Стабилометрическая платформа

Стабилометрическая платформа с биологической обратной связью по визуальному каналу

Стабилометри́ческая платфо́рма (стабилоплатфо́рма, стабило́граф) — прибор для анализа способности человека управлять позой тела и обеспечения биологической обратной связи по опорной реакции. Данный прибор представляет собой неподвижную (статичную) платформу, которая снабжена датчиками измерения вертикально прилагаемой к ней силы для определения центра давления, создаваемого располагающимся на платформе объектом. Применяется стабилоплатформа в целях диагностики, медицинской реабилитации или тренировки,➤ при этом использует сигналы, связанные с измерением силы тяжести➤ и, относится к электромеханическим и электронным измерительным приборам.

Назначение и применение

Стабилометрические платформы используются в объективной оценке состояний человека. Такая оценка основана на количественном измерении способности управлять позой тела в известных стабилометрических тестах[1], например в вариантах пробы Ромберга, а также в модифицированных и новых методиках с биоуправлением по опорной реакции, отличным от традиционной постурографии[2].

Прибор измеряет координаты центра давления человека на плоскость опоры[3]. Центр давления физически связан с изменением положения центра тяжести человека, перемещением веса на опоре — например, с одной ноги на другую при стоянии. Существуют стабилометрические платформы для положения обследуемого «сидя» или «лежа». Анализ перемещений центра давления позволяет получать объективную информацию об изменениях позы. Таким образом, данные о положении центра давления применяются:

1. для исследований состояний человека[4];
2. для биоуправления[5][6].

Применение в медицине:

• Для количественной оценки состояний — в оценке постурального (связанного с управлением позой) баланса методами стабилометрии (стабилографии)[7]. Стабилометрия (стабиллометрия, стабилография) входит в ряд стандартов медицинской помощи РФ под кодом A05.23.007 «Стабиллометрия». Например: Стандарт специализированной медицинской помощи при болезни Паркинсона, требующей стационарного лечения в связи с нестабильной реакцией на противопаркинсонические средства; Стандарт специализированной медицинской помощи детям при врождённых аномалиях нервной системы; Стандарт первичной медико-санитарной помощи при болезни Паркинсона и другие[8].
• В восстановительном лечении, реабилитации используется для организации биологической обратной связи по опорной реакции. В РФ согласно нормам (Приказ МЗ РФ № 1705 от 29.12.2012 Порядок организации медицинской реабилитации[9]), среди другого применяемого для реабилитации оборудования используется «стабилоплатформа с биологической обратной связью».

Применение в спорте:

• Для профессионального отбора и оценки квалификации[10], определения координационных способностей спортсменов[11][12] и другое[13].

Применение в психологии, психофизиологии:

• Для оценки телесных, позных реакций на эмоциональные и ситуативные стимулы[14][15][16], для оценки психологического состояния и других целей[17].

Принцип действия

Элемент датчика силы

Гравитация mg, сила N, тело массой m

Координаты точки

Принцип действия стабилометрического устройства основан на измерении вертикальных сил, прилагаемых к силоизмерительным датчикам и возникающих в результате размещения исследуемого объекта на опорной поверхности платформы, вычислении массы объекта и координат точки приложения равнодействующей силы, воздействующей со стороны объекта на опорную поверхность платформы общего центра давления. Платформа стабилометрического прибора опирается на несколько тензометрических датчиков, цифровой сигнал от которых поступает в компьютер, где специальная программа по данным измерения анализирует изменение координат центра давления за время исследования[18].

В отличие от многокомпонентных силовых платформ^[англ.], которые регистрируют направления и величину разнонаправленных сил (и могут использоваться для анализа походки, прыжков, положения центра давления), стабилометрические (однокомпонентные) платформы, как один из вариантов силовых платформ, измеряют изменения только вертикально направленной силы, то есть, определяют положение центра давления для анализа позы (равновесия, баланса тела)[19].

Современная стабилометрическая платформа, как правило, соединяется с компьютером через последовательный интерфейс передачи данных, который также служит источником питания. В устаревших вариантах приборов использовался отдельный силовой кабель для питания[20].

Программное обеспечение

Стабилограмма: график координат центра давления по оси OX

Стабилограмма: график координат центра давления по оси OY

Программное обеспечение для стабилометрических платформ имеет различные интерфейсы в зависимости от назначения, а также реализации производителями. Обычно отображаются расчётные показатели, связанные с движением центра давления и графики (стабилограмма, статокинезиограмма, др.). Как правило, интерфейсы программ построены по типичному для современного оборудования образцу[21], и включают картотеку, меню возможных тестов, настройки и другие компоненты пользовательского интерфейса. Программы, предназначенные для реабилитации, включают также специальные тренинги в режиме биологической обратной связи по опорной реакции в различных вариантах[22]. От функциональности программного обеспечения во многом зависят пользовательские характеристики и возможности оборудования.

Разрабатываются программные решения для дистанционного управления стабилометрическими устройствами[23] и их комплексного применения (одновременно, совместно с другими измерительными медицинскими приборами) для повышения эффективности использования[24].

Метрологические и технические характеристики

Стабилометрические платформы для обеспечения единства измерений проходят периодическую поверку. Для соблюдения заявляемых метрологических свойств контролю, как правило, подвергаются такие характеристики[25][26], как:

• максимальный и минимальный предел измерения массы (в кг);
• погрешность измерения массы тела (в кг);
• абсолютная погрешность определения координат общего центра давления (в мм);
• разрешающая способность измерений (в мм).

В целях адекватного быстродействия стабилоплатформы, требуемого при проведении тестов и тренингов, частота дискретизации сигнала при современном уровне развития элементной базы и программных средств, обеспечивается в диапазоне от 30 до 300 Гц[25]. В устаревших образцах дискретизация сигнала была меньше, что усложняло требования к проведению измерений, например, увеличение времени теста[27].

Московский консенсус по стабилометрии и биоуправлению по опорной реакции[28] указывает на следующие основные метрологические характеристики, рекомендованные для нормирования:

• диапазон измерений координат центра давления, в % от линейного размера опорной поверхности стабилоплатформы;
• абсолютная погрешность измерения координат центра давления в плоскости опоры, в миллиметрах;
• максимальный и минимальный пределы измерения массы тела, килограмм;
• погрешность измерения массы тела, килограмм.

Основные технические характеристики, рекомендованные для нормирования:

• частота опроса измерительных датчиков, Гц;
• рабочий температурный диапазон, °С;
• параметры источника питания.

История

Ю. С. Левик об истории применения стабилоплатформ

Анализ позы человека, системы равновесия[29] особенно актуализировался с развитием авиации и космонавтики, авиационной и космической медицины, что способствовало разработке новых приборов. Одним из первых разработчиков стабилометрических платформ часто считают В. С. Гурфинкеля[30], создавшего в СССР на рубеже 1960-х годов группу по изучению нейробиологии моторного контроля (ныне лаборатория № 9 в ИППИ РАН, возглавляемая Ю. С. Левиком[31]). Исследователи использовали в основном опытные устройства, собранные в лабораторных условиях. В СССР стабилографы разрабатывались во Всесоюзном научно-исследовательском институте медицинского приборостроения и других институтах[32], но не были внедрены в массовое производство и большого распространения не получили. К началу XXI века в Российской Федерации был организован первый промышленный выпуск стабилографов (стабилометрических платформ), большой вклад в который внёс С. С. Слива[33][34]. В настоящее время стабилоплатформы серийно производятся рядом российских компаний, а также импортируются для обеспечения потребностей здравоохранения и науки Российской Федерации. В других странах серийные стабилометрические платформы получили распространение в 1980-е годы, с основными центрами производства и применения во Франции, Италии, США и других[35].

Примечания

1. Иванова Г. Е., Скворцов Д. В., Климов Л. В. Оценка постуральной функции в клинической практике // Вестник восстановительной медицины. — 2014. — № 1. — С. 19—25.
2. Кубряк О. В., Гроховский С. С. Практическая стабилометрия. Статические двигательно-когнитивные тесты с биологической обратной связью по опорной реакции. — М.: Маска, 2012. — 88 с. — ISBN 978-5-91146-686-2. Архивировано 8 февраля 2015 года.
3. Скворцов Д. В. Стабилометрическое исследование. — М.: Маска, 2011. — С. 57. — 176 с. — ISBN 978-5-91146-505-6. Архивировано 2 апреля 2015 года.
4. Силина Е. В. и др., 2014.
5. Устинова К. И., Черникова Л. А., Иоффе М. Е., 2001.
6. Романова М. В. и др., 2014.
7. Кривошей И. В., Шинаев Н. Н., Скворцов Д. В., Таламбум Е. А., Акжигитов Р. Г. Постуральный баланс больных пограничными психическими расстройствами и его коррекция методами биологической обратной связи и ЛФК // Российский психиатрический журнал. — 2008. — № 1. — С. 59—66.
8. МЗ РФ. Стандарты специализированной медицинской помощи  (неопр.). Дата обращения: 29 ноября 2017. Архивировано из оригинала 19 февраля 2015 года.
9. МЗ РФ. Приказ Министерства здравоохранения РФ от 29 декабря 2012 г. № 1705н «О порядке организации медицинской реабилитации»  (неопр.). Приказ МЗ РФ № 1705 (29 декабря 2012). Дата обращения: 29 ноября 2017.
10. Paillard T. et al. Postural performance and strategy in the unipedal stance of soccer players at different levels of competition // J. Athl. Train.. — 2006. — Т. 41, № 2. — С. 172—176.
11. Овечкин А. М., Степанов А. Д., Черенков Д. Р., Шестаков М. П. Влияние координационных способностей на технико-тактическую подготовленность высококвалифицированных хоккеистов // Известия Южного федерального университета. Технические науки. — 2009. — Т. 9, № 98. — С. 203—206.
12. Волков А. Н., Михайлов М. А., Павлов Н. В. Исследование координационной структуры ударных действий боксёров методами стабилометрии // Вестник спортивной науки. — 2013. — № 3. — С. 55—58.
13. Приймаков А. А., Эйдер Е., Омельчук Е. В. Устойчивость равновесия в вертикальной стойке и управление произвольным движением у спортсменов-стрелков в процессе изготовки и стрельбы по мишени // Физическое воспитание студентов. — 2015. — № 1. — С. 36—42.
14. Сафонов В. К., Абабков В. А., Веревочкин С. В., Войт Т. С., Ураева Г. Е., Потемкина Е. А., Шаболтас А. В. Биологические и психологические детерминанты реагирования на ситуации социального стресса // Вестник Южно-Уральского государственного университета. — 2013. — Т. 6, № 3. — С. 82—89.
15. Zimmermann M, Toni I, de Lange FP. Body posture modulates action perception // J. Neurosci.. — 2013. — Т. 33, № 14. — С. 5930.
16. Кубряк О. В., Гроховский С. С. Изменения параметров вертикальной позы при демонстрации разных изображений // Физиология человека. — 2015. — Т. 41, № 2. — С. 60.
17. Масленникова Е. И. Инновационная методика оценки формирования и проявления психических образов в процессе образовательной и профессиональной деятельности // Инновации в образовании. — 2012. — № 4. — С. 79—86.
18. Sliva S. S. Domestic computer stabilography: Engineering standards, functional capabilities, and fields of application // Biomedical Engineering. — 2005. — Т. 39, № 1. — С. 31—34. Архивировано 12 июня 2018 года.
19. Dias et al. Validity of a new stabilometric force platform for postural balance evaluation // Revista Brasileira de Cineantropometria e Desempenho Humano. — 2011. — Т. 5, № 13. — С. 367—372. Архивировано 2 апреля 2015 года.
20. Terekhov Y. Stabilometry as a diagnostic tool in clinical medicine // Can. Med. Assoc. J.. — 1976. — Т. 115, № 7. — С. 631—633.
21. Феррейра О. Е. В. Этапы развития интерфейсов и интерактивности // Проблемы современной науки. — 2012. — № 5-2. — С. 223—228.
22. Zijlstra et al. Biofeedback for training balance and mobility tasks in older populations: a systematic review // J. Neuroeng. Rehabil.. — 2010. — Т. 7. — С. 58.
23. Гроховский С. С., Кубряк О. В., Филатов И. А. Архитектура сетевых медицинских систем для оценки функции равновесия (стабилометрия) и комплексной оценки состояния человека // Информационно-измерительные и управляющие системы. — 2011. — Т. 9, № 12. — С. 68—74.
24. Истомина Т. В., Филатов И. А., Сафронов А. И., Пучиньян Д. М., Кондрашкин А. В., Истомин В. В., Загребин Д. А., Карпицкая С. А. Многоканальный сетевой анализатор биопотенциалов для дистанционного управления реабилитацией больных с постуральным дефицитом // Медицинская техника. — 2014. — № 3. — С. 9—14.
25. Гроховский С.С., Кубряк О.В, 2014.
26. Scoppa F., Capra R., Gallamini M., Shiffer R. Clinical stabilometry standardization: basic definitions — acquisition interval — sampling frequency // Gait Posture. — 2013. — Т. 37, № 2. — С. 290—292. — doi:10.1016/j.gaitpost.2012.07.009. Архивировано 24 сентября 2015 года.
27. Gagey P. M., Bizzo G. La mesure en Posturologie (фр.) (4 января 2001). Дата обращения: 4 мая 2015. Архивировано 20 июня 2015 года.
28. Московский консенсус по применению стабилометрии и биоуправления по опорной реакции в практическом здравоохранении и исследованиях  (неопр.). НИИ нормальной физиологии имени П. К. Анохина (2017). Дата обращения: 26 ноября 2017. Архивировано 1 декабря 2017 года.
29. Гурфинкель В. С., Исаков П. К., Малкин В. Б., Попов В. И. Координация позы и движений у мужчин в условиях повышенной и пониженной гравитации // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. — 1959. — Т. 11, № 48. — С. 12—18. Архивировано 19 мая 2015 года.
30. Гурфинкель В. С., Коц Я. М., Шик М. Л. Регуляция позы человека. — М.: Наука, 1965. — 256 с. Архивировано 18 февраля 2015 года.
31. ИППИ РАН. Лаборатория № 9  (неопр.). Дата обращения: 8 мая 2015. Архивировано 18 мая 2015 года.
32. База патентов СССР  (неопр.). Дата обращения: 4 мая 2015. Архивировано 2 апреля 2015 года.
33. Sliva S. S. Domestic computer stabilography: Engineering standards, functional capabilities, and fields of application // Biomedical Engineering. — 2005. — Т. 39, № 1. — С. 31—34. Архивировано 12 июня 2018 года.
34. Слива С. С. Уровень развития и возможности отечественной компьютерной стабилографии // Известия Южного федерального университета. Технические науки. — 2002. — Т. 5, № 28. — С. 73—81.
35. Гаже П.-М., Вебер Б. Постурология. Регуляция и нарушения равновесия тела человека. — СПб.: СПбМАПО, 2008. — 214 с. — ISBN 978-5-98037-123-4.

Литература

• Винарская Е. Н., Фирсов Г. И. Современные проблемы изучения механизмов позной статики человека // Вестник научно-технического развития. — 2014. — Т. 8, № 84. — С. 3—14.
• Гроховский С. С., Кубряк О. В. Метрологическое обеспечение стабилометрических исследований // Медицинская техника. — 2014. — № 4. — С. 22—24.
• Гурфинкель В. С., Левик Ю. С. Система внутреннего представления и управление движениями // Вестник Российской академии наук. — 1995. — Т. 65, № 1. — С. 29—37.
• Романова М. В., Кубряк О. В., Исакова Е. В., Гроховский С. С., Котов С. В. Объективизация нарушений равновесия и устойчивости у пациентов с инсультом в раннем восстановительном периоде // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. — 2014. — Т. 8, № 2. — С. 12—15.
• Силина Е. В., Комаров А. Н., Шалыгин В. С., Ковражкина Е. А., Трофимова А. К., Бикташева Р. М., Школина Л. А., Никитина Е. А., Петухов Н. И., Степочкина Н. Д., Полушкин А. А., Кезина Л. П., Иванова Г. Е. БОС-стабилометрия для инвалидов-колясочников // Вестник восстановительной медицины. — 2014. — № 3. — С. 29—34.
• Устинова К. И., Черникова Л. А., Иоффе М. Е. Восстановление позных нарушений методом биоуправления по стабилограмме в клинике нервных болезней // Альманах клинической медицины. — 2001. — № 4. — С. 179—180.

Ссылки

• Московский консенсус по применению стабилометрии и биоуправления по опорной реакции в практическом здравоохранении и исследованиях