СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПРИЗНАКОВ, ХАРАКТЕРНЫХ ДЛЯ СКОЛИОТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
RESEARCH METHOD FOR IDENTIFICATION OF SIGNS CHARACTERISTIC FOR SCOLIOTIC DEFORMATION

Изобретение относятся к области медицины, а именно к диагностике сколиотической деформации позвоночника в травматологии и ортопедии, педиатрии, а также восстановительной медицине. Способ предназначен для дистанционной диагностики нарушений статики позвоночника по сколиотическому типу у детей и взрослых при структурных и функциональных изменениях (раннее обнаружение деформаций позвоночника и нарушения осанки, динамика 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 ротационных (торсионных) изменений, ассоциированных со сколиотической установкой 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 детском и подростковом возрасте).
Заболевания опорно-двигательной системы у населения занимают 2-3 место среди заболеваний, являющихся причиной инвалидизации.
Проблема ранней диагностики связана с нехваткой квалифицированного медицинского персонала и высокими экономическими расходами при массовом проведении скрининговых диагностических мероприятий и характеризует глобальные тенденции.
Целью предлагаемого способа исследования для выявления признаков, характерных для сколиотической деформации является ранняя диагностика нарушений статических и динамических отклонений позвоночника во фронтальной плоскости по одноплоскостным фотографиям (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 этих методов им присущи значительные недостатки: для применения методов требуется специально оборудованное помещение, высокая стоимость аппаратуры для проведения обследования и ее сервисное обслуживание, необходимость специального обучения персонала, что затрудняет широкое применения на практике.
Нами ранее был получен патент на изобретение RU №2638644 «Способ скрининговой диагностики сколиотической деформации» опубликован 14.12.2017 г., который и является прототипом подаваемой заявки.
В предлагаемом способе важное внимание уделено выполнению и оценке теста Адамса (появление ротации (торсии) туловища при наклоне вперед у пациента со сколиозом), патогномоничного для сколиотической деформации позвоночника [М.Г. Дудин, Идиопатический сколиоз / М.Г. Дудин, Д.Ю. Пинчук, Санкт-Петербург, издательство «Человек», 2009 г., стр. 156].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ скринингового исследования для выявления признаков, характерных для сколиотической деформации, включающий, использование 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 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 угла 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. [RU №2638644 «Способ скрининговой диагностики сколиотической деформации» от 14.12.2017 г.].
Однако данный способ имеет ряд недостатков, а именно при выполнении фронтальных снимков при наклоне вперед у большинства пациентов имеется ограничение этого наклона вперед (по нашим данным у 60 процентов пациентов). В этом случае, при недостаточном наклоне вперед по фронтальным одноплоскостным снимкам пациента невозможно полноценно количественно оценить ротацию (торсию) туловища из-за интеферирования на горизонтальных уровнях вышерасположенных отделов туловища с нижележащими. Другим вариантом, мешающим выполнить оценку ротации (торсии) туловища является S-образная сколиотическая дуга. В этом случае мышечный валик с одной стороны (например, слева) и реберный горб с другой стороны (например, справа) на фотографии во фронтальной плоскости будут интерферировать. Также при низкой локализации сколиотической дуги в поясничном отделе позвоночника практически всегда тест Адамса будет не выражен из-за малой амплитуды движений в этом отделе.
Другим недостатком вышеописанного способа является отсутствие возможности выполнить контроль правильности установки пациента при выполнении фотосъемки, особенно при выполнении фотографирования неспециалистом. В связи с этим камера устройства может располагаться в стороне от сагиттальной плоскости человека или пациент может выполнить наклон вперед со смещением туловища право или влево (с углом поворота по отношению к плоскости от фотокамеры к сагиттальной плоскости туловища) - это также даст погрешности при измерении угла ротации (торсии) туловища при тесте Адамса.
Технический результат, на достижение которого направлено настоящие изобретение, заключается в увеличения точности оценки и объективности статических нарушений позвоночника во фронтальной плоскости при дистанционной диагностике сколиотической деформации (установки) позвоночника.
Технический результат в предлагаемом способе исследования для выявления признаков, характерных для сколиотической деформации, заключается в использование мобильной компьютерной техники, оснащенной акселерометром и фото/видеокамерой для выполнения снимков пациента во фронтальной плоскости в положении сгибания вперед, при этом снимки выполняют из положения со стороны головы и со стороны спины, при этом мобильную компьютерную технику ориентируют так, чтобы ее фото/видеокамера была ориентирована в пространстве перпендикулярно к линии горизонта, а для установки фото/видеокамеры используют внутренний акселерометр мобильной компьютерной техники, а с помощью компьютера проводят количественный анализ и оценку угла ротации туловища к линии горизонта, отличающийся тем, что при выполнении снимков на экране мобильной компьютерной техники обозначена вертикальная ось, по которой выставляют пациента так, что бы вертикальная ось проходила через сагиттальную плоскость туловища, находящегося в положении сгибания, а на поверхность спины пациента нанесены горизонтальные линии по изменению формы которых при сгибании вперед производят расчет ротации туловища, при этом основываются на значении предельно выступающих участков горизонтальных линий.
Полученное изображение обрабатывается при помощи специальной программы, в которой автоматически или в ручном режиме определяется угол ротации туловища. Фотографирование человека в положении сгибания вперед со стороны головы и сзади выполняют для выявления скрытого локального сколиоза: при фотографировании спереди (со стороны головы) - выявляют сколиоз преимущественно с локализацией в грудном отделе позвоночника, при фотографировании сзади (о стороны спины) - сколиоз локализации в поясничном отделе.
Полученные в результате математического анализа фотографий данные оцениваются интегрально с учетом возраста пациента и его анамнестических данных.
Совокупность признаков, изложенных в п. 2 формулы изобретения, характеризует способ тем, что установка эталонных значений ротации туловища выполняется вручную или автоматически в соответствии с алгоритмом диагностики. Ручной ввод эталонных может быть необходим, например, для учета индивидуальных антропометрических характеристик.
Совокупность признаков, изложенных в п. 3 формулы изобретения, характеризует способ тем, что полученные данные документируются или архивируются в электронном виде. Это необходимо для автоматизации процессов, создании баз данных и/или при использовании в документообороте с медицинскими информационными системами
Совокупность признаков, изложенных в п. 4 формулы изобретения, характеризует способ тем, что полученные данные передаются по каналам связи. Это может быть необходимо в сомнительных диагностических случаях с консультативно-диагностической целью либо для создания единой медицинской базы.
Совокупность признаков, изложенных в п. 5 формулы изобретения, характеризует способ исследования 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 тем, что при расчете величины ротации (торсии) туловища учитывают величину наклона туловища. Такая функция может быть востребована при выраженном ограничении наклона туловища пациента вперед, и реализуется в виде введения поправочных коэффициентов (зависящих от величины наклона туловища вперед) для коррекции расчетной величины ротации (торсии) туловища.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами фиг. 1-7.
На фиг. 1 представлен вариант внешнего вид человека со спины с S-образным сколиозом (А - человек стоит ровно; Б - человек незначительно наклонен вперед, тест Адамса отрицательный - на фронтальном фотоснимке мышечный валик и реберный гибус не видны (не достаточно выражены); В - человек в полноценном наклоне вперед, на фронтальном снимке тест Адамса, может быть положительным, но величину ротации в грудном и поясничном отделе количественно оценить нельзя из-за интерферирования правой (реберный горб на уровне грудной клетки) и левой (мышечный валик на уровне поясничного отдела позвоночника) половин туловища).
На фиг. 2 представлен вариант внешнего вид человека со спины с S-образным сколиозом с горизонтальной разметкой на поверхности спины. (А-человек стоит ровно; Б - человек незначительно наклонен вперед, тест Адамса положительный - на фронтальном фотоснимке по изменению кривизну полос можно выделить наличие мышечного валика и реберного гибуса; В - человек в полноценном наклоне вперед, тест Адамса положительный, можно определить величину ротации (торсии) в поясничном и грудном отделе)
На фиг. 3 представлен вид пациента сзади в тесте Адамса со сколиозом и правильная его установка перед камерой планшета. На экране планшета обозначена вертикальная ось (оси), отображенная по данным внутреннего акселерометра устройства, по которой выставлен пациент. Сагиттальная (осевую) плоскость туловища пациента совпадают с вертикальной осью на экране планшета.
На фиг. 4 представлен вид пациента сзади в тесте Адамса со сколиозом и его не правильная установка перед камерой планшета. На экране планшета обозначена вертикальная ось (оси), отображенная по данным внутреннего акселерометра устройства, эта вертикальная ось не совпадает с сагиттальной (осевой) плоскостью туловища пациента, тело пациент расположено с поворотом право.
На фиг. 5 представлен вид пациента спереди в тесте Адамса со сколиозом и правильная его установка перед камерой планшета. На экране планшета обозначена вертикальная ось (оси), отображенная по данным внутреннего акселерометра устройства, по которой выставлен пациент. Сагиттальная (осевую) плоскость туловища пациента совпадают с вертикальной осью на экране планшета.
На фиг. 6 представлен вид пациента спереди в тесте Адамса со сколиозом и правильная его установка перед камерой планшета, прицельная фотосьемка спины. На экране планшета обозначена вертикальная ось (оси), отображенная по данным внутреннего акселерометра устройства, по которой выставлен пациент. Сагиттальная (осевую) плоскость спины пациента совпадают с вертикальной осью на экране планшета.
На фиг. 7 представлен вид пациента спереди в тесте Адамса со сколиозом и его не правильная установка перед камерой планшета. На экране планшета обозначена вертикальная ось (оси), отображенная по данным внутреннего акселерометра устройства, не совпадает с сагиттальной (осевой) плоскостью туловища пациента, тело пациент расположено с поворотом влево.
Способ исследования для выявления признаков, характерных для сколиотической деформации осуществляет следующим образом (фиг. 1-7).
Выполняют фотосъемку пациента при его наклоне вперед, при этом пациента фотографируют во фронтальной плоскости со стороны спины и со стороны головы (фиг. 3-7). На поверхности спины пациента наносят горизонтальные линии 1, имеющую протяжение через правую и левую половины туловища над линией остистых отростков 2. Для нанесения горизонтальных линий 1 используют временный маркер, ленту для кинезиотейпирования, или любой другой иной безопасный для пациента способом. Горизонтальность разметки может быть проверена с помощью уровня, в том числе встроенного в сматрфон (планшетный компьютер). Частоту нанесения горизонтальных линий определяют индивидуально. С практической точки зрения, вполне достаточно по одной горизонтальной линии над уровнем предполагаемой деформации (наиболее часто встречаемым местом патологии, например, над остистыми позвонками на уровне L4, Th12, Th8). Увеличение количества горизонтальных линий увеличит точность выявления ротации (ротации) туловища, но может также увеличивать время на обследование пациента (нанесение этих линий). Снимки пациента целесообразнее выполнять на контрастном фоне. При выполнении фотосъемки мобильное устройство ориентируют так, что бы 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. После правильной ориентации камеры устройства выполняют контроль установки пациента, для этого вертикальная ось 3, отображенная на экране смартфона (планшета), должна совпадать с сагиттальной плоскостью 4 туловища. Для удобства использования на экране смартфона (планшета) может быть изображено несколько вертикальных осей 3. Для совпадения вертикальной оси 3 на экране гаджета и сагиттальной плоскости 4 туловища выбирают срединные ориентиры на теле человека в верхней и нижней его части, попадающие в кадр: это может быть, например, межъягодичная складка снизу 5 или остистый отросток выступающего позвонка 6 - съемки сзади или спереди, или макушка (сагиттальный шов черепа) 7 - при съемки спереди.
При помощи специально созданной программы изображение тела пациента выделяется от фона фотографии. Для математического анализа характеристик туловища при написании обрабатывающей программы могут использоваться любые выбранные алгоритмы обработки изображений.
Далее выполняют оценку угла ротации (торсии) туловища по форме горизонтальных линии 1 изменившихся при наклоне туловища вперед, (фиг. 2). 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 (установки) и (или) динамика его изменения.
Область туловища при выполнении теста Адамса может быть снята отдельно крупным планом, что удобства оценки (фиг. 6-7)
Способ диагностики может быть реализован в виде программного приложения для портативной вычислительной техники (смартфоны, планшетные компьютеры, компьютеры) для дистанционной диагностики статических нарушений позвоночника с целью использования в домашних и стационарных условиях. Общедоступна передача фотографий врачу через электронную почту.
Для реализации предлагаемого способа было разработано программное обеспечение, обследовано более 300 пациентов со сколиозом различных степеней тяжести и нарушениями осанки. Способ позволяет значительно повысить точность диагностики, упростить работу врача по оценке данной ортопедической патологии, качественно и количественно документировать полученные данные. Результаты исследования полностью сопоставимы с данными других методов обследования.
Способ может широко использоваться как на этапе ранней диагностики, так и на этапе доврачебного скрининг обследования, когда значимых статических нарушений позвоночника еще нет.