Способ и устройство оценки состояния осанки человека
Изобретение используется в медицине при проведении массовых осмотров детей и подростков, а также призывников и взрослых с целью выявления у них отклонений в состоянии осанки. Технический результат заключается в обеспечении высокой точности и достоверности дистанционных количественных измерений отклонений состояния осанки от нормы. Сущность изобретения в части способа заключается в дистанционном измерении профилей спины в сагиттальной и горизонтальной плоскостях путем облучения ее СВЧ-сигналом в диапазоне частот (35,0-90,0) ГГц, расчете индексов и коэффициентов, характеризующих состояние осанки и в формировании заключения о нарушении осанки при превышении их значений допустимых величин. Устройство содержит антенну на основе гибкого диэлектрического волновода, соединенную через циркулятор и направленный ответвитель с передающим генератором, преобразователь, включающий два делителя, два балансных смесителя и фазовращатель, а также логический блок анализа сигналов, выполненный на основе блока выделения фазы. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к гигиене и может быть использовано при проведении массовых профилактических осмотров детей, подростков и призывников, а также взрослых на основе дистанционной регистрации профилей спины в двух плоскостях - сагиттальной и горизонтальной с одновременным получением количественных характеристик состояния осанки, параметры которых определяются с помощью радиолокационного метода. При этом устройство - доплеровский локатор для реализации способа содержит приемник с квадратурными каналами, что обеспечивает измерение фазы отраженного сигнала, которая линейно связана с расстоянием от антенны радиолокатора до объекта. Наличие в устройстве логического блока анализа сигналов обеспечивает надежную регистрацию кривой, соответствующей профилю физиологических изгибов позвоночника, и кривых, соответствующих сечению поверхности спины на разных уровнях позвоночника, по которым перемещается антенна радиолокатора, что позволяет оценить состояние осанки исследуемого объекта.
Уровень техники в области, к которой относится изобретение, включает следующие решения: 1. Прибор для измерения деформации позвоночника, который позволяет определять деформацию во фронтальной и сагиттальной плоскостях, снабжен передвижными поперечными планками для отсчета делений, на которых предусмотрены отвесы, колеблющиеся в одной плоскости. Недостатками такого прибора являются низкая точность, трудоемкость метода измерения и регистрации, требует специальной подготовки медицинского персонала (авт. св. N 61062, кл. A 61 B 5/103). 2. Кифосколиограф выполнен в виде пантографа, несущего обводной щуп, снабжен двумя взаимно перпендикулярными отметчиками, установленными на шарнире пантографа. Обеспечивает копирование конфигурации позвоночника в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Прост по конструкции и в обращении, однако имеет невысокую точность, значительные временные затраты, связанные с прощупыванием костных выступов позвоночника (авт. св. N 105576, кл.A 61 B 5/07, 1956 г.). 3. Способ определения деформации позвоночника путем измерения величины угла между краниальной замыкающей пластинкой верхнего и каудальной замыкающей пластинкой нижнего позвонков искривленного участка позвоночника, дополнительного измерения длины искривления отдела позвоночника, по отношению величины угла искривления к длине искривленного отдела позвоночника судят о тяжести деформации. К недостаткам способа относятся значительная сложность измерения, большие временные затраты, необходимость квалифицированного специалиста, метод контактный, проводится на раздетом пациенте, диагностика деформаций - в одной плоскости (авт. св. N 651784, кл. A 61 B 5/107, 1979 г. ). 4. Устройство для измерения искривлений позвоночника содержит транспортир с двумя границами с контактными площадками и указатель, размещенный в центре транспортира, транспортир снабжен шкалой линейных измерений, а указатель выполнен с продольной прорезью и линейной шкалой и имеет возможность продольного перемещения и поворота относительно упругого фиксатора, установленного в центре транспортира, при этом границы установлены на шкале линейных измерений с возможностью перемещений вдоль последней. Обеспечивает повышение точности за счет сочетанного отсчета угла и линейных искривлений на заданном участке позвоночника. Недостатки: значительная сложность измерений, большие затраты времени при измерениях, требование квалифицированного специалиста (авт.св. N 1326244, A 61 B 5/107, 1987 г.). 5. Из литературы известен способ определения начальных форм нарушений осанки (Минский И.А. Прибор для определения начальных форм нарушения осанки с графическим изображением линии остистых отростков позвоночника. Гигиена и санитария, 1972, N 7, с. 73-76), основанный на графическом изображении линии остистых отростков позвоночника. Измерение профиля физиологических изгибов позвоночника производится путем механического перемещения вручную специального устройства ("ролика") вдоль позвоночника спокойно стоящего ребенка и отображения на бумаге пишущим "пером" соответствующей кривой. Для оценки состояния осанки и выявления начальных форм нарушений осанки проводится измерение длины разных отделов позвоночника и сравнение полученных данных с табличными (нормативными) данными. На основании анализа результатов исследования определяется степень начальных форм нарушений осанки у детей. Однако, этот способ имеет ряд недостатков, а именно: 1. При проведении обследования механическое прикосновение к остистым отросткам позвоночника вызывает рефлекторное сокращение мышц спины, что приводит к погрешностям измерения. 2. Способ и устройство позволяют регистрировать изменения состояния осанки только в сагиттальной плоскости. Нарушения же во фронтальной плоскости с помощью данного способа и устройства не выявляются. Вместе с тем нарушения осанки во фронтальной плоскости и предсколиотические изменения осанки занимают значительное место среди всех видов деформаций осанки. 3. Обследование детей проводится без одежды. В таких условиях дети испытывают температурный дискомфорт, что также вызывает рефлекторное сокращение мышц, участвующих в обеспечении осанки, и, как следствие этого, погрешности измерений. Перечисленные недостатки снижают точность результатов обследования при массовых профилактических осмотрах детей, что приводит к неправильной оценке состояния осанки и формированию групп детей для проведения коррегирующих мероприятий. 6. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом является устройство и осуществляемый с его помощью способ, описанные в авт.св.N 1825615, кл. A 61 B 5/103, 1990 г. на "Устройство для определения кривизны позвоночника". Согласно способу исследуемый пациент устанавливается на базовом основании, ролик прибора прижимается к позвоночнику и перемещается вдоль него, измеряется искривление по осям XZ и YZ (т.е. в трех плоскостях) в процессе сравнения физиологической нормы и реальных параметров. Устройство содержит преобразователь, основание со стойкой и штангу, соединенную с панелью, на которой установлен электродвигатель с редуктором, соединенным посредством зубчатой передачи со стойкой. Преобразователь выполнен в виде двух резисторов, соединенных с блоком обработки данных. Способ и устройство позволяет производить комплексное одновременное измерение в трех плоскостях, долговременную запись на магнитофонной ленте информации об искривлении позвоночника, повысить точность измерений. Недостатки: устройство контактного типа, сложность управления механической системой устройства, необходимость квалифицированного персонала. Цель изобретения - создание бесконтактного, точного и достоверного способа оценки состояния осанки человека и устройства для его осуществления. Способ и устройство оценки состояния осанки основан на объективной количественной характеристике, параметры которой определяются с помощью радиолокационного метода. Сравнение значений расчетных коэффициентов с нормативными данными служат критериальными показателями оценки состояния осанки и выявления нарушений осанки у человека. Результат обследования, таким образом, имеет количественную характеристику и вместе с этим большие диагностические преимущества перед существующим способом. Мобильность и портативность установки позволяет проводить обследование в условиях детских садов и общеобразовательных школ, что существенно увеличивает объемы обследований. Пропускная способность данной установки составляет 30-40 детей в час. Участие врача-специалиста при использовании данного способа не является обязательным. Все обследование может с успехом провести медицинская сестра. Полученные при обследовании данные могут храниться на дискетах или в памяти компьютера до очередного обследования. Регистрация отклонений и хранение результатов обследования в базе данных позволяет проводить сравнение данных в динамике наблюдения и судить о положительных или отрицательных изменениях в состоянии осанки индивидуально для каждого ребенка и в целом для каждой возрастно-половой группы, объективно оценивать эффективность проводимых профилактических и коррегирующих мероприятий - вести компьютерный мониторинг за процессом формирования осанки. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности и достоверности количественной дистанционной оценки состояния осанки человека. Данный способ существенно повышает точность обследования, сокращает его время и заметно расширяет возможности массовых профилактических осмотров детского и взрослого населения. Заявляемое устройство удовлетворяет критерию "промышленная применимость", т.к. известны устройства, включающие в себя блоки, аналогичные блокам в заявляемом устройстве (патенты РФ N 2000080, 2053706), при этом задачи, решаемые в указанных патентах, отличаются от задач, решаемых в заявленном устройстве. Способ осуществляется следующим образом: 1. Обследуемый (не раздеваясь) встает спиной к устройству на расстоянии 15-25 см, соединенному с персональным компьютером (например, типа IBM PC - XT). 2. Медицинская сестра вводит основные паспортные данные обследуемого в компьютер и вызывает следующие режимы работы компьютерной программы: * режим "Параметры", осуществляющий ввод параметров регистрации, * режим "Регистрация", осуществляющий регистрацию профилей спины и их визуальный контроль в двух плоскостях: 1) сагиттальной плоскости - регистрация профиля физиологических изгибов позвоночника; 2) горизонтальной плоскости - регистрация профилей спины на 3-х уровнях: грудном, грудо-поясничном и поясничном отделах позвоночника; * режим "Результат обследования", осуществляющий обработку измеренных данных в соответствии с принятым алгоритмом и выдачу результата обследования. Для измерения расстояния от антенны до участка поверхности тела, находящегося точно под антенной, применяется следующее вспомогательное устройство: штатив, на котором закреплена поворотная рейка, имеющая возможность занять фиксированное вертикальное или горизонтальное положение. Параллельно рейке на изолированных стойках натянута нихромовая нить, на которой закреплен скользящий по нити токосъемный зажим, объединенный с держателем излучающей антенны. На концы нити подводится низкое напряжение постоянного тока, обеспечивающее протекание очень малого тока (не более 10 мА) по нити. Такое устройство называется линейным потенциометром, оно позволяет ввести в компьютер координату перемещения антенны по вертикальной оси. На рейке в специальном скользящем зажиме закреплен конец гибкого диэлектрического волновода, выполняющего роль антенны. Антенна может перемещаться вдоль всей длины рейки, зафиксированной либо в горизонтальном, либо в вертикальном положении. Начинать и заканчивать движение антенны можно в произвольной точке рейки в соответствии с физическими размерами обследуемого. Скорость перемещения антенны по рейке не влияет на величину измеряемых параметров. С помощью компьютера рассчитываются следующие две группы показателей (см. фиг.1): I группа показателей - для оценки состояния осанки в сагиттальной плоскости:K = MK/CI

L = PN/IS

где MK - максимальное расстояние прогиба позвоночника в грудном отделе, измеренное радиолокационным датчиком относительно базовой линии, по которой перемещается антенна измерителя от точки C до точки S (сверху-вниз);
CS - длина базовой линии при измерении профиля позвоночника;
C - верхняя (начальная) точка движения антенны измерителя, соответствующая уровню VII шейного позвонка (C7);
S - нижняя (конечная) точка движения антенны, соответствующая сакральному отделу позвоночника (S1);
CI - расстояние от верхней точки базовой линии C (начало движения антенны) до пересечения измеренного профиля позвоночника в нижней части грудного отдела с базовой линией (точка I);
PN - максимальное расстояние прогиба позвоночника в поясничном отделе, измеренное радиолокационным датчиком относительно базовой линии, по которой перемещается антенна измерителя от точки I до точки S;
I - точка пересечения измеренного профиля позвоночника с базовой линией в верхней части поясничного отдела;
IS - расстояние от точки пересечения измеренного профиля позвоночника с базовой линией в верхней части поясничного отдела до нижней точки базовой линии. II группа показателей - для оценки состояния осанки во фронтальной плоскости:
K (Th) = (Th-O)d/(Th-O)s - показатель асимметрии в грудном отделе позвоночника,
K(Th-L) = (Th-L-O)d/(Th-L-O)s - показатель асимметрии в грудо-поясничном отделе позвоночника,
K(L) = (L-O)d/(L-O)s - показатель асимметрии в поясничном отделе позвоночника,
где Th - грудной отдел позвоночника;
(Th-L) - грудо-поясничный отдел позвоночника;
L - поясничный отдел позвоночника;
(Th-O)d - длина кривой - сечения поверхности спины в грудном отделе справа от линии остистых отростков позвоночника;
(Th-O)s - длина кривой - сечения поверхности спины в грудном отделе слева от линии остистых отростков позвоночника;
(Th-L-O)d - длина кривой - сечения поверхности спины в грудо-поясничном отделе справа от линии остистых отростков позвоночника;
(Th-L-O)s - длина кривой - сечения поверхности спины, в грудо-поясничном отделе, слева от линии остистых отростков позвоночника;
(L-O)d - длина кривой - сечения поверхности спины в поясничном отделе, справа от линии остистых отростков позвоночника;
(L-OI)s - длина кривой - сечения поверхности спины в поясничном отделе, слева от линии остистых отростков позвоночника. Заключение о состоянии осанки осуществляется на основе анализа рассчитанных параметров. Критериальными показателями для нарушенной осанки в сагиттальной плоскости являются отклонение хотя бы одного из двух значений отношений:
K>20%
L>20%
Критериальными показателями для нарушенной осанки во фронтальной плоскости являются отклонение хотя бы одного из трех значений отношений :
K(Th)>10%,
K(Th-L)>10%,
K(L)>10%
Критериальные показатели разработаны в соответствии с материалами, представленными в методических рекомендациях "Профилактика и коррекция нарушений осанки у детей в условиях школы", Киев, 1985 г. Критериальными показателями для нарушенной осанки в обеих плоскостях (комбинированное нарушение) являются любые сочетания приведенных выше значений отношений во фронтальной и сагиттальной плоскостях. Кроме того, известные способы для определения начальных форм нарушений осанки, включая и прототип, не обеспечивают дистанционную, бесконтактную диагностику и не исключают влияние рефлекторного сокращения мышц при прикосновении контактного устройства к исследуемому телу, что приводит к погрешности измерения. Эти способы также не обеспечивают съем данных в двух плоскостях - сагиттальной и фронтальной и не позволяют проводить измерения в одежде. Изобретение направлено на создание надежной методики дистанционного измерения и оценки состояния осанки у детей, подростков и призывников, а также взрослых с использованием доплеровского локатора, основанной на регистрации расстояния между антенной доплеровского локатора и объектом с автоматическим определением показателей асимметрии в грудном, грудо-поясничном и поясничном отделах позвоночника, а также заключении о состоянии осанки на основе анализа измеренных параметров. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе измерения профилей спины дистанционно облучают кожный покров спины с использованием доплеровского локатора электромагнитной волной сверхвысокой частоты в диапазоне 35,0-90,0 ГГц (границы частотного интервала выбраны из соображений технологичности конструкции, а также с учетом того, что микроволновые волны не проникают на глубину более нескольких десятых миллиметра и не оказывают нагревающего опасного для тканей действия) и путем разложения отраженного сигнала доплеровской частоты на квадратурные составляющие выделяют изменения его фазы. При этом суждение о профиле спины производят по регистрируемому персональным компьютером расстоянию между антенной доплеровского локатора и поверхностью спины при равномерном перемещении над нею антенны. При этом в устройстве для доплеровской локации, содержащем передающий генератор, подсоединенный через направленный ответвитель к циркулятору и антенне, приемник, который соединен с направленным ответвителем и на входе с циркулятором и антенной, принимающей отраженный сигнал, и включает смесители и усилитель, и блок обработки, подключенный через фильтр к выходу приемника, для обеспечения возможности реализации заявленного способа и дистанционной регистрации расстояний между антенной радиолокатора и объектом с последующим выделением параметров, характеризующих профиль спины, рабочая частота СВЧ-генератора составляет 60 ГГц, приемник выполнен с двумя квадратурными каналами и снабжен фазовращателем и делителями, а в качестве излучающего устройства используется антенна типа "диэлектрический клин", выполненная на основе гибкого диэлектрического волновода длиной 1,5 м, при этом к входу первого делителя подключен направленный ответвитель, а его выходы соединены с балансным смесителем первого канала и через фазовращатель с балансным смесителем второго канала, вход второго делителя подключен к выходу циркулятора и далее к антенне, а выходы - к балансным смесителям квадратурных каналов, выход приемника с предварительных усилителей доплеровской частоты соединен с блоком выделения фазы, связанному с логическим блоком анализа сигналов, в задачу которого входит вычисление показателей асимметрии и выдачи заключения о состоянии осанки. При этом точность и достоверность определения профиля спины обеспечивается в изобретении как фазометрическим методом обработки отраженного сигнала (т. к. фаза отраженного сигнала линейно связана с изменением расстояния от антенны локатора до облучаемого объекта и обладает большой крутизной характеристики) в режиме облучения объекта непрерывным монохроматическим немодулированным сигналом, так и выбором рабочей частоты, которая в заявленном СВЧ-диапазоне обусловливает значительный фазовый набег отраженного сигнала при измерении расстояний между антенной радиолокатора и объектом, в том числе и при наличии препятствий в виде одежды, постельного белья и т.п. Логический блок анализа сигналов, выполненный на базе ЭВМ с высокой степенью точности и надежности, автоматически обрабатывает квадратурные составляющие, выделяя фазу отраженного сигнала, регистрируя измеряемые параметры. На чертеже представлена блок-схема устройства для доплеровской локации. Для получения информации о параметрах физиологического профиля позвоночника определяют расстояние от антенны радиолокатора до участка поверхности тела, находящегося точно под антенной, путем облучения этого участка с использованием доплеровского локатора При этом выделяют изменение фазы "











Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2