Методология оценки характеристик кинематического портрета человека на базе технологии «Цифровой двойник»

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-29-20123

НазваниеМетодология оценки характеристик кинематического портрета человека на базе технологии «Цифровой двойник»

Руководитель Алексеев Владимир Васильевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" , г Санкт-Петербург

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-601 - Теория, методы проектирования и эффективность функционирования технических систем

Ключевые слова Информационно-измерительная система, кинематический портрет, кинематика движений, медицинская реабилитация, оценка эффективности реабилитации, мобильная система.

Код ГРНТИ90.03.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Актуальность проекта. Исследования проводятся с целью совершенствования персонифицированных измерительных систем анализа кинематики движений человека, для оценки результативности реабилитационных мероприятий на основе применения технологии цифровых двойников. На настоящий момент в области спортивной реабилитации и медицинской диагностикине существует мобильных средств измерений, позволяющих осуществлять оперативный контроль в естественных условиях при реабилитации пациентов с нарушением функций опорно-двигательного аппарата или восстановлении двигательных навыков спортсменов в различных видах спорта. Несомненно, одним из важнейших показателей эффективности процесса физической реабилитации является степень возвращения пациента к привычному образу жизни, к социальной и бытовой независимости, профессиональной деятельности или достижение уровня спортивных результатов до получения травмы. Существующие в практике и рекомендованные к применению методики, направленные на оценку степени восстановления навыка ходьбы, такие как Шкала Тинетти, Шкала НИИ неврологии РАМН, классификационная шкала передвижений и др., к сожалению, не могут считаться достаточными, поскольку опираются исключительно на метод визуальной оценки, отражают преимущественно степень независимости пациента от посторонней помощи, что является только косвенным признаком качества восстановления двигательного действия) и не затрагивают информативных пространственно-временных характеристик техники (темп, ритм, скорость и др.). Результаты оценки восстановления способности к ходьбе выражаются в баллах, не дают возможности детальной оценки и прогнозирования результатов реабилитации. Следует обратить внимание на тот факт, что, например, скорость передвижения без рассмотрения других характеристик техники ходьбы не является информативным критерием, поскольку пациент может перемещаться в пространстве сравнительно быстро и без использования дополнительных средств, имея закрепленный патологический стереотип ходьбы, тогда как другой пациент, у которого восстановлены все характеристики техники, будет идти значительно медленнее, однако без нарушений осанки, с равномерной нагрузкой на опорно-двигательный аппарат, что не повлечет за собой возникновения вторичных отклонений в состоянии здоровья (артрита, дегенеративно-дистрофических заболеваний позвоночника и др.). Выявить не только качественные, но и количественные различия данных стереотипов позволят распределенные измерительные системы. Система, основанная на построении цифровых двойников, позволит обеспечить поддержку принятия врачебных решений, что позволит скорректировать и ускорить комплекс применяемых реабилитационных мероприятий. Научная значимость. Научная значимость заключается в создании научных основ для нового поколения персонифицированных распределенных информационно-измерительных систем, получении результатов в числовом виде с заданной точностью с целью исследования характеристик кинематического портрета человека на базе цифровых двойников, повышении достоверности идентификации ситуаций, расширении областей применения. Практическая значимость. Практическая значимость заключается в поддержке принятия врачебного решения в период реабилитационных мероприятий, исключая субъективную погрешность, вызванную применением органолептического метода при оценке состояния двигательных навыков человека. Научная новизна. Научная новизна заключается в создании системы оценивания и поддержки принятия решений на основе совокупности цифровых моделей, отражающих текущее состояние человека, для задачи оценки техники ходьбы. Новой тематикой для научного коллектива является применение технологии «Цифровой двойник» в области создания персонифицированных информационно-измерительных систем.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Романцова Н.В., Царёва А.В., Тяркин Я.А. Developing a Performance Criterion to Assess Dating Error in the Personified Distributed Information-Measuring System Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., Proceedings of 2022 25th International Conference on Soft Computing and Measurements, SCM 2022, 2022, pp. 18–20, doi:10.1109/SCM55405.2022.9794867 (год публикации - 2022)
10.1109/SCM55405.2022.9794867

2. Токарева И.А., Царёва А.В., Попов Д.Б. Data Transmission over a Wireless Communication Channel of a Mobile Information Measurement System for the Study of a Person Kinematic Portrait Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., Proceedings of 2022 25th International Conference on Soft Computing and Measurements, SCM 2022, 181-183. doi:10.1109/SCM55405.2022.9794893 (год публикации - 2022)
10.1109/SCM55405.2022.9794893

3. Токарева И.А., Алексеев В.В., Суров Д., Микус О.А. Creating a Mobile Application for the Study of a Person Kinematic Portrait nstitute of Electrical and Electronics Engineers Inc., Proceedings of 2022 25th International Conference on Soft Computing and Measurements, SCM 2022, 184-187. doi:10.1109/SCM55405.2022.9794854 (год публикации - 2022)
10.1109/SCM55405.2022.9794854

4. Алексеев В.В., Романцова Н.В., Царёва А.В. Виртуальный цифровой трехмерный сенсор. Оценка точности измерения параметров кинематического портрета человека ООО "Издательский дом "НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА", Мягкие измерения и вычисления. 2022. № 11. Т. 60. С. 13–29; https://doi.org/10.36871/26189976.2022.11.002. (год публикации - 2022)
10.36871/26189976.2022.11.002

5. Романцова Н.В., Царёва А.В., Тяркин Я.А. Measurement Module Polling Algorithm and Indirect Measurement Evaluation in a Personalized Distributed Information and Measurement System with Autonomous Measurement Modules Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. (год публикации - 2022)

6. В.В. Алексеев, А.В. Царёва, Н.В. Романцова, В.А. Баронова Virtual digital 3D sensor. Evaluation of the accuracy of measuring the parameters of the kinematic portrait of a person IFSA Publishing, S. L. (год публикации - 2022)

7. Чикин А.К., Царёва А.В., Породько В.Е. Designing a Cross-platform Web-application for Human Kinematic Portrait Analysis IEEE, Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. – 2023. – Т. 1. – С. 283-286. – EDN CFLZRV. (год публикации - 2023)
10.1109/SCM58628.2023.10159043

8. Тюлькина Т.В., Царёва А.В., Попов Д.Б. Automatic Report Generation in the NI LabVIEW Graphical Programming Environment in the Study of Human Kinematic Portrait IEEE, Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. – 2023. – Т. 1. – С. 253-256. – EDN EVWCSX. (год публикации - 2023)
10.1109/SCM58628.2023.10159101

9. Тяркин Я.А., Романцова Н.В. Building a Distributed Measuring System Using the Modbus TCP Protocol IEEE, Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. – 2023. – Т. 1. – С. 291-294. – EDN NCTSOV (год публикации - 2023)
10.1109/SCM58628.2023.10159050

10. Коновалова В.С., Королев П.Г., Мамыкова В. Analysis of Step Structure when Moving on Stairs by Linear Acceleration Signals IEEE, Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям. – 2023. – Т. 1. – С. 10-12. – EDN QKMNUK (год публикации - 2023)
10.1109/SCM58628.2023.10159051

11. Алексеев В.В., Королев П.Г., Царёва А.В., Кузьмина А.Д., Журбило П.Г. Анализ результатов измерений информативных параметров цифрового двойника для оценки результативности реабилитации после травм опорно-двигательного аппарата Биомедицинская радиоэлектроника (год публикации - 2024)

12. Алексеев В.В., Королев П.Г., Царёва А.В., Иванова К.М. Estimability of effectiveness of rehabilitation measures following injuries in the locomotor apparatus on the basis of analysis of small samples IFSA Publishing, S. L. (год публикации - 2022)

Публикации