СПОСОБ СКРИНИНГОВОЙ ДИАГНОСТИКИ СКОЛИОТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
SCREENING DIAGNOSTIC TECHNIQUE FOR SCOLITICAL DEFORMATION

Изобретение относятся к области медицины, а именно к диагностике сколиотической деформации позвоночника в травматологии и ортопедии, педиатрии, а также невропатологии. Способ предназначен для скрининговой диагностики сколиотической у детей и взрослых при структурных и функциональных нарушениях (раннее обнаружение деформаций позвоночника и нарушения осанки, мониторинг состояния пациентов, объективная оценка эффективности проводимого консервативного и оперативного лечения, направленного на коррекцию сколиоза). Способ не оказывает негативного воздействия на организм, обеспечивает получение достоверной и оперативной информации, в частности величины сколиотических изменений позвоночника.
Частота распространения ортопедической патологии в Европейских странах составляет от 6,3 до 8,9% от общего числа населения. Заболеваемость ортопедическими заболеваниями опорно-двигательного аппарата детского контингента в России составляет в среднем 15,46% (82,6% от этого числа приходится на статические деформации позвоночника - сколиозы, нарушения осанки, плоскостопие, выявляемые в школьном возрасте).
Заболевания опорно-двигательной занимают 2-3 место среди заболеваний, являющихся причиной инвалидизации населения.
Проблема ранней диагностики связана с нехваткой квалифицированного медицинского персонала и высокой стоимостью расходов при своевременном и тотальном проведении диагностических мероприятий и характеризует глобальные тенденции.
Целью предлагаемого способа скрининговой диагностики сколиотической деформации является ранняя экспресс-диагностика нарушений статических и динамических отклонений позвоночника во фронтальной плоскости (автоматизированная консультативно-диагностическая система).
Существуют различные способы неинвазивной ортопедической диагностики. Компьютерно-ориентированные оптические методы, основанные на проецировании структурированных изображений в виде матриц точек, систем линий и полос. Первой такой установкой была английская "ISIS", за ней последовали немецкая "JENOPTIC formetric" и английская "Quantec". Отечественная топографическая установка для скрининг-диагностики деформации позвоночника у детей и подростков был создана в 1994 году в Новосибирском НИИТО во главе с В.Н. Сарнадским и называется метода Компьютерной Оптической Топографии (КОМОТ).
Несмотря на очевидные достоинства метода, ему присущи значительные недостатки: для применения метода требуется специально оборудованное помещение, что также ограничивает применение данного метода, высокая стоимость аппаратуры для проведения обследования, высокая квалификация обслуживающего персонала, что затрудняет широкое применения на практике.
Ранее был получен патент на изобретение RU №2532281 «Способ скрининговой диагностики нарушений опорно-двигательной системы» от 05.09.2014 г., который и является прототипом подаваемой заявки.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ скрининговой диагностики нарушений опорно-двигательной системы, включающий выполнение снимков пациента в различных плоскостях и проекциях, с определением размеров, направления осей, границ, асимметрии регионов тела и конечностей и последующим сравнением полученных данных с нормальными значениями соответствующих показателей, с учетом возраста и анамнеза пациента, и при определении отклонений от которых диагностируют соответствующее нарушение опорно-двигательной системы, отличающийся тем, что выполняются цифровые снимки пациента в режиме 3D сканирования во фронтальной, сагиттальной, горизонтальной плоскостях и функциональные снимки в положении сгибания, прогиба назад, наклонов, ротации регионов туловища и конечностей, в условиях, позволяющих вычислить абсолютные размеры тела и его регионов, с помощью компьютера проводят количественный анализ и оценку размеров, направления осей, границ, асимметрии регионов туловища и конечностей с вычислением их линейных размеров, площади, рельефа, оценкой изменений длины региона, его перемещения, амплитуды его движения. [RU №2532281 «Способ скрининговой диагностики нарушений опорно-двигательной системы» от 05.09.2014 г.].
Однако данный способ имеет ряд недостатков, а именно для его использования необходим 3D сканер, который не всегда доступен, кроме того, предлагаемый в качестве прототипа способ может быть не всегда достаточно чувствителен, например, у пациентов с избыточным весом (у них избыточная масса может скрывать деформации позвоночника выявляемые при специальных пробах).
Технический результат, на достижение которого направлено настоящие изобретение, заключается в создании способа скрининговой диагностики сколиотической деформации для увеличения точности оценки и достоверности статических нарушений позвоночника во фронтальной плоскости, применение на ранних этапах диагностики, увеличение пользовательской аудитории за счет уменьшения стоимости используемого оборудования.
Технический результат в предлагаемом способе скрининговой диагностики сколиотической деформации заключается в использовании мобильной компьютерной техники, оснащенной акселерометром и фото/видеокамерой для выполнения снимков пациента с определением размеров, направления осей, границ, асимметрии регионов тела и последующим сравнением полученных данных с нормальными значениями соответствующих показателей, с учетом возраста и анамнеза пациента, и при определении отклонений от которых диагностируют сколиоз, отличающийся тем, что выполняются цифровые снимки пациента во фронтальной плоскости в положении сгибания вперед при этом снимки выполняют из положения со стороны головы и со стороны спины, при этом с помощью внутреннего акселерометра мобильной компьютерной техники допустимым образом устанавливают фото/видеокамеру по отношению к пациенту, а с помощью компьютера проводят количественный анализ и оценку асимметрии правой и левой половин туловища на разных уровнях позвоночника где эта асимметрия выявляется, для этого производят автоматическое распознавание тела пациента с оценкой площади поперечного сечения и длины перпендикуляров от максимально выступающей части поверхности тела к линии горизонта на каждом уровне фото/видеосъемки, и оценкой величины наклона прямых проведенных от максимально выступающих точек правой и левой половин туловища к остистым отросткам позвоночника к линии горизонта на этом уровне, а также оценкой угла наклона прямой проведенной через максимально выступающие точки правой и левой половин туловища к линии горизонта.
Для создания условий, позволяющих вычислить абсолютные размеры исследуемого объекта фотографирование, производят либо на фоне эталона размера (масштабной линейки, эталонный предмет и т.п.), либо на установленной длине от объектива с заданным масштабом, либо иным способом, позволяющим вычислить соответствие пикселя фотографической матрицы к истинному размеру объекта.
Полученное изображение обрабатывается при помощи специально созданной программы. При этом тело пациента отделяют от фона фотографии, после чего программно выделяются регионы туловища и ключевые точки для оценки и проведения математического анализа изображения. При проведении математического анализа изображения тела пациента определяют регионы туловища пациента, вычисляют абсолютные и относительные размеры, сравнивают направление осей туловища и их взаимоотношения, выявляют асимметричности. Фотографирование человека в положении сгибания вперед со стороны головы и со стороны ягодиц выполняют для выявления неявного локального сколиоза: при фотографировании спереди (со стороны головы) - сколиоза высокой локализации (грудной отдел позвоночника), при фотографировании сзади (о стороны ягодиц) - сколиоза низкой локализации (поясничный отдел позвоночника). Для наиболее полноценного обследования алгоритм выделения туловища будет отличаться для людей различных рас, отличающихся цветом кожи.
Полученные в результате математического анализа фотографий данные оцениваются интегрально с учетом возраста пациента и его анамнестических данных. Все вычисления и моделирование осуществляются программно, а показатели представляются в абсолютных и относительных значениях.
Совокупность признаков, изложенных в п. 2 формулы изобретения, характеризует способ скрининговой диагностики сколиотической деформации тем, что установка эталонных значений показателей опорно-двигательной системы выполняется вручную или автоматически в соответствии с программой диагностики. Ручной ввод эталонных может быть необходим, например, для учета национальных антропометрических характеристик.
Совокупность признаков, изложенных в п. 3 формулы изобретения, характеризует способ скрининговой диагностики сколиотической деформации тем, что полученные данные документируются или архивируются в электронном виде. Это необходимо для автоматизации процессов и использования в документообороте с электронными историями болезней.
Совокупность признаков, изложенных в п. 4 формулы изобретения, характеризует способ скрининговой диагностики сколиотической деформации тем, что полученные данные передаются по каналам связи. Это может быть необходимо в трудных диагностических случаях с консультативно-диагностической целью либо для создания единой медицинской базы.
Совокупность признаков, изложенных в п. 5 формулы изобретения, характеризует способ скрининговой диагностики сколиотической деформации тем, что снимки тела пациента выполняются при помощи смартфона (планшетного компьютера или иного портативного электронного устройства), а программная обработка полученных изображений осуществляется приложением на этом же устройстве. Такой вариант способа диагностики может быть использован, например, для самостоятельной экспресс-диагностики родителями у детей.
Совокупность признаков, изложенных в п. 6 формулы изобретения, характеризует способ скрининговой диагностики сколиотической деформации тем, что фотосъемка пациента осуществляется с расположенными на его теле опознавательными маркерами (или точки). Это может быть необходимо при плохих условиях освещенности, а также при использовании камер низкого разрешения.
Совокупность признаков, изложенных в п. 7 формулы изобретения, характеризует способ скрининговой диагностики сколиотической деформации тем, что пользователь может вручную корригировать положение распознанных границ и осей регионов тела пациента. Подобная функция может быть использована при желании оператора смоделировать желаемые границы или оси тела или при использовании камер низкого разрешения.
Совокупность признаков, изложенных в п. 8 формулы изобретения, характеризует способ скрининговой диагностики сколиотической деформации тем, что снимки выполняют на контрастном и (или) маркированном фоне. Такая функция может быть востребована при использовании мобильной техники с камерами низкого разрешения или при условиях плохой освещенности.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами фиг. 1-6.
На фиг. 1 представлен алгоритм возможного анализа изображения.
На фиг. 2 представлен вид пациента со сколиозом высокой локализации (грудной отдел) и площадь, оцениваемая под поперечным сечением тела на уровне деформации левой и правой половин туловища, фотографирование выполнено спереди.
На фиг. 3 представлен вид пациента со сколиозом низкой локализации (переходный и поясничный отдел) и площадь, оцениваемая под поперечным сечением тела на уровне деформации левой и правой половин туловища, фотографирование выполнено сзади.
На фиг. 4 представлены длины перпендикуляров от максимально выступающей части поверхности тела к линии горизонта на каждом уровне.
На фиг. 5А-Б представлены оценка угла наклона прямых к линии горизонта: А - прямые проведены от максимально выступающих точек правой и левой половин туловища к остистым отросткам позвоночника; Б - прямая проведена от максимально выступающих точек правой и левой половин туловища.
Способ скрининговой диагностики сколиотической деформации осуществляется следующим образом (фиг. 1).
В выполняют видеосъемку или ряд снимков пациента при его наклоне вперед, при этом пациента фотографируют во фронтальной плоскости со стороны спины и со стороны головы (фиг. 2-5). Снимки пациента целесообразнее выполнять на контрастном фоне. При выполнении фото(видео)съемки мобильное устройство ориентируют так, чтобы его камера была ориентирована в пространстве перпендикулярно к линии горизонта и в одной плоскости с плоскостью таза пациента (например, на уровне гребней подвздошных костей). Для установки фотокамеры требуемым образом используют внутренний акселерометр устройства, точность допуска установки задается пользователей программно. Снимки пациента целесообразнее выполнять на контрастном фоне. При помощи специально созданной программы изображение тела пациента выделяется от фона фотографии. Далее программно распознаются регионы тела пациента. После этого распознанные регионы тела пациента программно оцениваются: вычисляются их линейные размеры, площадь, рельеф, выстраивается ось туловища. Для математического анализа характеристик туловища при написании обрабатывающей программы могут использоваться любые выбранные алгоритмы обработки изображений. Среди используемых критериев оценки обязательно должны быть выполнена оценка площади поперечного сечения, а именно сравнение формы и площадей правой 1 и левой 2 половин туловища (граница между правой и левой половинами туловища определяется от перпендикуляр от остистого отростка к линии горизонта), длины перпендикуляров 3 от максимально выступающей части поверхности тела к линии горизонта на каждом уровне фото/видеосъемки, оценка угла наклона прямых 4, проведенных от максимально выступающих точек правой и левой половин туловища к остистым отросткам позвоночника к линии горизонта на этом уровне, а также оценкой угла наклона прямой 5, проведенной от максимально выступающих точек правой и левой половин туловища к линии горизонта (фиг. 2-6). При оценке диагностических критериев учитывается возраст, пол и анамнез пациента. Полученные данные сравниваются с эталонными (с учетом пола, возраста и анамнеза пациента), после чего делается интегральная оценка наличия сколиотической деформации и (или) динамика его изменения. В случае необходимости пользователь может моделировать положение осей и рельефа (контура, размеров) тела пациента для прогнозирования способов ортопедической коррекции или изменения вида полученного фотоматериала. В качестве эталона длины может быть использован масштаб, размещенный в одной плоскости с телом пациента либо рост человека, либо любой другой эталон. При необходимости на теле пациента располагают опознавательные маркеры (или точки) - это будет полезно для упрощения распознавания положения ключевых измеряемых точек.
Способ диагностики может быть реализован в виде программного приложения для портативной вычислительной техники (смартфоны, планшетные компьютеры, компьютеры) и использоваться в домашних условиях для оценки и мониторинга ортопедического статуса человека.
Для данной реализации предлагаемого способа было разработано программное обеспечение, которое апробировано в ортопедической клинике, обследовано 83 пациента со сколиозом различных степеней тяжести. Способ позволяет значительно упростить работу врача по оценке данной ортопедической патологии, качественно и количественно документировать полученные данные, полностью сопоставим с результатами других методов обследования.
Помимо этого способ позволяет моделировать пути воздействия на ортопедический статус человека и прогнозировать дальнейшие течение патологии, например при корсетировании пациента. Способ может широко использоваться как на этапе специализированной ортопедической медицинской помощи, так и на этапе доврачебного скрининг обследования.