MARIUSZ STRZECHA 1, HENRYK KNAPIK 2, PAWEŁ BARANOWSKI 3, AGATA PĘKALA 4, JAN PASIAK 5 1 Wydział Nauk o Zdrowiu, Europejska Uczelnia Społeczno-Techniczna w Radomiu 2 Wydział Fizjoterapii, Akademia Wychowania Fizycznego, Katowice 3 Mazowieckie Centrum Rehabilitacji STOCER 4 Laboratorium Diagnostyki Zdrowia KOORDYNACJA, EUST Radom 5 Katedra Badań Operacyjnych i Ekonometrii, Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Polska Znaczenie kliniczne rzetelności pomiarowej narzędzi diagnostycznych stosowanych do oceny postawy ciała Praca recenzowana Rozwój elektroniki spowodował znaczący wzrost liczby dostępnych narzędzi diagnostycznych, jednak o różnej rzetelności pomiarowej, a tym samym różnej przydatności klinicznej. Title: The clinical significance, the reliability of measurements, diagnostic tools used to body postural Streszczenie: Zastosowanie w diagnostyce postawy ciała urządzeń obarczonych dużym błędem pomiarowym powoduje postawienie błędnej diagnozy, a tym samym dyskwalifikuje ich kliniczną użyteczność. S owa kluczowe: diagnostyka, baropodometria, posturografia, biomechanika Summary: Application in the diagnosis of body posture, units affected by large measurement error. this results in an incorrect diagnosis, and thus disqualifies its clinical utility. Keywords: Diagnostics, baropodometry, posturography, biomechanics. Narzędzia elektroniczne, podobnie jak ocena somatoskopowa, obarczone są jakimś błędem pomiarowym. Każdy klinicysta i terapeuta prowadzący badania powinien kierować się dwoma podstawowymi kryteriami: rzetelnością i obiektywizmem (1). Dlatego też postawiono następujące pytania: jakie znaczenie kliniczne ma użycie w diagnostyce urządzenia obarczonego dużym błędem pomiarowym, jak dużym błędem pomiarowym są obarczone narzędzia diagnostyki nieinwazyjnej oceniające postawę ciała człowieka dostępne na polskim rynku, skąd wynikają ew. różnice w wielkości błędów pomiarowych (brak dokładności/rzetelności diagnostycznej), narzędzi analizujących/opisujących te same parametry u tego samego pacjenta. Metody nieinwazyjne diagnozujące postawę ciała można podzielić na: a) metody oglądowe oparte na wiedzy i doświadczeniu badającego, b) metody diagnostyki manualno-czynnościowej, c) metody wykorzystujące proste przyrządy pomiarowe, d) metody fotometryczne, e) metody baropodometryczne. Metody oglądowe oparte na wiedzy i doświadczeniu badającego to najczę- ściej: badanie wg uproszczonego schematu badania ortopedycznego, metody opisowe, metody sylwetkowe. Metody diagnostyki manualno-czynnościowej to najczęściej: badanie manualne, wybrane testy kliniczne, np.: ocena siły mięśni, badanie przykurczy mięśniowo-powięziowo-więzadłowych czy też testy posturologiczne. Metody wykorzystujące proste przyrządy pomiarowe to: inklinometria, skoliometria, plantografia i plantokonturografia. Współczesne metody fotometryczne to: wideografia, fotogrametria i jej pochodne, skanery 2D, skanery 3D. Do systemów baropodometrycznych zalicza się: platformy sił reakcji podłoża, posturografy, ścieżki baropodometryczne, bieżnie baropodometryczne. Autorzy niniejszego artykułu w ramach Projektu Naukowego pt.: Analiza powtarzalności metody fotogrametrycznej stosowanej do oceny postawy ciała człowieka i próba jej optymalizacji z zastosowaniem stabilografii (projekt nr: 2011/01/N/NZ7/03578, finansowany z Narodowego Centrum Nauki w Krakowie) podjęli się próby oceny rzetelności pomiarowej narzędzi diagnozujących postawę ciała. W związku z faktem, że wielu autorów (2, 3) podejmowało się już oceny 28
// 4/2014 G A B I N E T F I Z J O T E R A P E U T Y rzetelności pomiarowej starszych przyrządów pomiarowych, tj. podoskopów czy plantokonturografów, autorzy postanowili w artykule ograniczyć się do analizy rzetelności pomiarowej 4 wybranych metod diagnozujących postawę ciała, tj.: fotogrametrii, wideografii, posturografii oraz baropodometrii. Metody diagnozujące postawę ciała Fotogrametria w medycynie ma zastosowania głównie do pomiaru kształtu całego ciała lub jego części. Graficzna prezentacja pomiarów całego ciała (w postaci warstwic i profilów) pozwala na analizę pochodną skrzywień kręgosłupa i jego kontrolnych pomiarów w rehabilitacji. Bardzo popularna jest technika mory, czyli dwa jednakowe rastry liniowe zrzutowane optycznie na przestrzenny obiekt o ograniczonej głębi tworzą na powierzchni obiektu topografie mory, która reprezentuje mapę warstwicową. Po przeanalizowaniu dostępnych na rynku systemów fotogrametrycznych okazało się, że żaden z nich nie posiada funkcji automatycznego ustawiania wysokości kamer rejestrujących oraz nie ma czujnika odległości (dalmierza) umożliwiającego dokonanie precyzyjnego pomiaru odległości wybranej części ciała pacjenta (np. punktów C7 i S1) od oka kamery. Stwierdzono też brak uwzględnienia aspektu asymetrycznego otłuszczenia ciała badanej osoby. Część tych problemów powodujących błędy pomiarowe rozwiązano, stosując skanery 3D (najczęściej laserowe) z funkcją analizy tekstury (pomiar 3D uwzględniający kolory), jednak taka aparatura jest jeszcze bardzo droga i znajduje się tylko w kilku miejscach w Polsce (wersje testowe). Bardzo popularnym urządzeniem stosowanym do badania stóp są podoskopy. Autorzy zwracają jednak wagę, że każdy podoskop z zamontowaną od spodu kamerą (lub nawet pośrednio lustrem) też jest obarczony błędem, z którego nie zdają sobie sprawy diagności/terapeuci/lekarze/naukowcy, a wiedzą o nim wszyscy optycy i osoby zajmujące się fotografią. Wystarczy wykonać 2 zdjęcia osoby stojącej, jedno trzymając aparat z wysokości twarzy osoby fotografowanej, a drugie na wysokości kolan. Oba zdjęcia będą się znacząco różniły. Na zdjęciu drugim osoba sfotografowana będzie miała krótszy tułów i dłuższe nogi. Zastosowane w podoskopie kamera/aparat dokładnie w ten sam sposób przekłamują uzyskany obraz. Ma to miejsce wówczas, gdy ten sam pacjent stanie drugi raz minimalnie szerzej lub wyżej względem oka kamery, a wynik będzie znacząco różny. Podobne efekty mają miejsce wówczas, gdy jedna osoba stanie inaczej względem obiektywu niż druga. Problem ten rozwiązują podoskanery (fot. 1), skanując podeszwową stronę stóp w skali 1:1. Większość (ale nie wszystkie) z dostępnych na rynku podoskanerów (Podoscan 2D) pozwalają na analizę i archiwizację zarówno części stopy przylegających do urządzenia (podobnie jak odbitka plantokonturograficzna), jak i pozostałych fragmentów stopy (4). Tak jak aparaty fotograficzne dostępne na rynku, tak i podoskanery różnią się od siebie rozdzielczością, co ma wpływ na jakość wykonanego zdjęcia (skanu). Najnowsze modele PodoScaner e k l a m a 29
rów 2D mają rozdzielczość 1600 DPi, starsze tylko 600 DPi, co przekłada się na jakość i dokładność wykonanego badania. Z przeprowadzonych testów wynika, że używając starszych podoskanerów, należy dodatkowo zaciemnić stopy przed wykonaniem badania. Niedogodność tę rozwiązano w podoskanerach z większą rozdzielczością (1600 DPi), w których natężenie katody skanującej jest na tyle duże, że niweluje oświetlenie z zewnątrz. W diagnostyce równowagi oraz koordynacji wzrokowo ruchowej bardzo często używanym narzędziem są posturografy. W przekonaniu wielu autorów (5, 6) posturografy dokonują pomiarów: rzutu środka ciężkości ciała na płaszczyznę podparcia. Autorzy niniejszego artykułu w trakcie realizacji projektu badawczego pt.: Badanie zależności pomiędzy balansowaniem ciężarem ciała, asymetrycznym obciążaniem kończyn dolnych, asymetrią stabilności kończyn dolnych a utrzymywaniem równowagi przez osoby z zaburzeniami równowagi, osoby zdrowe oraz sportowców (projekt nr N404 316240 finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki) udowodnili, że COP (Center of Preasure) mierzone na posturografach dotychczas opisywane w literaturze (7, 8), jako zmiana położenia punktu przyłożenia wypadkowej siły reakcji podłoża, jest w istocie wypadkową złożoną z 3 wypadkowych: zmiany położenia punktu przyłożenia wypadkowej siły reakcji podłoża stopy lewej (COP-FL), zmiany położenia punktu przyłożenia wypadkowej siły reakcji podłoża stopy prawej (COP-FR), balansowania, czyli procesu przenoszenia ciężaru ciała z nogi na nogę, będącego w istocie wypadkową zmian wartości wypadkowych sił reakcji podłoża stóp prawej i lewej. Posturografy są obecnie dostępne w 2 wersjach: jednopłytowej i dwupłytowej. Na posturografie jednopłytowym badany obie stopy ma ustawione na jednej płycie platformy, w związku z tym mierzy/rejestruje się wypadkową z 3 wypadkowych. W przypadku posturografu dwupłytowego jedna stopa badanego ustawiona jest na jednej płycie, a druga na drugiej płycie platformy, pozwala to na dokonanie niezależnych pomiarów wszystkich 3 wypadkowych, co w sposób znaczący rozszerza możliwości diagnostyczne. W trakcie realizacji projektu badawczego opracowano współczynnik asymetrii równowagi BAQS (Balance Asymetry Quotient) (8). Wprowadzenie tego współczynnika pozwoliło w sposób znaczący ujednolicić ocenę asymetrii parametrów opisujących równowagę na dwupłytowym posturografie. Podczas dokonywania porównań wyników uzyskanych przez sportowców i osób nietrenujących oraz osób z zaburzeniami równowagi najistotniejsze różnice zaobserwowano w wartościach 4 parametrów: w zakresie balansowania, współczynniku asymetrii, marginesach bezpieczeństwa oraz zakresach stabilności (w teście kiwania). Parametry te dotychczas nie były opisane w literaturze. Wartość zakresu balansowania (będąca różnicą pomiędzy minimalną i maksymalną wartością obciążania kończyn dolnych) wyniosła u osób z zaburzeniami równowagi ponad 20% masy ciała, zaś u sportowców nigdy nie przekraczała 3%, co w sposób istotny różnicuje te badane grupy. U pacjentów po przebytych udarach mózgu zarejestrowano bardzo duże (w kilku przypadkach ponad 1000%) wartości współczynnika BAQS. W przypadku osób z zaburzeniami równowagi zaobserwowano nietypową prawidłowość mocniejszego obciążania kończyny mniej stabilnej tzn. asymetria obciążania kończyn dolnych była większa po stronie platformy/nogi, w której rejestrowano wyższe wartości SA (Sway Area pola powierzchni zakreślonego przez COP-FR lub COP-FL). Autorzy pragną jednak zwrócić uwagę na jedno ograniczenie, jakie mają posturografy (zarówno jedno-, jak i dwupłytowe) rejestrują one tylko zmianę położenia punktu (lub 2 punktów) przyłożenia wypadkowej (lub 2 wypadkowych) sił reakcji podłoża oraz wypadkową (lub 2 wypadkowe) zmianę wartości wypadkowej sił reakcji podłoża stóp prawej i lewej. Znaczącym rozszerzeniem możliwości diagnostycznych oceniających równowagę okazały się urządzenia baropodometryczne, często błędnie nazywane w Polsce: podobarografami czy też baropodografami. W diagnostyce stóp stosowane narzędzia można podzielić na: a) statyczne, tj.: plantokonturografy, podoskopy, podoskanery 2D, podoskanery 3D, skanery 3D odcisków stopy w piance poliuretanowej; b) dynamiczne: podoskopy z kamerami, platformy/ścieżki sił reakcji podłoża, bieżnie baropodometryczne. Baropodometryczna platforma dokonuje pomiaru dystrybucji (rozkładu) obciążeń podłoża przez stopy zarówno w trakcie stania, jak i chodzenia. Platformy te w ostatnim czasie zostały spopularyzowane w środowisku podologów ze względu na szeroki zakres diagnostyczny oraz możliwości oceny zarówno statycznej, jak i dynamicznej. Autorów zaniepokoiła znacząca rozbieżność wyników tych samych pacjentów zbadanych na kilku różnych platformach sił reakcji podłoża (baropodometrach) kilku różnych producentów (fot. 2). W poszukiwaniu odpowiedzi na znaczące różnice wyników u tego samego pacjenta, uzyskane na kilku urządzeniach różnych producentów, postanowiono dokonać analizy wnętrza (hardware) platform sił reakcji podłoża. Po rozkręceniu kilku urządzeń różnych producentów okazało się, że użyto do ich wytworzenia czujników o różnym kształcie. Fot. 3 przedstawia czujniki/pole pomiarowe (kolor żółty/złoty) 3 różnych 30
// 4/2014 G A B I N E T F I Z J O T E R A P E U T Y 1 4 Zdjęcie urządzenia, które nie ma czujników Podoskaner 2D (Podoscan) wraz z wydrukiem badania 5 2 Wyniki badania tego samego pacjenta na 2 platformach sił reakcji podłoża 2 różnych producentów 3 Zdjęcie układu pomiarowego ze skośnym rozmieszczeniem czujników 6 Zdjęcia różnych kształtów czujników stosowanych w platformach wraz z wyliczeniami A) stopy o różnym wysklepieniu, B) odbitka plantokonturograficzna, C) dystrybucja obciążeń stóp w badaniu dynamicznym 31
urządzeń. Wielkość pola powierzchni niemierzona przez matę/platformę A wynosi ponad 60%, a matę B ponad 40%. Przy zastosowaniu okrągłych czujników minimalne niemierzone pole powierzchni wyniesie zawsze ponad 30%, co przedstawiono na ryc. 3. Czujniki są dodatkowo zawsze (wymóg konstrukcyjny) od siebie oddalone, a więc mają dodatkowo dużą powierzchnię, w której nic nie jest mierzone, pomimo iż stopy mają kontakt z tymi miejscami. Kształt czujników oraz wielkość pola powierzchni niemierzona pod stopą ma szczególne znaczenie przy porównaniu obciążania przodostopia względem tyłostopia, jak również analizie asymetrycznego obciążania kończyn dolnych, co jest istotą badań podologicznych. Zdaniem autorów ta właśnie matematyka dyskwalifikuje 9 na 10 mat/ platform sił reakcji podłoża (baropodometrów, podobarografów itd.) dostępnych na polskim rynku, używanych w diagnostyce postawy ciała. Jeszcze innym przykładem ciekawej konstrukcji platformy/maty jest urządzenie przedstawione na fot. 4, które nie ma fizycznie kilku tysięcy czujników (pomimo iż producent/sprzedawca tak napisał w instrukcji/ulotce), a jedynie kilkaset pasków krzyżujących się ze sobą. W konstrukcji takiej odczyt/ pomiar dokonywany jest na ich skrzyżowaniu. Zupełnym zaskoczeniem dla autorów jest konstrukcja przedstawiona na fot. 5, na której widać skośny sposób ułożenia czujników, a wiadomo, że nie stosuje się okrągłych telewizorów czy też skośnie ułożonych tabel w Excelu. Dodatkowo odległość pomiędzy poszczególnymi czujnikami jest inna w osi X i Y. Analizując powyższe informacje, należy zadać sobie pytanie: jakie znaczenie kliniczne mają takie rozbieżności w konstrukcji urządzeń diagnostycznych? Odpowiedzią jest ryc. 6. Badania wykazały, że bardziej wiarygodnym narzędziem diagnozującym np. asymetrię obciążania kończyn dolnych będą dwie (zwykłe, zakupione za kilkadziesiąt do kilkuset złotych) wagi ustawione obok siebie (wypoziomowane, niż narzędzie (z niewłaściwymi czujnikami) za kilkanaście, a nawet kilkaset tysięcy złotych, które w istocie daje błędne (niewiarygodne) wyniki, sugerując tym samym postawienie błędnej diagnozy, a w konsekwencji zalecenie niewłaściwej terapii/leczenia. A co z zasadą primum non nocere (po pierwsze nie szkodzić)? Podsumowanie Na zakończenie realizacji badań autorzy postawili sobie pytanie: które maty/platformy sił reakcji podłoża były do niedawna w Polsce najbardziej popularne, czyli były najczęściej kupowane? Analiza dostępnych publikacji odnośnie marki/modelu/producenta użytego narzędzia diagnostycznego oraz liczne konsultacje w trakcie konferencji oraz wspólnych badań z innymi ośrodkami badawczymi w Polsce wykazały, że najczęściej stosowane w Polsce (i na świecie) były/są urządzenia baropodometryczne obarczone znaczącym, często ponad 50-procentowym, błędem pomiarowym. Dlaczego tak się dzieje? Nasuwają się dwa wnioski: w Polsce (i nie tylko) o zakupie urządzeń decyduje cena, kupujący (lekarze, terapeuci, naukowcy) nie są świadomi tego, co tak naprawdę kupują. Intencją autorów niniejszego artykułu jest zwiększenie świadomości diagnostów oraz wskazanie problemu rzetelności pomiarowej narzędzi stosowanych do oceny/analizy postawy ciała i jego lokomocji. Zdaniem autorów analiza rzetelności pomiarowej narzędzi oceniającej postawę ciała i jego lokomocję leży w obowiązku diagnostów, tak by wszystkie działania lecznicze następujące po postawieniu diagnozy nie były obarczone błędem, który w konsekwencji może zaszkodzić pacjentowi. Piśmiennictwo: 1) Puszczałowska-Lizis E.: Ocena rzetelności pomiarowej oryginalnych wskaźników plantograficznych. PrzMed Uniw Rzesz Inst Leków, 2010; 2: 176-181. 2) Trzcińska D., Tabor P., Olszewska E.: Stopy studentów AWF w Warszawie ocena pantograficzna. Wych Fiz Zdr, 2007; 54 (3): 12-17. 3) Gołębiewska J., Pacolt B., Zieliński J.: Effect of static loads on selected features of foot structure. Phys Edu Sport. 2007; 51 (4), 293-296. 4) Klich S. i wsp.: Przegląd metod diagnostycznych w ocenie biomechanicznych oraz strukturalnych zmian w obrębie stóp. Rehabilitacja w Praktyce, 2013; 4: 73-77. 5) Kubiczkowa J., Szkup K.: Statokinezjometria, technika i zastosowanie. Otolaryng. Pol., 1974; 38: 279-286. 6) Błaszczyk J., Czerwosz L.: Stabilność posturalna w procesie starzenia. Gerontologia Polska, 2015,13: 25-36. 7) Kuczyński M.: Model lepkosprężysty w badaniach stabilności postawy człowieka. Studia i Monografie 65, Wydawnictwo AWF, Wrocław 2003. 8) Strzecha M. i wsp.: Balance Asymmetry Quotient Separate measurements in posturography Current research in motor control IV from theories to clinical application. AWF., Katowice 2012. 32