Способ исследования упругих свойств стопы человека
Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике, и может быть использовано для характеристики упругих свойств стопы и ее амортизирующей способности. Для исследования амортизирующей функции стопы человека на основании основных характеристик ее упругих свойств измеряют его массу тела на медицинских весах. Проводят при помощи планшетного сканера последовательное сканирование подошвенной поверхности обеих стоп человека в положении основной анатомической стойки, при которой нагрузка на одну стопу составляет 50% от его массы тела. Измеряют высоту стопы от горизонтальной поверхности до наивысшей точки в проекции ладьевидной кости. Проводят последовательное сканирование обеих стоп, когда одна конечность опирается подошвенной поверхностью стопы на подставку, при этом нагрузка на нее составляет 100% массы тела, а противоположная нижняя конечность находится в положении сгибания в коленном и тазобедренном суставах, при этом стопа не касается горизонтальной поверхности. Производят измерение высоты стопы от горизонтальной поверхности до наивысшей точки в проекции ладьевидной кости. Компьютерная программа вычисляет отдельно линейные параметры, а также площадь опорной поверхности для каждой из стоп при пятидесятипроцентной и стопроцентной нагрузках массой собственного тела. Производят расчет коэффициента деформации стопы вдоль ее трех основных осей, коэффициента упругости и модуля Юнга по вертикальной оси, оценивают амортизирующую функцию стопы. Способ позволяет повысить точность определения механических свойств и функционального состояния стопы человека за счет сканирования подошвенной поверхности обеих стоп при различных нагрузках и положениях. 2 ил.
Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике, и может быть использовано для характеристики механической прочности стопы и ее амортизирующей способности. Выявление плоскостопия на ранних этапах очень важно для проведения лечебных и корригирующих процедур, только тогда обеспечивается своевременное уменьшение ударной нагрузки на весь организм человека. Кроме того, диагностика анатомо-функционального состояния стопы имеет большое значение в профессиональном отборе военнослужащих, спортсменов, а также в практическом здравоохранении.
Известны способы диагностики оценки функционального состояния стоп у лиц разных возрастных групп (Ефремова Г.В. Структурно-функциональное состояние стопы у людей с различным телосложением. Автореф. диссер.…к.м.н. - Волгоград, 2007. - 19 с; Храмцов П.И. Способ оценки функционального состояния стоп у детей / Патент №2444991 РФ, МПК А61В5/107 // Бюл. 2012. - №8; Гавриков К.В. с соавт. Способ определения рессорной функции стопы с использованием возрастающей нагрузки /Патент РФ на изобретение №2358650. - Бюл. 2009. - №17). Однако известные способы не обеспечивают исследование механических характеристик стопы и недостаточно точно проводят оценку амортизирующей ее функции. Кроме того, упругие характеристики стопы человека в доступной отечественной и зарубежной литературе вообще не рассматриваются.
В качестве прототипа выбран способ оценки состояния стопы, заключающийся в диагностике состояния отделов стопы путем снятия отпечатков подошвенной поверхности на укрепленном планшетном сканере, способном выдержать вес человека, обработку отпечатков стопы производят при помощи компьютерной программы, позволяющей выделить ключевые точки и построить прямые между точками (Гавриков К.В. с соавт. Способ диагностики состояния отделов стопы. Патент на изобретение / Патент №2253363 РФ, МПК7 А61В // Бюл. - 2005. - №16).
Целью изобретения является определение амортизирующей функции стопы человека на основании основных характеристик ее упругих свойств. Достижение цели выполняется через решение ряда задач, а именно исследование механических свойств стопы на основании вычисляемых коэффициентов деформации и упругости, а также определение состояния ее продольного и поперечного сводов.
Изобретение направлено на повышение диагностической точности определения механической прочности и функционального состояния стопы человека. Это достигается тем, что отпечатки стопы получают с помощью компьютерно-плантографического комплекса, состоящего из подставки, сканера, ноутбука, специализированной компьютерной программы, определяются коэффициент деформации стопы вдоль ее трех взаимно перпендикулярных осей, а также коэффициенты ее упругости вдоль вертикальной оси. Значения этих коэффициентов выступают в качестве критерия характеристики продольного и поперечного сводов стопы человека как в норме, так и при ее патологии.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 изображен компьютерный плантографический комплекс; на фиг. 2 изображена определяемая площадь опорной поверхности стопы.
Сущность способа заключается в следующем.
Измеряется масса тела обследуемого на медицинских весах. Производится с использованием укрепленного планшетного сканера последовательное сканирование подошвенной поверхности левой и правой стопы человека в положении основной анатомической стойки, при которой масса тела распределена равномерно на обе ноги (фиг. 1). Нагрузка на одну стопу при этом составляет 50% от его массы тела. Измеряется высота стопы с помощью устройства от горизонтальной поверхности до наивысшей точки в проекции ладьевидной кости.
Затем пациент становится левой стопой на сканирующую поверхность укрепленного планшетного сканера, одновременно противоположная нижняя конечность находится в положении сгибания в коленном и тазобедренном суставах, при этом стопа не касается горизонтальной поверхности. Выполняется сканирование левой стопы и измеряется ее высота стопы с помощью устройства от горизонтальной поверхности до наивысшей точки в проекции ладьевидной кости.
Следующим этапом положение нижних конечностей меняется и выполняется сканирование другой стопы. Производится измерение высоты стопы с помощью устройства от горизонтальной поверхности до наивысшей точки в проекции ладьевидной кости. При сканировании в этом положении тела человека нагрузка на каждую стопу составляет 100% от массы тела.
Оператор производит разметку изображения стопы при нагрузке, равной 50% от массы тела, а затем изображения стопы при нагрузке, равной 100% от массы тела. Программа вычисляет отдельно линейные параметры для каждой из стоп при пятидесятипроцентной и стопроцентной нагрузках массой собственного тела. Анализируя полученный на экране монитора отпечаток, становится хорошо заметным, что прилегающая к поверхности сканера поверхность стопы выглядит более светлой на снимке. Таким образом, в изображении стопы имеется достаточно информации, чтобы получить площадь прилегающей к сканеру поверхности стопы. Для определения площади в программе используется определение контура стопы и подсчет точек, лежащих внутри контура. Каждый из отделов опорной поверхности стопы программой выделяется своим цветом (фиг. 2).
После этого производят расчет коэффициента деформации стопы вдоль ее трех взаимно перпендикулярных осей, коэффициента упругости и модуля Юнга по вертикальной оси.
Расчет коэффициента деформации стопы производят по формуле:
где Δv - разница линейного параметра по одной из основных осей стопы при нагрузке, равной 100 и 50% от массы тела (Δl - для сагиттальной оси, Δh - для вертикальной оси, Δw - для фронтальной оси); V (L - для сагиттальной оси, Н - для вертикальной оси, W - для фронтальной оси) - первоначальная величина линейного параметра стопы при нагрузке, равной 50% массы тела.
Рассчитывают коэффициент упругости стопы вдоль ее вертикальной оси:
где Δm - разница между 100 и 50% величинами массы тела в кг, Δh - разница в высоте стопы при нагрузке на нее, равной 100 и 50% от массы тела.
Модуль Юнга вдоль вертикальной оси стопы вычисляют по формуле:
где k - коэффициент упругости, Н - первоначальная высота стопы при пятидесятипроцентной нагрузке от массы тела и S - площадь опорной поверхности стопы.
В конце исследования компьютерная программа автоматически выдает показатели упругости стопы и оценку амортизирующей функции по каждому пациенту в виде таблицы.
С целью демонстрации практического применения предлагаемого способа приводим примеры обследования здоровых лиц и юноши с продольным плоскостопием.
Способ исследования амортизирующей функции стопы путем снятия отпечатков подошвенной поверхности на укрепленном планшетном сканере, способном выдержать вес человека, обработку отпечатков стопы производят при помощи компьютерной программы, позволяющей выделить ключевые точки и построить прямые между точками, отличающийся тем, что для исследования амортизирующей функции стопы человека на основании основных характеристик ее упругих свойств измеряют его массу тела на медицинских весах, проводят при помощи укрепленного планшетного сканера последовательное сканирование подошвенной поверхности обеих стоп человека в положении основной анатомической стойки, при которой нагрузка на одну стопу составляет 50% от его массы тела; измеряют высоту стопы от горизонтальной поверхности до наивысшей точки в проекции ладьевидной кости; проводят последовательное сканирование обеих стоп, когда одна конечность опирается подошвенной поверхностью стопы на подставку, при этом нагрузка на нее составляет 100% массы тела, а противоположная нижняя конечность находится в положении сгибания в коленном и тазобедренном суставах, при этом стопа не касается горизонтальной поверхности; производят измерение высоты стопы от горизонтальной поверхности до наивысшей точки в проекции ладьевидной кости; компьютерная программа вычисляет отдельно линейные параметры, а также площадь опорной поверхности для каждой из стоп при пятидесятипроцентной и стопроцентной нагрузках массой собственного тела; производят расчет коэффициента деформации стопы вдоль ее трех основных осей, коэффициента упругости и модуля Юнга по вертикальной оси, оценивают амортизирующую функцию стопы.
