Система для комплексной оценки двигательных функций Биомеханика БИОКИНЕКТ

Модификация комплекса "Траст-М" Биомеханика предназначена для  проведения полного цикла диагностики опорно-двигательной системы.

Комплекс позволяет регистрировать и  анализировать кинематику движений, ротации в суставах, функционирование мышечного каркаса, треморы, асимметрии, биоэлектрическую активность мышц, исследовать постуральную функцию. Объективная оценка движений производится по параметрам гониограмм, подометрии, суммарной ЭМГ, стабилометрии, амплитудам,  скоростям и фазам двигательных локомоций.

Комплекс Биомеханика находит свое применение в различных областях медицины. В восстановительной медицине позволяет проводить функциональную диагностику двигательной патологии, оценку двигательных локомоций с количественными и качественными показателями нарушенной функции, подбор методов лечения, контролировать динамику восстановительных процессов.
Широко применяется клиническая биомеханика в травматологии и ортопедии для выявления аномалий суставов и позвоночника, диагностики контрактур, прогнозировании и  оценки эффективности лечения. Помогает в подборе параметров протеза при протезировании, анализе эффективности и влиянии протезов на опорно-двигательный аппарат.
В неврологии комплекс Биомеханика «Траст-М» применяется в диагностике опорно-двигательного аппарата после перенесенного инсульта, при параличах, парезах, миодистрофии, поражения крупных нервных стволов различного генеза, при ДЦП, болезни Паркинсона, поражении корешков спинномозговых нервов, нарушении проприорецепции и вестибулярного аппарата и других состояниях, сопровождающихся клинической или субклинической двигательной симптоматикой. Позволяет оценивать эффективность проводимого лечения.

В постурологии, с помощью системы биомеханики, проводится комплексная оценка постуральной функции, в том числе стабилометрия 3D.

В мануальной терапии применяется для проведения функциональной диагностики опорно-двигательной системы, оценки результатов до и после лечения.

В спортивной медицине по средствам биомеханики движений проводят диагностику спортивных травм мышечно-связочного аппарата и суставов,  предотвращают травматизм спортсменов, создается более оптимальный спортивный инвентарь, разрабатываются методики контроля техники выполнения спортивных движений и их коррекции. Комплекс  успешно применяется для технической и тактической подготовки спортсменов в отдельных видах спорта.

Биомеханика двигательных действий изучает свойства и функции опорно-двигательного аппарата и двигательные действия человека на основании понятий, принципов и законов классической механики. Клиническая биомеханика занимается  диагностикой изучаемого объекта, ищет способы  его оптимального лечения и оценивает полученные результаты.

Состав комплекса

Основой комплекса являются миниатюрные  биомеханические сенсоры «Траст-М» с телеметрическим управлением по радиоканалу.  Каждый сенсор –  это автономный портативный прибор, который включает в себя три вида пространственных датчиков движения (акселерометр, гироскоп и магнитометр) и 2 миографических канала. Вес одного датчика не более 40 грамм, габаритные размеры 38х49х20мм (сравнимо со габаритами спичечного коробка).

Одновременно могут  подключатся до 16 автономных биомеханических сенсоров «Траст-М» с частотой дискретизации не менее 1024 Гц и синхронизацией 1 мсек. Таким образом, комплекс может обеспечивать синхронную регистрацию по 32 каналам ЭМГ и 144 каналам движений (тремор, углы, угловая скорость).

Одновременно могут  подключатся до 16 автономных биомеханических сенсоров «Траст-М» с частотой дискретизации не менее 1024 Гц и синхронизацией 1 мсек. Таким образом, комплекс может обеспечивать синхронную регистрацию по 32 каналам ЭМГ и 144 каналам движений (тремор, углы, угловая скорость).

Комплекс «Траст-М» позволяет подключать дополнительно:

-WEB видеокамеры для записи исследования;

-полиграфические датчики (ЭКГ, рекурсия дыхания, ЭЭГ);

-усилитель ЭЭГ;

-тренажерные модули (стабилометрический модуль, беговая дорожка и др.);

-систему визуализации БОС.

Кинематика движений

Биомеханические сенсоры «Траст-M» обеспечивают точную регистрацию различных видов движений, начиная от сгибания-разгибания в одном суставе до сложных видов локомоций, таких как ходьба и бег, т.е. позволяют проводить клинический анализ движений. Регистрируются движения в трех плоскостях в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах – сгибание-разгибание, отведение – приведение и ротация. Во время ходьбы одновременно фиксируются основные временные характеристики шага каждой ноги, а так же движения таза в пространстве. Анализируются циклические движения пациента во время ходьбы с последующей полуавтоматической расстановкой фаз цикла шага, что позволяет сравнивать результат с нормой, оценивать асимметрии. 

Аналогично исследованию на нижних конечностях, проводится регистрация биомеханических параметров верхних конечностей. Анализируется кинематика движений руки, ротационные движения в суставах, оценивается степень контрактуры.

Комплекс "Траст-М" Биомеханика может применяться для исследования состояния двигательной сферы в любой части тела, включая такие сложные сегменты как позвоночник. Проводится регистрация движений в шейном, грудном и поясничном отделах позвоночника. Все движения фиксируются в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Возможна одновременная регистрация работы мышц спины, что важно для выявления асимметрий и оценки распределения нагрузки на позвоночник.

Другой методикой исследования функции позвоночника является изучение его амортизационных свойств.  Во время ходьбы датчики «Траст-М» регистрируют величину ускорений на уровне крестца и верхних отделов позвоночника, в том числе в области головы. О состоянии амортизационной функции позвоночника можно судить по разности ускорений по амплитуде, возникающих в верхних и нижних его отделах.

Результаты всех видов исследований представлены графиками гониограмм, табличными значениями углов, реконструкций в виде 3D скелета тела. Изображение мышечного каркаса человека, позволяет наглядно демонстрировать нарушение осанки пациента. Все эти  данные помогают врачу проводить глубокий анализ функциональных изменений со стороны опорно-двигательной системы, позволяют оценивать эффективность проводимого лечения и динамику процессов восстановления.
Комплекс легко позволяет проводить исследование с использованием нестандартных методик, в том числе и тех, которые создает сам пользователь.

Электромиографическое исследование

В комплексе «Траст-М», синхронно с регистрацией биомеханики движений, регистрируется поверхностная электромиография (ПЭМГ). Каналы ЭМГ встроены в датчик «Траст-М», что значительно упрощает проведение исследования для врача и пациента. Регистрация ЭМГ позволяет оценить сократительную способность исследуемых мышц при различной патологии опорно-двигательного аппарата, дает информацию о вкладе той или иной мышцы в осуществление двигательного акта, будь то ходьба, стояние, какой-то вид производственной деятельности или спортивное упражнение.

Данные ЭМГ, синхронизированные с циклом шага, позволяют определить в какую фазу шага активна та или иная мышца, сгибается или разгибается при этом нога в суставе. Все эти сведения дают возможность оценить режим и качество работы мышцы.

Запись ЭМГ, проводимая во время движения и выполнения пациентом различных тестов и проб, дает  врачу важную информацию о тонусе мышц и его асимметрии. 
Полученные результаты представлены в виде графиков нативной, «огибающей» и усредненной ЭМГ.

Данные синхронизированы с циклами движений, что существенно облегчает анализ фаз мышечной активности. Для наглядности доступна функция  реконструкции 3D скелета тела с мышцами.

Возможен просмотр проведенного исследования в видео формате  с синхронной  анимацией 3D модели «скелет», графиками гониограмм  и миограмм.

Оценка тремора

Биомеханические сенсоры «Траст-М» позволяют проводить регистрацию тремора конечностей и отдельных сегментов тела. Тремор относится к одним из наиболее часто встречаемых в неврологической практике двигательных синдромов, который может присутствовать при многих заболеваниях (эссенциальный тремор, болезнь Паркинсона и т. д.), а также иметь место и у здоровых людей. Сенсоры "Траст-М" позволяют проводить анализ тремора, оценивая его частоту, амплитуду, его спектральные характеристики. Регистрируются различные виды тремора, включая не уловимые глазом человека высокочастотные (вплоть до 100 Гц) и низкоамплитудные.

Стабилометрия 3D

По средства биомеханических датчиков «Траст-М» реализуется пространственная стабилометрия 3D. С помощью специальных алгоритмов проводится стабилометрическое исследование с построением стабилограмм и статокинезиограмм для отдельных сегментов тела. Оценка колебаний происходит по микроперемещениям сегмента тела.

Регистрируется размах амплитуд колебаний, среднеквадратические отклонения, спектр, ускорения, а так же мощность, затрачиваемая на данные колебания (оценка энергозатрат). Информация о колебания отдельных сегментов тела пациента позволяет точно определить уровень патологического процесса. Возможность регистрации колебаний во всём диапазоне частот, включая высокие, значительно увеличивает чувствительность метода, что позволяет обнаружить даже незначительное повышение мышечного тонуса. Проведение синхронного миографического исследования мышц нижних конечностей или туловища во время регистрации стабилограммы  дает возможность определить внутреннюю стратегию поддержания равновесия в основной стойке.

Возможно как отдельное использование датчиков «Траст-М» для оценки кинематики движения, так  и в совокупности со стабилометрической платформой и классическими методиками двумерной стабилометрии (подробнее см. Стабилометрия «Траст-М»).

Преимущества инерциальной Биомеханики «Траст-М» в сравнении с оптическими аналогами

Простота проведения обследования. Подготовка пациента не требует большого количества маркеров. Оптическая система предполагает установку 3-х маркеров на один сегмент, в то время как в Биомеханике «Траст-М» требуется установить только один датчик на сегмент тела, что сокращает время проведения обследования в 3 раза.

Быстрая подготовка комплекса к работе. Комплекс Биомеханика «Траст-М» быстро разворачивается, не нуждается в сложном монтаже видеокамер, не требует много места, датчики хранятся в компактном кейсе.

Не требуется подготовка специального помещения. Комплекс Биомеханика «Траст-М» применяется в обычных помещениях, не требует затемнения комнаты. Радиус действия телеметрического канала до 50 метров, что позволяет использовать комплекс в больших залах, стадионах и на улице.

Простая калибровка датчиков. Биомеханические сенсоры «Траст-М» достаточно просто калибруются, данный процесс занимает не больше 1-2 минут и доступен для проведения средним медицинским персоналом. Оптические системы требуют выполнения сложного цикла длительной калибровки, которая к тому же быстро сбивается при вибрации или при случайном воздействии на видеокамеру.

Точность регистрируемых параметров. Биомеханические сенсоры «Траст-М» представляют собой бесплатформенную инерциальную навигационную систему (БИНС). Основной принцип работы- встроенная гироскопическая система, которая производит прямое измерение угловой скорости движения и интегрирует ее в углы пространственной ориентации. В оптических системах вычисление ротационных движений производится косвенным методом, путем пересчета линейных координат в углы, что часто приводит к дополнительным погрешностям ротационных движений. Частота дискретизации оптических систем варьирует в пределах 200 Гц, а частота дискретизации комплекса Траст-М составляет 1024 Гц, что значительно увеличивает точность измеряемых параметров.

Отсутствует эффект перекрытия маркеров. Так как в инерциальной Биомеханике «Траст-М» не используются отражательные маркеры, то отсутствует эффект перекрытия этих маркеров (например при ходьбе), в то время как в оптических системах маркеры обязательны.

Адекватная стоимость комплекса. Совокупные затраты (стоимость комплекса, его установки и обслуживания) инерциальной Биомеханики «Траст-М» в разы дешевле аналогов оптических систем импортного производства.