N.N. Priorov Journal of Traumatology and OrthopedicsN.N. Priorov Journal of Traumatology and OrthopedicsВестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова0869-86782658-6738Eco-Vector4799410.17816/vto201017270-77ArticlesСтатьиBiomechanical Analysis of Digital Movement in Injured Hand as Method for Functional DiagnosisБиомеханический анализ движений пальцев травмированной кисти как метод функциональной диагностикиBiryukovaE VБирюковаЕлена Владимировна

канд. физ.-мат. наук, старший науч. сотр. лаборатории математической нейрофизиологии обучения; ИВНД и НФ РАН

FrolovA AФроловА А

доктор биол. наук, зав. той же лабораторией; ИВНД и НФ РАН

GrinyaginI VГринягинИ В

младший науч. сотр; ИВНД и НФ РАН

KorshunovV FКоршуновВ Ф

профессор, доктор мед. наук, руководитель клиники хирургии кисти, кафедра травматологии, ортопедии и ВПХ; РГМУ

RomanovS YuРомановС Ю

зав. отделением хирургии кисти; 4-й Градская больница Москвы

SmirnitskayaI AСмирнитскаяИ А

канд. физ.-мат. наук, младший науч. сотр. лаборатории математической нейрофизиологии обучения; ИВНД и НФ РАН

ИВНД и НФ РАНРГМУ4-й Градская больница Москвы15062010172NO2 (2010)ТОМ 17, №2 (2010)707720102020Copyright ©; 2010, Eco-VectorCopyright ©; 2010, ООО "Эко-Вектор"2010Eco-VectorООО "Эко-Вектор"https://journals.eco-vector.com/0869-8678/article/view/47994

New method for functional diagnostics of motion activity of fingers based on registration of digital movements and their biomechanical analysis is suggested. Kinematical and dynamical parameters of digital movement accounted by biomechanical model adequately reflect the patterns of motion disorders and give the objective numerical evaluation. The method includes: a) registration of digital movement in both intact and injured hands using electromagnetic system of MiniBirds type; b) calculation of individual biomechanical parameters of fingers - length of phalanges, position and alignment; c) calculation of kinematic parameters of movement - time-base of joint angles, angular velocities and accelerations, range of motion of separate joints, degree of coordination of changes in various joints angles (kinematic synergy); d) evalua-tion of dynamic parameters of motion - time-base of total muscular forces moment in joints (dynamic synergy); e) evaluation of functional state based on analysis of kinematic and dynamic parameters of motion before, during and after treatment.

Предложен новый метод функциональной диагностики двигательной активности пальцев руки человека, основанный на регистрации движений пальцев и их биомеханическом анализе. Рассчитанные по биомеханической модели кинематические и динамические параметры движения пальцев адекватно отражают характер двигательных нарушений и дают их объективную численную оценку. Метод включает: а) регистрацию движений пальцев здоровой и больной руки с помощью электромагнитной системы типа MiniBirds; б) расчет индивидуальных биомеханических параметров пальцев - длин звеньев, положения и ориентации осей суставов; в) расчет кинематических параметров движений - развертки во времени суставных углов, угловых скоростей и ускорений, объема движений в отдельных суставах, степени координации изменений суставных углов в различных суставах (кинематической синергии); г) оценку динамических параметров движения - развертки во времени суммарных моментов мышечных сил в суставах (динамической синергии); д) оценку функционального состояния пальцев на основе анализа кинематических и динамических параметров движения до лечения, в процессе и по окончании лечения.

registration of digital motionskinematic and dynamic parameters of motionsindividual motion normрегистрация движений пальцевкинематические и динамические параметры движенийиндивидуальная двигательная нормаБлохин А.Б., Фадеев М.Г., Обухов И.А. Организация экстренной и плановой специализированной помощи больным с патологией кисти //Главврач. - 2005. - N 11. - С. 60-64.Волкова А.М. Хирургия кисти. - Т. 3. - Екатеринбург, 1996.Кисель Д.А., Голубев И.О. Хирургия кисти: повреждения сгибательного аппарата //Избранные вопросы пластической хирургии. - 2004. - Т. 1, N 11. - С. 1-56.Коренев Г.В. Целенаправленная механика управляемых манипуляторов. - М., 1979.Коршунов В.Ф., Чуловская И.Г. Клиническая диагностика повреждений сухожилий сгибателей пальцев кисти //Вестн. РГМУ. - 2005. - N 7 (46). - C. 5-7.Магдиев Д.А., Чуловская И.Г., Коршунов В.Ф., Еськин Н.А. Лечение подкожных разрывов сухожилий разгибателей на уровне дистального межфалангового сустава //Вестн. РГМУ. - 2005. - N 7 (46). - С. 25-28.Нельзина З.Ф., Чудакова Т.Н. Неотложная хирургия открытых повреждений кисти. - Минск, 1994.Biryukova E.V., Roby-Brami A., Frolov A.A., Mokhtari M. Kinematics of human arm reсonstructed from spatial tracking system recordings //J. Biomech. - 2000. - Vol. 33, N 8. - P. 985-995.Burr N., Pratt A.L., Smith P.J. An alternative splinting and rehabilitation protocol for metacarpophalangeal joint arthroplasty in patients with rheumatoid arthritis //J. Hand Ther. - 2002. - Vol. 15, N 1. - P. 41-47.Coert J.H., Hoek van Dijke G.A., Hovius S.E.R. et al. Quantifying thumb rotation during circumduction utilizing a video technique //J. Orthop. Res. - 2003. - Vol. 21, N 6. - P. 1151-1155.Cole K.J, Abbs J.H. Coordination of three-joint digit movements for rapid fingerthumb grasp //J. Neurophysiol. - 1986. - Vol. 55. - P. 1407-1423.Darling W.G., Cole K.J., Abbs J.H. Kinematic variability of grasp movements as a function of practice and movement speed //Exper. Brain Res. - 1988. - N 72. - P. 225-235.Dounskaia N., Van Gemmert A.W., Stelmach G.E. Interjoint coordination during handwriting-like movements //Exper. Brain Res. - 2000. - N 135. - P. 127-140.Dennerlein J.T., Miller J.M., Mote Jr.C.D., Rempel D.M. A low profile human tendon force transducer: The influence of tendon thickness on calibration //J. Biomech. - 1997. - Vol. 30, N 4. - P. 395-397.Dennerlein J.T., Diao E., Mote Jr.C.D., Rempel D.M. Tensions in the flexor digitorum superficalis are higher than a current model predicts //J. Biomech. - 1998. - Vol. 31. - P. 295-301.Dennerlein J.T. Finger flexion tendon forces are a complex function of finger joint motions and fingertip forces //J. Hand Ther. - 2005. - Vol. 18. - P. 120-127.Drillis R., Contini R., Bluestein M. Body segment parameters //Artificial Limbs. - 1964. - Vol. 8, N 1. - P. 44-66.Dumont C.E., Popovic M.R., Keller T., Sheikh R. Dynamic force-sharing in multi-digit task //Clin. Biomech. - 2006. - Vol. 21, N 2. - P. 138-146.Dvir Z. The measurement of isokinetic fingers flexion strength //Clin. Biomech. -1997. - Vol. 12, N 7-8. - P. 473-481.Erdemir A., McLean S., Herzog W., Bogert A.J. Model-based estimation of muscle forces exerted during move-ments //Clin. Biomech. - 2007. - Vol. 22. - P. 131-154.Fioretti S. Three-dimensional in-vivo kinematic analysis of finger movement //Advances in the biomechanics of the hand and wrist /Eds. F. Schuind, K.N. An, W.P. Cooney III, M. Garcia-Elias. - New York, 1994. - P. 363-375.Forget N., Piotte F., Arsenault J. et al. Bilateral thumb's active range of motion and strength in de Quervain's disease: comparison with a normal sample //J. Hand Ther. - 2008. - Vol. 21, N 3. - P. 276-285.Frolov A.A., Prokopenko R.A., Dufosse M., Ouezdou F.B. Adjustment of human arm viscoelastic properties to the direction of reaching //Biol. Cybernetics. - 2007. - Vol. 94, N 2. - P. 97-109.Gehrmann S., Tang J., Kaufmann R.A. et al. Variability of precision pinch movements caused by carpal tunnel syndrome //J. Hand Surg. - 2008. - Vol. 33A, N 7. - P. 1069-1075.Gehrmann S.V., Kaufmann R.A., Li Z.-M. Wrist circumduction reduced by finger constraints //J. Hand Surg. - 2008. - Vol. 33B, N 8. - P. 1287-1292.Goodson A., McGregor A.H., Douglas J., Taylor P. Direct, quantitative clinical assessment of hand function: usefulness and reproducibility //Manual Ther. - 2007. - Vol. 12, N 2. - P. 144-152.Grinyagin I.V., Biryukova E.V., Maier M.A. Kinematic and dynamic synergies of human precision grip movement //J. Neurophysiol. - 2005. - Vol. 94. - P. 2284-2294.Hingtgen B., McGuire J.R., Wang M., Harris G.F. An upper extremity kinematic model for evaluation of hemiparetic stroke //J. Biomech. - 2006. - Vol. 39, N 4. - P. 681-688.Kamper D.G., Fischer H.C., Cruz E.G. Impact of finger posture on mapping from muscle activation to joint torque //Clin. Biomech. - 2006. - Vol. 21, N 4. - P. 361-369.Kapandji I.A. Physiologie articulaire. I. Membre supеrieur. - 5 ed. - Paris, 2002.Kuo L.-C., Cooney III W.P., Kaufman K.R. et al. A quantitative method to measure maximal workspace of thе trapeziometacarpal joint - normal model development //J. Orthop. Res. - 2004. - Vol. 22, N 3. - P. 600-606.Lee S.W., Chen H., Towles J.D., Kamper D.G. Estimation of the effective static moment arms of the tendons in the index finger extensor mechanism //J. Biomech. - 2008. - Vol. 41, N 7. - P. 1567-1573.Prokopenko R.A., Frolov A.A., Biryukova E.V., Roby-Brami A. Assessment of the accuracy of a human arm model with seven degrees of freedom //J. Biomech. - 2001. - Vol. 34. - P. 177-185.Rozendal R.H. Human poly-articular miscles: an anatomical comment //Human Movement Sci. - 1994. - Vol. 13, N 5. - P. 557-568.Sakai N., Liu M.C., Su F.-C. et al. Hand span and digital motion on the keyboard: concerns of overuse syndrome in musicians //J. Hand Surg. - 2006. - Vol. 31, N 5. - P. 830-835.Santello M., Soechting J.F. Gradual molding of the hand to object contours //J. Neurophysiol. - 1998. - Vol. 79. - P. 1307-1320.Williams S., Schmidt R., Disselhorst-Klug C., Rau G. An upper body model for the kinematical analysis of the joint chain of the human arm //J. Biomech. - 2006. - Vol. 39, N 13. - P. 2419-2429.Zancolli E.A. The trapeziometacarpal joint. The anatomy of the accessory tendons in early osteoarthritis //J. Hand Clin. - 2001. - Vol. 17, N 1. - P. 13-42.Zatsiorsky V.M., Selujanov V.N. The mass and inertia characteristics of main segments of human body / Eds. H. Matsui, K. Kobayashi. - Illinois, 1983. - P. 1152-1159.