Разработка цифровых технологий виртуальной стабилометрии в развитии баланса у детей с гипермобильностью суставов



Введение

Согласно современным статистическим данным, ортопедическая патология у детей занимает одну из ведущих нозологий в структуре заболеваемости. При этом, в структуре функциональных отклонений, нарушение костно-мышечной системы у детей занимает первое место. В исследовании трех тысяч школьников в 2016 году, специалисты пришли к выводу, что ортопедическая патология выявляется примерно у каждого шестого ребенка. При этом распространенность гипермобильности суставов в популяции варьирует от 6 до 31 % в зависимости от возраста, пола, расовой принадлежности обследуемых.

Особенности синдрома гипермобильности, в том, что он может встречаться, как в изолированной форме, так и быть одним из составляющих синдромокомплекса множества ортопедических патологий и всегда проявляется, различной степенью нарушения баланса и биомеханики движения. Врожденные патологии, такие как синдром Марфана, Элерса-Данло, несовершенный остеогенез и другие заболевания, проявляются гипермобильностью суставов, нарушением баланса и биомеханики движения. В свою очередь это становится предпосылкой острых травматических и хронических осложнений у данных пациентов. Стоит подчеркнуть, что гипермобильность суставов, может быть, как и причиной, так и следствием ортопедической патологии.

Проблема синдрома гипермобильности суставов, нарушения баланса и биомеханики движения у детей, в последние годы привлекает внимание клиницистов различных специальностей, в том числе детских ортопедов и педиатров. Таким образом, данная проблема нуждается в решениях, при этом в таких решениях, которые будут соответствовать эры инновационных технологий.

Именно поэтому, целью нашего проекта, стала разработка лечебно-диагностического комплекса на основе виртуальной стабилометрии для развития баланса у детей с гипермобильностью суставов.

Для достижения поставленной цели, необходимо решить ряд поставленных перед нами задач :

1. Исследовать применение цифровых технологии виртуальной стабилометрии в медицине;
2. Изучить последние научные данные в сфере применения биологической обратной связи для диагностики и лечения детей с гипермобильностью суставов;
3. Исследовать особенности биомеханики движений у детей с гипермобильностью суставов.
4. Исследовать возможности применения виртуальных игр в реабилитации детей с ортопедической патологией.
5. Разработать программу, индивидуальных лечебно-диагностических комплексов для пациентов с различной ортопедической патологией, в основе которых лежит гипермобильность суставов;
6. Провести апробацию новой программы виртуальной стабилометрии.

Материалы и методы

Методы исследования: научно-теоретический анализ медицинской литературы, эмпирический метод, субъективный метод клинического обследования пациента, объективные методы обследования пациента, биографический метод, психодиагностический метод, анкетирование.

Для реализации непосредственно нашей задачи и экстраполирования всех возможностей исследования на метод виртуальной стабилометрии нам будет необходимо следующее оборудование: экран для вывода упражнений, Сенсор Kinect адаптированный для операционной системы Windows, штатив, компьютер с мышкой, и непосредственно программа на внешнем носителе (флэш-карта).

Обсуждение исследования

Виртуальная стабилометрия является мощным инновационным прорывом в сфере диагностики и лечения заболеваний костно-мышечной системы. Виртуальная стабилометрия основывается на биологической обратной связи, в нашем случае, на основе регистрации движений с помощью. Под биологической обратной связью подразумевается технология, включающая в себя комплекс исследовательских, лечебных и профилактических физиологических процедур, в ходе которых пациенту посредством внешней цепи обратной связи, организованной преимущественно с помощью микропроцессорной или компьютерной техники, предъявляется информация о состоянии и изменении тех или иных собственных физиологический процессов.

Без установки дополнительных меток сенсор будет различать более 20 различных точек человеческого тела. Комплекс будет записывать и анализировать движение каждой такой точки. После диагностического этапа, выявления патологических паттерн движений, лечащий врач, будет определять индивидуальную программу занятий для пациента. Далее, с помощь мотивирующих игр и системы биологической обратной связи, пациент будет выполнять упражнения, с возможностью реализации лечебного процесса как в условиях стационара, так и в домашних условиях, при наличии минимального оборудования.

Отличие от аналогов. Отличительные признаки виртуальной стабилометрии от имеющихся косвенных аналогов: возможность внедрения и использования телемедицины в рамках медицинского учреждение; экономия материальных затрат больницы; возможность охвата большого количества пациентов не покидая рабочего места, таким образом, осуществляется рационализация времени врача; возможность проведения научных исследований; персонализированный подход к пациенту, положительная психологическая обстановка путем полного погружения в пространство при использовании мотивационных сценариев.

Описание конечного продукта : Лечебно-диагностический комплекс на основе виртуальной стабилометрии для развития баланса у детей с гипермобильностью суставов (Рис.1).

Функциональные характеристики.

1) Технические характеристики:

1. Операционная система: Windows 8/8.1 x64.
2. Процессор: Intel Core i5 с частотой не менее 2,8 ГГц (или аналогичный AMD).
3. Оперативная память: > 4 Гб.
4. Графический адаптер с полноценной поддержкой DirectX 11.
5. Наличие USB 3.0.
6. Сенсор Kinect for Windows v2.
7. Установленный Kinect for Windows v2 Runtime.
8. Экран разрешением 16:9

2) Для оснащения больницы, необходимо следующее оборудование: компьютер, экран 42 дюйма, стойка, сенсор, беспроводной комплект мышь и клавиатура.

Для пациента, при использовании устройства на дому необходим комплект оборудования для подключения к ТВ: компьютер, сенсор, беспроводной комплект мышь и клавиатура).

Эталонная модель работы программы по развитию баланса, буде выглядеть примерно следующим образом:

− Расчет центра тяжести путем подсчета весовых коэффициентов тела;

− Исследование объема движений и баланса тела по трехмерной модели;

− Разработка индивидуального план лечебных мероприятий для пациентов с гипермобильностью суставов;

− Восстановления двигательной функции посредством биологической обратной связи на основе регистрации движений с помощью инфракрасного сенсора;

− Использование возможностей телемедицины.

Рис. 1. Схема работы виртуальной системы развития баланса у детей с гипермобильностью суставов

Исследовательская часть работы будет производиться на базе Федерального государственного бюджетного учреждения “Национального медицинского исследовательского центра детской травматологии и ортопедии имени Генрих Ивановича Турнера”.

Проект был поддержан Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» («Фондом содействия инновациям»).