Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ СКОЛИОЗА

Изобретение относится к области медицины, а именно травматологии и ортопедии, и может использоваться для диагностики сколиоза.

Известны способы оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата (ОДА) с помощью информативных параметров, полученных с применением биомеханических и электрофизиологических методов и характеризующих состояние походки больного в процессе лечения.

Способ осуществляется с помощью устройства, состоящего из двух акселерометров, аналого-цифрового преобразователя и других приборов, что является достаточно громоздкой немобильной конструкцией [Жиляев А.А. Биомеханические и электрофизиологические критерии оценки функционального состояния опорно-двигательного аппарата нижних конечностей: Автореф. дис. … д-ра техн. наук: 01.02.08. Центр, научно-исследовательский ин-т травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. М., 2003. 34 с.].

По наиболее близкой технической сущности в качестве прототипа выбран способ диагностики сколиоза, заключающийся в регистрации с помощью акселерометров, находящихся в мобильном телефоне, установленном на теле пациента, ускорения движения пациента при ходьбе по прямой, осуществляемой пациентом не менее 10-15 сек. Ускорение движущегося пациента регистрируют в 3-х плоскостях: горизонтальной, фронтальной и сагиттальной. После чего полученные данные преобразуют с помощью дискретного преобразования Фурье в графики частотных спектров, которые в дальнейшем анализируются специалистом [Татарникова А.А., Тюрликов A.M. Исследование возможностей использования акселерометров мобильных устройств для обнаружения патологий опорно-двигательного аппарата, Научный альманах, №5-3(19), 2016, 4 с.].

К недостатку способа, выбранного в качестве прототипа, можно отнести:

- результаты опубликованных исследований получены у 13 пациентов, из которых только у одного был диагностирован сколиоз, из чего следует, что все выводы основываются на результатах, полученных только у одного пациента, страдающего сколиозом;

- отсутствие конкретного, обоснованного с точки зрения анатомо-физиологического строения тела человека, места крепления мобильного устройства;

- отсутствие анализа данных, полученных при исследовании диагностически значимой плоскости, отвечающей за патологические изменения, а именно - фронтальной;

- отсутствие подтверждения или исключения диагноза врачом-травматологом при осмотре пациентов.

Совокупность вышеперечисленных недостатков прототипа привела, по нашему мнению, к недостаточно высокой точности диагностики сколиоза, составляющей 54%, по собственным данным.

Техническим результатом изобретения является повышение точности диагностики сколиоза при регистрации ускорения движения пациента при ходьбе по прямой с помощью акселерометров, находящихся в мобильном телефоне, установленном на теле пациента.

Технический результат изобретения достигается тем, что способ диагностики сколиоза заключается в регистрации с помощью акселерометров, находящихся в мобильном телефоне, ускорения движения пациента при ходьбе по прямой, осуществляемой пациентом не менее 10-15 сек. Мобильный телефон устанавливают в области передней поверхности крыла подвздошной кости. Ускорение движущегося пациента регистрируют с помощью акселерометров в 3-х плоскостях: горизонтальной, фронтальной и сагиттальной. После чего, используя компьютерную программу, установленную в телефон, формируют 3 последовательности зарегистрированных данных, характеризующих изменение ускорения движения пациента во времени при ходьбе в каждой из трех плоскостей, затем преобразуют сформированные 3 последовательности в три последовательности данных, характеризующих зависимость амплитуды колебаний тела пациента от частоты в каждой из трех плоскостей, и выявляют значения частот, соответствующих максимальным значениям амплитуды колебаний в каждой из трех преобразованных последовательностей. При отличии максимального значения частоты колебаний тела пациента, полученного во фронтальной плоскости, от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, более чем на 0,1 Гц диагностируют сколиоз.

Способ осуществляется следующим образом.

Пациент закрепляет мобильный телефон в области передней поверхности крыла подвздошной кости так, чтобы телефон как можно меньше совершал самостоятельных колебаний, т.е. он должен быть крепко зафиксирован в чехле или кармане. После чего пациент запускает компьютерную программу на телефоне, которая разработана авторами заявляемого способа, нажатием кнопки «Старт» и начинает движение по прямой в своем привычном темпе не менее 10-15 сек. При этом он должен самостоятельно передвигаться без помощи костылей или опорной трости, на его нижних конечностях должен отсутствовать гипс или лангета. Желательно, чтобы на пути во время его движения отсутствовали препятствия.

После нажатия кнопки «Старт» программа регистрирует с помощью акселерометров мобильного телефона ускорение движущегося пациента в 3-х плоскостях: горизонтальной, фронтальной и сагиттальной, формирует 3 последовательности зарегистрированных данных, характеризующих изменение ускорения движения пациента во времени при ходьбе в каждой из трех плоскостей. По истечении 10-15 сек. пациент останавливается и нажимает в программе кнопку «Завершить», после чего регистрация данных с акселерометров мобильного телефона завершится и сформируется файл с 3 последовательностями зарегистрированных данных.

Далее программа преобразует сформированные 3 последовательности в три последовательности данных, характеризующих зависимость амплитуды колебаний тела пациента от частоты в каждой из трех плоскостей, и выявляет значения частот, соответствующих максимальным значениям амплитуды колебаний в каждой из трех преобразованных последовательностей. При отличии максимального значения частоты колебаний тела пациента, полученного во фронтальной плоскости, от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, более чем на 0,1 Гц диагностируют сколиоз.

Существенные отличительные признаки заявляемого способа и причинно-следственная связь между ними и достигаемым результатом:

- Телефон устанавливают в области передней поверхности крыла подвздошной кости пациента. Выбор места крепления мобильного устройства обоснован наименьшим воздействием мышечного массива и ближайших суставов на работу акселерометров, т.е. не создаются дополнительные колебания при ходьбе.

- Используя компьютерную программу, установленную в телефон, формируют 3 последовательности зарегистрированных данных, характеризующих изменение ускорения движения пациента во времени при ходьбе в каждой из трех плоскостей, т.к. после дальнейшего преобразования последовательности сравниваются друг с другом и это сравнение является основным фактором, по которому диагностируют сколиоз. После чего преобразуют сформированные 3 последовательности в три последовательности данных, характеризующих зависимость амплитуды колебаний тела пациента от частоты в каждой из трех плоскостей.

Ходьба человека - циклический акт, в котором периодически повторяются одни и те же движения с определенными частотами. Для выражения данных частот в числовой форме, необходимо зарегистрированные последовательности с акселерометров мобильного телефона, являющиеся сигналами во временной области, преобразовать в сигналы в частотной области.

- Выявляют значения частот, соответствующих максимальным значениям амплитуды колебаний в каждой из трех преобразованных последовательностей, т.к. максимум колебаний в каждой последовательности является отличительным, легко вычисляемым признаком и позволяет определить частоту, с которой человек чаще всего выполняет циклические движения во время ходьбы.

- При отличии полученного максимального значения частоты колебаний тела пациента во фронтальной плоскости от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, более чем на 0,1 Гц диагностируют сколиоз.

Полученное значение выявлено в процессе исследования у 40 пациентов, у 16-ти из которых диагноз "сколиоз" уже имелся в анамнезе, а у 24-х был впервые выявлен заявляемым способом и в дальнейшем подтвержден врачом-травматологом при осмотре и рентгенологически.

Сколиоз - трехплоскостная деформация, но наибольшая деформация наиболее часто наблюдается именно во фронтальной плоскости, то есть диагностически значимой плоскости, отвечающей за патологические изменения.

Приводим примеры выполнения способа:

Пример 1. Пациент А., 21 год.

Диагноз в анамнезе: Сколиоз грудного отдела позвоночника III степени.

Мобильный телефон был установлен в области передней поверхности крыла подвздошной кости пациента. Телефон зафиксирован в кармане пациента, который ходил по прямой в травматологическом отделении в течение 15 сек. Полученные максимальные значения амплитуды колебаний тела пациента в каждой из трех преобразованных последовательностей:

Фронтальная: 3.4422

Вертикальная: 3.6331

Сагиттальная: 3.6331

Таким образом, отличие максимальных значений частоты колебаний тела пациента, полученного во фронтальной плоскости, от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, составляет 0.1909 Гц, что более чем 0,1 Гц, на основании чего был поставлен диагноз "сколиоз", что совпадает с диагнозом в анамнезе.

Пример 2. Испытуемый Б., 33 года.

Диагноз в анамнезе: Сколиоз грудного отдела позвоночника II степени. Мобильный телефон был установлен в области передней поверхности крыла подвздошной кости пациента. Телефон зафиксирован в кармане пациента, который ходил по прямой в травматологическом отделении в течение 13 сек. Полученные максимальные значения амплитуды колебаний тела пациента в каждой из трех преобразованных последовательностей:

Фронтальная: 3.0909

Вертикальная: 3.2302

Сагиттальная: 3.2302

Таким образом, отличие максимальных значений частоты колебаний тела пациента, полученного во фронтальной плоскости от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, составляет 0,1393 Гц что более, чем 0,1 Гц, на основании чего был поставлен диагноз "сколиоз", что совпадает с диагнозом в анамнезе.

Пример 3. Испытуемый В., 41 год.

Мобильный телефон был установлен в области передней поверхности крыла подвздошной кости пациента. Телефон зафиксирован в кармане пациента, который ходил по прямой в травматологическом отделении в течение 15 сек. Полученные максимальные значения амплитуды колебаний тела пациента в каждой из трех преобразованных последовательностей:

Фронтальная: 3.6559

Вертикальная: 3.5484

Сагиттальная: 3.5484

Таким образом, отличие максимальных значений частоты колебаний тела пациента, полученного во фронтальной плоскости, от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, составляет 0.1075 Гц, что более, чем 0,1 Гц, на основании чего был впервые поставлен диагноз "сколиоз". В дальнейшем врачом-травматологом при осмотре и рентгенологически был поставлен диагноз "сколиоз грудного отдела позвоночника II степени".

Пример 4. Испытуемая Г., 54 года.

Мобильный телефон был установлен в области передней поверхности крыла подвздошной кости пациента. Телефон зафиксирован в кармане пациента, который ходил по прямой в травматологическом отделении в течение 10 сек. Полученные максимальные значения амплитуды колебаний тела пациента в каждой из трех преобразованных последовательностей:

Фронтальная: 3.0

Вертикальная: 3.1009

Сагиттальная: 3.1009

Таким образом, отличие максимальных значений частоты колебаний тела пациента, полученного во фронтальной плоскости, от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, составляет 0.1009 Гц, что более, чем 0,1 Гц, на основании чего был впервые поставлен диагноз "сколиоз". В дальнейшем врачом-травматологом при осмотре и рентгенологически был поставлен диагноз "сколиоз поясничного отдела позвоночника II степени".

Пример 5. Испытуемая Д., 22 года.

Мобильный телефон был установлен в области передней поверхности крыла подвздошной кости пациента. Телефон зафиксирован в кармане пациента, который ходил по прямой в травматологическом отделении в течение 10 сек. Полученные максимальные значения амплитуды колебаний тела пациента в каждой из трех преобразованных последовательностей:

Фронтальная: 3.7873

Вертикальная: 3.6364

Сагиттальная: 3.6364

Таким образом, отличие максимальных значений частоты колебаний тела пациента, полученного во фронтальной плоскости, от полученных максимальных значений частот колебаний, выявленных в двух других плоскостях, составляет 0.1509 Гц, что более, чем 0,1 Гц, на основании чего был впервые поставлен диагноз "сколиоз". В дальнейшем врачом-травматологом при осмотре и рентгенологически был поставлен диагноз "сколиоз поясничного отдела позвоночника I степени".

С помощью заявляемого способа было обследовано 46 человек, у 16-ти из которых диагноз "сколиоз" уже имелся в анамнезе, что было подтверждено заявляемым способом. Из 30 оставшихся у 24-х обследованных сколиоз был впервые выявлен заявляемым способом, в дальнейшем у 22 обследованных диагноз был подтвержден врачом-травматологом при осмотре, а также рентгенологически.

Точность заявляемого способа, составляющая 96%, рассчитана по формуле:

ТС=(ИП+ИО)/(ИО+ИП+ЛО+ЛП)*100%

ТС=(38+6)/(6+38+0+2)*100%=96%

Кроме того, были обследованы 13 человек, из которых только у одного был диагностирован сколиоз с помощью способа-прототипа. А по заявляемому способу из этих 13 человек у 7 обследованных был диагностирован сколиоз, что в дальнейшем подтверждено врачом-травматологом при осмотре, а также рентгенологически.

Точность способа-прототипа, составляющая 54%, рассчитана по формуле:

ТП=(ИП+ИО)/(ИО+ИП+ЛО+ЛП)*100%

ТП=(1+6)/(6+1+6+0)*100%=54%

Таким образом, заявляемый способ повышает, по сравнению со способом прототипом, точность диагностики сколиоза на 42%.