аппаратный комплекс для регистрации, анализа и моделирования структурно-двигательного аппарата человека

Формула изобретения

Аппаратный комплекс для регистрации, анализа и моделирования структур опорно-двигательного аппарата человека в трехмерном пространстве, включающий, по меньшей мере, две видеокамеры, блок обработки видеоинформации, блок представления информации, видеокамеры расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси пересекаются в зоне расположения тела человека, при этом выход первой видеокамеры соединен с первым входом блока обработки видеоинформации, второй вход которого соединен с выходом второй видеокамеры, а выход соединен с блоком представления информации, отличающийся тем, что снабжен стабилографической платформой, которая размещена в зоне тела человека, на стабилографической платформе установлен элемент, на котором нанесены реперные метки, при этом выход стабилографической платформы соединен с третьим входом блока обработки видеоинформации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в неврологии, травматологии и ортопедии, а также при реабилитации взрослых и детей с патологией нервной системы и опорно-двигательного аппарата.

Известна установка для воссоздания трехмерной модели поверхности тела человека, содержащая проектор для проецирования регулярной геометрической структуры на тело человека и устройство фиксирования картины искажений геометрической структуры, размещенные относительно друг друга с перекрещиванием их оптических осей, компьютер для приема и обработки поступающей из фиксирующего устройства информации и воссоздания обследуемой трехмерной поверхности; проектор и фиксирующее устройство установлены так, чтобы вертикальная плоскость, проходящая через оптическую ось фиксирующего устройства, была наклонена к плоскости, совпадающей с проходящей через позвоночник обследуемого человека фронтальной плоскостью, а поле проецирования проектора и поле зрения фиксирующего устройства в фронтальной плоскости вмещало тело обследуемого с максимальными антропологическими признаками, при этом установка снабжена плоскостным и объемным тест-объектами для корректировки оптической системы в реальных условиях эксплуатации, RU 2189174.

Недостатком установки является низкая точность воссоздания пространственной модели тела человека ввиду того, что объект воспринимается только одним фиксирующим оптическим устройством, в результате чего возникает лишь квазистереоизображение.

Известен аппаратный комплекс для воссоздания трехмерной модели тела человека, включающий, по меньшей мере, две видеокамеры, соединенные со средством обработки видеоинформации в виде компьютера; аналоговые видеокамеры соединяются компьютером через аналого-цифровой преобразователь; информация отображается на мониторе. Видеокамеры расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси пересекаются в зоне расположения тела человека, см. в материалах International Symposiym on 3-D scoliotic deformitiens joined with the VII International Symposiym on Spinal Deformiti and Surface Topography. Editions de I École Polytechnique de Motreal. Gustav Fischer Verlag, 1992. 590.

DESIGNING A VIDEO BASED TECHNIQUE FOR TRUNK MEASURMENT.

Douglas L.Hill , V.James Raso, Nelson G.Durdle, Arthur E.Peterson, p.157-161 (копия ссылки прилагается).

Это техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Недостатком данного технического решения является отсутствие учета влияния колебаний тела человека в процессе регистрации структур опорно-двигательного аппарата и, соответственно, центра тяжести тела человека. Это не позволяет обеспечить достаточно точную диагностику состояния опорно-двигательного аппарата и установить отключения от нормы при их наличии.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности диагностики состояния опорно-двигательного аппарата, включая определение конфигурации опорно-двигательного аппарата в целом, его отдельных элементов, определение зон перегрузок структур опорно-двигательного аппарата тонусо-силовых взаимодействий мышц.

Согласно изобретению аппаратный комплекс для регистрации, анализа и моделирования структур опорно-двигательного аппарата человека в трехмерном пространстве, включающий, по меньшей мере, две видеокамеры, блок обработки видеоинформации, блок представления информации, видеокамеры расположены на расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси пересекаются в зоне расположения тела человека, при этом выход первой видеокамеры соединен с первым входом блока обработки видеоинформации, второй вход которого соединен с выходом второй видеокамеры, а выход соединен с блоком представления информации, снабжен стабилографической платформой, размещенной в указанной зоне, на стабилографической платформе установлен элемент, на котором нанесены реперные метки, при этом выход стабилографической платформы соединен с третьим входом блока обработки видеоинформации.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков изобретения достигается новое свойство аппаратного комплекса: обеспечение исключения влияния даже незначительных незаметных глазу колебаний тела человека, неизбежных в процессе регистрации, на точность полученных данных. Поскольку жесткая механическая фиксация тела человека в целом и отдельных его частей, практически, невозможна, заявленное техническое решение позволяет добиться исключения влияния колебаний центров тяжести тела человека на точность диагностики состояния опорно-двигательного аппарата благодаря компенсации этих колебаний при регистрации, анализе и моделировании структур опорно-двигательного аппарата человека в трехмерном пространстве.

Стабилоплатформа сама по себе предназначена для оценки состояния вестибулярного аппарата человека, что важно при оценке состояния людей ряда профессий, например летчиков, операторов сложных технических систем и т.п., перед началом их работы.

Заявителю не известны какие-либо источники информации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат, то есть на обеспечение с помощью стабилоплатформы повышения точности воссоздания пространственной модели тела человека.

Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема аппаратного комплекса.

Аппаратный комплекс для регистрации, анализа, оценки и моделирования структур опорно-двигательного аппарата человека в трехмерном пространстве включает в конкретном примере две цифровые видеокамеры 1 и 2. Возможно использование аналоговых видеокамер в совокупности с аналогово-цифровыми преобразователями. Блок 3 обработки видеоинформации представляет собой компьютер, блок 4 представления информации представляет собой жидкокристаллический монитор. В комплексе использована компьютерная стабилографическая платформа 5, выпускаемая ЗАО «ОКБ «Ритм», город Таганрог. На стабилографическую платформу (стабилоплатформу) 5 предварительно до начала исследования устанавливается элемент 6 - калибровочное устройство, на котором нанесены реперные метки 7, 8, 9, 10.

Аппаратный комплекс работает следующим образом. Перед началом исследования на стабилоплатформу 5 ставится элемент 6 с реперными метками 7, 8, 9, 10 и проводится калибровка системы. Важно, что реперные метки расположены не в одной плоскости, а в объеме, и аппаратный комплекс при калибровке определяет положение камер 1 и 2, координаты расположения реперных точек в объемном пространстве. После проведения калибровки системы элемент 6 снимается с платформы 5. Далее на стабилоплатформу 5 устанавливается испытуемый объект (человек) с нанесенными на кожу в местах проекций костных выступов (например, остистых отростков позвонков, углов лопаток, задних верхних подвздошных остей и др.) реперными метками. При исследовании положение реперных меток, нанесенных на человека, отслеживается с помощью камер 1 и 2, и определяется в пространстве блоком обработки информации 3, после чего представляется на мониторе компьютера (блок представления информации 4). Положение центра тяжести тела человека отслеживается с помощью стабилоплатформы 5, соединенной с блоком обработки информации 3, после чего отображается на мониторе компьютера (блок представления информации 4), в блоке обработки информации 3 полученная с видеокамер 1 и 2 и стабилоплатформы 5 информация объединяется блоком обработки информации 3, который определяет расположение костных структур опорно-двигательного аппарата испытуемого, строит скелетно-мышечную модель, определяют зоны мышечно-сухожильных и костных перегрузок, во времени определяют колебания парциальных центров тяжести вкупе с колебаниями общего центра тяжести, вычисляет вклад колебаний парциальных центров тяжести (например, головы) в колебания общего центра тяжести. Полученная информация отображается на блоке представления информации 4 (мониторе компьютера).

Регистрация расположения в пространстве маркированных структур тела человека и положения общего центра тяжести проводится с помощью камер 1 и 2, стабилоплатформы 5 и блока обработки информации. В блоке обработки информации анализируется расположение маркированных структур опорно-двигательного аппарата человека вкупе с положением общего центра тяжести. Оценивается ряд показателей, характеризующих изгибы и положение позвоночного столба, указываются отклонения от средних и нормальных значений, указываются возможные варианты нарушений (например, сколиоз либо нарушение осанки) в виде автоматического диагностического заключения, проводится моделирование структур опорно-двигательного аппарата человека, его костно-мышечной системы, тонусо-силовых взаимоотношений мышц, определяются зоны перегрузок и подбираются варианты нормализации этих нарушений в виде определенных подсказок врачу для составления комплекса реабилитационных мероприятий.

Опытный образец комплекта изготовлен и испытан в Государственном учреждении здравоохранения «Региональный центр восстановительной медицины» Ивановской области.

Указанные обстоятельства позволяют, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «Промышленная применимость».