СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ДВИГАТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ КИСТИ
METHOD FOR ESTIMATING STATUS OF MOTOR FUNCTION OF HAND

Изобретение относится к медицине, в частности к неврологии, восстановительной медицине, реабилитации, и может быть использовано для оценки двигательной функции кисти.
Известен способ оценки моторики руки, при котором 13 пациентам с болезнью Паркинсона и 29 здоровым испытуемым, отобранным по возрасту (возраст в обеих группах - от 42 до 76 лет) и полу, наклеивали 4 инфракрасных светоотражающих маркера в области следующих суставов: сначала правой стороны тела, затем - левой: кисти (третий мета-карпальный), локтя (латеральная поверхность локтевого отростка), плеча (головка плечевой кости) и бедра (передняя верхняя ость подвздошной кости) (Chan M.F., Giddings D.R., Chandler C.S., Craggs C., Plant R.D., Day M.C. An experimentally confirmed statistical model on arm movement // Human Movement Science 2004; 22: 631-648).
Испытуемые выполняли задание: удержать кружку и переносить ее вперед-назад (из точки А в точку В) над коробочкой (высотой 4 см), стоящей на поверхности стола, на расстояние в 28 см. Данное задание испытуемые выполняли трижды с коротким перерывом между заданиями. Все движения фиксировались при помощи инфракрасной оптоэлектронной кинематической системы анализа движений. После чего строилась кривая траектории движения руки. Оценивались три основных параметра совершаемого движения: по оси Х - максимальная точка (метры), по оси Y - время максимальной точки (секунды) и общее время движения (секунды).
Получили паттерн вертикального движения руки: при болезни Паркинсона, в сравнении со здоровыми испытуемыми, характеризуется более низким максимальным моментом (пиком), большей его латенцией, удлинением общего времени движения и более пологой кривой траектории движения. На основании полученных данных сделано заключение, что при болезни Паркинсона имеется более высокий коэффициент самокорреляции в обеих руках.
Недостаток способа заключается в невозможности оценить состояние двигательной функции кисти, так как маркеры накладывались на области крупных суставов руки. Для оценки двигательной функции кисти маркеры должны размещаться над областью мелких суставов кисти.
Известен способ оценки координаторных движений руки, при котором 14 здоровым праворуким испытуемым в возрасте от 18 до 31 года накладывали 2 светоотражающих инфракрасных маркера (5 мм) на кончики большого и указательного пальцев правой кисти, один «стартовый» маркер располагался на столе перед испытуемым. В эксперименте использовали деревянный кубик размером 2×2 см в качестве ориентировочного объекта. Заданные параметры объекта при захвате кончиками 1 и 2 пальцев служили «эталоном» апертуры. Для оценки параметров использовали 3 оптоэлектронные камеры, 100 Hz (Edwards M.G., Wing A.M., Stevens J., Humphreys G.W. Knowing your nose better than your thumb: measures of over-grasp reveal that face-parts are special // Exp Brain Res. 2005; 161(1): 72-80).
Была проведена серия из 6 экспериментов. В 1, 2, 4, 5 и 6 экспериментах оценивались размеры ориентировочного объекта, в 3 эксперименте - ширина своих частей тела разной ширины (большого пальца, 2 см; запястья, 6 см) или лица (носа, 2 см; рта, 4 см). Задания выполнялись с открытыми и закрытыми глазами. После чего измеряли апертуру (дистанцию между кончиками большого и указательного пальцев правой руки) в момент касания заданных областей тела: носа или уголков губ, большого пальца или запястьем, а также размер объекта. Высчитали разницу между размером апертуры (мм) в момент удержания объекта и в момент максимального размера (пика) апертуры и получали параметр «сверх захвата» (over-grasp): over-grasp=пик апертуры - размер объекта.
Отмечена достоверно более высокая точность при выполнении захвата частей лица (как с открытыми, так с закрытыми глазами) в сравнении с другими частями тела или деревянным кубиком. При выполнении захвата частей лица отмечены наименьшие параметры «сверх захвата» и наибольшая скорость выполнения задания, поскольку лицо является более распознаваемой областью человеческого тела.
Недостаток способа заключается в невозможности оценить двигательную функцию кисти, так как испытуемые совершали действия с заранее выбранными параметрами объектов, что обуславливало определенное расстояние между 1 и 2 пальцами.
Известен также способ оценки двигательной функции кисти, при котором 28 здоровым испытуемым наклеивали 21 светоотражающий маркер на тыльную поверхность правой кисти (по 4 маркера на каждый палец над областью мелких суставов и 1 на середине запястья) и просили выполнять 2 типа односложных движений: 1-й тип - цилиндрический захват предмета (непроизвольная флексия) 2-5 пальцами, 2-й тип - сгибание (произвольная флексия) каждого пальца в отдельности поочередно от 2 к 5 пальцу. Движения испытуемых фиксировали при помощи 5 оптоэлектронных камер (Oxford Metrics Ltd., UK) (Braido P., Zhang X. Quantitative analysis of finger motion coordination in hand manipulative and gestic acts // Human Motion Science, 2004; 22: 661-678).
Использовали систему измерения, состоящую из 5 оптоэлектронных камер с частотой измерения 120 Hz, фиксирующих при помощи 21 светоотражающего маркера (расположенных на тыльной поверхности кисти) траектории движений руки.
Данный способ определяет количество скоординированных движений пальцами у здоровых испытуемых и синергистических механизмов в момент нескольких общих манипуляций и жестов. Движения, совершаемые несколькими пальцами, т.е. в нескольких суставах, могут быть выполнены бесконечным количеством способов. Стереотипные паттерны движения контролируются схожими кинематическими синергиями.
Паттерн координации движений кисти показал, что профили углов имеют S-образную форму, движения сопровождаются 2 базовыми компонентами: флексия распределяется от проксимального к дистальному отделам кисти, имеется взаимосвязь непроизвольной флексии сустава вследствие произвольно сгибаемого сустава.
Однако данный способ непригоден для высоко дифференцированной оценки состояния моторного аппарата кисти у пациентов с органическим поражением головного мозга (инсульт, болезнь Паркинсона, последствия черепно-мозговой травмы, фокальная дистония мышц кисти - писчий спазм), с повреждением периферических нервов руки (нейропатии локтевого, срединного, лучевого нервов различной этиологии), с психогенными двигательными расстройствами. Данным способом не оценивается скорость движения в дистальных отделах руки (кисти), что крайне необходимо для уточнения тяжести и характера поражения, а именно выявления феномена брадикинезии (т.е. степени выраженности замедленности выполняемого движения), наличия синкинезий в здоровой руке (что является неблагоприятным признаком), оценки эффективности проводимых реабилитационно - восстановительных мероприятий.
Способ непригоден для достоверной оценки результатов восстановления двигательной функции кисти у лиц с органическим поражением головного мозга (последствия инсультов), повреждения периферических нервов, дифференциации органических и психогенных двигательных расстройств.
Задача предлагаемого изобретения - разработка способа оценки двигательной функции кисти у пациентов с органическим поражением нервной системы.
Поставленную задачу решают использованием системы трехмерного видеоанализа движений (Qualisys, Швеция), состоящей из 3-х высокочастотных цифровых камер с частотой не ниже 120 Гц, 46 полусферических светочувствительных маркеров диаметром 4,0 мм. На тыльную поверхность каждой кисти накладывают 23 маркера: по 4 маркера на каждый палец над областью мелких суставов и 3 маркера на середине запястья над областью выступающих костных образований, и предлагают с открытыми и закрытыми глазами отведение-приведение 1, 2, 5 пальцев поочередно, отклонение кисти вправо-влево, разведение-сведение веером пальцев кисти здоровой, больной и обеими руками одновременно, после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения повторяют движения в той же последовательности с открытыми глазами, строят графики движения пальцев и кисти, определяют отклонения от показателей здоровых испытуемых в виде увеличения длительности первой фазы цикла более 41-44 мс, уменьшения максимальной амплитуды колебательных движений в дисперсии одного полного цикла ниже 0,34-0,36 м, уменьшения среднестатистической амплитуды графика движения одного полного цикла ниже 0,17-0,18 м, пологости усредненной кривой-синусоиды и по удлинению первой фазы цикла, увеличению количества циклов в выполняемом задании от 16 и более, уменьшению амплитуды по сравнению со здоровыми испытуемыми делают вывод о нарушении двигательной функции кисти.
Перед началом исследования пациент сообщает свой вес (кг) и рост (м), поскольку расчет искомых параметров компьютерной программой системы Qualisys без данных росто-весовых показателей невозможен.
Практически способ осуществляют следующим образом: испытуемому предлагают выполнить ряд моторных заданий кистью и пальцами: только больной рукой, только здоровой рукой и обеими руками одновременно по следующей схеме:
1) исследование проводят с использованием 3-х камер;
2) испытуемому накладывают на тыльную поверхность каждой кисти 23 маркера: по 4 маркера на каждый палец над областью мелких суставов и 3 маркера на середине запястья над областью вступающих костных образований;
3) испытуемому предлагают с открытыми, закрытыми глазами и после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения с открытыми глазами отвести-привести 1 палец;
4) испытуемому предлагают с открытыми, закрытыми глазами и после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения с открытыми глазами отвести-привести 2 палец;
5) испытуемому предлагают с открытыми, закрытыми глазами и после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения с открытыми глазами отвести-привести 5 палец;
6) испытуемому предлагают с открытыми, закрытыми глазами и после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения с открытыми глазами выполнить отклонение кисти вправо-влево;
7) испытуемому предлагают с открытыми, закрытыми глазами и после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения с открытыми глазами выполнить разведение-сведение веером пальцев;
8) время выполнения каждого задания составляло 10 секунд.
Оценка проведенного теста на состояние мелкой моторики кисти возможна на основании построения графиков исследуемых параметров: скорости движения пальцев и кисти.
В оценку скорости в выполнении задания входят следующие параметры:
1) максимального (Мах - А1) и минимального (Min - А2) значения амплитуд (А) из всех кривых в дисперсии колебательных движений, измеряемой в метрах (м) (Фиг.1 - параметры скорости движения 1 пальца правой кисти здорового испытуемого мужчины 41 г.; А1=0,22 м, А2=-0,14);
2) максимального (Am1) и минимального (Am2) значения амплитуд усредненной кривой колебательных движений (Фиг.1; Aml=0,12 м, Аm2= -0,11 м);
3) амплитуда (Ad) колебательных движений кривой в дисперсии - сложение параметра максимального (А1) и минимального (А2) значения (Фиг.1. Ad=0,36 м);
4) амплитуда (Adm) колебательных движений усредненной кривой - сложение параметра максимального (Am1) и минимального (Am2) значения (Фиг.1. Adm=0,23 м);
5) количество (N) циклов за период 10 секунд исследования (Фиг.2 - у здорового испытуемого мужчины 41 г. N=13);
6) длина составляющих (1 фаза - L1; 2 фаза - L2) каждого цикла в миллисекундах (мс) (Фиг.1. L1=38 мс, L2=62 мс);
7) кривизна (Фиг.3 - график здорового испытуемого мужчины 41 г.) или пологость усредненной кривой (Фиг.4 - график больной писчим спазмом П., 34 л.).
Построение кривых осуществляется программным обеспечением системы Qualisys.
На первым этапе строят нативные графики движения пальцев и кисти. На втором этапе используют фильтр низкочастотных шумов. После применения фильтра из полученного графика выделяют циклы. Один полный двигательный цикл - это выполнения одного действия - отведения-приведения пальцев или кисти (Фиг.1).
После того как выделены циклы (в каждой кривой их несколько) строят единый график, отображающий двигательный рисунок - моторный паттерн - данного испытуемого при выполнении конкретного задания. Графики всех выполняемых движений имеют форму синусоиды. На каждом графике видна дисперсия данного двигательного акта и усредненная кривая (Фиг.1).
При статистической обработке параметров графиков здоровых испытуемых получили в среднем следующее показатели: количество циклов 16, длительность 1-й фазы цикла 41-44 мс, максимальная амплитуда колебательных движений в дисперсии 0,34-0,36 м, среднестатистическая амплитуда движения одного полного цикла 0,17-0,18 м, выраженная кривизна графика.
Приводим конкретные примеры осуществления предлагаемого способа.
Пример 1
Пациентка К., 36 лет, с диагнозом писчий спазм. Росто-весовые показатели пациентки: 1,62 м, 58 кг. Исследование проводили (10.10.07) с использованием 3-х цифровых камер с частотой разрешения 120 Hz. На тыльную поверхность каждой кисти пациентки наложили 23 полусферических маркера со светоотражающим покрытием: по 4 маркера на каждый палец над областью мелких суставов и 3 маркера на середине запястья над областью выступающих костных образований. Кисти пациентки расположили на столе ладонями вниз и предложили с открытыми глазами поочередно отведение-приведение, не отрывая ладонь от стола, 1 пальца при сомкнутых вместе 2-5 пальцах, 2 пальца при отведенном большом и сомкнутых вместе 3-5 пальцах, 5 пальца при сомкнутых вместе 1-4 пальцах, отклонение кисти вправо-влево при сомкнутых вместе 1-5 пальцах, разведение-сведение веером пальцев кисти, после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения повторяют движения в той же последовательности с открытыми глазами. Темп выполнения всех заданий был умеренно быстрый. Время выполнения каждого задания составляло 10 секунд. Построили нативные графики (Фиг.5), использовали фильтр низкочастотных шумов (Фиг.6), выделили циклы, построили единый график, отображающий параметры скорости движения приведения-отведения 1 пальца (Фиг.7).
Получили следующие показатели: количество циклов 26, длительность 1-й фазы цикла 48 мс, максимальная амплитуда колебательных движений в дисперсии 0,19 м, среднестатистическая амплитуда движения одного полного цикла 0,13 м. По отклонению полученных показателей пациентки К. от показателей здоровых испытуемых сделан вывод о нарушении двигательной функции кисти у данной пациентки.
Пример 2
Пациентка П., 34 лет, с диагнозом писчий спазм. Росто-весовые показатели пациентки: 1,73 м, 65 кг. Исследование проводили (28.09.07) с использованием 3-х цифровых камер с частотой разрешения 120 Hz. На тыльную поверхность каждой кисти пациентки наложили 23 полусферических маркера со светоотражающим покрытием: по 4 маркера на каждый палец над областью мелких суставов и 3 маркера на середине запястья над областью выступающих костных образований. Кисти пациентки расположили на столе ладонями вниз и предложили с открытыми глазами поочередно отведение-приведение, не отрывая ладонь от стола, 1 пальца при сомкнутых вместе 2-5 пальцах, 2 пальца при отведенном большом и сомкнутых вместе 3-5 пальцах, 5 пальца при сомкнутых вместе 1-4 пальцах, отклонение кисти вправо-влево при сомкнутых вместе 1-5 пальцах, разведение-сведение веером пальцев кисти, после 5-секундной идеомоторной симуляции в виде мысленного воспроизведения движения повторяют движения в той же последовательности с открытыми глазами. Темп выполнения всех заданий был умеренно быстрый. Время выполнения каждого задания составляло 10 секунд. Построили нативные графики (Фиг.8), использовали фильтр низкочастотных шумов (Фиг.9), выделили циклы, построили единый график, отображающий параметры скорости движения приведения-отведения 1 пальца (Фиг.10).
Получили следующие показатели: количество циклов 19, длительность 1-й фазы цикла 53 мс, максимальная амплитуда колебательных движений в дисперсии 0,33 м, среднестатистическая амплитуда движения одного полного цикла 0,11 м. По отклонению полученных показателей пациентки К. от показателей здоровых испытуемых сделан вывод о нарушении двигательной функции кисти у данной пациентки.
Таким образом, способ по изобретению позволяет оценить двигательную функцию кисти пациентов с органическим поражением нервной системы.