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 23-25-00512

НазваниеИсследование индивидуальных изменений функционирования опорно-двигательного аппарата и автоматизация процедуры построения биометрического образа на базе носимых устройств

РуководительДорофеев Николай Викторович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых", Владимирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-304 - Информационные технологии в здравоохранении

Ключевые словаизменение, движения, опорно-двигательный аппарат, биометрия, диагностика, носимые устройства, автоматизация, биометрический образ

Код ГРНТИ76.01.85

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Развитие персонализированной медицины предполагает функционирование информационно-телеметрических медицинских сервисов в "прозрачном" для человека режиме, т.е. по согласию человека сбор, обработка и анализ биомедицинских параметров может осуществляться в незаметном для него и постоянном режиме. В зависимости от уровня автоматизации по результатам обработки биомедицинских параметров человеку могут выдаваться рекомендации (об изменении образа жизни, приема пищевых добавок и т.п.), либо организовываться консультация с сотрудником медицинского учреждения. На данный момент имеются различные технические средства, которые позволяют измерять и передавать некоторые параметры здоровья человека (артериальное давление, температуру тела, двигательную активность) вырабатывать рекомендации и работать в одной информационной системе. В рамках проекта рассматривается функционирование опорно-двигательного аппарата по совершаемым движениям. Научно-технические наработки по данной тематике существуют не одно десятилетие, а методы и средства диагностики опорно-двигательного аппарата на основе носимых устройств активно развиваются около 15 лет. Однако, существующие научно-технических наработки в области диагностики опорно-двигательного аппарата по данным носимых устройств (мобильные телефоны, смарт часы) на практике имеют определенные недостатки, которые существенно снижают качество диагностики. Проблема низкой надежности оценки здоровья опорно-двигательного аппарата по данным движения (шаблоны движений, манера ношения и работа с носимым устройством, характер взаимодействия) пользователей носимых устройств обусловлена недостаточной проработанностью влияния различных факторов на результаты измерения индивидуальных параметров во времени (физиологические особенности, жизненные ритмы, климатические параметры и т.п.). Так например, в проанализированных работах других научных коллективов "идеализируется" расположение носимого устройства (например, осуществляется жесткое крепление мобильного телефона к телу человека, что не бывает в реальных условиях), не учитываются взаимосвязи изменения индивидуальных особенностей движений человека с внешними (климатические (температура, световой день, осадки, атмосферное давление), временные (сезонные, месячные, недельные, суточные)) и внутренними факторами (физиологические особенности, образ жизни, изменение артериального давления). Большинство работ останавливается на том факте, что наблюдение с помощью носимого устройства за изменением функционирования опорно-двигательного аппарата возможно, и не доходит до применения в реальной практике из-за неудобства применения предлагаемых методик в повседневной жизни и низкой надежностью оценки из-за влияния мешающих факторов. Отдельные технические средства (смарт часы) ограничиваются лишь подсчетом количества шагов, анализом общей активностью человека без оценки изменений и особенностей опорно-двигательного аппарата. Таким образом, необходима разработка методологического и алгоритмического обеспечения, позволяющего выявлять и компенсировать мешающих факторов в процессе сбора показателей функционирования опорно-двигательного аппарата в привычных для человека условиях на основе носимых устройств с целью повышения надежности оценки функционирования опорно-двигательного аппарата, проводимой с применением носимых устройств. Настоящий проект как раз направлен на развитие технологии диагностики опорно-двигательного аппарата в условиях "свободного" (привычного) использования носимых устройств за счет выявления и компенсации мешающих факторов (типы одежды, свободного перемещения носимого устройства, произвольных движений, ложных движений, например при поездке на транспорте и т.п.), в показаниях акселерометра носимых устройств, выявления взаимосвязей изменения функционирования опорно-двигательного аппарата от различных факторов (индивидуальных особенностей организма и образа жизни, типа одежды, климатических факторов)

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения научного исследования будут получены следующие результаты: - определены требования к оценке изменений индивидуальной нормы функционирования опорно-двигательного аппарата в разрабатываемой технологии на основе биометрических данных о параметрах движений по данным датчиков (с акселерометра, гироскопа, сенсорного экрана) носимых устройств в процессе эксплуатации. - определены наиболее информативные с точки зрения технологии персональной диагностики (при работе на носимом устройстве (смартфон, фитнес-браслет)) пространственные и временные параметры совершаемых движений в которых отражается изменчивость функционирования опорно-двигательного аппарата под влиянием внешних и внутренних факторов. - разработан индивидуальный биометрический образ функционирования опорно-двигательного аппарата человека на основе временных и статистических моделях совершаемых движений при работе на носимых устройствах. - разработаны интеллектуальные алгоритмы классификации типов движений (при работе на телефоне, в режиме ожидания, разговоре, и т.п.) на основании перевода измеряемых при помощи носимых устройств и смартфонов данных (пространственных координат; угловых координат; ускорений; скоростей; перемещений) в параметры движений (база движения, скорость, частота, цикл и т.п.) и построены пространства движений с учетом изменчивости индивидуальной нормы функционирования опорно-двигательного аппарата. - разработан алгоритм построения персонального биометрического образа движений пользователя. - разработаны алгоритмы выделения индивидуальных (уникальных) признаков, проявляющихся во взаимосвязанном изменении пространственно-временных параметров движений. - разработана информационная модель движений с учетом внешних (климатические (температура, световой день, осадки, атмосферное давление), временные (сезонные, месячные, недельные, суточные)) и внутренних факторов (физиологические особенности, образ жизни, изменение артериального давления). - разработан алгоритм основе нейронных сетей интеллектуального выявления индивидуальных взаимосвязей изменения нормы функционирования опорно-двигательного аппарата под влиянием внешних и внутренних факторов, позволяющий производить совмещение пространств регистрируемых параметров движений со сформированной персональной информационной картой движений пользователя, а также выполнять последующую оценку и решение о соответствии регистрируемых параметров походки индивидуальной норме движений пользователя. Полученные результаты позволят: 1. Ускорить процесс перехода на персонифицированную медицину с позиции удаленной телеметрии с медицинского персонала для оценки изменений функционирования опорно-двигательного аппарата, так и с позиции автоматической диагностики на базе носимого устройства. 2. Полученные результаты позволят учитывать временные влияния внешних и внутренних факторов на изменение индивидуальной нормы движений в профессиях с особыми требованиями к стабильности движений, в том числе в спортивной сфере, космонавтике, авиации, транспорте. 3. Повысить защищенность пользовательских цифровых операций и данных за счет внедрения предлагаемой технологии в информационные системы аутентификации пользователей, применяемых в таких сегментах, как банки и финансовые организации, здравоохранение, правительственные организации, онлайн-сервисы, а также рынки потребительской электроники. 4. Использовать разработанные методы и подходы для решения задач ранней диагностики заболеваний опорно-двигательного аппарата проявляющихся в отклонении от нормы параметров походки. 5. Заблаговременное выявление недобропорядочных граждан по характерным поведенческим параметрам движений при использовании в силовых и правоохранительных структурах государства. Развитие и внедрение полученных в проекте результатов на практике позволит не только повысить переход на персонализированную медицину, выявлять в реальном масштабе времени изменения опорно-двигательного аппарата человека в "прозрачном" (не заметном, без необходимости проводить измерения по специальным методикам и перестраивать свой режим и распорядок) для него режиме. Автоматизация и повышение точности измеряемых параметров функционирования опорно-двигательного аппарата позволит собирать (с разрешения пользователей носимых устройств) базу данных о состоянии опорно-двигательной системы (по городам, областям, регионам), отслеживать во времени изменение состояния опорно-двигательной системы, проводить более глубокий анализ проблем и заболеваний опорно-двигательного аппарата в зависимости от региона, сферы деятельности. Осуществление и сбор подобных показателей в большом масштабе с учетом комплексирования разнородных данных (о других показателях здоровья населения, социальной сферы, особенностей региона и т.п.), позволит открыть новые взаимосвязи различных факторов и здоровья опорно-двигательного аппарата и здоровья в целом. Полученные в ходе проекта результаты могут быть полезны не только в области персонализированной медицины, но так же в области защиты информации (биометрические данные о походке человека используются для аутентификации), человеко-машинных интерфейса и роботизированных системах гражданской (управление умными устройствами, спортивные и реабилитационные экзоскелеты), промышленной (роботы манипуляторы, роботы погрузчики) и военных отраслях (цифровые двойники, отслеживание и анализ действий (движений) солдат в экстремальных ситуациях).

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---