ABSTRAKT Bakalářská práce je zaměřena na problematiku posturální stability. Cílem je seznámit se s vertikalizačním zařízením Balance Trainer a tlakovou podložkou WII Balance Board. V teoretické části práce jsou popsány posturální funkce, posturografie a následně také vertikalizátor Balance Trainer a stabilometrická plošina WII Balance Board. Dále je navržen protokol měření vlivu vertikalizačního zařízení při snímání dat posturální stability na skupině probandů a měření je zrealizováno. Ze získaných dat jsou vypočítány parametry, které jsou dále statisticky zpracovány a je zhodnocen vliv vertikalizačního zařízení při měření posturální stability.
ABSTRACT This semestral thesis is focused on postural stability. The aim is to introduce standing frame Balance Trainer and haptic floor Wii Balance Board. The theoretical part describes the postural functions, posturography and subsequently standing frame Balance Trainer and stabilometric platform Wii Balance Board. It is also designed the measurement protocol for affect of standing frames on measuring postural stability on a group of subjects and the measurement is realized. From the collected data are calculated parameters which are statistically processed and the affect of standing frames on measuring postural stability is evaluated.
KLÍČOVÁ SLOVA Postura, posturální funkce, posturografie, COP, Balance Trainer, WII Balance Board.
KEY WORDS Posture, postural functions, posturography, COP, Balance Trainer, Wii Balance Board.
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE PRÁCE: KLIMEŠOVÁ, L. Vliv vertikalizačního zařízení při měření posturální stability. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2016. 50 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Pavla Horáková.
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že svou bakalářskou práci na téma „Vliv vertikalizačního zařízení při měření posturální stability“ jsem vypracovala samostatně pod vedením vedoucí bakalářské práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autorka uvedené bakalářské práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této bakalářské práce jsem neporušila autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhla nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědoma následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně dne ……………… ............................................ podpis autora
PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucí bakalářské práce Ing. Pavle Horákové a také Ing. Markétě Koťové za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování bakalářské práce. Mé poděkování patří také všem dobrovolníkům, kteří mi poskytli potřebná data. V Brně dne ……………… ............................................ podpis autora
OBSAH ÚVOD ............................................................................................................................ 1 1
POSTURÁLNÍ FUNKCE .................................................................................... 2 1.1 Pojem postura ..................................................................................................... 2 1.2 Posturální stabilita .............................................................................................. 3 1.3 Posturální stabilizace .......................................................................................... 5 1.4 Posturální reaktibilita ......................................................................................... 5
2
POSTRURÁLNÍ ONTOGENEZE ..................................................................... 6 2.1 Princip posturální ontogeneze ............................................................................ 6 2.2 Poruchy posturální ontogeneze a jejich vliv ...................................................... 7
3
PORUCHY POSTURY........................................................................................ 8 3.1 Poruchy anatomické ........................................................................................... 8 3.2 Poruchy neurologické ......................................................................................... 8 3.3 Poruchy funkční ............................................................................................... 10
4
POSTUROGRAFIE ........................................................................................... 11 4.1 Posturografické měření .................................................................................... 11 4.2 Statická posturografie ....................................................................................... 13 4.3 Dynamická posturografie ................................................................................. 14
5
VERTIKALIZÁTOR BALANCE TRAINER ................................................. 15 5.1 Základní popis přístroje .................................................................................... 15 5.2 Využití Balance Traineru ................................................................................. 16 5.3 Vliv vertikalizátoru .......................................................................................... 16 5.4 Součásti a ovládací prvky přístroje .................................................................. 16 5.5 Technické údaje ................................................................................................ 18
6
STABILOMETRICKÁ PLOŠINA WII BALANCE BOARD ....................... 20 6.1 Základní popis plošiny ..................................................................................... 20 6.2 Systém TelMed ................................................................................................ 21
6.3 Aplikace TelMed .............................................................................................. 22 7
PROTOKOL MĚŘENÍ ..................................................................................... 24 7.1 Výběr skupiny subjektů .................................................................................... 24 7.2 Navržený protokol ............................................................................................ 24 7.2.1 Podmínky v laboratoři .............................................................................. 25 7.2.2 Dotazník a informovaný souhlas .............................................................. 25 7.2.3 Seznámení probanda s průběhem měření a příprava probanda na měření 25 7.2.4 Nastavení vertikalizátoru na vhodnou výšku, změření postoje probanda 25 7.2.5 Samotné měření ........................................................................................ 27
8
ZPRACOVÁNÍ DAT ......................................................................................... 29 8.1 Načtení signálu ................................................................................................. 29 8.2 Rozčlenění signálu a zkrácení na kratší úseky ................................................. 29 8.3 Fourierova transformace a vykreslení amplitudového spektra ........................ 30 8.4 Filtrace signálu ................................................................................................. 30 8.5 Výpočet parametrů ........................................................................................... 32
9
STATISTICKÉ ZPRACOVÁNÍ PARAMETRŮ ............................................ 33 9.1 Výběr vhodného statistického testu.................................................................. 33 9.2 Vybraný test ..................................................................................................... 34 9.3 Uplatnění testu.................................................................................................. 35 9.4 Průměrná a střední hodnota výchylky COP ..................................................... 36 9.5 Maximální a minimální výchylka COP vůči průměrné hodnotě ...................... 37 9.6 Střední kvadratická odchylka COP .................................................................. 38 9.7 Vzdálenost mezi největší a nejmenší výchylkou COP (peak-to-peak) ............ 39 9.8 Délka trajektorie COP ...................................................................................... 40 9.9 Průměrná rychlost COP .................................................................................... 41
10
9.10
Plocha 95% konfidenční elipsy COP ........................................................... 42
9.11
Grafické vyjádření rozdílů mezi parametry ................................................. 42
DISKUZE ZÍSKANÝCH VÝSLEDKŮ ................................................................ 44 10.1
Zhodnocení získaných výsledků .................................................................. 44
10.2
Možné chyby měření .................................................................................... 45
ZÁVĚR ........................................................................................................................ 46 LITERATURA ........................................................................................................... 47 SEZNAM ZKRATEK ................................................................................................ 50 SEZNAM PŘÍLOH .................................................................................................... 50
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1: Vztah kontaktní plochy, opěrné plochy a opěrné báze, upraveno z [6] ............. 4 Obr. 2: Anatomická stavba lidského ucha [13] .............................................................. 9 Obr. 3: Statokinezigram při pohybu do čtyř stran ........................................................ 12 Obr. 4: Stabilogramy pro výchylky v AP a ML směru ................................................ 13 Obr. 5: Vertikalizační zařízení Balance Trainer ........................................................... 15 Obr. 6: Detailní popis přístroje Balance Trainer [22]................................................... 17 Obr. 7: Opěra horní části těla, upraveno z [22] ............................................................ 17 Obr. 8: Stabilometrická plošina Wii Fit balance Board [24] ........................................ 20 Obr. 9: Technické řešení telemedicínského systému [26] ............................................ 21 Obr. 10: Přihlašovací okno aplikace TelMed ............................................................... 23 Obr. 11: Okno pro měření posturální stability.............................................................. 23 Obr. 12: Místa měření parametrů pro výpočet opěrné báze [27] ................................. 26 Obr. 13: Jednotlivé pozice při měření .......................................................................... 28 Obr. 14: Jednotlivé pozice při měření při pohledu zepředu ......................................... 28 Obr. 15: Ukázka zkrácení úseku na 3 s ........................................................................ 29 Obr. 16: Amplitudové spektrum signálu ...................................................................... 30 Obr. 17: Ukázka filtrace zkráceného úseku (3 s) ......................................................... 31 Obr. 18: Ukázka filtrace úseku o délce 20 s ................................................................. 32 Obr. 19:Grafické vyjádření Gaussova normálního rozdělení pro náhodnou veličinu X ........ 34 Obr. 20: Histogram četností pro ověření normality dat ................................................ 35 Obr. 21: Box ploty pro rozdíly maximálních hodnot COP .......................................... 43
SEZNAM TABULEK Tab. 1: Vybrané parametry ........................................................................................... 11 Tab. 2: Technické údaje ............................................................................................... 19 Tab. 3: Základní údaje o probandech ........................................................................... 24 Tab. 4: Údaje o postoji probanda ................................................................................. 26 Tab. 5: Průměrná hodnota COP.................................................................................... 36 Tab. 6: Střední hodnota COP........................................................................................ 36 Tab. 7: Maximální výchylka COP ................................................................................ 37 Tab. 8: Minimální výchylka COP ................................................................................ 38 Tab. 9: Střední kvadratická odchylka COP .................................................................. 38 Tab. 10: Peak-to-peak ................................................................................................... 39 Tab. 11: Délka trajektorie (1) ....................................................................................... 40 Tab. 12: Délka trajektorie (2) ....................................................................................... 40 Tab. 13: Průměrná rychlost COP (1) ............................................................................ 41
Tab. 14: Průměrná rychlost COP (2) ............................................................................ 41 Tab. 15: Plocha 95 % konfidenční elipsy ..................................................................... 42 Tab. 16: Procentuální vyjádření vlivu vertikalizátoru .................................................. 44
ÚVOD Posturální stabilita je schopnost zajistit vzpřímené držení těla a zároveň reagovat na zevní a vnitřní síly tak, aby nedošlo k neřízenému pádu. Zajišťuje ji součinnost tří senzorických vstupů: zrakového, vestibulárního a proprioceptivního. K poruše dochází, pokud jsou jednotlivé systémy narušeny či při postižení center, která slouží k jejich vzájemné koordinaci. Posturografie je moderní vyšetřovací metoda, která zahrnuje metody měření posturální stability na statické nebo dynamické měřící plošině a hodnotí motorické balanční mechanismy důležité pro udržování posturální stability. Z výsledků posturografického měření je možné zjistit, jak se podílí jednotlivé senzorické systémy na kontrole rovnováhy. Měření umožňuje také sledovat změny působiště reakční síly, tzv. center of pressure (COP). Pro správné pochopení celé problematiky je úvod práce věnován teoretickému seznámení s posturálními funkcemi, posturální ontogenezí, poruchami postury a posturografií. Dále je v práci podrobně popsáno vertikalizační zařízení Balance Trainer a také posturografická plošina WII Balance Board. Vertikalizátor Balance Trainer umožňuje pacientovi jistější dynamický postoj, kdy je váha přenesena na vertikalizátor a pacient tak může jistěji a bezpečněji provádět nácvik funkčních pohybů. Jak velkou roli vertikalizátor při rehabilitaci hraje, je možné posoudit právě pomocí dat naměřených posturografickou plošinou. V další části práce byl navržen protokol měření, jehož realizací byla získána data, která byla upravena v programovém prostředí MATLAB® a následně použita k výpočtu jednotlivých parametrů jako je průměr, medián, střední kvadratická odchylka, délka trajektorie COP apod. Po statistickém zpracování parametrů a zhodnocení vlivu vertikalizačního zařízení na jednotlivé parametry byla provedena diskuze dosažených výsledků.
1
1
POSTURÁLNÍ FUNKCE
K upřesnění představy o náchylnosti pacienta k přetížení a poranění je vhodné inspekční vyšetření postury, které také umožní náhled na propojení struktury a pohybové funkce. Na celkovém držení těla se podílí jak svalové napětí (svalová rovnováha, resp. nerovnováha), tak také centrální řídící mechanismy včetně stavu psychiky, vaziva a anatomických poměrů. Dále může postura odrážet reakce na patologické stavy, které probíhají uvnitř organismu. Při hodnocení postury je důležité postavení jednotlivých segmentů, rozložení a míra svalového napětí. Za předpokladu fyziologické situace jsou jednotlivé segmenty vyváženy takovým způsobem, aby posturální napětí ve svalech bylo minimální. Nadměrné svalové napětí, ať už jde o celkové nebo lokalizované, má značnou výpovědní hodnotu. Napětí ve svalech během stoje vypovídá také o tom, jaké jsou celkové relaxační schopnosti pacienta. Při vyšetření postury se vychází ze srovnání s tzv. ideální posturou, která je odvozena z centrálních programů posturální ontogeneze. Aby mohla být ideální postura definována, musí se vycházet z biomechanických, anatomických a neurofyziologických funkcí. Propojení těchto funkcí je nutné chápat v kontextu motorického, resp. morfologického vývoje. Při pohledu na posturální funkce jsou rozlišovány:
posturální stabilita;
posturální stabilizace;
posturální reaktibilita [1] .
1.1 Pojem postura Postura je chápána jako aktivní držení pohybových segmentů těla proti působení zevních sil. V běžném životě má z těchto sil největší význam síla tíhová, která vzniká působením tíhového pole Země na určité těleso. Nejedná se však jenom o vzpřímený postoj na dvou končetinách nebo sed, ale postura je součástí jakékoliv polohy a především jakéhokoliv pohybu. Postura je základní podmínkou pohybu a ne naopak. Po rozfázování jakéhokoliv pohybu získáme krátké časové úseky daného pohybu, ze kterých je možné odvodit držení těla. Důležité je postavení v kloubech v každé fázi pohybu [1]. Postura je tedy klidová poloha těla vyznačující se určitým uspořádáním pohybových segmentů. Udržování této polohy probíhá dynamicky, přestože ve srovnání s pohybem se zevnímu pozorovateli jeví jako statický fenomén [2]. Postura obsahuje složku statickou, což je stálá neměnící se poloha těla v prostoru, ale zároveň i složku dynamickou, tj. proces udržování plohy těla vůči měnícím se podmínkám okolí. Proto je posturální funkce hodnocena jako průběžný, dynamicky probíhající, aktivní proces [3].
2
Postura je zajišťována vnitřními silami a to především svalovou aktivitou řízenou CNS. Důležité také je, že postura vždy vyžaduje zpevnění osového orgánu, tedy trupu s krkem a hlavou. To je zajištěno pomocí dlouhých svalů působících přes celou páteř (erector trunci), které umožňují celkovou stabilizaci [4] [2] .
1.2
Posturální stabilita
Pokud se lidské tělo nachází ve statické poloze, jako celek nemění svou polohu v prostoru. Posturální stabilitu můžeme specifikovat jako vyváženou a koordinovanou pozici těla jako celku nebo jako vysoce specializovaný proces udržování rovnováhy, polohy těla a jeho částí ve stále se měnícím okolním prostředí. Jde o pohybový regulační mechanizmus těla, předchází pohyb a po tom, co je pohyb proveden, se tento systém snaží dosaženou polohu udržet [5] . Nejde tedy jen o jednorázové zaujetí stálé polohy, nýbrž o kontinuální „zaujímání“ stálé polohy. Posturální stabilitou označujeme tedy schopnost zajistit vzpřímené držení těla a zároveň reagovat na změny zevních a vnitřních sil tak, aby nedošlo k nečekanému pádu. Je zajišťována součinností tří senzorických vstupů: zrakového, vestibulárního a proprioceptivního [1] [4]. Hlavní a základní podmínkou stability ve statické poloze je, že se těžiště musí v každém okamžiku promítat do opěrné báze (ne však do opěrné plochy). Kontaktní plochu můžeme definovat jako tu část podložky, která je v přímém kontaktu s tělem, tedy plochu kontaktu podložky s povrchem těla. Opěrná plocha je ta část kontaktní plochy, která je využívána k aktivní opoře a je aktuálně využita k vytvoření opěrné báze [1] [4]. Opěrná báze je plocha ohraničená nejvzdálenějšími body opěrné plochy (resp. ploch). Jde tedy o opěrné plochy a vše mezi nimi, z čehož vyplývá, že opěrná báze bývá obvykle větší než opěrná plocha. Opěrná báze se výrazně mění při stoji spatném a rozkročném, širší opěrná báze přináší větší stabilitu [1] . Vztah kontaktní plochy, opěrné plochy a opěrné báze je graficky znázorněn na Obr. 1. .
3
Obr. 1: Vztah kontaktní plochy, opěrné plochy a opěrné báze, upraveno z [6]
Stabilita je ovlivněna biomechanickými a neurofyziologickými faktory. Mezi biomechanické faktory patří:
velikost opěrné plochy;
tělesná hmotnost;
výška těžiště nad opěrnou bází;
charakter kontaktu těla s opěrnou plochou;
postavení hybných segmentů. Mezi neurofyziologické faktory se řadí:
multisenzorická integrace zrakových, vestibulárních, proprioreceptivních a kožních informací;
kvalita zpětnovazebných mechanismů, které regulují rovnováhu;
psychické vlivy a vlivy vnitřního prostředí;
míra excitability nervového systému. Stabilita je nepřímo úměrná výšce těžiště nad opěrnou bází, vzdálenosti mezi průmětem těžiště do opěrné báze a středem opěrné báze a sklonu opěrné plochy k horizontální rovině. Přímo úměrná je stabilita velikosti plochy opěrné báze a hmotnosti [1] [3] . Pokud nastane situace, kdy se při statické zátěži vektor tíhové síly nepromítá do opěrné báze, musí být svaly udržován trvalý otáčivý moment a pro udržení rovnováhy je nutná značná svalová síla. Zprvu je nerovnovážný postoj korigován vyšší svalovou aktivitou s hypertonií příslušného svalstva, posléze se objeví bolest a později dojde i ke vzniku deformity [1]. 4
1.3 Posturální stabilizace Tělo je složeno z celé řady segmentů, které jsou určitým způsobem prostorově uspořádány vůči sobě. Toto uspořádání segmentů by mělo být vyvážené a harmonické. Vyváženost a harmonie postavení tělesných segmentů je základním předpokladem pro správnou funkci posturálního systému bez lokálních přetížení a bez vyšších energetických nároků [3]. Posturální stabilizaci lze chápat jako aktivní (svalové) držení segmentů těla proti působení zevních sil, které je řízené centrálním nervovým systémem. Je to tedy svalová aktivita, která segmenty těla zpevňuje především proti působení tíhové síly. Ve statické poloze je prostřednictvím svalové aktivity zajištěna tuhost skloubení, která je koordinována aktivitou agonistů a antagonistů, což umožňuje v dané poloze vzdorovat gravitační síle [1]. Agonista, je sval vykonávající pohyb v určitém směru. Naopak antagonista, je sval vykonávající pohyb ve směru opačném jako agonista, působí tedy protichůdný pohyb. Souhra agonistů a antagonistů je pro pohyb velmi důležitá, vyvážené působení těchto protichůdných svalových skupin totiž stabilizuje určitou polohu těla i jednotlivých jeho segmentů [7] . Zpevnění segmentů těla umožňuje vzpřímené držení a lokomoci (tj. pohyb v prostoru pomocí činnosti svalů) těla jako celku. Bez koordinované svalové aktivity by se naše kostra zhroutila. V této souvislosti tedy hovoříme o posturální stabilizaci. Posturální stabilizace však nepůsobí jen proti gravitační síle, ale je součástí všech pohybů, a to i v případě, že se jedná pouze o pohyb horních nebo dolních končetin [1].
1.4 Posturální reaktibilita Pro překonání odporu při každém pohybu segmentu těla náročném na silové působení, je vždy generována kontrakční svalová síla. Tato síla je převedena na momenty sil v pákovém segmentovém systému lidského těla a vyvolává reakční svalové síly v celém pohybovém systému. Tato reakční stabilizační funkce je nazývána posturální reaktibilitou [1]. Účelem této reakce je zpevnit jednotlivé pohybové segmenty (klouby), aby byla získána co nejstabilnější oporná báze (punctum fixum) a aby kloubní segmenty byly schopné odolávat účinkům zevních sil [1]. Pohybový segment je funkční jednotka, která umožňuje flexibilní fixaci jednoho nebo i více segmentů, tím tvoří relativní opornou bázi (zvanou punctum fixum) pro sousední pohybující se segmenty [2] . Punctum fixum tedy znamená zpevnění jedné z úponových částí svalu (vlivem zpevňovací aktivity jiných svalů), aby druhá úponová část svalu mohla provádět pohyb v kloubu. Ta se označuje jako punctum mobile. Žádný cílený pohyb tedy není možné vykonat bez úponové stabilizace svalu., tj. bez zajištění tuhosti kloubního segmentu v úponové oblasti [1].
5
2
POSTRURÁLNÍ ONTOGENEZE
Propojení anatomického a biomechanického principu s principem neurofyziologickým je zřetelnější z pohledu posturální (morfologické) ontogeneze. Dochází ke vzájemnému podmiňování těchto principů a nikdy na ně tedy není možné pohlížet odděleně.
2.1 Princip posturální ontogeneze Ve fetálním období je zevním prostředím pro plod plodová voda, ve které je možný poměrně snadný pohyb řídící se Archimedovým zákonem. Novorozenec je po porodu vystaven náhle plnému gravitačnímu vlivu, na který si musí postupně přivyknout. Kontakt s gravitací při porodu vyvolá v pohybové soustavě proces zvaný posturální ontogeneze [3]. Tento proces je geneticky zakódován, ale i přesto je nutná zevní stimulace, aby se mohl realizovat. Je odstartován porodem a postupuje podle určitého časového schématu od horizontální postury indiferentní k orientované horizontální postuře, která je spojená s vnímáním okolí. Dále postupuje přes horizontální lokomoci k postuře vertikální až k tzv. bipedální lokomoci, což je lokomoce ve vertikále [3]. Jedním z hlavních obecných principů posturální (motorické) ontogeneze je vývoj postury, resp. schopnost kvalitního zaujmutí polohy v kloubech, zpevnění kloubů prostřednictvím koordinované aktivity svalů a vývoj nákročné a opěrné funkce [1]. V první fázi posturálního vývoje se vyvíjí držení osového orgánu v lordotickokyfotickém zakřivení, upravuje se postavení hrudníku a pánve, dochází také ke změně tvaru hrudníku. Tyto změny jsou umožněny rovnovážnou souhrou mezi extenzory páteře a flexory krku a nitrobřišním tlakem (jde o souhru mezi bránicí, svaly břicha a svaly pánevního dna). Vnitřní síly (svalová aktivita) podmiňuje anatomický vývoj páteře a nezralá kyfotická páteř je formována do budoucí lordoticko-kyfotické křivky [1] [9]. V další fázi se vyvíjí cílená fázická hybnost, tj. lokomoce. Jde o vývoj nákročné (úchopové), resp. opěrné (odrazové) funkce. Obě tyto funkce jsou spojeny se schopností zpevnit páteř, pánev a hrudník, tedy se zralostí stabilizačních funkcí, jenž jsou předpokladem pro cílený pohyb končetin [1]. Při fyziologickém vývoji se u dítěte objevuje rovnovážná funkce mezi svaly s antagonistickou funkcí, což umožňuje postavení v kloubech v tzv. neutrálních polohách (centrovaném postavení). Toto je však spojeno pouze se zdravým centrálním nervovým systémem a v takovém případě pak můžeme mluvit o ideální postuře [1].
6
2.2 Poruchy posturální ontogeneze a jejich vliv Porucha v zapojení svalů v průběhu posturálního vývoje je jednou z hlavních příčin vadného držení těla, je tedy významným etiopatogenetickým faktorem řady hybných poruch v dospělosti. Špatné držení těla má také důsledky na morfologický vývoj (anteverze kyčelních kloubů, plochá noha, valgozita kolen apod.) [8]. Klíčová období, kdy je možné podchytit posturální poruchy, jsou kolem šestého týdne, třech a půl měsíců a 6 měsíců od narození dítěte. Děti, u nichž se vyskytují v tomto věkovém období výraznější posturální odchylky, je nutné zařadit do rehabilitační péče. V tomto období se dá posturální vada mnohem lépe ovlivnit, než v době, kdy je porucha již fixována [8]. Při poruchách CNS, a to například u centrální koordinační poruchy (CKP), vzniká nejenom porucha posturálních funkcí, ale i anatomická porucha například s biomechanickým důsledky pro kloub. To je způsobeno nerovnováhou svalové aktivity, která působí na růstové štěrbiny. Fyziologický vývoj CNS tedy znamená i fyziologický biomechanický (resp. morfologický) vývoj. To do budoucna ovlivňuje také předpoklady pro zvládnutí sportovní zátěže [9].
7
3
PORUCHY POSTURY
Posturální disharmonie se vyskytuje u pacientů z několika důvodů. Nejčastěji jde o poruchy anatomické, neurologické a funkční.
3.1 Poruchy anatomické Anatomické poruchy mohou být vrozené, ale i získané v důsledku prodělaného úrazu. V případě anatomických poruch se může jednat například o zvýšenou anteverzi kyčelních klubů. Pojem anteverze znamená prostorový, dopředu otevřený úhel, který svírá krček s frontální resp. s bikondální rovinou. S věkem se tento úhel postupně zmenšuje, po narození je asi 50°, v dospělosti už jen 7-15°. Zvýšená anteverze krčku femuru vede k zvýšené rotaci celé končetiny a tím i k vnitřní rotaci chodidla při chůzi. Další vrozenou anatomickou poruchou může být dysplazie sakrální kosti, což je systémová porucha vývoje kostní a chrupavčité tkáně s pravděpodobně genetickým původem [1] [10]. Mezi poúrazově vzniklé morfologické změny se řadí například stav po kompresivní zlomenině obratle či stav po poranění kloubu. Za získané poruchy se považují také artrotické a revmatické kloubní změny. Všechny tyto poruchy mohou výrazně změnit biomechanické parametry lidského těla [1] [11] .
3.2 Poruchy neurologické Z neurologických příčin můžeme jmenovat poruchy mozečkové, vestibulární, extrapyramidové atd. Poruchy mozečku mají vliv na udržování rovnováhy, a proto vznikají poruchy stoje (tzv. astázie) a chůze (tzv. abázie). Dále se hodnotí přítomnost tzv. asynergie- poruchy chůze, při níž dochází k záklonu trupu až k pádu nazad. Při lézích mozečkových hemisfér vzniká neocerebelární syndrom, jehož hlavním projevem je porucha přesného řízení úmyslných pohybů, tzv. mozečková ataxie. Ta se projevuje tím, že pacient špatně odhaduje intenzitu pohybu (tzv. dysmetrie), přestřeluje pohyby (tzv. hypermetrie) a vyskytuje se u něj nedokonalá souhra složitějších pohybů (tzv. adiadochokineze) a výrazný třes při úmyslném pohybu (tzv. intenční tremor). Nápadnou neocerebelární poruchou je také porucha koordinace řeči, která se označuje jako cerebelární dysartie. Porušena může být také činnost okohybných svalů, jde o tzv. nystagmus [1] [11] [12]. Vestibulární porucha, tzv. vestibulární syndrom, vzniká poruchou rovnovážného ústrojí, a to buď přímo receptorů rovnováhy ve vnitřním uchu (periferní vestibulární syndrom) nebo vestibulárních jader v mozkovém kmeni (centrální vestibulární syndrom). Vzniklá nerovnováha mezi pravým a levým vestibulárním ústrojím se projevuje jak
8
odchylkami do stran, tak tzv. nystagmem. Odchylky těla jsou vždy k jedné straně, což je způsobeno polohou hlavy, protože změnou polohy hlavy dochází i ke změně samotného rovnovážného ústrojí, které je umístěno ve vnitřním uchu, jak je vidět na Obr. 2. Nystagmus jsou spontánní rytmické pohyby očí. Nejčastěji se vyskytují v horizontální rovině, ale při centrálním vestibulárním syndromu se objevují i vzácnější typy nystagmu, jako je např. krouživý či diagonální [12].
Obr. 2: Anatomická stavba lidského ucha [13]
Poruchy extrapyramidové se dělí na dvě skupiny: parkinsonův syndrom a mimovolní pohyby. Parkinsonův syndrom je stav, který vzniká při poškození vývojově starší části bazálních ganglií. Příčinou poškození je nedostatek dopaminu v neuronech těchto struktur. V současné době se syndrom vyskytuje v nejtypičtější formě při degenerativním procesu zvaném Parkinsonova nemoc. Typická je trojice příznaků tohoto syndromu: klidový třes, rigidita (zvláštní typ zvýšeného svalového napětí) a akineze, která spočívá v nesnadném provádění volních pohybů, přičemž nejobtížnější je pohyb vůbec začít. Akineze se spolu s rigiditou projevuje při chůzi, která je typická drobnými šouravými kroky [12]. Mimovolní pohyby vznikají poruchou hlubokých mozkových struktur, především vývojově mladších částí bazálních ganglií. Jedná se o pohyby, které pacient vykonává bez úmyslu a obvykle jim také nedokáže zabránit. Mezi nejběžnější patří atetóza (pomalé, kroutivé pohyby), chorea (rychlé, nepotlačitelné pohyby), hemibalismus (mimovolní pohyby na jedné polovině těla), torticollis spastica (onemocnění charakteristické kroutivými pohyby šíjového svalstva) a myoclonus (jednotlivé svalové záškuby) [12].
9
3.3 Poruchy funkční V tomto případě se jedná o poruchy posturálně stabilizačních funkcí svalů během pohybu i statických pozic. Tyto poruchy nejčastěji vyšetřujeme pomocí testů a vyšetřením porušené distribuce svalového napětí, které se nejvíce promítá do způsobu držení těla. Funkční poruchy svalů mají několik příčin. Mezi hlavní příčiny patří:
centrální koordinační porucha během posturálního vývoje;
způsob, jakým byly a jsou naše stereotypizované pohyby vypracovány, posilovány a korigovány, často také v souvislosti s tím, v jakém psychickém stavu se jedinec nachází;
porucha kontroly nocicepce.
Důsledkem všech příčin, které vedou ke změnám posturálních funkcí, je jednostranné přetěžování. To při dlouhodobém trvání vede ke vzniku morfologických poruch (získaná spondylolistéza, degenerativní změny kloubů ap.) [1]. Jednou z hlavních příčin vzniku poruch posturálních funkcí je abnormální motorický vývoj. Jde o poruchu, kdy se v posturálním vývoji biologický věk dítěte zpožďuje oproti věku chronologickému (kvalitativní složka hybnosti) nebo o poruchu postihující kvalitu posturálních funkcí. Ve druhém případě dítě vykonává pohyby nefyziologicky, což znamená, že vykonává určité pohyby v odpovídajícím věku, ale jejich provedení je odlišné. Tyto posturální poruchy se fixují a v pozdějším věku jsou základem posturálního chování [1]. Naučené pohyby by měly být prováděny tak, aby se jich účastnily jen ty svaly, které je mechanicky realizují nebo posturálně zajišťují. To vede k optimálnímu zatěžování kloubů a vazivových struktur. Jedná se o tzv. ideální posturální vzor a jeho předpokladem je fyziologický vývoj mozku. Vliv na posturální chování má i psychický stav jedince. Emoce jako strach, úzkost či agresivita ovlivňují držení těla při pohybu a z tohoto držení je možné zpětně i určit psychické rozpoložení pozorovaného člověka. Je to způsobeno tím, že v řadě psychicky náročných situací dochází prostřednictvím limbického systému ke změnám svalového tonu a tím i vlastního motorického projevu. Při dlouhodobé stresové zátěži dochází k hypertonu, který je spojený se vznikem svalových dysbalancí. Často je tento stav doprovázen i vegetativními projevy jako je potivost, dermografismus, studená akra apod [1]. Poslední příčinou funkčních poruch je porucha kontroly nocicepce. Nociceptivní informace vzniká, pokud v organismu vznikne patologická situace. Tyto informace fungují jako tzv. spouštěče obranných reakcí a vznikají tak aktivity, které mají předejít poškození struktury nebo škodu alespoň minimalizovat. Vzniká nouzový šetřící program, při němž se mění svalová funkce (nastává svalová hypertonie a útlum). Změna posturálních funkcí může být způsobena chybným nociceptivním drážděním či chybnou reakcí na toto dráždění. [1]
10
4
POSTUROGRAFIE
Posturografie zahrnuje metody měření posturální stability na statické nebo dynamické (pohybující se) měřící plošině. Počítačová posturografie je definována jako elektrofyziologická vyšetřovací metoda, která hodnotí motorické balanční mechanismy důležité pro udržování posturální stability [6].
4.1 Posturografické měření Z výsledků posturografického měření je možné určit podíl jednotlivých senzorických systémů na kontrole rovnováhy a měření umožňuje také sledovat změny působiště reakční síly, tzv. center of pressure (COP).
Při posturometrickém vyšetření jsou měřeny reakční síly, resp. jejich rozklad ve třech vzájemně kolmých rovinách, působící na tenzometrickou plošinu. Síly se dělí na primární a sekundární. Primární akční síla, která působí na plošinu, je tíhová síla pacienta, přičemž tenzometrická plošina měří sílu reakční a ta reaguje podle zákona akce a reakce na tíhovou sílu pacienta. Sekundární reakční síly jsou reakční síly svalů přenášené na plošinu. Tyto síly vykazují neustálou reakci na oscilace těžiště v průběhu toho, co pacient stojí. Jednotlivé složky reakční síly, což je anterioposteriorní složka, mediolaterální složka a vertikální složka, a jejich momenty se snímají piezoelektrickými tenzometry či jinými senzory. Senzory mohou být umístěny v rozích plošiny, či je možné využít plošiny s mnohem větším počtem senzorů. Existují také plošiny s vysokou hustotou senzorů, které se používají při plantografickém měření. Matematickou úpravou získaných veličin, lze ze snímaných hodnot vypočítat COP. V klidném stoji se COP nachází mezi chodidly [4] [14] [1]. Vyšetření se provádí na tenzometrické nebo silové plošině. Ze získaných dat se počítají různé parametry, které se následně dále vyhodnocují. Vybrané parametry jsou uvedeny v tabulce (Tab. 1). Tab. 1: Vybrané parametry Parametr COPmean COPmax COPmin RMS Peak-to-peak COPlength COPvelocity COParea COPmedian
Popis parametru a jednotky Průměrná výchylka COP [mm] Maximální výchylka COP vzhledem k COPmean [mm] Minimální výchylka COP vzhledem k COPmean [mm] Střední kvadratická odchylka [mm] Rozdíl mezi největší a nejmenší výchylkou COP [mm] Délka trajektorie, kterou COP opsalo za určený čas [mm] Průměrná rychlost COP [mm/s] Plocha 95% konfidenční elipsy COP [mm2] Střední hodnota výchylky COP [mm]
11
Parametry jako průměrná výchylka COP, maximální výchylka COP a minimální výchylka COP jsou počítány jak v anterioposteriorním, tak v mediolaterálním směru, přičemž platí, že čím více a větších výchylek je naměřeno, tím je posturální stabilita jedince horší. Konfidenční elipsa je plocha, která zahrnuje největší soustředění změn polohy COP během měření. Pohyb a poloha COP je zaznamenávána v čase. V praxi je nejčastěji využívána plocha 90 % či 95 % z celkové plochy všech COP [15] [16] [17]. Jelikož je pro udržování rovnováhy velmi důležitá vizuální fixace a díky ní se můžou kompenzovat některé poruchy, provádí se vyšetření jak s otevřenýma, tak i se zavřenýma očima. Pro názornější prezentaci výsledků se často používá grafické zobrazení. Výsledný graf, na kterém je možné vidět trajektorie COP, se vykresluje několika způsoby. První možností jak vykreslit získaná data, je zobrazení závislosti výchylek v AP (anterioposteriorním) směru a v ML (mediolaterálním) směru na čase, tyto grafy se nazývají stabilogramy (viz Obr. 4). Další možností, jak zobrazit získaná data je vykreslení závislosti výchylek v AP směru na výchylkách v ML směru. Tento typ grafů se nazývá statokinezigram (viz Obr. 3).
Obr. 3: Statokinezigram při pohybu do čtyř stran
12
Obr. 4: Stabilogramy pro výchylky v AP a ML směru
Podle podmínek při vyšetřování se posturografie dělí na statickou, kdy jsou pacient i posturografická deska (silová plošina) v klidu a dynamickou, kdy se pacient pohybuje po podložce nebo podložka se pohybuje s pacientem [18].
4.2 Statická posturografie O statickou posturografii jde tehdy, probíhá-li měření v podmínkách, kdy se pacient ani tenzometrická plošina nepohybují. Principem metody je zachycení pohybu těžiště vyšetřovaného během toho, co stojí na posturografické plošině. Statická posturografie je často považována za objektivizaci tzv. Rombergova testu. Rombergův test je test statické rovnováhy a používá se k vyšetření funkce vestibulárního
13
systému. Jedná se nejčastěji o vyšetření tzv. Rombergových stojů (I – stoj o široké bázi, II – stoj o úzké bázi s otevřenýma očima, III – stoj o úzké bázi se zavřenýma očima). Výsledky je možné dokumentovat graficky a numericky. Během vyšetření je také možné selektivně testovat jednotlivé senzorické systémy tím, že je vyloučen zrak či se změní proprioceptivní informace z podložky (pěnová guma, vibrační stimulace) [1] [14] [18] .
4.3 Dynamická posturografie Dynamická posturografie představuje kvantitativní metodu k vyšetření a registraci stoje či dynamického pohybu (chůze) během různých testů, které simulují běžné každodenní aktivity. Dílčí situace testované na posturografu jsou koncipovány tak, aby detekovaly hlavní senzorické, pohybové a biomechanické komponenty, které se podílí na balanci, a analyzovaly, jak efektivně pacient jednotlivé komponenty k zachování balance využívá. Při dynamické posturografii je též možná diferenciace senzorické a motorické složky posturální instability u neurologických onemocnění. Metoda umožňuje detekci pacientů s poruchou vestibulárního systému při normálním nálezu ENG (Electronystagmogram), vyšetření tak poskytuje komplementární informaci k ostatním testům vestibulární funkce. Dynamické posturografické vyšetření probíhá na pohyblivé silové plošině, která se může pohybovat horizontálně směrem dopředu a dozadu nebo může stejnými směry i rotovat a snímá reakce na předem nepředvídatelné vychylující stimuly. Dále analyzuje relativní podíl somatosenzorických, vestibulárních a vizuálních systémů při snaze zachovat nebo obnovit posturální kontrolu. Za předem definovaných standardizovaných podmínek se prostřednictvím dat získaných ze silové plošiny v rámci výstupních parametrů hodnotí například amplituda, rychlost a směr exkurzí COP, trajektorie pohybů COP, velikost silových impulzů nebo rychlost automatických i volních reakcí. Výsledky jednotlivých testovaných situací jsou ve většině případů vyjádřeny relativně, tedy vzhledem k pacientově výšce, hmotnosti nebo věku [18] [19] .
14
5
VERTIKALIZÁTOR BALANCE TRAINER
Balance Trainer (Obr. 5) je jedinečný přístroj, který slouží jako dynamický i statický vertikalizační přístroj v jednom. Je to rehabilitační pomůcka a používá se k tréninku u lidí s omezenou schopností stát. Jedná se o přístroj německé firmy Medica Medizintechnik GmbH.
5.1 Základní popis přístroje Vertikalizátor Balance Trainer umožňuje pacientovi jistější dynamický postoj, kdy je váha přenesena na vertikalizátor, a také možnost se lépe soustředit na terapeutickou práci. Pacient může jistěji a bezpečněji provádět nácvik funkčních pohybů jako je například vykročení, přenesení váhy atd. Balance Trainer je možné individuálně nastavit pro každého pacienta a také pro cílený trénink svalstva trupu a nohou. Dynamický vertikalizátor pacintovi pomáhá redukovat strach z pádu a tím je rehabilitační práce účinnější. Dále může být také Balance Trainer doplněn softwarem, který při terapii pacientovi zpříjemňuje cvičení hrou a zároveň také terapeutům umožní dokumentovat a monitorovat pokroky v léčbě [20] [21].
Obr. 5: Vertikalizační zařízení Balance Trainer
15
5.2 Využití Balance Traineru V případě, kdy je pacient s ohledem na svůj zdravotní stav nucen po celý den sedět nebo ležet, existuje jednoznačně požadavek lékařů na co nejrychlejší vertikalizaci- postavení pacienta na vlastní nohy. Stálý pobyt pacienta na lůžku má totiž neblahý vliv jak na jeho zdravotní stav, tak na stav psychiky. Mohou se také objevit např. infekce močových cest či poruchy vyprazdňování. Požadavky rehabilitačních specialistů na dosažení a udržení bezpečné polohy pacienta ve svislé poloze byly zapracovány do konceptu vertikalizátoru. Balance Trainer je vhodný pro rehabilitaci lidí po mozkové příhodě, paraplegiky, tetraplegiky, pacienty s Parkinsonovou nemocí, roztroušenou sklerózou, svalovou dystrofií a jinými neurologickými onemocněními. Je vhodný také pro pacienty, kde je nebezpečí pádu zapříčiněné stářím pacienta [20] [21] .
5.3 Vliv vertikalizátoru Balance Trainer zajišťuje pacientovi více stability v kyčlích, což umožňuje účinnější trénink rovnováhy. Dále dochází také k odlehčení hmotnosti a regulaci svalového tonu. Při rehabilitaci na tomto zařízení je stabilizován krevní oběh. Vertikalizátor je také nápomocen jako prevence osteoporózy a má pozitivní vliv na zažívací trakt a na vyprazdňování horních močových cest. Zlepšuje se i dýchání a celkové vnímání. Nezanedbatelný je také pozitivní psychologický vliv vertikalizace na zdravotní stav pacienta [20] [21] .
5.4 Součásti a ovládací prvky přístroje Mezi hlavní součásti přístroje Balance Trainer patří nášlapná deska vybavená kolečky s brzdami, základový rám, balanční kloub a blokovací objímka, vertikální podpora, terapeutický stůl a madla. Balance Trainer může obsahovat také zváštní příslušenství jako jsou kolenní opěrky, kyčelní opěrky, mechanický nebo elektrický naviják popruhu, zvedací systém, nášlapná prodlužovací deska nebo nášlapná zvyšovací deska. Součásti a ovládací prvky přístroje jsou zobrazeny na Obr. 6. Dále může být přístroj doplněn o opěru horní části těla (Obr. 7). Opěra horní části těla umožňuje optimální zpevnění u pacientů, u kterých je tato část těla nestabilní.
16
Obr. 6: Detailní popis přístroje Balance Trainer [22] (1- kolečka, 2- nášlapná deska, 2a- misky pat. 2b-fixační pásky chodidel, 3- základový rám, 4- balanční kloub a blokovací objímka, 4a- přepínací páka tréninku rovnováhy, 5- vertikální podpora, 6- kolenní opěry, 6a- pojistné čepy kolenních opěr, 6dvýškové nastavení kolenních opěr, 7- terapeutický stůl, 7a- nastavení výšky terapeutického stolu, 7b- horizontální nastavení terapeutického stolu, 8- madla, 8a- nastavení výšky madel, 9a-upevňovací místo pro zvedací systém)
Obr. 7: Opěra horní části těla, upraveno z [22] (1- opěra horní části těla, 2- opěrka hlavy, 3- podložka zad, 4- boční opěry, 5- hrudní pás)
17
Na přístroji lze individuálně pro každého pacienta nastavit výšku terapeutického stolu. Se změnou výšky terapeutického stolu se automaticky změní také výška madel. Dále lze nastavit kolenní opěry tak, aby pacientova kolena byla uvnitř opěr. Kolenní opěry musí být k vertikalizátoru přidány v případě, že pacient není schopen bez jejich pomoci delší dobu stát. Další nastavení lze provádět u kyčelních opěr, které se používají k poskytování boční podpory pacienta a jsou připevněny na madla. Pokud je k vertikalizátoru připevněna opěra horní části těla, je nutné ji také individuálně nastavit podle potřeby pacienta. Na vertikalizátoru je také možné využít funkci Balance, která slouží pro trénink rovnováhy. Nastavuje se pomocí přepínací páky (4a) a má tři stavy: 0°- funkce Balance blokována, 6° - funkce Balance povolena s omezeným rozsahem pohybu a 12° - funkce Balance povolena s plným rozsahem pohybu [20] [22] .
5.5 Technické údaje Balance Trainer je dostupný ve dvou velikostech:
BALANCE Trainer č. 07001-001, který je doporučený pro osoby s výškou 150-200 cm
BALANCE Trainer č. 07017-002, který je doporučený pro osoby s výškou 120-160 cm Technické údaje jsou uvedeny v tabulce (Tab. 2) [22].
18
Tab. 2: Technické údaje Balance Trainer Délka Šířka Výška terapeutického stolu Váha Vhodné pro pacienty s: výškou váhou Použité materiály
118 cm (46") 118 cm (46") 78 cm (31") bez transformátoru 95 až 125 cm 77 až 98 cm (37" až 49") (30“ až 39“) 71.6 kg (158 lbs)
69.6 kg (153 lbs)
150 až 200 cm (4'9" to 6'6") 120 až 160 cm (3'9" to 5'2") až 140 kg (308 lbs) až 70 kg (154 lbs) Hliník, ocel, polystyren, polyuretan a další.
Elektrický zvedací systém Napájecí napětí
115/230 V~, 50/60 Hz (obj. č. 07005-000) 100 V~, 50/60 Hz (obj. č. 07035-000) 115 V~, 50/60 Hz (obj. č. 07034-000) 230 V~, 50/60 Hz (obj. č. 07033-000)
Spotřeba energie Hodnocení pojistky Hodnocení bezpečnosti Hodnocení krytí Emise hluku Hodnocení emisí hluku Okolní podmínky pro provoz
250 VA 2 x 2 A pomalé Třída II I PXO Lpa ≤ 70 dB (A) až DIN 45635-19-01-KL2 10 °C až 35 °C (50 °F to 95 °F) 970 až 1030 hPa 0 až 90 % Rh
Okolní podmínky pro přepravu a skladování
-30 °C až 65 °C ( - 22 °F to 149 °F) 970 až 1030 hPa 0 až 90 % Rh
19
6
STABILOMETRICKÁ PLOŠINA WII BALANCE BOARD
Plošina Wii Fit Balance Board (Obr. 8) od firmy Nintendo je posturografická plošina vybavená snímači, které jsou schopny zaznamenat změnu COP (Center of Pressure). Prvotní využití plošiny spočívalo v ovládání herní konzole Wii [23].
Obr. 8: Stabilometrická plošina Wii Fit balance Board [24]
6.1 Základní popis plošiny Jedná se o bezdrátovou podložku se čtyřmi snímači tlaku umístěnými v rozích. Podložka je schopná měřit místa zatížení a umožňuje tak změřit rozložení váhy, spočítat celkovou váhu a také COP u pacienta stojícího na plošině. Plošina je konstruována z kovového vnitřního rámu, díky němuž je zajištěna dobrá pevnost. Vnější povrch je z odolného a omyvatelného plastu černé barvy. Na plošině jsou vyznačena místa pro pravou a levou nohu a kříž vyznačuje, jak je plošina rozdělena na pravo-levou a předo-zadní část. Při měření je nutné, aby byla plošina umístěna na pevném podkladu, aby nedocházelo ke zkreslení naměřenených dat vlivem pohybu desky po podkladu. Při pohledu zespodu je možné na desce vidět senzory v rozích a kryt baterie. Pod krytem se nachází také synchronizační tlačítko. Senzory jsou od sebe vzdáleny 43 cm na delší straně a 24 cm na kratší straně.
20
Plošina Wii Fit Balance Board je napájena pomocí čtyř AA baterií nebo akumulátorů a v běžném provozu vydrží asi 60 hodin. K počítači nebo notebooku se plošina připojuje pomocí bezdrátového rozhraní Bluetooth. Před uvedením do provozu je potřeba plošinu synchronizovat s počítačem pomocí synchronizačního tlačítka umístěného pod bateriovým krytem [23].
6.2 Systém TelMed Telemedicínský systém je soubor technických prostředků pro vzdálený dohled nad pacientem. Telemedícína je ozačení postupů, kdy jsou zdravotní služby poskytovány pacientovi na velkou vzdálenost. Systém obsahuje akviziční a vyhodnocovací část, schéma základní architektury tohoto systému je zobrazeno na Obr. 9. Pacient je vybaven mobilním přístrojem pro měření medicínských dat a dále má přístupové místo, tzv. accespoint (AP), což je notebook s nainstalovanou aplikací. Data z přístroje (např. plošina Balance Board) jsou přenášena do notebooku pomocí rozhraní Bluetooth. Aplikace slouží k ovládání celého měření, je možné vybrat měřené parametry a zobrazovat naměřené hodnoty. Dále jsou naměřené hodnoty odesílány do centrální databáze, což vyžaduje připojení notebooku do internetové sítě. Z centrální databáze je možné přijímat data na vzdálených pracovištích [25] [26] .
Obr. 9: Technické řešení telemedicínského systému [26]
21
6.3 Aplikace TelMed Tato aplikace vznikla jako společný projekt Fakulty biomedicínského inženýrství na ČVUT v Praze a Fakulty elektrotechniky a komunikačních technologií na VUT v Brně. Aplikace je využívána při výuce studentů biomedicínských oborů. Po spuštění aplikace je zobrazeno přihlašovací okno (Obr. 10), kde je možné vybrat již registrovaného uživatele nebo přidat nové údaje. Dále je nutné vybrat pracoviště, na kterém bude měření probíhat. Jako poslední si uživatel zvolí terminál a to buď měřící část, nebo vyhodnocovací část. Po zvolení měřící části se uživateli zobrazí nové okno, kde si vybere, jaké měření bude probíhat. Mezi standardně měřené veličiny patří hmotnost pacienta, glykemická křivka, okysličení krve, elektrokardiogram (EKG), krevní tlak a posturální stabilita (tzv. Romberg). Pokud je zvoleno měření posturální stability (záložka Romberg) musí být nejdříve notebook synchronizován se stabilometrickou plošinou Balance Board a to pomocí tlačítka umístěného pod bateriovým krytem. Poté služba Windows Update nainstaluje ovladač a následuje iniciace plošiny. Po úspěšném provedení všech předchozích kroků je plošina i aplikace připravena k měření a je zobrazeno příslušné okno (Obr. 11). Před měřením je možné nastavit délku měření v sekundách, která je však omezena jen do délky 20 sekund, což je při složitějším měření poměrně nepraktické. Po stisknutí tlačítka start se měření spustí a v jednotlivých kolonkách se zobrazují měřené parametry jako doba měření, střední hodnota X, střední hodnota Y, amplituda X, amplituda Y, délka křivky, střední poloměr, celková plocha a RMS. Dále je v okně zobrazen bílý čtverec s křížem a červenou tečkou, která představuje aktuální polohu COP vzhledem ke kříži určujícímu rozdělení plošiny na předo-zadní a pravolevou část. Po naměření požadovaných dat je možné přejít do vyhodnocovací části, kde si uživatel může stáhnout výsledky měření jako tři dokumenty aplikace Microsoft Excel. Každý z dokumentů obsahuje tři sloupce- datum a čas měření, kód daného měření a třetí sloupec obsahuje výchylku v anterioposteriorním směru, mediolaterálním směru nebo dynamickou hmotnost. Výchylky jsou udávány v milimetrech, hmotnost v kilogramech. Vzorkovací frekvence získaných dat se pohybuje okolo 90 Hz.
22
Obr. 10: Přihlašovací okno aplikace TelMed
Obr. 11: Okno pro měření posturální stability
23
7
PROTOKOL MĚŘENÍ
Cílem práce je posouzení vlivu vertikalizačního zařízení při snímání dat posturální stability na skupině probandů. Za tímto účelem byl navržen vlastní experiment, který umožnil naměřit potřebná data, která budou dále zpracovávána. K záznamu dat byla použita tlaková podložka WII Balance Board a také aplikace TelMed, nainstalovaná na notebooku, která slouží k ovládání celého měření. U skupiny 10 probandů bylo provedeno měření podle navrženého protokolu. Velmi důležité je zajištění stejných podmínky u každého probanda.
7.1 Výběr skupiny subjektů Pro lepší vypovídající hodnotu získaných dat je vhodné zvolit co nejvíce homogenní vzorek probandů. Proto byla pro měření vybrána skupina deseti mladých žen (Tab. 3), konkrétně vysokoškolských studentek, ve věku 20-22 let. Ženy byly normální postavy s BMI (Body mass index) v rozmezí 17,9-27,8. Většina vybraných žen nevykonávala příliš sportovních aktivit nebo tyto aktivity probíhaly v omezené míře. Žádná z žen neměla pohybové omezení nebo nějaký zdravotní problém týkající se pohybového ústrojí. Tab. 3: Základní údaje o probandech
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Pohlaví
žena
žena
žena
žena
žena
žena
žena
žena
žena
žena
Věk
21
20
21
22
22
21
22
20
21
21
Výška [m]
1,75
1,66
1,67
1,56
1,75
1,75
1,64
1,63
1,66
1,77
Váha [kg]
85
59
50
55
66
61
60
56
52
83
BMI
27,8
21,4
17,9
22,6
21,6
19,9
22,3
21,1
18,9
26,5
Délka chodidla [cm]
25
25
24
23
23
27
25
24
23
27
Šířka chodidla [cm]
10
9
8
9
10
8
8,5
8
10
10,5
7.2 Navržený protokol Navržený protokol popisuje přesný postup měření. Součástí protokolu je také zajištění stejných podmínek při měření u každého probanda.
24
Měření probíhalo vždy ve stejných krocích, které po sobě logicky následují:
Záznam podmínek v laboratoři.
Příchod probanda, vyplnění dotazníku a podpis informovaného souhlasu s měřením.
Seznámení probanda s průběhem měření a příprava probanda na měření.
Nastavení vertikalizátoru na vhodnou výšku, změření postoje probanda.
Samotné měření.
7.2.1 Podmínky v laboratoři Měření probíhalo vždy ve vnitřním prostředí. Před každým měřením byla zaznamenána teplota vzduchu. Ta se pohybovala v rozmezí 22-23 °C. Stabilometrická plošina byla vždy položena na pevný povrch nášlapné desky vertikalizátoru. 7.2.2 Dotazník a informovaný souhlas Po příchodu probanda do laboratoře byl vyplněn jednoduchý dotazník (viz Příloha B) se základními informacemi o něm, o jeho zdravotním stavu, pohybové aktivitě a pohybových omezeních. Konkrétně tedy bylo do dotazníku vyplněno jméno, příjmení, datum narození, věk, výška, váha, BMI, informace o pohybové aktivitě a její četnosti, informace o případných pohybových omezeních a zdravotních problémech týkajících se pohybového aparátu, délka a šířka chodidla. Následně byl každý dobrovolník seznámen s tím, co bude měření obnášet a podepsal informovaný souhlas (viz Příloha C). 7.2.3 Seznámení probanda s průběhem měření a příprava probanda na měření Každý dobrovolník se před měřením převlékl do volného, pohodlného oblečení a na nohou měl ponožky. To je vhodné zejména z hygienických důvodů, kdy si na tlakovou podložku stoupalo více osob po sobě. Poté mu bylo ústně vysvětleno, jak bude vypadat přesný průběh následného měření a bylo mu popsáno, co se po něm požaduje. Dobrovolník si také mohl vyzkoušet jednotlivé pohyby ve vertikalizátoru. 7.2.4 Nastavení vertikalizátoru na vhodnou výšku, změření postoje probanda Před samotným měřením bylo nutné individuálně nastavit vertikalizátor podle výšky každého probanda. Dále byla také změřena vzdálenost palců u nohou (big toe distance, BTD), 25
palcových kloubů, pat (inter-malleolar distance, IMD) a kolmá vzdálenost palců od spojnice pat neboli tzv. efektivní délka nohy (effective foot length, EFL). Všechny údaje byly zaznamenány do připravené tabulky (Tab. 4). Místa měření jsou zobrazena na Obr. 12. Tab. 4: Údaje o postoji probanda 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Nastavení vertikalizátoru
5,5
5
5
4
6,5
7
4,5
4,5
4,5
5,5
Vzdálenost palců (BTD)
17
14
11
12,5
15
20
15
14
14
18
Vzdálenost kloubů palců
14
11
8
9
11
16
11
12
11
15
Vzdálenost pat (IMD)
15
11
10
10,5
12
13
13
13
13
12
Vzdálenost palců a spojnice pat (EFL)
25
25
24
23
25
27
24
24
23
27
Obr. 12: Místa měření parametrů pro výpočet opěrné báze [27] (BTD- big toe distance (vzdálenost palců), BOS- base of support area (opěrná báze), IMD- inter-malleolar distance (vzdálenost pat), FL- foot length (délka nohy), EFL- effective foot length (efektivní délka nohy), MFW- maximum foot width (maximální šířka nohy), α- feet-opening angle (úhel otevření chodidel))
26
Údaje o postoji probanda jsou důležité pro výpočet opěrné báze (base of support area, BoS) a úhlu otevření chodidel (feet-opening angle, α). Pro výpočet byly sestaveny rovnice (1) a (2) : BTD + IMD BoS = EFL (1) 2 α = 2atan(
BTD − IMD ) 2EFL
(2)
kde BTD je vzdálenost palců, IMD odpovídá vzdálenosti pat a EFL vyjadřuje efektivní délku nohy [27] [28]. 7.2.5 Samotné měření Před měřením bylo nejdříve nutné spárovat tlakovou podložku WII Balance Board s notebookem, na kterém byla nainstalována aplikace TelMed, která je nutná pro ovládání celého měření a také pro zobrazení naměřených výsledků. Po úspěšné synchronizaci i iniciaci plošiny bylo možné přejít k samotnému měření. Samotné měření probíhalo na tlakové podložce WII Balance Board v několika fázích (viz Příloha D- Protokol měření). V první fázi byl proband bez fixace k vertikalizačnímu zařízení a vykonával několik jednoduchých pohybů. Nejdříve 5 s vzpřímený stoj, potom během 5 s přešel do mírného předklonu, kde setrval opět 5 s a následně se během 5 s vrátil zpět do vzpřímené polohy, tam setrval dalších 5 s. Následoval pohyb dozadu, doprava i doleva. Potom proband zavřel oči a celý cyklus pohybů se opakoval. V další fázi byl proband fixován do vertikalizačního zařízení Balance Trainer. Pomocí přepínací páky tréninku rovnováhy byla nastavena funkce Balance na 6°. Pohyby, které proband vykonával v této fázi, byly totožné s první fází a opět byly prováděny jak s otevřenýma očima, tak se zavřenýma očima. Další fází bylo nastavení funkce Balance na 12°. Pohyby byly opět stejné jako v předchozích fázích, jen s vynecháním pohybu dozadu, který je při tak velkém náklonu špatně proveditelný a mohlo by dojít k pádu probanda. Pohyby se opět opakovaly i se zavřenýma očima Ukázka jednotlivých pohybů při měření je na následujících fotografiích (Obr. 13, Obr. 14).
27
Obr. 13: Jednotlivé pozice při měření (vzpřímený stoj, předklon, záklon)
Obr. 14: Jednotlivé pozice při měření při pohledu zepředu (pohyb doprava, vzpřímený stoj, pohyb doleva)
28
8
ZPRACOVÁNÍ DAT
Samotnému vyhodnocení získaných dat předcházelo několik nutných kroků. Pro zpracování celého signálu bylo použito programové prostředí MATLAB®, které je vyvíjeno společností MathWorks. Využita byla verze R2014a. Vytvořený algoritmus je určený ke zpracování konkrétních dat a není tedy univerzální.
8.1 Načtení signálu Naměřená data byla získána z vyhodnocovací části aplikace TelMed jako soubory aplikace Microsoft Excel (.csv). Načtení dat z tohoto typu dokumentu do proměnných AP (pro výchylku v anterioposteriorním směru) a DC (pro výchylku v mediolaterálním směru) bylo realizováno pomocí funkce xlsread. Potřebná data k dalšímu zpracování byla tedy uložena do proměnných AP a DC, které jsou ve formátu double a obsahují jeden sloupec s výchylkou COP v určitém směru a druhý sloupec s kódem měření.
8.2 Rozčlenění signálu a zkrácení na kratší úseky Nejdříve byl signál rozdělen na jednotlivá měření trvající dvacet sekund, ve kterých proband vykonával pohyb do určitých směrů. Poté byl každý úsek zkrácen pouze na třísekundový záznam, který odpovídá setrvání probanda v krajní pozici (předklon, záklon, úklon doprava, úklon doleva). Ukázka celého dvacetisekundového úseku a následně zkráceného úseku o délce tři sekundy při pohybu dopředu je na Obr. 15.
Obr. 15: Ukázka zkrácení úseku na 3 s
29
8.3 Fourierova transformace a vykreslení amplitudového spektra Před samotnou filtrací je nutné zjistit, nakolik jsou jednotlivé frekvence zastoupeny v analyzovaném signálu. Vztah mezi časovou a frekvenční oblastí popisuje diskrétní Fourierova transformace (DFT). Zrychlení výpočtů nám přinášejí modifikace tohoto algoritmu, která se nazývá rychlá Fourierova transformace (FFT). V Matlabu lze k výpočtu diskrétní Fourierovy transformace s využitím algoritmu rychlé Fourierovy transformace využít funkci fft. Následně je možné vykreslit amplitudové spektrum signálu, což je rozložení amplitud podél frekvenční osy. Příklad vykresleného amplitudového spektra jednoho ze signálů je na Obr. 16 [29].
Obr. 16: Amplitudové spektrum signálu
8.4 Filtrace signálu Z důvodu zatížení užitečného signálu šumem bylo třeba před dalším zpracováním použít filtr typu pásmová propust. Pro filtraci byl vybrán Butterworthův filtr, který se vyznačuje maximálně plochou amplitudovou charakteristikou v propustném pásmu a nejmenším fázovým zkreslením. V Matlabu byla použita funkce butter, která vrací koeficienty polynomů přenosové funkce. Funkce [b, a] = butter(n, Wn, ftype) má několik parametrů - n představuje řád filtru (zvolen 4), Wn udává normovaný mezní kmitočet (v tomto případě vektor dvou hodnot- mezní
30
frekvence pro dolní propust 10 Hz a mezní frekvence pro horní propust 0,01 Hz), ftype je typ filtru (v tomto případě tedy 'bandpass', pásmová propust). Parametry navrženého Butterworthova filru byly zvoleny dle vykreslého amplitudového spektra, vizuální kontroly a dostupné literatury [16][30] . Výsledná filtrace byla provedena pomocí funkce filter (y = filter (b, a, x)), kde b a a jsou koeficienty získané v předchozím kroku a x je samotný signál [29] [31]. Ukázka filtrace úseků o délce 3 s je na Obr. 17. Pro lepší názornost je na Obr. 18 vykreslena i filtrace signálu trvajícího 20 s.
Obr. 17: Ukázka filtrace zkráceného úseku (3 s) (nahoře před filtrací, dole po filtraci)
31
Obr. 18: Ukázka filtrace úseku o délce 20 s (nahoře před filtrací, dole po filtraci)
8.5 Výpočet parametrů Po provedení filtrace byly vypočítány jednotlivé parametry uvedené v kapitole 4.1 (Tab. 1). Parametry byly spočítány pro každou krajní pozici dle protokolu měření (Příloha D), ve které se proband nacházel. Výpočet byl proveden jak pro výchylky v anterioposteriorním směru, tak pro výchylky v mediolaterálním směru. U některých parametrů (plocha 95% konfidenční elipsy, délka trajektorie COP a průměrná rychlost COP) byla spočítána i hodnota pro závislost anterioposteriorní výchylky na mediolaterální výchylce. Celkem bylo tedy získáno 19 hodnot parametrů pro každou krajní pozici u každého prabanda.
32
9
STATISTICKÉ ZPRACOVÁNÍ PARAMETRŮ
Získaná data byla statisticky zpracována v programovém prostředí MATLAB® za využití programové nadstavby pro statistické výpočty - Statistics and Machine Learning Toolbox™ . Toolbox poskytuje funkce a aplikace k popisu, analýze a modelování dat. Podporuje širokou škálu úloh od výpočtů základní popisné statistiky až po vývoj a vizualizaci mnohorozměrných nelineárních modelů. Nabízí také velké množství statistických grafů a interaktivních grafických nástrojů. V práci byl Toolbox využit pro testování statických hypotéz a pro grafické znázornění získaných výsledků.
9.1 Výběr vhodného statistického testu Základem statistického zpracování dat je volba vhodného statistického testu. Při statistickém testování se vždy porovnávají dvě hypotézy. Jako statistickou hypotézu chápeme určitý předpoklad o rozdělení náhodných veličin. Nulová hypotéza (H0) je hypotéza, kterou testujeme, a většinou vyjadřuje nulový rozdíl mezi testovanými soubory dat. Druhou hypotézou je tzv. alternativní hypotéza (H1), která obvykle popisuje existenci diference mezi proměnnými. Dalším krokem při testování statistických hypotéz je určení hladiny významnosti testu (chyba α), což je pravděpodobnost, že se zamítne nulová hypotéza, ačkoliv platí. Obvykle je volena hladinu významnosti testu 5 %. Jedním ze základních hledisek, podle kterého je možné zvolit statistický test, je posouzení, zda se jedná o závislé nebo nezávislé soubory dat. Za závislé soubory se považují takové soubory, kde dochází k opakovanému měření či posuzování znaků u stejných osob (párový design). Za nezávislé soubory považujeme dvě různé skupiny, u kterých zjišťujeme rozdíl (nepárový design). Dále se rozlišují jednovýběrové testy (one-sample), které srovnávají jeden vzorek s referenční hodnotou. V testu se tedy srovnává rozložení hodnot (vzorek) s jediným číslem. Naopak dvouvýběrové testy (two-sample) srovnávají navzájem dva vzorky, tedy dvě rozložení hodnot. Postupy statistického hodnocení se liší také podle toho, jaké znalosti máme o typu rozdělení sledované náhodné veličiny v základním souboru. Proto je nutné provést také tzv. test normality, což je zjištění, zda soubor dat sledované náhodné veličiny odpovídá Gaussovu normálnímu rozdělení pravděpodobností (Obr. 19), či nikoli (v tomto případě pak pracujeme s neznámým rozdělením). Jednoduchý odhad, zda mají data normální rozdělení, lze provést sestrojením histogramu, což je grafické znázornění distribuce dat pomocí sloupcového grafu se sloupci o stejné šířce, vyjadřující šířku intervalů, přičemž výška sloupců vyjadřuje četnost sledované veličiny v daném intervalu. Normalitu lze však ověřit i výpočtem. Existuje řada testů jako např. Shapirův-Wilkův test, Andersonův-Darlingův test, Lillieforsův test a další.
33
U normální rozdělení testovaného veličiny jsou používány tzv. parametrické testy (nepárový ttest, párový t-test, ANOVA). V ostatních případech, kdy nelze usuzovat na normální rozdělení hodnot znaku, se používají tzv. neparametrické testy (χ² test, Mann-Whitneyův test, Kruskall Wallisův test, Wilcoxonův test, znaménkový test) [32] .
Obr. 19:Grafické vyjádření Gaussova normálního rozdělení pro náhodnou veličinu X (upraveno z [33]) (X - spojitá náhodná veličina, f (x) - hustota pravděpodobnosti náhodné veličiny X, μ- střední hodnota náhodné veličiny X, σ- směrodatná odchylka náhodné veličiny X)
9.2 Vybraný test Porovnávána byla 2 měření provedená u jednoho výběrového souboru, srovnání musí být tedy párové. Na základě provedeného Anderson-Darlingova testu bylo zjištěno, že podmínku normality splňují jen některé parametry, přičemž většina parametrů normální rozložení nevykazovala. Proto bylo nutné zvolit neparametrický test. Ukázka vykresleného histogramu je na Obr. 20. Pro hodnocení vlivu vertikalizačního zařízení byl tedy vybrán Wilcoxonův párový test. Tento test porovnává 2 měření, která byla provedena u jednoho výběrového souboru. Testuje hypotézu rovnosti distribučních funkcí na základě ověření symetrického rozložení sledované náhodné veličiny. Výpočet testu vychází z párových hodnot dvou měření na jednom výběrovém souboru, kde X odpovídá měření před a X´ měření po pokusném zásahu. Nulovou hypotézu (H0), o jejíž platnosti či neplatnosti se dle testu rozhoduje, představuje v tomto konkrétním případě hypotéza, že rozdíl parametrů není statisticky významný a tím pádem vertikalizační zařízení nemá vliv na sledované parametry. Alternativní hypotéza (H1) naopak říká, že vliv má.
34
Hladina statistické významnosti (α) byla určena jako 0,05, což znamená, že připouštíme 5% chybu testu, tedy že zamítáme nulovou hypotézu, ačkoliv platí. Významnost hypotézy se hodnotí dle získané p-hodnoty, která vyjadřuje pravděpodobnost, s jakou číselné realizace výběru podporují nulovou hypotézu, jestliže je pravdivá. P-hodnota se srovnává s α.
Je-li p-hodnota ≤ α , potom je H0 zamítnuta na hladině významnosti α a přijímáme H1 (zamítáme hypotézu o shodnosti rozdělení veličiny X a X´, tzn. pokusný zásah je účinný – hodnoty před a po pokusu se liší ve svém rozdělení).
Je-li p-hodnota > α , potom H0 nezamítáme na hladině významnosti α (nemůžeme zamítnout hypotézu o shodnosti rozdělení veličiny X a X´, tzn. pokusný zásah je neúčinný – hodnoty před a po pokusu se neliší ve svém rozdělení).
Obr. 20: Histogram četností pro ověření normality dat
9.3 Uplatnění testu Měření bylo provedeno celkem na 10 probandech, přičemž každý proband postupně zaujal 22krát některou z krajních poloh. Pro každý parametr tak byl získán soubor 10 hodnot v každé krajní pozici. Testování bylo rozděleno do třech skupin, hodnocen byl vždy rozdíl parametru v krajní pozici bez fixace do vertikalizátoru a s fixací do vertikalizátoru nastaveného na výchylku 6°, poté rozdíl mezi hodnotou bez fixace do vertikalizátoru a s fixací do vertikalizátoru nastaveného na výchylku 12° a nakonec rozdíl mezi hodnotou při fixaci do vertikalizátoru nastaveného na výchylku 6° a při fixaci do vertikalizátoru nastaveného na výchylku 12°. Z důvodu obtížné proveditelnosti nebyl při měření s vertikalizátorem nastaveným na výchylku 12° měřen záklon dozadu a proto byl při hodnocení rozdílů v druhé a třetí skupině vynechán. 35
9.4 Průměrná a střední hodnota výchylky COP První z hodnocených parametrů, průměr a střední hodnota (medián), se nejeví jako ovlivněné použitím vertikalizačního zařízení, patrný není ani vliv většího úhlu náklonu vertikalizačního zařízení. V tabulkách (Tab. 5, Tab. 6) jsou uvedeny získané p-hodnoty. Modře jsou označeny hodnoty, které zobrazují statisticky významný rozdíl (p ≤ 0,05). Tab. 5: Průměrná hodnota COP Mean (AP) Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
Mean (ML)
bez_vert- bez_vertvert6 vert12
vert6vert12
Předklon
0,625000
0,027344
0,130859
Záklon
0,130859
Vpravo
0,322266
1,000000
0,431641
Vlevo
0,625000
0,130859
Předklon
0,695313
0,769531
Záklon
0,625000
Vpravo
0,556641
0,160156
0,695313
Vlevo
0,695313
0,769531
1,000000
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,193359
vert6vert12
0,232422
0,769531
0,921875
1,000000
0,625000
0,431641
1,000000
1,000000
1,000000
0,556641
0,769531
0,695313
1,000000
0,232422
0,769531
0,431641
0,193359
0,921875
0,160156
0,921875
0,037109
Tab. 6: Střední hodnota COP Median (AP) Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,048828
Median (ML) vert6vert12
Předklon
0,556641
0,375000
Záklon
0,160156
Vpravo
0,492188
0,921875
0,921875
Vlevo
0,625000
0,160156
Předklon
0,492188
1,000000
Záklon
0,769531
Vpravo
0,556641
0,105469
0,769531
Vlevo
0,845703
0,769531
0,921875
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,193359
vert6vert12
0,375000
0,845703
0,845703
0,921875
0,492188
0,275391
0,625000
1,000000
0,695313
0,695313
0,921875
0,845703
1,000000
0,322266
0,695313
0,431641
0,232422
1,000000
0,275391
0,921875
0,048828
Jak u průměru, tak u mediánu, byl v anterioposteriorním směru prokázán vliv vertikalizačního zařízení jen při předklonu o 12° s otevřenýma očima. V mediolaterálním směru je u obou parametrů vliv viditelný pouze při záklonu o 6° se zavřenýma očima.
36
9.5 Maximální a minimální výchylka COP vůči průměrné hodnotě Dle získaných p-hodnot (Tab. 7, Tab. 8) je patrné, že při hodnocení maximálních a minimálních hodnot je vliv vertikalizačního zařízení výraznější. P-hodnot, představujících statisticky významný rozdíl, bylo zaznamenáno mnohem více. Tab. 7: Maximální výchylka COP Max (AP) Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,083984
Max (ML) vert6vert12
Předklon
0,556641
0,001953
Záklon
0,375000
Vpravo
0,009766
0,019531
0,232422
Vlevo
0,003906
0,001953
Předklon
0,769531
0,431641
Záklon
0,492188
Vpravo
0,064453
0,019531
0,105469
Vlevo
0,001953
0,001953
0,845703
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,556641
vert6vert12
0,232422
0,027344
0,375000
0,001953
0,048828
0,193359
0,769531
0,083984
0,019531
0,193359
0,048828
0,130859
0,921875
0,232422
0,009766
0,048828
0,375000
0,105469
0,375000
0,275391
0,769531
Při hodnocení maximální výchylky COP v AP směru byl zaznamenán statisticky významný rozdíl mezi jednotlivými náklony vertikalizátoru při předklonu s otevřenýma očima. Při úklonech do strany se na výchylce v AP směru projevil vliv vertikalizátoru při obou stupních náklonu, mezi jednotlivými stupni náklonu však rozdíl zaznamenán nebyl. Při zavřených očích se však neprojevil vliv při předklonu ani při úklonu vpravo o 6°. Úklon vpravo o 12° už ovlivněný vertikalizátorem byl, stejně jako úklon doleva o 6° i 12°. V ML rovině se při otevřených očích projevil významný rozdíl mezi stupni náklonu při všech polohách. Dále se také vliv projevil při úklonu vpravo o 12°. Při zavřených očích byl statisticky významný rozdíl zaznamenán při předklonu o 6° a také při úklonu vpravo o 12°. Statisticky významný rozdíl mezi stupni náklonu byl zjištěn při pohybu doprava. Celkově je tedy tento parametr nejvíce ovlivněn při pohybech do stran, při předklonech a záklonech se vliv projevil méně. Minimální výchylky COP (Tab. 8) jsou vertikalizátorem ovlivněny méně než maximální výchylky. V AP rovině je při otevřených očích vliv patrný při předklonu o 12° , při úklonu vpravo o 6° a při úklonu vlevo o 6° i 12°. Při zavřených očích je vliv patrný pouze při úklonu vpravo o 12° a také je patrný statisticky významný rozdíl mezi stupni úklonu vpravo. V ML rovině se vliv projevil jen při předklonu s otevřenýma očima o 6°. Zároveň se při předklonu s otevřenýma očima ukázal statisticky významný rozdíl mezi stupni náklonu.
37
Tab. 8: Minimální výchylka COP Min (AP) Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,037109
Min (ML) vert6vert12
Předklon
0,695313
0,193359
Záklon
0,921875
Vpravo
0,048828
0,375000
0,375000
Vlevo
0,013672
0,013672
Předklon
0,695313
1,000000
Záklon
0,921875
Vpravo
0,083984
0,027344
0,037109
Vlevo
0,275391
0,556641
0,625000
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,048828
vert6vert12
0,275391
0,013672
0,275391
0,275391
0,130859
0,556641
0,492188
0,769531
0,375000
0,845703
0,845703
0,921875
0,625000
0,160156
0,275391
0,695313
0,769531
0,625000
0,921875
0,275391
0,105469
9.6 Střední kvadratická odchylka COP U tohoto parametru byl zaznamenán velký vliv vertikalizačního zařízení a to převážně v AP rovině. Získané p-hodnoty jsou uvedeny v Tab. 9. Tab. 9: Střední kvadratická odchylka COP RMS (AP) Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,048828
RMS (ML) vert6vert12
Předklon
0,492188
0,130859
Záklon
0,845703
Vpravo
0,003906
0,013672
0,431641
Vlevo
0,009766
0,003906
Předklon
1,000000
0,037109
Záklon
1,000000
Vpravo
0,009766
0,027344
0,160156
Vlevo
0,009766
0,003906
0,492188
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,845703
vert6vert12
0,193359
0,160156
0,492188
0,009766
0,193359
0,375000
0,275391
0,322266
0,193359
0,048828
0,009766
0,037109
0,695313
0,625000
0,027344
0,160156
0,037109
0,375000
0,556641
0,232422
0,921875
V AP rovině se projevil vliv vertikalizátoru nastaveného na výchylku 6° při úklonech vpravo i vlevo jak s otevřenýma očima, tak se zavřenýma očima. Při výchylce o 12° se vliv projevil ve všech krajních pozicích s otevřenýma i se zavřenýma očima. Rozdíl ve stupni náklonu však není příliš statisticky významný, vliv se projevil pouze u předklonu dopředu se zavřenýma očima. V ML rovině je vliv méně výrazný. Při otevřených očích byl zaznamenán statisticky významný rozdíl pouze u úklonu vpravo o 12°. Při zavřených očích se vliv projevil i při výchylce o 6° a to při předklonu a při úklonu vlevo. Výchylka o 12° vykazuje statisticky
38
významný rozdíl při předklonu a při úklonu vpravo. Vliv stupně náklonu se neprojevil v žádné z krajních pozic. Tento parametr je opět ovlivněn převážně při náklonech do stran, přičemž větší vliv je patrný v AP rovině.
9.7 Vzdálenost mezi největší a nejmenší výchylkou COP (peak-to-peak) U tohoto parametru se vliv projevil v AP rovině i v ML rovině. Výskyt statisticky významných rozdílů byl však mírně odlišný, jak je patrné z Tab. 10. Tab. 10: Peak-to-peak P-P (AP) Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,105469
P-P (ML) vert6vert12
Předklon
0,556641
0,001953
Záklon
0,492188
Vpravo
0,009766
0,019531
0,232422
Vlevo
0,001953
0,001953
Předklon
0,921875
0,322266
Záklon
0,556641
Vpravo
0,064453
0,019531
0,130859
Vlevo
0,003906
0,001953
0,769531
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 1,000000
vert6vert12
0,193359
0,027344
0,322266
0,001953
0,064453
0,193359
0,193359
0,048828
0,037109
0,322266
0,064453
0,048828
1,000000
0,232422
0,009766
0,064453
0,431641
0,083984
0,492188
0,232422
0,695313
V AP směru se při otevřených očích projevil vliv stupně náklonu při předklonu. Zároveň byl statisticky významný rozdíl prokázán u pohybů do stran (vpravo i vlevo) při obou stupních náklonu. Při zavřených očích vertikalizátor ovlivnil úklon o 12° vpravo a úklon o 6° i 12° vlevo. Rozdíl mezi stupni náklonu se při zavřených očích neprojevil. V ML směru byl při otevřených očích zjištěn statisticky významný rozdíl při úklonu vpravo i vlevo o 12° a také významný rozdíl mezi jednotlivými stupni náklonu při předklonu a při úklonu vlevo. Při zavřených očích se vliv projevil při předklonu o 12° a také při úklonu vpravo o 12°. Vliv stupně náklonu se zde neprojevil. Celkově je tedy tento parametr ovlivněn více při pohybech do stran. Výrazný rozdíl mezi AP rovinou a ML rovinou zaznamenán nebyl.
39
9.8 Délka trajektorie COP Délka trajektorie byla zjišťována jak při závislosti výchylky v AP směru na výchylce v ML směru, tak v jednotlivých směrech zvlášť. Získané p-hodnoty jsou v následujících tabulkách (Tab. 11, Tab. 12). Vliv vertikalizačního zařízení se projevil ve všech třech situacích téměř shodně. Zjištěny byly jen nepatrné odlišnosti. Tab. 11: Délka trajektorie (1) Otevřené/ zavřené oči Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu Předklon Záklon Vpravo Vlevo Předklon Záklon Vpravo Vlevo
COP length bez_vert- bez_vertvert6vert6 vert12 vert12 0,769531 0,130859 0,009766 0,193359 0,083984 0,001953 0,083984 0,130859 0,009766 0,105469 0,027344 0,160156 1,000000 0,695313 0,105469 0,019531 0,019531 0,013672 0,009766 0,322266
Tab. 12: Délka trajektorie (2) COP length (AP) Otevřené/ zavřené oči Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,105469
COP length (ML) vert6vert12
Předklon
0,769531
0,001953
Záklon
0,275391
Vpravo
0,105469
0,037109
0,105469
Vlevo
0,193359
0,003906
Předklon
1,000000
0,160156
Záklon
0,431641
Vpravo
0,105469
0,019531
0,027344
Vlevo
0,027344
0,001953
1,000000
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,375000
vert6vert12
0,193359
0,037109
0,083984
0,001953
0,105469
0,083984
0,083984
0,037109
0,375000
0,193359
0,019531
0,232422
0,695313
0,193359
0,019531
0,027344
0,037109
0,027344
0,431641
0,064453
0,695313
Jak při vzájemné závislosti směrů COP výchylky, tak při samostatném hodnocení v jednotlivých směrech, se při otevřených očích projevil vliv stupně náklonu při předklonu. Zároveň se ukázalo ovlivnění parametru při úklonech do obou stran o 12°. U zavřených očí se ve všech třech situacích projevilo ovlivnění vertikalizátorem při úklonu vlevo o 6° a při úklonu vpravo i vlevo o 12°. Zaznamenán byl také vliv stupně náklonu při úklonu vpravo. Navíc se při vzájemné závislosti směrů výchylek a v ML směru projevil vliv při předklonu o 6°. Celkově tedy tento parametr opět ukazuje větší ovlivnění při pohybech do stran, 40
9.9 Průměrná rychlost COP Průměrná rychlost byla taktéž počítána jak při závislosti směrů na sobě, tak v jednotlivých směrech samostatně. Jelikož se při výpočtu tohoto parametru vycházelo z parametru předchozího (délky trajektorie COP), získané p-hodnoty uvedené v tabulkách (Tab. 13, Tab. 14) jsou shodné s hodnotami v předchozí podkapitole. Ovlivnění tohoto parametru je tedy stejné jako ovlivnění délky trajektorie COP. Tab. 13: Průměrná rychlost COP (1) COP velocity Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vertvert6
bez_vertvert12
vert6vert12
Předklon
0,769531
0,130859
0,009766
Záklon
0,193359
Vpravo
0,083984
0,001953
0,083984
Vlevo
0,130859
0,009766
0,105469
Předklon
0,027344
0,160156
1,000000
Záklon
0,695313
Vpravo
0,105469
0,019531
0,019531
Vlevo
0,013672
0,009766
0,322266
Tab. 14: Průměrná rychlost COP (2) COP velocity (AP) Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,105469
vert6vert12
Předklon
0,769531
0,001953
Záklon
0,275391
Vpravo
0,105469
0,037109
0,105469
Vlevo
0,193359
0,003906
Předklon
1,000000
0,160156
Záklon
0,431641
Vpravo
0,105469
0,019531
0,027344
Vlevo
0,027344
0,001953
1,000000
COP velocity (ML) bez_vert- bez_vertvert6 vert12 0,375000
vert6vert12
0,193359
0,037109
0,083984
0,001953
0,105469
0,083984
0,083984
0,037109
0,375000
0,193359
0,019531
0,232422
0,695313
0,193359
0,019531
0,027344
0,037109
0,027344
0,431641
0,064453
0,695313
41
9.10 Plocha 95% konfidenční elipsy COP Jako poslední parametr byla počítána plocha 95 % konfidenční elipsy COP, která představuje 95 % poloh COP. Získané p-hodnoty pro tento parametr jsou uvedeny v Tab. 15. Tab. 15: Plocha 95 % konfidenční elipsy COP area Otevřené/ zavřené oči
Otevřené oči
Zavřené oči
Směr pohybu
bez_vertvert6
bez_vertvert12
vert6vert12
Předklon
0,695313
0,193359
0,019531
Záklon
0,492188
Vpravo
0,083984
0,013672
0,064453
Vlevo
0,048828
0,003906
0,130859
Předklon
0,130859
0,160156
0,625000
Záklon
0,695313
Vpravo
0,083984
0,019531
0,037109
Vlevo
0,009766
0,009766
0,556641
Opět se vliv vertikalizátoru projevil hlavně při úklonech do stran. Při otevřených očích je vliv patrný při úklonu vlevo o 6° a při úklonu vpravo i vlevo o 12°. Dále se také projevil vliv stupně náklonu při předklonu. Při zavřených očích je značný vliv při úklonu vlevo o 6° a opět při úklonu vpravo i vlevo o 12°. Navíc je patrný vliv stupně úklonu při úklonu vpravo.
9.11 Grafické vyjádření rozdílů mezi parametry Grafickým vyjádřením výsledných rozdílů můžou být krabicové grafy (box ploty, Obr. 21). V tomto grafu červená čára představuje střední hodnotu veličiny a ohraničený modrý obdélník vymezuje oblast, ve které se vyskytuje 50% všech hodnot. Černé úsečky vyznačují maximální a minimální hodnotu. Odlehlé hodnoty jsou vyznačeny červenými křížky. Vykreslena je situace pro rozdíly hodnot maximálních výchylek COP v AP směru při úklonu vlevo se zavřenýma očima. V tomto případě je rozdíl mezi p-hodnotami, které vykazují statisticky významný rozdíl a p-hodnotami, které vykazují opak, velmi značný. Jelikož Wilcoxonův test testuje hypotézu, že rozdíly mezi párovými hodnotami jsou rozloženy symetricky kolem 0, tak v případě těchto box plotů je podstatná jejich poloha vůči 0 na ose y. Je-li rozložení symetrické, hodnoty před a po pokusu se neliší ve svém rozdělení a rozdíl není statisticky významný. Na grafu je viditelné, že v prvním a druhém případě (tedy pokud jde o rozdíl mezi parametrem bez fixace do vertikalizátoru a s fixací do vertikalizátoru nastaveného na 6° či 12°) 42
rozdíly nejsou rozloženy symetricky kolem nuly a tím pádem je zaznamenán vliv vertikalizačního zařízení. V posledním případě, kdy jde o rozdíl mezi hodnotami při vertikalizátoru nastaveném na výchylku 6° a hodnotami při vertiakalizátoru nastaveném na výchylku 12°, je na box plotu patrné poměrně symetrické postavení vůči nule na ose y, což vypovídá o statisticky nevýznamném rozdílu mezi jednotlivými hodnotami a tím pádem nedochází k ovlivnění vertikalizačním zařízením. Obr. 21: Box ploty pro rozdíly maximálních hodnot COP
43
10 DISKUZE ZÍSKANÝCH VÝSLEDKŮ Získaná data byla zpracována statisticky pomocí párového testu, přičemž byly vždy srovnávány změny parametru bez fixace do vertikalizátoru, s fixací do vertikalizátoru nastaveného na výchylku 6° a s fixací do vertikalizátoru nastaveného na výchylku 12° při různých pozicích. U každého probanda byla zachována stejná poloha nohou při celém měření a rozdíly mezi jednotlivými parametry byly počítány vždy pro každého probanda zvlášť. Tím pádem nebylo nutné využít dodatečné informace o probandech uvedené v tabulkách (Tab. 3, Tab. 4) v kapitole 7. Statistickým zpracováním vypočítaných parametrů jsme získaly p-hodnoty, dle kterých bylo možné rozhodnout o platnosti či neplatnosti nulové hypotézy (H0). Nulová hypotéza říkala, že rozdíl parametrů není statisticky významný a tím pádem vertikalizační zařízení nemá vliv na sledované parametry.
10.1 Zhodnocení získaných výsledků Po podrobnějším posouzení jednotlivých situací se ukázalo, že parametry průměrná a střední hodnota výchylky COP nejsou vlivem vertikalizačního zařízení téměř vůbec ovlivněny. U ostatních parametrů se vliv projevil více a to vždy převážně při pohybech do stran. Největší vliv vertikalizačního zařízení se projevil u parametru střední kvadratická odchylka. Výrazný rozdíl mezi ovlivněním parametrů při otevřených a zavřených očích zjištěn nebyl, stejně jako se ve většině případů příliš nelišila míra ovlivnění parametrů počítaných z výchylek COP v AP směru od parametrů počítaných z výchylek v ML směru. Pro posouzení vlivu vertikalizačního zařízení při jednotlivých pozicích, které jedinci postupně zaujímali, byla situace zjednodušena tím způsobem, že bylo zanedbáno rozlišení otevřených a zavřených očí, stejně jako toho, jestli parametr byl počítán v AP či ML rovině. Výsledkem je tedy tabulka (Tab. 16), které obsahuje procentuální vyjádření míry ovlivnění jednotlivých pozic při různém náklonu vertikalizačního zařízení. Tab. 16: Procentuální vyjádření vlivu vertikalizátoru Procentuální vyjádření vlivu vertikalizačního zařízení bez_vert-vert6
bez_vert-vert12
vert6-vert12
Předklon
18,42 %
18,42 %
34,21 %
Záklon
5,26 %
Vpravo
13,16 %
71,05 %
26,32 %
Vlevo
42,11 %
57,89 %
5,26 %
44
Z tabulky je patrné, že největší vliv mělo vertikalizační zařízení při úklonu vpravo o 12°. Poměrně výrazný rozdíl se ukázal i při úklonech vlevo, jak při úklonu o 6°, tak při úklonu o 12°. Při předklonu se projevil vliv stejnou měrou při předklonu o 6° i při předklonu o 12°. Zároveň však byl při předklonu v největším počtu případů zjištěn statisticky významný rozdíl mezi stupni náklonu. Naopak nejmenší rozdíl byl ve stupních náklonu při pohybu vlevo. Celkově se tedy vliv vertikalizačního zařízení projevil nejvíce pří úklonech vpravo a vlevo a to konkrétně při nastavení vertikalizátoru na výchylku 12°.
10.2 Možné chyby měření Jelikož bylo měření prováděno na lidských dobrovolnících a rovněž bylo řízeno člověkem, mohlo dojít k nejrůznějším chybám v měření způsobeným lidským faktorem. Z tohoto důvodu mohou být výsledky značně zkresleny. I přes předchozí poučení každého jednotlivce se mohlo stát, že pohyby nebyly vykonávány zcela správně a v dostatečné míře. Převážně pohyb dozadu byl některým jedincům nepříjemný, a proto byl měřen pouze záklon o 6°. I tak ale mohl být záklon v některých případech nedostatečný. Během měření mohlo dojít také ke změně polohy chodidel na stabilometrické plošině a tím ke zkreslení získaných hodnot. Další situace, která mohla ovlivnit měření, byla ta, že proband nesetrval v krajní pozici dostatečně dlouhou dobu.
45
ZÁVĚR Cílem této bakalářské práce bylo prostudovat problematiku posturální stability a seznámit se s vertikalizačním zařízením Balance Trainer a tlakovou podložkou WII Balance Board. Úkolem bylo navrhnout protokol a realizovat měření na skupině probandů za účelem získání dat k dalšímu zpracování. Měření bylo provedeno na skupině 10 probandů. Každý proband absolvoval měření dle daného protokolu sestávajícího z několika po sobě se opakujících jednoduchých pohybů do stran. Nejdříve byly pohyby vykonávány s otevřenýma očima, následně s očima zavřenýma. Naměřená data, představující výchylky COP v AP a ML směru, byla získána z vyhodnocovací části aplikace TelMed jako soubory aplikace Microsoft Excel. Ke zpracování dat byl vytvořen program v programovém prostředí MATLAB®. Tento program provedl rozdělení získaných dat dle určitých směrů jednotlivých pohybů, zkrácení těchto úseků na úseky odpovídající setrvání probanda v krajní pozici a následnou filtraci takto zkrácených úseků. Dále byly pomocí vytvořeného programu spočítány jednotlivé parametry, jako je průměr, směrodatná odchylka, délka trajektorie atd. Jednotlivé parametry byly počítány jak v AP rovině, tak v ML rovině. V další části práce bylo provedeno statistické zpracování výsledků a jejich interpretace. Z dosažených výsledků vyplývá, že při předklonu a záklonu není vliv vertikalizačního zařízení na posturální stabilitu příliš významný. Naopak při pohybech do stran byl zaznamenán mnohem větší vliv a to převážně při výchylce vertikalizátoru nastavené na 12°. Při pohybu vpravo byl v tomto případě zaznamenán vliv přibližně u 71 % situací. Získané výsledky mohly být ovlivněny množstvím chyb jako například nesprávně či nedostatečně vykonaným pohybem, posunem chodidel na stabilometrické plošině během měření či příliš krátkým setrváním probanda v krajní pozici. Přesnějších výsledků by bylo také dosaženo provedením měření u většího množství probandů či opakovaným měření u každého jednotlivce a zprůměrováním takto získaných hodnot.
46
LITERATURA [1] KOLÁŘ, P. Rehabilitace v klinické praxi. 1. vyd. Praha: Galén, 2009, 713 s. ISBN 978807-2626-571. [2]VÉLE, F. Kineziologie: přehled klinické kineziologie a patokineziologie pro diagnostiku a terapii poruch pohybové soustavy. 2., rozš. a přeprac. vyd. Praha: Triton, 2006, 375 s. ISBN 8072548379 [3] VÉLE, F. Kineziologie posturálního systému. Praha : Univerzita Karlova, 1995. 85 s. ISBN 80-7184-100-5. [4] VAŘEKA, I., VAŘEKOVÁ, R. Kineziologie nohy. Olomouc : Univerzita Palackého v Olomouci, 2009. 189 s. ISBN 978-80-244-2432-3. [5] Porucha posturální stability u dětí s obezitou [online]. Dostupné z WWW: http://www.internimedicina.cz/pdfs/int/2013/06/09.pdf [6] VAŘEKA, I. (2002a) Posturální stabilita (I.část). In: Rehabilitace a fyzikální lékařství. 9, 4, s.115-121. [7] DYLEVSKÝ I., NAVRÁTIL L., KUBÁLKOVÁ L. Kineziologie, kineziterapie a fyzioterapie. 1. vyd. Praha: Manus, 2001, 110 s. ISBN 8090231888. [8] Vadné držení těla z pohledu posturální ontogeneze [online]. Dostupné z WWW: http://solen.cz/pdfs/ped/2002/03/05.pdf [9] MÁČEK, M., RADVANSKÝ J. Fyziologie a klinické aspekty pohybové aktivity. Praha: Galén, 2011, xvi, 245 s. ISBN 9788072626953. [10] DUNGL, P. Ortopedie. 2., přepracované a doplněné vydání. Praha: Grada, 2014, xxiv, 1168 stran. ISBN 9788024743578. [11] OPAVSKÝ, J. Neurologické vyšetření v rehabilitaci pro fyzioterapeuty. 1. vyd. Olomouc: Univerzita Palackého, 2003, 91 s. ISBN 802440625x. [12] TROJAN, S. Fyziologie a léčebná rehabilitace motoriky člověka. 2. přeprac. a rozš. vyd. Praha: Grada, 2001, 226 s. ISBN 802470031x. [13] Teorie a výzkum. TOMATIS Praha. [online]. 2015 [cit. 2015-12-10]. Dostupné z: http://www.tomatis-praha.cz/index.php?id=o-metode-tomatis-hlavni-body&idp=teorie-avyzkum [14] DRŠATA J.: Počítačová posturografie v diagnostice a rehabilitaci závrativých stavů. Hradec Králové, 2007. Disertační práce. Univerzita Karlova v Praze. Lékařská fakulta v Hradci Králové. Klinika Ušní nosní a krční. Přednosta doc. MUDr. Jan Vokurka, CSc. [15] SCHUBERT, P. About the structure of posturography: Sampling duration, parametrization, focus of attention (part I). Journal of Biomedical Science and Engineering, 2012, 5.9: 496. [16] RE C., SPADA G. A new look at posturographic analysis in the clinical context: swaydensity versus other parameterization techniques. Motor control, 2002, 6: 246-252.
47
[17] LABINI F. S., et al. A new set of parameters for Computerised Dynamic Posturography. Biophysics and Bioengineering Letters, 2008, 1.1. [18] FEITOVÁ K.. Ovlivnění vybraných parametrů posturální stability prostřednictvím pohybového programu powerjóga u studentů Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze. Praha, 2014. Disertační práce. Univerzita Karlova v Praze. Fakulta tělesné výchovy a sportu. Studijní program kinantropologie. Vedoucí práce Doc. PhDr. Viléma Novotná. [19] KOLÁŘOVÁ, B. Posouzení vlivu vybraných aspektů na posturální kontrolu u jedinců po transtibiální amputaci. Olomouc, 2012. Disertační práce. Univerzita Palackého v Olomouci. Fakulta tělesné kultury. Vedoucí práce Prof. RNDr. Miroslav Janura, Dr. [20] Balance Trainer- Dynamický a statický vertikalizátor v jednom [online]. Dostupné z WWW: http://www.ormedent.cz/a1-balance-trainer.html [21] Dynamický vertikalizátor Balance Trainer [online]. Dostupné z WWW: http://www.ambulatorium.cz/pdf/dynamicky_vertikalizator.pdf [22] Balance Trainer. Ambulatorium. [online]. [2007] [cit. 2015-12-17]. Dostupné z: http://www.ambulatorium.cz/pdf/balance_trainer.pdf [23] Inproceedings of MATLAB conference. Digital Signal and Image Processing. [online]. [2008] [cit. 2015-12-17]. Dostupné z: http://dsp.vscht.cz/konference_matlab/MATLAB08/prispevky/034_funda.pdf [24] Nintendo Wii Fit Plus with Balance Board – Black. Amazon. [online]. [2015] [cit. 2015-12-17]. Dostupné z: http://www.amazon.co.uk/Nintendo-Wii-Plus-BalanceBoard/dp/B002BSA3EM [25] E-learning na VUT v Brně. Vysoké učení technické v Brně. [online]. 25.11.2015 [cit. 2015-12-18]. Dostupné z: https://moodle.vutbr.cz/pluginfile.php/197337/mod_resource/content/1/telemedicina.pdf [26] E-learning na VUT v Brně. Vysoké učení technické v Brně. [online]. [2015] [cit. 2015-12-18]. Dostupné z: https://moodle.vutbr.cz/pluginfile.php/197335/mod_resource/content/1/telmed_romberg.pdf [27] CHIARI L., ROCCHI L., CAPPELLO A. Stabilometric Parameters Are Affected by Anthropometry and Foot Placement. Academia. [online]. [2002] [cit. 2015-12-23]. Dostupné z: https://www.academia.edu/433335/Stabilometric_Parameters_Are_Affected_by_Anthropomet ry_and_Foot_Placement [28] CARNEIRO, J. A. O., et al. A pilot study on the evaluation of postural strategies in young and elderly subjects using a tridimensional electromagnetic system. Brazilian journal of otorhinolaryngology, 2013, 79.2: 219-225. [29] JAN J. Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. 2. upr. a rozš. vyd. Brno: VUTIUM, 2002, 427 s. ISBN 80-214-2911-9.
48
[30] LEMAY, J. F., et al. Center-of-pressure total trajectory length is a complementary measure to maximum excursion to better differentiate multidirectional standing limits of stability between individuals with incomplete spinal cord injury and able-bodied individuals. Journal of neuroengineering and rehabilitation, 2014, 11.1: 1. [31] ROBERTSON D., GORDON E., DOWLING J. J. Design and responses of Butterworth and critically damped digital filters. Journal of Electromyography and Kinesiology, 2003, 13.6: 569-573. [32] Biostatistika: Přednášky [online]. Brno: Veterinární a farmaceutická univerzita Brno [cit. 2016-05-21]. Dostupné z: http://cit.vfu.cz/statpotr/POTR/prednasky.htm [33] Pravděpodobnostní rozdělení spojité náhodné veličiny pro základní soubory. Biostatistika: Přednášky [online]. Brno: Veterinární a farmaceutická univerzita Brno [cit. 2016-05-21]. Dostupné z: http://cit.vfu.cz/statpotr/POTR/Teorie/Predn2/rozdelZS.htm
49
SEZNAM ZKRATEK COP- center of pressure (působiště reakční síly) AC- kontaktní plocha AS- opěrná plocha BS- opěrná báze CNS- centrální nervový systém CKP- centrální koordinační poruchy RMS- střední kvadratická odchylka AP- anterioposteriorní ML- mediolaterální ENG- electronystagmogram AP- accespoint EKG- elektrokardiogram BMI- Body mass index BTD- big toe distance (vzdálenost palců u nohou) IMD- inter-malleolar distance (vzdálenost pat) EFL- effective food length (efektivní délka nohy) BOS- base of support area (opěrná báze) FL- foot length (délka nohy) MFW- maximum foot width (maximální šířka nohy) DFT- diskrétní Fourierova transformace FFT- rychlá Fourierova transformace
SEZNAM PŘÍLOH Příloha A- Obsah přiloženého CD Příloha B- Dotazník pro účastníky měření Příloha C- Informovaný souhlas s účastí na studii Příloha D- Protokol měření
50
Příloha A- Obsah přiloženého CD Elektornická verze bakalářské práce Skripty a funkce vytvořené v prostředí MATLAB® Soubory MS Excel s vypočítanými parametry pro jednotlivé probandy Soubory MS Excel s naměřenými daty od jednotlivých probandů Pomocné tabulky vytvořené v MS Excel
I
Příloha B- Dotazník pro účastníky měření
Dotazník pro účastníky měření Jméno Příjmení Datum narození Věk Výška Váha BMI Pohybová aktivita a její četnost Pohybová omezení Zdravotní problémy týkající se pohybového aparátu Délka chodidla Šířka chodidla
II
Příloha C- Informovaný souhlas s účastí na studii Vysoké učeni technické v Brně (VUT) – Ústav biomedicinského inženýrství (UBMI)
Informovaný souhlas s účastí na studii Název výzkumného projektu: Měření vlivu vertikalizačního zařízení Období realizace: prosinec 2015 Řešitelé projektu: Lenka Klimešová, vedoucí práce: Ing. Pavla Horáková Pavlína Oravová, vedoucí práce: doc. Ing. Jana Kolářová, Ph.D. Konzultant: Ing. Markéta Koťová Vážená paní, vážený pane, obracíme se na Vás se žádostí o spolupráci na projektu, jehož cílem je naměření dat pro naše bakalářké práce. Data budou snímána pomocí tlakové podložky WII Balance Board a pomocí 16ti kanálového systémemu EMG se zabudovanými akcelerometry. Jednotlivé testy jsou pohybově nenáročné, účastník je opakovaně testován pomocí přístrojové techniky, která je bezpečná, bez rizika způsobení úrazu. Pokud s účastí na projektu souhlasíte, připojte podpis, datum podpisu a datum konání měření, kterým vyslovujete souhlas s níže uvedeným prohlášením. Prohlášení Prohlašuji, že souhlasím s účastí na výše uvedeném projektu. Řešitelé projektu mne informovali o podstatě výzkumu a seznámili mne s cíli, metodami a postupy, které budou při výzkumu používány, podobně jako s výhodami a riziky, které pro mne z účasti na projektu vyplývají. Souhlasím s tím, že všechny získané údaje budou použity jen pro účely výzkumu a že výsledky výzkumu mohou být anonymně publikovány. Měl/a jsem možnost vše si řádně, v klidu a v dostatečně poskytnutém čase zvážit, měl/a jsem možnost se řešitele/ky zeptat na vše, co jsem považoval/a pro mne za podstatné a potřebné vědět. Na tyto mé dotazy jsem dostal/a jasnou a srozumitelnou odpověď. Jsem informován/a , že mám možnost kdykoliv od spolupráce na projektu odstoupit, a to i bez udání důvodu. Tento informovaný souhlas je vyhotoven ve dvou stejnopisech, každý s platností originálu, z nichž jeden obdrží moje osoba a druhý řešitel projektu. Jména, příjmení a podpisy osob provádějících měření: Lenka Klimešová: _________________________________________ V Brně dne:_________________ Pavlína Oravová: _________________________________________ V Brně dne:_________________ Jméno, příjmení a podpis účastníka v projektu (zákonného zástupce): __________________________________________________________________________________ V Brně dne:_________________________________________
III
Příloha D- Protokol měření Bez fixace Otevřené oči Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dopředu 5 s Setrvání v předklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dozadu 5s Setrvání v záklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vpravo 5 s Setrvání vpravo 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vlevo 5 s Setrvání vlevo 5 s Pohyb zpět 5 s
Zavřené oči Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dopředu 5 s Setrvání v předklonu 6 ° 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dozadu 5s Setrvání v záklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vpravo 5 s Setrvání vpravo 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vlevo 5 s Setrvání vlevo 5 s Pohyb zpět 5 s
S fixací Náklon o 6 ° Otevřené oči Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dopředu 5 s Setrvání v předklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dozadu 5s Setrvání v záklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vpravo 5 s Setrvání vpravo 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vlevo 5 s Setrvání vlevo 5 s Pohyb zpět 5 s
Zavřené oči Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dopředu 5 s Setrvání v předklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dozadu 5s Setrvání v záklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vpravo 5 s Setrvání vpravo 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vlevo 5 s Setrvání vlevo 5 s Pohyb zpět 5 s
Náklon o 12° Otevřené oči Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dopředu 5 s Setrvání v předklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vpravo 5 s Setrvání vpravo 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vlevo 5 s Setrvání vlevo 5 s Pohyb zpět 5 s
Zavřené oči Vzpřímený stoj 5 s Pohyb dopředu 5 s Setrvání v předklonu 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vpravo 5 s Setrvání vpravo 5 s Pohyb zpět 5 s Vzpřímený stoj 5 s Pohyb vlevo 5 s Setrvání vlevo 5 s Pohyb zpět 5 s
IV
