Специалисты ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Роспотребнадзора разработали и запатентовали уникальный способ определения показателей биомеханики ходьбы человека. Новая методика, защищенная патентом РФ № 2849311, представляет собой современный инструмент для объективной оценки двигательных паттернов, что является важным индикатором состояния опорно-двигательного аппарата.

Апробация технологии проводилась поэтапно, на различных типах данных, что обеспечило ее высокий уровень надежности, информативности и диагностической ценности.

На первом этапе разработанные алгоритмы прошли базовую калибровку и проверку на международных открытых датасетах, таких как Human3.6M и CASIA Gait Database. Это позволило дать научное обоснование эталонным движениям и эталонным углам, характерным для биомеханики ходьбы, «научить» нейросеть с высокой точностью определять ключевые точки тела человека при выполнении базовых параметров ходьбы (длина шага, углы в суставах), сравнивая их с эталонными движениями и углами. Этот этап работы продемонстрировал техническую состоятельность метода: погрешность в определении ключевых точек скелета составила менее 5 %, углов - не более 3 градусов.

Информативность метода прошла проверку на клинических датасетах, полученных на подростках, пациентах, не имеющих патологии опорно-двигательного аппарата и неврологических расстройств, а также пациентов с болезнью Паркинсона, последствиями инсультов и иными неврологическими расстройствами. Нейросеть научилась количественно оценивать тонкие, но критически важные патологические признаки, имеющие диагностическое значение. Это превратило ее из инструмента измерения в инструмент диагностики, оценки эффективности реализуемой терапии и профилактики. Метод определения показателей биомеханики ходьбы в перспективе может успешно использоваться не только в гигиенических исследованиях, диагностике и оценке реабилитационных мероприятий, но и в сфере детско-юношеского спорта для комплексного оценивания физической формы, наличия признаков перегрузки опорно-двигательного аппарата, отслеживания этапов восстановления после спортивных травм.

Суть разработки: способ основан на применении технологий компьютерного зрения и искусственного интеллекта. Для анализа используется RGB-камера, которая записывает видео ходьбы человека в сагиттальной плоскости (сбоку). Полученные видеоданные обрабатываются с помощью аппарата нейронных сетей, который определяет ключевые точки на теле человека и на основе их координат в автоматическом режиме рассчитывается комплекс количественных биомеханических показателей:

• Амплитуда движения рук и ног.

• Длина и высота шага.

• Скорость ходьбы.

• Углы в коленных и локтевых суставах.

• Наклон головы и туловища.

• Симметричность движений конечностей.

Рассчитанные значения сравниваются с нормативными диапазонами, после чего формируется интегральная оценка — «паттерн ходьбы». Шкала оценки позволяет классифицировать результат: от физиологической нормы до значительных выраженных нарушений. Чем выше итоговый балл, тем сложнее выявленные двигательные расстройства.

Ключевые преимущества технологии:

1. Доступность и бесконтактность: Метод не требует дорогостоящего специализированного оборудования (силовых платформ, датчиков давления, инерционных сенсоров) и не подразумевает размещения каких-либо устройств на теле пациента.

2. Точность: Использование валидизированных нейросетевых алгоритмов и параметрической геометрии обеспечивает высокую точность расчетов и воспроизводимость результатов.

3. Широкие возможности применения: Разработка может быть использована в сферах общей гигиены, профилактической медицины, ортопедии, неврологии для:

• Раннего выявления динамических нарушений.

• Количественного мониторинга эффективности лечебных и реабилитационных мероприятий.

• Проведения скрининговых обследований населения.

• Научных исследований в области биомеханики и гигиены.