Разработка и апробация методики сбора данных для формирования нормативной базы биомеханических параметров двигательной активности человека

Введение. Формирование обоснованных нормативных диапазонов биомеханических параметров движений человека критически важно для диагностики нарушений, планирования оперативного и консервативного лечения в травматологии-ортопедии, контроля реабилитации и разработки реабилитационных устройств. Разработка методики сбора и анализа данных является приоритетной задачей для создания такой базы.
Цель работы. Разработка и апробация методики сбора и анализа биомеханических параметров основных двигательных активностей (ходьба, приседания, выпады, наклоны туловища) с использованием современных средств регистрации для создания нормативной базы пространственно-временных, угловых и электромиографических характеристик.
Материалы и методы. Использованы: система захвата движения Qualisys, динамометрические платформы Kistler, система беспроводной поверхностной электромиографии (ЭМГ) Delsys Trigno. В исследовании участвовали 8 здоровых добровольцев. Данные собирались в научно-исследовательской лаборатории "Системы захвата и моделирования движения" СПбГЭТУ "ЛЭТИ". Предобработка данных включала интерполяцию траекторий маркеров, сглаживание ЭМГ-сигналов и удаление выбросов. Нормативные диапазоны рассчитывались на основе средних значений и стандартных отклонений.
Результаты. Разработана и апробирована методика сбора биомеханических данных для четырех движений. Получены усредненные значения и предварительные нормативные диапазоны кинематических, кинетических и ЭМГ-параметров, отражающие паттерны движений и мышечной активации у здоровых лиц. Результаты показали, что предложенная методика эффективна для комплексного сбора и анализа биомеханических данных. Использование систем Qualisys и Delsys Trigno обеспечило точную регистрацию параметров движения. Разработанные предварительные нормативные диапазоны демонстрируют потенциал методики для применения в задачах диагностики двигательных отклонений, реабилитации и инженерного проектирования.
Заключение. Полученные нормативные данные служат основой для дальнейшего расширения выборки и формирования полноценной базы, необходимой в клинической практике и инженерных разработках в обла-сти коррекции движений.

1. Osteoarthritis year in review 2024: Biomechanics / A. Mündermann, C. Nüesch, H. Ewald, I. Jonkers // Oste-oarthritis Cartilage. 2024. Vol. 32, № 12. P. 1530–1541. doi: 10.1016/j.joca.2024.09.011

2. Котельников А. О., Рябых С. О., Бурцев А. В. "Hip-spine" синдром – взгляд на проблему с точки зрения биомеханики // Гений ортопедии. 2019. Т. 25, № 4. С. 541–549. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-4-541-549

3. How normal is normal: Consequences of stride to stride variability, treadmill walking and age when using normative paediatric gait data / L. M. Oudenhoven, A. T. C. Booth, A. I. Buizer, J. Harlaar, M. M. van der Krogt // Gait & Posture. 2019. Vol. 70. P. 289–297. doi: 10.1016/j.gaitpost.2019.03.011

4. Bennett H. J., Fleenor K., Weinhandl J. T. A normative database of hip and knee joint biomechanics during dynamic tasks using anatomical regression prediction methods // J. of Biomechanics. 2018. Vol. 81. P. 122–131. doi: 10.1016/j.jbiomech.2018.10.003

5. Adhaye A. M., Jolhe D. A. GAIT measurement methods: systematic review and comparative studies // J. of Mechanics in Medicine and Biology. 2024. Vol. 24, № 01. Art. № 2330002. doi: 10.1142/S0219519423300028

6. Not all movements are equal: Differences in the variability of trunk motor behavior between people with and without low back pain – A systematic review with descriptive synthesis / F. Abu Bakar, J. B. Staal, R. van Cin-gel, H. Saito, R. Ostelo, J. H. van Dieën // PLoS One. 2023. Vol. 18, № 9. Art. № e0286895. doi: 10.1371/journal.pone.0286895

7. Walking, Cycling, and Swimming for Nonspecific Low Back Pain: A Systematic Review with Metaanalysis / N. C. Pocovi, T. F. de Campos, C. W. Christine Lin, D.Merom, A. Tiedemann, M. J. Hancock // J. of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 2022. Vol. 52, № 2. P. 85–99. doi: 10.2519/jospt.2022.10612

8. Normative 3D gait data of healthy adults walk-ing at three different speeds on an instrumented tread-mill in virtual reality / R. Senden, R. Marcellis, P. Willems, M. Witlox, K. Meijer // Data in Brief. 2024. Vol. 53. Art. № 110230. doi: 10.1016/j.dib.2024.110230

9. A multiple-task gait analysis approach: kinematic, kinetic and EMG reference data for healthy young and adult subjects / G. Bovi, M. Rabuffetti, P. Mazzoleni, M. Ferrarin // Gait & Posture. 2011. Vol. 33, № 1. P. 6–13. doi: 10.1016/j.gaitpost.2010.08.009

10. Synchronised Video, Motion Capture and Force Plate Dataset for Validating Markerless Human Movement Analysis / M. Evans, L. Needham, L. Wade, M. Parsons, S. Colyer, P. McGuigan, J. Bilzon, D. Cosker // Sci-entific Data. 2024. Vol. 11. Art. № 1300. doi: 10.1038/s41597-024-04077-3

11. Normative EMG activation patterns of school-age children during gait / V. Agostini, A. Nascimbeni, A. Gaf-furi, P. Imazio, M. G. Benedetti, M. Knaflitz // Gait & Posture. 2010. Vol. 32, № 3. P. 285–289. doi: 10.1016/j.gaitpost.2010.06.024

12. Dusing S. C., Thorpe D. E. A normative sample of temporal and spatial gait parameters in children using the GAITRite® electronic walkway // Gait & Posture. 2007. Vol. 25, № 1. P. 135c139. doi: 10.1016/j.gaitpost.2006.06.003

13. A normative sample of gait and hopping on one leg parameters in children 7–12 years of age / I. Holm, A. T. Tveter, P. M. Fredriksen, N. Vøllestad // Gait & Posture. 2009. Vol. 29, № 2. P. 317–321. doi: 10.1016/j.gaitpost.2008.09.016

14. The utility of normative foot floor angle data in assessing toe-walking / A. H. Vette, J. M. Watt, J. Lewicke, B.Watkins, L. M. Burkholder, J. Andersen, G. S. Jhangri, S. Dulai // The Foot. 2018. Vol. 37. P. 65–70. doi: 10.1016/j.foot.2018.07.003

15. Normative database of spatiotemporal gait parameters using inertial sensors in typically developing children and young adults / S. Voss, J. Joyce, A. Biskis, M. Parulekar, N. Armijo, C. Zampieri, R. Tracy, A. S. Palmer, M. Fefferman, B. Ouyang, Y. Liu, E. Berry-Kravis, J. A. O'Keefe // Gait & Posture. 2020. Vol. 80. P. 206–213. doi: 10.1016/j.gaitpost.2020.05.010

16. Development of stratified normative data and reference equations for the timed up and down stairs test for healthy children 6–14 years of age / T. del Corral, J. Vivas-Mateos, M. Castillo-Pelaz, S. Aguilar-Zafra, I. López-de-Uralde-Villanueva // Physiotherapy. 2021. Vol. 112. P. 31–40. doi: 10.1016/j.physio.2021.03.002

17. Human kinematic, kinetic and EMG data during different walking and stair ascending and descending tasks / T. Lencioni, I. Carpinella, M. Rabuffetti, A. Marzegan, M. Ferrarin // Scientific Data. 2019. Vol. 6. Art. № 309. doi: 10.1038/s41597-019-0323-z

18. Upper Extremity Performance Test for the Elderly (TEMPA): Normative Data for Young Adults / B. Nedelec, K. Dion, J. A. Correa, J. Desrosiers // J. of Hand Therapy. 2011. Vol. 24, № 1. P. 31–43. doi: 10.1016/j.jht.2010.09.001

19. Validation of automated countermovement vertical jump analysis: markerless pose estimation vs. 3D marker-based motion capture system / J. Aleksic, D. Kanevsky, D. Mesaros, O. M. Knezevic, D. Cabarkapa, B. Bozovic, D. M. Mirkov // Sensors. 2024. Vol. 24, № 20. Art. № 6624. doi: 10.3390/s24206624

20. A new anatomically based protocol for gait analysis in children / A. Leardini, Z. Sawacha, G. Paolini, S. Ingrosso, R. Nativo, M. G. Benedetti // Gait & Posture. 2007. Vol. 26. P. 560–571. doi: 10.1016/j.gaitpost.2006.12.018

21. Stegeman D. F., Hermens H. J. Standards for surface electromyography: the European project "Surface EMG for non-invasive assessment of muscles (SENIAM)". 2007. P. 108–112. URL: https://www.researchgate.net/publication/228486725_Standards_for_suface_electromyography_The_European_project_Surface_EMG_for_non-inva-sive_assessment_of_muscles_SENIAM#fullTextFileContent (дата обращения: 18.03.2025).