МЕТОД ТОДП


ТОПОГРАФИЯ ОПТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПОЗВОНОЧНИКА (ИЛИ КОМОТ – КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ ТОПОГРАФИЯ)
К основным достоинствам метода КОМОТ относятся:
  • абсолютная безвредность для пациентов и обслуживающего персонала;

  • большая пропускная способность (до 30 чел./час в режиме скрининга);

  • высокая точность восстановления рельефа поверхности (±0,5 мм);

  • высокая скорость автоматической обработки снимков пациентов (1 сек.);

  • объективность и высокая достоверность;

  • большая информативность и наглядность;

  • высокая корреляция с рентгенологическими данными;

  • возможность оценки сколиотической деформации позвоночника топографическим аналогом угла по Коббу;

  • возможность проведения обследований пациентов в функциональных позах;

  • низкая стоимость расходных материалов;

  • сохранение результатов обследований в электронной базе данных;

  • совместимость с информационными технологиями в медицине (электронная история болезни, телемедицина и др.).

Методически разработанные и реализованные на практике области применения метода КОМОТ:
  • проведение массовых скрининг-обследований детского населения;

  • мониторинг состояния детей из группы риска по патологии позвоночника;

  • оценка эффективности мероприятий по коррекции нарушений осанки;

  • оценка эффективности консервативного лечения деформации позвоночника;

  • оценка результатов оперативного лечения деформации позвоночника;

  • оценка эффективности реабилитации послеоперационных больных.

Перспективные направления применения метода КОМОТ:
  • анализ движения туловища и позвоночника в процессе ходьбы;

  • диагностика деформации стопы по форме плантарной поверхности стопы.

Порядок проведения топографического обследования   


Для проведения обследования у пациента должна быть обнажена полностью верхняя часть туловища до 1/3 ягодичных мышц. При мониторинге и контроле лечения на дорсальной поверхности туловища пациента путем пальпации находят и маркируют определенные точки - анатомические ориентиры костных структур с помощью одноразовых маркеров из специальной светоотражающей пленки. Рекомендуемая схема маркировки включает линию остистых отростков, начиная с наиболее выступающего остистого отростка на границе туловища и шеи (позвонок С7 или Тh1 - "Vertebra prominens") и заканчивая на уровне поясничного позвонка L4 (не менее 3 маркеров на каждую дугу латерального искривления позвоночника, но не более 10 маркеров), а также задние верхние подвздошные ости ("Spina iliaca posterior superior"). При проведении скрининга маркировка не требуется.


При обследовании пациент размещается на установочной платформе спиной к видеокамере. Для получения корректных результатов требуется, чтобы вся обследуемая дорсальная поверхность туловища пациента, от границы корней волос на шее до середины ягодиц была освобождена от любых предметов, затеняющих или прикрывающих поверхность кожи (длинных волос, цепочек, пластырей, бинтовых повязок, нижнего белья).


При обследовании используют как естественную позу пациента, позволяющую оценить его привычную осанку и выявить наличие деформаций позвоночника в трех плоскостях, так и дополнительные функциональные позы в положении пациента стоя (например, "активную" позу с выпрямленной усилием мышц спиной), что повышает достоверность дифференцирования функциональных нарушений осанки и структуральных деформаций позвоночника.

Результаты топографического обследования

Принцип действия

   Метод КОМОТ обеспечивает дистанционное и бесконтактное определение рельефа поверхности туловища обследуемых пациентов. Оптическая схема для реализации метода приведена на рисунке слева и включает: проекционное устройство, видеокамеру и осветитель светоотражающих маркеров, которые объединены в оптическую головку. При обследовании пациент устанавливается на определенной дистанции от видеокамеры и на его спину проецируется под заданным углом система вертикальных оптически контрастных параллельных полос с прецизионного растра на стеклянной подложке. Полосы на теле пациента деформируются в соответствии с рельефом поверхности тела. 


Изображение этих полос с помощью видеокамеры вводится в компьютер, где посредством специальных алгоритмов по нему в каждой точке исходного снимка восстанавливается подобная слепку цифровая модель поверхности. По этой модели, с использованием выделенных на ней анатомических ориентиров костных структур, строятся выходные формы топографических результатов обследования, описывающие состояние дорсальной поверхности туловища и формы позвоночника пациента в трех плоскостях: фронтальной, горизонтальной, сагиттальной.

Техническая реализация метода КОМОТ

Выпускаемая в настоящее система ТОДП предназначена для использования как в стационарных условиях, так и для обследования пациентов на выезде. Она легко транспортируется и монтируется в любых помещениях с приведенными на рисунке ниже габаритами и возможностью затенения. Конструктивными особенностями оптической схемы системы ТОДП последнего поколения являются:

  1. моноблочная оптическая головка с полутоновой камерой, проекционным устройством и устройством подсветки светоотражающих маркеров, выполненными на светодиодах;
  2. стойка для установки оптической головки с автоматическим изменением высоты положения;
  3. установочная платформа для размещения пациента с системой реперов для позиционирования.

Поставка ТОДП производится в двух вариантах: стационарный и мобильный. Варианты отличаются между собой конфигурацией комплекса цифровой обработки изображений.


Стационарный вариант рекомендуется для обследования пациентов в амбулаторно-поликлинических условиях в специально оборудованных кабинетах поликлиник, больниц, диагностических центров. Комплекс цифровой обработки изображений этого варианта приведен на рисунке слева и базируется на стационарном персональном компьютере.


Мобильный вариант рекомендуется для проведения массовых обследований пациентов на выезде в местах их пребывания (детские сады, школы, санатории и др.). Комплекс цифровой обработки изображений этого варианта приведен на рисунке слева и базируется на ноутбуке с диагональю экрана 17 дюймов.


Стандартно оба варианта поставки ТОДП комплектуются цветным лазерным принтером, однако по желанию Заказчика возможна его замена на черно-белый лазерный принтер.

Рекомендуемое размещение элементов компьютерного оптического топографа ТОДП на минимальной площади приведено на рисунке ниже. Цифрами обозначено: 1 - окно; 2 - жалюзи; 3 - оптическая головка на стойке; 4 - стул оператора; 5 - входная дверь; 6 - лазерный принтер; 7 - системный блок компьютера; 8 - источник бесперебойного питания; 9 - клавиатура; 10 - LCD монитор; 11 - стол оператора; 12 - оптическая ось видеокамеры; 13 - уста-новочное место пациента; 14 - ширма. При поставке ТОДП в комплекте с ноутбуком позиции 6-9 заменяются ноутбуком, расположенным на позиции 8.

Технические характеристики системы ТОДП
 
источник освещения светодиодный
время работы проекционного устройства не ограничено
область сканирования не более 1450 x 750 мм
время сканирования 40 мс
среднее время обработки снимка не более 1 сек
формат вводимого изображения 1280 x 640 пикселов
погрешность определения рельефа не хуже ±0,5 мм
цвет фона для съемки белый
напряжение питания 220 В, 50 Гц
потребляемая мощность не более 0,75 КВт
масса (нетто/брутто) не более 80/100 кг
размер помещения не менее 3,6 x 2,6 м
время развертывания 30 мин.
максимальная пропускная способность* 30 чел./час
 
* - в режиме скрининг-обследования в 4-х функциональных позах

Программный пакет WTOPO

Работа с системой ТОДП осуществляется под управлением программного пакета WTOPO, функционирование которого строится по стандартным принципам операционной системы MS Windows с помощью диалоговых окон и экранных форм, раскрывающихся в основном окне при выполнении тех или иных функций пакета и закрывающихся после их завершения.


Основная экранная форма пакета WTOPO предназначена для отображения топографических результатов обследования пациента. На форме выводятся графические представления восстановленной поверхности туловища пациента и количественные параметры, описывающие состояние осанки и формы позвоночника в трех плоскостях: фронтальной, сагиттальной и горизонтальной.


Экранная форма "Съемка пациентов" предназначена для ввода снимков обследуемых пациентов с визуальным контролем процесса съемки и в соответствии с установленным планом обследования (набором используемых поз пациента).


Экранная форма "Персональные данные пациента" предназначена для ввода, просмотра и редактирования персональных данных обследуемых пациентов.


Диалоговое окно "Форма интерактивного контроля обработки" предназначено для контроля результатов автоматической обработки снимков пациентов и ручной коррекции ошибок, если это необходимо.

Экранная форма "Персональные данные пациента" предназначена для ввода, просмотра и редактирования персональных данных обследуемых пациентов. 

Диалоговое окно "Форма интерактивного контроля обработки" предназначено для контроля результатов автоматической обработки снимков пациентов и ручной коррекции ошибок, если это необходимо. 

Программный пакет WTOPO обеспечивает выполнение следующих основных функций:

  • тестирование и настройка оптической схемы системы ТОДП;
  • ввод персональных данных и съемка обследуемых пациентов в соответствии с выбранным планом обследования;
  • автоматизированный контроль условий съемки и качества вводимых снимков;
  • автоматическая обработка снимков пациентов с постановкой формализованного топографического диагноза;
  • визуализацию 3D-модели восстановленной поверхности туловища пациента с различным видом текстурной раскраски (см. рисунки ниже) и возможностью просмотра модели под любым ракурсом;
  • графическое и количественное сравнение результатов 2-х топографических обследований пациента;
  • печать результатов обследования пациентов на принтере;
  • ведение базы данных обследований пациентов с возможностью просмотра и редактирования информации;
  • экспорт и импорт информации базы данных для обмена данными между системами ТОДП, импорт данных формата предшествующей версии пакета TOPO;
  • экспорт и импорт информации между базой данных и Microsoft Excel;
  • графический и статистический анализ топографических параметров выборки пациентов;
  • обучение новых пользователей съемке пациентов и корректной обработке снимков с помощью встроенной системы самообучения и тестирования на основе клинических примеров.

История создания метода КОМОТ   


Сколиотическая болезнь у детей и подростков остается одной из наиболее серьезных и нерешенных проблем в детской ортопедии, что вызывает большой интерес к созданию неинвазивных методов раннего выявления и мониторинга деформации позвоночника. С начала 70-х годов во многих странах мира для ее решения стали использовать оптико-топографические методы обследования формы поверхности тела, получившие развитие, начиная с пионерских работ японского ученого Такасаки, который впервые применил метод муаровой топографии для диагностического обследования пациентов. Основными достоинствами этого и других оптико-топографических методов являются: полная безвредность для здоровья, бесконтактность и объективизация результатов обследования. Зарубежный опыт использования метода муаровой топографии для скрининг-диагностики деформации позвоночника, наряду с его высокой эффективностью, показал и определенные его недостатки: получаемая визуально оценка деформации позвоночника является "качественной"; имеет место большой процент ложно-положительных результатов; затруднено количественное сопоставление результатов динамических наблюдений из-за высокой трудоемкости обработки муаровых топограмм. С начала 80-х годов на смену муаровому пришли альтернативные - компьютерно-ориентированные оптические методы, основанные на проецировании структурированных изображений в виде матриц точек, систем линий и полос. Первой такой установкой была английская "ISIS", за ней последовали немецкая "JENOРTIC formetric" и английская "Quantec". Эти установки в основном были предназначены для мониторинга и оценки результатов лечения деформаций позвоночника.


С целью создания отечественной топографической установки для скрининг-диагностики деформации позвоночника у детей и подростков в 1994 году в Новосибирском НИИТО была образована функциональная группа оптико-электронных методов в вертебрологии из специалистов Сибирского НИИ оптических систем, приглашенных во главе с к.т.н. В.Н. Сарнадским. Под научным руководством д.м.н., профессора Н.Г. Фомичева функциональной группой был разработан метод КОМпьютерной Оптической Топографии (КОМОТ) для определения формы тела человека и в короткие сроки создана установка для обследования дорсальной поверхности туловища, не имеющая аналогов в России и других странах СНГ и превосходящая по своим возможностям известные зарубежные аналоги.


В 1995 году на основе метода КОМОТ разработан опытный образец оптико-топографической установки для обследования дорсальной поверхности туловища пациентов с целью диагностики деформации позвоночника и нарушений осанки. Эта установка прошла в 1996 году необходимые технические и клинические испытания и допущена МЗ РФ к применению в медицинской практике под названием ТОДП (Регистрационное удостоверение №29/12061096.0038-00). В 2011 году ТОДП прошел перерегистрацию в Федеральной службе по надзору в сфере здравоохранения и социального развития как изделие медицинской техники (Регистрационное удостоверение № ФСР 2011/10456 от 13.04.2011г.).