INSTRUMENTAL ASSESSMENT OF CARPAL GRAB FUNCTION

Full Text

Возможности самообслуживания и трудовой деятельности тесно связаны с функциональным состоянием верхних конечностей. Поэтому реабилитация пациентов с данным видом патологии является важной медицинской и социальной задачей. Повреждения верхней конечности составляют 41,6% от всех травм опорно-двигательной системы человека [1]. Достаточно часто первичная инвалидность и утрата трудоспособности обусловлены травмами кисти, которые составляют 61,8% от травм В ПОМОЩЬ ПРАКТИЧЕСКОМУ РАБОТНИКУ руки и 25,4% от общего числа повреждений [1]. Активная роль кисти в деятельности человека определяет высокую частоту травм этого сегмента, сопровождающихся снижением силовых характеристик кистевого схвата [2]. Нарушения этой функции часто встречаются также при пороках развития верхней конечности, детском церебральном параличе, последствиях черепно-мозговой и спинальной травм, костно-мышечных заболеваниях, патологиях суставов, последствиях радикального лечения рака молочной железы и других заболеваниях. Своевременная и точная диагностика нарушений кистевого схвата и оценка степени его восстановления при оперативном и консервативном лечении, протезно-ортопедическом обеспечении играют важную роль в успешной трудовой и профессиональной ориентации пациента и его реабилитации. Одним из актуальных направлений решения этих задач является повышение достоверности оценки функции кисти за счет использования возможностей компьютерных технологий. Однако, как показал анализ научных источников, в медицинской практике используют с этой целью преимущественно методы, основанные на оценке усилия схвата кистевым динамометром и на определении способности к выполнению наиболее характерных для бытовой деятельности двигательных тестов, элементами которых являются захват и перемещение в пространстве предметов соответствующей формы и массы. В области хирургического лечения патологии кисти принято учитывать от трех до шести видов кисте- Схваты, для которых важна силе Наименование Норма, кг Схваты, для которых Вид схвата муж чины жен щины важна точность Цилиндрический а б в 40-70 15-40 — Шаровой — — Боковой а б в 7,0 4,7 Щипцовый а б в в 5,5 3,5 ч д Крючковой — — Межпальцевый а б в г д — — а б в Плоскостной é — — % Дисковый а б в — — б Г Рис. 1. Классификация схватов. -(§> Медико-социальная экспертиза и реабилитация, № 1, 2013 вых схватов [1, 3]. Так, например, Н. В. Губочкин и В. М. Шаповалов [1] выделяют 3 основных вида схвата: грубый (схватывающий), кончиками пальцев, боковой (ножничный). Е. В. Усольцева, К. И. Машкара [3] выделяют 6 видов схвата: крючковой, межпальцевой, плоскостной, щипцовый, цилиндрический, шаровой. В ортезировании и протезировании верхней конечности используются иные классификации, в которых более детально рассматриваются различные виды схватов — концевой, пальцевый, ладонный (открытый), кулачный (закрытый), полубоковой, боковой (наружный), боковой (внутренний), схват длинными пальцами, боковой схват длинными пальцами, схват первым пальцем [4]. Известна также классификация, в которой учитывается крючковой, цилиндрический, шаровой, плоскостной, щипцовый и оппозиционный схваты. Следует отметить, что для оценки функции верхней конечности в этой области, кроме способности выполнения схватов, могут учитываться также возможности выполнения некоторых других функциональных тестов, например нажатие на клавиши, кнопки и пр. Анализ различных видов схватов позволил нам разработать классификацию, в которой обобщены виды и разновидности схватов, наиболее используемых в процессе бытовой и трудовой деятельности (рис. 1). Классификация учитывает деление схватов на те, для выполнения которых важна точность, и те, для выполнения которых важна сила. Также в предложенной классификации учтены нормы [1] для некоторых видов схватов. Для инструментальной оценки силовых параметров верхней конечности при выполнении данных видов схвата была создана измерительно- информационная биотехническая система, структурная схема которой представлена на рис. 2. Учитывая необходимость оценки силовых характеристик схвата, съем биомедицинской информации осуществляется тензометрическими датчиками силы. Так как сигнал, получаемый с датчиков, слабый, в систему входят блок усиления и преобразования сигнала, а также система сбора данных для оцифровки и передачи данных на компьютер. Таким образом, система оценки силовых характеристик кистевого схвата включает в себя: систему датчиков силы, состоящую из датчиков для измерения силовых характеристик различных видов схватов; систему преобразования сигнала, которая служит для усиления и других преобразований сигнала и состоит из блока усиления, блока преобразования и блока коммутации; систему сбора данных, которая служит для оцифровки данных и их передачи в персональный компьютер и состоит из аналого-цифрового преобразователя, памяти и контроллера PCI-шины; персональный компьютер; устройство отображения информации (монитор); устройство ручного ввода — клавиатуру; внешнее устройство вывода информации — принтер. Методика оценки силовой функции кисти Обследование силовой функции кисти начинается со сбора анкетных и клинических данных о пациенте, которые регистрируются в электронных учетных формах в созданной для пациента записи в базе данных с именем, соответствующим идентификационным данным пациента, например фамилии. Оператор дает пациенту команду сжать бранши устройства с максимальной силой и удерживать их в течение 30 с, при этом пациента предупреждают, что при возникновении боли, неприятных ощущений следует отпустить бранши. Сначала проводится исследование цилиндрического схвата для каждой верхней конечности, затем щипцового схвата. При исследовании щипцового схвата пациенту ставится задача сжать бранши пальцами и удерживать максимальную силу 30 с. При всех обследованиях пациенту обеспечивается зрительный контроль текущей силы сжатия визуализацией на экране графика, соответствующего изменению во времени силы, прикладываемой им к Рис. 2. Структурная схема измерительно-информационной биотехнической системы оценки силовой функции кисти. ПК — персональный компьютер; УРВ — устройство ручного ввода; Д1, Д2, Д3, Д4 — датчики для измерения силовых характеристик различных видов схватов; СП — система преобразования сигнала; БУ — блок усиления; БП — блок преобразования; АЦП — аналого-цифровой преобразователь; ССД — система сбора данных; PCI K — контроллер шины PCI. (40) В ПОМОЩЬ ПРАКТИЧЕСКОМУ РАБОТНИКУ браншам, а также линии—уровня максимальной силы (устанавливается врачом), к достижению которой должен стремиться пациент. Это обеспечивает эффект биологической обратной связи, что позволяет расширить возможности системы и использовать ее для проведения реабилитационного тренинга. Для апробации системы оценки силовой функции кисти было проведено обследование контрольной группы людей в количестве 5 человек без клинических признаков патологии верхних конечностей и группы женщин с отеком верхней конечности вследствие радикального лечения рака молочной железы (РЛРМЖ) до и после реабилитации, состоящей из 17 женщин в возрасте от 35 до 70 лет. Анализ силовых параметров схвата в контрольной группе показал межконечностную асимметрию для ведущей верхней конечности (у правшей — правой, у левшей — левой) и контралатеральной конечности (рис. 3). Это касалось максимальной силы схвата, средней силы и импульса силы. Коэффициент асимметрии ka рассчитывался по следующей формуле : k = (P - P ) · 100/P , a 4 в к' в’ где Pb — параметр ведущей конечности; Рк — параметр контралатеральной конечности. В среднем коэффициент асимметрии ka по силе ведущей и контралатеральной конечности составляет 9% для данной группы пациентов. Анализ этих же силовых параметров в группе пациентов с отеком верхней конечности вследствие РЛРМЖ позволил сделать выводы о наличии функциональных нарушений верхней конечности со стороны мастэктомии во всех случаях наблюдения. Данные нарушения проявлялись в виде снижения силовых параметров схвата конечности со стороны патологии относительно здоровой конечности (рис. 4). Аналогичная ситуация наблюдалась и для щипцового схвата. Функция схвата характеризуется также способностью удержания нагрузки в течение определенного времени T. Поэтому для интегральной оценки снижения силовой функции целесообразно использовать импульс силы I: I= \2F(t) · dt, Ч где F — сила схвата; t1 и t2 — соответственно момент начала и конца экспозиции. Наблюдалось максимальное снижение данного параметра для конечности со стороны патологии в 3 раза (рис. 5, 6). При этом уменьшение I для этой стороны было связано как с более низкой максимальной силой схвата Fmax, так и с быстрым снижением ее уровня за время удержания. Коэффициент асимметрии ka рассчитывался по следующей формуле: k = (P - P ) · 100/P , a 4 з п' п’ где Pj — параметр здоровой конечности; Pп — параметр конечности со стороны патологии. У данной группы пациентов было выявлено снижение импульса силы схвата конечностью со сто- Fmax1 H 400 200- Максимальная сила F, H 300-, 200- 100 - H ■ с 900 -, 600- 300- 2 3 4 Пациенты I ........... I ............ I ............ I ............ I 1 2 3 4 5 Пациенты Средняя сила I ......... I ........ I ......... I 2 3 4 Пациенты Импульс силы Правая конечность Левая конечность Рис. 3. Параметры силовой функции верхней конечности в контрольной группе обследованных. роны патологии относительно здоровой конечности в среднем на 45%, при этом разброс от 1,4 до 98%. Такой большой разброс параметров объясняется выраженным различием состояния разных пациентов в отношении как стадии заболевания, так и полноты оказанных им реабилитационных мероприятий на момент обследования. Обращает на себя внимание и тот факт, что скорость v1 нарастания нагрузки в статическом тесте для конечности со стороны патологии значительно различалась по сравнению со здоровой стороной, что отражалось на переднем фронте графика F = f (t). Почти такие же изменения наблюдались и для скорости спада нагрузки V2. -(41) Медико-социальная экспертиза и реабилитация, № 1, 2013 Обследование данной группы пациентов до начала реабилитации и после ее окончания подтвердило эффективность реабилитационных мероприятий: лечебной физкультуры, массажа, физиотерапии и лекарственной терапии (рис. 7). Коэффициент реабилитационного эффекта для каждого параметра, рассчитывался по формуле: k = P - P P до /P после после 100, где Pдо — параметр конечности до реабилитации; P — параметр конечности после реабилитации. после У контрольной группы в среднем асимметрия по силе ведущей и контралатеральной конечности составила 9%. У пациентов группы с последствиями РЛРМЖ F, H 250 200 150 100 Рис. 4. Зависимость силы цилиндрического схвата от времени удержания нагрузки у пациентки с отеком верхней конечности вследствие РЛРМЖ: черный — здоровая конечность; серый — конечность со стороны патологии. I-IO31H-C і 20 п га 16 12 8- ЗК ПК I.......I.......I........I I.........I.........I.........I.........I........I........I........I.......I........I.......I.......I........I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Пациенты % к. а' 100-1 80- 60- 40- 20- 0 JL і _ж_ I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Пациенты Рис. 5. Импульс силы I цилиндрического схвата пациенток с отеком верхней конечности вследствие РЛРМЖ и коэффициент межконечностной асимметрии ka. ЗК — здоровая конечность; ПК — конечность со стороны патологии. В ПОМОЩЬ ПРАКТИЧЕСКОМУ РАБОТНИКУ 8 9 10 Пациенты ка во-, 70 60 50 40 30 20 10- JE і ж было выявлено снижение силы цилиндрического схвата конечностью со стороны патологии по сравнению со здоровой конечностью в среднем на 32%, а силы щипцового схвата на 30%. Апробация системы и метода оценки силовых характеристик кистевого схвата показала, что они уже сейчас могут использоваться в специализированных лечебных учреждениях и реабилитационных центрах для уточнения диагноза и определения эффективности медицинской реабилитации, прогнозирования восстановления функции кисти и оценки способности к трудовой деятельности широкого контингента пациентов при заболеваниях, связанных с нарушением функции верхней конечности.

About the authors

I. V. Khlyzova

Sankt Petersburg Electrotechnical University

Email: irka5531@yandex.ru

L. M. Smirnova

St. Petersburg Scientific and Practical Center of Medical and Social Expertise, Prosthetics and Rehabilitation. FMBA of Russia

O. E. Gaevskaya

St. Petersburg Scientific and Practical Center of Medical and Social Expertise, Prosthetics and Rehabilitation. FMBA of Russia

References

Supplementary files