Методология видеоанализа в диагностике нарушений локомоторной функции у детей с церебральным параличом

Исследование локомоторной функции человека в настоящее время является самостоятельной научной дисциплиной, базирующейся на интеграции биомеханики, анатомии, физиологии и нейрофизиологии, клинической медицины. Неправильная работа системы и методика проведения диагностики может повлиять на постановку диагноза и ухудшить качество лечения и реабилитацию пациентов.

Авторы статьи представили обзор основных методик видеоанализа и возможных решений использования их в клинической практике.

Методика видеоанализа заключается в креплении маркеров на анатомические точки тела человека, которые отражают инфракрасное излучение высокоскоростных камер. Если, как минимум, две камеры видят маркер, то с помощью специальных алгоритмов и калибровки системы реконструируется его точная траектория движения в 3D-пространстве.

Регистрация ходьбы пациентов в клинической практике осуществляется с частотой от 100 Гц и скорости затвора камеры не менее 1/250 секунды, что является достаточным для реконструкции кинематики движений суставов без потери данных . До недавнего времени для лабораторий было необходимо приспосабливать помещения под системы видеоанализа, используя темные тона, неблестящие поверхности и отсутствие попадания прямых солнечных лучей.

Основные кинематические параметры, используемые в клинических отчетах, включают амплитуды движений суставов, угловые изменения суставов и сегментов тела в трёх плоскостях – сагиттальной, фронтальной и горизонтальной скорости и ускорения, линейные изменения, пространственно-временные характеристики походки.

Синхронизация записи всех устройств при помощи триггера является важным элементом, который осуществляет одновременный запуск системы. Перед запуском системы на тело пациента устанавливаются маркеры для последующей реконструкции скелета и анализа данных. Выбор модели маркеров зависит от типа исследования. Регистрация данных проводится до тех пор, пока не будет записано 5–10 шагов с опорой только одной из конечностей на силовую платформу. Обработка полученных данных для формирования заключения осуществляется при помощи автоматизированного ПО или «вручную». Следует учесть, что биомеханика ходьбы может меняться при разной скорости, наличие или отсутствие ортопедической обуви также влияет на кинематические и кинетические изменения.

Существуют общие правила по работе в лабораториях видеоанализа и проведения диагностики в клинических условиях: необходимо иметь оптимальное пространство для регистрации походки, где пациент имеет пространно для разгона и нормального комфортного темпа ходьбы. Результаты исследований показали, что неровная поверхность влияет на работу мышц, меняет угловые характеристики суставов, а также кинетические данные, поэтому рекомендуется, чтобы на пути пациента отсутствовали неровности.

Камеры рекомендуется устанавливать на специальных держателях под потолком, так как при смещении камер теряется калибровка и точность регистрации падает. Необходимо поддерживать постоянную температуру воздуха и пола в лаборатории.

Одной из главных задач лабораторий клинического анализа походки является сравнительный анализ, например, мониторинга восстановления двигательных функций в процессе лечения. Однако влияние фактора скорости ходьбы показало значительные изменения результатов кинематики, кинетики и ЭМГ нижних конечностей. Скорость ходьбы оказывает значительное влияние на общую осанку, работу ягодичных мышц, мышц бедра и голени. Наиболее значительные изменения параметров походки были отмечены, как только испытуемые достигали скорости ходьбы, превышающей более чем на 20 % их привычную скорость. Уменьшение скорости приводит к уменьшению сгибания коленного сустава и изменению работы его момента.

Результаты множества исследований приводят к выводам, что рекомендуемый диапазон скоростей при сравнительном анализе не должен превышать ± 5 %. Иначе при сравнении будет сложно определить, что повлияло на результаты обследований – скорость ходьбы или эффект лечения. Для контроля скорости в лабораториях используются лазерные ворота или клинические беговые дорожки, которые также могут встраиваться в пол.

Для проведения анализа кинематики и кинетики движений необходимо определить сегменты человека для точной регистрации вращений центров суставов. По результатам исследований, лучшая повторяемость данных кинематики и кинетики была достигнута при контроле скорости ходьбы и установки маркеров. Для исключения человеческого фактора в технике установки маркеров на анатомические точки методом пальпации некоторые исследователи предложили устройство, которое помогает более корректно устанавливать маркеры на тело пациента и повысить повторяемость результатов. Но, несмотря на то, что такие установки могут повысить точность результатов, применение их для пациентов с ДЦП и другими деформациями опорно-двигательного аппарата очень ограничено, поэтому следует руководствоваться иллюстрированным атласом по установке маркеров на анатомические точки для определения центров вращения суставов человека методом пальпации.

Таким образом, хорошо продуманный действующий протокол лаборатории, правильно выбранная методика тестирования, а также настройка оборудования и разработанный автоматизированный анализ позволяют проводить полную диагностику с формированием клинических отчетов в течение 45–60 минут. Клиническим лабораториям рекомендуется использовать систему, состоящую из 10–12 камер, 2–4 силовых платформ, беспроводной системы ЭМГ.

Источник: Методология видеоанализа в диагностике нарушений локомоторной функции у детей с церебральным параличом при использовании ограниченного числа светоотражающих камер (обзор литературы)

А.Ю. Аксенов, Г.Х. Хит, Т. А. Клишковская, Т.И. Долганова