ИСТОРИЯ  РАЗВИТИЯ  И  СОВРЕМЕННОЕ  СОСТОЯНИЕ  ИССЛЕДОВАНИЙ  ПОХОДКИ  ЧЕЛОВЕКА

Воронцова  Ольга  Ивановна

канд.  полит.  наук,  руководитель  лаборатории  изучения  биомеханики  движений  человека,  Астраханский  государственный  университет,  РФ,  г.  Астрахань

E-mail:  ovorontsova  @aspu.ru

HISTORY  AND  CURRENT  SITUATION  OF  HUMAN  GAIT  ANALYSIS

Vorontsova  Olga

candidate  of  Political  Science,  Head  of  Biomechanical  laboratory  of  Astrakhan  State  University,  Russia  Astrakhan

АННОТАЦИЯ

В  статье  рассмотрены  основные  исторические  этапы  и  современные  аспекты  исследований  биомеханики  походки  человека.  Дано  описание  систем  захвата  движения  и  их  практическое  применение.

ABSTRACT

The  paper  deals  with  the  history  and  current  situation  in  biomechanics  research  of  human  gait.  An  introduction  in  the  motion  captures  system  using  and  its  practical  application  in  research.

Ключевые  слова:  походка;  биомеханика;  захват  движения.

Keywords:  gait;  biomechanical;  motion  capture.

Истоки  биомеханики  берут  свое  начало  в  трудах  трех  величайших  мыслителей  древности:  Аристотеля  (384—322  г.  до  н.  э.),  который  впервые  в  своих  работах  «Физика»  и  «О  небе»  ввел  термин  механика,  Архимеда  (287—212  до  н.  э.),  заложившего  основы  статики  и  гидродинамики  в  труде  «О  плавающих  телах»  и  Леонардо  да  Винчи  (1452—1519  н.  э.),  исследовавшего  строение  костно-мышечной  системы  человека.  Итальянский  натуралист  Д.  Борелли  в  работе  по  механике  движения  живых  организмов  «О  движении  животных»  выделил  биомеханику  в  самостоятельный  раздел  науки.  Первопроходцами  в  изучении  ходьбы  человека  были  немецкие  ученые  Э.  и  В.  Веберы,  К.  Браун  и  О.  Фишер.  Они  исследовали  биомеханику  передвижения  человека  с  разной  степенью  нагрузки.  Большой  вклад  в  развитие  этой  науки  внесли  французский  ученый  Э.  Марей  и  американские  ученые  У.О.  Фенн  и  Х.  Элфтмен.

В  России  становление  и  развитие  биомеханики  связано  с  работами  П.Ф.  Лесгафта  по  вопросам  теоретической  анатомии,  И.М.  Сеченова  по  биомеханической  характеристике  движений  человека,  Н.А.  Бернштейна,  детально  исследовавшего  ходьбу  человека  с  позиций  биомеханики,  ее  возрастную  эволюцию,  а  также  бег,  прыжки,  марш.  Мощным  толчком  в  развитии  биомеханических  исследований  явилось  появление  аппаратных  методов  регистрации  движений.  И.  Муибридж  и  Е.  Морен  в  начале  1900  г.  применили  метод  фото-  и  киносъёмки  для  регистрации  движений  (галоп  лошади),  не  уловимых  человеческим  зрением.  М.П.  Мюррей  [2,  c.  639]  стала  первой,  кто  занимался  изучением  оценки  кинематических  показателей  движения  сегментов  тела  в  процессе  походки.  Она  предложила  фиксировать  эти  данные  в  нескольких  плоскостях.  Ее  эксперименты  легли  в  основу  многих  учебников,  которые  сейчас  используются  в  лабораториях  по  всему  миру.  После  изучения  паттерна  нормальной  походки  М.П.  Мюррей  занялась  изучением  походки  лиц  с  нарушениями  опорно-двигательного  аппарата  и  нервной  системы.  В  частности,  впервые  предложила  использовать  эти  данные  для  оценки  разработки  и  дизайна  протезов.

Однако  стремительное  развитие  исследований  ходьбы  человека  началось  с  1970  года  в  связи  с  появлением  и  доступностью  средств  видеосъёмки.  С  этого  момента  начинается  изучение  взаимосвязи  нарушения  ходьбы  с  патологическими  состояниями  человека  Г.  Роус  [4,  c.  123]  обозначил  роль  изучения  потенциала  походки  для  лечения  различных  ее  нарушений.  Он  создал  первые  в  Великобритании  клинические  медицинские  службы  оценки  походки.  Г.  Роус  предложил  рассматривать  походку  с  междисциплинарной  точки  зрения:  хирургии,  физиотерапии  и  реабилитационной  техники.  На  основании  его  исследований  был  изобретен  ряд  уникальных  костылей  и  протезов.

Еще  одни  английский  ученый  Дж.  Пауль  [3,  c.  165]  получил  мировое  признание  после  защиты  диссертации  об  измерении  сил  тазобедренного  сустава  во  время  ходьбы.  Позднее  вместе  со  своими  аспирантами  Дж.    Пауль  разработал  систему  для  трехмерного  анализа  движений  Vicon.  Существенный  вклад  в  развитие  этого  направления  внесли  ученые  Д.  Винтер,  M.  Виттель.  Их  учебные  пособия  до  сих  пор  являются  классикой  при  изучении  походки  человека  [6,  c.  117].

Ведущие  медицинские  клиники  во  всем  мире  имеют  в  своем  штате  лаборатории  по  изучению  походки.  Они  используются  для  оценки  степени  нарушения  двигательной  функции  пациента,  планирования,  коррекции  и  оценки  эффективности  лечебных  и  реабилитационных  мероприятий.  В  основе  исследований  лежит  измерение  кинематики  и  кинетики  движений,  а  также  активности  мышц,  участвующих  в  них.

  Однако  обобщение  полученного  материала  стало  возможным  только  в  последние  десятилетия,  в  результате  появления  мощных  компьютерных  систем  для  обработки  первичной  информации  и  программного  обеспечения  для  ее  анализа.  Существует  несколько  компьютерных  систем,  позволяющих  проводить  анализ  походки  человека.  Ведущее  место  среди  них  занимает  компьютерно-измерительные  комплексы  захвата  движения  Vicon  (Великобритания),  Elit  (Италия)  и  др.  В  России  аналогом  таких  систем  является  комплекс  Биомеханика,  отечественной  фирмы  МБН.

Лидером  в  этой  области  является  английская  фирма  Vicon,  которая  выпускает  оборудование  и  специализированное  программное  обеспечение  для  маркерных  оптических  трехмерных  систем  захвата  движения.  Принцип  действия  системы  основан  на  сочетании  трехмерной  визуализации  с  методом  количественного  анализа  походки  и  электромиографией.

Технической  базой  для  работы  системы  являются  инфракрасные  камеры,  которые  позволяют  записывать  движения  со  скоростью  200  кадров  в  секунду.  Они  получают  информацию  от  специальных  светоотражающих  датчиков  —  маркеров,  которые  в  определенной  последовательности  закрепляются  на  коже  человека.  Стоит  сказать,  что  количество  и  месторасположения  этих  маркеров  играет  существенную  роль  в  проведении  самого  исследования.  Ученые  во  всем  мире  постоянно  разрабатывают  и  совершенствуют  скелетные  модели  расположения  маркеров.  К  примеру,  к  одной  из  самых  распространенных  можно  отнести  модель  KAD  (Knee  Alignment  Device).  Ее  применяют  преимущественно  лаборатории,  находящиеся  в  США.  Еще  одной  известной  моделью  является  Oxford  foot  model.  Она  была  разработана  учеными  из  Оксфордского  университета  и  базируется  на  применении  48  маркеров,  закрепленных  на  нижних  конечностях  человека  при  помощи  специальных  штекеров-увеличителей.  Эта  модель  предпочтительней,  когда  вы  работаете  с  детьми  дошкольного  возраста.  Различные  лаборатории  по  изучению  походки  выбирают  модели  на  свое  усмотрение  [5,  c.  137].  Программное  обеспечение  Vicon  BodyBuilder,  в  частности,  позволяет  самостоятельно  разработать  собственную  скелетную  модель  для  проведения  необходимых  исследований.

Следующими  немаловажными  устройствами,  необходимыми  для  работы  системы,  являются  силовые  стабилометрические  платформы,  которые  позволяют  ученым  получать  различные  кинетические  и  кинематические  данные.  При  проведении  исследования  после  размещения  маркеров  человека  просят  пройти  по  стабилоплатформе,  в  этот  момент  система  получает  и  фиксирует  количественные  данные.  Необходимо  сказать,  что  системы  Vicon  также  оснащаются  беспроводными  устройствами  для  поверхностной  электромиографии,  которые  позволяют  проанализировать  работу  основных  групп  мышц  в  процессе  двигательного  акта  [1,  c.  82].

Каких-либо  противопоказаний  для  проведения  эксперимента  нет,  единственное  условие  —  человек  должен  иметь  физическую  способность  передвигаться  самостоятельно,  хотя  бы  на  небольшие  расстояния.

Таким  образом,  система  захвата  движения  Vicon  может  применяться  в  медицинской  практике  как  средство  функциональной  диагностики;  средство  контроля  результатов  проведенного  лечения;  средство  функционально  обоснованного  управления  лечением  и  реабилитацией;  средство  контроля  качества  и  адекватности  протезирования;  способ  прямой  регистрации  имеющегося  функционального  результата.  В  настоящее  время  исследование  походки  как  средство  функциональной  диагностики  и  контроля  за  эффективностью  проведения  лечебных  мероприятий  находит  широкое  применение  в  ортопедии,  травматологии,  неврологии,  оториноларингологии  и  других  клинических  дисциплинах.

Список  литературы:

1.DeLisa  Joel  A.  Gait  analysis  in  the  science  of  rehabilitation.  Department  of  veteran  affairs,  1998.  —  114  p.

2.Murray  M.P.  Walking  patterns  of  normal  women.  Archives  of  Physical  Medicine  &  Rehabilitation.  —  №  51.  —  1970.  —  637—650  p.

3.Paul  J.  Force  actions  transmitted  by  joints  in  the  human  body.  Proc  Royal  Soc.  London  B,  1975.  —  163—172  p.

4.Rose  G.K.,  Butler  P.  and  Stallard  J.  Gait  —  principles,  biomechanics  and  assessment.  ORLAU  Publishing,  Oswestry,  1982.

5.Toro  B.,  Neste  C.  A  review  of  observation  gait  assessment  in  clinical  practice.  Physiotherapy  Theory  and  Practice,  —  2003.  —  №  19.  —  p.  137—149.

6.Whittel  M.  Gait  analysis  an  introduction.  Force  edition.  Elsevier  Ltd,  2007.  —  255  p.