Стабилометрия

Дословно стабилометрия означает «измерение стабильности» (от лат. «stabilis» — твёрдо стоящий на ногах)^[1], что подразумевает количественное исследование стабильности объекта с помощью технического устройства — стабилометра. Чаще всего термин стабилометрия применяется для обозначения инструментального исследования в биомедицинских областях.

Стабилометром называют технически различные инструменты. Например, устройство для оценки прочности грунтов^[2] или устройство для измерения стабильности частоты (англ. frequency deviation meter). Также стабилометром в широкой трактовке термина является платформа-динамометр. Такой прибор часто называют «стабилоплатформа», тем самым отличая специальный биомедицинский прибор от более общего определения «стабилометр». Стабилометрическая система в биомедицинских областях — это устройство для регистрации колебаний проекции центра масс человека на плоскость опоры, трансформации сигнала и передачи в реальном времени данных измерений для расшифровки и анализа в обрабатывающий блок (компьютер), с целями получения объективной информации для диагностики и оценки состояний двигательно-координационной сферы, системы пространственной ориентации, а также с целью проведения восстановительного лечения, либо тренировок, либо специальных функциональных проб, где текущие данные о колебаниях проекции собственного центра масс человека преобразуются в какой-либо внешний сигнал для создания биологической обратной связи^[3]. Названия, часто использующиеся как синонимичные: стабилоанализатор, стабилограф, постурограф, силоизмерительная платформа, стабилотренажер, балансотренажер, силовая платформа, стабилометрическая платформа, статокинезиометр.

Вариант «статокинезиометр» связан с синонимичным определением термина стабилометрия — статокинезиометрия^[4]. Известны иные варианты написания термина: статокинезометрия, статокинезиметрия^[5].

Ранее чаще использовался термин стабилография, так как для регистрации сигналов использовался самописец (графический регистратор).

Физический смысл стабилометрии

1. Измерение силы

Строго говоря, стабилометрия — это один из методов измерения силы.

Для измерения сил в метрологии используют различные физические эффекты — такие, для которых характерны определённые зависимости между силой и другой величиной, например деформацией (относительной или абсолютной), давлением, пьезоэлектричеством, магнитострикцией и другими. Единица силы ньютон (Н) относится к производным физическим величинам Международной системы единиц. Ньютон — это сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы: 1 Н = 1 кг•м/с². Традиционным способом измерения силы является применение упругой деформации пружинного элемента для определения веса — в пружинных весах. В пределах действия закона Гука наблюдается пропорциональная зависимость между силой F и деформацией ε или Dl:

                                                             F ~ e ~ Dl

2.Электрические методы измерений

Электрические методы измерений начинают свою историю в XIX веке, когда Беккерель применил дифференциальный гальванометр для сравнения электрических сопротивлений. На основе своих исследований он сформулировал известный закон зависимости сопротивления проводника от его длины и сечения. Затем эти работы были подхвачены Пуйе и описаны в последующих изданиях его «Основ экспериментальной физики», вышедших в 1827 году. Стефано Марианини в 1825 продемонстрировал независимость распределения электрического тока по всем проводникам, независимо от их природы. Это противоречило утверждению Вольта, который полагал, что если одна ветвь цепи образуется металлическим проводником, а остальные жидкими, то и весь ток должен проходить по металлическому проводнику. Араго и Пуйе популяризировали во Франции наблюдения Марианини^[6]. Иными словами, к 1840-м годам накопилась «критическая масса» знаний и технологий для масштабных инноваций, задавших «тон» как минимум на два будущих столетия. Например, сегодня одним из самых широко распространенных методов измерения силы является основанная на известном с середины XIX века «мостике Уитстона» тензорезисторная схема. Следует отметить, что первые открытия в электродинамике и опытные конструкции электротехники были использованы для создания первых аппаратов связи. Сам Чарльз Уитстон занимался в 1840 году изучением и усовершенствованием телеграфа. Он имел хорошую теоретическую подготовку — в частности, был знаком с законом Ома. Поэтому Уитстоном достаточно быстро был найден способ измерения сопротивления независимо от постоянства электродвижущей силы — в 1843 году опубликована статья с описанием знаменитого «мостика». На самом деле подобное устройство было описано ещё в 1833 году Гюнтером Кристи, а также независимо от него — в 1840 году Стефано Марианини. Оба они предлагали свой метод сведения к нулю, но теоретические объяснения, при которых не учитывался закон Ома, были несовершенны. Изобретение Уитстона как принципиальная схема дошло до наших дней практически без изменений.

3. Электрическое измерение силы

Современный резистор — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току. Иными словами, для идеального резистора в любой момент времени мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току, проходящему через него:

                                                       U(t) = R * I(t)

Реальные резисторы отличаются нелинейностью вольт-апмерной характеристики, паразитными ёмкостью и индуктивностью^[7]. Тип резистора, у которого сопротивление электрическому току меняется в зависимости от деформации, получил сегодня широчайшее распространение как тензорезистор — первичный преобразователь при измерениях механических величин. В зависимости от выбранного метода и диапазона измерений деформируемый чувствительный элемент выполняют таким образом, чтобы деформация передавалась как растяжение или сжатие — изменение начальной длины элемента. Упругий элемент с приданными ему элементами, выполняющими функции преобразования (механическими, электрическими или др.), защитным корпусом и другими частями составляет преобразователь силы. Существуют различные типы преобразователей силы (резисторный, индуктивный, пьезоэлектрический, оптоэлектронный и др.), каждому из которых присущи свои достоинства и недостатки. В разных типах стабилоплатформ (опоры для измерения силы — стабилометрии), могут использоваться различные типы датчиков, а также различная схемотехника^[8], что отличает измерительные качества устройств.

Регистрируемые параметры и значимые показатели

Статокинезиограмма

Стабилометрическое исследование основывается на регистрации параметров колебаний проекции центра масс обследуемого человека на плоскость стабилоплатформы. При этом регистрируются такие параметры, как, например: колебания проекции центра масс в саггитальной и фронтальной плоскостях (стабилограмма), скорость колебаний и траектория (статокинезиограмма). Практически все основные показатели, используемые при трактовке результатов стабилометрического исследования, можно свести к различным производным от перечисленных выше параметров. См.также Стояние (действие).

История стабилометрии

Современная стабилометрия ведет начало из 60-х — 70-х годов XX века, как и многие другие ныне эксплуатируемые методы функциональной диагностики. Наиболее часто в связи с созданием метода стабилометрии упоминают акад. РАН В. С. Гурфинкеля^[9][10], возглавлявшего Лабораторию регуляции движений и других физиологических систем^[11] в Институте проблем передачи информации. Суть метода заключается в регистрации колебаний тела (общего центра масс) стоящего человека.

Получаемые в процессе проведения стабилометрических тестов параметры очень чувствительны и обладают как диагностической, так и прогностической ценностью. Именно поэтому стабилометрия сегодня достаточно широко представлена в практической медицине разных стран. Особенно в США, Франции, Японии, Италии. В 1969 году было основано Международное общество постурологии. Основатели этого общества — исследователи, в основном, из Европы и Японии. С 1986 года общество существенно расширило свои ряды. Следствием этого является изменение названия, теперь это — Международное общество исследования положения тела и походки (International society for postural and gait research^[12]). Участники — это исследователи, занимающиеся различными аспектами движений человека: нейрофизиологи, инженеры, неврологи, отоларингологи, физиотерапевты и другие. Сформировалось несколько различных школ: европейская, американская, японская. Отличия касаются, например, принимаемых нормативов, условий проведения тестов, положения стоп в основной стойке и т. д. В наши дни регулярно проходят конференции и симпозиумы, издаются журнальные статьи, проводятся дискуссии. Однако, как отмечают известные исследователи, стабилометрия ещё не достигла своего полного потенциала как клинический инструмент. В этой связи, повышение доступности стабилометрических инструментов, ставшее возможным с появлением новых образцов техники, предоставляет отличные возможности для практических специалистов по внедрению новых методик, повышению эффективности диагностики в целом. Благодаря стабилометрии возможна большая объективизация состояний обследуемого, что особенно актуально для неврологии, ортопедии и травматологии, отоларингологии, стоматологии (ортодонтии) и других областей. Большой интерес стабилометрия представляет для спорта.

Стабилометрия — это инструментальный метод. Поэтому его история тесно связана с уровнем техники, технологичностью оборудования. Первые стабилограммы, представляющие собой вычерченный на бумаге чернильным пером график продольных или поперечных отклонений общего центра масс тела человека от начальной точки, были малопригодны для изощренного анализа. Возможно поэтому, несмотря на эффектное применение по меркам 60-x — 70-x, метод стабилометрии не мог развиваться дальше в отсутствие эффективного математического анализа данных. Такая возможность появилась в конце XX века и начале XXI с появлением доступной компьютерной техники и программного обеспечения.

Трактовка данных стабилометрии и практическое применение

Поддержание вертикальной позы у человека осуществляется с использованием разномодальной афферентной информации: зрительной, соматосенсорной, вестибулярной. Центральная нервная система способна использовать дополнительные источники информации о положении тела; это приводит к увеличению устойчивости и уменьшению колебаний общего центра масс. Напротив, если источник афферентации перестает давать надежную информацию о положении тела, то система регуляции позы может игнорировать сигналы от такого источника, и его наличие перестает влиять на позные колебания. Иногда могут вносится и возмущающие сигналы (например, при некоторых заболеваниях глаз, закрытие глаз приводит к повышению устойчивости). Возможность использования дополнительных источников информации или изменение приоритетов в выборе источников афферентации требует участия системы внутреннего представления — модели, учитывающей биомеханику тела и свойства ближайшего окружения^[13]

Неврология

В неврологии стабилометрия используется в качестве элемента объективной диагностики при заболеваниях, связанных с нарушениями контроля равновесия. Существуют утвержденные государственные стандарты медицинской помощи по отдельным нозологиям, включающие стабилометрию^[14][15][16]. Важное значение стабилометрия имеет в качестве параметра биологической обратной связи в лечении и реабилитации неврологических пациентов (постинсультные состояния, рассеянный склероз, экстрапирамидные нарушения, головокружения и невротические расстройства, др.)

Ортопедия и травматология

Тесная связь этих медицинских дисциплин с изучением движений (см. Биомеханика) подразумевает широкое использование объективного инструментария (в том числе, стабилометрии) для надежной оценки состояния опорно-двигательного аппарата пациента. Например, при нарушениях осанки или после эндопротезирования коленных суставов, при подборе ортопедической обуви^[17] и др.

Оториноларингология

Хотя при неподвижном стоянии (см. Стояние (действие)) вестибулярный аппарат практически не задействован, ЛОР-врачи активно используют стабилометрию для диагностики ряда специфичных состояний^[18].

Стоматология

Установка брекетов, зубопротезирование и другие вмешательства в челестно-лицевую систему могут значимо влиять на функцию равновесия, вплоть до невозможности пройти по прямой. Для контроля успешности проведенных вмешательств (отсутствия каких-либо ухудшений контроля равновесия) используют стабилометрию.

Психиатрия и наркология

По данным стабилометрии проводится оценка действия ряда психотропных препаратов. В отличие от субъективного, ориентированного на «клиническое впечатление» подбора вида и доз препарата, вводит элементы объективного контроля. Стабилометрия может применяться для выявления факта и оценки степени влияния психоактивных веществ^[19]. Тренинг с биологической обратной связью с использованием стабилометрии актуален в пограничной психиатрии, терапии аффективных расстройств.

Спорт

В спорте стабилометрия используется для функционального контроля (например, в стрелковых видах), а также в качестве инструмента селекции или тренировки с биологической обратной связью.

Примечания

1. ↑ Яндекс-Словари
2. ↑ Стабилометр
3. ↑ Биомедицинская стабилометрическая система
4. ↑ Доценко В.И., Багриновская И.Л. Изменения постуральной регуляции больных с перинатальной патологией ЦНС в ходе функциональной программируемой электростимуляции мышц. Вопросы современной педиатрии. 2006. № 5. С. 185.
5. ↑ Терминоэлементы этого сложного слова — греческого происхождения: "-стато", "-кинези" и "-грамма". Cогласно правилам образования сложных медицинских терминов в русском языке возможно использовать варианты "статокинезиограмма" или "статокинезограмма". Здесь наиболее частый соединительный гласный (интерфикс) в медицинских терминах - это "о" ("кардиограмма", "гастроскопия" и т.д.). В исконных древнегреческих словах употребляется только интерфикс "о". Употребление термина "статокинезиграмма" (напр., Усачев В.И.), вероятно, связано с транслитерацией французского "statokinesigramme", где, использован один раз греческий интерфикс "о", а один раз, учитывая романский тип французского языка - латинский интерфикс "i". (Об интерфиксе: М.Н.Чернявский. Латинский язык и основы медицинской терминологии. М., 2007. с.195).
6. ↑ Льоцци М. История физики (пер. с итал. Э. Л. Бурштейна). М.: Мир, 1970. — 464 с.
7. ↑ Резистор
8. ↑ Схемотехника
9. ↑ Публикации В. С. Гурфинкеля
10. ↑ Почему-то отечественные источники практически не упоминают Юрия Терехова, работавшего в Техасском Университете, хотя его работы 70-х годов, возможно более «медицинские» Terekhov Y. Stabilometry as a diagnostic tool in clinical medicine. Can Med Assoc J. 1976 Oct 9;115(7):631-3.
11. ↑ Лаборатория № 9 ИППИ
12. ↑ International Society for Posture and Gait Research
13. ↑ Публикации ИППИ
14. ↑ Об утверждении стандарта медицинской помощи больным с дистонией
15. ↑ Об утверждении стандарта медицинской помощи больным с болезнью Паркинсона (при оказании специализированной помощи)
16. ↑ Об утверждении стандарта медицинской помощи больным с болезнью Паркинсона, эссенциальным тремором, другими уточненными формами тремора
17. ↑ Киселев Д.А., Гроховский С.С., Кубряк О.В. Консервативное лечение нарушений опорной функции нижних конечностей в ортопедии и неврологии с использованием специализированного стабилометрического комплекса ST-150. М.: Маска, 2011. 68 с.
18. ↑ Кононова Наталья Алексеевна. Функциональная компьютерная стабилометрия в дифференциальной диагностике периферических и центральных вестибулярных расстройств. 2006. Автореф. дисс. канд. мед. наук
19. ↑ Кубряк О.В., Гроховский С.С. Постуральный тест с биологической обратной связью в оценке влияния привычного сеанса курения на показатели баланса тела у здоровых добровольцев. Наркология, №9, 2011. с.59-63

Литература

• Скворцов Д. В. Клинический анализ движений, стабилометрия. М.: Антидор, 2000. 189 с.
• Суворов Андрей Юрьевич. Постуральные функциональные пробы в процессе реабилитации больных с церебральным инсультом. 2006. Автореф. дисс. канд. мед. наук
• Давыдов Павел Владимирович. Стабилометрия и вертикализация больных острым инфарктом миокарда на стационарном этапе восстановительного лечения. 2006. Автореф. дисс. канд. мед. наук
• Юнищенко Наталья Александровна. Нарушения ходьбы и постуральной устойчивости при болезни Паркинсона. 2005. Автореф. дисс. канд. мед. наук
• Скворцов Дмитрий Владимирович. Биомеханические методы реабилитации патологии походки и баланса тела. 2008. Автореф. дисс. докт. мед. наук
• Батышева Т. Т., Скворцов Д. В., Труханов А. И. Современные технологии диагностики и реабилитации в неврологии и ортопедии. М.: Медика, 2005. 244 с.
• Напалков Д. А., Ратманова П. О., Коликов М. Б. Аппаратные методы диагностики и коррекции функционального состояния стрелка. М.: Макс-Пресс, 2009. 212 с.
• Иванов К. О., Кубряк О. В. О стандартах к использованию стабилометрии в стрелковом спорте. ХII Всероссийская научно-практическая конференция «Физическая культура и спорт в системе образования». Красноярск, 23-25 апреля 2010.
• Доценко В.И. Методологические аспекты комплексного изучения стратегии сосуществования человека с гравитационным полем земли. Известия ЮФУ.Технические науки № 6, 2008