Согласно медицинской статистике, заболеваемость позвоночника растет из года в год. По оценке различных специалистов, около 85 % взрослого населения сталкивается с различными видами заболеваний позвоночника, к примеру остеохондрозом. В настоящее время заболевания позвоночника возникают в наиболее трудоспособном возрасте – 25–35 лет [1]. При этом сейчас по статистике болезни позвоночника затрагивают и детское население. Это происходит в связи с тем, что с детства отсутствует спортивное и гигиеническое воспитание. Если заболевания позвоночника вовремя не обнаружить, то их последствия могут быть очень тяжелыми [2].

Разрабатываемая модель устройства и системы контроля и сбора информации будет представлять собой корсет, на котором размещены электронные датчики. Они, в свою очередь, собирают информацию о положении позвоночника пользователя, а также вибрацией напоминают о нарушении положения. При этом предполагается возможность использования нейросетевых технологий для обработки данных о положении позвоночника, используя информацию с датчиков на корсете. В представленной исследовательской работе большую часть предполагается уделить мобильному приложению, потому что это удобно с точки зрения использования устройства.

Целью данного исследования является разработка технического устройства и мобильного приложения для сбора информации о положении позвоночника пользователя.

Актуальность данной темы исследования заключается в том, что современный образ жизни и массовое использование персональных компьютеров в жизни общества значительно увеличивает риск развития различных заболеваний позвоночника и околопозвоночных соединительных тканей [3]. Эти заболевания могут приводить к хроническим болям, ограничению подвижности, нарушению работы внутренних органов и инвалидности. В связи с этим необходимо разрабатывать новые эффективные методы, которые будут направлены на профилактику и коррекцию позвоночника. Предлагается, что разрабатываемое устройство в дальнейшем возможно использовать для раннего выявления нарушений осанки и формирования правильной позитуры. Предполагается, что данное устройство возможно к использованию детьми, подростками, а также взрослыми, при этом данное устройство будет особенно полезно людям, которые большую часть времени ведут малоподвижный образ жизни или склонны к заболеваниям позвоночника.

Разрабатываемая система предназначена для коррекции осанки. Предполагается, что она будет помогать формированию правильной позы пользователей. На нарушение осанки у людей чаще всего влияют такие факторы, как сидячий образ жизни, неправильное расположение рабочего места, недостаток физической активности, стресс, депрессия и др. Все это вместе взятое может привести к нарушению баланса между мышцами – сгибателями и разгибателями позвоночника, усилению или сглаживанию физиологических изгибов спины, ущемлению нервных корешков и сосудов. В результате человек может испытывать хронические боли в спине, шее, голове, ограничение подвижности и различных других функций [4].

Разрабатываемое устройство и система будут представлять собой интеллектуальное устройство, которое анализирует положение спины пользователя с помощью электронных датчиков и обратной связи – вибраций или звукового сигнала. В результате пользователь будет знать свою позу, корректировать ее в соответствии с получаемой обратной связью от системы и поддерживать оптимальное положение. При этом предполагается, что система будет собирать информацию о положении спины пользователя и передавать ее в мобильное приложение. Планируется, что в дальнейшем система будет использовать нейросетевые технологии для обработки данных о положении позвоночника, получаемых с датчиков, а также будет рекомендовать упражнения для укрепления мышц спины и регистрировать процесс их выполнения и изменения осанки пользователя.

Разрабатываемая модель должна выполнять функции обработки, хранения информации и оповещения пользователя системы. При разработке модели системы были определены следующие функциональные требования [5]:

Система на вход получает данные от пользователя о его персональных физических параметрах и данные с датчиков о положении тела.

Выходными данными системы является статистика положений тела, переработанная и подвергнутая относительной оценке в процентах от нормы, классифицированная по видам нарушений позвоночника, и комплекс упражнений, подходящих для следующей тренировки.

Была спроектирована модель работы системы и функции пользователя, которые отображены в виде Use Case диаграммы. Она представлена на рисунке, отражающем отношения между акторами и прецедентами, и является составной частью модели прецедентов, позволяющей описать систему на концептуальном уровне [6].

В результате предполагается следующий способ функционирования. Пользователь заполняет данные профиля, надевает устройство, производит первичную настройку, после чего устройство начинает сбор статистики и передачу ее в мобильное приложение. Приложение проанализирует данные профиля и статистику положений и подберет программу упражнений.

При разработке модели системы мониторинга положения позвоночника были рассмотрены следующие возможные прецеденты [7][8].

Название прецедента: Подбор физических упражнений.

Заинтересованные лица и требования:

Пользователь: хочет получить рекомендации по физическим упражнениям, которые будут соответствовать его заболеванию, весу, росту, возрасту и уровню подготовки.

Система: должна обрабатывать данные от датчиков положения (анализировать статистику) и состояние пользователя (использовать анкету профиля пользователя), использовать модуль для подбора оптимальных упражнений и отображать их на мобильном приложении.

Предусловия:

Постусловия:

Основной успешный сценарий:

Альтернативный неуспешный сценарий:

Сценарий с недостоверной информацией:

Предлагаемый интерфейс моделируемой системы положения позвоночника состоит из следующих компонентов: при первом открытии приложения пользователь видит окно авторизации, где ему предлагают создать аккаунт, войти с аккаунтом Google или уже существующим аккаунтом. Второе окно, которое видит пользователь после регистрации, – окно заполнения данных о пользователе. Пользователю предлагается ввести пол, дату рождения, вес, рост, уровень подготовки и заболевание (если есть). После заполнения профиля пользователь может открыть экран тренировки, чтобы увидеть предлагаемые упражнения. С этого экрана, нажав на упражнение, можно получить инструкции по технике выполнения основных базовых упражнений. Отдельным пунктом будет показан экран статистики положений позвоночника пользователя, где будет показана правильность положения позвоночника в виде условной оценки в процентах от идеальной.

В результате проведенного исследования была рассмотрена предметная область физической реабилитации пациентов с заболеваниями позвоночника, проведен обзор аналогов устройств – корректоров осанки, представленных уже существующими системами и программными решениями. В результате были определены и описаны требования к структуре и функционированию системы и к видам обеспечения: информационному, программному, техническому. Были реализованы следующие диаграммы: модель предметной области в нотации UML, диаграмма бизнес-процессов в нотации BPMN, диаграмма вариантов использования Use Case. Данные диаграммы отражают архитектуру модели системы и требования к программному обеспечению. В данной публикации представлена модель только Use Case диаграммы.