Волгоградский государственный технический университет Калужский Сергей Игоревич Диссертация

Волгоградский государственный технический университет
На правах рукописи
Калужский Сергей Игоревич
УДК 681.5
ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС
ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ОРГАНИЧНОЙ СИСТЕМЫ
ПО ЕЕ ИЗОБРАЖЕНИЮ
Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка
информации
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: д. т. н., профессор
Дворянкин Александр Михайлович
Волгоград – 2005
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................4
ГЛАВА 1. ПОДХОДЫ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОСТОЯНИЯ
ОРГАНИЧНОЙ СИСТЕМЫ (НА ПРИМЕРЕ ДИАГНОСТИКИ
СОСТОЯНИЯ СТОПЫ) ........................................................................................9
1.1. Основные этапы диагностики состояния органичной системы .................. 9
1.2. Обзор методов диагностики состояния стопы ........................................... 15
1.2.1. Способы, основанные на регистрации давления................................. 15
1.2.2. Способы, основанные на измерении геометрических
характеристик стопы ................................................................................. 18
1.3. Постановка задачи исследования ............................................................... 25
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ДИАГНОСТИКИ ОРГАНИЧНОЙ СИСТЕМЫ ПО
ЕЕ ИЗОБРАЖЕНИЮ...........................................................................................27
2.1. Описание модели........................................................................................... 27
2.2. Использование модели для диагностики состояния стопы человека...... 32
2.2.1. Выбор способа первичного описания стопы ....................................... 32
2.2.2. Определение состояния стопы по выбранному способу .................... 43
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ
ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ СТОПЫ ........................................................53
3.1. Структура комплекса ................................................................................... 53
3.2. Компонент хранения информации об обследуемом. ................................ 56
3.3. Компонент получения информации о стопе .............................................. 58
3.4. Компонент обработки и распознавания изображения стопы ................... 61
3.4.1. Повышение контрастности изображения............................................. 61
3.4.2. Определение состояния стопы .............................................................. 63
3.4.3. Определение площади прилегающей поверхности стопы ................. 64
3.4.4. Определение высоты свода стопы ........................................................ 66
3
3.5. Компонент формирования индивидуального отчета ................................ 71
3.5.1 Правила для формирования выходного заключения по стопе. .......... 71
3.5.2. Формирование выходных заключений................................................. 77
3.5.3. Пример формирования выходного заключения. ................................. 80
3.6. Компонент формирования группового отчета........................................... 86
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРОГРАММНОИНФОРМАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ..........................................................89
4.1. Условия и необходимые затраты для внедрения программноинформационного комплекса........................................................... 89
4.2. Результаты экспериментальной проверки комплекса............................... 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................................................................94
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................95
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРИМЕР ФАЙЛА ОБСЛЕДОВАНИЯ. .........................105
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРИМЕР ШАБЛОНА ИНДИВИДУАЛЬНОГО
ОТЧЕТА ..............................................................................................................111
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПРИМЕР ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОТЧЕТА ................112
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ФРАГМЕНТ ГРУППОВОГО ОТЧЕТА ..........................117
4
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
темы.
В
различных
областях
человеческой
деятельности (технике, медицине, экономике и т.д.) актуальными задачами
являются
определение
состояния
системы,
ее
характеристик,
работоспособности. Такой системой может быть органичная система, в
частности, человеческий организм или его часть (медицинская диагностика),
техническая
система
(техническая
диагностика)
и
т.д.
При
этом
характеристики системы, которые определяют ее состояние, можно
получить различными способами. Однако часто при диагностике состояния
органичных систем информацию о системе можно получить только в виде ее
изображения. В этом случае по изображению необходимо получить
характеристики системы и только затем анализировать их для определения
состояния.
В настоящее время существует достаточно большое количество
подходов к распознаванию изображений и выделению характеристик
системы. Это системы оптического распознавания печатного и рукописного
текста, системы анализа сцен. В последнее время активно разрабатываются
программно-информационные
средства
для
поддержки
диагностики
состояния системы по ее изображению. Большой вклад в определение
состояния системы по ее изображению внесли О. И. Потатуркин
(дистанционная
диагностика
природных
и
технических
процессов),
В. Г. Бадалян, (автоматизированная диагностика по УЗИ), Л. C. Орбачевский
(диагностика по изображению конъюнктивы глаза), Г. Г. Потиханова
(диагностика состояния стопы по ее отпечатку) и др.
Однако существующие подходы, модели и методы, используемые для
определения состояния системы, заданной своим изображением, плохо
применимы для диагностики органичной системы, например, стопы
человека.
Существующие
диагностические
комплексы
не
могут
5
подстраиваться под специфику конкретной группы обследуемых, в
результате чего страдает качество диагностики. Поэтому актуальной задачей
является разработка моделей и методов и создание на их основе
программно-информационного
комплекса
для
диагностики
состояния
органичной системы, заданной своим изображением, который мог бы
обучаться в процессе работы для более точной и эффективной диагностики.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является
разработка модели и алгоритмов и реализация их в виде программноинформационного комплекса для диагностики состояния органичной
системы по ее изображению на примере определения состояния стопы
человека.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1. Провести анализ существующих подходов к распознаванию
образов и определению состояния системы, заданной своим
изображением.
2. Разработать
модель
отображения
системы
во
множество
характеристик и сопоставления найденных характеристик с
образами, определяющими состояние системы.
3. Разработать алгоритм уточнения образов состояния системы в
процессе обучения.
4. Реализовать
предложенные
программно-информационного
модели
и
алгоритмы
комплекса
для
в
виде
диагностики
состояния стопы человека и проверить его работоспособность и
эффективность при решении практических задач.
Методы
использовались
исследования.
методы
Для
системного
решения
анализа,
поставленных
теории
задач
моделирования,
искусственного интеллекта, применялись положения теории объектноориентированного
проектирования
программных
систем,
теории
6
проектирования реляционных баз данных и компьютерной лингвистики.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту, заключается в
следующем:
Предложена модель диагностики состояния органичной системы по ее
изображению,
позволяющая
повысить
точность
и
эффективность
диагностики:
1. Предложено первичное описание системы в виде матрицы точек
изображения.
2. Предложено множество характеристик системы и разработан
алгоритм отображения для их получения.
3. Предложено описание возможных состояний системы в виде
образов и разработан алгоритм отображения множества характеристик во
множество состояний.
4. Для уточнения настроечных параметров образов разработан
статистический алгоритм обучения.
5. На основании предложенной модели диагностики органичной
системы и алгоритмов разработан способ определения состояния стопы, на
который получен патент.
Практическая ценность работы.
1. На основе предложенной модели и алгоритмов диагностики
состояния органичной системы по ее изображению реализован программноинформационный комплекс для диагностики состояния стопы. Реализована
аппаратная часть комплекса, представляющая собой планшетный сканер,
помещенный в укрепленный корпус, способный выдержать вес человека.
Комплекс позволяет проводить массовые обследования состояния стопы
человека в школах, поликлиниках, военкоматах, в спортивной медицине и
отличается низкой стоимостью, малым временем обследования и высокой
достоверностью результатов.
7
2. Проведено обучение (настройка параметров для распознавания
образов) и экспериментальная проверка программно-информационного
комплекса. Сформированы основные шаблоны для вывода результатов
исследований
стопы
по
различным
параметрам,
рекомендаций
по
проведению лечебных мероприятий, гигиенических правил для соблюдения
режима рациональной нагрузки на стопу, проведения лечебной физкультуры
и массажа.
3. Программно-информационный
комплекс
зарегистрирован
в
Отраслевом фонде алгоритмов и программ.
Реализация результатов работы. Программно-информационный
комплекс применялся для обследования состояния стопы студентов
Волгоградского государственного медицинского университета (ВолГМУ) и
Волгоградской государственной академии физической культуры (ВГАФК).
Кроме того, были проведены массовые обследования состояния стопы
школьников различных школ города. Всего было обследовано более 2000
человек. Также комплекс использовался в клинической практике в
Областной клинической
больнице № 1 в детском ортопедическом
отделении.
Апробация работы. Основные положения и материалы диссертации
докладывались
на
Международных
научно-технических
и
научно-
практических конференциях «Информационные технологии в образовании,
технике и медицине» (Волгоград, 2004), Всероссийском конкурсе на лучшие
научные работы по естественным, техническим наукам (проекты в области
высоких технологий) и инновационным научно-образовательным проектам в
сфере приоритетных направлений науки и техники (Москва, 2004), VII-й,
VIII-й и IX-й Региональных конференциях молодых исследователей
Волгоградской области (Волгоград, 2002-2004). Работа была представлена
на выездной сессии Президиума РАМН (Волгоград, 2005).
8
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 97
наименований,
и
4
приложений.
Работа
содержит
117
страниц
машинописного текста, 35 рисунков, 9 таблиц.
Автор
выражает
глубокую
благодарность
д. м. н.,
профессору
Гаврикову К. В., к. м. н., врачу-ортопеду Перепелкину А. И. за оказанные
консультации по вопросам диагностики состояния стопы.
9
ГЛАВА 1. ПОДХОДЫ К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЧНОЙ
СИСТЕМЫ (НА ПРИМЕРЕ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ СТОПЫ)
1.1. Основные этапы диагностики состояния органичной системы
Способы диагностики состояния системы (без обратной связи),
основаны на одной общей схеме (рис. 1.1):
Этап 1.
Этап 2.
Этап 3.
Выбор принципа
получения
первичного описания
системы
Получение
характеристик
системы
Обработка
характеристик и
определение состояния
системы
Рис. 1.1. Основные этапы диагностики
Рассмотрим подробнее каждый этап диагностики:
На первом этапе диагностики выбирается способ первичного описания
системы. От этого зависит, насколько просто будет получить данные о
системе, насколько эти данные будут адекватны состоянию системы.
Фактически на первом этапе выбирается модель описания системы, которая
должна удовлетворять следующим требованиям:
Адекватность. Модель считается адекватной, если отражает заданные
свойства объекта с приемлемой точностью. Точность определяется как
степень совпадения значений выходных параметров модели и объекта.
Пусть ε j –
относительная погрешность модели по
j -му выходному
параметру:
εj =
~
yj − yj
yj
,
(1.1)
где ~y j - j -й выходной параметр, рассчитанный с помощью модели; y j – тот
же выходной параметр, имеющий место в моделируемом объекте.
10
Погрешность модели ε M по совокупности учитываемых выходных
параметров оценивается одной из норм вектора ε = (ε 1 , ε 2 ,..., ε m ) , например
ε M = max ε j или ε m =
j =1, m
m
∑ε
j =1
2
j
.
(1.2)
Точность модели различна в разных условиях функционирования
объекта. Эти условия характеризуются внешними параметрами. Если
задаться предельной допустимой погрешностью
ε пред , то можно в
пространстве внешних параметров выделить область, в которой выполняется
условие
ε M < ε пред
(1.3)
Эту область называют областью адекватности (ОА) модели. Возможно
введение индивидуальных предельных значений
ε пред j
для каждого
выходного параметра и определение ОА как области, в которой
одновременно выполняются все m условий вида ε j ≤ ε пред j .
Универсальность. При определении ОА необходимо выбрать
совокупность внешних параметров и совокупность выходных параметров
y j , отражающих учитываемые в модели свойства. Увеличение числа
учитываемых внешних факторов расширяет применимость модели, по
существенно удорожает работу по определению ОА. Выбор совокупности
выходных параметров также неоднозначен, однако для большинства
объектов число и перечень учитываемых свойств и соответствующих им
выходных параметров сравнительно невелики, достаточно стабильны и
составляют типовой набор выходных параметров.
Если адекватность характеризуется положением и размерами ОА, то
универсальность модели определяется числом и составом учитываемых в
модели внешних и выходных параметров.
Экономичность. Экономичность модели характеризуется затратами
вычислительных ресурсов для ее реализации, а именно затратами
11
машинного времени Тм и памяти П м . Общие затраты Тм и П м на выполнение
расчетов зависят как от особенностей выбранных моделей, так и от методов
решения. [85]
Применительно к диагностике состояния стопы можно выделить три
основных подхода к первичному описанию системы: получение информации
в виде карты распределения давления от участков стопы, в виде трехмерного
топографического рельефа и в виде изображения стопы. Эти подходы будут
рассмотрены ниже.
На втором этапе определяются характеристики системы в зависимости
от ее выбранного первичного описания. Применительно к диагностике
состояния стопы это может производиться прямыми или косвенными
измерениями. Так, если первичное описание стопы выбрано в виде карты
распределения давления от различных участков стопы, то характеристики
стопы можно найти, непосредственно сравнив значения давления в
определенных точках стопы. В случае если стопа задана своим изображением,
то
путем
использования
различных
алгоритмов
распознавания
по
изображению находятся характеристики стопы.
На
третьем
этапе
диагностики
производится
сопоставление
характеристик системы с образами, определяющими ее состояние. Для этого
может
применяться
распознавания
распознавание
образов
относятся
образов,
задачи
поскольку
построения
к
и
задачам
применения
формальных операций над числовыми или символьными отображениями
объектов реального или идеального мира, результаты решения которых
отражают отношения эквивалентности между этими объектами. Отношения
эквивалентности выражают принадлежность оцениваемых объектов к каким–
либо
классам,
рассматриваемым
как
самостоятельные
семантические
единицы.
При построении алгоритмов распознавания классы эквивалентности
могут
задаваться
исследователем,
который
пользуется
собственными
12
содержательными
представлениями
или
использует
внешнюю
дополнительную информацию о сходстве и различии объектов в контексте
решаемой задачи. Тогда говорят о "распознавании с учителем". В противном
случае, т.е. когда автоматизированная система решает задачу классификации
без
привлечения
автоматической
внешней
обучающей
классификации
или
информации,
"распознавании
говорят
без
об
учителя".
Большинство алгоритмов распознавания образов требует привлечения весьма
значительных вычислительных мощностей, которые могут быть обеспечены
только высокопроизводительной компьютерной техникой. [56]
Для реализации систем распознавания образов существуют три
основных
типа
лингвистическая
методологии:
эвристическая,
(синтаксическая).
Нередко
математическая
системы
и
распознавания
создаются на основе комбинации этих методов.
За основу эвристического подхода взяты интуиция и опыт человека; в
нем используются принципы перечисления членов класса и общности
свойств.
результата
Недостатком
эвристического
распознавания
от
подхода
выбранных
является
признаков
зависимость
объекта
и
необоснованность выбора этих признаков.
B основу математического подхода положены правила классификации,
которые
формулируются
и
выводятся
в
рамках
определенного
математического формализма с помощью принципов общности свойств и
кластеризации. Математические методы построения систем распознавания
можно разделить на два класса: детерминистские и статистические.
Детерминистский подход базируется на математическом аппарате, не
использующем в явном виде статистические свойства изучаемых классов
образов. Статистический подход основывается на математических правилах
классификации,
которые
формулируются
и
выводятся
в
терминах
математической статистики. Распознаванию изображения математическими
13
методами посвящены работы Ф. Ф. Дедуса, С. А. Махортых, Д. Ю.
Мехонцева, Я. А. Фурмана и др.
Если описание образов производится с помощью непроизводных
элементов (подобразов) и их отношений, то для построения автоматических
систем распознавания применяется лингвистический или синтаксический
подход с использованием принципа общности свойств. Такой подход
особенно полезен при работе с образами, которые либо не могут быть
описаны числовыми измерениями, либо столь сложны, что их локальные
признаки идентифицировать не удается и приходится обращаться к
глобальным свойствам объектов. [79]
Таким образом, видно, что для определения состояния органичной
системы, заданной своим изображением, наиболее перспективным является
статистический подход с использованием геометрического метода, поскольку
известно, какие характеристики необходимо получить из изображения
системы.
Для определения состояния системы использование методов knowledge
discovery in databases (KDD) может выделить узкую группу показателей, от
которых зависит интересующая исследователя характеристика, и представить
обнаруженную закономерность в аналитической форме.
Даже если
впоследствии выяснится, что обнаруженная закономерность не является
универсальной и характеризуется ограниченной областью использования,
безусловная ценность полученного нового знания заключается в выделении
группы наиболее чувствительных показателей, в привлечении внимания
исследователя к более детальному анализу именно этих показателей и
взаимозависимостей
между
ними,
в
предоставленной
возможности
сконцентрировать внимание на более узкой области исследований.
С практической же точки зрения не всегда так уж важно, является ли
установленная зависимость истинной, причинной, или только приближенной,
аппроксимирующей истинную зависимость а, возможно, отражающей
14
взаимосвязь только внешних проявлений некоторых глубинных причин.
Главное, чтобы можно было прогнозировать поведение какого-либо
параметра по имеющейся совокупности признаков, будь то дальнейшее
течение болезни отдельного пациента или экономическая эффективность
работы клиники. С этой точки зрения методы KDD, позволяющие выявлять
скрытые закономерности в большой совокупности данных, представляют
несомненный
интерес
как
для
выработки
практических
лечебных
рекомендаций так и для принятия организационно-управленческих решений
на уровне медицинского учреждения. [12]
Таким образом, основные подходы к диагностике состояния
органичной системы на примере определения состояния стопы можно
представить в виде схемы, изображенной на рис. 1.2.
Этап 1.
Этап 2.
Этап 3.
Выбор принципа
получения
первичного описания
системы
Получение
характеристик
системы
Обработка
характеристик и
определение состояния
системы
Карта распределения
давления от
различных участков
стопы
Трехмерный
топографический
рельеф
Изображение стопы
Прямые измерения
Алгоритмы
распознавания
образов
Косвенные
измерения (в т.ч.
распознавание
изображений)
KDD-алгоритмы
Рис. 1. 2. Основные этапы диагностики органичной системы на примере
определения состояния стопы.
15
1.2. Обзор методов диагностики состояния стопы
Как правило, описанные в литературе и в Интернете способы
диагностики состояния стопы и различные программно-информационные
комплексы представляются к вниманию широкой публики уже «в готовом
виде», то есть не расписывается, какую авторы выбрали модель описания
стопы, зато
широко
рекламируется,
каким образом получаются
и
обрабатываются данные и какое система выдает заключение. Поэтому
удобнее классифицировать способы и системы диагностики стопы по
способам получения и обработки данных.
1.2.1. Способы, основанные на регистрации давления.
В этих способах в качестве первичного описания стопы принята
модель, основанная на анализе распределения давлений от различных
участков стопы. Соответственно, входными параметрами модели будет
матрица, каждый элемент которой представляет собой давление в
определенной области.[47] Выходными параметрами модели является
вектор давлений в ключевых точках стопы, на основе которого при помощи
правил формируется диагностическое заключение.
Для измерения распределения давления используют различные по
принципу действия тензометрические датчики, встроенные в стельки или
вкладываемые в обувь. Кроме того, регистрацию опорных взаимодействий
проводят с помощью специальных тензодинамометрических платформ.
Типичный представитель этого вида приборов представляет собой сборную
металлическую плиту, в углах которой расположены трехкомпонентные
датчики. Сигналы от датчиков поступают в электронный блок, где
подвергаются дальнейшей обработке, усилению, суммированию и др.
16
Конечный
выход
содержит
аналоговые
каналы
для
измерения
в
соответствующем масштабе величины каждой составляющей и координаты
вектора приложения силы. Дальнейшая обработка осуществляется на
компьютере.
Так в США используется комплекс, где применяются специальные
сенсорные датчики, вставляемые в обувь (рис. 1.3) [4]. В течение суток
производится анализ изменяющегося давления на подошвенной поверхности
стопы (рис.1.4)
Рис. 1.3.
Рис. 1.4.
В настоящее время в медицинской практике для определения
эффективности
процесса
физической
реабилитации
используют
разнообразные тензостельки фирмы BTS, опорные взаимодействия с
которых регистрируются при помощи персональных компьютеров.
17
Рис. 1.5. Исследовательский комплекс фирмы “F-SCAN”
по созданию тензостелек
Аналогичные тензостельки и программный комплекс предложила
фирма “F-SCAN” [47] (рис. 1.5.).
Германская фирма PINDURE разработала платформу, позволяющую
получать отпечаток стопы по давлению, оказываемому ею на опорную
поверхность, посредством малогабаритных датчиков давления. Такой способ
позволяет получать отпечаток только нагружаемой части и не дает
возможности сравнить его со всей площадью стопы.
Рис. 1.6.
18
Аналогичная система под названием "ДиаСлед" разработана и в
России (рис. 1.6). Она позволяет измерять распределение давления
различных участков стопы стоя и при ходьбе [61].
Недостатками этих способов диагностики состояния стопы является
необходимость восстановления рельефа стопы по карте распределения
давления, соответственно, чтобы повысить точность диагностики, надо
повышать разрешающую способность тензометрических матриц, что
приводит к значительному удорожанию систем. Кроме того, в модели,
основанной на распределении давлений, невозможно получить данные о
состоянии стопы в вертикальной плоскости.
В рассмотренных комплексах отсутствует компонент обучения –
параметры определения состояния стопы заданы жестко разработчиками.
1.2.2.
Способы,
основанные
на
измерении
геометрических
характеристик стопы
В этих способах в качестве модели описания стопы взята модель,
основанная
на
измерении
геометрических
характеристик
стопы
в
вертикальной или горизонтальной плоскости. Свое развитие данные
способы берут еще от классических методов подометрии (ручное измерение
длины свода стопы и высоты свода стопы) и плантографии (измерение
геометрических характеристик отпечатка стопы) [59]. В качестве входных
параметров модели выступают либо изображения стопы (если модель
подразумевает распознавание снимков), либо измеренные каким-либо
образом геометрические характеристики стопы. В качестве выходных
параметров модели выступают значения длин и углов значимых участков
стопы,
по
которым
при
диагностическое заключение.
помощи
набора
правил
формируется
19
В Новосибирском HИИТО в 1994 году был разработан метод
компьютерной оптической топографии на основе проекции полос и
пространственного детектирования фазы (Cарнадский В. Н., 1996) для
решения проблемы диагностики деформации позвоночника. Накопленный в
этом направлении опыт использования метода топографии рельефа тела
человека, позволил поставить задачу и по оценке рельефа подошвенной
поверхности стопы. Для ее реализации создан экспериментальный макет
установки, обеспечивающей съемку подошвенной поверхности стопы,
помещенной на опорную стеклянную пластину. Через эту пластину
посредством зеркала, расположенного под ней под углом 45o производится
проецирование системы полос и съемка подошвенной поверхности стопы
ТВ камерой. Это позволяет проводить обследование стоп, как просто
помещенных на пластину в положении пациента сидя, так и при нагрузке
собственным весом в положении пациента стоя при опоре на обе или одну
нижние
конечности.
Таким
образом,
предложенная
методика
дает
возможность исследовать амортизирующую функцию стопы. [72]
Пример обследование стопы методом компьютерной оптической
топографии приведен на рис. 1.7 и 1.8. На рис.1.7 показана стопа под
нагрузкой собственным весом со спроецированной на нее системой полос.
Опорная поверхность стопы, находящаяся в непосредственном контакте со
стеклянной пластиной, имеет на этом рисунке характерный более яркий фон.
На изображении хорошо контурируется область подсводного пространства,
геометрические размеры которой особенно по третьей координате,
перпендикулярной
поверхности
пластины,
несут
большой
объем
информации для оценки функции стопы и, в отличие от плантографии, они
могут быть количественно определены топографическим методом. На
рис. 1.8 показана восстановленная по модулю 2π фаза спроецированных
полос,
несущая
детальную
информацию
о
рельефе
подошвенной
поверхности стопы и позволяющая в каждой точке зафиксированного
20
изображения рис.1.8 восстановить удаленность этой точки от рабочей
поверхности опорной пластины, т.е. высоту рельефа стопы под нагрузкой и
без нее.
Образец записи
Рис. 1.7.
Рис. 1.8.
За границей, а также в России для количественного биомеханического
анализа стопы используется видео - комплекс в составе: цифровая
видеокамера JVCGR-DVL45 сопряженная с персональным компьютером
(ПК); функциональное программное обеспечение (ФПО); принтер EPSON
Stylus
Для
800.
ввода
изображения
также
можно
использовать
видеомагнитофон или сканер. Видеосъемка осуществляется с учетом
основных
биомеханические
требований:
в
местах
расположения
анатомических точек стопы прикрепляют контрастные маркеры; в плоскости
объекта съемки размещают масштабный предмет или линейку разделенную
на
двухсантиметровые
цветные
участки;
цифровая
видео
камера
располагается на штативе неподвижно, на расстоянии 2 - 3 метров до
объекта съемки; оптическая ось объектива видеокамеры ориентируется
перпендикулярно плоскости объекта съемки (функция трансфокации
стандартная), на видео камере выбирается режим моментального снимка.
(SNAPSHOT).
Считывание
координат
анатомических
точек
стопы
21
осуществляется в режиме SNAPSHOT или со стоп - кадра видеофильма
воспроизводимого
на
видеомониторе.
Автоматизированная
обработка
цифровых снимков стопы проводится с помощью программы Bigfoot.
Данная программа может работать в операционной среде MS Windows
95/98/ME, а также Windows NT/2000. Bigfoot позволяет выделять данные,
необходимые для анализа характеристик стопы, проводить оцифровку,
сохранять эти данные в постоянной памяти компьютера для последующего
использования, проводить необходимые расчеты, формировать выходные
документы
с
автоматизирована,
результатами
стандартные
анализа.
сведения
Большая
об
часть
испытуемом
процесса
вводятся
непосредственно оператором ЭВМ. В качестве параметров оцифровки
программа Bigfoot использует координаты 11 антропометрических точек в
сагиттальной плоскости стопы [48] (рис.1.9).
Рис. 1.9.
В России используется компьютерная (программная) расшифровка
патологий стоп с использованием цифрового фотовидеоплантоскопа
(рис. 1.10). Программа предлагается в нескольких вариантах в зависимости
от количества используемых позиций и расчетных точек. [52]
22
Рис. 1.10.
В Крымском республиканском центре реабилитации зрения для
массовых обследований детей был разработан и предложен опытный
образец компьютерного плантографа. Состав изделия включает собственно
плантограф и компьютер для считывания информации.
Диагностическая программа позволяет получить из изображения
стопы ее характеристики, однако не использует всех возможностей
обработки изображения. Кроме того, отсутствует система анализа площадей
опоры переднего, среднего и заднего отдела стопы.
Для исследования стоп и обработки получаемой информации фирма
“Mikromak”
предложила
видеокомпьютерный
комплекс
(рис.
Комплекс предназначен для оценки стопы в боковой проекции. [47, 5]
1.11).
23
Рис. 1.11.
В мае 2002 года компания "Антилопа" впервые представила
программу ортопедической помощи для детей. В г. Москва в магазине на
Кантемировской 58, где расположена фабрика по производству обуви,
функционирует кабинет экспресс-диагностики плоскостопия на основе
компьютерной плантограммы (отпечатки стоп) и рекомендаций опытного
врача-ортопеда (рис. 1.12). [77]
Рис. 1.12.
24
Способы, основанные на регистрации геометрических параметров
стопы,
имеют
ряд
преимуществ:
безвредность,
высокая
скорость
обследования, относительная простота диагностической установки. Вместе с
тем, многие системы не реализуют полностью все возможности обработки и
распознавания изображений стопы, а ограничиваются лишь измерением
расстояний и углов между задаваемых оператором опорных точек. Это не
позволяет оценить характер изменений, происходящих в различных отделах
стопы.
Таблица 1. Сравнение существующих подходов к диагностике стопы
Показатели
Принцип работы
Подходы
Распределение
давления
Топография
Фотоплантография
Анализ карты
распределения
давления от
различных участков
стопы
Анализ трехмерных
снимков,
полученных
методом
компьютерной
оптической
топографии
Видеорегистрация
стопы на
фотоплантографе
Трудоемкость
Автоматизиро Настройка
Стоимость Прямые
ванная
параметров
комплекса измерения постановка описания
диагноза
образов
Высокая
Высокая
Да
Да
Нет
Высокая
Высокая
Нет
Да
Нет
Низкая
Средняя
Нет
Да
Нет
В таблице 1 приведено сравнение программно-информационных
комплексов, реализующих основные подходы к диагностике состояния стопы.
Существующие комплексы обладают высокой стоимостью и не обеспечивают
подстройку параметров определения состояния системы для конкретной
выборки данных. Поэтому актуальной задачей является разработка моделей и
алгоритмов, которые позволяли бы обучаться в процессе работы и таким
образом проводить эффективную диагностику органичной системы.
25
1.3. Постановка задачи исследования
Для диагностики состояния органичной системы, в частности стопы
человека,
используются
различные
программно-информационные
комплексы, которые позволяют автоматизировать процедуру получения и
обработки
данных,
выдачи
окончательного
заключения.
Однако
существующие комплексы и используемые в них модели и алгоритмы
обладают рядом недостатков:
• требуется
предварительная
ручная
разметка
стопы
перед
обследованием, например, расстановка специальных маркеров;
• автоматизируются не все операции обработки данных о стопе,
зачастую оператор должен в интерактивном режиме производить
обработку данных;
• используются не все возможности выбранной модели, фактически
аппаратная часть комплекса выдает избыточные данные о стопе,
которые
затем
отбрасываются
при
формировании
выходного
заключения;
• способ представления данных в автоматизированных комплексах не
соответствует способу представления данных в предметной области;
• автоматизированные системы не «подсказывают», какие данные
необходимы для формирования заключений
• существующие
модели
и
алгоритмы
диагностики
не
могут
подстраиваться под конкретную выборку обследований с целью более
точной и эффективной диагностики.
В соответствии с выявленными достоинствами и недостатками
известных решений в области диагностики состояния органичной системы
на примере стопы сформулированы цель и задачи настоящей работы.
26
Целью диссертационной работы является разработка модели и
алгоритмов
и
комплекса для
реализация
их
диагностики
в
виде
программно-информационного
состояния органичной
системы
по
ее
изображению на примере определения состояния стопы человека.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
1. Провести анализ существующих подходов к распознаванию
образов и определению состояния системы, заданной своим
изображением.
2. Разработать
модель
отображения
системы
во
множество
характеристик и сопоставления найденных характеристик с
образами, определяющими состояние системы.
3. Разработать алгоритм уточнения образов состояния системы в
процессе обучения.
4. Реализовать
предложенные
программно-информационного
модели
и
комплекса
алгоритмы
для
в
виде
диагностики
состояния стопы человека и проверить его работоспособность и
эффективность при решении практических задач.
27
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ ДИАГНОСТИКИ ОРГАНИЧНОЙ СИСТЕМЫ ПО ЕЕ
ИЗОБРАЖЕНИЮ
2.1. Описание модели
Основная задача диагностики – по информации, получаемой от
системы, определить ее состояние.
Пусть имеется множество первичных описаний системы Г , а сама
система имеет множество состояний O . Тогда задача диагностики состоит в
том, чтобы для каждого первичного описания системы γ ∈ Г сопоставить
o ∈ O . Для этого необходимо построить
соответствующее состояние
отображение, переводящие множество первичных описаний системы во
множество ее состояний
G : Г → O.
(2.1)
Разобьем задачу диагностики на две подзадачи:
1. По первичному описанию системы найти ее характеристики;
2. По характеристикам системы найти ее состояние.
Тогда отображение G будем строить в виде последовательности отображений
F и S : F : Г → X и S : X → 0 , где X – множество характеристик системы,
F – отображение, которое из первичного описания системы получает
множество ее характеристик, S – отображение, которое по характеристикам
системы находит ее состояние.
Таким образом, модель диагностики
состояния системы представляем в виде кортежа
M =< Г , X , O, F , S >
Первичное описание системы
(2.2)
γ представляется в виде плоского изображения
в оттенках серого цвета и кодируется в виде матрицы точек изображения:
γ = γ ij
i =1, y max
j =1, x max
,
0 ≤ γ ij < Emax
(2.3)
где 0 – черный цвет, Emax – максимальная освещенность точки, i и j – y и
x координаты точки соответственно.
28
Проанализировав различные методики, принятые в медицинской
диагностике, можно сделать вывод, что многие из них основываются на
предположении, что определяемые характеристики биологической системы
функционально независимы друг от друга. Например, в случае обследования
состояния стопы независимо находятся характеристики передней, средней и
задней частей стопы. Следовательно, для упрощения модели диагностики
можно выбрать характеристики системы x1 , x2 ,..., xn таким образом, что они
функционально независимы друг от друга: x ∈ X , x = {x1 , x2 ,..., xn } , n - число
характеристик. Тогда множество состояний системы можно представить в
виде простого произведения:
o = o1 × o2 × ... × on ( o ∈ O )
(2.4)
где oi ( i = 1,2,..., n ) – состояние системы по i -й характеристике.
По каждой характеристике система может иметь множество состояний.
Например, в случае стопы, может быть различная степень плоскостопия по
разным отделам стопы. Таким образом,
o1 = { y11 , y12 ,..., y1m1 }
o 2 = { y 12 , y 22 ,..., y 2m2 }
...
(2.5)
o n = { y 1n , y n2 ,..., y nmn }
где yij ( i = 1,2,..., n , j = 1,2,..., m ) - j -е значение образа состояния системы oi ,
mi - число возможных состояний системы по i -й ее характеристике. Общее
количество образов r = m1 × m2 × ... × mn .
Отображение F представляем в виде покоординатных отображений
F1 , F2 ,..., Fn :
F1 : γ → x1
F2 : γ → x2
...
Fn : γ → x n
(2.6)
29
где Fi ( i = 1,2,..., n ) реализуется алгоритмом вычисления характеристики xi
Отображение S представляем в виде покоординатных отображений
S1 , S 2 ,..., S n :
S1 : x1 :→ o1
S 2 : x 2 → o2
...
S n : xn → on
, Si ( xi ) = yi , i = 1,2,..., n
(2.7)
где Si - правило (алгоритм), по которому i -й характеристике сопоставляется
одно из значений образа oi .
Эти отображения находятся следующим способом: область значений
характеристики xi разбивается на интервалы, как показано на рис. 2.1. Образ
состояния системы представляется в виде
yij =< aij −1 , aij , ει >
0
i
1
i
a
2
i
a
yi1
3
i
a
yi2
a
…
yi3
(2.8)
mi +1
i
a
xi
yimi
Рис. 2.1. Интервалы разбиения характеристики xi .
где [aii −1 , aij ] – интервал значений характеристики xi , ε - точность задания
интервала.
Правило
Si
описывается следующим образом: полагаем, что
характеристика xi принадлежит образу yij , если выполняется соотношение:
aij −1 + ε i ≤ xi ≤ aij − ε i
Если
aij − ε i < xi < aij + ε i
Величины aij −1 , aij , ε
то считается что xi
(9)
не распознано.
являются настраиваемыми параметрами образа и
уточняются в процессе обучения.
Обучающую выборку Z j ( j = 1,2,..., k ) представим в виде
30
Z j =< γ j , X j , I j >
(2.10)
где k – объем обучающей выборки, I j = {i1j , i2j ,..., jnj }
- оценка учителя –
образы состояния системы по j-й ее характеристике.
При диагностике состояния органичных систем, например организма
человека, надо учитывать, что характеристики системы зависят от множества
плохо поддающихся учету и формализации факторов внешней и социальной
среды. Поэтому в медицинской практике часто используется предположение,
что при измерении характеристик человеческого организма получается
выборка, данные которой распределены по нормальному закону. Исходя из
этой гипотезы, в работе предлагается следующий статистический алгоритм
обучения:
1. Выполняется разбиение Z на m групп по значениям y. k y - число
примеров, где имеется одинаковая оценка y .
2. По
каждой i-й
характеристике и
для каждой
j
группы
( j = 1,2,..., k y j ) вычисляется среднее значение характеристики xi :
1
ai =
k yi
j
где
a il
k yi
∑ ail ,
(2.11)
l =1
- значение характеристики
xi , полученное в
l -м примере
(l = 1,2,..., k y i ) .
3. Вычисляется среднеквадратичное отклонение:
k
yi
1
σi =
(ail − ai j ) 2
∑
k y i − 1 l =1
j
(2.12)
4. Вычисляются значения границы интервала ail :
r
ai j = α i j + 3σ i j ;
s
ai j = α i j − 3σ i j ,
(2.13)
31
s
r
где ai j и ai j - рассчитанные значения ail слева и справа от границы интервала;
r
s
α ij + α ij
j
ai =
(2.14)
2
5. Вычисляется точность задания границы интервала ει :
s
r
α ij − α ij
1 m l
j
εi =
;
ει = ∑ ει
2
m l =1
Таким
образом,
разработанная
модель
диагностики
(2.15)
состояния
органичной системы по ее изображению позволяет решить следующие
задачи:
1. По изображению системы найти ее характеристики при помощи
отображения F ;
2. При
помощи
набора
правил
S
сопоставить
найденным
характеристикам образы, описывающие состояние системы;
3. При помощи статистического алгоритма обучения уточнить параметры
образов
состояния
диагностики.
системы
для
обеспечения
более
точной
32
2.2. Использование модели для диагностики состояния стопы человека
2.2.1. Выбор способа первичного описания стопы
Для использования описанной в разделе 2.1. модели диагностики
состояния органичной системы по ее изображению необходимо выбрать
способ первичного описания стопы, который бы удовлетворял следующим
требованиям:
• Относительная простота получения данных о стопе. Аппаратная часть
комплекса должна быть относительно дешевой и обеспечивать
возможность проведения массовых обследований;
• Возможность получения множества данных о стопе. Система должна
проводить всестороннее обследование стопы, и чем больше данных
при этом удастся получить, тем лучше;
• Минимум
ручных
операций
при
подготовке
и
проведении
обследования, а также при обработке полученных данных.
Проанализировав предлагаемые в литературе способы диагностики
стопы [15, 31, 32, 33, 36, 47, 58, 59, 60, 51], видим, что наиболее
привлекательным способом регистрации геометрических параметров стопы
оптическим методом является плантография. Она позволяет минимальными
затратами получить максимальное количество данных о стопе.
В литературе описано несколько вариантов диагностики стопы по
плантограмме. Выберем из этих способов такой, чтобы позволял получить
данные о плоскостопии сразу по всем отделам стопы. Опишем методы
согласно [47]
Для диагностики стопы по методу Балакирева рисуют две касательные
линии a, b к внешнему и внутреннему краю стопы. Касательные линии
пересекаются вне пятки, образуя угол. Биссектриса угла, образованного
33
прямыми а и b, пересекает контур пятки в точке А (центр отягощения
стопы). Крайние точки головок I и V плюсневых костей соединяет
поперечно-внутренняя линия ZW. Разделив ее на 6 равных частей,
определяют проекции центров головок пяти плюсневых костей. От точки А
проводят через головку II плюсневой кости линию АО (измерение основания
подошвы).
Рис. 2.2. Диагностика стопы по Балакиреву.
На одной трети линии АО от точки А находят точку N. Линия CN,
проходящая перпендикулярно к линии АО, характеризует длину заднего
поперечника части отпечатка стопы на уровне Шопарова сустава.
Изменения в соединениях суставов стопы влекут за собой увеличение
или уменьшение отношений длин окрашенной и неокрашенной частей
отпечатка стопы. Эти изменения Балакирев относит к
количественным
показателям, характеризующим рессорные свойства стопы, и определяет их
как соотношение поперечно окрашенной части Шопарова сустава (CN) и
максимальной длины неокрашенной части (EF). Таким образом, вычисляется
индекс B = CN/EF,
деформации стопы.
величина которого может охарактеризовать состояние
34
Для детального определения величины индекса деформации Балакирев
предлагает проводит направляющую линию АВ от точки отягощения стопы
через центр Шопарова сустава к ее основанию.
На основании этого он предложил классифицировать стопы, как:
• нормальные — направляющая линия проходит между головками IV и
V кости плюсны;
• супинированные — направляющая линия выходит наружу головки V
кости плюсны;
• пронированные — направляющая линия падает на поверхность I—III
костей плюсны.
При оценке стопы человека индекс Балакирева имеет следующие значения:
• индекс возрастает до бесконечности от 1,0 — стопа плоская;
• индекс уменьшается от 1,0 до 0,0 — стопа изогнутая;
• индекс величины равняется 1,0 — стопа нормальная.
Для диагностики стопы по Штритеру к наиболее выступающим точкам
медиального края отпечатка стопы проводится касательная линия (АБ), из
середины которой (точка В) восстанавливается перпендикуляр, пересекающий медиальный край отпечатка в точке Г, а латеральный — в точке Д.
Для оценки продольного свода стопы используют формулу
I=
ГД
⋅ 100%
ВД
(2.16)
где I - индекс Штритера, ГД и ВД – длины отрезков.
При нормальной форме стопы это соотношение составляет от 43 до
50 %. Стопы, дающие на отпечатке более 60,1 % касания с полом, считаются
плоскими, 50,1 — 6 % — начинающееся плоскостопие.
35
Рис. 2.3. Определение степени плоскостопия по Штритеру
Для диагностики стопы при помощи индекса "К" (Штритера-Годунова)
определяют отношение длины отрезка, идущего в центр соединения
продольной дуги через затененную часть следа к длине отрезка,
находящегося на затененной и незатененной части плантоконтурограммы
(рис 2.4).
K=
B−C
A−C
(2.17)
где В — С — затененная часть А — С — затененная и незатененная
часть.
Классификация стоп, согласно индексу
"К", для взрослых:
• изогнутая стопа 0,00—0,25;
• нормальная стопа 0,26—0,45;
• пониженная стопа Г 0,46—0,49;
• пониженная стопа II" 0,50—0,75;
• плоская стопа 0,76—1,00.
Рис. 2.4.
36
Для диагностики стопы при помощи индекса Чижина вычисляется
соотношение частей перпендикуляра, расположенных в светлой и темной
части отпечатка.
Рис. 2.5.
Для этого на отпечатке проводят следующие линии: касательная АВ к
наиболее выступающим точкам медиального края стопы. Линия CD —
прямая, проходящая через основание 2-го пальца и крайнюю заднюю точку
пятки. Через середину отрезка CD восстанавливают перпендикуляр к
касательной АВ, который пересекает ее в точке "f".
Перпендикуляр пересекает также отпечаток стопы в точке "b"
(по
медиальному краю стопы) и в точке "G" (по ее латеральному краю).
Индекс рассчитывают по формуле:
(2.18)
Если индекс колеблется от 0 до 1, то сводчатость стопы оценивается как
нормальная; если индекс от 1,1 до 2 — уплощенная стопа; если более 2 —
имеется плоскостопие.
37
Для диагностики стопы при помощи индекса Вейфслога вычисляют
соотношение
W =
S
P
(2.19)
где S — длина стопы, Р — ширина стопы.
Отношение длины стопы к ее ширине должно составлять 3:1, т.е. правильной считают такую стопу, которая, например, при длине 30 см (S) имеет
10 см ширины (Р) — тогда 30 : 10 = 3.
Наиболее часто индекс "W" бывает в пределах между 2 и 3. Значения,
ближе к "2", например 2,10, свидетельствуют о поперечном плоскостопии, в
свою очередь значения, ближе к "3", например 2,97, доказывают идеальное
поперечное соединение стопы.
Также состояние стопы можно диагностировать при помощи измерения
углов:
Пяточный угол (угол у). Его определяют две касательные линии к внут-
реннему и внешнему краю стопы. Касательные линии пересекаются вне
пятки, образуя угол (рис. 2.6., а). Норма для пяточного угла, согласно
данным Вейсфлога (1956), составляет 15—18°.
Угол кривизны большого пальца. Он находится между касательной к ме-
диальному краю стопы и касательной, проведенной из точки в наиболее
широком участке латерального края плюсны и к медиальному краю большого пальца (рис. 2.6., б). Норма для угла кривизны большого пальца,
согласно данным Вейсфлога (1956), составляет 0—9°.
38
2.6.
Угол постановки V пальца. Его определяют аналогично углу альфа, но
по внешней стороне края стопы (рис. 2.6., б).
Угол постановки стопы. Он характеризует особенности постановки
стопы на опору Сленжинськи и Дембска (1977). Степень кривизны оценивается величиной отклонения пяточной кости от линии, проходящей через
середину пятки с серединой ахиллесовой пяты (рис. 2.5.).
При диагностике состояния различных отделов стопы применяют
метод, разработанный Потихановой, Годуновым и Черпиной (1982). [47, 42]
Точки А и В, соответствующие головкам 1-й и 5-й плюсневых костей
(рис. 2.7.), соединяют прямой линией. На наружной стороне отпечатка через
точки В (головка 5 плюсневой кости) и С (наиболее выступающая кнаружи
точка пятки) проводят прямую линию, к которой восстанавливают
перпендикуляр из точки D (крайняя задняя точка отпечатка пятки). Длину
отпечатка измеряют от точки D до более длинного пальца.
39
Рис. 2.7.
От точки Е по прямой BE откладывают отрезки, равные 0,16, 0,30, 0,46
и 0,60 длины отпечатка.
Из вновь найденных точек восстанавливают перпендикуляры к прямой
BE (сс', uu', vv', WW'). Кроме того, проводят: линию, отсекающую наружную
часть продольного свода, которая соединяет середину линии cc' (точка F) с
точкой G (точка между основаниями 3-го и 4-го пальцев); перпендикуляр с'Н
к линии cc'; линию, соединяющую точки с' и К (по отпечатку вверх и вперед
на 1 см от с'); условную ось стопы — линию, соединяющую точки F и Z
(середина линии АВ); линии АР и BQ из точек А и В через крайние передние
точки отпечатков 1-го и 5-го пальцев; линии AN и BR, параллельные
условной оси стопы.
Оценку плантограммы проводят по показателям продольного плоскостопия и поперечного распластывания. Продольное плоскостопие характеризует следующие показатели.
1. Коэффициент К, определяющий состояние среднего отдела продоль-
ного свода стопы:
40
K=
x
y
(2.20)
где х — ширина закрашенной части отпечатка по линии vv', у — ширина
наружной части продольного свода стопы.
• К от 0 до 0,5 — стопа полая;
• К от 0,51 до 1,10 — стопа с нормальным сводом;
• К от 1,11 до 1,20 — стопа с пониженным сводом;
• К от 1,21 до 1,30 — 1-я степень плоскостопия;
• К от 1,31 до 1,50 — 2-я степень плоскостопия;
• К от 1,50 и выше — 3-я степень плоскостопия.
2. Пяточный угол Нс'К, определяющий состояние заднего отдела про-
дольного свода стопы:
• если угол Нс'К ≥ 5° — состояние стопы в норме;
• если угол Нс'К < 5° — стопа плоская.
3. Протяженность переднего и заднего отделов, отсекаемых соответ-
ственно линиями ww' и w'. Если эти отделы удлинены, значит, стопа плоская
даже при нормальном состоянии среднего отдела.
Таким образом, плантограмма при выраженном продольном плоскостопии характеризуется увеличением ширины среднего отдела стопы, уменьшением пяточного угла, удлинением переднего и заднего отделов. Эти
признаки могут наблюдаться отдельно и в комбинации.
Состояние
переднего
отдела
стопы
характеризуют
следующие
показатели.
1. Угол при 1-м пальце (‫ے‬NAP). Если ‫ے‬NAP < 18°, передний отдел сто-
пы в норме; если ‫ ے‬NAP ≥18° — имеет место поперечное распластывание.
2. Угол при 5-м пальце (‫ ے‬QBR). Если
стопы в норме; если
‫ے‬
‫ے‬
QBR < 12°, передний отдел
QBR ≥ 12° — передний отдел стопы в состоянии по-
перечного распластывания.
41
Проанализировав
методы
диагностики
состояния
стопы
по
плантограмме выберем в качестве способа получения данных о стопе
графико-расчетный метод, разработанный Г. Г. Потихановой, С. Ф.
Годуновым и Н. П. Черниной [60]. Этот метод позволяет комплексно
оценить морфофункциональное состояние стопы, ее переднего, среднего и
заднего отделов, а также оценить поперечное и продольное плоскостопие.
Кроме того, введя дополнительные критерии по углам при первом и пятом
пальце, можно определить не только наличие поперечного плоскостопия, но
и его степень.
Видно, что обработка данных по предлагаемому способу достаточно
хорошо формализована и может быть автоматизирована. Однако основной
недостаток способа – получение плантограммы методом «чернильных
отпечатков», что является достаточно неудобным как для пациента, так и
для будущего оператора диагностической системы, так как в этом случае
ему придется каким-либо способом оцифровать полученные отпечатки
стопы
для
дальнейшей
обработки.
Следовательно,
снимки
стопы
необходимо получать непосредственно в цифровой форме. Для этой цели
можно использовать фотографирование или сканирование стопы.
Фотографирование стопы можно осуществить либо путем помещения
цифровой фотокамеры непосредственно под стопой (человек при этом будет
стоять на стекле, помещенном перед объективом), либо, как это сделано в
способах, описанных в п. 1.2., через зеркало, помещенное под углом 45˚ к
стопе. Преимуществом фотографирования является практически мгновенное
получение снимков стопы. Недостатками фотографирования является
использование
объектива
со
всеми
присущими
ему
оптическими
аберрациями, что либо ухудшает точность определения геометрических
размеров стопы, либо вынуждает проводить калибровку установки в разных
участках рабочей области с целью внести поправочные коэффициенты для
определения точных геометрических размеров.
42
Для сканирования стопы обследуемый может непосредственно
вставать на сканер, при этом корпус сканера необходимо укрепить таким
образом, чтобы он мог выдержать вес человека. Преимуществами
сканирования
геометрических
стопы
являются
размеров,
высокая
возможность
точность
выбора
определения
широкого
спектра
разрешений и количества цветов, относительная простота диагностической
установки. Недостатками сканирования являются низкая глубина резкости
(объект должен находиться на расстоянии менее 50 мм от стекла сканера),
большое время получения снимка. [18]
Проанализировав способы получения изображения стопы для анализа,
выберем сканирование стопы при помощи укрепленного планшетного
сканера. Экспериментальная установка для получения снимков стопы
показана на рис. 2.8.
Полученные снимки стопы будут обрабатываться
диагностической программой.
Рис. 2.8. Экспериментальная установка для получения снимков стопы
43
2.2.2. Определение состояния стопы по выбранному способу
Изображение стопы представляется согласно (3) в виде матрицы точек
изображения (рис 2.9):
0
P11
P13
P15
x
P '15
P14'
x1
P1
P12
x2
P8
P22
P2
P21
P20
l1
P19
P18
l2
P17
P9
x3 =
l1
l2
P10
P16
x4
P4
P7
P5
P3
P6
y
Рис. 2.9. Изображение стопы с линиями разметки по методу
Г. Г. Потихановой.
γ = γ ij
i =1, y max
j =1, xmax
, 0 ≤ γ ij ≤ 255 (0 – черный цвет, 255 – белый цвет);
j - x координата точки, i – y координата точки, x max = 1000 , y max = 500 .
44
В процессе разметки изображения стопы вычисляются характеристики
x1 , x2 , x3 , x4 , где x1 - угол наклона большого пальца x2 - угол наклона
мизинца; x3 - коэффициент, характеризующий состояние продольного свода
стопы, x4 - пяточный угол.
Разработан алгоритм отображения F для стопы, который состоит из
следующих шагов:
1. Интерактивное определение координат точек:
P12 - светлая точка в передней части стопы;
P13 - крайняя передняя точка большого пальца;
P14 - крайняя передняя точка второго пальца;
P15 - крайняя передняя точка пятого пальца;
P8 - точка между основаниями третьего и четвертого пальцев;
P5 - крайняя задняя точка отпечатка пятки.
2. Выделение из изображения стопы контура:
C = cij , cij = {0,1}
(2.21)
Предположим, что освещенности всех точек стопы имеют нормальное
распределение с некоторым математическим ожиданием a ≈ Eср и
среднеквадратичным отклонением σ .
Пусть задана некоторая окрестность ε и число сигм M . Усредним
освещенность в окрестности ε точки P12 :
x + ε y +ε
∑ ∑ E xy
E ср =
x −ε y −ε
N
,
где N - число точек в окрестности ε .
Находим среднеквадратическое отклонение:
(2.22)
45
x +ε y +ε
∑ ∑ ( E xy − Eср ) 2
σ=
x −ε y −ε
(2.23)
N
Находим минимальную и максимальную освещенности каждой точки
изображения. Если освещенность точки лежит внутри этого диапазона, то
она попадает внутрь контура стопы:
E min = E ср − σM
(2.24)
E max = E ср + σM
Таким образом, получаем промежуточную матрицу B , в которой будут
ненулевыми только точки внутри контура стопы:
0, если ail < Emin

bij = 0, если aij > Emax
, i = 1,500

1, если Emin ≤ aij ≤ Emax
j = 1,1000 .
(2.25)
Из этой матрицы получаем уже матрицу контура стопы путем оставления
ненулевыми лишь тех точек, в окрестности которых есть переход от 0 к 1.
c0 j = 0
cij = bij − b(i −1) j
, i = 1,500
j = 1,1000 .
(2.26)
Теперь можно уже находить промежуточные точки для вычисления
параметров стопы. Их найдем следующим образом:
1. Вычисление
P13 P5 = ( P5 x − P13 x ) 2 + ( P5 y − P13 y ) 2
(2.27)
P14 P5 = ( P5 x − P14 x ) 2 + ( P5 y − P14 y ) 2
(2.28)
2. Вычисление
3. Вычисление длины стопы:
 P13 P5 , если P13 P5 > P14 P5
l=
 P14 P5 , если P13 P5 ≤ P14 P5
(2.29)
4. Нахождение точки P1 . Вычисление коэффициентов при прямой P1 P13 :
46
a P1P13 =
P13 y − P1 y
,
P13 x − P1x
(2.30)
bP1P13 = P1 y − (a P1P13 ⋅ P1x ) .
Построение прямой P1 P13 .
5. Нахождение точки P2 . Построение прямой P1 P2 .
6. Нахождение точки P3 . Вычисление коэффициентов при прямой P2 P3 :
a P2 P3 =
P2 y − P3 y
P2 x − P3 x
,
bP2 P3 = P2 y − (a P2 P3 ⋅ P2 x ) .
(2.31)
Необходимо построить из точки P5 перпендикуляр на прямую P2 P3 . Найдем
для этого точку P6 :


 P5 y + 1  ⋅ P5 x − bP P
2 3

a P2 P3 

P6 x =
,
1
a P2 P3 +
bP2 P3
P6 y = a P2 P3 ⋅ P4 x + b P2 P3 .
(2.32)
(2.33)
Восстановление перпендикуляра к точке P4 :
P4 y = P3 y +
1
a P2 P3
⋅ P3 x .
(2.34)
Проведение прямой P3 P4 ( P4 x берем равным 0).
Разбиение прямой P2 P6 на отрезки, равные 0,30, 0,46 и 0,60 длины стопы:
P16 P6 = 0,30 ⋅ l
(2.35)
Коэффициенты при квадратном уравнении:
A = 1 + a P22 P3
(2.36)
B = −2 P6 y ⋅ a P2 P3 + 2a P2 P3 bP2 P3 − 2 P6 x
(2.37)
C = bP22 P3 + P62y − P16 P62 − 2 P6 y bP2 P3 + P62x
(2.38)
D = B 2 − 4 AC
(2.39)
47
P16 x =
−B+ D
,
2A
(2.40)
P16 y = a P2 P3 P16 x + bP2 P3 .
(2.41)
Восстановление из P16 перпендикуляра:
P17 x = 0 ,
P17 y = P16 y +
P16 x
.
a P2 P3
(2.42)
Проведение прямой P16 P17 .
Аналогично нахождение точек P18 и P20 :
P18 P6 = 0,46 ⋅ l
(2.43)
P20 P6 = 0,60 ⋅ l
(2.44)
Нахождение длин передней, средней и задней части стопы. Для этого
надо найти уравнения прямой P13 P5 (или P14 P5 , если ее длина больше) и
найти точки пересечения с этой прямой прямых P16 P17 и P20 P21 . Найдем
уравнение прямой:
 P13 y

 P13 x
a =
 P14 y
 P14 x
− P5 y
− P5 x
− P5 y
− P5 x
, если P13 P5 > P14 P5
,
(2.45)
, если P13 P5 ≤ P14 P5
b = P5 y − aP5 x
(2.46)
Найдем уравнение прямой P16 P17
a P16 P17 =
P16 y − P17 y
P16 x − P17 x
,
bP16 P17 = P16 y − a P16 P17 P16 x
(2.47)
(2.48)
Найдем координаты точки пересечения:
P17 ' x =
bP16 P17 − b
a − a P16 P17
,
P17 ' y = a P16 P17 P17 ' x +bP16 P17
Аналогично находим:
(2.49)
(2.50)
48
P21 ' x =
bP20 P21 − b
a − a P20 P21
,
(2.51)
P21 ' y = a P20 P21 P21 ' x +bP20 P21
W ''x =
(2.52)
bWW ' − bPD
,
a PD − aWW '
Найдем длины частей стопы.
Длина передней части стопы:
l перед
 ( P − P ' ) 2 + ( P − P ' ) 2 , если P P > P P
21 x
13 y
21 y
13 5
14 5
 13 x
=
 ( P14 x − P21 ' x ) 2 + ( P14 y − P21 ' y ) 2 , если P13 P5 ≤ P14 P5
(2.53)
Длина средней части стопы:
lсред = ( P17 ' x − P21 ' x ) 2 + ( P17 ' y − P21 ' y ) 2
(2.54)
Длина задней части стопы:
l зад = ( P17 ' x − P5 x ) 2 + ( P17 ' y − P5 y ) 2 .
(2.55)
7. Построение точки P4 .
Необходимо построить из точки P4 перпендикуляр на прямую P16 P16 в точку
P9 :
P4 x
− bP16 P17 '
a P16 P17
,
1
a P16 P17 +
a P16 P17
(2.56)
P9 y = a P16 P17 + P9 x bP16 P17
(2.57)
P4 y +
P9 x =
Найдем середину прямой P3 P4 и построим там точку P7 :
P3 x − P4 x

, если P3 x > P4 x
 P3 x −
2

P7 x = 
 P + P3 x − P4 x , если P ≤ P
3x
4x
 3 x
2
(2.58)
49
P3 y − P4 y

P
−
, если P3 y > P4 y
 3y
2

P7 y = 
P3 y − P4 y

P
+
, если P3 y ≤ P4 y
 3y
2

(2.59)
Аналогично находим точку P22 - середину прямой P1 P2 . Проводим прямую
P7 P22 и находим ее уравнение.
Прямая P1 P11 параллельна P7 P22 :
P11 y = 0 , P11x = P1x − P22 x −
bP7 P22
(2.60)
a P7 P22
Прямая P2 P15 ' параллельна P7 P22 :
P15 ' y = 0 , P15 ' x = P2 x − P22 x −
bP7 P22
(2.61)
a P7 P22
8. Построение точки P10 . Построение прямой P4 P10 .
9. Построение точки P8 . Построение прямой P7 P8 .
10. Построение точки P19 . Нахождение уравнений прямых P18 P19 и P7 P8 .
Найдем координаты точки P18 ' :
P18 ' x =
bP18P19 − bP7 P8
a P7 P8 − a P18P19
,
(2.62)
P18 ' y = a P18P19 P18 ' x +bP18P19
Для
нахождения
расстояния
необходимо
l1
(2.63)
построить
точку
пересечения прямых P7 P22 и P18 P19 :
P19 ' x =
bP18P19 − bP7 P22
a P7 P22 − a P18P19
,
P19 ' y = a P18P19 P19 ' x +bP18P19
11. Задание точки P18 ' ' .
12. Задание точки P15 ' . Построение прямой P2 P15 ' .
(2.64)
(2.65)
50
Таким образом, получены промежуточные точки для вычисления
параметров стопы. Найдем характеристики стопы:
Находим характеристику x1 (угол при большом пальце):
P1 P11 = ( P1 x − P11 x ) 2 + ( P1 y − P11 y ) 2
(2.66)
P11 P13 = ( P11 x − P13 x ) 2 + ( P11 y − P13 y ) 2
(2.67)
P1 P13 = ( P1 x − P13 x ) 2 + ( P1 y − P13 y ) 2
(2.68)
P P + P1 P13 − P11 P13
x1 = arccos 1 11
.
2 ⋅ P1 P11 ⋅ P1 P13
(2.69)
2
2
2
Находим характеристику x2 (угол при пятом пальце):
P2 P15 = ( P2 x − P15 x ) 2 + ( P2 y − P15 y ) 2
(2.70)
P15 P15 ' = ( P1`5 x − P15 ' x ) 2 + ( P15 y − R15 ' y ) 2
(2.71)
P2 P15 ' = ( P2 x − P15 ' x ) 2 + ( P2 y − P15 ' y ) 2
(2.72)
P2 P15 + P2 P15 ' 2 − P15 P15 '2
x2 = arccos
.
2 ⋅ P2 P15 ⋅ P15 P15 '
(2.73)
2
Расстояние l1 считается по ширине закрашенной области:
l1 = P19 P18 ' = ( P19 x − P18 ' x ) 2 + ( P'19 y − P18 ' y ) 2
(2.74)
l 2 = P19 ' P18 = ( P19 ' x P18 x ) 2 + ( P19 ' y − P18 y ) 2
(2.75)
Тогда по формуле (2.20) находим коэффициент x3 , определяющий состояние
средней части стопы (продольного свода).
Находим характеристику x4 (пяточный угол):
P4 P9 = ( P4 x − P9 x ) 2 + ( P4 y − P9 y ) 2
(2.76)
P9 P10 = ( P9 x − P10 x ) 2 + ( P9 y − P10 y ) 2
(2.77)
P4 P10 = ( P4 x − P10 x ) 2 + ( P4 y − P10 y ) 2
(2.78)
51
P P + P4 P10 − P9 P10
x4 = arccos 4 9
.
2 ⋅ P4 P9 ⋅ P9 P10
2
2
2
(2.79)
Точка P10 должна располагаться правее точки P9 , иначе это патология:
x4 = − x4 , если P10 x < P9 x
(2.80)
Отображение S для стопы представляется следующими формулами:
o1 : состояние медиальной части стопы:
 y11 , если x1 ≤ a11 − ε 1 " Норма"
 2
1
2
 y1 , если a1 + ε 1 ≤ x1 ≤ a1 − ε 1 " I ст. плоскостопия"

o1 =  y13 , если a12 + ε 1 ≤ x1 ≤ a13 − ε 1 " II ст. плоскостопия"
 4
3
 y1 , если x1 ≥ a1 + ε 1 " III ст. плоскостопия"
не определено в противном случае

o2 : состояние латеральной части стопы:
 y12 , если x2 ≤ a12 − ε 2 " Норма"
 2
1
2
 y 2 , если a2 + ε 2 ≤ x2 ≤ a2 − ε 2 " I ст. плоскостопия"

o2 =  y 23 , если a22 + ε 2 ≤ x2 ≤ a23 − ε 2 " II ст. плоскостопия"
 4
3
 y 2 , если x2 ≥ a2 + ε 2 " III ст. плоскостопия"
не определено в противном случае

o3 : состояние средней части стопы (продольного свода):
 y31 , если x3 ≤ a31 − ε 3 " Стопа полая"
 2
1
2
 y3 , если a3 + ε 3 ≤ x3 ≤ a3 − ε 3 " Норма"
 3
2
3
 y3 , если a3 + ε 3 ≤ x3 ≤ a3 − ε 3 " Стопа с пониженным сводом"

o3 =  y34 , если a33 + ε 3 ≤ x3 ≤ a34 − ε 3 " I ст. плоскостопия"
 5
4
5
 y3 , если a3 + ε 3 ≤ x3 ≤ a3 − ε 3 " II ст. плоскостопия"
 y 6 , если x ≥ a 5 + ε " III ст. плоскостопия"
3
3
3
 3
не определено в противном случае

52
o4 : состояние задней части стопы:
 y14 , если x4 ≤ a14 − ε 4 " Норма"

o4 =  y 42 , если x4 ≥ a14 + ε 4 " Уплощение"
не определено в противном случае

Таким
образом,
разработанная
модель
диагностики
состояния
органичной системы была использована для диагностики состояния стопы
человека. В качестве первичного описания системы был выбран способ, уже
использующийся в медицинской практике, который затем был доработан
применительно к используемой модели диагностики. Границы интервалов,
используемые в способе-прототипе, были взяты в качестве начальных
границ интервалов для образов, определяющих состояние каждого отдела
стопы.
53
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ
ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ СТОПЫ
3.1. Структура комплекса
Модель диагностики состояния органичной системы (на примере
стопы человека), описанную в главе 2, реализуем в виде программноинформационного комплекса, позволяющего автоматизировать процесс
диагностики состояния стопы и выдачи заключения. При этом комплекс
должен удовлетворять следующим требованиям:
• Возможность
работы
как
со
специальной
плантографической
установкой, так и без нее (анализ заранее полученных данных);
• Относительно низкие системные требования;
• Адаптируемость комплекса к различным условиям обследования и
различным видам выдаваемых заключений;
• Простота обучения работе с комплексом;
• Безопасность, программная часть комплекса должна иметь защиту от
несанкционированного копирования.
Разработанный программно-информационный комплекс позволяет
провести обследование морфофункционального состояния стопы
человека и вывести следующие результаты:
• Значения длины переднего, среднего и заднего отделов стопы без
нагрузки и с нагрузкой;
• Значения площади переднего, среднего и заднего отделов стопы без
нагрузки и с нагрузкой;
• Значения высоты свода стопы без нагрузки и с нагрузкой;
• Заключение о состоянии переднего отдела стопы, его медиальной и
латеральной части, оценка тяжести поперечного плоскостопия;
54
• Заключение о состоянии среднего отдела стопы, оценка тяжести
продольного плоскостопия;
• Заключение о состоянии заднего отдела стопы;
• Клинический диагноз состояния стопы с конкретизацией изменений по
каждому её отделу;
• Рекомендации по профилактическим и лечебным мероприятиям в
зависимости от выявленной патологии.
Процесс обследования выглядит следующим образом:
Перед началом обследования заполняются данные об обследуемом.
Эти данные берутся из имеющейся медицинской карты. Для ускорения
проведения обследования при массовой диагностике бланки обследования
могут быть подготовлены заранее и перед началом обследования вызваны из
памяти компьютера.
Испытуемый
аккуратно
встает
на
сканер
всей
подошвенной
поверхностью стоп. При этом вес тела должен быть равномерно распределен
на обе ноги. Для снятия отпечатков левой и правой ноги, они поочередно
ставятся на рабочую поверхность сканера.
Если предполагается проведения полного цикла обследования с
определением рессорной функции стопы, то испытуемый, не меняя
положения ног, поочередно берет в руки гантели различной массы, при этом
производится сканирование стопы для каждой массы. После этого
испытуемый ставит другую ногу на рабочую поверхность сканера, и цикл
обследования повторяется.
Затем производится обработка полученных изображений стопы и
выводится диагностическое заключение, которое затем может быть
распечатано.
Программно-информационный
компонентов:
комплекс
состоит
из
следующих
55
• компонент
управления
плантографической
установкой
и
получения снимков стопы исследуемого.
• компонент получения и хранения данных об исследуемом
(паспортные
данные,
антропометрические
параметры,
полученные изображения стопы, результаты диагностики);
• компонент обработки и распознавания изображения стопы;
• компонент формирования индивидуального отчета в текстовом
процессоре Microsoft Word по результатам диагностики стопы;
• компонент формирования группового отчета по диагностике
группы людей в табличном процессоре Microsoft Excel.
Функциональная структура системы показана на рис. 3.1. Основу
системы составляет компонент хранения данных об обследовании, который
обменивается данными со всеми остальными компонентами системы.
Файлы
изображени
й
Файлы
обследовани
й
Получение
изображения
со сканера
Ввод данных
об
обследуемом
Определение
высоты свода
стопы
Шаблоны
инд. отчета
Формирование
индивидуально
го отчета
Информация
об
обследуемом
Разметка стопы
и определение
плоскостопия
Формирование
группового
отчета
Определение
площади стопы
Рис. 3.1. Функциональная структура комплекса
56
3.2. Компонент хранения информации об обследуемом.
При разработке компонента хранения информации об обследуемом
учитывались следующие требования:
• возможность легкого доступа к данным из любого модуля программы;
• хранение данных в формате, доступном для непосредственного чтения
человеком или другими программами – возможность чтения данных о
стопе не должна зависеть от факта наличия на компьютере
пользователя программно-информационного комплекса или какоголибо дополнительного программного обеспечения;
• масштабируемость данных: при добавлении новых данных об
обследуемом или способа диагностики, данные должны быть просто
добавлены в обследование без изменения его формата. Аналогичная
картина должна происходить при удалении более не использующихся
данных.
Для
обеспечения
удобочитаемого
формата
данных
и
легкой
переносимости обследований, они должны быть представлены в текстовом
формате. С другой стороны, желательно чтобы обследование имело
древовидную иерархическую структуру для обеспечения быстрого перехода
к нужному параметру. Таким образом, для хранения данных о стопе был
выбран формат XML.[3]
Пример файла обследования приведен в Приложении 1. Корневым
узлом
файла
является
узел
<FootFlatProject>.
Основными
узлами
обследования являются следующие:
<Scaner>
-
предназначен
для
хранения
данных
о
сканере,
использующемся для получения изображения стопы. Здесь хранятся
название
сканера,
значения
разрешения
сканера
(DPI),
границы
57
изображения, а также данные о калибровке сканера, если используется
получение высоты свода стопы оптическим методом.
<MassTestNames> - список измерений стопы. Для определения
рессорной функции стопы необходимо получить данные о стопе без
нагрузки и с нагрузками различной массы. Список предназначен для поиска
в файле узлов, отвечающих за различные измерения. Например, если
содержание списка следующее:
<MassTestNames>
<MassTest0 value="Без нагрузки"/>
<MassTest value="Нагрузка своим весом"/>
<MassTest2 value="Нагрузка массой 20 кг"/>
</MassTestNames>
Это значит, что было произведено три измерения, причем данные об
обследовании без нагрузки следует искать в корневом узле проекта, данные
об обследовании с нагрузкой своим весом находятся в узле <MassTest>, а
данные об обследовании с нагрузкой массой 20 кг находятся в узле
<MassTest2>.
Данные о левой и правой стопе хранятся соответственно в узлах
<Left> и <Right>. Если производился анализ и распознавание изображения
стопы, то для каждой стопы сохраняется узел <Sectoring> с данными о
разметке стопы и результатами диагностики.
Для обеспечения удобства использования данных об обследовании во
всех
частях
программы,
был
написан
специализированный
класс
TXMLProject, который имеет методы для загрузки и сохранения файла
обследования, а также для легкого доступа к каждому узлу обследования.
Экземпляр этого класса создается автоматически при запуске программы и
доступен из любой ее части. Таким образом, все данные об обследовании
хранятся в одном месте и легко могут быть считаны из файла и записаны в
файл.
Поскольку сам файл обследования является текстовым, то в нем
хранятся только ссылки на файлы изображений стопы, а сами файлы
58
хранятся в формате JPG. Этим достигается возможность работы с
изображениями стопы при отсутствии данной программы.
3.3. Компонент получения информации о стопе
Для осуществления обследования стопы и формирования выходного
заключения необходимо каким-то образом получить данные о стопе, а также
данные
об
обследуемом.
Таким
образом,
при
запуске
программы
пользователю сразу предлагается ввести данные об обследуемом (рис. 3.2.).
Рис. 3.2. Окно ввода информации об обследуемом.
После ввода данных (или нажатия на кнопку «Отмена») система
готова к получению и анализу данных о стопе. Система позволяет загружать
либо заранее полученные изображения стопы из файла, либо получать
изображения стопы непосредственно при помощи сканера.
59
Для взаимодействия со сканером была использована Easy TWAIN
library, разработанная фирмой Dosadi. [2] Ее достоинства: открытые
исходники, подключение к проекту через библиотеку dll, бесплатность для
использования в образовательных целях, возможность работы с JPEGфайлами при помощи Intel JPEG Library.
Перед началом работы со сканером системе необходимо знать его имя.
Для этого предусмотрен диалог выбора сканера (рис. 3.3.).
После выбора
сканера система автоматически ставит режим «оттенки серого» и
разрешение 75 точек на дюйм, а также границы сканируемого изображения.
Эти параметры можно поменять при помощи диалога параметров сканера,
показанного на рис. 3.4. Выбранные параметры сканера запоминаются в iniфайле параметров системы, а также сохраняются в файле обследования,
чтобы в дальнейшем, открыв файл обследования можно было правильно
провести распознавание изображения стопы.
Рис. 3.3. Диалог выбора сканера
Рис. 3.4. Диалог параметров сканера
После
настройки
параметров
сканера
можно
производить
сканирование поочередно каждой ноги обследуемого. Вид программы с
полученными изображениями стопы показан на рис. 3.5.
60
Рис. 3.5. Отсканированные изображения стопы.
При обследовании школьников младших классов нередко может
возникнуть такая ситуация, что на сканере умещаются обе ноги
обследуемого. В данном случае более целесообразно отсканировать сразу
обе ноги, а затем разделить изображение на две части, получив, таким
образом, отдельные изображения левой и правой стопы. Диалог для
разделения изображения стопы на две части показан на рис. 3.6.
61
Рис. 3.6. Разделение стопы на две части
Пользователю предлагается перетащить мышью крайние точки линии,
разделяющей изображение стопы. После нажатия кнопки «ОК» программа
анализирует координаты крайних точек линии и делит исходный рисунок на
две части по этой линии. Отсеченная часть изображения заливается черным
цветом.
3.4. Компонент обработки и распознавания изображения стопы
3.4.1. Повышение контрастности изображения
После получения изображения стопы его можно обрабатывать. Однако
на экране изображение стопы выглядит малоконтрастным и для удобства
оператора желательно увеличить информативность снимка стопы, повысив
его контрастность. Однако при этом важно помнить, что для правильной
диагностики изображение должно храниться в памяти в исходном виде.
Для повышения контрастности изображения воспользуемся методом
линейного расширения гистограммы, использование которого связано с тем,
что динамический диапазон изображения стопы довольно узок. Повышение
62
контрастности по данному методу выполняется следующим образом: [73,
78]
1. По всему изображению строится гистограмма Γ( x, y ) , где по оси Х
откладывается значение освещенности точки, а по оси Y – количество
точек изображения, имеющих такую освещенность. При этом крайние
точки гистограммы отбрасываются как недостоверные.
2. Задается порог
δ , ниже которого значения в гистограмме считаются
нулевыми:
Γy = 0 , если Γy < δ
(3.1)
3. Находятся минимальное и максимальное значение x , при котором
есть ненулевые значения y , соответственно xmin и x max .
4. Рассчитываются коэффициенты для расширения гистограммы:
a=
255 x min
,
x max − x min
b=
255
,
x max − x min
(3.2)
где 255 – число точек по оси x гистограммы.
5. Пересчитывается освещенность каждой точки изображения:
E1 = a + (b ⋅ E 0 ) ,
(3.3)
где E 0 - исходная освещенность точки, E1 - освещенность точки после
повышения контрастности.
Полученное в результате увеличения контрастности изображение
выводится на экран.
63
3.4.2. Определение состояния стопы
Состояние стопы определяется при помощи модели и алгоритмов,
описанных в главе 2. При этом на экран выводится диалог, показанный на
рис. 3.7.
Рис. 3.7. Диалог определения состояния стопы
В левой части экрана выводится образцовое изображение стопы с
построенными линиями разметки и подписанными точками. По этому
изображению
оператор
может
проконтролировать
корректность
диагностики.
В центре экрана находится обрабатываемое изображение стопы.
Система расставляет точки на изображении по приведенному в главе 2
алгоритму, проводит линии между ними и выводит названия точек.
Оператор может скорректировать правильность расстановки точек, выбрав
режим «Редактировать расположение точек».
64
Справа выводятся подсказки по расположению точек, а также
результаты распознавания изображения стопы.
3.4.3. Определение площади прилегающей поверхности стопы
Анализируя полученные на установке снимки стопы, можно видеть,
что прилегающая к поверхности сканера поверхность стопы выглядит более
светлой на снимке. Таким образом, в изображении стопы имеется
достаточно информации, чтобы получить площадь прилегающей к сканеру
поверхности стопы. Информация о площади может в дальнейшем
интерпретироваться врачами. Для определения площади в программе
используется определение контура стопы и подсчет точек, лежащих внутри
контура. Способ определения контура аналогичен описанному в пункте
2.2.2:
1. В программе задается окрестность ε и число сигм M .
2. Пользователь отмечает на изображении стопы точку O , лежащую
внутри контура прилегающей части стопы.
3. По формулам (2.21) – (2.26) рассчитывается матрица B , в которой
будут ненулевыми только точки внутри контура стопы.
4. Так как bij = 1 , если точка лежит внутри контура стопы, то для
подсчета количества точек, попадающих внутрь контура стопы,
производится суммирование элементов матрицы B :
500 1000
N = ∑∑ bij .
(3.4)
i =1 j =1
5. Зная разрешение сканера, переходим от количества точек
Nк
реальному значению площади. Например, если разрешение сканера 75
65
точек на дюйм (25,3 мм), то можно получить площадь прилегающей
поверхности стопы в квадратных сантиметрах следующим образом:
2
 25,3 


75 

S=
N.
100
(3.5)
6. Если есть данные о разметке стопы по пункту 3.4.2, то можно
получить площадь прилегающей поверхности передней, средней и
задней частей стопы. Для этого стопа разбивается на 3 части линиями
P16 P17 и P20 P21 , подсчитывается число точек матрицы B , лежащих
между этими линиями.
Согласно выбранному методу разметки стопы, рассмотренному в
главе 2, прямые P16 P17 и P20 P21 заданы коэффициентами a P16 P17 , bP16 P17 ,
a P20 P21 , bP20 P21 . Тогда принадлежность точки bij к соответствующей
части стопы определяется следующим образом (индекс i задает
координату y , а индекс j задает координату x ).
Чтобы точка bij принадлежала к передней части стопы, должно
выполняться соотношение
a P20 P21 j + bP20 P21 ≥ i ;
(3.6)
Чтобы точка bij принадлежала к средней части стопы, должны
выполняться соотношения
a P20 P21 j + bP20 P21 < i
;

a P16 P17 j + bP16 P17 ≥ i
Чтобы точка bij
(3.7)
принадлежала к задней части стопы, должно
выполняться соотношение
a P16 P17 j + bP16 P17 < i .
(3.8)
С учетом этих неравенств, а также формулы (3.5) получим общую
площадь прилегающей к сканеру поверхности стопы S , площадь передней
66
части стопы S пер , площадь средней части стопы S сред и площадь задней
части стопы S зад . Эти величины включаются в отчет по результатам
диагностики.
3.4.4. Определение высоты свода стопы
Для исследования рессорной функции стопы, а также влияния
статической нагрузки на изменение состояния стопы, необходимо знать
высоту свода стопы. Способ-прототип, описанный в пункте 2.2.1, не
позволяет получить эту высоту; традиционно высоту свода стопы измеряют
или непосредственно или по снимкам стопы в боковой проекции.
В программе можно ввести заранее измеренную высоту свода стопы:
либо в окне данных о пациенте, либо щелкнув правой кнопкой мыши на
изображении стопы и выбрав пункт меню «Ввести высоту свода стопы».
Однако в разработанном комплексе высоту свода стопы можно определить
автоматизировано при помощи сканера следующим образом:
Пусть J есть сила света точечного источника, а r расстояние от
источника до освещаемой поверхности (рис. 3.8), при этом освещенность
поверхности равна
E=
J cosα
,
r2
где α - угол падения лучей в данной точке поверхности.
Рис. 3.8. Источник света создаёт на площадке dS освещенность,
определяемую формулой (3.9).
(3.9)
67
Законы освещенности для точечного источника сводятся к двум
утверждениям. Освещенность поверхности: 1) обратно пропорциональна
квадрату расстояния и 2) прямо пропорциональна косинусу угла падения
лучей в данной точке поверхности. [81]
Таким образом, освещенность участка изображения, получаемого на
сканере, зависит от расстояния предмета от стекла сканера: чем дальше
сканируемый предмет, тем темнее он выглядит на снимке. Тогда, зная
зависимость освещенности от расстояния и освещенность исследуемого
участка изображения, можно получить, на каком расстоянии находится
исследуемый предмет от сканера. Однако непосредственному применению
этого способа для определения высоты свода стопы по ее изображению
мешают несколько обстоятельств:
1. Лампа сканера не является точечным источником света, причем
часть стопы может заслонять часть света от лампы. Поэтому
получить точное аналитическое выражение для зависимости
освещенности предмета от высоты весьма сложно.
2. Цвет фрагмента стопы отличается от человека к человеку.
3. Свод стопы не имеет ровной поверхности, которую можно считать
одной
высоты,
чтобы
найти
среднюю
освещенность
этой
поверхности.
Поэтому для измерения высоты оптическим методом был создан
специальный маркер высоты (рис. 3.9), который представляет из себя
пластину из матового оргстекла, расположенную параллельно поверхности
сканера.
68
Рис. 3.9. Маркер высоты.
Маркер высоты устанавливается напротив места пересечения костей стопы,
таким образом, для измерения высоты свода стопы необходимо измерить
расстояние от маркера высоты до поверхности сканера.
Для исследования зависимости освещенности пластины маркера
высоты от расстояния до поверхности сканера был проведен ряд
сканирований маркера высоты на разных расстояниях. При этом чтобы
избавиться от неоднородности освещенности маркера, изображение в
окрестности маркера усреднялось, как показано на рис. 3.10 по формуле:
1
E ср =
(2n + 1) 2
X +n Y +n
∑ ∑E
X −n Y −n
xy
(3.10)
выбранная точка изображения
(координаты (X,Y))
n
y
В эксперименте принималось n=12
x
Рис. 3.10.
В результате был получен график зависимости освещенности маркера от его
высоты над поверхностью сканера, показанный на рис. 3.11.
69
70
65
О с в ещ е н н о сть
60
55
50
45
40
35
30
20
25
30
35
40
45
50
55
Высота (мм)
Рис. 3.11. Зависимость освещенности маркера от высоты над поверхностью
сканера
Видно, что зависимость освещенности маркера от высоты над поверхностью
сканера близка к линейной, следовательно, можно использовать линейную
интерполяцию для нахождения высоты маркера в промежуточных точках.
Эксперименты показали, что таким образом можно найти высоту маркера с
точностью +/- 1 мм, что вполне достаточно для определения высоты свода
стопы в диагностических целях.
Таким образом, система находит высоту свода стопы оптическим
методом следующим образом:
Перед началом работы с новым сканером или на новом месте с
другими условиями внешней освещенности следует откалибровать сканер.
Делается это при помощи диалога калибровки, показанного на рис. 3.11.
70
Рис. 3.11. Диалог калибровки сканера
Пользователь устанавливает маркер на определенной высоте, затем
нажимает кнопку «Сканировать». В левой части диалога появляется
изображение маркера высоты. Пользователь нажимает левую клавишу
мыши на изображении маркера высоты, система определяет по формуле
(3.9) освещенность. Это значение освещенности вместе с введенной
пользователем высоты добавляется в калибровочную таблицу.
При
сканировании
стопы
пользователь
щелкает
мышью
на
изображении маркера высоты, система определяет высоту маркера по
калибровочной таблице.
Недостаток данного способа – необходимость калибровки сканера. В
противном случае нельзя гарантировать, что полученные значения высоты
свода стопы будут верными.
71
3.5. Компонент формирования индивидуального отчета
В результате обследования состояния левой и правой стопы нам
необходимо получить документ, содержащий параметры стопы (состояния
различных отделов стопы), медицинское заключение, рекомендации по
лечению, рекомендации по проведению лечебной физкультуры и массажа.
3.5.1 Правила для формирования выходного заключения по стопе.
В результате работы модели было получено состояние стопы по
каждому ее отделу. Необходимо вывести по состоянию стопы заключение, в
котором были бы рекомендации по лечебным и реабилитационным
мероприятиям.
Опишем справочник параметров стопы:
Таблица 3.1. Справочник параметров стопы
№
1
2
3
Обозначение
a1
a2
a3
Значение
стопа полая
норма
стопа с пониженным сводом
4
5
a4
a5
I степень плоскостопия
II степень плоскостопия
6
a6
III степень плоскостопия
7
a7
уплощение
Для формирования выходного документа с заключением по стопе и
различными рекомендациями необходимо создать справочник заключений и
рекомендаций, чтобы из него согласно правилам можно было взять
необходимые
данные.
После
проведения
консультаций
с
врачами-
ортопедами, а также в результате анализа литературы [7, 47, 58, 59, 60, 51,
72
65, 69, 70] была получена следующая таблица рекомендаций в зависимости
от результатов диагностики состояния стопы:
Таблица 3.2. Рекомендации с точки зрения врача-ортопеда
Признак состояния стопы
Норма по всем отделам
Рекомендации
Необходимо соблюдать следующие гигиенические
правила и рациональный режим статической нагрузки на
нижние конечности
• очень важно ношение обуви, соответствующей
размеру стопы, лучше всего подойдут ботинки с
твердой подошвой, небольшим каблуком и
шнуровкой;
• необходимо ежедневно делать прохладную ножную
ванну;
• необходимо выработать походку без излишнего
разведения стоп;
• полезно ходить босиком по рыхлой почве, песку;
• нельзя ходить в помещении в утепленной обуви;
• не рекомендуется продолжительная чрезмерная
ходьба босиком или в обуви с мягкой подошвой
(типа резиновых туфель) по утоптанной почве,
камням, асфальту, в квартире.
• Лицам с наклонностью к плоскостопию следует
избегать продолжительного стояния, особенно с
разведенными стопами и отягощения большими
грузами
• При необходимости длительного стояния, полезно,
для снижения утомления в мышцах ног, перенести
на некоторое время нагрузку на наружный край
стопы.
Высота свода повышена
При нефиксированных формах, когда деформация
исправляется при нагрузках, больному следует назначить
корригирующую обувь без выкладки свода с приподнятым
внутренним краем в переднем и наружном крае – в заднем
отделе обуви. Назначается комплекс лечебных
упражнений, массаж, озокеритовые аппликации. При
значительной, выраженной, фиксированной полой стопе,
стойком болевом синдроме показана оперативная
коррекция деформации.
1. Необходимо соблюдать гигиенические правила и
рациональный режим статической нагрузки на нижние
конечности
2. Больному назначается следующий комплекс
упражнений лечебной физкультуры (ЛФК)
Высота свода снижена
В исходном положении (И. П.) сидя с выпрямленными
ногами:
• Колени и пятки соединены, правая стопа сильно
73
разогнута; подвести передний отдел левой стопы
под подошву правой, затем повторить упражнение,
поменяв ноги.
• Погладить внутренним краем и подошвенной
поверхностью правой стопы левую голень,
повторить, поменяв ноги.
И. П. - сидя на стуле:
• Сгибать пальцы стоп.
• Приведение стоп внутрь.
• Кружение стопами внутрь.
• Обеими стопами захватить и приподнять мяч
(волейбольный или набивной).
• Пальцами ног захватывать и приподнимать
карандаш.
• Пальцами ног захватывать и приподнимать губку.
• Пальцами стоп подтягивать тонкий коврик.
И. П. - стоя на носках, стопы параллельно.
• Перейти на наружный край стопы и вернуться в И.
П.
• Ходьба босиком по песку (для песка можно
приспособить ящик размером полметра на метр)
или коврику из поролона (или с большим ворсом),
согнув пальцы и опираясь на наружный край
стопы.
• Ходьба по скошенной поверхности с опорой на
наружный край стопы.
• Ходьба по бревну боком.
3. Больному назначается массаж
Массируют преимущественно внутреннюю поверхность
голени и подошвенную поверхность стопы. Массаж в виде
легких растираний, поглаживаний и разминаний мышц
стопы и голени проводится в направлении: на голени – от
голеностопного сустава к коленному суставу, на стопе – от
пальцев к пяточной области. Время массажа – 8-10 минут.
Наличие кожных заболеваний и сосудистых нарушений
является противопоказанием к массажу
Норма
Медиальная часть – норма
Латеральная часть –
поперечное распластывание
Медиальная часть –
поперечное распластывание
Латеральная часть –
поперечное распластывание
Передний отдел стопы
Необходимо соблюдать гигиенические правила и
рациональный режим статической нагрузки на нижние
конечности
Назначается ношение стельки, имеющей пронатор в
переднем отделе. При образовании натоптыша под V
плюсневой костью в пронаторе делается углубление.
Назначается ЛФК, массаж.
Под подошву подкладывается мягкая простилка для
отнесения переката кзади, необходимо соблюдать подбор
обуви по полноте стопы. Назначается ЛФК, массаж.
74
Медиальная часть –
поперечное распластывание
Латеральная часть – норма
Медиальная часть –
плоскостопие 1-2 степени
Латеральная часть –
поперечное распластывание
Медиальная часть –
поперечное распластывание
Латеральная часть –
плоскостопие 1-2 степени
Медиальная часть –
плоскостопие 1-2 степени
Латеральная часть –
плоскостопие 1-2 степени
Медиальная часть –
плоскостопие 3 степени
Латеральная часть –
плоскостопие 3 степени
Норма
Свод понижен
Плоскостопие 1 степени
Плоскостопие 2 степени
Плоскостопие 3 степени
При нефиксированной (мягкой стопе) назначается обувь
или стельки с выкладкой сводов, углубленной пяткой и
пронатором в переднем отделе. При фиксированной – для
подведения опоры под головку приподнятой 1 плюсневой
кости ставится супинатор. Назначается ЛФК, массаж.
Назначается ношение стельки с супинатором в
медиальной части переднего отдела стопы. Назначается
ЛФК, массаж.
. При фиксированной стопе для подведения опоры под
головку приподнятой 1 плюсневой кости ставится
супинатор. Назначается ЛФК, массаж.
Стелька супинатор с моделированием переднего отдела
стопы. Назначается ЛФК, массаж, озокеритовые или
парафиновые аппликации на стопы, электростимуляция
мышц медиальной поверхности голени.
Стелька супинатор с моделированием переднего отдела
стопы. Назначается ЛФК, массаж, озокеритовые или
парафиновые аппликации на стопы, электростимуляция
мышц медиальной поверхности голени.
Стелька супинатор с моделированием переднего отдела
стопы. Назначается ЛФК, массаж, озокеритовые или
парафиновые аппликации на стопы, электростимуляция
мышц медиальной поверхности голени.
Средний отдел
Необходимо соблюдать гигиенические правила и
рациональный режим статической нагрузки на нижние
конечности
1. Необходимо соблюдать гигиенические правила и
рациональный режим статической нагрузки на нижние
конечности;
2. ЛФК;
3. массаж.
Ношение стелек-супинаторов в среднем отделе стопы,
ЛФК, массаж.
Назначается ношение стельки-супинатора в среднем
отделе стопы. Назначается ЛФК, массаж, озокеритовые
или парафиновые аппликации на стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности
голени. Полезно занятие плаванием.
Назначается ношение стельки-супинатора в среднем
отделе стопы. Назначается ЛФК, массаж, озокеритовые
или парафиновые аппликации на стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности
голени. Полезно занятие плаванием. При выраженном
болевом синдроме необходимо оперативное лечение.
Задний отдел
75
Норма
Необходимо соблюдать гигиенические правила и
рациональный режим статической нагрузки на нижние
конечности
Плоскостопие 1 степени
Плоскостопие 2 степени
Плоскостопие 3 степени
Назначается ношение стельки с супинатором в заднем
отделе стопы. Назначается ЛФК, массаж.
Назначается ношение стельки с супинатором в заднем
отделе стопы. Назначается ЛФК, массаж, озокеритовые
или парафиновые аппликации на стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности
голени. Полезно занятие плаванием.
Назначается ношение стельки с супинатором в заднем
отделе стопы. Назначается ЛФК, массаж, озокеритовые
или парафиновые аппликации на стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности
голени. Полезно занятие плаванием.
Подобными критериями руководствуются врачи-ортопеды при анализе
данных стопы. Однако для автоматизированной диагностики необходимо на
основе этих критериев сформировать справочник рекомендаций для того,
чтобы им мог пользоваться разрабатываемый программно-информационный
комплекс. Сделаем это, объединив одинаковые рекомендации:
Таблица 3.3. Справочник заключений и рекомендаций
№
1
2
Обозначение
Значение
Необходимо
соблюдать
следующие
гигиенические правила и
b1
рациональный режим статической нагрузки на нижние конечности:
- очень важно ношение обуви, соответствующей размеру стопы,
лучше всего подойдут ботинки с твердой подошвой, небольшим
каблуком и шнуровкой;
- необходимо ежедневно делать прохладную ножную ванну;
- необходимо выработать походку без излишнего разведения стоп;
- полезно ходить босиком по рыхлой почве, песку;
- нельзя ходить в помещении в утепленной обуви;
- не рекомендуется продолжительная чрезмерная ходьба босиком
или в обуви с мягкой подошвой (типа резиновых туфель) по
утоптанной почве, камням, асфальту, в квартире;
- лицам с наклонностью к плоскостопию следует избегать
продолжительного стояния, особенно с разведенными стопами и
отягощения большими грузами
- при необходимости длительного стояния, полезно, для снижения
утомления в мышцах ног, перенести на некоторое время нагрузку на
наружный край стопы.
При нефиксированных формах, когда деформация исправляется при
b2
нагрузках, больному следует назначить корригирующую обувь без
выкладки свода с приподнятым внутренним краем в переднем и
76
3
b3
4
b4
5
b5
6
b6
7
b7
8
b8
наружном крае – в заднем отделе обуви. Назначается комплекс
лечебных упражнений, массаж, озокеритовые аппликации. При
значительной, выраженной, фиксированной полой стопе, стойком
болевом синдроме показана оперативная коррекция деформации.
Больному назначается следующий комплекс упражнений лечебной
физкультуры (ЛФК):
В исходном положении (И. П.) сидя с выпрямленными ногами:
- Колени и пятки соединены, правая стопа сильно разогнута;
подвести передний отдел левой стопы под подошву правой, затем
повторить упражнение, поменяв ноги.
- Погладить внутренним краем и подошвенной поверхностью
правой стопы левую голень, повторить, поменяв ноги.
И. П. - сидя на стуле:
- Сгибать пальцы стоп.
- Приведение стоп внутрь.
- Кружение стопами внутрь.
- Обеими стопами захватить и приподнять мяч (волейбольный или
набивной).
- Пальцами ног захватывать и приподнимать карандаш.
- Пальцами ног захватывать и приподнимать губку.
- Пальцами стоп подтягивать тонкий коврик.
И. П. - стоя на носках, стопы параллельно.
- Перейти на наружный край стопы и вернуться в И. П.
- Ходьба босиком по песку (для песка можно приспособить ящик
размером полметра на метр) или коврику из поролона (или с
большим ворсом), согнув пальцы и опираясь на наружный край
стопы.
- Ходьба по скошенной поверхности с опорой на наружный край
стопы.
- Ходьба по бревну боком.
Больному назначается массаж:
Массируют преимущественно внутреннюю поверхность голени и
подошвенную поверхность стопы. Массаж в виде легких
растираний, поглаживаний и разминаний мышц стопы и голени
проводится в направлении: на голени – от голеностопного сустава к
коленному суставу, на стопе – от пальцев к пяточной области. Время
массажа – 8-10 минут. Наличие кожных заболеваний и сосудистых
нарушений является противопоказанием к массажу.
Назначается ношение стельки, имеющей пронатор в переднем
отделе. При образовании натоптыша под V плюсневой костью в
пронаторе делается углубление.
Под подошву подкладывается мягкая простилка для отнесения
переката кзади, необходимо соблюдать подбор обуви по полноте
стопы.
При нефиксированной (мягкой стопе) назначается обувь или стельки
с выкладкой сводов, углубленной пяткой и пронатором в переднем
отделе. При фиксированной – для подведения опоры под головку
приподнятой 1 плюсневой кости ставится супинатор.
Назначается ношение стельки с супинатором в медиальной части
переднего отдела стопы.
77
9
b9
10
b10
11
b11
12
13
b12
b13
14
b14
15
b15
16
b16
При фиксированной стопе для подведения опоры под головку
приподнятой 1 плюсневой кости ставится супинатор.
Стелька супинатор с моделированием переднего отдела стопы.
Назначаются озокеритовые или парафиновые аппликации на стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности голени.
Стелька супинатор с моделированием переднего отдела стопы.
Назначаются озокеритовые или парафиновые аппликации на стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности голени.
Ношение стелек-супинаторов в среднем отделе стопы.
Назначается ношение стельки-супинатора в среднем отделе стопы,
озокеритовые
или
парафиновые
аппликации
на
стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности голени. Полезно
занятие плаванием.
Назначается ношение стельки-супинатора в среднем отделе стопы,
озокеритовые
или
парафиновые
аппликации
на
стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности голени. Полезно
занятие плаванием. При выраженном болевом синдроме необходимо
оперативное лечение.
Назначается ношение стельки с супинатором в заднем отделе стопы,
озокеритовые
или
парафиновые
аппликации
на
стопы,
электростимуляция мышц медиальной поверхности голени. Полезно
занятие плаванием.
Левостороннее
17
b17
Правостороннее
18
b18
поперечное
19
b19
продольное
20
b20
пятки
3.5.2. Формирование выходных заключений.
Из таблицы 3.2. видно, что результирующее заключение формируется
из комбинации признаков, причем рекомендации могут следовать одно за
другим. Таким образом, строки, содержащие медицинское заключение и
различные рекомендации, будут накапливаться в зависимости от состояния
левой и правой стопы.
Модель заключения о состоянии стопы человека можно представить в
виде
D =< D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 > ,
(3.11)
78
где
D - заключение о состоянии стопы;
D1 - набор параметров ( x1 , x2 , x3 , x4 ), характеризующий состояние левой
стопы;
D2 - набор параметров ( x1 , x2 , x3 , x4 ), характеризующий состояние правой
стопы;
D ij = xi , i = 1,2,3,4 , j = 1,2
(3.12)
D3 - медицинское заключение;
D4 - рекомендации по лечению;
D5 - рекомендации по проведению лечебной физкультуры;
D6 - рекомендации по проведению массажа.
При формировании выходного заключения в переменные D3 − D6
будут добавляться следующие параметры, в зависимости от характеристик
каждой стопы:
Таблица 3.4. Формирование выходных заключений
Параметр
Значение
Любой
Любое
− D24
D11 , D12
D11
D11
D11
D12
D12
D11
D11 = a2 , D12
D11 ≠ a2 , D12
D11 ≠ a2 , D12
D11
Что надо добавить в
D3
D4
D5
D6
b3
b4
b1
a2
a2
≠ a2
b16 ,b18
a4
a4
a5
a5
a6
a6
a4
a4
a5
a5
a6
a6
b10
b11
≠ a2
b5
≠ a2
b6
= a2
b7
79
(D11 = a4 или D11 = a5 ), D12 ≠ a2
b8
D11 ≠ a2, (D12 = a4 или D12 = a5 )
b9
D13
≠ a2
b19
D13
a1
a1
D13
a3
a3
D13
a4
a4
b12
D13
a5
a5
b13
D13
a6
a6
b14
D14
a7
a7 , b20
b15
≠ a2
b17 b18
D21
a4
a4
D21
a5
a5
D21
a6
a6
D22
a4
a4
D22
a5
a5
D21
a6
a6
D21 , D22
b3
b4
b3
b4
b3
b4
b3
b4
b3
b4
b2
b10
b11
D21 = a2 , D22 ≠ a2
b5
D21 ≠ a2 , D22 ≠ a2
b6
D21 ≠ a2 , D22 = a2
b7
(D12 = a4 или D21 = a5 ), D22 ≠ a2
b8
D21 ≠ a2, (D 22 = a4 или D22 = a5 )
b9
D23
≠ a2
b19
D23
a1
a1
D23
a3
a3
D23
a4
a4
b12
D23
a5
a5
b13
D23
a6
a6
b14
D24
a7
a7 , b20
b15
b2
80
3.5.3. Пример формирования выходного заключения.
Рассмотрим для примера формирование выходного заключения у
одного пациента. Пусть в результате распознавания снимка стопы мы
получили следующие данные:
Левая стопа:
медиальная часть – норма
латеральная часть – плоскостопие I степени
средний отдел стопы – плоскостопие I степени
задняя часть стопы – норма
Правая стопа:
медиальная часть – плоскостопие I степени
латеральная часть – плоскостопие II степени
средний отдел стопы – плоскостопие I степени
задняя часть стопы – уплощение.
Таким образом, имеем следующие параметры стопы:
D11 = a2 , D21 = a4 ,
D12 = a4 , D22 = a5 ,
D13 = a4 , D23 = a4 ,
D14 = a2
(3.13)
D24 = a7
Подставляя эти значения в таблицу 3.4 и убирая повторяющиеся члены,
получаем следующие заключения:
D3 = {b16 , b18 , a4 , b19, a4 , b17 , b18 , a4 , b19 , a4 , a7 , b20 }
D4 = {b6 , b8 , b9 , b12 , b13 , b15 }
D5 = b3
D6 = b4
Или, в текстовом виде:
(3.14)
81
Медицинское заключение: левостороннее поперечное плоскостопие I
степени, продольное плоскостопие I степени, правостороннее поперечное
плоскостопие II степени, продольное плоскостопие I степени, уплощение
пятки.
Рекомендации по лечению:
- Под подошву подкладывается мягкая простилка для отнесения переката
кзади, необходимо соблюдать подбор обуви по полноте стопы.
- Назначается ношение стельки с супинатором в медиальной части
переднего отдела стопы.
- При фиксированной стопе для подведения опоры под головку приподнятой
1 плюсневой кости ставится супинатор.
- Ношение стелек-супинаторов в среднем отделе стопы.
- Назначается ношение стельки-супинатора в среднем отделе стопы, озо-
керитовые или парафиновые аппликации на стопы, электростимуляция
мышц медиальной поверхности голени. Полезно занятие плаванием.
- Назначается ношение стельки с супинатором в заднем отделе стопы,
озокеритовые или парафиновые аппликации на стопы, электростимуляция
мышц медиальной поверхности голени. Полезно занятие плаванием.
Рекомендации по лечебной физкультуре:
Больному назначается следующий комплекс упражнений
лечебной
физкультуры (ЛФК):
В исходном положении (И. П.) сидя с выпрямленными ногами:
- Колени и пятки соединены, правая стопа сильно разогнута; подвести
передний отдел левой стопы под подошву правой, затем повторить упражнение, поменяв ноги.
- Погладить внутренним краем и подошвенной поверхностью правой
стопы левую голень, повторить, поменяв ноги.
И. П. - сидя на стуле:
- Сгибать пальцы стоп.
82
- Приведение стоп внутрь.
- Кружение стопами внутрь.
- Обеими стопами захватить и приподнять мяч (волейбольный или на-
бивной).
- Пальцами ног захватывать и приподнимать карандаш.
- Пальцами ног захватывать и приподнимать губку.
- Пальцами стоп подтягивать тонкий коврик.
И. П. - стоя на носках, стопы параллельно.
- Перейти на наружный край стопы и вернуться в И. П.
- Ходьба босиком по песку (для песка можно приспособить ящик размером
полметра на метр) или коврику из поролона (или с большим ворсом), согнув
пальцы и опираясь на наружный край стопы.
- Ходьба по скошенной поверхности с опорой на наружный край стопы.
- Ходьба по бревну боком.
Рекомендации по проведению массажа
Больному назначается массаж:
Массируют преимущественно внутреннюю поверхность голени и подошвенную поверхность стопы. Массаж в виде легких растираний, поглаживаний и разминаний мышц стопы и голени проводится в направлении:
на голени – от голеностопного сустава к коленному суставу, на стопе – от
пальцев к пяточной области. Время массажа – 8-10 минут. Наличие кожных
заболеваний и сосудистых нарушений является противопоказанием к
массажу.
При разметке и распознавании изображения стопы результаты
диагностики сразу выводятся на экран. Однако они выводятся только для
текущей размечаемой стопы. Кроме того, определение площади и (если
используется) определение высоты свода стопы идет отдельно в программе.
83
Поэтому необходимо выдавать все результаты диагностики и выходное
заключение, что вырабатывает программно-инструментальный комплекс,
отдельно и в одном месте – выводить индивидуальный отчет по результатам
обследования. К индивидуальному отчету предъявляются следующие
требования:
• возможность распечатки на принтере;
• легкая подстройка формата выводимого отчета под требования
конечного пользователя программы (в идеале сам пользователь
должен иметь возможность задавать вид отчета, какой необходим в
конкретном случае);
• возможность выводить в отчете только те результаты диагностики,
которые необходимы в конкретном случае;
• возможность вывести несколько разных индивидуальных отчетов по
одному и тому же обследованию.
Проанализировав предпочтения многих потенциальных пользователей
системы, можно сделать вывод, что они в большинстве своем уже имеют на
компьютере установленный пакет Microsoft Office XP или более новый и
привыкли печатать и редактировать документы из него. Следовательно,
индивидуальный отчет должен выводиться в формате Microsoft Word для
удобного с точки зрения пользователя сохранения и распечатки результатов
диагностики.
При формировании индивидуального отчета можно воспользоваться
COM-объектами Microsoft Word и создать документ с любым оформлением,
какое необходимо. [29] Однако для изменения формата индивидуального
отчета в этом случае придется переписывать код программы, что не под силу
конечному пользователю, следовательно, не будет выполнено требование о
гибкости индивидуального отчета и возможности задавания его формата
пользователем.
84
Подобная проблема (возможность формирования пользователем
формата выводимых отчетов) встает перед многими разработчиками
прикладных программных продуктов. Очень удобное решение предложила
компания 1С, использовав его в своих продуктах: пользователь создает
шаблон отчета, помещая в необходимых местах названия параметров, а
система при формировании отчета проставляет вместо названий параметров
их значения.
Таким же образом сделано и в разрабатываемой системе. Пример
шаблона индивидуального отчета приведен в Приложении 2. Названия
выводимых
параметров
начинаются
со
знака
«%»,
например,
«%ДлинаПередЛевой», «%СреднийОтделПравой» и т.п. Программа при
формировании отчета ищет в шаблоне названия параметров и заменяет их на
конкретные значения. Этим обеспечивается независимость программного
кода для формирования индивидуального отчета от формата этого отчета –
пользователь сам может задать любой формат.
При формировании индивидуального отчета используются следующие
названия выводимых параметров:
Для задаваемой оператором информации об обследуемом:
%Фамилия, %Имя, %Отчество, %ГодРождения, %Пол, %ДомашнийАдрес,
%ДатаОбследования, %МестоРаботы, %МассаТела, %Рост, %ШиринаПлеч,
%ОбхватПлеч,
%ОкружностьГруднойКлетки,
%ДеформацияПозвоночникаСтоя,
%ДеформацияПозвоночникаЛежа,
%ВидНагрузочнойПробы.
Для вывода информации о состоянии стопы без нагрузки:
Левая стопа –
%ВысотаЛевой (высота свода стопы), %ДлинаЛевой (длина всей стопы),
%ДлинаПередЛевой (длина передней части стопы), %ДлинаСредЛевой
(длина средней части стопы), %ДлинаЗадЛевой (длина задней части стопы),
%ИндексВейсфлогаЛевой,
%ИндексШтритераЛевой,
%ИндексШ-ГЛевой
85
(индекс Штритера – Годунова), %ПлощадьЛевой (площадь поверхности
стопы),
%ПлощадьПередЛевой
(площадь
передней
части
стопы),
%ПлощадьСредЛевой (площадь средней части стопы), %ПлощадьЗадЛевой
(площадь задней части стопы), %МедиальнаяЧастьЛевой (состояние
медиальной
части
%<NAPЛевой
стопы
для
( ∠NAP
–
степень
левой
поперечного
стопы),
плоскостопия),
%ЛатеральнаяЧастьЛевой
(состояние латеральной части стопы – степень поперечного плоскостопия),
%<QBRЛевой ( ∠QBR для левой стопы), %СреднийОтделЛевой (состояние
среднего отдела стопы – степень продольного плоскостопия), %XЛевой
(значение X ), %YЛевой (значение Y ), %ЗаднийОтделЛевой (состояние
заднего
отдела
стопы),
%<HC'KЛевой
( ∠HC' K
для
левой
стопы),
%ИзображениеЛевой (изображение левой стопы с нанесенными линиями
разметки).
Для правой стопы параметры называются аналогично, только со
словом «Правой».
Для вывода данных о стопе при использовании нагрузочной пробы в
название
параметра
добавляется
слово
«Груз»,
например,
используется
название
%ВысотаГрузЛевой, %ДлинаГрузЛевой и т.п.
Для
вывода
медицинского
заключения
параметра %Диагноз, для вывода рекомендаций по реабилитационным
мероприятиям, которые формируются как описано в пункте 2.5.2,
%Рекомендации.
Таким образом, названия большинства выводимых параметров
достаточно очевидны. В комплекте с системой поставляется несколько
заранее подготовленных шаблонов индивидуального отчета, таких как
«Параметры
стопы
без
нагрузки.doc»,
«Параметры
стопы
под
нагрузкой.doc», «Сводная таблица по стопе.doc» и т.д., пользователь сможет
легко создать свой собственный шаблон отчета или модифицировать
имеющиеся.
86
Рис. 3.12. Диалог выбора шаблона индивидуального отчета
Пример готового индивидуального отчета показан в Приложении 3.
Чтобы сформировать индивидуальный отчет по результатам обследования,
пользователь должен выбрать в диалоге, показанном на рис. 3.12
необходимый шаблон индивидуального отчета. При открытии этого диалога
система сканирует папку, куда установлена программа, в поиске файлов с
расширением «.doc». Найденные файлы добавляются в список. Поэтому для
добавления в систему нового шаблона индивидуального отчета достаточно
просто поместить соответствующий файл в папку, куда была установлена
программа. При нажатии кнопки «Сформировать отчет» откроется редактор
Microsoft Word, в котором будет создан новый документ с индивидуальным
отчетом согласно выбранному шаблону. Этот документ можно сохранить и
распечатать обычным образом.
3.6. Компонент формирования группового отчета
Индивидуальный отчет позволяет получить полные данные о
состоянии стопы одного человека. Однако часто необходимо обработать
87
данные о состоянии стопы многих людей, например, учебной группы,
школы, института и т.п. Поэтому необходимо получить выборку, состоящую
из результатов многих обследований. Для этого в системе был разработан
компонент формирования группового отчета.
Рис. 3.13. Диалог формирования группового отчета
Рис. 3.14. Выбор папки с обследованиями
88
Поскольку обследования хранятся в отдельных файлах, то естественно
помещать обследования в папки соответственно группе обследуемых (это
может быть класс, учебная группа и т.п.). Поэтому и групповой отчет можно
формировать по всей папке с обследованиями.
При выборе в меню создания группового отчета пользователю
выводится диалог, показанный на рис. 3.13.
При нажатии
на кнопку
«Выбрать папку с обследованиями стопы» пользователю показывается
системный диалог выбора папки, показанный на рис. 3.14. Система ищет в
указанной папке и всех вложенных папках файлы обследований и
формирует из них список для группового отчета.
К групповому отчету предъявляются требования несколько другие,
чем к индивидуальному отчету. Здесь не так важен окончательный формат
отчета, сколько важно, чтобы в отчете были все параметры, кроме
рекомендаций, и чтобы можно было затем статистически обработать
сформированную выборку. Поэтому было разработано формирование
группового отчета в табличном процессоре Microsoft Excel,
Сформированный отчет представляет собой довольно длинную
таблицу, которую тяжело вывести на печать. Однако основное назначение
отчета - возможность получения выборки данных для статистической
обработки результатов множества обследований. В Приложении 4 показан
фрагмент таблицы группового отчета.
Таким образом, на основе модели, описанной в главе 2, был создан
программно-информационный
комплекс
для
автоматизированной
диагностики состояния стопы, позволяющий провести обследование стопы,
выдать состояние стопы, медицинское заключение и рекомендации.
89
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПРОГРАММНОИНФОРМАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА
4.1. Условия и необходимые затраты для внедрения программно-
информационного комплекса
При
учитывались
разработке
мнения
общеобразовательных
комплекса
для
врачей-ортопедов,
учреждений,
диагностики
работников
которые
плоскостопия
медицинских
хотели
бы
и
иметь
диагностическую систему:
• простую в изготовлении, не требующую дорогостоящих приборов и
компонентов;
• по возможности использующую уже имеющееся в учреждениях
оборудование;
• легкую в обучении и работе: для проведения обследования стопы
должно быть достаточно человека, имеющего минимальные навыки в
работе с ЭВМ и не имеющего специального ортопедического
образования.
Таким
образом,
программно-информационный
комплекс
для
диагностики плоскостопия представляет собой специально укрепленный
планшетный сканер, способный выдержать вес человека, изображенный на
рис. 2.8, персональный компьютер и программу для получения и обработки
изображений стопы. Этим обеспечивается удобство и дешевизна системы:
• Персональный компьютер может уже иметься в медицинском,
общеобразовательном и другом учреждении, необходимо лишь будет
подключить к нему укрепленный сканер и поставить необходимые
драйвера для поддержки сканера, а также программное обеспечение
для диагностики состояния стопы;
90
• Диагностическая система позволяет разделить во времени процесс
получения и обработки снимков стопы: могут быть проведены
обследования большого числа людей с сохранением их изображений
стопы,
а затем в спокойной обстановке эти обследования можно
обработать, получить индивидуальные и групповые отчеты;
• В крайнем случае можно
даже использовать уже имеющийся в
учреждении планшетный сканер, если это CCD-сканер, необходимо
будет только изготовить для него специальный прозрачный столик,
внутрь которого будет вкладываться сканер и на который будет
вставать обследуемый. Таким образом, можно добиться еще большего
удешевления диагностической системы.
Следовательно,
внедрить
в
программно-информационный
практику
массовых
обследований
комплекс
состояния
можно
стопы
с
минимальными затратами. Если ставить систему в учреждение «с нуля», то
затраты будут складываться из затрат на приобретение следующего
оборудования и программного обеспечения:
• Персональный компьютер Pentium-233 или более мощный: ОЗУ 64 Мб
или выше, HDD 20 Гб или выше (одно обследование занимает около
мегабайта на
жестком диске, поэтому для хранения данных об
обследовании
большого
количества
людей
необходимо
много
свободного дискового пространства);
• Планшетный сканер с ПЗС-матрицей (CCD) в укрепленном корпусе;
• ОС Microsoft Windows 98 или более новая;
• Экспертная система для получения и анализа снимков стопы;
• Офисный пакет Microsoft Office 2000 или более новый (для создания и
распечатки индивидуальных и групповых отчетов).
91
4.2. Результаты экспериментальной проверки комплекса
Для экспериментальной проверки было изготовлено аппаратные части
комплекса, представляющие собой специально укрепленный сканер,
способный выдержать вес человека. Использование двух комплексов
позволило вести эксперименты по сканированию стопы независимо и
одновременно, кроме того, в установках были использованы разные
планшетные сканеры: в первой установке Accer 620S, а во второй – BenQ
5000U. Это позволило проверить независимость диагностической системы
от используемого сканера.
Исследование
морфофункционального
состояния
стопы
было
проведено у 500 человек. Так как это состояние существенно меняется с
возрастом, все обследуемые
по
возрастам были подразделены на две
группы:
1-я группа: 7-10 лет (школьники) – 220 человек. Исследования этой
группы проводились в различных школах г. Волгограда. Обучающая
выборка для этой группы составила 150 человек. Контрольная выборка – 70
человек. В таблице 4.1 представлены результаты статистического анализа
данных в первой группе (по показателю x1 - угол при медиальной части).
Таблица 4.1. Результаты статистического анализа для первой группы
Показатели
Среднее
Стандартная ошибка
Медиана
Мода
Стандартное отклонение
Дисперсия выборки
Эксцесс
Асимметричность
Интервал
Минимум
Максимум
Наибольший(1)
Наименьший(1)
Уровень надежности(95,0%)
Обуч. выборка
10,22
0,45
10,79
11,00
4,84
23,41
-0,22
0,03
21,57
0,10
21,67
21,67
0,10
0,89
Контр. выборка
9,73
0,50
9,76
7,86
4,68
21,91
-0,43
0,11
22,23
0,26
22,49
22,49
0,26
1,00
92
2-я группа: 18-22 года (студенты) – 280 человек. Исследования этой
группы проводились в Волгоградском государственном медицинском
университете на кафедре нормальной физиологии и в Волгоградской
государственной академии физической культуры на кафедре анатомии и
биомеханики. Обучающая выборка для этой группы составила 180 человек.
Контрольная выборка – 100 человек. В таблице 4.2 представлены результаты
статистического анализа данных во второй группе (по показателю x1 - угол
при медиальной части).
Таблица 4.2. Результаты статистического анализа для второй группы
Показатели
Среднее
Стандартная ошибка
Медиана
Мода
Стандартное отклонение
Дисперсия выборки
Эксцесс
Асимметричность
Интервал
Минимум
Максимум
Наибольший(1)
Наименьший(1)
Уровень надежности(95,0%)
Результаты
Обуч. выборка
9,70
0,25
9,86
12,12
4,21
17,69
0,16
0,13
21,24
0,58
21,82
21,82
0,58
0,50
экспериментальной
Контр. выборка
8,96
0,40
8,78
5,70
4,00
16,00
-0,39
0,05
18,85
0,38
19,23
19,23
0,38
0,79
проверки
программно-
информационного комплекса показаны в таблице 4.3:
Таблица 4.3. Результаты экспериментальной проверки
Состав
группы
Дети 7-10 лет
Студенты
18-22 года
Общее колво
обследуемых
220
Объем
обуч.
выборки
150
Объем
контр.
Выборки
70
280
180
100
Определено Определено
правильно Экспертом
61 (87 %)
56 (80%)
84 (84 %)
79 (79%)
Видно, что в целом система позволяет проводить более точную диагностику
состояния стопы человека, чем это делает врач-эксперт.
В таблице 4.4 приведены результаты уточнения параметров описания
образа o1 (угла при первом пальце) по первой группе обследуемых:
93
Таблица 4.4. Результаты уточнения o1 (угла наклона большого пальца)
Величина
Исходное значение
(по опросу экспертов)
Уточненное значение
Точность
a11
a12
a13
15°
20°
30°
14°
2°
21°
28°
Видно, что в процессе обучения программно-информационного комплекса
были уточнены параметры образа, что позволило проводить более точную
диагностику школьников.
Обследование
стопы
при
помощи
разработанного
комплекса
осуществляется эффективнее, чем у аналогов. Так, само обследование
занимает не более пяти минут, в то время как у аналогичных комплексах
обследование может занимать десятки минут. Комплекс обладает низкой
стоимостью ( ≈ 25
тыс. руб.) и низкой трудоемкостью проведения
обследования.
Разработанный программно-информационный комплекс был внедрен в
Волгоградской
государственной
академии
физической
культуры.
Применение комплекса позволило повысить эффективность диагностики
стопы в спортивной медицине.
94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработаны модель и алгоритмы, на основе которых реализован
программно-информационный
комплекс
для
диагностики
состояния
органичной системы на примере определения состояния стопы человека:
1. Предложено первичное описание системы Г в виде матрицы точек
изображения.
2. Предложен набор характеристик
X и разработан алгоритм их
получения с помощью отображения F .
3. Разработано описание возможных состояний системы O и алгоритм
отображения S множества характеристик в множество состояний.
4. Для
получения
настроечных
параметров
образов
предложен
статистический алгоритм обучения.
5. Предложенная модель и алгоритмы реализованы в виде программно-
информационного комплекса для диагностики состояния стопы
человека, который показал работоспособность и эффективность в
опытной эксплуатации.
6. Комплекс зарегистрирован в Отраслевом фонде алгоритмов и
программ.
7. На разработанный способ диагностики состояния стопы человека
получен патент № 2253363 от 10 июня 2005 г.
95
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Borland
C++
[Электронный
Builder
ресурс]
//
http://www.borland.com/us/products/cbuilder/index.html
2. Dosadi - Document scanning and image acquisition tools for developers
[Электронный ресурс] // http://www.dosadi.com/
3. Extensible
Markup
Language
(XML)
[Электронный
ресурс]
//
http://xml.coverpages.org/xml.html
4. Matthew Dr., Kaiman E. Podiatric Medicine, Sports Medicine & Foot
Orthopedic [Электронный ресурс] // http://feetfirst.com
5. Micromak service – Motion Analysis Software [Электронный ресурс] //
http://www.mikromak.com/en/home.htm
6. Soft-полигон (программное обеспечение для медицины). [Электронный
ресурс] // http://sibmed.ru/soft/lst.php
7. Stereoscopic scanning: 3D in industry and multimedia. [Электронный
ресурс] // http://www.stereoscopicscanning.de
8. Verhaar J. A. N. Ношение обуви и распространенность плоскостопия.
[Текст] / Verhaar J. A. N. // Русский медицинский журнал. – 1996. – том
3. - №5.
9. Warner J. Flat-Footed but Not Disabled. [Электронный ресурс] //
http://my.webmd.com/content/article/3606.1237
10. Алексеевская И. А. Диагностические игры в медицинских задачах.
Вопросы кибернетики [Текст] / Алексеевская И. А., Недоступ А. В. //
Задачи медицинской диагностики и прогнозирования с точки зрения
врача.– 1988.– № 112.– С. 128–139.
11. Аппаратная диагностика патологии стоп на плантоскопе. [Электронный
ресурс] // http://www.stopa.info/plantoscope/
96
12. Арсеньев
С.
Извлечение
[Электронный
ресурс]
знаний
из
медицинских
Арсеньев
/
баз
данных
Сергей
//
http://neural.narod.ru/Arsen.htm
13. Бадд
Т. Объектно-ориентированное
программирование
в
действии
[Текст] / Пер. с англ.– СПб: Питер, 1997.– 464 с.
14. Бенькович Е. С. и др. Практическое моделирование динамических систем
[Текст] / Е. С. Бенькович, Ю. Б. Колесов, Ю. Б. Сениченков. – СПб.:
БХВ-Петербург, 2002.– 464 с.
15. Большая
медицинская
энциклопедия
[Электронный
ресурс]
//
http://bme.med-lib.ru
16. Буч
Г.
Объектно-ориентированный
анализ
и
проектирование
с
примерами приложений на С++ [Текст]: 2-е изд.: Пер. с англ.– М.:
«Издательство Бином», СПб: «Невский диалект», 1998.—560 с.
17. Вагин В. Н. Методы извлечения и обобщения информации в больших
базах данных [Текст] / Федотов А. А., Фомина М. В. // Известия
академии наук. Теория и системы управления.– 1999.– № 5.– С. 45–49.
18. Виданов А. Все о выборе сканера: устройство сканера. // [Электронный
ресурс] // http://www.scaner.ru/scanning/ccdscanners.htm
19. Гаврилова Т. А. Извлечение и структурирование знаний для экспертных
систем [Текст] / Гаврилова Т. А.,Червинская К. Р..— М.: Радио и связь,
1992.
20. Гаврилова
Т.А.
Базы
знаний
интеллектуальных
систем
[Текст]
/ Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных
систем. – СПб: Питер, 2000.– 384 с.
21. Гейн К. Структурный системный анализ: средства и методы. [Текст]
/ Гейн К., Сарсонт Т.; В 2-х частях.Ч1 / Пер. с англ.; под ред.
А. В. Козлинского.– М.: Эйтекс, 1993.– 188 с.
22. Гиг Дж. Прикладная общая теория систем [Текст]; В 2-х книгах.– М.:
Мир, 1981.
97
23. Гречин И. В. Приобретение знаний экспертными системами [Текст]//
Материалы
международной
молодежной
научной
научно-технической
конференции
конференции
«Интеллектуальные
и
САПР».—
Таганрог: ТРТУ, 2000.— №2 (16). — С. 66–69.
24. Дворянкин А. М. Искусственный интеллект. Базы знаний и экспертные
системы
[Текст]
/
А. М. Дворянкин,
А. В. Кизим,
И. Г. Жукова,
М. Б. Сипливая : Учеб. пособие.: Волгоград. гос. техн. ун-т, 2003.— 140
с.
25. Дворянкин А. М. и др. Искусственный интеллект. Моделирование
рассуждений
и
формальные
системы:
Учеб.
пособие
[Текст]
/
А. М. Дворянкин, М. Б. Сипливая, И. Г. Жукова.– Волгоград: Волгоград.
гос. техн. ун-т, 2003.— 140 с.
26. Дворянкин А. М. Методические указания к практическим занятиям по
искусственному интеллекту. [Текст] / Дворянкин А. М., Заболеева-Зотова
А. В. // Часть I.— Волгоград: Волгоград. гос. техн. ун-т, 1997.— 16 с.
27. Дворянкин А. М. Методические указания к практическим занятиям по
искусственному интеллекту. [Текст] / Дворянкин А. М., Заболеева-Зотова
А. В. // Часть II.— Волгоград: Волгоград. гос. техн. ун-т, 1997.— 16 с.
28. Дворянкин А. М., Разработка и применение ЭС принятия проектных
решений [Текст] / Дворянкин А. М., Бутенко Л. Н.: Метод. указ. к
выполнению курсовой работы.— Волгоград: ВолгПИ, 1993 — 22 с.
29. Дейл Роджерсон. Основы COM [Текст] / Пер. с англ. – 2-е изд., испр. и
доп.– М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция» .– 2000.– 400 с.
30. Джексон П. Введение в экспертные системы. [Текст]: Пер. с. англ.: Уч.
пос.– М.: Издательский дом «Вильямс», 2001.– 624с.
31. Дорохов
Р.
методическое
Н.,
Рыбчинская
пособие
Л.
П.
[Текст].
–
Телосложение
спортсмена:
Смоленск,
Смоленский
государственный институт физической культуры, 1977.
98
32. Дульская О. Плоскостопие – один раз и на всю жизнь. [Текст] // АиФ
Здоровье. – 2001. - № 4.
33. Жоха К. К., Александрович В. Л.
Плоскостопие. [Текст] // Новости
лучевой диагностики. – 1998. - №2. – с. 12-13.
34. Заболеева-Зотова А. В. Введение в системологию [Текст]: Учеб. пособ. /
ВолгГТУ.— Волгоград: РПК «Политехник», 1999.— 108 с.
35. Зайцев В. М., Лифляндский
В. Г., Маринкин В. И. Прикладная
медицинская статистика [Текст]: учебное пособие. – Санкт-Петербург,
ФОЛИАНТ, 2003. – 200 с.
36. Иваницкий М. Ф. Анатомия человека [Текст] / 3-е изд., дополн. – М.:
Физкультура и спорт, 1969. – 274 с.
37. Искусственный интеллект: В 3 кн. Кн. 1. Системы общения и экспертные
системы: Справочник [Текст] / Под ред. Э.В.Попова.– М: Радио и
связь,1990.– 464 с.
38. Искусственный интеллект: В 3 кн. Кн. 2. Модели и методы: Справочник
[Текст] / Под ред. Д. А. Поспелова.– М: Радио и связь,1990.– 304 с.
39. Искусственный интеллект: В 3 кн. Кн. 3. Программные и аппаратные
средства:
Справочник
[Текст]
/ Под
ред.
В.Н.Захарова,
В.Ф.Хорошевского.– М: Радио и связь, 1990.– 464с.
40. Калужский С. И. Автоматизированный комплекс для диагностики
плоскостопия [Текст] / Гавриков К.В., Перепелкин А.И., Плешаков И.А.,
Калужский С.И. и др.; Министерство образования и науки РФ.
Государственный координационный центр информационных технологий.
Национальный информационный фонд неопубликованных документов.:
М., 2004. – № ГР 50200401221. – Инв. № 987-1/1.
41. Калужский С. И. Автоматизированный комплекс для диагностики
плоскостопия [Текст] / Калужский С.И., Гавриков К.В., Плешаков И.А. и
др. // Информационные технологии в образовании, технике и медицине:
99
Материалы международной конференции. В 3-х т. Т.3 / ВолгГТУ. –
Волгоград, ВолгГТУ, 2004. – с. 204-207.
42. Калужский С.И.
Новые технологии в комплексной диагностике
морфофункционального состояния стопы. [Текст] / Перепелкин А.И.,
Гавриков К.В., Калужский С.И. и др. // Информационные технологии в
образовании,
технике
и
медицине:
конференции. В 3-х т. Т.3. – Волгоград.:
Материалы
международной
ВолгГТУ, 2004. – с. 218-220.
43. Калужский С.И. Новый метод диагностики патологии стопы. [Текст] /
Перепелкин А.И., Гавриков К. В., Калужский С.И., Бабайцева Н.С. //
Новые технологии в медицине (морфологические, экспериментальные,
клинические и социальные аспекты), сб. трудов посв. 70-летию
Сталинградского-Волгоградского
медицинского
института-академии-
университета (труды ВолГМУ. – Т. 61, вып.1). Волгоград, 2005. – С. 310311.
44. Калужский С.И. Новый способ диагностики плоскостопия/Медико-
биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и
социализации человека [Текст]/ Гавриков К.В., Перепелкин А.И.,
Калужский С.И. и др. // Материалы 3-й Всероссийской научнопрактической конференции.
– Волгоград, Волгоградское научное
издательство, 2004. – с. 130-131.
45. Калужский
С.И.
Способ
исследования
морфофункциональных
возрастных показателей стопы. [Текст] / Гавриков К. В., Перепелкин
А.И., Калужский С.И.,
и др. // Новые технологии в медицине
(морфологические, экспериментальные, клинические и социальные
аспекты), сб. трудов посв. 70-летию Сталинградского-Волгоградского
медицинского института-академии-университета (труды ВолГМУ. – Т.
61, вып.1). Волгоград, 2005. – С. 277-278.
46. Калужский С.И. Способ оценки морфофункционального состояния
стопы [Текст] / Гавриков К.В., Перепелкин А.И., Калужский С.И., и др.
100
//Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации
и социализации человека: Материалы 3-й Всероссийской научнопрактической конференции. – Волгоград, Волгоградское научное
издательство, 2004. – с. 132-133.
47. Кашуба В. А. Биомеханика осанки [Текст]. – Киев.: Олимпийская
литература, 2003. – 279 стр.
48. Кашуба В.А., Сергиенко К.Н., Валиков Д.П. Компьютерная диагностика
опорно-рессорной функции стопы человека [Электронный ресурс] //
http://lib.sportedu.ru/books/xxpi/2002n1/p11-16.htm
49. Кобринский Б. А. Искусственный интеллект и медицина: возможности и
перспективы систем, основанных на знаниях [Текст] // Новости
искусственного интеллекта.– 2001.– № 4.– С. 44–51.
50. Кобринский Б. А. Искусственный интеллект и медицина: особенности
прикладных консультативных систем [Текст]// Новости искусственного
интеллекта.– 2002.– № 4.– С. 24–28.
51. Ковешников В. Г. Медицинская антропология [Текст] / Ковешников В.
Г., Никитюк Б. А. — К.: Здоровье, 1992 г. — 200 с.
52. Компьютерная подометрическая система “Pad Pro”. [Электронный
ресурс] // http://www.stopa.ru/diagnostic.htm
53. Корчевая Т., Кузнецова Н. Этиология плоскостопия
[Электронный
ресурс] // http://www.stopa.info/articles/05/
54. Лечебная физкультура и массаж при плоскостопии / Гавриков К. В.,
Плешаков И. А., Калужский С. И. и др. [Текст] – Волгоград, 2004. – 20 с.
55. Лорьер Ж.–Л. Системы искусственного интеллекта: Пер. с франц.
[Текст].— М.: Мир, 1991.— 586с.
56. Луценко Е. В. Интеллектуальные информационные системы [Текст]:
Учебное пособие для студентов специальности 351400 "Прикладная
информатика (по отраслям)". – Краснодар: КубГАУ. 2004. – 633 с
101
57. Люгер, Джордж, Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы
решения сложных проблем [Текст], 4-е изд.: Пер. с англ.— М.:
Издательский дом «Вильямс», 2003. — 864 с.
58. Макарова Г.А. Спортивная медицина: Учебник [Текст]. – М.: Советский
спорт, 2002. – 480 с.
59. Маркс В. О. Ортопедическая диагностика (руководство-справочник).
[Текст]. Мн., Наука и техника, 1978. – 512 с.
60. Мартиросов Э. Г. Методы исследования в спортивной антропологии
[Текст]. – М. Физкультура и спорт, 1982.
61. Медицинская
протезирование,
система
ДиаСлед.
диагностика
Опорно-двигательный
стоп
[Электронный
аппарат,
ресурс]
//
http://www.diasled.com/
62. Медицинские информационные системы. Экспертные системы и базы
знаний [Электронный ресурс] //
http://intra.rfbr.ru/pub/vestnik/V4_99/1_14.htm
63. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему [Текст] : Пер. с
англ.– М.: Энергоатомиздат, 1991.– 286 с.
64. Нечволодова
О.Л., Шугалова А.Б. Новое в рентгенодиагностике
поперечного плоскостопия [Текст] // Журнал «Вестник травматологии и
ортопедии им. Н.Н. Приорова», 1996. - №2. – С. 48-51.
65. Никитин В. В. Курс лекций по травматологии и ортопедии.
[Электронный ресурс] //
http://www.bsmu.anrb.ru/publ/lec/index.asp?publ=tl5
66. Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта [Текст].— М.: Радио и
Связь, 1985.
67. Осипов Г. С. Приобретение знаний интеллектуальными системами
[Текст] .— М.: Наука, 1997.
68. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации [Текст]; Пер. с
польского И. Д. Рудинского. — М.: Финансы и статистика, 2002.
102
69. Очерет А. А. Легкие шаги, или как жить с плоскостопием [Текст]. —
СПб.: Издательство «ДИЛЯ», 2003. — 96 с.
70. Павлухин В. Мануальная терапия своими руками [Текст] // ФИС.- 2000.-
№3. – с. 16-17.
71. Пат. 2253363 Российская Федерация, МПК7 А 61 В. Способ диагностики
состояния отделов стопы [Текст] / Заявители Гавриков К. В., Плешаков
И.А., Калужский С.И., Перепелкин А.И., Андреев Н.В.; опубл. 10.06.05.
72. Пахомов И. А. Перспективы использования компьютерной оптической
топографии для диагностики повреждений и заболеваний стоп / Пахомов
И. А., Сарнадский В. Н., Фомичев Н. Г., Вильбергер С. Я. // Материалы
международной
конференции
«Биомедприбор-200».
[Электронный
ресурс] // http://mks.ru/library/conf/biomedpribor/2000/sec01_12.html
73. Поляков А.Ю., Брусенцев В.А. Методы и алгоритмы компьютерной
графики в примерах на Visual C++ [Текст]. - СПб.: БХВ - Петербург,
2003. - 560 с.
74. Попов Э.В. Статические и динамические экспертные системы: Учеб.
пособие [Текст] / Э.В. Попов, И.Б. Фоминых, Е.Б. Кисель, М.Д. Шапот.
— М.: Финансы и статистика, 1996.—320с.
75. Попов Э.В. Экспертные системы: Решение неформализованных задач в
диалоге с ЭВМ [Текст].— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.–
288с.– (Пробл. искусственного интеллекта).
76. Приказ
№
601
от
профилактических
07.10.2003
учреждений
"О
для
перечне
(реестре)
проведения
лечебно-
обследования
призывников в период осеннего призыва 2003 г." [Электронный ресурс]
//
http://www.komzdrav.ru/mgz/komzdravsite.nsf/va_WebPages/npa_00198?Op
enDocument
77. Программа
детской
ортопедической
помощи
[Электронный ресурс] // http://www.antilopa.ru
«Антилопа-ОРТО»
103
78. Прэтт У. Цифровая обработка изображений [Текст]. В двух книгах. М.:
Мир, 1982.
79. Распознавание
образов
на
ЭВМ
[Электронный
ресурс]
//
http://ns.ssga.ru/erudites_info/ccd_and_cmos/oes/html/index.html
80. Сабанов B. И.,
Комина Е. Р. Автоматизированные
системы
в
здравоохранении [Текст]: Учебн. пособ. — Волгоград: ВМА, 1994.— 55с.
81. Савельев И.В. Курс общей физики [Текст]. Т.2. Изд. третье, испр. -
М.:Наука,1988.
82. Спицнадель В. Н. Основы системного анализа [Текст]: Учеб. пособие.—
СПб.: «Изд. дом «Бизнес-пресса», 2000.— 326 с.
83. Стернин М. Ю., Шепелев Г. И. Обобщенные интервальные оценки для
представления экспертных знаний в интеллектуальных СПЭР [Текст]
// Труды
Международных
научно-технических
конференций
«Интеллектуальные системы (IEEE AIS’03)» и «Интеллектуальные
САПР» (CAD–2003). Научное издание в 3-х томах. — М.: Изд-во
Физико-математической литературы, 2003.– Т.1.– С. 469–475.
84. Таусенд К., Фохт Д. Проектирование и программная реализация
экспертных систем на персональных ЭВМ [Текст].— М.: Финансы и
статистика, 1990.
85. Теоретические основы САПР [Текст]: учебник для вузов / В. П. Корячко,
В. М. Курейчик, И. П. Норенков. – М.: Энергоатомиздат, 1897. – 400 с.
86. Торопова А.
Объемное сканирование. [Электронный ресурс] //
http://propc.dz.ru/sep99/3dscan.htm
87. Убейко В. Н. Экспертные системы [Текст].— М.: МАИ, 1992.
88. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам [Текст]: Пер. с
англ.— М.: Мир, 1989.— 388 с.
89. Устьянцев
В.И.,
Коломиец
А.А.,
Глоденко
А.И.
Клинико-
рентгенологическая оценка деформации стопы и нижней конечности при
104
врожденной
косолапости
[Текст]//
Ортопедия,
травматология
и
протезирование. - 1989. - №8. - с. 35 - 39.
90. Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям. Основы
реконструктивной томографии [Текст]. М.: Мир, 1983. -352 с.
91. Шеметов
А.
Вопросы
сканерные.
[Электронный
ресурс]
//
http://www.computerinform.ru/inform12_98/scaner.htm
92. Шикин А. В., Боресков А. В. Компьютерная графика. Полигональные
модели [Текст].. – М.: Диалог-МИФИ, 2000. – 464 с.
93. Шуров В.А. Метод исследования биомеханических свойств мягких
тканей опорной поверхности стопы [Текст] // Ортопедия, травматология
и протезирование. - 1986. - №12. - с. 32 - 35.
94. Экспертная
система
[Электронный ресурс] //
медицинской
диагностики
«Консилиум»
http://www.eksi.kz/consilium/esmd.htm.
95. Экспертные системы. Принципы работы и примеры [Текст]: Пер. с.
англ./ А. Брукинг, П. Джонс, Ф. Кокс и др.; Под ред. Р. Форсайта.— М.:
Радио и связь, 1987.— 224с.
96. Элти Дж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры
[Текст].— М.: Пер. с англ.—М.: Финансы и статистика, 1987.— 191 с.
97. Ярушкина Н. Г. Гибридизация интеллектуальных систем [Текст] // Труды
Международных научно-технических конференций «Интеллектуальные
системы (IEEE AIS’03)» и «Интеллектуальные САПР» (CAD–2003).
Научное издание в 3-х томах. — М.: Изд-во Физико-математической
литературы, 2003.– Т.1.— С. 115–130.
105
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРИМЕР ФАЙЛА ОБСЛЕДОВАНИЯ.
<?xml version='1.0' encoding='windows-1251' ?>
<FootFlatProject>
<Scaner>
<Calibration>
<25 value="58"/>
<30 value="53"/>
<35 value="51"/>
<40 value="48"/>
<45 value="46"/>
<50 value="44"/>
</Calibration>
<Name value="MiraScan V5.01"/>
<DPI value="75"/>
<ImageLeft value="1"/>
<ImageRight value="7,2"/>
<ImageTop value="0"/>
<ImageBottom value="11,69"/>
</Scaner>
<Recognition>
<GridSize value="6"/>
<Threshold value="6"/>
</Recognition>
<MassTestNames>
<MassTest0 value="Без нагрузки"/>
<MassTest value="Нагрузка своим весом"/>
<MassTest2 value="Нагрузка массой 20 кг"/>
</MassTestNames>
<MassTest>
<Left>
<Sectoring>
<D.x value="254"/>
<D.y value="795"/>
<P.x value="250"/>
<P.y value="80"/>
<P'.x value="309"/>
<P'.y value="107"/>
<A.x value="190"/>
<A.y value="260"/>
<B.x value="421"/>
<B.y value="350"/>
<C.x value="329"/>
<C.y value="709"/>
<C'.x value="188"/>
<C'.y value="672"/>
<K.x value="215"/>
<K.y value="570"/>
<G.x value="362"/>
<G.y value="239"/>
<V'.x value="321"/>
<V'.y value="485"/>
<X1.x value="370"/>
<X1.y value="499"/>
<Q.x value="413"/>
<Q.y value="215"/>
<Length value="241 мм"/>
<FrontLength value="92,43 мм"/>
<MidLength value="75,23 мм"/>
<BackLength value="75,23 мм"/>
<Weysflog value="2,88"/>
106
<Shtriter value="27,48"/>
<Godunov value="0,27"/>
<NAP value="11,2 градусов"/>
<NAPDiagnosis value="Норма"/>
<QBRDiagnosis value="Плоскостопие I степени"/>
<QBR value="8,94 градусов"/>
<KDiagnosis value="Стопа с нормальным сводом"/>
<X value="17,19"/>
<Y value="27,24"/>
<K value="0,63"/>
<HC'KDiagnosis value="Уплощение"/>
<HC'K value="2,24 градусов"/>
</Sectoring>
<Square value="54,34"/>
<FrontSquare value="36,99"/>
<MidSquare value="2,92"/>
<BackSquare value="14,42"/>
</Left>
<Right>
<Sectoring>
<D.x value="352"/>
<D.y value="783"/>
<P.x value="280"/>
<P.y value="68"/>
<P'.x value="350"/>
<P'.y value="84"/>
<A.x value="258"/>
<A.y value="266"/>
<B.x value="489"/>
<B.y value="319"/>
<C.x value="427"/>
<C.y value="670"/>
<C'.x value="286"/>
<C'.y value="642"/>
<K.x value="303"/>
<K.y value="566"/>
<G.x value="411"/>
<G.y value="207"/>
<V'.x value="393"/>
<V'.y value="470"/>
<X1.x value="448"/>
<X1.y value="478"/>
<Q.x value="466"/>
<Q.y value="180"/>
<Length value="242 мм"/>
<FrontLength value="95,56 мм"/>
<MidLength value="76,97 мм"/>
<BackLength value="76,97 мм"/>
<Weysflog value="3,03"/>
<Shtriter value="30,6"/>
<Godunov value="0,31"/>
<NAP value="3,76 градусов"/>
<NAPDiagnosis value="Норма"/>
<QBRDiagnosis value="Плоскостопие I степени"/>
<QBR value="11,19 градусов"/>
<KDiagnosis value="Стопа с нормальным сводом"/>
<X value="18,75"/>
<Y value="27,66"/>
<K value="0,68"/>
<HC'KDiagnosis value="Уплощение"/>
<HC'K value="4,59 градусов"/>
</Sectoring>
107
<Square value="65,54"/>
<FrontSquare value="37,4"/>
<MidSquare value="14,72"/>
<BackSquare value="13,43"/>
</Right>
<Left value="Александрова - Left - Mass"/>
<Right value="Александрова - Right - Mass"/>
</MassTest>
<MassTest1>
<Left>
<Sectoring>
<D.x value="250"/>
<D.y value="795"/>
<P.x value="248"/>
<P.y value="76"/>
<P'.x value="307"/>
<P'.y value="105"/>
<A.x value="188"/>
<A.y value="272"/>
<B.x value="421"/>
<B.y value="346"/>
<C.x value="327"/>
<C.y value="709"/>
<C'.x value="186"/>
<C'.y value="672"/>s
<K.x value="211"/>
<K.y value="574"/>
<G.x value="360"/>
<G.y value="239"/>
<V'.x value="315"/>
<V'.y value="480"/>
<X1.x value="366"/>
<X1.y value="491"/>
<Q.x value="413"/>
<Q.y value="215"/>
<Length value="242 мм"/>
<FrontLength value="93,78 мм"/>
<MidLength value="76,58 мм"/>
<BackLength value="76,58 мм"/>
<NAP value="9,27 градусов"/>
<NAPDiagnosis value="Норма"/>
<QBRDiagnosis value="Плоскостопие I степени"/>
<QBR value="9,6 градусов"/>
<KDiagnosis value="Стопа с нормальным сводом"/>
<X value="29,86"/>
<Y value="27,41"/>
<K value="1,09"/>
<HC'KDiagnosis value="Уплощение"/>
<HC'K value="0,27 градусов"/>
<Weysflog value="2,94"/>
<Shtriter value="28,84"/>
<Godunov value="0,29"/>
</Sectoring>
<Square value="63,78"/>
<FrontSquare value="41,95"/>
<MidSquare value="3,33"/>
<BackSquare value="18,5"/>
</Left>
<Right>
<Sectoring>
<D.x value="350"/>
<D.y value="787"/>
108
<P.x value="286"/>
<P.y value="66"/>
<P'.x value="350"/>
<P'.y value="80"/>
<A.x value="254"/>
<A.y value="268"/>
<B.x value="491"/>
<B.y value="321"/>
<C.x value="427"/>
<C.y value="674"/>
<C'.x value="284"/>
<C'.y value="646"/>
<K.x value="299"/>
<K.y value="570"/>
<G.x value="413"/>
<G.y value="203"/>
<V'.x value="395"/>
<V'.y value="466"/>
<X1.x value="446"/>
<X1.y value="476"/>
<Q.x value="464"/>
<Q.y value="180"/>
<Length value="244 мм"/>
<FrontLength value="94,77 мм"/>
<MidLength value="77,27 мм"/>
<BackLength value="77,27 мм"/>
<NAP value="6,44 градусов"/>
<NAPDiagnosis value="Норма"/>
<QBRDiagnosis value="Плоскостопие II степени"/>
<QBR value="12,62 градусов"/>
<KDiagnosis value="Стопа с нормальным сводом"/>
<X value="28,98"/>
<Y value="28,85"/>
<K value="1"/>
<HC'KDiagnosis value="Уплощение"/>
<HC'K value="1,7 градусов"/>
<Weysflog value="2,98"/>
<Shtriter value="28,87"/>
<Godunov value="0,29"/>
</Sectoring>
<Square value="78,15"/>
<FrontSquare value="42,24"/>
<MidSquare value="15,31"/>
<BackSquare value="20,6"/>
</Right>
<Left value="Александрова - Left - Mass2"/>
<Right value="Александрова - Right - Mass2"/>
</MassTest1>
<MassTest0>
</MassTest0>
<Left>
<Sectoring>
<D.x value="254"/>
<D.y value="787"/>
<P.x value="256"/>
<P.y value="74"/>
<P'.x value="307"/>
<P'.y value="107"/>
<A.x value="197"/>
<A.y value="270"/>
<B.x value="417"/>
<B.y value="342"/>
109
<C.x value="313"/>
<C.y value="705"/>
<C'.x value="193"/>
<C'.y value="664"/>
<K.x value="231"/>
<K.y value="556"/>
<G.x value="358"/>
<G.y value="237"/>
<V'.x value="323"/>
<V'.y value="472"/>
<X1.x value="364"/>
<X1.y value="483"/>
<Q.x value="405"/>
<Q.y value="209"/>
<Length value="240 мм"/>
<FrontLength value="93,11 мм"/>
<MidLength value="73,88 мм"/>
<BackLength value="73,88 мм"/>
<Weysflog value="3,08"/>
<Shtriter value="23,89"/>
<Godunov value="0,24"/>
<NAP value="8,12 градусов"/>
<NAPDiagnosis value="Норма"/>
<QBRDiagnosis value="Плоскостопие II степени"/>
<QBR value="12,16 градусов"/>
<KDiagnosis value="Стопа с нормальным сводом"/>
<X value="14,32"/>
<Y value="25,92"/>
<K value="0,55"/>
<HC'KDiagnosis value="Уплощение"/>
<HC'K value="3,72 градусов"/>
</Sectoring>
<Square value="33,14"/>
<FrontSquare value="12,51"/>
<MidSquare value="7,35"/>
<BackSquare value="13,28"/>
</Left>
<Right>
<Sectoring>
<D.x value="350"/>
<D.y value="773"/>
<P.x value="293"/>
<P.y value="60"/>
<P'.x value="350"/>
<P'.y value="72"/>
<A.x value="276"/>
<A.y value="262"/>
<B.x value="487"/>
<B.y value="311"/>
<C.x value="419"/>
<C.y value="679"/>
<C'.x value="288"/>
<C'.y value="654"/>
<K.x value="315"/>
<K.y value="548"/>
<G.x value="419"/>
<G.y value="207"/>
<V'.x value="409"/>
<V'.y value="454"/>
<X1.x value="446"/>
<X1.y value="462"/>
<Q.x value="464"/>
110
<Q.y value="174"/>
<Length value="241 мм"/>
<FrontLength value="91,31 мм"/>
<MidLength value="76,2 мм"/>
<BackLength value="76,2 мм"/>
<Weysflog value="3,3"/>
<Shtriter value="21,82"/>
<Godunov value="0,22"/>
<NAP value="0,88 градусов"/>
<NAPDiagnosis value="Норма"/>
<QBRDiagnosis value="Плоскостопие II степени"/>
<QBR value="13,03 градусов"/>
<KDiagnosis value="Стопа полая"/>
<X value="12,77"/>
<Y value="26,04"/>
<K value="0,49"/>
<HC'KDiagnosis value="Уплощение"/>
<HC'K value="4,92 градусов"/>
</Sectoring>
<Square value="46,89"/>
<FrontSquare value="26,82"/>
<MidSquare value="6,73"/>
<BackSquare value="13,35"/>
</Right>
<Job value="1гр."/>
<SurName value="Александрова"/>
<FirstName value=""/>
<LastName value=""/>
<Birthday value="19.11.85"/>
<Sex value=""/>
<Address value=""/>
<Day value="5"/>
<Month value="октября"/>
<Year value="2004"/>
<Mass value="5;6;47,5"/>
<Height value="170;86,5"/>
<ClinicDiagnosis value=""/>
<ShouldersWidth value=""/>
<ShouldersGirth value=""/>
<BosomCircle value=""/>
<StandAngle value=""/>
<LayAngle value=""/>
<MassTestType value=""/>
<Left value="Александрова - Left"/>
<MassTestCount value="3"/>
<Right value="Александрова - Right"/>
<FootHeights value=""/>
<LeftSquareX value="-32"/>
<LeftSquareY value="-2"/>
<RightSquareX value="-33"/>
<RightSquareY value="-12"/>
</FootFlatProject>
Фамилия: %Фамилия
имя: %Имя о тчество : %Отчество Год рождения: %Го дРождения ; Пол: %Пол.
Домашний адрес: %ДомашнийАдрес; Место работы или учебы: %МестоРаботы; Дата обследования: %ДатаОбследования
Левая стопа
Показатель
Высота свод а:
Длина:
Площадь (см2 ):
Индекс
Вейсфлога:
Индекс Штритера:
Индекс ШтритераГод унова:
Нагрузка
Обычная
%ВысотаЛевой
%ДлинаЛевой
%ПлощадьЛевой
=%ПлощадьПередЛевой
+%ПлощадьСредЛевой
+%ПлощадьЗадЛевой
%ИндексВейсфлогаЛевой
Массой 20кг
%ВысотаГрузЛевой
%ДлинаГрузЛевой
%ПлощадьГрузЛевой
=%ПлощадьПередГрузЛевой
+%ПлощадьСредГрузЛевой
+%ПлощадьЗадГрузЛевой
%ИндексВейсфлогаПравой
%ИндексШтритераЛевой
%ИндексШ-ГЛевой
%ИндексШтритераПравой
%ИндексШ-ГПравой
Индекс Вейсфлога:
Индекс Вейсфлога:
Правая стопа
Нагрузка
Обычная
Массой 20к
%ВысотаПравой
%ВысотаГрузПравой
%ДлинаПравой
%ДлинаГрузПравой
%ПлощадьГрузПравой
%ПлощадьПравой
=%ПлощадьПередПравой
=%ПлощадьПередГрузПравой
+%ПлощадьСредПравой
+%ПлощадьСредГрузПравой
+%ПлощадьЗадПравой
+%ПлощадьЗадГрузПравой
%ИндексВейсфлогаГрузЛево %ИндексВейсфлогаГрузПравой
й
%ИндексШтритераГрузЛевой %ИндексШтритераГрузПравой
%ИндексШ-ГГрузЛевой
%ИндексШ-ГГрузПравой
Показатель
Высота свод а:
Длина:
Площадь (см2 ):
Индекс Вейсфлога:
Медиальная
часть:
Передний отдел:
%МедиальнаяЧастьЛевой
%МедиальнаяЧастьГрузЛевой
(<NAP = %<NA PЛевой)
(<NAP = %<NAPГрузЛевой)
Медиальная
часть:
Передний отдел:
%МедиальнаяЧастьПравой
(<NAP = %<NAPПравой)
%МедиальнаяЧастьГрузПравой
(<NAP = %<NAPГрузПравой)
Латеральная
часть:
%ЛатеральнаяЧастьЛевой
(<QBR = %<QBRЛевой)
Латеральная
часть:
%ЛатеральнаяЧастьПравой
(<QBR = %<QBRПравой)
%ЛатеральнаяЧастьГрузПравой
(<QBR = %<QBRПравой)
Коэффициент К:
Пяточный угол:
%ЛатеральнаяЧастьГрузЛевой
(<QBR = %<QBRГрузЛевой)
Средний отдел :
%СреднийОтделГрузЛевой (K =
%СреднийОтделЛевой
(K = x/y = %XЛевой /
x/y = %XГрузЛевой /
%YЛевой = %KЛевой)
%YГрузЛевой = %KГрузЛевой)
Задний отдел :
%ЗаднийОтделГрузЛевой
%ЗаднийОтделЛевой
(<HC'K = %<HC'KЛевой)
(<HC'K = %<HC'KГрузЛевой)
Пяточный угол:
Задний отдел :
%ЗаднийОтделГрузПравой
(<HC'K =
%<HC'KГрузПравой)
%СреднийОтделГрузПравой
(K = x/y = %XГрузПравой /
%YГрузПравой =
%KГрузПравой)
%ЗаднийОтделПравой
(<HC'K = %<HC'KПравой)
111
Диагноз: %Диагноз
Рекоменд ации: %Рекомендации
Коэффициент К:
Средний отдел :
%СреднийОтделПравой
(K = x/y = %XПравой /
%YПравой = %KПравой)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРИМЕР ШАБЛОНА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОТЧЕТА
Волгоградский государственный технический университет
Волгоградский государственный медицинский университет
Волгоградская государственная академия физической культуры
Заключение
по результатам плантографического исследования (фрагмент "Паспорта здоровья ")
112
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПРИМЕР ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОТЧЕТА
Волгоградский государственный технический университет
Волгоградский государственный медицинский университет
Волгоградская государственная академия физической культуры
Заключение
по результатам плантографического исследования
(фрагмент "Паспорта здоровья")
Фамилия: Арсенова
имя:
отчество:
Год рождения: 03.09.86 пол: ж
Домашний адрес:
Дата обследования: 5 октября 2004
Место работы или учебы: 1 гр
Масса тела: 5,5;4;52,5
Рост: 164;87
Левая стопа
Правая стопа
Высота свода стопы: мм
Длина стопы: 237 мм
Длина передней части: 89,29 мм
Длина средней части: 74,44 мм
Длина задней части: 74,44 мм
Индекс Вейсфлога: 3,07
Индекс Штритера: 30,3
Индекс Штритера-Годунова: 0,3
Площадь поверхности стопы: 73
Площадь передней части: 27,5
Площадь средней части: 26,12
Площадь задней части: 19,38
Высота свода стопы: мм
Длина стопы: 232 мм
Длина передней части: 96,48 мм
Длина средней части: 71,51 мм
Длина задней части: 71,51 мм
Индекс Вейсфлога: 2,99
Индекс Штритера: 36
Индекс Штритера-Годунова: 0,36
Площадь поверхности стопы: 47,95
Площадь передней части: 24,71
Площадь средней части: 17,92
Площадь задней части: 5,32
Передний отдел стопы:
Медиальная часть:
Норма
(<NAP = 1,35 градусов)
Латеральная часть:
Плоскостопие I степени
(<QBR = 10,95 градусов)
Передний отдел стопы:
Медиальная часть:
Норма
(<NAP = 1,79 градусов)
Латеральная часть:
Плоскостопие II степени
(<QBR = 16,44 градусов)
Средний отдел стопы:
Стопа с нормальным сводом
(K = x/y = 17,99 / 26,02 = 0,69)
Средний отдел стопы:
Стопа с нормальным сводом
(K = x/y = 22,1 / 27,84 = 0,79)
Задний отдел стопы:
Задний отдел стопы:
113
Уплощение
(<HC'K = 2,59 градусов)
Норма
(<HC'K = 5,09 градусов)
Параметры стопы при нагрузочной пробе
Левая стопа
Правая стопа
Высота свода стопы: мм
Длина стопы: 235 мм
Длина передней части: 94,18 мм
Длина средней части: 72,93 мм
Длина задней части: 72,93 мм
Индекс Вейсфлога: 3,01
Индекс Штритера: 39,22
Индекс Штритера-Годунова: 0,39
Площадь поверхности стопы: 67,27
Площадь передней части: 28,04
Площадь средней части: 23,16
Площадь задней части: 16,06
Высота свода стопы: мм
Длина стопы: 233 мм
Длина передней части: 92,77 мм
Длина средней части: 70,18 мм
Длина задней части: 70,18 мм
Индекс Вейсфлога: 2,99
Индекс Штритера: 41,44
Индекс Штритера-Годунова: 0,41
Площадь поверхности стопы: 54,29
Площадь передней части: 26,43
Площадь средней части: 20,37
Площадь задней части: 7,49
Передний отдел стопы:
Медиальная часть:
Норма
(<NAP = 2,99 градусов)
Латеральная часть:
Плоскостопие I степени
(<QBR = 10,42 градусов)
Передний отдел стопы:
Медиальная часть:
Норма
(<NAP = 1,97 градусов)
Латеральная часть:
Плоскостопие II степени
(<QBR = 13 градусов)
114
Средний отдел стопы:
Стопа с нормальным сводом
(K = x/y = 23,63 / 26,49 = 0,89)
Средний отдел стопы:
Стопа с нормальным сводом
(K = x/y = 25,34 / 28,51 = 0,89)
Задний отдел стопы:
Уплощение
(<HC'K = 4,12 градусов)
Задний отдел стопы:
Уплощение
(<HC'K = 2,7 градусов)
Диагноз:
Левая стопа - латеральная часть - Плоскостопие I степени; продольный
свод стопы: - Стопа с нормальным сводом; уплощение задней части стопы;
Правая стопа - латеральная часть - Плоскостопие II степени; продольный
свод стопы: - Стопа с нормальным сводом;
Рекомендации:
Левая стопа:
Назначается ношение стельки, имеющей пронатор в переднем отделе.
При образовании натоптыша под V плюсневой костью в пронаторе делается
углубление.
При фиксированной стопе для подведения опоры под головку
приподнятой 1 плюсневой кости ставится супинатор.
115
Назначается ношение стельки с супинатором в заднем отделе стопы,
озокеритовые или парафиновые аппликации на стопы, электростимуляция
мышц медиальной поверхности голени. Полезно занятие плаванием.
Правая стопа:
Назначается ношение стельки, имеющей пронатор в переднем отделе.
При образовании натоптыша под V плюсневой костью в пронаторе делается
углубление.
При фиксированной стопе для подведения опоры под головку
приподнятой 1 плюсневой кости ставится супинатор.
Необходимо соблюдать следующие гигиенические правила и
рациональный режим статической нагрузки на нижние конечности:
- очень важно ношение обуви, соответствующей размеру стопы, лучше
всего подойдут ботинки с твердой подошвой, небольшим каблуком и
шнуровкой;
- необходимо ежедневно делать прохладную ножную ванну;
- необходимо выработать походку без излишнего разведения стоп;
- полезно ходить босиком по рыхлой почве, песку;
- нельзя ходить в помещении в утепленной обуви;
- не рекомендуется продолжительная чрезмерная ходьба босиком или в
обуви с мягкой подошвой (типа резиновых туфель) по утоптанной почве,
камням, асфальту, в квартире;
- лицам с наклонностью к плоскостопию следует избегать
продолжительного стояния, особенно с разведенными стопами и отягощения
большими грузами
- при необходимости длительного стояния, полезно, для снижения
утомления в мышцах ног, перенести на некоторое время нагрузку на
наружный край стопы.
Больному назначается следующий комплекс упражнений лечебной
физкультуры (ЛФК):
В исходном положении (И. П.) сидя с выпрямленными ногами:
- Колени и пятки соединены, правая стопа сильно разогнута; подвести
передний отдел левой стопы под подошву правой, затем повторить
упражнение, поменяв ноги.
- Погладить внутренним краем и подошвенной поверхностью правой
стопы левую голень, повторить, поменяв ноги.
И. П. - сидя на стуле:
- Сгибать пальцы стоп.
- Приведение стоп внутрь.
- Кружение стопами внутрь.
- Обеими стопами захватить и приподнять мяч (волейбольный или
набивной).
116
- Пальцами ног захватывать и приподнимать карандаш.
- Пальцами ног захватывать и приподнимать губку.
- Пальцами стоп подтягивать тонкий коврик.
И. П. - стоя на носках, стопы параллельно.
- Перейти на наружный край стопы и вернуться в И. П.
- Ходьба босиком по песку (для песка можно приспособить ящик
размером полметра на метр) или коврику из поролона (или с большим
ворсом), согнув пальцы и опираясь на наружный край стопы.
- Ходьба по скошенной поверхности с опорой на наружный край стопы.
- Ходьба по бревну боком.
Больному назначается массаж:
Массируют преимущественно внутреннюю поверхность голени и
подошвенную поверхность стопы. Массаж в виде легких растираний,
поглаживаний и разминаний мышц стопы и голени проводится в
направлении: на голени – от голеностопного сустава к коленному суставу, на
стопе – от пальцев к пяточной области. Время массажа – 8-10 минут.
Наличие кожных заболеваний и сосудистых нарушений является
противопоказанием к массажу.
мм
мм
240
232
233
242
258
256
259
239
232
248
230
237
Длина
Длина
Длина
перед.
93,11
94,49
94,48
93,11
100,88
100,67
101,21
96,92
92,03
103,25
102,31
94,25
сред.
73,88
70,19
70,19
75,24
80,23
80,07
79,3
72,18
74,46
73,21
72,2
71,86
зад.
73,88
70,19
70,19
75,24
80,23
80,07
79,3
72,18
74,46
73,21
72,2
71,86
Индекс
Индекс
Вейсфлога
3,08
3,06
3,32
3,18
3,06
3,35
3,21
2,74
3,4
3,84
3,33
3,07
Штритера
24,34
23,47
26,19
23,17
21,12
25,23
49,9
23,65
25,18
40,59
23,27
30,57
Индекс
Штр.Год.
0,24
0,23
0,26
0,23
0,21
0,25
0,5
0,24
0,25
0,41
0,23
0,31
М. Ч.
угол
8,12
6,83
5,89
6,85
8,12
0,61
3,53
15,02
6,58
7,65
17,45
11,87
Диагноз
Норма
Норма
Норма
Норма
Норма
Норма
Норма
Плоскостопие I степени
Норма
Норма
Плоскостопие I степени
Норма
Л. Ч.
угол
12,16
6,71
8,63
9,79
6,05
14,77
14,24
13,38
2,08
4,51
1,16
10,96
Диагноз
Плоскостопие II степени
Норма
Плоскостопие I степени
Плоскостопие I степени
Норма
Плоскостопие II степени
Плоскостопие II степени
Плоскостопие II степени
Норма
Норма
Норма
Плоскостопие I степени
117
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ФРАГМЕНТ ГРУППОВОГО ОТЧЕТА
Левая стопа
Высота Длина