Szczegółowa instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych nr 8

Temat: Określanie wielkości kinematycznych chodu człowieka.

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest pomiar wielkości kinematycznych chodu człowieka, przy wykorzystaniu systemu do trójwymiarowej analizy ruchu BTS Smart.

OBOWIĄZUJĄCY ZAKRES WIEDZY

Student przed przystąpieniem do ćwiczenia powinien znać następujące zagadnienia:

• analiza chodu

• pomiar parametrów czasowo-przestrzennych

• pomiar wielkości kinematycznych i dynamicznych

WSTĘP TEORETYCZNY

Badania diagnostyczne narządu ruchu stały się bardziej obiektywne, dzięki nowoczesnym technikom rejestracji i metodom analizy parametrów ruchu, gdyż tylko wyłącznie obiektywna analiza ruchu pozwala zbierać jednocześnie większe ilości informacji ze znaczną dokładnością i niezawodnością. Analiza ruchu umożliwia między innymi ocenić odchylenia od normy i powiązać je ze zmianami funkcji w określonej patologii. Cel prowadzonych badań jest różnorodny, dlatego też różne jest podejście do rejestrowanych i analizowanych parametrów. Przykładowo w badaniach chodu klinicyści analizują tzw. parametry wyjściowe lokomocji (długość kroku, częstotliwość kroczenia, kąty stawowe), natomiast neurolodzy analizują aktywność bioelektryczną układu nerwowego i mięśni (EMG), a biomechanicy dokonują analizy sił reakcji podłoża, momentów sił, mocy, energii itd.

Ruchy ludzkie wykonywane są dzięki przetwarzaniu skomplikowanych sygnałów kontrolowanych przez ośrodkowy układ nerwowy, dlatego też analiza chodu wymaga przebadania wielu współczynników i wykonania współzależnej analizy parametrów nerwowo - mięśniowych i biomechanicznych [33].

Nowoczesna aparatura, znajdująca się w wielu laboratoriach biomechaniki oraz klinikach na świecie, pozwala zastosować ilościowe i obiektywne metody analizy chodu. Analizując chód człowieka bierzemy głównie pod uwagę pomiar parametrów czasowo - przestrzennych, pomiar wielkości kinematycznych oraz dynamicznych.

Pomiar parametrów czasowo-przestrzennych

• cykl lub okres kroku - jest to okres pomiędzy tymi samymi charakterystycznymi fazami ruchu tej samej nogi (np. kontakt początkowy), który wyrażany jest w sekundach,

• częstotliwość kroczenia - jest odwrotnością cyklu kroku i wyrażana jest w Hz (liczba kroków na sekundę),

• rytm lokomocji - jest również odwrotnością cyklu kroku, jednakże dla przejrzystości i dokładności wyników podawany jest jako liczba kroków przypadających na minutę,

• długość kroku - jest to odległość pomiędzy kolejnymi punktami podparcia tej samej nogi, a wartość długości kroku podawana jest w metrach; prawidłowy chód człowieka charakteryzuje się równością długości kroku zarówno dla prawej jak i dla lewej nogi,

• długość wykroku - jest to odległość pomiędzy dwoma punktami podparcia lewej i prawej nogi podczas fazy podwójnego podparcia; wartość długości wykroku podawana jest w metrach,

• prędkość chodu - wielkość tę można obliczyć wg poniższej zależności:

gdzie:

- średnia prędkość chodu,

- długość kroku [m],

- rytm lokomocji [liczba kroków/min],

Ponadto można również dokonywać pomiarów szerokości kroku oraz kąta odchylenia stopy od linii wyznaczającej kierunek ruchu.

Pomiar wielkości kinematycznych

W tym przypadku dokonuje się oceny parametrów kinematycznych ruchów kończyn lub innych części ciała, takich jak pomiar przemieszczeń, prędkości i przyspieszeń wybranych punktów (segmentów) ciała pacjenta w przestrzeni w czasie chodu oraz bezpośredni lub pośredni pomiar kątów pomiędzy segmentami w stawach. Na rys. 1 przedstawiono przykładowe przebiegi kątów stawowych kończyny dolnej człowieka dla prawidłowego chodu.

Rys. 1. Przykładowe przebiegi kątów stawowych prawej kończyny dolnej człowieka w płaszczyźnie strzałkowej dla prawidłowego chodu w czasie pojedynczego cyklu chodu (gdzie: flex - zgięcie, ext - wyprost, d-flex - zgięcie grzbietowe, p-flex - zgięcie podeszwowe, 1 - kontakt początkowy, 2 - oderwanie palców nogi przeciwnej, 3 - uniesienie pięty, 4 - kontakt początkowy nogi przeciwnej, 5 - oderwanie palców, 6 - stopy „sąsiadujące”, 7 - piszczel „w pozycji pionowej”, 8 - kontakt początkowy) [30]

Pomiar wielkości dynamicznych

Pomiar wielkości dynamicznych polega na bezpośrednim lub pośrednim pomiarze sił i momentów sił w czasie chodu (np. siły reakcji podłoża, siły mięśniowe, momenty sił w poszczególnych stawach). Na rysunku poniżej (rys. 2) przedstawiono przykładowy wykres momentów sił mięśniowych w stawach.

Rys. 2. Przykładowe przebiegi momentów sił mięśniowych w stawach prawej kończyny dolnej człowieka w płaszczyźnie strzałkowej dla prawidłowego chodu w czasie pojedynczego cyklu chodu (gdzie: flex - mięsień zginacz, ext - mięsień prostownik, d-flex - mięsień zginacz grzbietowy, p-flex - mięsień zginacz podeszwowy, pozostałe oznaczenia jak na rys. 1. [30]

OPIS STANOWISKA POMIAROWEGO

Stanowisko pomiarowe do określania parametrów czasowo-przestrzennych oraz wielkości kinematycznych składa się z:

• sześciu kamer pracujących w zakresie podczerwieni (rys. 3.), służących do rejestracji położenia markerów,

• serwera służącego do rejestracji i synchronizacji sygnału oraz obróbki danych,

• dodatkowych modułów A/D służących do synchronizacji sygnału z różnych źródeł (EMG, platformy, czujniki biomechaniczne),

• kamer do rejestracji obrazu video.

Rys. 3. Schemat stanowiska pomiarowego

PRZEBIEG ĆWICZENIA

• Uruchomić komputer wraz z zainstalowanym programem BTS Capture

• Dokonać pomiarów antropometrycznych osoby badanej

• Wprowadzić do programu dane antropometryczne

• Dokonać pomiaru w pozycji stojącej

• Dokonać pomiarów chodu

• Skopiować dane na nośnik zewnętrzny, w celu dalszej analizy (temat 10 i 11)

ZAKRES SPRAWOZDANIA

Sprawozdanie powinno zawierać:

• cel ćwiczenia,

• opis metody pomiarowej wykorzystywanej w ćwiczeniu,

• przegląd literaturowy urządzeń wykorzystywanych do analizy ruchu.

Data: ......................................

PROTOKÓŁ POMIAROWY

Kierunek: ........................................

Grupa: ........................................

Rok stud.: ........................................

Semestr: ........................................

Data badania:
Nazwisko:					Imię:
Data urodzenia:
Patologia:
Total body mass				Masa całkowita				kg
Total height				Wzrost				cm
ASIS breadth				Szerokość miednicy				cm
Right pelvis depth				Głębokość prawej strony miednicy				cm
Left pelvis depth				Głębokość lewej strony miednicy				cm
Right leg length				Długość prawej kończyny				cm
Left leg length				Długość lewej kończyny				cm
Right knee diameter				Szerokość prawego kolana				cm
Left knee diameter				Szerokość lewego kolana				cm
Right malleolus width				Szerokość prawej kostki				cm
Left malleolus width				Szerokość lewej kostki				cm

6

---