Совершенствование методов компьютерной плантографии и подометрии в аспекте скрининговой диагностики структурно-функциональных нарушений стопы

3!

Системы информационной поддержки врача

УДК 616-71 А. С. Веденина

Совершенствование методов компьютерной плантографии и подометрии в аспекте скрининговой диагностики структурно-функциональных нарушений стопы

Ключевые слова: скрининг, плантография, подометрия, биомеханические тесты. Keywords: screening, plantography, podometry, biomechanical tests.

Рассмотрены факторы, влияющие на план-тографические и подометрические показатели структурного состояния стоп. Предложен способ оценки функционального состояния стоп с помощью метода компьютерной плантоподо-графии. Обоснованы типы инструментально получаемой биомедицинской информации и построена схема ее съема в аспекте скрининго-вой плантоподографической оценки структурно-функционального состояния стоп с учетом влияющих факторов.

В настоящее время скрининговая оценка состояния стоп может ограничиваться клиническим осмотром, даже иногда без определения количественных показателей. А плантоподографические исследования часто ограничиваются оценкой только структурных характеристик стоп. При этом уделяется мало внимания оценке функциональной составляющей состояния стоп. Связано это прежде всего с методикой обследования и с конструктивными особенностями плантоподографического оборудования. Кроме того, не учитываются и не сохраняются в информативном и доказательном виде факторы, влияющие на структурно-функциональное состояние стоп.

В связи с этим нами была поставлена цель — повысить эффективность скрининговой плантоподо-графической оценки структурно-функционального состояния стоп.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1) определение факторов, влияющих на структурно-функциональное состоянии стоп;

2) определение необходимой инструментально получаемой биомедицинской информации в аспек-

те скрининговой плантоподографической оценки состояния стоп;

3) разработка схемы съема биомедицинской информации.

Диагностика состояния стоп, в том числе и при скрининговых обследованиях, обязательно должна включать оценку как структурных, так и функциональных их характеристик.

Нарушения структуры и функций стоп влияют на плантографические и подометрические параметры, используемые для оценки их состояния. Однако не только состояние стоп, но и многие другие факторы могут влиять на эти параметры. В рамках разработки методики скрининговой плантоподографической оценки состояния стоп рассмотрим эти факторы как эндогенные и экзогенные по отношению к стопам.

Формально структурно-функциональную модель системы «человек — стопа — окружающая среда» можно представить в виде множества величин, описывающих взаимодействие стоп с опорой:

• совокупностью эндогенных факторов, влияющих на формирование структурных и функциональных характеристик стоп: х е X;

• совокупностью экзогенных факторов, влияющих на формирование структурных и функциональных характеристик стоп: у е У;

• совокупностью выходных параметров, описывающих структурно-функциональное состояние стоп: г е Z.

Тогда структурно-функциональное состояние стоп можно описать следующим образом:

Z = ^ (X, У),

где ^ — оператор, описывающий взаимодействие в системе «стопа — опора».

При этом эндогенными факторами X мы будем считать те, которые относятся непосредственно

к исследуемой стопе, а экзогенными У — те, которые по отношению к ней являются внешними.

Среди основных эндогенных факторов мы выделяем патологические деформации стопы. Наиболее часто встречаемые из них: продольное плоскостопие, распластанность переднего отдела стопы, вальгусная (варусная) деформация ее I пальца, приведение (отведение) переднего отдела, вальгусная (варусная) деформация заднего отдела и сочетания этих видов деформаций. Признаки указанных нарушений оцениваются показателями, определяемыми по плантографическим и подометрическим изображениям стоп в трех ортогональных плоскостях: снизу, сбоку медиально, сзади. Данные нарушения характеризуют форму стопы, а также влияют на установку стоп в опоре (например, разведение носков относительно пяток), что может отразиться на плантограмме. Поэтому при обследовании необходимо контролировать установку стоп в опоре [1, 2].

На плантоподографические параметры влияет также состояние функций стоп. Особенно это касается опорной, балансировочной и сенсорной функций.

Плантографические и подометрические параметры зависят также и от факторов, хоть и относящихся к стопам, но не связанных с их патологией. В частности, форма опорного отпечатка зависит от возрастных изменений стоп и пола обследуемого. Половозрастные различия влияют и на установку стоп.

Экзогенные факторы, влияющие на плантогра-фические и подометрические параметры, разделим на две группы: 1) факторы, относящиеся к пациенту; 2) факторы окружающей среды.

Среди экзогенных факторов, относящихся к пациенту, основными мы считаем структурные и функциональные нарушения ОДС, приводящие к патологическому смещению главного вектора нагрузки в опорном контуре стоп или изменению установки стоп в опоре. Они зависят как от состояния опорно-двигательного аппарата (ОДА) — исполнительного механизма ОДС, так и от системы регуляции позой — управляющей системы.

К патологическим состояниям ОДА относятся асимметрия его биокинематической цепи вследствие анатомического или функционального укорочения нижней конечности, наклона таза, разгибательной или сгибательной контрактуры суставов конечности, деформации оси конечности и позвоночника. В этих случаях происходит патологическое смещение общего центра массы (ОЦМ) тела человека и, следовательно, точки приложения главного вектора нагрузки в опорном контуре стоп, что отражается на плантографических параметрах [1, 3, 4].

Такой эндогенный фактор, как «Х-образное»/«О-образное» искривление оси конечности во фронтальной плоскости ^епиуа^ит^епиуагит) в дальнейшем может привести к развитию вальгусной (варусной) деформации стопы, которую мы относим к эндогенным факторам.

К человеческим факторам, влияющим на изменение плантоподографических показателей, мы отнесем также:

• функциональные нарушения конечности в виде снижения ее опороспособности, которые могут быть связаны с болевыми ощущениями не только в стопе, но и на уровне голени или бедра и приводят к смещению вектора нагрузки в сторону более опороспособной конечности;

• нарушения нервно-мышечного комплекса, которые часто проявляются в виде изменения конфигурации биокинематической цепи ОДА и позы пациента [5];

• состояние центральной нервной системы и вестибулярного аппарата, которое влияет на позу пациента, установку его стоп на опоре, распределение нагрузки в опорном контуре;

• индивидуальный тип установки стопы на опорной поверхности, который зависит не только от структурных и функциональных нарушений ОДА и ОДФ, но и от сформировавшегося привычного стереотипа позной установки, связанной с профессиональной деятельностью (например, широкая установка стоп у моряков, разведение носков в стороны относительно средней линии тела у бальных танцоров);

• психофизиологическое состояние пациента, которое влияет на его позу и тип установки стопы, например при утомлении или физической усталости;

• избыточная масса тела пациента (ожирение), которая при длительном воздействии приводит к деформациям стоп (эндогенный фактор);

• отеки нижних конечностей, суточные изменения размеров стоп и пр.

Игнорирование этих факторов может привести к ошибке первого рода в диагностике состояния стоп.

Экзогенные факторы, относящиеся к окружающей среде, разделим условно на факторы опорной поверхности, на которой стоит пациент, и факторы окружающего пространства.

Опора оказывает прямое физическое влияние на стопы, так как происходит их непосредственное взаимодействие.

Среди факторов, которые оказывают наибольшее влияние на плантографические и подометрические показатели, мы выделяем следующие:

• жесткость опоры, влияющая на характер работы мышечно-связочного аппарата стопы (слишком мягкая опора снижает удельную нагрузку на плантарную поверхность стопы);

• наклон опорной поверхности, влияющий на позу пациента через включение проприоцептивных рецепторов нижней конечности, определяющих положение сегментов ОДА в пространстве;

• низкий коэффициент трения поверхности опоры (скользкая поверхность), вызывающий напряжение систем регуляции позы и (или) изменение позы и установки стоп на опоре;

• некомфортные температура опоры (повышенная или сниженная) и ее рельеф, влияющие на по-

зу пациента через сенсорную функцию стоп, обеспечиваемую действием тактильных рецепторов.

Такие раздражающие факторы окружающего пространства, как внезапные световой и звуковой сигналы, информационная поддержка со стороны специалиста во время регистрации данных, направленная на удержание пациентом заданной позы, могут вызвать напряжение систем регуляции позы и ее изменение, тем самым привести к изменению координат общего центра масс в ОДА и, как следствие, смещению нагрузки в опорном контуре стоп [6].

Также на распределение нагрузки в опорном контуре стоп влияет дисбаланс нагрузок в ОДА, вызванный наличием дестабилизирующих внешних грузов в руках, карманах и пр., вес которых способен вызвать смещение ОЦМ в биокинетической цепи (БКЦ) ОДА.

На позу обследуемого влияет и микроклимат в помещении. В этом отношении мы выделяем такие факторы, как освещенность пространства, позволяющая зрительной сенсорной системе участвовать в поддержании заданной позы [6], температура и влажность воздуха, которые, как известно, влияют на психофизиологическое состояние обследуемого и тем самым на его позу.

Параметры этих трех групп, относящиеся к стопе, человеку и окружающему пространству, в том числе к опоре, являются входными для исследуемой системы «стопа — опора — окружающая среда».

Основными типами выходных параметров Z системы «стопа — опора — окружающая среда» в аспекте скрининговой плантоподографической оценки состояния стоп будут: во-первых, планто-графические показатели, характеризующие форму и размеры опорного отпечатка стопы (основаны на линейных и угловых измерениях отпечатка и расчете его площади); во-вторых, подометрические показатели, характеризующие форму стопы (основаны на линейных и угловых измерениях изображений стопы в проекции на соответствующие плоскости).

Все факторы, определенные нами, следовало бы учитывать для оценки структурно-функционального состояния стоп. Однако факторы окружающей среды инструментально оценить сложно и целесообразно блокировать их изменение в процессе исследования. А для учета некоторых человеческих факторов, это, прежде всего, часто встречающиеся нарушения вышележащих отделов ОДА, влияющие на формирование деформации стопы, более целесообразно использовать клинический осмотр пациента.

Например, проблема инструментальной скринин-говой оценки деформации позвоночника уже хорошо разработана, требует применения специального оборудования и затрат времени, сопоставимых с необходимыми для оценки состояния стоп. Тем более что для скрининговой оценки состояния стоп достаточно клинического осмотра позвоночника пациента, чтобы выявить только признаки его нарушений.

В отличие от этого инструментальная оценка наклона таза, асимметрии длины НК и наклона голени и формы оси НК во фронтальной плоскости не требует больших затрат времени и может быть выполнена совместно с плантоподографическим обследованием, что повышает достоверность его результатов. Таким образом, к выходным параметрам Z системы «стопа — опора — окружающая среда» можно отнести показатели, характеризующие состояние вышележащих отделов ОДА [линейные показатели асимметрии длин нижних конечностей (НК), угловые показатели наклона таза и формы оси НК].

Если состояние опорной, балансировочной и сенсорной функций можно косвенно оценить по план-топодографическим изображениям, то нарушения рессорной и тем более толчковой функций в настоящее время не исследуются методами планто- и подографии. При клиническом осмотре используют различные пассивные и активные тесты для оценки функционального состояния стоп [7]. Функциональное состояние стоп мы предлагаем оценивать путем сравнения плантоподографических показателей, полученных при выполнении пациентом пассивных и активных тестов, с показателями, полученными в исходном положении пациента в позе стоя с равной опорой на обе ноги. Возможность проведения и целесообразность применения биомеханических тестов с помощью метода компьютерной плантоподографии были обоснованы нами в целях повышения эффективности использования существующих комплексов для плантоподогра-фии, в частности комплексов «Скан» и «ДиаСлед-М-Скан» (см. обложку с. 1) [8].

Напомним, что нами были предложены: рычажный тест первого пальца стопы для оценки способности продольного свода увеличиваться при натяжении подошвенного апоневроза и обеспечивать рессорную функцию стопы; Штитер-тест для определения степени недостаточности мышечно-связочного аппарата стопы и голени, приводящей к нарушению толчковой функции стопы; тесты дозированной нагрузки на стопу для выявления нарушения опорной функции стопы по ее способности воспринимать нагрузку. Выходными параметрами Z системы «стопа — опора — окружающая среда» будут также те показатели, которые характеризуют функциональное состояние стоп.

Таким образом, совокупность экзогенных факторов У, влияющих на формирование структурных и функциональных характеристик стоп, представлена множеством значений факторов окружающего пространства У1 и факторов опоры У2. А совокупностью выходных параметров Z, описывающих структурно-функциональное состояние стоп, будут: плантографические и подометрические показатели, отражающие структурные характеристики стопы, Z1; показатели, отражающие функциональное состояние стопы, Z2; показатели, характеризующие влияние состояния вышележащих отделов

ДГ

Окружающее пространство Возмущающее воздействие

ИВ Световые

ЗС

сигналы

Человек

МК в помещении

СРП

ЦНС СС ВА ППС

Рис. 1

Схема съема инструментально получаемой биомедицинской информации для скрининговой плантоподографической оценки структурно-функционального состояния стоп:

АД НК — асимметрия длины нижних конечностей; АК БКЦ — асимметрия конфигурации биокинематической цепи; АО НК — асимметрия опороспособности нижних конечностей; ВА — вестибулярный аппарат; ВО ОДА — вышележащие отделы опорно-двигательного аппарата; ДГ — дестабилизирующие грузы; ДО НК — деформация оси нижних конечностей; ДП — деформация позвоночника; Ж — жесткость; ЗВ — звуковые сигналы; ИВ — информационное воздействие со стороны специалиста; ИС — исследуемая стопа; КЛ стопа — контралатеральная стопа; Ктр — коэффициент трения; МК в помещении — микроклимат в помещении; Н — наклон; НТ — наклон таза; ООС — опорный отпечаток стопы; ОП — опоропредпочтение; ПИС — патологические изменения стопы; ППС — проприоцептивная система; Р — рельеф; РМ в БКЦ — распределение масс в биокинематической цепи; РН в ОКС — распределение нагрузки в опорном контуре стоп; См. ОЦМ — смещение общего центра масс; СРП — система регуляции позы; СС — сенсорная система; ЦНС — центральная нервная система; £ — температура; стрелки: сплошные тонкие — причинно-следственные связи

42

Системы информационной поддержки врача

ОДА на формирование плантоподографических показателей, Z3.

С учетом вышеизложенного структурно-функциональное состояние стопы можно описать следующим образом:

Z = ^1, Z2, Z3} = ДХ, У1, У2, У3}.

Схема съема инструментально получаемой биомедицинской информации для скрининговой план-топодографической оценки структурно-функционального состояния стоп может быть представлена так, как это изображено на рисунке.

Заключение

Анализ биомеханических тестов, используемых в ортопедии при клиническом осмотре пациента, позволил выявить из них необходимые и доступные для использования при компьютерной скри-нинговой диагностике состояния стоп. Выполнение обоснованных требований к условиям регистрации биомедицинской информации при такой диагностике, причем с учетом рассмотренных эндо- и экзогенных по отношению к стопе факторов, позволит расширить сферу применения плантоподографии: от оценки только формы стопы, как это имело место до настоящего времени, до уровня функциональной диагностики. Дальнейшее развитие предпринятого исследования будет направлено на обоснование системы показателей структурно-функционального

состояния стоп и на усовершенствование конструкции комплексов для плантоподографии в аспекте скрининговой оценки их состояния.

Литература

1. Комачева О. А., Галкин Ю. П., Виноградова Л. В. Стаби-лометрические показатели равновесия у детей 5—7 лет с различным состоянием сводов стоп // Ученые записки. 2011. № 11 (81). С. 69—72. Электронный ресурс, режим доступа: posturologia.pdf

2. Усачев В. И. Стабилометрия в постурологии: учеб. пособие. СПб.: Изд. дом СПбМАПО, 2004.

3. Маркс В. О. Ортопедическая диагностика: руководство-справ. Минск: Наука и техника, 1978. С. 512.

4. Гайдук А. А. Коррекция статических сколиозов при перекосах таза у детей и подростков // Электронный ресурс, режим доступа: http://www.medsovet.info/book/content_967]

5. Васильева Л. Ф. Визуальная диагностика нарушений статики и динамики опорно-двигательного аппарата человека. Иваново: МИК, 1996. 112 с.

6. Инструментальное и методическое обеспечение исследования дисбаланса нагрузок в опорно-двигательном аппарате / Л. М. Смирнова, И. В. Ткачук, А. Н. Веденина, О. Э. Гаев-ская // Мед. техника. 2014. № 2. С. 40-43.

7. Комплексная диагностики и ортопедическая коррекция патологии стоп: инструкция по применению / С. И. Болтрукевич, В. Г. Тишковский, Б. А. Карев [и др.]. Гродно: Гродненский государственный медицинский университет, 2003.

8. Скрининг функциональных нарушений стоп с помощью компьютерной плантографии и подометрии / А. С. Веденина, И. В. Ткачук, Л. М. Смирнова [и др.] // Мед. техника. 2014. № 2. С. 21-24.

Л

Как оформить подписку?

• В любом отделении связи по каталогам «Роспечать» (по России) — индекс № 45886, через агентство «Урал-Пресс».

• Через редакцию (с любого номера текущего года), отправив по факсу (812) 312-53-90 или электронной почтой gfm@polytechnics.spb.ru заполненный запрос счета на подписку.

Запрос счета для редакционной подписки на журнал «Биотехносфера»

Полное название организации_

Юридический адрес_

Банковские реквизиты_

Адрес доставки_

Срок подписки Количество экземпляров

Телефон Факс e-mail

Ф.И.О. исполнителя

Стоимость одного номера журнала при подписке через редакцию — 550 руб. с добавлением стоимости доставки (простой бандеролью). К каждому номеру журнала будут приложены накладная и счет-фактура. Журнал выходит 6 раз в год. Отдельные номера можно заказать с получением наложенным платежом. Информация о журнале — www.polytechnics.ru

Журнал «Биотехносфера» распространяется только по подписке в России и странах СНГ.