10

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2010

DIAGNOSTYKA

S

taw kolanowy to jeden z największych
stawów w ustroju człowieka. Jednocze-

śnie jest narażony na uszkodzenia urazowe
i podatny na wystąpienie różnego rodzaju
schorzeń. Do często występujących obrażeń
stawu kolanowego można zaliczyć uszko-
dzenie więzadeł krzyżowych przednich,
które może być skutkiem urazu lub choroby
zwyrodnieniowej. Urazy stawu kolanowego
dotyczą głównie ludzi młodych. Choroba
zwyrodnieniowa u ludzi starszych powodu-
je bóle, wysięk w jamie stawu i osłabienie
siły mięśni uda. W konsekwencji może
prowadzić do konieczności wymiany sta-
wu kolana na staw sztuczny. Każdy uraz
stawu kolanowego i jego unieruchomienie
mogą spowodować zanik masy mięśnio-
wej w obrębie mięśnia czworogłowego,
osłabienie napięcia i zaburzenie korelacji
nerwowo-mięśniowej. Zanik i osłabienie
tego mięśnia oraz wypełnienie się górnego
zachyłka płynem wysiękowym to najczęst-
sze przyczyny utraty możliwości czynnego
wyprostu.

Leczenie powstałych schorzeń stawu

kolanowego może odbywać się na drodze
operacyjnej lub zachowawczej, jednak
o końcowym wyniku leczenia decyduje
właściwie przeprowadzona rehabilitacja
lecznicza. Celem rehabilitacji pooperacyj-
nej jest odzyskanie przez pacjenta prawi-
dłowej ruchomości stawu kolanowego,
prawidłowej siły mięśniowej i koordynacji
ruchowej, a także prawidłowej funkcji
kończyny oraz odzyskanie wiary w jej
sprawność. Powrót chorego po urazie
kolana do poprzedniej aktywności ży-
ciowej może być możliwy w przypadku
uzyskania przez niego normalnego zakresu
ruchomości, prawidłowej wydolności
mięśniowej oraz pełnej wydolności sta-
wu kolanowego. Aby ocenić skuteczność
rehabilitacji ruchowej chorych po urazie

Staw kolanowy jest jednym ze stawów najbardziej narażonych na urazy i podatnych na wystąpienie różnego rodzaju
schorzeń. Leczenie powstałych dysfunkcji może się odbywać różnymi drogami, ale kluczową kwestią jest prawidłowe
zdiagnozowanie schorzenia, w czym niebagatelną rolę odgrywają nowoczesne techniki pomiarowe.

Diagnostyka kolana

dla potrzeb rehabilitacji ruchowej

kolana, wykorzystuje się szereg obiektyw-
nych metod pomiarowych.

Tensometria

Do pomiarów tensometrycznych wyko-
rzystuje się fotel do ćwiczeń oporowych
kończyn typu UPR, który składa się z na-
stępujących części:
• fotel tapicerowany,
• urządzenie rehabilitacyjno-pomiarowe,
• urządzenia rehabilitacyjne,
• momentomierz elektroniczny,
• program komputerowy.

Dane techniczne urządzenia UPR to:

• wysokość fotela: 125 cm,
• długość po rozłożeniu: 185 cm,
• masa: 60 kg,
• zakres regulacji przesuwu oparcia:

0-15 cm,

• zakres regulacji podparć bocznych:

0-15 cm,

• zakres pochylenia podparcia: 0-15°,
• zakres pomiarowy przetwornika mo-

mentu siły (dopuszczalny błąd – 2%):
0-500 N,

• zakres regulacji kąta tarcz podziałowych:

0-90°,

• rozdzielczość kąta: co 15°.

Główną częścią urządzenia rehabilitacyj-

no-pomiarowego UPR jest tensometryczny
przetwornik momentu siły zabudowany
w obudowie stalowej znajdującej się w wał-
ku. Z jednej strony wałka znajduje się tarcza
z podziałką kątową, a z drugiej – gniazdo
do podłączenia przewodu elektrycznego
momentomierza. Na końcu wałka na stałe
umocowana jest dźwignia oporowa służąca
do pomiarów i ćwiczeń wolnych z obciąż-
nikami. Momentomierz elektroniczny
służy do współpracy z przetwornikiem
tensometrycznym i mierzy maksymalną
wartość momentu siły otrzymanego
w czasie pomiaru. Można go podłączyć

do komputera i dzięki odpowiedniemu
oprzyrządowaniu odczytywać wyniki
na monitorze w układzie współrzędnych
prostokątnych.

Dane techniczne momentomierza to:

• zakres pomiarowy: 0-500 Nm,
• dokładność pomiaru: 5%,
• czas pojedynczego pomiaru: ok. 10 s,
• zakres temperatury pracy: 10-40°C.

Komputerowa karta pomiarowa APD-

-UC 10/2 z oprogramowaniem „Moment”
umożliwia pełną diagnostykę stawów
i mięśni kończyn, programowanie oraz
kontrolę cyklu rehabilitacyjnego. Minimalne
wymagania sprzętowe: procesor Pentium
100 MHz, RAM 8 MB, HDD 15 MB, karta
graficzna VGA 640 400, wolny slot ISA
na płycie głównej, wolny port o adresie
300. Ważnym elementem urządzenia jest
program komputerowy, który tworzy własną
bazę danych, ponadto istnieje możliwość
obróbki wyników przy wykorzystaniu
arkusza kalkulacyjnego Microsoft Excel.
Program przeznaczony jest do współpracy
z kartą pomiarową i ze względu na rodzaj
działania można go podzielić na dwie ściśle
ze sobą współpracujące części. Jedna z nich
obejmuje swoim zakresem obsługę bazy
danych, druga umożliwia bezpośrednią
współpracę z kartą pomiarową. Urządzenie
rehabilitacyjno-pomiarowe można wykorzy-
stać do diagnostyki stawów obwodowych
kończyn i mięśni okołostawowych oraz
rehabilitacji pourazowej stawów i odbu-
dowy siły statycznej i dynamicznej mięśni
okołostawowych. Posiada ono dwa tryby
pracy – diagnostyczny i rehabilitacyjny.
Diagnostyka umożliwia pomiar momen-
tów siły oraz wyznaczenie maksymalnego
obciążenia dla poszczególnych mięśni.
Wyniki pomiarów są monitorowane i za-
pamiętywane.

Goniometryczny test wahadła

Goniometryczny test wahadła służy do oce-
ny ruchu wahadłowego mechanicznego
układu jednoprzegubowego w wybranej
płaszczyźnie. Pozwala na wyznaczenie
czasowej funkcji zmiany kąta  zawartego
pomiędzy ramionami przegubu oraz obli-
czenie charakterystycznych parametrów

Streszczenie
W pracy omówiono nowoczesne metody
obiektywnej, nieinwazyjnej diagnostyki
stanu kolana dla potrzeb usprawniania
ruchowego. Przedstawiono podstawy
teoretyczne badań tensometrycznych,

termowizyjnych oraz z wykorzystaniem
elektromiografii mięśniowej. Artykuł
wzbogacono o opis zastosowania gonio-
metrycznego testu wahadła.
Słowa kluczowe: staw kolanowy, dia-
gnostyka.

11

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2010

DIAGNOSTYKA

ruchu, takich jak: liczba wahań, czas
wahań, okres i współczynnik tłumienia.
Test wahadła jest badaniem obiektywnym
przy ocenie wpływu różnego rodzajów
napięć mięśniowych i ich zmian na ru-
chomość kończyn w niektórych stawach.
Zakres i swobodę ruchu kończyn oraz
stan napięć mięśniowych charakteryzuje
się za pomocą wskaźników dających się
obliczyć dzięki analizie funkcji zmiany
kąta w czasie  = f(t). Ponieważ funkcja
ta opisuje drganie tłumione, do wspomnia-
nych wskaźników należą:
• logarytmiczny dekrement tłumienia

() – definiowany tu jako logarytm na-
turalny ze stosunku drugiej i czwartej
amplitudy lokalnej,

• współczynnik tłumienia () – definio-

wany tu jako stosunek  i T,

• liczba cykli (n),
• całkowity czas wahań (t),
• okres wahań (T).

Liczba i czas wahań określają swobodę

ruchu, a okres i parametry tłumienia –
zakres ruchomości. Goniometryczny test
wahadła składa się z urządzenia peryfe-
ryjnego współpracującego z komputerem
typu IBM PC oraz oprogramowania.
W skład urządzenia peryferyjnego wchodzą
cyrkiel goniometryczny i układ interfejsu
– przetwornika do współpracy z kompu-
terem. Cyrkiel goniometryczny składa się

z dwóch cienkich metalowych ramion
połączonych ze sobą przegubowo. Jedno
z ramion (nieruchome) może być zamonto-
wane w specjalnym gnieździe mocującym,
umożliwiającym zmianę kąta ustawienia
i długość ramienia, lub też w uchwycie
łuski przylegającej do uda. Ramię ruchome
może być prowadzone w tulejce moco-
wanej na podudziu lub w uchwycie łuski
przylegającej do podudzia. Ruch cyrkla
w przegubie przenoszony jest na minia-
turowy optoelektryczny przetwornik typu
C3A 27-4096 GE 01, który konstrukcyjnie
stanowi z cyrklem całość. Położenie wałka
przetwornika odczytywane jest za pomocą
układu optycznego i tarczy kodowej, które
pozwalają (z rozdzielczością 12 bitów
na obrót) na zakodowanie położenia kąto-
wego wałka w zakresie od 0 do 360 stopni,
z dokładnością do 0,088 stopnia. Sygnał
podawany jest do interfejsu. Opracowana
wersja programu pozwala na odczytanie
100 położeń ruchomego cyrkla goniome-
trycznego w ciągu 1 sekundy i zapisanie
tych wartości w odpowiednim miejscu
programu. W skład interfejsu wchodzą:
układ mikroprocesora, zasilacz, kabel
przetwornika oraz kabel RS 232 interfejsu
(do komputera). Układ interfejsu zapew-
nia poprawną współpracę przetwornika
pomiarowego z komputerem typu IBM
PC, ochronę badanej osoby przez zastoso-

wanie bariery galwanicznej oraz zasilanie
układów elektronicznych stabilizowanym
napięciem +5 V.

Badaną osobę umieszcza się na spe-

cjalnym fotelu pomiarowym. Cyrkiel
goniometryczny urządzenia peryferyjnego
mocuje się do badanej kończyny dolnej
tak, że jedno z jego ramion (wsparte
na statywie lub łusce) jest równoległe
do osi uda, drugie zaś – do podudzia. Prze-
gub z przetwornikiem optoelektrycznym
umieszcza się na wysokości szpary stawo-
wej stawu kolanowego. Osobie badanej
poleca się rozluźnić mięśnie tak, jak tylko
to możliwe, a następnie zgina się biernie
badaną kończynę w stawie kolanowym.
Kończyna waha się swobodnie wokół
osi przechodzącej przez staw kolanowy,
a przetwornik pomiarowy odczytuje funk-
cję zmiany kąta zawartego między osią
uda a podudzia od czasu  = f(t). Pomiar
powtarza się w odstępach 30-sekundowych,
pięciokrotnie dla każdej kończyny dolnej.
Wszystkie dane pomiarowe zostają zapi-
sane w pamięci komputera z częstością
100 wartości na sekundę. Zastosowanie
techniki informatycznej w procesie po-
miaru goniometrycznego, oceniającego
wybrane parametry biomechaniczne
układu narządów ruchu, pozwala na ze-
branie dużej liczby danych pomiarowych
w bardzo krótkim czasie, zapisanie ich

12

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2010

DIAGNOSTYKA

w pamięci operacyjnej oraz zewnętrznej
trwałej, przetwarzanie danych i wyliczenie
szeregu biomechanicznych parametrów
ruchu. Równocześnie następuje takie
przetwarzanie danych, by graficznie przed-
stawić interesującą nas funkcję, wyliczyć
wartości średnie ważnych parametrów
i zapisać niezbędne wartości otrzymanych
parametrów. Po porównaniu otrzymanych
wyników pomiarowych z wprowadzo-
nym uprzednio do pamięci i wcześniej
opracowanym, klinicznym wzorcem
charakteryzującym stany patologiczne
program pozwala na podzielenie chorych
na odpowiednie grupy rehabilitacyjne,
znakomicie wspomagając diagnozę i uła-
twiając podjęcie decyzji w stosowanym
programie usprawniania chorych.

Termowizja

Do oceny stanu zapalnego w obrębie kolana
można wykorzystać kamerę termowizyjną
Mobir M3, współpracującą z programem
komputerowym Guide IrAnalyser V1.4.

Dane techniczne kamery to: detektor nie-

chłodzony, mikrobolometryczny (160 x 120
pikseli); pole widzenia: 25° x 19°, obiektyw
standardowy; opcjonalne teleobiektywy
40 mm (8° x 6°) i 80 mm (4° x 3°); zakres
pomiarowy: od 20°C do +250°C, dokład-
ność: ±2°C lub ±2% wartości mierzonej;
współczynnik emisyjności: programowalny
w zakresie od 0,01 do 0,99 (z krokiem
co 0,01); automatyczna korekcja bazująca
na danych użytkownika o współczynniku
odbicia, temperaturze otoczenia, wilgotno-
ści, odległości, optyce; rozdzielczość ter-
miczna: 120 mK przy 30°C; zakres widmo-
wy: 8-14 μm; wyświetlacz LCD 2,2" x 1,2",
kolorowy; zoom 2 x interpolowany; tem-
peratura pracy: od -20°C do +60°C.

Aparat funkcjonuje w oparciu o rejestra-

cję promieniowania elektromagnetycznego,
tj. podczerwonego (IR), emitowanego przez
każdą materię o temperaturze wyższej
od zera bezwzględnego (-273,15°C = 0 K).
Promieniowanie elektromagnetyczne
emitowane w wyniku ruchu drgającego
i obrotowego atomów i molekuł materii,
przy zmianach ich stanu energetyczne-
go, jest rejestrowane oraz przetwarzane
na obraz wizualizowany na monitorze
w postaci światła widzialnego. Promie-
niowanie to nazywane jest ze względu
na długość fali (770-15000 nm) promie-
niowaniem podczerwonym, a ze względu
na właściwości – promieniowaniem ciepl-
nym (termicznym). Należy uwzględnić,
że powierzchnia ciała ludzkiego podlega
stałym wahaniom temperatury, zależnym
od wymiany pomiędzy nim a otoczeniem.
Rozkład ciepła na powierzchni ciała
ludzkiego zależy również od temperatury
wewnętrznej narządów, przewodnictwa
cieplnego tkanki mięśniowej i tłuszczowej
oraz emisyjności skóry, którą ustalono
na 0,9 (stała emisyjność skóry), zgodnie

z prawem Stefana-Boltzmana. Ludzkie ciało
emituje szerokie spektrum promieniowania
podczerwonego – pomiędzy 3 μm a 50 μm.
Ogromną wartością tej techniki jest moż-
liwość obserwacji pól zjawisk w postaci
powierzchniowych rozkładów tempera-
tury (izotermy), co pozwala na szybką
i ilościową ocenę kompleksowych proce-
sów zachodzących w badanej strukturze.
Pomiary w podczerwieni są bezstykowe
(bezkontaktowe) i w związku z tym w pełni
aseptyczne. Analizę komputerową uzy-
skanych obrazów termowizyjnych można
przeprowadzić za pomocą programu
komputerowego umożliwiającego archi-
wizację, przegląd i analizę danych oraz
tworzenie raportów w edytorze tekstów.
Wykonanie prawidłowych termogramów
wymaga zwrócenia szczególnej uwagi
na zapewnienie odpowiednich warunków
celem uzyskania powtarzalności badań.
Pomieszczenie powinno być przewietrzone
(brak przeciągów powietrza), a temperatura
utrzymana w przedziale 22-24°C. Wszyst-
kie zewnętrzne źródła ciepła (grzejniki,
oświetlenie) należy odseparować. Osoby
oczekujące na rejestrację obrazu termicz-
nego powinny przebywać w identycznych
warunkach (to samo pomieszczenie).
Należy pamiętać, że okolica ciała poddana
badaniu musi być pozbawiona odzieży,
skóra natomiast dokładnie oczyszczona.
W trakcie rejestracji reakcji termicznej
badanej osoby kamera termowizyjna
rzutuje prostopadle do badanego ciała
z odległości około 1 m.

Elektromiografia

Do obiektywizacji stanu napięcia mię-
śniowego (mięśni stawu kolanowego, np.
czworogłowego uda) można wykorzystać
elektromiograf NeuroTracTM ETS wraz
z oprogramowaniem komputerowym o tej
samej nazwie.

Dane techniczne aparatu: zakres EMG:

0,2-2000 mV RMS; czułość 0,1 mV RMS;
dokładność: 4% wartości odczytu
±0,3 mV przy 200 Hz; filtry szerokiego
pasma: 18 Hz ±4 Hz do 370 Hz ±10% dla
odczytów poniżej 235 μV, filtry wąskiego
pasma: 100 Hz ±5% do 370 Hz ±10%; filtr
sieciowy: 50 Hz – 33 dbs (0,1-procentowa
dokładność); dwukanałowe, indywi-
dualnie izolowane obwody; natężenie:
0-80 mA (wskazywane).

Badanie ma na celu określenie napię-

cia spoczynkowego mięśnia za pomocą
dwukanałowego, powierzchniowego
EMG. Pomiar polega na rejestracji różnicy
potencjałów bioelektrycznych pocho-
dzenia mięśniowego. Można zastosować
samoprzylepne elektrody (o wymiarach
50 mm x 50 mm) z żelem hipoalergicznym,
bez konieczności dodatkowego mocowa-
nia ich paskami. Przed aplikacją elektrod
zaleca się przemyć skórę czystą wodą.
W trybie EMG istnieje ryzyko pojawienia

się interferencji elektromagnetycznych.
Zasilacze niektórych notebooków mogą
powodować zakłócenia w odczycie para-
metrów EMG. Aby uniknąć interferencji,
nie należy stosować aparatu w pobliżu
włączonego telefonu komórkowego lub
innych urządzeń radiowych generujących
impulsy. Należy upewnić się, że przewód
zasilający komputera biegnie najdalej, jak
to możliwe, od przewodów elektrod pod-
łączonych do badanego. W czasie badania
aparat powinien znajdować się jak najbliżej
osoby badanej (tzw. „pole pacjenta”), np.
na jej ciele, w kieszeni lub na pasku. Jest
również wskazane, aby przewody elektrod
znajdowały się jak najbliżej ciała, a nie
zwisały bezwładnie w powietrzu. Jeżeli
odczyt napięcia oscyluje wokół znacznie
wyższych wartości, należy spróbować
odłączyć zasilacz laptopa, gdyż może być
on przyczyną interferencji. Aby badanie
było wartościowe i powtarzalne, a wyniki
badań porównywalne i miarodajne, należy
zagwarantować bezpieczne, komfortowe,
identyczne warunki badań. W przypadku
pomiaru EMG warto stosować pozycje
umożliwiające skuteczną relaksację,
zgodnie z zasadami biomechaniki. Uczest-
ników warto poinformować, że badanie
jest całkowicie bezbolesne i bezpieczne,
co ułatwia współpracę, zmniejsza napięcie
stresowe mięśni i pozwala na odnotowanie
bardziej wiarygodnych wyników. Zapis
średniego napięcia spoczynkowego mięśni
(ang. average work), określonego poprzez
średnią arytmetyczną wartości napięcia
w mikrowoltach [μV] dla całego okresu
pomiaru, nie uwzględnia artefaktów i nie-
pożądanych ruchów badanego (jeżeli takie
wystąpią, należy powtórzyć pomiar). Uwagi
praktyczne dotyczą sprawdzenia przewo-
dów pod kątem prawidłowości połączeń
lub ewentualnych uszkodzeń oraz jakości
podłączenia przewodu z włókna optycz-
nego pomiędzy aparatem a komputerem.
Ponadto skóra musi być przemyta wodą
i, jeśli trzeba, ogolona.



J

AKUB

T

ARADAJ

Katedra i Zakład Biofizyki Lekarskiej

Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach

Zakład Biomechaniki i Fizjologii Klinicznej

Akademii Wychowania Fizycznego w Katowicach

Przychodnia Limf-Med w Chorzowie

Piśmiennictwo
1. Błaszczak E., Franek A., Klimczak J., Taradaj J.:

Wczesne wyniki usprawniania chorych po re-
konstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
metodą artroskopową i otwartą. „Pol. Merk.
Lek.”, 2004, 16, (96): 551-556.

2. Błaszczak E., Franek A., Taradaj J., Widu-

chowski J., Klimczak J.: Assessment of the
efficacy and safety of low frequency, low
intensity magnetic fields in patients after
knee endoprosthesis plasty. Part 2: a clini-
cal study. „Bioelectromagnetics”, 2009, 30,
(2):152-158.