CC BY
41
ЛИХАЧЕВ С.А., ЛУКАШЕВИЧ В.А.
Республиканский научно-практический центр неврологии и нейрохирургии, г. Минск, Республика Беларусь
ВИДЕОАНАЛИЗ ШАГОВОГО ДВИЖЕНИЯ: ФЕНОМЕНОЛОГИЯ ВИЗУАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ
Резюме. Методом видеоанализа движений была исследована ходьба в варианте Step в двух группах с кардинально различимыми моторными паттернами. В процессе выполнения движения регистрировались вертикальные координаты голеностопных суставов с частотой кадрирования в 25 Гц, на основании которыхвыводился графический профиль перемещения голеностопных суставов во фронтальной плоскости, названный нами видеоаналитическим профилем. При этом установлен ряд основных его элементов: нижнее плато, подъем, установочный спуск, установка на опору, верхнее плато, снятие с опоры, предварительный подъем и спуск. При анализе группы пациентов с координаторными нарушениями выделены следующие их визуальные признаки: смена опорной поверхности, компенсация ранней опоры, компенсация раннего подъема, компенсация раннего предварительного подъема, ускоренный подъем, ускоренный предварительный подъем,расщепление пика максимального подъема и расщепление пика максимального предварительного подъема, волнообразное верхнее плато, штампующая установка, увеличение амплитуды пика подъема и увеличение пика предварительного подъема.
Ключевые слова: видеоанализ ходьбы, видеоаналитический профиль, реактивный постуральный контроль, координаторные нарушения.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НЕВРОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
УДК 612.821.35:612.741:616.728.4]:615.47
ПРАКТИКУЮЩЕМУ НЕВРОЛОГУ
/TO PRACTICING NEUROLOGIST/
Любое произвольное движение, совершаемое человеком в вертикальной позе, сопровождается изменением активности большого числа мышечных групп. В экспериментальных исследованиях установлено, что выполнение произвольной моторной задачи корректируется функцией реактивного и проактивного контроля [1—5]. При этом функция реактивного контроля направлена на текущие сглаживания средовых факторов и представлена двухуровневой системой регуляции: 1) программированием угловых констант; 2) поддержанием угловых констант [6—8]. Таким образом, физиологическая суть реактивного постурального контроля состоит в реализации различных постуральных стратегий путем координированного переключения уровня активности мышечных групп.
Известно, что в клинике нервных болезней остается актуальным вопрос диагностики заболеваний, связанных с расстройством координации и функции реактивного контроля, как с целью их объективизации, так и осуществления динамического контроля за качеством проводимого лечения. Наиболее перспективным направлением в решении подобной задачи является использование оптических систем регистрации сложной локомоции [12].
Целью данной работы являлось выделение и описание визуальных паттернов нарушений шагового движения посредством видеоанализа движений.
Материалы и метод
В рамках проведения клинического эксперимента были обследованы две группы лиц, в значительной мере отличающиеся друг от друга по паттернам ходьбы.
Первую группу составили 28 здоровых добровольцев в возрасте от 18 до 42 лет (32,6 ± 3,8 года), из них 18 мужчин (64,3 %) и 10 женщин (35,7 %). Жалобы на состояние здоровья никто из них не предъявлял. В анамнезе у добровольцев выявлялись лишь простудные заболевания. У двух (7,1 %) — хронический гастрит в стадии ремиссии, у трех (10,7 %) — вертеброгенная люмбалгия в стадии полной ремиссии. Артериальное давление у всех находилось в границах возрастной нормы. Со стороны внутренних органов, ЛОР-органов (на предмет исключения вестибулопатии), нервной системы патологии не обнаружено.
Вторую исследовательскую группу составили больные неврологического профиля, имеющие координаторные нарушения (КН). Этот симптом был основным признаком включения в группу Пациенты с парезами и плегией, а также с нарушением тонуса мышц по спастическому типу в исследование не включались. Для исследования были отобраны лица, страдающие рассеянным склерозом (РС) и спинно-церебел-лярной дегенерацией с обязательной мозжечковой атаксией. В данную группу вошло 34 пациента. Причем рассеянным склерозом со стволово-мозжечковым синдромом в стадии ремиссии страдали 22 (64,7 %) из них в возрасте от 20 до 49 лет (30,7 ± 4,2 года: 15 мужчин (68,2 %) и 7 женщин (31,8 %). Первые признаки заболевания у всех больных были обнаружены в возрасте до 35 лет. Длительность заболевания колебалась от нескольких месяцев до 5 лет. Причем до 1 года она была у 8 больных (36,3 %), от 1 года до 3 лет — у 12 больных (54,5 %), от 3 до 5 лет—у 2 пациентов (9,2 %). Первично-прогредиент-ное течение было у 2 человек (9,2 %), у остальных больных (90,8 %) отмечалось вторично-прогредиентное течение. У
всех пациентов обнаруживались признаки рассеянного поражения нервной системы. Ведущим клиническим синдромом у больных PC являлся мозжечковый, характеризующийся нарушением координаторных движений, проявляющийся атактической походкой, интенционным дрожанием, ми-мопромахиванием при выполнении координаторных проб, неустойчивостью в позе Ромберга. Мышечный тонус был изменен по гипотоническому типу у 18 больных (81,6 %), у 4 больных (18,4 %) отмечалось сочетание повышения тонуса в одних конечностях и нормального или пониженного тонуса в других. У 100 % выявлено повышение сухожильных рефлексов с расширением рефлексогенных зон, у 16 (72,7 %) обследуемых гиперрефлексия сочеталась с анизорефлексией. Патологические рефлексы выявлялись у всех обследуемых, как и синдром клинической диссоциации, проявляющийся нормальной остротой зрения при изменениях глазного дна, координаторными нарушениями без жалоб на головокружение, изменением рефлексов без изменения мышечной силы. У12 (35,3 %) пациентов в возрасте от 27 до 46 лет (33,5 ± ± 1,2 года), из которых было 9 мужчин (75 %) и 3 женщины (25 %), также отмечались КН. При этом 8 (66,5 %) из них находились на лечении по поводу синдрома мозжечковой атаксии, а 4 (33,5 %) — с диагнозом оливопонтоцеребеллярной дегенерации. При магнитно-резонансной томографии головного мозга у всех пациентов с оливопонтоцеребеллярной дегенерацией выявлен атрофический процесс в области мозжечка. У 4 больных (33,5 %) на компьютерной томографии головного мозга выявлен диффузный атрофический процесс. Длительность заболевания колебалась от 1 года до 6 лет, причем от 1 года до 3 лет она была у 5 человек (41,6 %), от 3 до 6 лет — у 7 (58,4 %). У всех больных в клинической картине превалировал синдром поражения мозжечка. Во всех наблюдениях в клинической картине выявлялись умеренно выраженные координаторные нарушения, атаксия при ходьбе, интенци-онное дрожание при выполнении пяточно-коленной пробы, дисметрия. Изменение мышечного тонуса по типу гипотонии выявлено у 100 % больных.
Нами предлагается система диагностики КН посредством аппаратно-программного комплекса видеоанализа V&A при выполнении функционально усложненного шагового движения Step. В основе диагностической системы лежит оценка динамики изменения значений вертикальных координат (OY) дистальных отделов нижних конечностей как наиболее четких индикаторов локомоторной несостоятельности при нарушениях ПФ.
Всем испытуемым проводилась диагностика нарушения ходьбы с помощью аппаратно-програмного комплекса видеоанализа движений V&A, состоящего: а) из цифровой видеокамеры, осуществляющей регистрацию двигательного акта; б) маркеров для выделения исследуемых локомоторных звеньев; в) программного обеспечения видеозахвата маркеров и обработки полученных данных; г) диагностической ступеньки.
Перед проведением видеорегистрации на ногах испытуемого, чуть выше голеностопных суставов по наружной их поверхности, закреплялись маркеры, таким образом, чтобы их активная часть выступала кзади и располагалась на уровне ахиллова сухожилия. При подобном расположении маркеров, на наш взгляд, методика более чувствительна к девиациям
опорной стопы, в частности, при переносе общего центра масс (ОЦМ) с пятки на носок и наоборот. В настоящем исследовании в процессе выполнения движения Step регистрировались вертикальные координаты голеностопных суставов с частотой записи видеосигнала 25 Гц. При этом выводился графический профиль перемещения выбранных анатомических ориентиров, названный нами видеоаналитическим профилем (ВАП).
Считаем необходимым подробно рассмотреть этапы выполнения шагового движения Step. Известно, что общий цикл шага разделяется на цикл правой ноги и цикл левой ноги, в свою очередь, каждый из них разделяется на период двойной опоры и период одиночной опоры (для опорной ноги) или период переноса (для неопорной ноги). Исходным положением в выполнении движения Step считается расположение обследуемого на расстоянии длины его собственной ладони от ступеньки (высота ступеньки 220 мм), при этом ноги располагаются на ширине плеч. Перед выполнением шагового теста пациенту в деталях рассказывается его механизм и дается возможность проделать несколько тренировочных циклов. Так, период расположения пациента с опорой на обе ноги, перед платформой, обозначается как период нижней двойной опоры (ПДО Low). Во время выполнения теста происходит чередование периодов двойной опоры с периодами одиночной опоры. По сигналу пациент поднимает вверх левую ногу, переносит ее вперед и опускает на платформу. Момент отрыва левой стопы от опорной поверхности является началом периода переноса вверх (ПП Up) левой ноги и продолжается до момента постановки стопы на платформу (время (Т) данного периода (Me (UQ/LQ)) составляет 0,94 (1,02/0,90) с). После чего начинается период двойной опоры (ПДО Sin) левой ноги, при котором обе ноги соприкасаются с опорными поверхностями: левая—с платформой, правая—с полом (Т = 0,01 (0,06/0) с). В течение следующего периода переноса вверх (ПП Up) правой ноги — нога, поднимаясь вверх, переносится вперед к опорному контуру левой ноги (Т = 1,04 (1,12/0,98) с). Далее идет период верхней двойной опоры (ПДО High), характеризующийся контактом обеих стоп с платформой — от момента постановки правой ноги на платформу до момента отрыва левой (Т = 0,48 (0,61/0,3) с). Затем левая нога сходит с платформы — период переноса вниз (ПП Down) левой ноги и опускается на поверхность пола (Т = 1,06 (1,13/0,98) с). Следующий период двойной опоры правой ноги (ПДО Dex) характеризуется контактом правой стопы с платформой, а левой — с поверхностью пола (Т = 0,01 (0,01/0) с). То же движение выполняет правая нога в ПП Down (Т = 0,83 (0,88/0,8) с). Завершается цикл постановкой правой ноги рядом с левой у платформы ПДО Low (Т = 0,51 (0,6/0,34) с). Далее вышеобозначенные периоды повторяются для цикла правой ноги, при котором движение начинается соответственно с правой ноги.
Результаты исследования
При обследовании группы здоровыхдобровольцев с некоторыми незначительными вариациями был выделен однотипный видеоаналитический профиль, схематически представленный на рис. 1А, где были выделены следующие элементы:
1. Нижнее плато. Расположено между пунктами 1 и 2, 8 и 9, характеризует ПДО Low и имеет вид ровной горизонтальной линии.
2. Подъем. Располагается между п. 2 и 3, характеризуется подъемом с переносом вперед нижней конечности до точки (пика) максимального подъема, п. 3 имеет вид ровной, слегка дугообразной линии, сориентированной в направлении, близком к вертикальному.
3. Установочный спуск. Располагается между п. 3 и 4, характеризует опускание нижней конечности на платформу до первичного контакта стопы с опорной поверхностью, имеет слегка дугообразный вид и сориентирован в направлении, близком к вертикальному Форма ВАП между п. 2—4 имеет ровный вид с плавным закруглением в точке максимального подъема и отражает ПП Up.
4. Установка на опору. Период расположен между п. 4 и 5 и характеризует формирование плотного контакта подошвы с опорной поверхностью платформы за счет переноса ОЦМ с дистальных ее отделов на проксимальные и имеет вид нисходящей пологой, иногда слегка закругленной линии.
5. Верхнее плато. Расположено между п. 5 и 6, характеризует ПДО High и имеет, как и нижнее плато, вид ровной, слегка вогнутой, горизонтально ориентированной линии.
6. Снятие с опоры — непостоянное звено, может рассматриваться в контексте варианта «нормы», имеет ровную, дугообразную форму (рис. 2А).
7. Предварительный подъем. Расположен между п. 6 и 7, характеризует отрыв опорной ноги от платформы и подъем стопы до точки максимального предварительного подъема п. 7, имеет вид слегка дугообразной, ровной линии, сориентированной в направлении, близком к вертикальному
8. Спуск. Располагается между п. 7 и 8, характеризует перенос кзади и опускание нижней конечности до плотного контакта подошвы с опорной поверхностью, имеет вид ровной, слегка дугообразной в нижней части линии. Форма ВАП между п. 6—8 также имеет ровный вид с плавным закруглением.
На рис. 1Б представлено схематическое совмещение выполнения движения Step с элементами ВАП (темными вертикальными полосами обозначены периоды двойной
опоры, а светлыми — периоды переноса). Цифрами сверху обозначены периоды шагового движения Step: 1, 9 — ПДО Low; 2 — ПП Up левой ноги; 3 — ПДО Sin; 4 — ПП Up правой ноги; 5 — ПДО High; 6 — ПП Down левой ноги; 7 — ПДО Dex; 8 — ПП Down правой ноги. Темной линией отмечен ВАП левого голеностопного сустава, светлой — правого.
На следующем этапе нашей работы мы предлагаем рассмотреть имеющие место различные элементы ВАП, относящиеся к вариантам нормы:
1. S-образный вариант установки на опору (рис. 3Б) — формируется в результате плотного контакта всей подошвы опорной ноги при последующем смещение ОЦМ на дис-тальные отделы стопы переноса неопорной конечности. Зарегистрирован у 9 (32,1 %) пациентов.
2. Ступенчатый вариант установки на опору (рис. 3В) и его разновидность—дисметрия спуска (рис. 3Г) — обусловлены пластичным (медленным, плавным) распределения ОЦМ на опорной ноге в дистально-проксимальном направлении. Зарегистрированы у 12 (42,8 %) испытуемых.
3. «Перелет-недолет» (рис. 3Д) — характеризуется низкоамплитудными пиками максимального подъема. Зарегистрирован у 4 (14,2 %) испытуемых.
4. Короткое плато (рис. 3Е) — обусловлено плавным распределением ОЦМ между опорными поверхностями стоп. Зарегистрировано у 6 (21,4 %) испытуемых.
Далее рассмотрим ВАП, полученные при исследовании пациентов с КН, содержащие следующие признаки, не относящиеся к основным элементам ВАП и собственно являющиеся визуальными признаками КН:
1. Смена опорной поверхности (рис. 3А, № 1 и 2; 3Б, № 3; 3Е, № 3) — характеризуется зубцеобразными колебаниями кривой ВАП и возникает в результате отрыва и последующей повторной постановкой стопы на опорную поверхность. Зарегистрирована у 26 (76,5 %) пациентов с КН.
2. Компенсация раннего подъема и признак компенсации раннего предварительного подъема (рис. 3Б, № 1 и 2), формирующиеся при рассогласовании переноса ноги с переносом ОЦМ в контур опорной ноги и имеющие вид
Рисунок 1. Структурные звенья видеоаналитического профиля (А) и проекция периодов движения Step на видеоаналитический профиль обеих конечностей (Б). По оси абсцисс представлено
время, по оси ординат — амплитуда
неровной кривой в нижней части. Зарегистрированы у 18 (52,9 %) пациентов с КН.
3. Ускоренный подъем (рис. 3Г, № 1) и ускоренный предварительный подъем (рис. 3Г, № 2) — имеют вид острых пиков, образованных за счет быстрого переноса ноги вверх при рассогласовании тонкого моторного регулирования. Зарегистрированы у 22 (64,7 %) пациентов с КН.
4. Расщепление пика максимального подъема и расщепление пика максимального предварительного подъема
(рис. 3В), формируемые за счет вынужденного увеличения времени афферентного синтеза в условиях дисстабилиза-ции постуральной системы. Зарегистрированы у 8 (23,5 %) пациентов с КН.
5. Волнообразное верхнее плато (рис. 3Г, № 3, и рис. 3Д) — в виде линии с разнообразными мелкими (рис. 3Г, № 3) или более крупными (рис. 3Д) зубцами, формирующимися за счет рассогласования распределения ОЦМ в зоне опорного контура. Зарегистрировано у 7 (20,6 %) пациентов с КН.
^©1
Рисунок 3. Визуальные признаки координаторных нарушений. По оси абсцисс представлено время,
по оси ординат — амплитуда
Рисунок 2. Различные элементы видеоаналитического профиля, относящиеся к вариантам нормы. По оси абсцисс представлено время, по оси ординат — амплитуда
6. Штампующая установка (рис. 3Е, № 1), проявляющаяся отсутствием элементов ВАП «установки на опору» и «снятия с опоры» в условиях неэффективного распределения ОЦМ в зоне опорного контура. Зарегистрирована у 23 (67,6 %) пациентов с КН.
7. Увеличение амплитуды пика подъема и увеличение пика предварительного подъема (рис. 3Е, № 2), проявляющиеся при нарушении тонкого регулирования главным образом со стороны афферентов сгибательного рефлекса. Зарегистрированы у 19 (55,9 %) пациентов с КН.
8. Компенсация ранней опоры (рис. 3А, № 3), имеющая вид ступенеобразной кривой ВАП в нижней части спуска, сформированная за счет нарушения координированного переноса ОЦМ в контур опорной ноги. Зарегистрирована у 9 (26,5 %) пациентов с КН.
Заключение
В ходе проведенного исследования посредством видеоанализа движений была разработана методика регистрации видеоаналитического профиля дистальных отделов нижних конечностей с выделением основных его элементов: нижнее плато, подъем, установочный спуск, установка на опору, верхнее плато, снятие с опоры, предварительный подъем, спуск; и дополнительных вариантов нормы: 8-образный вариант установки на опору, ступенчатый вариант установки на опору, дисметрия спуска, «перелет-недолет», короткое плато. При нарушении координаторных функций видеоаналитический профиль характеризуется появлением следующих признаков: смена опорной поверхности, компенсация раннего подъема, компенсация раннего предварительного подъема, ускоренный подъем, ускоренный предварительный подъем, расщепление пика максимального подъема и расщепление пика максимального предварительного подъема, волнообразное верхнее плато, штампующая установка, увеличение амплитуды пика подъема и увеличение пика предварительного подъема и компенсация ранней опоры.
Лихачов С.О., Лукашевич В.А.
Республканський науково-практичний центр неврологи i нейрох1рургП м. М!нсыс Республика Блорусы BiAEOAHAAi3 КРОКОВОГО РУХУ: ФЕНОМЕНОЛОПЯ Bi3yAAbHOI ОЦШКИ
Резюме. Методом вщеоанатзу руху була дослщжена ходьба у вар1ант1 Step у двох групах i3 кардинально р1зними моторними паттернами. У процеа виконання руху рееструвалися вертикальт координати гомшковостопних суглобш i3 частотою кадрування в 25 Гц, на тдиж яких виводився графiчний профiль перемщення гомшковостопних суглобiв у фронтальнш площит, названий нами вщеоаналиичним профiлем. При цьому встановлений ряд основних його елементiв: нижне плато, пщйом, установочний спуск, установка на опору, верхне плато, зняття з опори, попереднш пщйом i спуск. При аналiзi групи пацiентiв i3 координаторними порушеннями ви-дiленi такi !х вiзуальm ознаки: змша опорно! поверхнi, компенсацы ранньо! опори, компенсацiя раннього пщйому, компенсац1я ран-нього попереднього пщйому, прискорений пщйом, прискорений попереднш пщйом, розщеплювання пжу максимального пщйому та розщеплювання пжу максимального попереднього пщйому, хвиле-подбне верхне плато, штампуюча установка, збiльшення амплiтуди пжу пщйому та збiльшення пжу попереднього пщйому.
Kro40Bi слова: вщеоаналiз ходьби, вщеоаналитичний профiль, реактивний постуральний контроль, координаторт порушення.
Таким образом, визуальная оценка координаторных нарушений по визуальным признакам видеоаналитического профиля может являться адекватным дополнением в диагностике заболеваний нервной системы.
Список литературы
1. Липшиц М.И., Казенников О.В. Роль проприоцептивной информации в программировании упреждающих позных компонентов произвольного движения // Физиология человека. - 2008. - Т. 34, № 1. - С. 82-88.
2. Clement G., Gurfinkel V.S., Lestienne F. Adaptation of postural control to weightlesseness // Exp. Brain Res. — 1984. — V 57. - P. 104.
3. Беленький И.Е., Гурфинкель В.С., Пальцев Е.И. Об элементах управления произвольными движениями // Биофизика. - 1967. - Т. 12, № 1. - С. 135.
4. Clement G., Gurfinkel V.S., Lestienne F. Anticipatory neck muscle activity associated with rapid arm movements // Neurosci. Lett. - 1988. - V 94. - P. 104.
5. Cordo P.J., Nashner L.M. Properties of postural adjastments associated with rapid arm movements // Neurophysiol. - 1982. -V. 47. - P. 287.
6. Gurfinkel V.S., Ivanenko Y.P., Levik Y.S. et al. Kinesthetic reference for human ortograde posture // Neurosci. — 1995. — V. 68. - P. 185.
7. Zatsiorsky V.M., Duarte M. Rambling and trembling in quiet standing//Motor control. — 2000. — V. 4. — P. 185.
8. Бедров Я.А., Дик О.Е., Ависзус Ф. и др. Анализ двух составляющих траектории центра масс человека в условиях спокойной стойки // Физиология человека. — 2006. — Т. 32, № 3. - С. 40.
9. Карпова Е.А., Иванова-Смоленская И.А., ЧерниковаЛ.А. и др. Постуральные нарушения при болезни Паркинсона // Неврологический журнал. — 2003. — № 2. — С. 36-42.
10. Nasher L.M., McCollum G. The organization of human postural movements: A formal basis and experimental synthesis // Behav. Brain Sci. - 1985. - V. 8. - P. 135.
11. Horak F. Clinical measurement of postural control in adults// Phys. Ther. - 1987. - Vol. 24. - P. 1881-1885.
12. Лихачев С.А., Лукашевич В.А. К вопросу применения методики видеоанализа движений//Медицинские новости. — Минск, 2008. - № 12. - С. 38-44.
Получено 04.11.11 □
Likhachov S.A., Lukashevich V.A.
Republican Scientific Practical Center of Neurology and Neurosurgery, Minsk, Republic of Belarus
VIDEOANALYSIS OF STEP MOVEMENT: PHENOMENOLOGY OF VISUAL ESTIMATION
Summary. Step movement was investigated in two groups with cardinally different motor patterns using the method of videoanalysis of movements. During the movement the vertical coordinates of ankles were registered with frame frequency 25 Hz took as a basis for graphical profile of ankle movement in frontal plane which we called as videoanalytic profile. There was determined a number of its main elements as low plateau, lifting, righting launch, mounting on a support, upper plateau, removing from the support, prior lifting and launch. The analysis of the patients with coordination disorders revealed such visual signs: change of support surface, compensation of early support, compensation of early lifting, compensation of early prior lifting, rapid lifting, rapid prior lifting, splitting of peak of maximal lifting, wave-like upper plateau, stamping mounting, increased amplitude of peak of lifting and increased peak of prior lifting.
Key words: videoanalysis, videoanalytic profile, reactive postural control, coordination disorders.
