Metody měření objemu otoků končetin

Overview

Otok je častým příznakem řady onemocnění a jeho průběžné statické i dynamické měření a sledování je pro praxi zásadní. Vymizení nebo naopak přibývání otoku může indikovat úspěšnost či neúspěšnost léčby. Cílem našeho literárního přehledu je a) identifikovat aktuální dostupné metody měření objemu otoků končetin, b) získat informace o jejich validitě a reliabilitě. Bylo provedeno systematické vyhledávání studií s cílem identifikovat relevantní zdroje. Do přehledu bylo zařazeno dvacet studií, které popisují metody měření objemu otoků horních nebo dolních končetin. Ve studiích byly nejčastěji popsány metody páskového měření, vodní volumetrie nebo měření perometrem, které jsou považovány za„zlatý standard“. Proto byly tyto metody využívány často pro ověření validity a reliability nových metod měření objemu otoků končetin, mezi které patřily především trojrozměrné zobrazovací metody a bioimpedanční spektroskopie. Technologický pokrok přináší nové možnosti a metody v měření objemu otoků končetin, jejich účinnost a přesnost je však zatím stále ověřována.

Klíčová slova:

přehled – metody – otoky končetin – měření objemu

ÚVOD

Otok je častým příznakem řady onemocnění a jeho diagnostiku, měření i léčbu řeší mnoho oborů medicíny. Příčiny vzniku otoku jsou mnohočetné. Důvodem edému je nahromadění volné tekutiny v intersticiu (např. hydroperikard, hydrothorax, ascites) nebo také v orgánech (mozek, játra, larynx, plíce). V kůži může být otok generalizovaný (anasarca, hydrops) nebo lokalizovaný na periferii v obličeji nebo na končetinách.

Z patogenetického hlediska dochází k perifernímu otoku při kumulaci alespoň 2 litrů vody. Princip vzniku otoku se vysvětluje zákonem filtrace a resorpce podle Starlinga. Porucha nastává: a) zvýšením kapilárního hydrostatického tlaku (např. CHVI, alergie) nebo b) poklesem onkotického tlaku krevní plazmy (např. nefrotický syndrom, cirhóza, hladovění, popáleniny anemie), eventuálně c) zvýšením onkotického tlaku v intersticiu (např. lymfatický otok).

Další podstatou vzniku otoku může být porucha permeability kapilár. Konkrétně jde o:

• zvýšenou kapilární permeabilitu při poruše bazální membrány kapilár (např. u diabetu nebo u ISCHDK) nebo
• zvýšenou kapilární permeabilitu při poruše endotelu a bazální membrány kapilár (např. zánětlivé stavy vlivem tepla, toxinů, alergenů).

Za základní klinické vyšetření a známku otoku se považuje tzv. „pitting“, tj., tlakem prstu na kůži vytlačíme důlek. Charakteristickým rysem edému je také možné přemístění tekutiny podle horizontální nebo vertikální polohy těla, u vzpřímeného člověka je nejčastěji na dolních končetinách (15, 16). Širokou škálu otoků můžeme rozdělit podle příčin na celkové a lokální (tab. 1).

Pro praxi je důležité průběžné statické i dynamické měření a sledování edému ve vztahu k diagnóze, s určením příčiny jeho vzniku. Vymizení nebo naopak přibývání otoku může indikovat úspěšnost či neúspěšnost léčby. Bohužel řada objektivních přístupů k měření neodpovídá všem požadavkům sledování. Aparatury jsou často rozměrné, nákladné, neumožňují dostatečnou kvantifikaci, která je často obtížná a nepřesná. Také dynamické sledování edému (přibývání, či ústup) není optimální. Málokdy metody umožňují případné telemetrické sledování. Pro směřování našeho dalšího výzkumu, jehož pilotní výsledky jsme již prezentovali (24), bylo nutné sestavit ucelený přehled současných vyšetřovacích metod, který předkládáme.

Cílem našeho literárního přehledu je:

• identifikovat aktuální dostupné metody měření objemu otoků končetin,
• získat informace o jejich validitě a reliabilitě.

 

METODIKA

Byl přijat design literárního přehledu. Zahrnuje studie, ve kterých byly posuzovány kvantitativní metody měření objemu otoků končetin (výzkumné studie, validační studie, systematické přehledy). Dalším kritériem pro zařazení do přehledu byl dostupný plný text studie v anglickém jazyce, publikovaný v období let 2015–2024. Bylo provedeno systematické vyhledávání studií s cílem identifikovat a nalézt relevantní zdroje v databázích Web of Science, Medline/PubMed, EBSCOhost, Science Direct, Wiley, Springer a ProQuest. Použitá klíčová slova byla:„edema“ AND„volume“ AND„limb“ OR„arm“ OR „hand“ OR „legs“ OR „feet“ AND „measurement“ OR „method“ OR „assessment“.

Z celkového počtu 356 vyhledaných studií bylo do konečné analýzy zařazeno dvacet studií, které naplnily kritéria výběru.

 

VÝSLEDKY

Do přehledu bylo zařazeno dvacet studií, které popisují metody měření objemu otoků horních nebo dolních končetin (tab. 2). Šlo o sedmnáct výzkumných studií, které popisovaly vývoj a testování nové metody nebo ověřovaly platnost a reliabilitu známých měřících metod. Tři studie byly přehledové.

Ve studiích byly nejčastěji popsány metody páskového měření, vodní volumetrie nebo měření perometrem, které jsou považovány za „zlatý standard“. Proto byly tyto metody využívány často pro ověření validity a reliability nových metod měření objemu otoků končetin, mezi které patřily především trojrozměrné zobrazovací metody a bioimpedanční spektroskopie. Ostatní metody, jako je magnetická rezonance, počítačová tomografie nebo sonografie, byly v analyzovaných studiích použity pouze okrajově pro porovnání metod.

 

DISKUZE

Nejstarší a nejběžněji používanou metodou ve zdravotnické praxi je měření otoků končetin za pomoci páskových měřidel. Obvod dolní končetiny se měří v centimetrech, většinou třikrát denně (ráno, odpoledne a večer), aby byl zaznamenán vývoj otoku v průběhu dne. Aby se předešlo měření otoků na odlišných místech, označí se při prvním měření místo za pomocí fixy. Metoda měřicího pásku je však nespolehlivá a náchylná k lidské chybě při měření (8). Při měření otoků ruky nebo nohy se využívá technika osmičky, která může zachytit akumulaci tekutiny v dorzální části ruky nebo na nártu, kterou by měření obvodovým páskem nezachytilo.

 

Tab. 1 Příčiny a rozdělení otoků na dolních a horních končetinách

Otoky dolních končetin z celkových příčin	Otoky dolních i horních končetin z lokálních příčin
kardiální	lymfatické otoky (hereditární, primární a sekundární lymfedém)
ledvinné	žilní otoky (chronická žilní insuficience, tromboflebitida nebo flebotrombóza)
jaterní	tukové (lipedém)
polékové (iatrogenní)	alergické – angioneurotické (Quinckeho)
hypokalemické	statické otoky („fyziologické“, ortostatické)
hormonálně podmíněné
hypoproteinemické (hypalbuminemické)

 

Tab. 2 Analyzované studie zaměřené na metody měření objemu otoků horních nebo dolních končetin (řazené vzestupně dle roku publikace)

Autor, rok, země původu studie	Zaměření	Cíl výzkumu	Využité metody	Výsledky
Chromý et al. 2015 Česká republika	dolní končetiny	experimentálně ověřit přesnost několika metod a vzájemně je porovnat	měření páskou – metoda kužele, diskový model, parciální model kužele VV 3D zobrazovací metody	VV byla shledána jako nejlepší metoda pro většinu použití měření objemu otoků nohy.
Yu et al. 2015 Dánsko	dolní končetiny	vývoj a testování mobilního systému sledování objemu otoků na modelu	DEAP	Senzory DEAP jsou vhodné. Nutnost je testovat v reálném prostředí.
Hameeteman et al. 2016 Holandsko	horní končetiny	posoudit validitu a reliabilitu 3D SGM pro měření objemu otoků u pacientů s lymfedémem	3D SGM, VV	3D SGM je přesná metoda. Hodnota rozptylu ve srovnání s měřením VV je nižší.
Hidding et al. 2016 Holandsko	lymfedém	systematický přehled: jaké měřicí nástroje jsou nejvhodnější pro měření lymfedému v jeho různých fázích	BIS měření páskou perometr, VV	Důkazy o dobré spolehlivosti a platnosti měly BIS, VV, měření páskou a perometrie.
Shinkai et al. 2017 Japonsko	horní končetiny	analýzu přesnosti použití 3D skenování k měření objemu ruky	3D sken měření páskou	3D sken umožňuje přesnou objemovou analýzu asymptomatické ruky.
Verhulst et al. 2017 Holandsko	horní končetiny	reprodukovatelnost měření objemu ruky a předloktí pomocí SGM	3D SGM	SGM umožňuje přesnou analýzu objemů horní končetiny.
Rabe et al. 2018 Francie	dolní končetiny	přehledová studie: metody měření venózních otoků nohou	měření páskou (obvod, Leg-o-Meter, metoda kužele (diskový model) VV, perometr, ostatní	Pro všechny metody je nutná přísná standardizace podmínek měření.
Sharkey et al. 2018 UK	horní/dolní končetiny	porovnat přesnost a spolehlivost měření páskou s měřením perometrem	měření páskou – metoda kužele perometr	Perometr poskytuje spolehlivější standard než měření páskou.
Qin et al. 2018 USA	lymfedém horních/ dolních končetin	otestovat přesnost BIS při diagnostice lymfedému porovnáním jeho výsledků s ICG lymfografií	BIS ICG lymfografie	BIS přináší příliš vysokou míru falešně negativních výsledků.
Wolfs et al. 2019 Holandsko	horní končetiny	posoudit validitu a spolehlivost nově vyvinutého systému PAM.	přístroj Peracutus Aqua Meth (PAM) VV	PAM se ukázal jako přesné a spolehlivé zařízení pro měření objemu paže.
Llanos et al. 2020 Austrálie	horní končetiny	hodnoceno pět fyzikálních hodnotících nástrojů používaných ke kvantifikaci otoku ruky	měření páskou VV, BIS kroužkové měřidlo • 3D techniky	Všechny metody měly dobrou až vynikající spolehlivost a střední až vysokou validitu.
Mabrouk et al. 2020 USA	kotníky	vývoj metodologie pro podélné sledování edému kotníku, založené na BIS	•BIS	BIS vykazovala vysokou přesnost při edému v hlezenním kloubu s velmi malou variabilitou.
Chausiaux et al. 2021 UK	dolní končetiny	validace přístroje Heartfelt HF-1, který se používá k měření objemu a délky chodidla	přístroj HF-1 VV páskové měřidlo	Přístroj HF-1 měří objem a délku chodidla přesněji než VV nebo manuální měření.
Bahadori et al. 2022 UK	dolní končetiny	systematický přehled: stanovit užitečnost 3D skenovací technologie	3D skener	Existuje velmi málo důkazů na podporu účinnosti technologie 3D laserového skenování.
Houwen et al. 2022 Holandsko	dolní končetiny	posoudit validitu a reliabilitu tří rutinně používaných metod pro odhad objemu otoků končetin	VV páskové měřidlo – metoda kužele perometr	I za optimálních podmínek jsou měření objemu značně závislá na pozorovateli.
Oezel et al. 2022 Německo	horní končetiny	vyhodnotit protokol o vyšetření objemu měřenými pomocí 3D skeneru	3D skener EVA	3D skener je spolehlivým nástrojem pro měření objemů a obvodů ruky a předloktí.
Ashby et al. 2023 UK	dolní končetiny	validita a reliabilita přenosné metody 3D skenování	3D skener VV	Metoda 3D skenování je spolehlivou a validní metodou pro kvantifikaci objemu nohou.
Houwen et al. 2023 Holandsko	objekty a končetiny	vývoj a testování zařízení, které měří souvislý profil průřezových ploch objektů	přístroj Peracutus Aqua Meth (PAM)	PAM určuje objem přesně, spolehlivě a objektivně. Segmentální měření objemu lidských končetin je možné.
Nascimben et al. 2023 Itálie	horní končetiny	práce porovnávala rutinní klinické metody a digitální metody na zdravých subjektech	3D laserové skeny (koncept kubické teselace), VV páskové měřidlo – metoda kužele	Algoritmus teselace lze považovat za digitální ekvivalent metody VV pro volumetrii ruky.
Scaliusi et al. 2023 Španělsko	dolní končetiny	testování mobilního bioimpedančního přístroje	BIS	Byla představena alternativní metoda kalibrace BIS, která umožňuje odhad objemu končetiny.

BIS – bioimpedanční spektroskopie, DEAP – dielektrické elektroaktivní polymerní senzory, ICG – Indocyanine Green, SGM – stereofotogrammetrie, VV – vodní volumetrie

 

 

V souladu se zjištěními studie Devoogdt et al. (4) je metoda osmiček spolehlivá, platná a časově efektivní alternativou k metodě výtlaku vody u pacientů s lymfedémem nohy a kotníku.

Nepřímou metodou měření objemu končetiny je měření pomocí metody „kužele“ (frustum sign model). Končetinu je možné si představit jako kužel. Pro měření se pak používá jen spodní a horní část kuželu a vzdálenost mezi těmito dvěma obvody. Poté se provádí výpočet objemu. Tato metoda se používá především v případech, kdy měřená končetina není dostatečně pružná. Měření je rychlé a snadné, ale jeho přesnost je nízká (3) a výsledky významně závisí na zkušenostech personálu (9).

Další metodou pro výpočet objemu končetiny je rozdělení na disky o určité výšce (10–40 mm podle měřené oblasti), tzv. diskový model. Postup měření je stejný jako v předchozím modelu a celkový objem se rovná součtu objemů jednotlivých disků. Tato metoda má stejné výhody a účely použití jako model „kužele“, ale je o něco přesnější, nicméně vyžaduje více času (9). Vodní volumetrie (vodní pletysmografie) je měření objemu vytlačené vody poté, kdy je končetina vnořená do naplněné nádoby. K tomuto měření se používá akrylový obdélníkový box, který má výtok v horní části jedné z kratších stran. Kvádr se naplní vodou po dolní okraj výtoku, poté se do boxu vloží končetina a změří se množství vytlačené vody v mililitrech. Množství vytlačené vody se rovná objemu končetiny. Toto měření funguje na základě Archimédova zákona. Metoda je často používána ve výzkumných šetřeních pro svou jednoduchost a vysokou přesnost. Její hlavní nevýhodou je, že vyžaduje dobrou ohebnost měřené končetiny, neporušenou integritu kůže (11), svislou polohu končetiny, dobré motorické funkce pacienta (třes končetiny výrazně ovlivňuje výsledek), je časově velmi náročná (3), a proto v klinickém prostředí obtížně použitelná.

Novinkou je měření pomocí přístroje Peracutus Aqua Meth (PAM). PAM byl poprvé představen ve studii Wolfs et al. (26). PAM se skládá ze zásobní nádrže a válcové měřicí jednotky. Akumulační nádrž je vybavena dvěma kapacitními hladinovými spínači a teplotním čidlem. Končetina je umístěna vertikálně ve válci naplněném vodou. Měření se provádí čerpáním vody do válce konstantním průtokem. Rychlost stoupání vody tak závisí na ploše průřezu končetiny v libovolné výšce. Tímto způsobem se získá profil ploch průřezu po celé délce končetiny a lze snadno odvodit objem libovolné zvolené části končetiny. Použitá technologie se vyznačuje vysokou rychlostí měření. Měření je provedeno za méně než 2 minuty a poskytuje okamžitý výsledek. Obsluha přístroje pomocí běžného počítače umožňuje jednoduché sledování a ovládání měřící jednotky. Naměřená data se automaticky ukládají, zpracovávají a vyhodnocují. Výsledkem je grafické zobrazení plochy průřezu v každé poloze končetiny. PAM je historicky prvním přístrojem, který umožňuje lokální měření objemu, což nabízí lékaři cenné diagnostické informace (www.peracutus.com).

Perometr je optoelektronický systém využívající infračervené paprsky k určení obvodu a objemu končetiny pomocí paralelně umístěných řad světelných diod a fotosenzorů ve tvaru čtvercového rámu. Infračervené světlo osvicuje snímanou končetinu ze dvou na sebe kolmých směrů a nezacloněné paprsky dopadají na protilehlé senzory rámu. Zařízení tak změří dvě na sebe kolmé vzdálenosti krajních bodů končetiny v každém řezu podél měřeného rozsahu končetiny v rámu. Perometr vykazuje dobrou validitu a spolehlivost, ale ve srovnání s jinými metodami je provoz velkého stroje nákladný (14).

Moderní metodou měření objemu otoků končetin je bioimpedanční spektroskopie (BIS). BIS je neinvazivní a levná technologie, která dokáže v těle pacienta v klinickém prostředí přesně změřit celkový objem vody a objem extracelulární a intracelulární tekutiny. Tyto údaje mohou zdravotnickým pracovníkům pomoci při včasné detekci, hodnocení a intervenci chronických onemocnění. BIS je metoda používaná např. k měření obsahu tekutin v končetinách určením elektrického odporu tkáně při použití malého, nízkofrekvenčního proudu procházejícího tělem. Elektrický odpor tkání vůči proudu, neboli impedance, odráží objem extracelulární tekutiny. Přístroj je schopen odhadnout poměr tukové a svalové tkáně na základě jejich odlišného obsahu vody. Scaliusi et al. (21) představují pilotní testování přístroje VOLUM, což je nositelné zařízení pro monitorování pacientů s akutním srdečním selháním v reálném čase. Jde o přístroj připevněný nad kotníkem pacienta, který obsahuje bioimpedanční testovací obvod. Systém čtyř elektrod je bezdrátově připojený k chytrému telefonu pacienta, který je tak nepřetržitě pod dohledem lékařského týmu. Qin et al. (18) však uvádí, že BIS přináší příliš vysokou míru falešně negativních výsledků, aby bylo možné jej spolehlivě použít jako diagnostickou modalitu pro lymfedém. Dle této studie ICG lymfografie zůstává nejspolehlivějším nástrojem pro diagnostiku lymfedému.

V posledním desetiletí jsou testovány při měření objemu otoků především moderní trojrozměrné zobrazovací techniky.

Stereofotogrammetrie využívá k zachycení 3D modelu končetiny sadu kamer. Z obrázků se určují objemy na základě konkrétních umístění orientačních bodů. Ve studiích Hameeteman et al. (5) a Verhulst et al. (25) je 3D obraz ruky a předloktí vytvořen z 15 různých 2D obrazů (ke snímání využili 15 kamer), které jsou automaticky zkombinovány tak, aby vznikl virtuální 3D model. Na trojrozměrném zobrazování je založený i přístroj Heartfelt 1, popsaný ve studii Chausiaux et al. (8). Jde o patentovanou 3D kameru nastavenou na měření dolní končetiny a chodidla. Metoda je rychlá, bezkontaktní a vhodná pro klinické prostředí. Protože tento přístup je založen na metodách počítačového vidění, je možné automaticky rozpoznat a shromažďovat příslušné údaje o otoku v domácím prostředí pacienta a odesílat je přímo monitorovací zdravotní službě.

Laserové skenery využívají světlo k zachycení trojrozměrných obrázků končetiny. 3D skenování zahrnuje osvětlení objektu a následnou detekci odrazu. Např. Oezel et al. (18) uvádí, že v jejich výzkumu byl použit skener s rychlostí sběru dat 2 mil. bodů/s, s rozlišením 0,5 mm a přesností 0,1 mm. Prováděli až šestnáct 3D snímků za sekundu pomocí tří kamer. Všechny snímky a informace o textuře byly integrovány do softwaru, sloučeny dohromady v reálném čase, čímž vznikl barevný texturovaný 3D sken. Každé skenování v jejich studii trvalo přibližně 3,8 (SD ±2) minuty. Technologie 3D laserového skenování se pro výzkum otoků stále vyvíjí. Je nutné nejprve vyřešit problémy, které brání rutinnímu klinickému použití, než budou tato zařízení využívána široce pro hodnocení otoků. Je potřebné potvrdit, že 3D laserové skenery nabízejí lepší přesnost měření oproti běžně používaným klinickým metodám. Při skenování je nutné zajistit nehybnost končetiny, aby měření nebyla zkreslena, byla provedena rychle a s minimálními náklady (2).

 

ZÁVĚR

Měření objemů končetin pomocí rutinních metod (vodní volumetrie, páskové měření, perometr) není snadné. Dokonce i za optimálních podmínek jsou měření značně závislá na pozorovateli.

Během posledních desetiletí jsou kladeny vysoké nároky na metody měření objemu otoků končetin. Preferovány jsou možnosti mobilních způsobů nepřetržitého měření objemu končetin s přenosem dat přímo k rukám lékaře. Technologický pokrok přináší nové možnosti. Integrace umělé inteligence může být využita pro zvýšení přesnosti a efektivity volumetrických měření. Mobilní volumetrická zařízení propojená s chytrými telefony mohou pomoci sledovat vývoj stavu otoků v domácím prostředí pacienta a usnadnit vzdálené monitorování ze strany zdravotnických zařízení a umožnit sběr dat v reálném čase. V praxi stále chybí snadná, objektivní a spolehlivá metoda měření objemu otoků (6).

Příspěvek byl podpořen z projektu. Výzkum započal projektem Trio MPO (2016–2020) s názvem „SeniorTex“, dále fakultním projektem „Telemetrické měření otoku“ a pokračuje jako součást projektu NPO: Nové směry v elektronice pro průmysl 4.0 a medicínu 4.0, č. projektu: TN02000067, název: „Senzory a systémy pro Healthcare“.

Konflikt zájmů: žádný.