмотра может быть редактироваться. При такой организации основного «окна» пользователю легко ориентироваться в структуре базы данных и имеющейся в ней информации.
Размещение элементов управления на экранных формах. Каждое основное окно должно быть разбито на несколько частей: статусная строка; строка меню; тулбар; рабочая область; «дерево» базы; информационная строка.
Информационная строка как правило располагается вдоль верхнего края окна и отображает путь в общей базе данных.
Тулбар содержит большое количество управляющих элементов соответствующих различным командам и функциям системы, его следует располагать в месте удобном для большинства пользователей наиболее распространённое расположение в верхней части области горизонтально под информационной строкой. Кнопки, одинаковые для всех основных окон, должны располагаться в тулбаре на одном и том же месте. Каждая кнопка тулбара должна иметь всплывающую подсказку. Функции программного обеспечения должны быть интуитивно понятны Командные кнопки представляют собой пиктограмммы с логически оправданными и интуитивно понятными изображениями.
