Aplikace akcelerometru v rehabilitaci pacientů po poškození mozku

The Use of Accelerometer in Rehabilitation of Patients after Brain Damage

Brain damage presently represents a significant problem not only for increasing frequency, but especially for the depth of the situation. The therapy is very costly particularly in brain trauma affecting predominantly younger age groups at the productive age. Incidence of brain injury in the European industrial countries is high reaching approximately 250 to 300 individuals per 100.000 individuals in population (17). According to data for 2010 issue by the Institute of Medical Information and Statistic of the Czech Republic, 48.000 patients with the diagnosis of vascular brain event are admitted to hospitals annually. There are no specialized neurorehabilitation workplaces in the Czech Republic, which would provide timely intensive and inter-professional rehabilitation of patients with brain injury.

In these patients we encounter a whole complex of troubles:
motor, cognitive, fatigue, sensual and psychic. Functional diagnostics and objective evaluation of the effect of the complex rehabilitation intervention are crucial as well as the extent of collaboration and motivation of the patients in individual rehabilitation.

Most diagnostic-therapeutic instrumental methods are unobtainable or difficult to obtain in common rehabilitation practice for economic reasons or technical demands. The use of a sensor – accelerometer in the form of a bracelet appears to be a suitable possibility even in patients with a high degree of functional damage (disability) (10). The project for application of accelerometer – a bracelet for monitoring of the locomotion of upper extremities in patients after brain damage originated with the participation of the First Medical Faculty and General Teaching Hospital in Prague, General Medical Insurance Company and the firm Princip.

Keywords:
accelerometer, neurorehabilitation, disability, functional examination

Autoři: P. Sládková ¹ ; P. Oborná ¹; I. Bodlák ²; K. Svěcená ^1,3; O. Švestková ¹
Působiště autorů: Klinika rehabilitačního lékařství 1. LF UK a VFN v Praze ¹; Princip, a. s. ²; Zdravotně sociální fakulta Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích ³
Vyšlo v časopise: Rehabil. fyz. Lék., 20, 2013, No. 3, pp. 142-145.
Kategorie: Původní práce

Souhrn

Poškození mozku představuje v současné době významný problém nejenom pro jeho stoupající četnost, ale především pro svou závažnost. Léčba je finančně velmi náročná, zejména u mozkových traumat postihujících převážně mladší věkové skupiny v produktivním věku. Incidence traumatického poškození mozku je v evropských průmyslových zemích vysoká, přibližně 250 - 300 postižených na 100 000 obyvatel (17). Podle dat z roku 2010 z Ústavu zdravotnické informatiky a statistiky České republiky je nově přijato do nemocnice 48 000 pacientů ročně s diagnózou cévní mozková příhoda. V České republice neexistují specializovaná neurorehabilitační pracoviště, která by zajišťovala včasnou intenzivní a interprofesní rehabilitaci pacientů po poškození mozku.

U těchto pacientů se setkáváme s celým komplexem obtíží:
motorických, kognitivních, fatických, smyslových a psychických. Klíčové je provádět funkční diagnostiku a poté objektivní posouzení efektu celé rehabilitační intervence, a také míru spolupráce a motivace pacientů při individuální neurorehabilitaci.

Většina diagnosticko-terapeutických přístrojových metod je pro běžnou rehabilitační klinickou praxi buď obtížně nebo zcela nedostupná z důvodů ekonomických nebo z důvodu technologické náročnosti. Použití senzoru – akcelerometru ve formě náramků se jeví jako výhodná možnost i u pacientů s vyšším stupněm funkčního postižení (disability) (10). Za účasti 1. LF UK a VFN v Praze, Všeobecné zdravotní pojišťovny a firmy Princip vznikl projekt na využití akcelerometru – náramku pro monitoring pohybu horních končetin u pacientů po poškození mozku.

Klíčová slova:
akcelerometr, neurorehabilitace, disabilita, funkční vyšetření

ÚVOD

Neurorehabilitace pacientů po poškození mozku představuje multidisciplinární, komplexní, intenzivní, dlouhodobý a individuálně zaměřený proces.

Častý následek poškození mozku v oblasti motoriky je hemiparéza, která způsobuje poruchu pohybového vzorce horní končetiny (HK). Schopnost pohybu horní končetiny je zásadní pro soběstačnost jedince, vykonávání běžných denních činností a nezávislý život v rodinném prostředí.

Akcelerometr je možné využít pro detekci pohybu těla i končetin. U pacientů po poškození mozku je klíčové zjistit stupeň postižení funkčních schopností v oblasti motoriky. Akcelerometr lze využít pro objektivní monitoring poruchy pohybového vzorce HK u pacientů po poškození mozku.

Význam neurorehabilitace a funkčního hodnocení v neurorehabilitaci

Neurorehabilitace je označována jako interprofesní rehabilitační přístup k pacientům s neurologickou problematikou (1). Interprofesní tým se skládá z lékařů, fyzioterapeutů, ergoterapeutů, psychologů, logopedů, neuropsychologů, speciálních pedagogů, sociálních pracovníků, zdravotních sester, protetiků. Dlouhodobým cílem neurorehabilitace je zlepšení aktivit a participací pacienta po poškození mozku, s facilitací faktorů prostředí k optimální integraci (inkluzi) do společnosti. Neurorehabilitační oddělení by mělo být v akutním lůžkovém zdravotnickém zařízení. Jedná se o včasnou, intenzivní, individuálně zaměřenou interprofesní neurorehabilitaci. Interprofesní tým funkčně zhodnotí schopnosti pacienta, navrhnou krátkodobý a dlouhodobý rehabilitační plán. Na včasná neurorehabilitační lůžka by měla navazovat lůžková regionální rehabilitační oddělení subakutního typu, nebo denní stacionář pro pacienty po poškození mozku, a ambulantní rehabilitace.

Pacienti s těžkou disabilitou potřebují pro svoji soběstačnost složité a často finančně náročné kompenzační a technické pomůcky (asistivní technologie). Tyto pomůcky by měly být doporučovány rehabilitačními odborníky na základě funkčního hodnocení provedeným členy interprofesního rehabilitačního týmu (13). Tento tým by měl spolupracovat s různými pracovišti, např. s pracovištěm biomedicínského inženýrství, které se zabývá vývojem a distribucí těchto pomůcek. Konečným uživatelem je člověk s disabilitou, který by měl mít možnost určitého výběru pomůcek a vyzkoušet si je v domácím nebo pracovním prostředí na základě kvalitního doporučení interprofesního týmu.

Nejčastějšími následky po poškození mozku jsou hemiparézy, které způsobují disabilitu v oblasti pohybu. Tito pacienti mají většinou nejen poškození motorického systému, ale i poruchy kognitivních funkcí, včetně funkcí fatických a psychických (15).

Možnosti klinického využití inerciálních senzorů

Z prací publikovaných v zahraničí v posledních 5-7 letech vyplývá, že byly testovány akcelerometry v analýze chůze nebo při sledování mobility (4). Řada pacientů po cévní mozkové příhodě různě kompenzuje funkci postižené končetiny a mohou se naučit nezapojovat až opomíjet paretickou horní nebo dolní končetinu. Běžným příkladem aktivit kompenzovaných neparetickou, nepostiženou končetinou, je čištění zubů, oblékání, psaní a pití. Z tohoto důvodu má měření množství denních aktivit vykonávaných pacienty po poškození mozku základní význam pro pochopení vlivu, dopadu jejich funkčního postižení na jejich kvalitu života i objektivní posouzení výsledku rehabilitace interprofesním týmem (2).

Akcelerometry nabízí objektivní alternativu měření motoriky, protože monitorují pohyby celého těla v době akcelerace. Tato informace může být použita pro interpretaci intenzity fyzické aktivity v průběhu času. Akcelerometry mají velkou výhodu ve schopnosti zaznamenávat kontinuálně dny nebo i týdny a umožnit měření aktivit pacientů v jejich vlastním běžném prostředí. Je však možné je využít nejen pro sledování pohybu celého těla, ale i pro sledování paretických končetin (7).

Akcelerometry umístěné na hrudníku byly využity při sledování dýchacích pohybů u pacientů s apnoickými pauzami v průběhu spánku (19). Pomocí akcelerometru umístěného na zápěstí lze např. sledovat stupeň aktivity v průběhu spánku (16).

Akcelerometry byly také využívány k detekci pádů u seniorů (10). Pomocí akcelerometru umístěného na hlavě byla měřena rovnováha při chůzi a stoji jako jeden z ukazatelů rizika pádů u seniorů (6, 13). Pomocí akcelerometru umístěného na kotníku lze měřit počet kroků, ušlou vzdálenost, rychlost chůze a energetický výdej (2, 3). S využitím triaxiálního akcelerometru lze rozlišit polohu těla ve smyslu stoj, leh, nebo sed (6).

Projekt „Sekundární prevence u pacientů po poškození mozku s využitím náramků pro monitoring pohybu“

V rehabilitační klinické praxi je stále nedostatek dostupných přístrojových metod, které by objektivně zhodnotily efekt prováděné rehabilitační intervence. Za účasti Kliniky rehabilitačního lékařství 1. LF UK a VFN v Praze, Všeobecné zdravotní pojišťovny a firmy Princip vznikl projekt k využití akcelerometru pro monitoring pohybu.

Projekt „Sekundární prevence u pacientů po poškození mozku s využitím náramků pro monitoring pohybu“ probíhal 2 roky. V rámci tohoto projektu se ukázalo, že při používání senzorů ke zjištění aktivity končetin v běžném životě pacientů jsou zásadním problémem pohyby způsobené pohybem celého těla, nikoliv pohybem končetiny. Samotný senzor nemá možnost takový pohyb (např. chůzi, nebo jízdu autem, ve výtahu) odlišit od volního pohybu paže pacienta (6). Pro účely tohoto projektu byl vyroben a implementován algoritmus, který je schopen rozpoznat podobný pohyb senzoru na končetině a referenčního senzoru (upevněného na těle), což umožňuje tento významný artefakt účinně potlačit.

Vlastní náramek pro detekci pohybů je malé přenosné bateriové zařízení ve tvaru hodinek, které lze upnout například na zápěstí, loket, kotník atd. a jehož základem je algoritmus na vyhodnocení pohybů. Náramek je navržen tak, aby monitoroval pohyb pacienta nejen v průběhu terapií, ale především v době, kdy není pod přímým dohledem ošetřujícího lékaře, či terapeutů. Naměřená data popisují aktivitu v tomto období a mohou být později odborníky analyzována (obr. 1).

Senzory mohou monitorovat pohyby postižené i zdravé horní končetiny. Výstupem z monitoringu jsou grafy, které ukazují, jak pacient zapojuje horní končetinu do běžných denních aktivit (ADL). Terapeuti vyžadují u pacientů s hemiparézou vykonávání bimanuálních úchopů v rámci terapeutické rehabilitační intervence. Je však důležité, aby si pacient dokázal zafixovat bimanuální provádění činností nejen v rámci terapie, ale i v běžném životě, a to tak, aby si tyto pohyby zautomatizoval. Ke zpětné vazbě by měly dopomoci právě akcelerometry, které znázorněním na grafu vizualizují zapojení obou horních končetin v průběhu celého dne. Je možné také pacienta instruovat tak, aby v domácím prostředí cvičil v určenou dobu stanovený typ a délku cvičení, a poté sledovat a hodnotit, zda pacient opravdu daná cvičení doma prováděl. Hodnocení (vstupní, výstupní a kontrolní) je jedním ze základních nástrojů terapeutů (fyzioterapeutů, ergoterapeutů) během jejich intervence.

Detekční zařízení (senzory) mají dvě hlavní funkce. První funkcí je detekce a rozpoznání předdefinovaných pohybů, například předepsané cvičení či pouhá detekce aktivity, která je důležitou zpětnou vazbou pro lékaře. Náramek může informovat o správném pohybu uživatele pomocí světelných a zvukových signálů a může být tak zaručeno, že pohyby jsou vykonávány v minimálním předepsaném rozsahu. Do paměti náramku se zároveň ukládají všechna naměřená data k pozdějšímu vyhodnocení a kontrole. Náramek umožňuje i bezdrátový přenos dat a vzdálenou on - line kontrolu po návratu pacienta do domácího prostředí.

Druhou, neméně důležitou funkcí náramku, je periodické monitorování „kvality“ pohybových vzorců pacientů a jejich vzájemné porovnávání. V daných časových intervalech tak lze pomocí algoritmů kvalitativně hodnotit například plynulost, rozsah a rychlost měřených pohybů a tyto výsledky graficky zobrazit. Akcelerometr funguje jako vizuální biofeedback, kterým pacient objektivně může sledovat správnost pohybové terapie, přesvědčí se o četnosti pohybů postiženou horní končetinou. To vše pacienta motivuje pro další spolupráci.

V rámci projektu jsme sledovali celkem 20 pacientů během denního stacionáře a po 3 měsících domácího cvičení. Monitorovaly se pohyby u pacientů nejen v denním stacionáři Kliniky rehabilitačního lékařství (4 týdny, 5x v týdnu, denně 1 hodina fyzioterapie a 1 hodina ergoterapie), ale i v domácím prostředí pacientů, kteří docházeli ambulantně na individuální fyzioterapii a ergoterapii, cvičili doma dle instruktáže 1x20 minut denně a byli instruováni o maximálním používání postižené končetiny v aktivitách denního života. Senzor byl rovněž použit u pacientů se spasticitou po aplikaci botulotoxinu, kde je pohybová léčba zásadní. Nyní máme ve studii další pacienty a poté zpracujeme klinickou studii.

ZÁVĚR

Projekt umožnil dálkové sledování (holter) pohybu u pacientů po poškození mozku. Monitoringem pohybu pomocí akcelerometrů bylo zjištěno, že

Napomáhá ke snížení počtu ambulantních návštěv pacientů. Pacient obdrží instrukce tak, aby i v domácím prostředí prováděl doporučená cvičení a nemusel docházet do zdravotnického zařízení.
Pomáhá zvyšovat motivaci pacienta, a tím i jeho aktivní účast na rehabilitačním procesu.
Pomáhá ke stanovení objektivní diagnostiky, limitaci pohybu a sledování terapie i v domácím prostředí v případě, pokud jsou náramky používány podle předepsaných pravidel.
Napomáhá objektivnímu hodnocení rehabilitační intervence.
Umožňuje měřit a zaznamenávat dálkově pohyb pacientů. Měření je možné zacílit na pohybovou aktivitu postižené horní končetiny a sledovat změny v aktivitách obou horních končetin.
Přináší dočasný dyskomfort, není možné použít náramky během všech denních aktivit (vodní prostředí působí na senzory negativně), pacientům se závažnější poruchou čití senzory v provádění aktivit překážely.

Monitoring pomocí akcelerometru má velký potenciál, který umožňuje zkrácení hospitalizace i snížení počtu ambulantních návštěv. Akcelerometr povede k aktivnějšímu přístupu pacientů při dodržování doporučených zásad a intenzity cvičení. Umožní vlastní kontrolu správnosti cvičení, zlepšení funkce končetiny. V neposlední řadě posiluje motivaci pacienta k cvičení. Pacienti sami poukazují na fakt, že monitoring pohybu, a tedy sledování pacienta lékařem anebo terapeutem, způsobuje posílení pocitu zodpovědnosti k vykonávání doporučeného cvičení.

Adresa pro korespondenci:

MUDr. Petra Sládková

Klinika rehabilitačního lékařství 1. LF UK a VFN

Albertov 7

128 00 Praha 2

Zdroje

1. ANGEROVÁ, Y., ŠVESTKOVÁ, O., VÉLE, F., SŰSOVÁ, J., SLÁDKOVÁ, P., LIPPERTOVÁ-GRŰNEROVÁ, M.: Neurorehabilitace. Česká a Slovenská neurologie a neurochirurgie, 73, 2010, 106/(2), s. 131-135, ISSN 1210-7859.

2. CULHANE, K. M., O’CONNOR, M., LYONS, D., LYONS, G. M.: Accelerometres in rehabilitation medicine for older adults. Age and Ageing, 34, 2005, s. 556-560.

3. CULHANE, K. M., LYONS, G. M., HILTON, D., GRACE, P. A., LYONS, D.: Long-term mobility monitoring of older adults using accelerometers in a clinical environment. Clinical Rehabilitation, 18, 2004, s. 335-/343.

4. GEBRUERS, N., VANROY, C. H., TRUIJEN, S., ENGELBORGHS, S., DE DEYN, P. P. Monitoring of physical activity after stroke: a systematic review of accelerometry –based measures. Physical Medicine Rehabil., 91, 2010, s. 288-297.

5. KAŇOVSKÝ, P., BAREŠ, M., DUFEK, J. a kol.: Spasticita. Praha, Maxdorf, 2004. 423 s., ISBN 80-7345-042-9.

6. KARANTONIS, D. M., NARAYANAN, M. R., MATHIE, M., LOVELL, N. H., CELLER, B.G.: Implementation of a real-time human movement classifier using a triaxial accelerometer for ambulatory monitoring. IEEE. Trans. Inf. Technol. Biomed., 2006, 10, s. 156-167.

7. KAWADA, T., SHIMIZU, T., FUJII, A., KURATOMI, Y., SUTO, S., KANAI, T., NISHIME, A., SATO, K., OTSUKA, Y.: Activity and sleeping time monitored by an accelerometer in rotating shift workers. Work, 30, 2008, s. 157-160.

8. KOLÁŘ, P. et al.: Rehabilitace v klinické praxi. 1. vyd., Praha, Galén, 2009, 713 s., ISBN 978-80-7262-657-1.

9. KUO, Y. L., CULHANE, K. M., THOMASON, P., TIROSH, O., BAKER, R.: Measuring distance walked and step count in children with cerebral palsy: An evaluation of two portable activity monitors. Gait Posture, 29, 2009, s. 304-310.

10. LINDEMANN, U., HOCK, A., STUBER, M., KECK, W., BECKER, C.: Evaluation of a fall detector based on accelerometers: A pilot study. Med. Biol. Eng. Comput., 43, 2005, s. 548-551

11. LIPPERTOVÁ-GRŰNEROVÁ, M.: Neurorehabilitace. 1. vyd., Praha, Galen, 2005. 350 s., ISBN 80-7262-317-6.

12. MANNS, P., PATRICIA: Ambulantory activity of stroke survivors: Measurement options for dose intensity, and variability of activity. Stroke, 40, 2009, s. 864-867.

13. MENZ, H. B., LORD, S. R., FITZPATRICK, R. C.: Age-related differences in walking stability. Age Ageing, 32, 2003, s. 137-142.

14. MENZ, H. B., LORD, S. R., FITZPATRICK, R. C.: Acceleration patterns of the head and pelvis when walking are associated with risk of falling in community-dwelling older people. J. Gerontol. A. Biol. Sci. Med. Sci., 58, 2003, s. 446-452.

15. Ministerstvo zdravotnictví České republiky. Věstník MZ ČR z 1. března 2010, částka 2, 15 s.

16. MORILLO, D. S., OJEDA, J. L. R., FOIX, L. F. C., JIMÉNEZ, A. L.: An Accelerometer-based device for sleep apnea screening. IEEE. Trans. Inf. Technol. Biomed., 14, 2010, s. 491-499.

17. PARK, J. H., KIM, H. J., KANG, S. J.: Validation of the AMP331 monitor for assessing energy expenditure of free-living physical activity. Res. Quart. Exerc. Sport, 77, 2006, s. A40-A40.

18. Rand, Debbie, Eng, Janice, J.,Tang, Pei-Fang, Jeng, Jiann-Shing, Hung, Chihy, a.: How active are people with stroke? Use of accelerometers to assess physical activity. Stroke, 40, 2009, s. 163-168.

19. SMRČKA, M. a kol.: Poranění mozku. Praha, Grada Publ., 2002, ISBN 80-7169-820-2.

20. STUCKI, G., CIEZA, A., ESERY, T., KONSTANJSEK, N., CHATTERJI, S., BEDIRHAN ŰSTŰN, T.: Application of the International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) in clinical practise. Disability and Rehabilitation, 2002, 5, s. 281-282.

21. SVESTKOVA, O., ANGEROVA, Y., SLADKOVA, P., BICKENBACH, J. E., RAGGI, A.: Functioning and disability in traumatic brain injury. Disability and Rehabilitation, 32, 2010, s. S68-S77.

22. ŠVESTKOVÁ, O., PFEIFFER, J.: Funkční hodnocení (diagnostika) v rehabilitaci. Praktický lékař, 89, 2009, 5, s. 268-271.

23. ŠVESTKOVÁ, O., ANGEROVÁ, Y., SLÁDKOVÁ, P.: Mezinárodní klasifikace funkčních schopností, disability a zdraví (ICF): kvantitativní měření kapacity a výkonu. Česká a Slovenská neurologie a neurochirurgie, 72, 2009, 105, s. 580-586, ISSN 1210-7859.

24. USWATTE, GITENDRA, MILTNER, H. R. WOLFGANG, FOO, B., VARMA, M., MORAN, S., TAUB, E.: Objective measurement of functional upper – extremity movement using accelerometer recordings transformed with a treshold filter. Stroke, 31, 2000, s. 662-667.

25. USWATTE, GITENDRA, GIULIANI, CAROL, WINSTEIN, CAROLEE, ZERINGUE, ANGELIQUE, HOBBS, LAURA, WOLF, STEVEN, L.: Validity of Accelerometry for monitoring real-world arm activity in patients with subacute stroke: Evidence from the extremity constraint-induced therapy evaluation trial. Arch. Phys. Med. Rehabil., 87, 2006, s. 1340-1345.