Разработка модели определения угла Кобба и метода оценки кривизны позвоночника в сагиттальной и фронтальной плоскостях на базе системы захвата движения Antilatency

Цель исследования представляет собой разработку модели автоматизированного определения угла Кобба и метода автоматизированной безрентгеновской оценки кривизны позвоночного столба в двух плоскостях - фронтальной и сагиттальной, а также изучение кинематики позвоночного столба в процессе ходьбы с помощью технологии захвата движения Antilatency.

Методы. В данной статье предлагается метод выявления подросткового идиопатического сколиоза (ПИС) путем использования взаимосвязи между кинематикой позвоночника в процессе ходьбы и прогрессированием ПИС, а также рассматривается модель для безрентгеновского определения угла Кобба. Данная модель разработана для использования в трех взаимосвязанных случаях: 1) получение динамики позвоночника после совершения нескольких шагов; 2) автоматизация процесса поиска углов в двух плоскостях - сагиттальной и фронтальной; 3) определение наличия или отсутствия искривления позвоночника в двух плоскостях. Набор данных для анализа получен с помощью 10 добровольцев в результате их прохождения в системе захвата движения Antilatency.

Результаты. Результатом данной работы станет возможность автоматического сбора данных о динамике верхнего позвоночного отдела, а также изучение возможных отклонений в структуре позвоночника, что станет первым шагом на пути построения цифровой оси позвоночника.

Заключение. В данном исследовании рассмотрены и разработаны модель поиска угла Кобба в двух плоскостях - сагиттальной и фронтальной, метод безрентгеноской оценки кривизны позвоночника у детей и подростков от 10 до 18 лет путем использования взаимосвязи между кинематикой позвоночного столба во время ходьбы и прогрессированием подросткового идиопатического сколиоза. Произведен сбор данных с 10 добровольцев. В результате анализа данных было выявлено, что у здоровых людей более четко выраженная динамика верхнего позвоночного отдела во фронтальной плоскости, чем у людей с ПИС.

1. Клинические рекомендации. Идиопатический сколиоз. URL: http://www.kokb45/ru>wp...2018/06/idiopaticheskij-skolioz.pdf (дата обращения: 30.11.2020).

2. Зайдман А. М. Что же такое идиопатический сколиоз? //Хирургия позвоночника. 2016. Т. 13, №4. С. 104-110.

3. Comparison of two- and three-dimensional measurement of the Cobb angle in scoliosis / R. Lechner, D. Putzer, D. Dammerer [et al.] // International Orthopaedics. 2016. N41(5). 6 p.

4. Prediction of Cobb-angle for Monitoring System in Adolescent Girls with Idiopathic Scoliosis using Multiple Regression Analysis / Eun Ji Seo [et al.] // Journal of Biosystems Engineering. 2013. Vol. 38, N 1. P. 64-71.

5. Автоматическая система определения углов сколиотической деформации позвоночника человека / М. А. Падалко, С. В. Орлов, А. М. Наумов [и др.] // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Физико-математические и технические науки. 2019. № 3. С. 55-68.

6. Алгоритм трехплоскостной рентгенологической диагностики деформации позвоночника при сколиозе / Д. К. Тесаков, С. В. Макаревич, Д. Д. Тесакова [и др.] / Белорусский государственный медицинский университет. Минск, 2008. 14 с.

7. Дабагов А. Р., Бугаев А. С. Автоматический классификатор рентгеновских изображений с использованием масок прозрачности // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2019. Т. 9, № 4. С. 106-125.

8. Компьютерные технологии для развития детей с заболеваниями нервной системы и опорно-двигательного аппарата/Е. В. Ершов, Л. Н. Виноградова, И. А. Варфоломеев, С. В. Пыж, В. М. Осколков, Т. В. Ершова//Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2018. Т. 8, № 4 (29). С. 88-96.

9. Measurement of scoliosis Cobb angle by end vertebra tilt angle method / J. Wang, J. Zhang, R. Xu [et al.] // J. Orthop Surg Res. 2018. N 13. P. 7.

10. Measuring angles on digitalized radiographic images using Microsoft PowerPoint / J. K., A. Krow, S. Hariharan [et al.] //West Indian Med. J. 2008. N 57(1). P. 14-19.

11. Reliability of novice physiotherapists for measuring Cobb angle using a digital method / P. Suwannarat, P. Wattanapan, A. Wiyanad [et al.] // Hong Kong Physiother J. 2017. N37. P. 34-38.

12. Lumbar spine kinematics during walking in people with and people without low back pain / S. P. Gombatto, T. Brock, A. DeLork [et al.] // Gait Posture. 2015. Vol. 42. P. 539-544.

13. Comparison of two- and three-dimensional measurement of the Cobb angle in scoliosis / R. Lechner, D. Putzer, D. Dammerer [et al.] // International Orthopaedics (SICOT) 2017. N41. P. 957-962.

14. Using Skin Markers for Spinal Curvature Quantification in Main Thoracic Adolescent Idiopathic Scoliosis: An Explorative Radiographic Study / S. Schmid, D. Studer, C.-C. Hasler [et al.] //PLoS ONE. 2015. N 10(8). P. 1-12.

15. Сарнадский В. Н., Вильбергер С. Я., Фомичев Н. Г.. Анализ кинематики туловища и позвоночника в процессе ходьбы методом компьютерной оптической топографии. Пилотные исследования // Биомедприбор 2000: труды Международной конференции по биомедицинскому приборостроению. М.: ВНИИМП-ВИТА, 2000. Т. 1, С. 65-71.

16. Скоблин А. А., Витензон А. С., Алексеенко И. Г. Биомеханические параметры ходьбы у больных идиопатическим сколиозом П-Ш степени // Хирургия позвоночника. 2007. № 4. С. 35-40.

17. Тесаков Д. К. Рентгенологические методики измерения дуг сколиотической деформации позвоночника во фронтальной плоскости и их сравнительный анализ // Проблемы здоровья и экологии. 2007. № 3. С. 94-103.

18. Development of 3D human body model / V. M. Konstantinov, V. L. Rozaliev, Y. A. Orlova [et al.] // Intelligent Information Technologies for Industry: Proceedings of the First International Scientific Conferens, 2016. P.143-152.

19. Methods and applications for controlling the correctness of physical exercises performance / V. L. Rozaliev, A. I. Vybornyi, Y. A. Orlova [et al.] // Paper presented at the CEUR Workshop Proceedings. 2018. Vol. 2210. P. 344-351.

20. Quantifying Spinal Gait Kinematics using an Enhanced Optical Motion Capture Approach in Adolescent Idiopathic ScoliosisM / S. Schmid, D. Studer, C-C. Hasler [et al.] // Gait and Posture. 2015. N 44. P. 12.