RU2442533C2 - Hardware system for complex registration, analasys and modeling of structural motor apparatus of a person - Google Patents

Abstract

FIELD: medical equipment.

SUBSTANCE: hardware system contains at least two video cameras, video processor, reporting unit. Video cameras are set with intervals so that their optical axises are crossed in the patient's body location area. The output of the first camera is connected with the first input of the video processor; the second input is connected with the output of the second camera and the output is connected with the reporting unit. The hardware system has a stable-graphic platform set in the patient's body location area. On the stable-graphic platform there is an element with reference marks. The output of the stable-graphic platform is connected with the third input of the video process.

EFFECT: application of this hardware system improves the accuracy of the diagnostics of the structural motor apparatus including the configuration description of the whole apparatus, its individual elements, overwork of the structural motor apparatus tonus-power interrelation of muscles.

1 dwg

Description

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.The invention relates to medicine and can be used in neurology, traumatology and orthopedics, as well as in the rehabilitation of adults and children with pathology of the nervous system and musculoskeletal system.

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.A known installation for reconstructing a three-dimensional model of the surface of a human body, comprising a projector for projecting a regular geometric structure onto a human body and a device for fixing distortion patterns of a geometric structure placed relative to each other with the intersection of their optical axes, a computer for receiving and processing information from the fixing device and reconstructing surveyed three-dimensional surface; the projector and the fixing device are installed so that the vertical plane passing through the optical axis of the fixing device is inclined to a plane that coincides with the frontal plane passing through the spine of the person being examined, and the projection field of the projector and the field of view of the fixing device in the frontal plane accommodate the subject's body with maximum anthropological features, while the installation is equipped with planar and volumetric test objects to adjust the optical system in real operating conditions, 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.The disadvantage of the installation is the low accuracy of reconstructing the spatial model of the human body due to the fact that the object is perceived only by one fixing optical device, as a result of which there is only a quasi-stereo image.

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.Known hardware complex for reconstructing a three-dimensional model of the human body, including at least two video cameras connected to the means of processing video information in the form of a computer; analog video cameras are connected by a computer through an analog-to-digital converter; Information is displayed on the monitor. The cameras are located at a distance from each other so that their optical axes intersect in the area of the human body, see 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.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).Douglas L. Hill ′, V. James Raso, Nelson G. Durdle, Arthur E. Peterson, p. 157-161 (a copy of the link is attached).

Это техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.This technical solution is taken as a prototype of the present invention.

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.The disadvantage of this technical solution is the lack of consideration of the influence of fluctuations in the human body during the registration of structures of the musculoskeletal system and, accordingly, the center of gravity of the human body. This does not allow for a sufficiently accurate diagnosis of the condition of the musculoskeletal system and to establish disconnections from the norm, if any.

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.The objective of the present invention is to improve the accuracy of diagnosis of the condition of the musculoskeletal system, including determining the configuration of the musculoskeletal system as a whole, its individual elements, determining zones of congestion of the structures of the musculoskeletal system of the tonus-force muscle interactions.

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.According to the invention, a hardware complex for recording, analyzing and modeling structures of the human musculoskeletal system in three-dimensional space, including at least two video cameras, a video processing unit, an information presentation unit, video cameras are located at a distance from each other so that their optical the axes intersect in the area of the human body, while the output of the first video camera is connected to the first input of the video processing unit, the second input of which is connected to the WTO output a swarm of cameras, and the output is connected to an information presentation unit, equipped with a stabilographic platform located in the indicated zone, an element on which the reference marks are applied on the stabilographic platform, while the output of the stabilographic platform is connected to the third input of the video processing unit.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "Novelty."

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.Thanks to the implementation of the distinguishing features of the invention, a new property of the hardware complex is achieved: ensuring the exclusion of the influence of even slight invisible to the eye vibrations of the human body, inevitable in the registration process, on the accuracy of the data obtained. Since rigid mechanical fixation of the human body as a whole and its individual parts is practically impossible, the claimed technical solution allows to eliminate the influence of fluctuations of the centers of gravity of the human body on the accuracy of diagnosis of the state of the musculoskeletal system due to compensation of these vibrations during registration, analysis and modeling of the structures of the musculoskeletal system human motor apparatus in three-dimensional space.

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.The stable platform itself is designed to assess the state of the human vestibular apparatus, which is important when assessing the condition of people in a number of professions, such as pilots, operators of complex technical systems, etc., before starting their work.

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.The applicant is not aware of any sources of information that would contain information on the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result, that is, on providing, using the stable platform, the accuracy of the reconstruction of the spatial model of the human body.

Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «Изобретательский уровень».These new properties of the object determine, according to the applicant, the compliance of the invention with the criterion of "Inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема аппаратного комплекса.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a hardware complex.

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.The hardware complex for recording, analyzing, evaluating and modeling the structures of the human musculoskeletal system in three-dimensional space includes, in a specific example, two digital video cameras 1 and 2. It is possible to use analog video cameras in combination with analog-to-digital converters. The video information processing unit 3 is a computer, the information presentation unit 4 is a liquid crystal monitor. The complex used a computer stabilographic platform 5 manufactured by ZAO OKB Rhythm, the city of Taganrog. Prior to the start of the study, element 6, a calibration device, on which reference marks 7, 8, 9, 10 are applied, is installed on a stabilographic platform (stabilized platform) 5.

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).The hardware complex works as follows. Before starting the study, element 6 with reference marks 7, 8, 9, 10 is placed on the stable platform 5 and the system is calibrated. It is important that reference marks are located not in one plane, but in volume, and the hardware complex during calibration determines the position of cameras 1 and 2, the coordinates of the location of the reference points in volume space. After calibrating the system, element 6 is removed from platform 5. Next, a test object (person) is installed on the stable platform 5 with the projection marks (for example, spinous processes of the vertebrae, corners of the shoulder blades, posterior superior iliac spines, etc.) applied to the skin . In the study, the position of the reference marks applied to the person is tracked using cameras 1 and 2, and is determined in space by the information processing unit 3, after which it is displayed on a computer monitor (information presentation unit 4). The position of the center of gravity of the human body is monitored using a stable platform 5 connected to the information processing unit 3, and then displayed on a computer monitor (information presentation unit 4), in the information processing unit 3 information received from video cameras 1 and 2 and the stable platform 5 is combined by the information processing unit 3, which determines the location of the bone structures of the test's musculoskeletal system, builds the musculoskeletal model, determines the areas of muscle-tendon and bone overloads, in time about redelyayut fluctuations partial centers of gravity, coupled with vibrations common center of gravity, calculates the contribution of the partial centers of gravity of the oscillation (e.g., the head) in the common center of gravity variations. The received information is displayed on the information presentation unit 4 (computer monitor).

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.Registration of the location in space of the marked structures of the human body and the position of the general center of gravity is carried out using cameras 1 and 2, stabilized platform 5 and the information processing unit. In the information processing unit, the location of the marked structures of the musculoskeletal system of a person is analyzed, together with the position of the common center of gravity. A number of indicators characterizing the bends and position of the spinal column are evaluated, deviations from average and normal values are indicated, possible variants of disturbances (for example, scoliosis or posture disturbance) are indicated in the form of an automatic diagnostic report, modeling of the structures of the musculoskeletal system of a person, his musculoskeletal systems, tonus-force relationships of muscles, zones of overloads are determined and options for normalizing these disorders are selected in the form of specific tips to the doctor I'm compiling a complex of rehabilitation measures.

Опытный образец комплекта изготовлен и испытан в Государственном учреждении здравоохранения «Региональный центр восстановительной медицины» Ивановской области.A prototype kit was made and tested at the State Healthcare Institution “Regional Center for Restorative Medicine” in the Ivanovo Region.

Указанные обстоятельства позволяют, по мнению заявителя, сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «Промышленная применимость».These circumstances allow, according to the applicant, to conclude that the claimed invention meets the criterion of "Industrial applicability".

Claims (1)

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. A hardware complex for recording, analyzing and modeling structures of the human musculoskeletal system in three-dimensional space, including at least two video cameras, a video processing unit, an information presentation unit, and video cameras located at a distance from each other so that their optical axes intersect in the zone of location of the human body, while the output of the first video camera is connected to the first input of the video processing unit, the second input of which is connected to the output of the second video camera, and the output One is connected to an information presentation unit, characterized in that it is equipped with a stabilographic platform located in the area of the human body, an element on which the reference marks are applied on the stabilographic platform, while the output of the stabilographic platform is connected to the third input of the video processing unit.

Images