background image

10

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2010

DIAGNOSTYKA

S

taw kolanowy to jeden z największych 
stawów w ustroju człowieka. Jednocze-

śnie jest narażony na uszkodzenia urazowe 
i podatny na wystąpienie różnego rodzaju 
schorzeń. Do często występujących obrażeń 
stawu kolanowego można zaliczyć uszko-
dzenie więzadeł krzyżowych przednich, 
które może być skutkiem urazu lub choroby 
zwyrodnieniowej. Urazy stawu kolanowego 
dotyczą głównie ludzi młodych. Choroba 
zwyrodnieniowa u ludzi starszych powodu-
je bóle, wysięk w jamie stawu i osłabienie 
siły mięśni uda. W konsekwencji może 
prowadzić do konieczności wymiany sta-
wu kolana na staw sztuczny. Każdy uraz 
stawu kolanowego i jego unieruchomienie 
mogą spowodować zanik masy mięśnio-
wej w obrębie mięśnia czworogłowego, 
osłabienie napięcia i zaburzenie korelacji 
nerwowo-mięśniowej. Zanik i osłabienie 
tego mięśnia oraz wypełnienie się górnego 
zachyłka płynem wysiękowym to najczęst-
sze przyczyny utraty możliwości czynnego 
wyprostu.

Leczenie powstałych schorzeń stawu 

kolanowego może odbywać się na drodze 
operacyjnej lub zachowawczej, jednak 
o końcowym wyniku leczenia decyduje 
właściwie przeprowadzona rehabilitacja 
lecznicza. Celem rehabilitacji pooperacyj-
nej jest odzyskanie przez pacjenta prawi-
dłowej ruchomości stawu kolanowego, 
prawidłowej siły mięśniowej i koordynacji 
ruchowej, a także prawidłowej funkcji 
kończyny oraz odzyskanie wiary w jej 
sprawność. Powrót chorego po urazie 
kolana do poprzedniej aktywności ży-
ciowej może być możliwy w przypadku 
uzyskania przez niego normalnego zakresu 
ruchomości, prawidłowej wydolności 
mięśniowej oraz pełnej wydolności sta-
wu kolanowego. Aby ocenić skuteczność 
rehabilitacji ruchowej chorych po urazie 

Staw kolanowy jest jednym ze stawów najbardziej narażonych na urazy i podatnych na wystąpienie różnego rodzaju 
schorzeń. Leczenie powstałych dysfunkcji może się odbywać różnymi drogami, ale kluczową kwestią jest prawidłowe 
zdiagnozowanie schorzenia, w czym niebagatelną rolę odgrywają nowoczesne techniki pomiarowe.

Diagnostyka kolana

dla potrzeb rehabilitacji ruchowej

kolana, wykorzystuje się szereg obiektyw-
nych metod pomiarowych.

Tensometria

Do pomiarów tensometrycznych wyko-
rzystuje się fotel do ćwiczeń oporowych 
kończyn typu UPR, który składa się z na-
stępujących części:
• fotel tapicerowany,
• urządzenie rehabilitacyjno-pomiarowe,
• urządzenia rehabilitacyjne,
• momentomierz elektroniczny,
• program komputerowy.

Dane techniczne urządzenia UPR to:

•  wysokość fotela: 125 cm,
•  długość po rozłożeniu: 185 cm,
•  masa: 60 kg,
•  zakres regulacji przesuwu oparcia: 

0-15 cm,

•  zakres regulacji podparć bocznych: 

0-15 cm,

•  zakres pochylenia podparcia: 0-15°,
•  zakres pomiarowy przetwornika mo-

mentu siły (dopuszczalny błąd – 2%): 
0-500 N,

•  zakres regulacji kąta tarcz podziałowych: 

0-90°,

•  rozdzielczość kąta: co 15°.

Główną częścią urządzenia rehabilitacyj-

no-pomiarowego UPR jest tensometryczny 
przetwornik momentu siły zabudowany 
w obudowie stalowej znajdującej się w wał-
ku. Z jednej strony wałka znajduje się tarcza 
z podziałką kątową, a z drugiej – gniazdo 
do podłączenia przewodu elektrycznego 
momentomierza. Na końcu wałka na stałe 
umocowana jest dźwignia oporowa służąca 
do pomiarów i ćwiczeń wolnych z obciąż-
nikami. Momentomierz elektroniczny 
służy do współpracy z przetwornikiem 
tensometrycznym i mierzy maksymalną 
wartość momentu siły otrzymanego 
w czasie pomiaru. Można go podłączyć 

do komputera i dzięki odpowiedniemu 
oprzyrządowaniu odczytywać wyniki 
na monitorze w układzie współrzędnych 
prostokątnych.

Dane techniczne momentomierza to:

•  zakres pomiarowy: 0-500 Nm,
•  dokładność pomiaru: 5%,
•  czas pojedynczego pomiaru: ok. 10 s,
•  zakres temperatury pracy: 10-40°C.

Komputerowa karta pomiarowa APD-

 -UC 10/2 z oprogramowaniem „Moment” 
umożliwia pełną diagnostykę stawów 
i mięśni kończyn, programowanie oraz 
kontrolę cyklu rehabilitacyjnego. Minimalne 
wymagania sprzętowe: procesor Pentium 
100 MHz, RAM 8 MB, HDD 15 MB, karta 
graficzna VGA 640 400, wolny slot ISA 
na płycie głównej, wolny port o adresie 
300. Ważnym elementem urządzenia jest 
program komputerowy, który tworzy własną 
bazę danych, ponadto istnieje możliwość 
obróbki wyników przy wykorzystaniu 
arkusza kalkulacyjnego Microsoft Excel. 
Program przeznaczony jest do współpracy 
z kartą pomiarową i ze względu na rodzaj 
działania można go podzielić na dwie ściśle 
ze sobą współpracujące części. Jedna z nich 
obejmuje swoim zakresem obsługę bazy 
danych, druga umożliwia bezpośrednią 
współpracę z kartą pomiarową. Urządzenie 
rehabilitacyjno-pomiarowe można wykorzy-
stać do diagnostyki stawów obwodowych 
kończyn i mięśni okołostawowych oraz 
rehabilitacji pourazowej stawów i odbu-
dowy siły statycznej i dynamicznej mięśni 
okołostawowych. Posiada ono dwa tryby 
pracy – diagnostyczny i rehabilitacyjny. 
Diagnostyka umożliwia pomiar momen-
tów siły oraz wyznaczenie maksymalnego 
obciążenia dla poszczególnych mięśni. 
Wyniki pomiarów są monitorowane i za-
pamiętywane.

Goniometryczny test wahadła

Goniometryczny test wahadła służy do oce-
ny ruchu wahadłowego mechanicznego 
układu jednoprzegubowego w wybranej 
płaszczyźnie. Pozwala na wyznaczenie 
czasowej funkcji zmiany kąta  zawartego 
pomiędzy ramionami przegubu oraz obli-
czenie charakterystycznych parametrów 

Streszczenie
W pracy omówiono nowoczesne metody 
obiektywnej, nieinwazyjnej diagnostyki 
stanu kolana dla potrzeb usprawniania 
ruchowego. Przedstawiono podstawy 
teoretyczne badań tensometrycznych, 

termowizyjnych oraz z wykorzystaniem 
elektromiografii mięśniowej. Artykuł 
wzbogacono o opis zastosowania gonio-
metrycznego testu wahadła.
Słowa kluczowe: staw kolanowy, dia-
gnostyka.

background image

11 

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2010

DIAGNOSTYKA

ruchu, takich jak: liczba wahań, czas 
wahań, okres i współczynnik tłumienia. 
Test wahadła jest badaniem obiektywnym 
przy ocenie wpływu różnego rodzajów 
napięć mięśniowych i ich zmian na ru-
chomość kończyn w niektórych stawach. 
Zakres i swobodę ruchu kończyn oraz 
stan napięć mięśniowych charakteryzuje 
się za pomocą wskaźników dających się 
obliczyć dzięki analizie funkcji zmiany 
kąta w czasie  = f(t). Ponieważ funkcja 
ta opisuje drganie tłumione, do wspomnia-
nych wskaźników należą:
•  logarytmiczny dekrement tłumienia 

() – definiowany tu jako logarytm na-
turalny ze stosunku drugiej i czwartej 
amplitudy lokalnej,

•  współczynnik tłumienia () – definio-

wany tu jako stosunek  i T,

•  liczba cykli (n),
•  całkowity czas wahań (t),
•  okres wahań (T).

Liczba i czas wahań określają swobodę 

ruchu, a okres i parametry tłumienia – 
zakres ruchomości. Goniometryczny test 
wahadła składa się z urządzenia peryfe-
ryjnego współpracującego z komputerem 
typu IBM PC oraz oprogramowania. 
W skład urządzenia peryferyjnego wchodzą 
cyrkiel goniometryczny i układ interfejsu 
– przetwornika do współpracy z kompu-
terem. Cyrkiel goniometryczny składa się 

z dwóch cienkich metalowych ramion 
połączonych ze sobą przegubowo. Jedno 
z ramion (nieruchome) może być zamonto-
wane w specjalnym gnieździe mocującym, 
umożliwiającym zmianę kąta ustawienia 
i długość ramienia, lub też w uchwycie 
łuski przylegającej do uda. Ramię ruchome 
może być prowadzone w tulejce moco-
wanej na podudziu lub w uchwycie łuski 
przylegającej do podudzia. Ruch cyrkla 
w przegubie przenoszony jest na minia-
turowy optoelektryczny przetwornik typu 
C3A 27-4096 GE 01, który konstrukcyjnie 
stanowi z cyrklem całość. Położenie wałka 
przetwornika odczytywane jest za pomocą 
układu optycznego i tarczy kodowej, które 
pozwalają (z rozdzielczością 12 bitów 
na obrót) na zakodowanie położenia kąto-
wego wałka w zakresie od 0 do 360 stopni, 
z dokładnością do 0,088 stopnia. Sygnał 
podawany jest do interfejsu. Opracowana 
wersja programu pozwala na odczytanie 
100 położeń ruchomego cyrkla goniome-
trycznego w ciągu 1 sekundy i zapisanie 
tych wartości w odpowiednim miejscu 
programu. W skład interfejsu wchodzą: 
układ mikroprocesora, zasilacz, kabel 
przetwornika oraz kabel RS 232 interfejsu 
(do komputera). Układ interfejsu zapew-
nia poprawną współpracę przetwornika 
pomiarowego z komputerem typu IBM 
PC, ochronę badanej osoby przez zastoso-

wanie bariery galwanicznej oraz zasilanie 
układów elektronicznych stabilizowanym 
napięciem +5 V.

Badaną osobę umieszcza się na spe-

cjalnym fotelu pomiarowym. Cyrkiel 
goniometryczny urządzenia peryferyjnego 
mocuje się do badanej kończyny dolnej 
tak, że jedno z jego ramion (wsparte 
na statywie lub łusce) jest równoległe 
do osi uda, drugie zaś – do podudzia. Prze-
gub z przetwornikiem optoelektrycznym 
umieszcza się na wysokości szpary stawo-
wej stawu kolanowego. Osobie badanej 
poleca się rozluźnić mięśnie tak, jak tylko 
to możliwe, a następnie zgina się biernie 
badaną kończynę w stawie kolanowym. 
Kończyna waha się swobodnie wokół 
osi przechodzącej przez staw kolanowy, 
a przetwornik pomiarowy odczytuje funk-
cję zmiany kąta zawartego między osią 
uda a podudzia od czasu  = f(t). Pomiar 
powtarza się w odstępach 30-sekundowych, 
pięciokrotnie dla każdej kończyny dolnej. 
Wszystkie dane pomiarowe zostają zapi-
sane w pamięci komputera z częstością 
100 wartości na sekundę. Zastosowanie 
techniki informatycznej w procesie po-
miaru goniometrycznego, oceniającego 
wybrane parametry biomechaniczne 
układu narządów ruchu, pozwala na ze-
branie dużej liczby danych pomiarowych 
w bardzo krótkim czasie, zapisanie ich 

background image

12

REHABILITACJA W PRAKTYCE 1/2010

DIAGNOSTYKA

w pamięci operacyjnej oraz zewnętrznej 
trwałej, przetwarzanie danych i wyliczenie 
szeregu biomechanicznych parametrów 
ruchu. Równocześnie następuje takie 
przetwarzanie danych, by graficznie przed-
stawić interesującą nas funkcję, wyliczyć 
wartości średnie ważnych parametrów 
i zapisać niezbędne wartości otrzymanych 
parametrów. Po porównaniu otrzymanych 
wyników pomiarowych z wprowadzo-
nym uprzednio do pamięci i wcześniej 
opracowanym, klinicznym wzorcem 
charakteryzującym stany patologiczne 
program pozwala na podzielenie chorych 
na odpowiednie grupy rehabilitacyjne, 
znakomicie wspomagając diagnozę i uła-
twiając podjęcie decyzji w stosowanym 
programie usprawniania chorych.

Termowizja

Do oceny stanu zapalnego w obrębie kolana 
można wykorzystać kamerę termowizyjną 
Mobir M3, współpracującą z programem 
komputerowym Guide IrAnalyser V1.4.

Dane techniczne kamery to: detektor nie-

chłodzony, mikrobolometryczny (160 x 120 
pikseli); pole widzenia: 25° x 19°, obiektyw 
standardowy; opcjonalne teleobiektywy 
40 mm (8° x 6°) i 80 mm (4° x 3°); zakres 
pomiarowy: od 20°C do +250°C, dokład-
ność: ±2°C lub ±2% wartości mierzonej; 
współczynnik emisyjności: programowalny 
w zakresie od 0,01 do 0,99 (z krokiem 
co 0,01); automatyczna korekcja bazująca 
na danych użytkownika o współczynniku 
odbicia, temperaturze otoczenia, wilgotno-
ści, odległości, optyce; rozdzielczość ter-
miczna: 120 mK przy 30°C; zakres widmo-
wy: 8-14 μm; wyświetlacz LCD 2,2" x 1,2", 
kolorowy; zoom 2 x interpolowany; tem-
peratura pracy: od -20°C do +60°C.

Aparat funkcjonuje w oparciu o rejestra-

cję promieniowania elektromagnetycznego, 
tj. podczerwonego (IR), emitowanego przez 
każdą materię o temperaturze wyższej 
od zera bezwzględnego (-273,15°C = 0 K). 
Promieniowanie elektromagnetyczne 
emitowane w wyniku ruchu drgającego 
i obrotowego atomów i molekuł materii, 
przy zmianach ich stanu energetyczne-
go, jest rejestrowane oraz przetwarzane 
na obraz wizualizowany na monitorze 
w postaci światła widzialnego. Promie-
niowanie to nazywane jest ze względu 
na długość fali (770-15000 nm) promie-
niowaniem podczerwonym, a ze względu 
na właściwości – promieniowaniem ciepl-
nym (termicznym). Należy uwzględnić, 
że powierzchnia ciała ludzkiego podlega 
stałym wahaniom temperatury, zależnym 
od wymiany pomiędzy nim a otoczeniem. 
Rozkład ciepła na powierzchni ciała 
ludzkiego zależy również od temperatury 
wewnętrznej narządów, przewodnictwa 
cieplnego tkanki mięśniowej i tłuszczowej 
oraz emisyjności skóry, którą ustalono 
na 0,9 (stała emisyjność skóry), zgodnie 

z prawem Stefana-Boltzmana. Ludzkie ciało 
emituje szerokie spektrum promieniowania 
podczerwonego – pomiędzy 3 μm a 50 μm. 
Ogromną wartością tej techniki jest moż-
liwość obserwacji pól zjawisk w postaci 
powierzchniowych rozkładów tempera-
tury (izotermy), co pozwala na szybką 
i ilościową ocenę kompleksowych proce-
sów zachodzących w badanej strukturze. 
Pomiary w podczerwieni są bezstykowe 
(bezkontaktowe) i w związku z tym w pełni 
aseptyczne. Analizę komputerową uzy-
skanych obrazów termowizyjnych można 
przeprowadzić za pomocą programu 
komputerowego umożliwiającego archi-
wizację, przegląd i analizę danych oraz 
tworzenie raportów w edytorze tekstów. 
Wykonanie prawidłowych termogramów 
wymaga zwrócenia szczególnej uwagi 
na zapewnienie odpowiednich warunków 
celem uzyskania powtarzalności badań. 
Pomieszczenie powinno być przewietrzone 
(brak przeciągów powietrza), a temperatura 
utrzymana w przedziale 22-24°C. Wszyst-
kie zewnętrzne źródła ciepła (grzejniki, 
oświetlenie) należy odseparować. Osoby 
oczekujące na rejestrację obrazu termicz-
nego powinny przebywać w identycznych 
warunkach (to samo pomieszczenie). 
Należy pamiętać, że okolica ciała poddana 
badaniu musi być pozbawiona odzieży, 
skóra natomiast dokładnie oczyszczona. 
W trakcie rejestracji reakcji termicznej 
badanej osoby kamera termowizyjna 
rzutuje prostopadle do badanego ciała 
z odległości około 1 m.

Elektromiografia

Do obiektywizacji stanu napięcia mię-
śniowego (mięśni stawu kolanowego, np. 
czworogłowego uda) można wykorzystać 
elektromiograf NeuroTracTM ETS wraz 
z oprogramowaniem komputerowym o tej 
samej nazwie.

Dane techniczne aparatu: zakres EMG: 

0,2-2000 mV RMS; czułość 0,1 mV RMS; 
dokładność: 4% wartości odczytu 
±0,3 mV przy 200 Hz; filtry szerokiego 
pasma: 18 Hz ±4 Hz do 370 Hz ±10% dla 
odczytów poniżej 235 μV, filtry wąskiego 
pasma: 100 Hz ±5% do 370 Hz ±10%; filtr 
sieciowy: 50 Hz – 33 dbs (0,1-procentowa 
dokładność); dwukanałowe, indywi-
dualnie izolowane obwody; natężenie: 
0-80 mA (wskazywane).

Badanie ma na celu określenie napię-

cia spoczynkowego mięśnia za pomocą 
dwukanałowego, powierzchniowego 
EMG. Pomiar polega na rejestracji różnicy 
potencjałów bioelektrycznych pocho-
dzenia mięśniowego. Można zastosować 
samoprzylepne elektrody (o wymiarach 
50 mm x 50 mm) z żelem hipoalergicznym, 
bez konieczności dodatkowego mocowa-
nia ich paskami. Przed aplikacją elektrod 
zaleca się przemyć skórę czystą wodą. 
W trybie EMG istnieje ryzyko pojawienia 

się interferencji elektromagnetycznych. 
Zasilacze niektórych notebooków mogą 
powodować zakłócenia w odczycie para-
metrów EMG. Aby uniknąć interferencji, 
nie należy stosować aparatu w pobliżu 
włączonego telefonu komórkowego lub 
innych urządzeń radiowych generujących 
impulsy. Należy upewnić się, że przewód 
zasilający komputera biegnie najdalej, jak 
to możliwe, od przewodów elektrod pod-
łączonych do badanego. W czasie badania 
aparat powinien znajdować się jak najbliżej 
osoby badanej (tzw. „pole pacjenta”), np. 
na jej ciele, w kieszeni lub na pasku. Jest 
również wskazane, aby przewody elektrod 
znajdowały się jak najbliżej ciała, a nie 
zwisały bezwładnie w powietrzu. Jeżeli 
odczyt napięcia oscyluje wokół znacznie 
wyższych wartości, należy spróbować 
odłączyć zasilacz laptopa, gdyż może być 
on przyczyną interferencji. Aby badanie 
było wartościowe i powtarzalne, a wyniki 
badań porównywalne i miarodajne, należy 
zagwarantować bezpieczne, komfortowe, 
identyczne warunki badań. W przypadku 
pomiaru EMG warto stosować pozycje 
umożliwiające skuteczną relaksację, 
zgodnie z zasadami biomechaniki. Uczest-
ników warto poinformować, że badanie 
jest całkowicie bezbolesne i bezpieczne, 
co ułatwia współpracę, zmniejsza napięcie 
stresowe mięśni i pozwala na odnotowanie 
bardziej wiarygodnych wyników. Zapis 
średniego napięcia spoczynkowego mięśni 
(ang. average work), określonego poprzez 
średnią arytmetyczną wartości napięcia 
w mikrowoltach [μV] dla całego okresu 
pomiaru, nie uwzględnia artefaktów i nie-
pożądanych ruchów badanego (jeżeli takie 
wystąpią, należy powtórzyć pomiar). Uwagi 
praktyczne dotyczą sprawdzenia przewo-
dów pod kątem prawidłowości połączeń 
lub ewentualnych uszkodzeń oraz jakości 
podłączenia przewodu z włókna optycz-
nego pomiędzy aparatem a komputerem. 
Ponadto skóra musi być przemyta wodą 
i, jeśli trzeba, ogolona. 

J

AKUB

 T

ARADAJ

Katedra i Zakład Biofizyki Lekarskiej 

Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach

Zakład Biomechaniki i Fizjologii Klinicznej 

Akademii Wychowania Fizycznego w Katowicach

Przychodnia Limf-Med w Chorzowie

Piśmiennictwo
1.  Błaszczak E., Franek A., Klimczak J., Taradaj J.: 

Wczesne wyniki usprawniania chorych po re-
konstrukcji więzadła krzyżowego przedniego 
metodą artroskopową i otwartą
. „Pol. Merk. 
Lek.”, 2004, 16, (96): 551-556.

2. Błaszczak E., Franek A., Taradaj J., Widu-

chowski J., Klimczak J.: Assessment of the 
efficacy and safety of low frequency, low 
intensity magnetic fields in patients after 
knee endoprosthesis plasty. Part 2: a clini-
cal study.
 „Bioelectromagnetics”, 2009, 30, 
(2):152-158.


Document Outline