Vyhodnocení okamžité polohy očí, hlavy, končetin a těla v klinické praxi

Katedra biomedicínské techniky, nám. Sítná 3105, Kladno, 272 01

Doc. Ing. Jiří Hozman, Ph.D., hozman@fbmi.cvut.cz, tel:312 608 276, 224 358 433

Název týmu/projektu

Vyhodnocování okamžité polohy očí, hlavy a těla a souvisejících parametrů v neurologii

Kdo jsme?

doc. Ing. Jiří Hozman, Ph.D., Ing. Patrik Kutílek, M.Sc. Ph.D., Ing. Zoltán Szabó, Ph.D., Mgr. Radim Krupička, Ing. Jaroslav Charfreitag, Ing. Martin Čapek, Ph.D.

Jakým výzkumem se zabýváme

V současné době je samozřejmě nabízeno mnoho systémů pro hodnocení polohy očí a těla, nicméně jejich širšímu nasazení brání velmi značná finanční náročnost. Systémy vyvinuté na ČVUT jsou přesným opakem a snaží se využít techniku, která je dnes běžná i v každodenním životě. A právě přizpůsobení starších, ale i nových zařízení potřebám lékařů, jejich náhrada novými, ale i návrh a konstrukce zcela nových specializovaných zařízení je značnou aktivitou týmu, jenž je charakterizován značným počtem studentů, na Fakultě biomedicínského inženýrství ČVUT. Výčet těchto aktivit je velmi široký nicméně v tomto přehledu je pozornost soustředěna na tři významné aplikace a to z oblasti hodnocení okamžité polohy hlavy, kraniokorpografie a vyhodnocování pohybu ruky u pacientů s Parkinsonovou chorobou.

K čemu to je?

V současné době je hodnocení polohy, pohybu jednotlivých částí či celého těla velmi rozšířenou činností. Můžeme se setkat s takovými běžnými aplikacemi jako je hodnocení správné chůze a postavení těla, působení léčebného či rehabilitačního procesu v souvislosti s úrazem či nemocí a to v interním lékařství, profesním lékařství, sportovním lékařství, očním lékařství, v ORL a v neurologii. Značné uplatnění mají pak jednotlivé metody právě v neurologii a to zejména proto, že z hlediska anatomie a fyziologie existuje u člověka relativně složitý systém pro řízení rovnováhy, který sestává ze tří subsystémů a to vestibulárního systému, vizuálního a též somatosenzorického. V klinické neurologii se proto setkáváme s vyšetřovacími metodami právě z oblasti hodnocení polohy a pohybu očí, hlavy a těla. Pokud se ohlédneme několik desítek let zpět, tak lze vysledovat, že pro realizaci výše uvedených metod bylo využíváno jednoduchých pomůcek typu goniometr, systémů se zrcadly, fotografické techniky a televizní snímací techniky. V současné době jsou k dispozici komerční zařízení, která jsou jednak finančně velmi náročná a jednak jsou vyrobena pouze pro daný účel bez možnosti přizpůsobení dalším požadavkům lékařů. Hodnocení okamžité polohy hlavy jako nová vyvinutá metoda má pro lékaře především význam v tom, že naměřené hodnoty vypovídají o případných vztazích mezi polohou hlavy a jednotlivými onemocněními. Metoda a systém také lékařům umožňují sledování změn polohy hlavy v průběhu léčby některých z výše uvedených, ale i dalších, chorob. Systém digitální kraniokorpografie vyvinutý na ČVUT je schopen hodnotit všechny potřebné parametry, umožňuje analýzu v čase mezi jednotlivými polohami a umožňuje též srovnání záznamů mezi sebou. Kromě toho systém umožňuje výpočet parametrů a zobrazení grafů testů prostorové paměti (testu integrace dráhy a testu chůze do hvězdy) a též export dat a uložení do databáze. Optoelektrická analýza pohybu ruky u pacientů s Parkinsonovou chorobou - naší snahou a cílem je především analýza transportní funkce ruky, definice a registrace abnormity u pacientů s pohybovými poruchami neurologického původu a nalezení parametrů, které odlišují fyziologický a patofyziologický pohyb. Metoda by měla pomoci lékaři s určením účinnosti podaných medikamentů, které mají zlepšit motoriku pacienta.

Na čem konkrétně pracujeme

  • Pupilometrie a kraniokorpografie - návrh a realizace zařízení pro pupilometrii, experimentální ověření činnosti doplňkových modulů pro vyšetření ve stoje v rámci CCG, zavedení metodiky pro hodnocení prostorové, pohybové paměti pacientů v rámci CCG, implementace a experimentální ověření kalibračních postupů pro jednotlivé problematiky
  • Systém pro měření okamžité polohy hlavy založený na analytickém výpočtu úhlů vyhodnocovaných pomocí dvou proti sobě umístěných fotoaparátů, s uplatněním korekce nesouososti - návrh a realizace zařízení pro snímání a vyhodnocení statických digitálních snímků při měření polohy hlavy za předpokladu korekce nesouososti proti sobě umístěných fotoaparátů
  • Měření a analýza pohybu u neurologických pacientů - předzpracování a segmentace a zpracování videozáznamů pro detekci pasivních značek pro měření a analýzu pohybu u neurologických pacientů a pro měření a analýzu pohybu horních končetin u neurologických pacientů

Kdo financuje náš výzkum

Vědecko-výzkumný záměr VZ MSM68407700 Transdiciplinární výzkum v oblasti biomedicínského inženýrtsví II.

S kým spolupracujeme

  • Neurologická klinika dospělých, 2. LF UK a FN v Motole, Praha
  • Neurologická klinika FNsP u sv. Anny v Brně
  • Dětská oftalmologie - Centrum pro funkční poruchy vidění, Nemocnice Litomyšl

Vybrané publikace

  • Charfreitag, J. - Hozman, J. - Černý, R. Měření polohy očí a hlavy v neurologii. In: Lékař a technika. 2008, roč. 38, č. 4, s. 77-81. ISSN 0301-5491.
  • Hozman, J. - Kutílek, P. - Szabó, Z. - Krupička, R. - Jiřina, M. - et al. Digital Wireless Craniocorpography with Sidelong Scanning by TV Fisheye Camera. IFMBE Proceedings [CD-ROM]. Berlin: Springer, 2008, vol. 1, p. 102-105. ISBN 978-3-540-89207-6.
  • Krupička, R. - Janda, P. - Szabó, Z. - Jiřina, M. Evaluation of Periodic Hand Motion in Parkinson´s Disease In: Lékař a technika. 2008, vol. 38, no. 2, p. 130-133. ISSN 0301-5491.
  • Krupička, R. - Szabó, Z. - Janda, P. Parametric Representation of Hand Movement in Parkinson's Disease In: IFMBE Proceedings [CD-ROM]. Berlin: Springer, 2008, p. 1-4. ISBN 978-3-540-89207-6.
  • Szabó, Z. - Krupička, R. - Rozinek, O. Improved Marker Detection for Hand Movement Analysis in Parkinson's Disease. In: Analysis of Biomedical Signals and Images; Biosignal 2008 proceedings [CD-ROM]. Brno: VUTIUM Press, 2008, ISBN 978-80-214-3613-8.
  • Szabó, Z. - Krupička, R. - Rozinek, O. Technical Background of 3D Motion Analysis of Patients with Neurological Diseases In: IX. International Conference Symbiosis 2008. Gliwice: Silesian Technical University, 2008, p. 32-34.
  • Szabó, Z. - Rozinek, O. Color Calibration of Digital Images for Improvement of Movement Analysis. In: Lékař a technika. 2008, vol. 38, no. 2, p. 255-259. ISSN 0301-5491.
  • Charfreitag, J. - Hozman, J. - Černý, R. Specialized glasses - projection displays for neurology investigation. In: IFMBE Proceedings [CD-ROM]. Berlin: Springer, 2008, vol. 1, p. 97-101. ISBN 978-3-540-89207-6.
  • Janda, P. - Hozman, J. - Jiřina, M. - Szabó, Z. - Krupička, R. Contactless Head Posture Measurement. In: IFMBE Proceedings [CD-ROM]. Berlin: Springer, 2008, p. 1-4. ISBN 978-3-540-89207-6.
  • Janda, P. - Krupička, R. - Szabó, Z. - Hozman, J. Contact-less Measurement of Head Posture for Objectification and Quantification of CNS Disorders. In: Lékař a technika. 2008, vol. 38, no. 2, p. 112-114. ISSN 0301-5491.
  • Kutílek, P. - Hozman, J. Non-Contact and Non-Invasive Method for Measurement of Head Posture in Neurology. In: Cybernetic letters [online]. 2008, no. 7, Internet: http://www.cybletter.com/index.php?s=2008. ISSN 1802-3525.
  • Hozman, J. - Černý, R. Evaluation of Immediate Eye, Head and Body Position Particularly in Neurology. [Unpublished Lecture]. Department of Automatic Control and Systems, University of Split. 2007-10-24.
  • Černý, R. - Strohm, K. - Hozman, J. - Stoklasa, J. - Šturm, D. Head in Space - Non-invasive Measurement of Head Posture. In: 11th Danube Symposium 2006 - International Otorhinolaryngological Congress. Bologna, Italy: MEDIMOND, 2006, vol. VIII, p. 39-42. ISBN 88-7587-296-1.
  • Hozman, J. - Šturm, D. - Stoklasa, J. - Černý, R. Měření polohy hlavy v neurologické praxi. In: Lékař a technika. 2006, roč. 36, č. 1, s. 51-53. ISSN 0301-5491.
  • Szabó, Z. Two-Dimensional Cross-Correlation and Morphological Image Analysis Based Marker Detection. In: Analysis of Biomedical Signals and Images - Proceedings of Biosignal 2006. Brno: VUTIUM Press, 2006, p. 315-317. ISBN 80-214-3152-0.
  • Szabó, Z. - Štorková, B. Movement Analysis in Parkinson's Disease. In: Transactions on Engineering, Computing and Technology [online]. 2006, vol. 14, no. 8, p. 18-21. Internet: http://www.enformatika.org/data/. ISSN 1305-5313.