Optoelektronické skenování jako nástroj pro měření antropometrických rozměrů dolních končetin

Souhrn

Úvod:
Moderní optoelektronické metody se využívají k přesnému měření povrchu objektů v různých odvětvích. S využitím těchto zkušeností byl sestrojen optoelektronický skener BS04, který bezkontaktně měří povrch lidského těla. Cíl: Hlavním cílem studie bylo ověření proveditelnosti a vhodnosti přístroje BS04 pro použití ve zdravotnictví a porovnání rozdílů v měření antropometrických rozměrů dolních končetin mezi optoelektronickou metodou a ručním měřením.

Metodika:
Nejprve proběhla pilotní studie, která ověřila postup měření rozměrů dolních končetin pomocí BS04. Poté bylo provedeno celkem 72 sérií opakovaného přístrojového měření a 144 sérií opakovaného ručního měření u 24 dobrovolníků ve 14 měřících bodech na dolních končetinách. Ke srovnání výsledků byl použit párový t-test pro hodnoty diferencí. Statistické testy byly hodnoceny na hladině významnosti 5 %.

Výsledky:
Při porovnání metod byl ve všech případech zjištěn statisticky významný rozdíl. Průměrná diference ručního a přístrojového měření se pohybovala v rozmezí od –3,20 do –0,47 cm (min. –6,58 cm, max. 0,78 cm). Přístrojové měření podávalo v průměru vyšší hodnoty oproti ručnímu. Byly zjištěny určité limitace, které brání prozatímnímu maximálnímu využití přístroje BS04 pro celou šíři populace, především imobilní jedince.

Závěr:
Obrovská perspektiva využití tohoto přístroje spočívá v prevenci a v časném záchytu počínajících otoků z různých příčin, dále také v diferenciální diagnostice a léčbě otoků dolních končetin z příčin žilní nedostatečnosti, lymfatických poruch mízních cév dolních končetin či poruch tukového metabolismu. V neposlední řadě má tento přístroj potenciálně velký význam při konstrukci ortopedických, kompresních i jiných léčebných zdravotních pomůcek. Z tohoto hlediska by přesné hodnoty naměřené přístrojem umožnily konstrukci pomůcek s adekvátní mírnou kompresí i například pro diabetické pacienty.

Klíčová slova:
optoelektronický skener lidského těla – ruční měření – antropometrie – dolní končetiny

ÚVOD

Moderní optoelektronické metody se v současnosti využívají k přesnému měření povrchu objektů v různých odvětvích, především v průmyslu. S využitím těchto dosavadních zkušeností v této oblasti byl sestrojen přístroj s optoelektronickým skenerem s pracovním názvem BS04, který dokáže bezkontaktně a neinvazivně měřit povrch lidského těla. Měření antropometrických rozměrů těla je běžně využíváno ve zdravotnictví při poskytování lékařské péče, v ordinacích praktických lékařů, tak i u různých specialistů. Toto měření se využívá především u lymfatických onemocnění, při žilních problémech, u plastických chirurgů, v diabetologických ambulancích, onkologických ambulancích a u mnoha dalších. Zjištěné hodnoty mohou sloužit k účelu stanovení diagnózy, progrese nebo regrese onemocnění a také k výrobě zdravotnických pomůcek. Toto měření se rovněž používá například ve sportu, při výzkumu apod.

Většinou se ve zdravotnictví za tímto účelem používá ruční měření. U takového měření může často docházet k různým nepřesnostem způsobených např. špatnou technikou měření, použitím nekalibrovaných měřících pomůcek apod. Přístrojové měření může zamezit těmto nepřesnostem. Zároveň je toto měření rychlejší, objektivnější a je také komfortnější jak pro subjekt, tak pro zdravotnický personál.

Tato studie byla zaměřena na ověření proveditelnosti a vhodnosti optoelektronického skeneru BS04 pro použití ve zdravotnictví a na porovnání rozdílů v měření antropometrických bodů na dolní končetině mezi optoelektronickou metodou a ručním měřením.

METODIKA

Přístroj

Testován byl optoelektronický skener BS04 vyvíjený firmou Kimix pro výzkumný účel společnosti DEONA MEDI s.r.o. (obr. 1). Tento přístroj pracuje na principu vzájemně propojených kamer a laserů (použité lasery – třída II. EC Declaration of Conformity, BLAU Optoelektronik). Ty jsou schopny zobrazit lidské tělo v elektronické podobě s přesností na 0–3 mm a umožní tak další zobrazení (obr. 2 – zobrazení výstupu měření dolních končetin). Kromě tohoto dokáže zařízení vypočítat objemy jednotlivých částí těla v návaznosti na jednotlivé antropometrické body. Vyšetřením na tomto přístroji lze sledovat historii a vývoj vzniku změn objemů – otoků těla a jeho jednotlivých částí.

Možné využití:

• k měření objemu lidského těla a jeho částí skenerem 3D, což je základní fyzikální veličina pro měření obsahu tuku na základě hustoty
• k měření indexu BVI (body volume index, index objemu těla), lépe vypovídajícího než index BMI (body mass index) (6)
• k hodnocení tvaru lidského těla na základě měřitelných fyzikálních jednotek, jako je objem v jednotlivých částech včetně celkové specifické váhy
• k možnosti měření všech antropometrických hodnot lidského těla bezdotykově s možností získávat objektivní hodnoty měřené při opakovaných měřeních vždy ve stejném místě, což zaručí přesné srovnání v historii měření
• pro měření, studii, hodnocení proporcionálního vzhledu a měření změn objemu v závislosti na času, výkonu, nemoci apod., a to jak celkového objemu, tak jednotlivých částí

Soubor

Měření rozměrů dolních končetin pomocí BS04 a ručního měření bylo provedeno u 24 náhodně vybraných dobrovolníků navštěvujících kardiologickou ambulanci. Kritéria zařazení subjektů do zkoušky byla: věk starší 18 let a získání informovaného souhlasu. Z celkového počtu subjektů bylo 16 žen (ve věku od 18 do 79, průměrný věk 42) a osm mužů (ve věku od 23 do 75, průměrný věk 55).

Postup měření

Měřeny byly antropometrické body na dolních končetinách vycházející z normy RAL-GZ 387 (8), jedná se o body B, B1, C, D, E, F, G (obr. 2). Všechny subjekty hodnocení podstoupily nejprve měření přístrojem BS04 (celkem 3krát) podle doporučených postupů, vycházejících z pilotní studie. Pro všechny subjekty měření byl zvolen postoj s širším rozkročením nohou (postoj B), který byl ve středu přístroje vyznačen LED diodovými značkami. Samotné měření trvalo cca 1 minutu do zobrazení výsledků. Po ukončení přístrojového měření byly subjektům vyznačeny výškové antropometrické body podle hodnot z přístrojového měření. Poté se subjekt odebral k ručnímu měření, které proběhlo u všech subjektů 6krát (měřily dvě zdravotní sestry, každá tři měření) v každém antropometrickém bodě při zachování postoje B. Byl použitý standardní krejčovský metr s přesností 1 mm. Aby byla zajištěna validita měření, bylo nejprve měření provedeno 1krát přístrojem, pak 1krát jednou sestrou a následně 1krát druhou sestrou vždy u stejného subjektu hodnocení tak, aby sestry neměly možnost srovnání s předcházejícím ručním měřením. Celý proces se pak opakoval ještě 2krát.

Hodnocení

Pro hodnocení byly použity základní statistické charakteristiky – aritmetický průměr (x²), výběrová směrodatná odchylka (s_x), střední chyba průměru (s_e), variační koeficient (v) minimum (min.), maximum (max.), průměrná diference (d–) a charakteristiky diference: výběrová směrodatná odchylka diference (s_xd), minimální a maximální diference (d_min, d_max). Získaná data byla testována na normalitu. Srovnání výsledků vychází ze srovnání výsledků ručního a přístrojového měření. Byl použit párový t-test pro hodnoty diferencí. Pro statistické zpracování byl použit program Stata v. 13 a Microsoft Excel. Statistické testy byly hodnoceny na hladině významnosti 5 %.

VÝSLEDKY

Celkem bylo provedeno 72 sérií opakovaného přístrojového měření a 144 sérií opakovaného ručního měření u 24 dobrovolníků ve 14 měřících bodech na levé a pravé dolní končetině (tab. 1).

Nejprve bylo provedeno statistické srovnání výsledků ručního měření dvou zdravotních sester. Z výsledků párového t-testu byl zjištěn statisticky významný rozdíl u 10 měřících bodů ze 14, přičemž průměrná diference se pohybovala v rozmezí –0,60 cm až 0,73 cm (min. –2,37 cm, max. 2,03 cm). Pro další analýzu dat byly pro ruční měření použity průměrné hodnoty v daných bodech od obou sester (tedy z šesti měření).

Porovnání výsledku získaných ručním měřením s přístrojovým měřením je uvedeno v tabulce 2. Z výsledků párového t-testu byl zjištěn statisticky významný rozdíl ve všech měřících bodech mezi ručním a přístrojovým měřením. Průměrná diference měření se pohybovala v rozmezí od –3,20 do –0,47 cm (min. –6,58 cm, max. 0,78 cm). Z výsledků je patrné, že přístroj BS04 podával v průměru ve všech měřených bodech vyšší hodnoty oproti ručnímu měření (všechny hodnoty průměrných diferencí jsou záporné).

DISKUZE

Primárním cílem této klinické zkoušky bylo ověření proveditelnosti a vhodnosti zkoušeného optoelektrického skeneru BS04 společnosti DEONA MEDI s.r.o. pro použití ve zdravotnictví, především v oblasti problematiky onemocnění dolních končetin. Sekundárním cílem bylo zjištění rozdílnosti v přesnosti přístrojového měření antropometrických bodů pomocí přístroje BS04 oproti ručnímu měření těchto bodů.

Zkoušený přístroj BS04 byl již před touto studií testován a na základě vyhodnocení nejistot měření byl učiněn závěr, že je vhodný k měření lidského těla, zejména za účelem sledování změn obvodů v konstantních výškách a srovnání objemů jednotlivých částí v časové křivce. Z pohledu klinického použití v antropometrii je tato metoda měření v současné době jednoznačně nejpřesnější a je možné ji doporučit do klinické praxe (6). Přístroj rovněž prošel hodnocením zdravotních rizik.

V současnosti se na trhu vyskytují 3D skenery (body skenery) různého typu. Základní technologie, které jsou k dispozici, jsou laserové skenování, vzorované projekce světla (patterned light projection), stereofotogrammetrie a nové techniky, které jsou založeny na milimetrových a infračervených vlnách (2). Obecně 3D skenery vykazují vysokou přesnost měření. Například Chromý (4) ve své studii porovnával high-resolution 3D skenovací zařízení se standardními volumetrickými metodami používanými v praxi a uvádí, že 3D skenovací zařízení dosahuje nejpřesnějších hodnot. Druhou nejpřesnější metodou byl výpočet objemů z CT, ale vzhledem k vysokým dávkám ionizujícího záření je tato metoda používaná zřídka. Třetí nejlepší metodou byla metoda vodního výtlaku (water displacement volumetry), která není limitována jako CT a je to jedna z nejčastěji používaných standardních metod, ale její přesnost byla přibližně 4krát nižší než u 3D skeneru.

Další velice častou a jednoduchou metodou používanou k měření rozměrů těla je ruční měření pomocí krejčovského metru. Objemy končetin lze nepřímo vypočítat z naměřených hodnot z několika oblastí končetiny za pomoci různých vzorců vycházejících z výpočtu zkráceného kužele nebo podobných geometrických objektů (11, 10). Toto měření je technicky nenáročné, ale i když se provádí zkušeným zdravotnickým personálem, může být zatíženo náhodnou chybou měření a bývá méně přesné než ostatní metody. Ruční měření je náročné časově a např. podle Maylia (7) může lidská chyba při měření stejného objektu (obvod stehen) způsobovat rozdíly v měření až do 33 mm.

Např. v systematickém review Janine T. Hidding (3), zaměřeného na metody měření lymfedemů končetin, bylo zjištěno, že pro horní končetiny byla standardní chyba měření nejnižší u vodní volumetrie (3,6 %), pak následovala perometrie (5,6 %) a ruční měření (6,6 %). Senzitivita ručního měření na horních končetinách, s použitím různých mezních hodnot, se pohybovala od 0,73 do 0,90 a hodnoty specificity se měnily od 0,72 do 0,78.

V naší studii již v pilotní fázi byla zjištěna vysoká variabilita při porovnání hodnot mezi jednotlivými ručními měřeními, která mohla být dána tím, že se testovaný subjekt u ručního měření pokaždé trochu jinak postavil (např. více se rozkročil). I při zajištění stejného postoje jako v případě přístrojového měření v navazující studii (viz část Popis měření) byl zjištěn statisticky významný rozdíl v měření dvou sester u 10 měřících bodů ze 14. Tyto výsledky poukazují na to, že ruční měření je ovlivňováno mnoha faktory a může se tedy lišit.

Z výsledků porovnání přístrojového a ručního měření byl zjištěn statisticky významný rozdíl ve všech antropometrických měřících bodech (tab. 2). Obdobné výsledky podávala např. studie zaměřená na měření objemů horních končetin u 12 dobrovolníků pomocí laserového 3D skeneru a ručního měření, kdy většina parametrů ručního měření byla statisticky rozdílná (vyjma jen tří parametrů). V dalších studiích (1, 13) byla ve všech měřeních prováděných body skenerem (kužele, sloupy a stehna) zjištěna chyba měření velmi malá, jen 0,1 % skutečné hodnoty. Jiní uvádějí celkovou chybu v měření povrchu těla při skenování a chybu výpočetního softwaru mezi 0,2 % a 1,2 %.

Výstupy z přístrojového měření optoelektronickým měřicím přístrojem jsou přehledné a ucelené. Toto měření navíc umožňuje sledovat na jednom grafu časovou křivku jednotlivých měření a poskytuje tak přesnější a relevantnější data, než je tomu u měření ručního. Obrovská perspektiva využití tohoto přístroje spočívá v prevenci a časném záchytu počínajících otoků z různých příčin, dále také v diferenciální diagnostice a léčbě otoků dolních končetin z příčin žilní nedostatečnosti, lymfatických poruch mízních cév dolních končetin či poruch tukového metabolismu. V neposlední řadě má tento přístroj potenciálně velký význam při konstrukci ortopedických i jiných léčebných zdravotních pomůcek jako například kompresních lýtkových punčoch, punčochových kalhot apod. tzv. „na míru“. Výsledky nové studie (12) navíc ukazují, že mírná komprese při užívání kompresních punčoch dokáže bezpečně redukovat edém dolní končetiny a s ním souvisejících rizikových faktorů i u pacientů s diabetem. Doposud se obecně použití kompresních punčoch u diabetiků nedoporučovalo z důvodu předpokladu ohrožení vaskularizace, což nové výsledky této studie vyvracejí při použití mírné adekvátní komprese.

Z hlediska konstrukce kompresních pomůcek je účinnost dána přesností zhotovení a správnou mírou komprese. Před konstrukcí příslušné pomůcky je důležité znát přesně požadovanou velikost pomůcky. Jde zároveň i o subjektivní posouzení konkrétního jedince, zda je mu komprese příjemná, nebo naopak. Častým důvodem pro negativní přístup pacientů k nošení kompresních pomůcek je nepřekonatelně nepříjemný tlak na končetinu. Lékař musí při předepsání určit správnou velikost a následně zkontrolovat, zda byla nemocnému správná pomůcka i vydána; současně tím kontroluje, zda nemocný punčochu nosí a zda mu sedí (5, 9).

Bezdotykové přístrojové měření napomáhá přesné konstrukci kompresních i jiných léčebných zdravotních pomůcek. Pomocí sledování změn v naměřených hodnotách umožňuje hodnotit úspěšnost navržených léčebných postupů a v kombinaci s kompresními pomůckami umožňuje vyhodnotit úspěšnost jejich používání.

Z výsledků této studie je patrné, že přístroj BS04 podával v průměru ve všech měřených bodech vyšší hodnoty oproti ručnímu měření. Tato skutečnost by mohla minimalizovat u pacientů subjektivně udávané problémy s nošením kompresních pomůcek, a především také umožnit jejich konstrukci s adekvátní kompresí i pro diabetické pacienty.

Maximální využití optoelektronického skeneru BS04 má určité limitace. Jako problematické se např. může jevit měření ve stoje, a to především u subjektů staršího věku nebo subjektů méně mobilních. Další problémy mohou nastat u pacientů zcela imobilních či na kolečkovém křesle. V každém případě je přístroj BS04 velmi přínosný a využití je široké. Nyní však může být toto měření cílené zatím jen u mobilních pacientů.

ZÁVĚR

Výše uvedený přístroj BS04 společnosti DEONA MEDI s.r.o. byl testován a na základě vyhodnocení nejistot měření shledán vhodným k měření lidského těla. V této studii zaměřené na testování proveditelnosti a vhodnosti přístroje BS04 pro použití ve zdravotnictví byl při porovnání s metodou ručního měření, která je v této oblasti pro svou jednoduchost nejpoužívanější, ve všech případech zjištěn statisticky významný rozdíl v hodnotách změřených na dolních končetinách. Průměrná diference ručního měření dvou sester se pohybovala v rozmezí –0,60 cm až 0,73 cm (min. –2,37 cm, max. 2,03 cm) a průměrná diference ručního a přístrojového měření se pohybovala v rozmezí od –3,20 do –0,47 cm (min. –6,58 cm, max. 0,78 cm).

Během měření byly zjištěny určité limitace, které brání prozatímnímu maximálnímu využití přístroje BS04, tak jako u většiny 3D skenerů, pro celou šíři populace. Je potřeba dalšího výzkumu v této oblasti pro potenciálně obrovský přínos ve zdravotnictví.

Současné hlavní využití přístroje BS04 je spatřováno v konstrukci ortopedických, kompresních i jiných léčebných zdravotních pomůcek. Výhodou přístroje BS04 v této oblasti jsou přesné údaje jednotlivých antropometrických měření pro výrobce pomůcek, který pak může vyhotovit produkt tzv. „na míru“, který může mnohem efektivněji plnit funkci, ke které je určen. Výstupy z měření optoelektronickým přístrojem BS04 navíc umožňují sledovat časovou křivku jednotlivých měření a poskytují tak přesnější a relevantnější data, které lépe zachycují progresi nebo regresi onemocnění. Z tohoto hlediska je spatřováno velké potencionální využití u pacientů s lymfatickými otoky, u kterých je léčba celoživotní otázkou a vyžaduje udržovací terapii ke zmenšení edému a k prevenci dalších komplikací. Rovněž může být použití tohoto přístroje vhodné například u pacientů po onkologických operacích, plastických operacích nebo některých jiných chirurgických výkonech či u diabetiků. Jak již bylo uvedeno, dosud se užívání kompresních punčoch u diabetiků nedoporučovalo z důvodu předpokladu ohrožení vaskularizace. Nová studie tato rizika vyvrací a doporučuje použití mírné adekvátní komprese (12).

Střet zájmů: žádný.

ADRESA PRO KORESPONDENCI:

Mgr. Ondřej Machaczka

Centrum epidemiologického výzkumu

Lékařská fakulta, Ostravská univerzita

Syllabova 19, 703 00 Ostrava-Zábřeh

e-mail: ondrej.machaczka@osu.cz