Laboratoř chůze
17. 2. 2010
Dětská mozková obrna vážným způsobem narušuje kvalitu života nejen nemocných dětí, ale i celé rodiny. Léčba je dlouhodobá a pro rodinu vyčerpávající. Nejde jen o vlastní péči, ale i o každodenní rehabilitace a dojíždění za nimi. Zásadním zlomem v osudu dětí je operace, avšak její indikace je mnohem složitější, než u běžných ortopedických nemocí. Významně tu může pomoci laboratoř chůze, neboť poskytne lepší informace o pohybovém aparátu daného jedince.
Dějiny vědy a techniky tvoří nespočet jedinečných příběhů lidského důmyslu a vynalézavosti. Mezi ty, které fascinují snad každého z nás, je schopnost zachytit a reprodukovat pohyblivý obraz. Ta už dávno překročila původní účel – pobavit filmové a později i televizní diváky.
Všechno začal Josef Niepce, když roku 1826 pořídil první fotografii. Po něm Louis Daguerre dotáhl metodu pořizování snímků do praktické podoby – vznikla daguerrotypie. Rok 1839. O třicet let později Eadweard Muybrigde začal vyvíjet záznam pohybu zvířat – i lidí. Jsou tu první kinogramy. Roku 1895 předvedli bratři Lumierové kinematograf. A zrodila se kinematografie.
Dětská nemocnice v Brně, součást brněnské Fakultní nemocnice. V jejím suterénu sídlí Laboratoř chůze. Sem směřují z celé České republiky rodiče s dětskými pacienty, kteří byli postiženi spastickou formou dětské mozkové obrny. Jde o onemocnění mozku, které vede ke vzniku zkrácenin svalů, především dolních končetin. Toto onemocnění citelně narušuje kvalitu života nejen samotných dětí, ale i jejich rodin.
Dětští pacienti přicházejí do péče ortopedů. Zásadním zlomem v jejich osudu je operace. Rozhodování o ní je mnohem složitější, než u běžných ortopedických onemocnění. Až donedávna byli pacienti vyšetřováni v ambulanci nebo na lůžku. I zkušený ortoped pouhým okem obtížně zachytí složité abnormální pohyby spastiků.
Brněnská Laboratoř chůze je první zařízením tohoto druhu u nás, kde lékařům a dalším specialistům pomáhá při vyšetřování dětských pacientů špičková moderní elektronika. Pacient se pohybuje po dráze, na které jej spolu s lidmi sledují i speciální citlivé kamery. Zaznamenaný pohyb se převádí do matematického modelu, který znázorní jednotlivé části končetiny jako úsečky, svírající různé úhly podle postavení kloubů. Vyšetřením procházejí děti před operací, ale i po ní. Lékaři tak získají přesný obraz o provedených změnách na končetinách.
Doc. MUDr. Jan Poul, CSc., vedoucí laboratoře chůze, Dětská nemocnice Brno: Zde nám monitorace a dokumentace pohybu umožní lépe indikovat míru toho operačního uvolnění, aby byla adekvátní. A navíc, protože existuje mechanismus zpětné vazby, poučíme se z operace. Zde se poučíme ze srovnání před a pooperačního záznamu, zda jsme to uvolnění udělali ideálně, málo nebo mnoho. S poučením pro další případy.
Pacient na koridoru přechází po dvojici tlakových desek, které snímají sílu opory o podložku. Na dráze jej sledují speciální kamery a dvojice běžných videokamer s klasickým obrazem. Ortopedové se mohou díky dokonalým záznamům pacientovy chůze věnovat mnohem podrobnějším rozborům poruch. Na jejich základě pak děti podstupují pouze jedinou operaci oproti dřívějším metodám, které vedly k opakovaným operacím. To je hlavní přínos laboratoře.
Doc. MUDr. Jan Poul, CSc., vedoucí laboratoře chůze, Dětská nemocnice Brno: Je možnost dokumentace před i pooperační. A to hlavně pro ošetření dalších pacientů v budoucích letech bude mít obrovský význam. Protože v medicíně se stále něčím poučujeme. A pokud máme objektivní měření, máme co srovnávat.
Moderní elektronika umožnila i v tomto případě fantastický skok kupředu v záznamu pohybu. Posuďte sami. Dětské pacienty sleduje celkem osm kamer s vysokým rozlišením. Jediný snímek má velikost čtyři megapixely. Kamery jsou schopny snímat rychlostí až deset tisíc snímků za sekundu.
Dvojice běžných videokamer slouží k dokumentaci a přiřazení klasického obrazu k matematickému modelu pacienta. Speciální kamery snímají scénu v infračervené oblasti. Kamery oddělí od snímané scény pouze reflexní body na pacientovi, a to s přesností na setiny milimetru. Ohromné množství dat se předzpracuje přímo na kameře, než je odesláno do hlavního počítače k vytvoření pacientova modelu. Unikátní jsou i snímací čipy těchto kamer.
Ing. Jan Buriánek, specialista na 3D technologie, AV Media: Jde o čip, který na každém pixelu má svoji závěrku. To je unikátnost té firmy, která to vytváří, a umožňuje to, že nevzniká tzv. rozostření pohybem nebo závěrkou, zvané jako motion blur. V podstatě v jednom okamžiku se všechny pixely zavřou, vyhodnotí a zase otevřou.
Doc. MUDr. Jan Poul, CSc., vedoucí laboratoře chůze, Dětská nemocnice Brno: Ten náš personál jsou vlastně studenti, bakaláři, kteří jsou vyškoleni pro obsluhu tohoto systému, a dále se systematicky vzdělávají. Toho času jsou dva na školení v Grazu v Rakousku, kde laboratoř je patnáct let.
Brněnská laboratoř chůze vznikla díky grantu Norských finančních mechanizmů. Grant umožnil její zřízení a pokryl i potřeby provozu na první dva roky. Stejný způsob velice přesného záznamu pohybu, jako v brněnské nemocnici, používají také na Fakultě tělesné kultury na Univerzitě Palackého v Olomouci. Pohyb je totiž jedním z typických znaků velké většiny sportů.
Mgr. Zdeněk Svoboda, Fakulta tělesné kultury, Univerzita Palackého v Olomouci: Můžeš, od které chceš.
Terapeutka Jitka: Tak já začnu od pravé…68 mm. 96…
Mgr. Zdeněk Svoboda, Fakulta tělesné kultury, Univerzita Palackého v Olomouci: Zápěstí.
Terapeutka Jitka: Na pravé taky 120…
Zatímco dětští pacienti v Brně jsou neposední a upevnit na všechna potřebná místa jejich tělíček reflexní odrazné kuličky je mnohdy problém, sportovci z Olomouce jsou v tomto směru trpěliví. Reflexních terčíků také dostávají o poznání víc. Sleduje a mapuje se tak několik desítek bodů.
Zdejší systém speciálních kamer slouží na katedře biomechaniky a technické kybernetiky. Právě sledujete, jak se oživuje. Všech zdejších sedm kamer je namířeno do prostoru. Vedoucí laboratoře, Zdeněk Svoboda, má v ruce jakýsi startér. Několik reflexních terčíků slouží kamerám jako zaměřovací body. Pomocí nich si zmapují prostorovou soustavu, v níž se na chvíli bude pohybovat náš figurant. Počítač vytvořil prostor, v němž budou kamery sledovat pohyb sportovce. Specialisté z Fakulty tělesné kultury spolupracují také s několika moravskými nemocnicemi. Systém slouží k vyšetřování pacientů s poruchami hybnosti nebo rovnováhy.
Tato spolupráce má však zatím spíše výzkumný charakter. Přesto i zde chtějí špičkovou techniku časem zapojit do potřeb klinické praxe. Na ploše před kamerami teď už stojí náš figurant. Kamery zachytily jeho terčíky. Teď se jednotlivým bodům přiřazují místa celotělového modelu.
Hotovo. Celotělový model je sestaven. Modely pomáhají zlepšit techniku sportovců v řadě sportovních odvětví. Jde především o skoky na lyžích, veslování, ale i některé atletické discipliny. Zpracování dat z měření však v terénu ztěžuje mnoho rušivých vlivů.
Mgr. Zdeněk Svoboda, Fakulta tělesné kultury, Univerzita Palackého v Olomouci: To je jedním z důvodů, proč se soustředíme na měření hlavně tady v laboratoři, kde navíc můžeme toto měření zkombinovat také s měřením povrchové elektromyografie, měřením aktivity svalů, nebo analýzu zatížení tlakových sil na kontaktu s podložkou.
Figurant názorně ukazuje, jak se lidské tělo v počítačovém modelu dokáže přeměnit na přízrak podobný filmovým monstrům. Ptáte se, jaký smysl tu má nasazení vysokorychlostních kamer? Zatímco pro testování chůze a dřepů by mohla stačit frekvence padesáti obrázků za sekundu, při výskoku a běhu je potřebný už dvojnásobek. Analýza sprintu vyžaduje pět set snímků za sekundu a při tenisu a golfu se každou sekundu musí zachytit a analyzovat až tisíc i více snímků. A tak pozoruhodný příběh zachycování a reprodukce pohybu technickými prostředky dospěl od jednoduchých začátků před sto osmdesáti lety k dnešním fascinujícím technikám špičkové elektroniky.
Autor: Vladimír Kunz