STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST SVALOVÉ DYSBALANCE A MOŽNOSTI JEJICH KOMPENZACE S POMOCÍ MICROSOFT KINECT

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 6 (Zdravotnictví)

SVALOVÉ DYSBALANCE A MOŽNOSTI JEJICH KOMPENZACE S POMOCÍ MICROSOFT KINECT

Autor:

Eva Jurášová

Škola:

Gymnázium Brno, třída Kpt. Jaroše

Kraj:

Jihomoravský

Brno 2016

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST Obor SOČ: 6 (Zdravotnictví)

SVALOVÉ DYSBALANCE A MOŽNOSTI JEJICH KOMPENZACE S POMOCÍ MICROSOFT KINECT

MUSCLE IMBALANCES AND THE POSSIBILITIES OF THEIR COMPENSATION WITH THE USE OF MICROSOFT KINECT

Autor:

Eva Jurášová

Škola:

Gymnázium Brno, třída Kpt. Jaroše

Kraj:

Jihomoravský

Konzultant:

RNDr. Iva Kubištová, Ph.D.

Brno 2016

Prohlášení Prohlašuji, že svou práci na téma Svalové dysbalance jsem vypracovala samostatně pod vedením RNDr. Ivy Kubištové, Ph.D. a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Dále prohlašuji, že tištěná i elektronická verze práce SOČ jsou shodné a nemám závažný důvod proti zpřístupňování této práce v souladu se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a změně některých zákonů (autorský zákon) v platném změní.

V Brně dne 12. 2. 2016

Podpis

Poděkování Tímto bych ráda poděkovala vedoucí mé práce RNDr. Ivě Kubištové, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a připomínky při zpracování této práce a svému otci Romanovi Jurášovi za rady, zkušenosti a odbornou pomoc.

Abstract The work deals with muscle imbalance, the symptom found in numerous diseases and disorders, most of which fall into the category being referred to as “tied to civilization”. The theoretical part deals with causes and categorization of muscle imbalance and with the ways of its remedy. It further focuses upon the specific possibilities of Microsoft Kinect natural interface sensor as an aid for compensatory exercise for remedy of muscle imbalance and finally, in the practical part a computer program exhibiting these possibilities is developed. Keywords Muscle imbalance, motion system disorders, crossed syndrome, Kinect in rehabilitation

Abstrakt Práce se zabývá svalovými dysbalancemi, které jsou průvodním jevem mnohých chorob, obzvláště těch, které označujeme jako „civilizační“. V teoretické části se zabývá jejich příčinami, jejich kategorizací a způsoby jejich odstranění. V dalším se zaměřuje na konkrétní možnosti využití počítačového senzorického rozhraní Microsoft Kinect jako pomůcky pro kompenzační cvičení pro odstranění svalových dysbalancí a v praktické části je vytvořen program ilustrující takovéto využití.

Klíčová slova Svalové dysbalance, poruchy pohybového aparátu, zkřížený syndrom, Kinect v rehabilitaci

Úvod a cíl práce

7

Obsah 1

2

Úvod a cíl práce 1.1

Úvod.......................................................................................................................................... 9

1.2

Cíl ............................................................................................................................................ 10

Poruchy pohybového aparátu

Funkční poruchy pohybového aparátu .................................................................... 12

2.2

Svalový systém .................................................................................................................. 13

2.2.1

Svaly posturální ...................................................................................................... 14

2.2.2

Svaly fázické ............................................................................................................. 14

Svalové dysbalance .......................................................................................................... 15

2.3.1

Horní zkřížený syndrom...................................................................................... 16

2.3.2

Dolní zkřížený syndrom ...................................................................................... 17

2.4

Poruchy kloubní pohyblivosti ..................................................................................... 18

2.4.1

Hypomobilita ........................................................................................................... 19

2.4.2

Hypermobilita.......................................................................................................... 19

2.5

Pohybové stereotypy (pohybové vzorce) ............................................................... 20

2.5.1

4

12

2.1

2.3

3

9

Poruchy pohybového stereotypu ..................................................................... 20

2.6

Posturální stereotypy ..................................................................................................... 21

2.7

Oslabení pohybového aparátu .................................................................................... 23

Kompenzační cvičení

24

3.1

Zásady provedení vyrovnávacích cvičení ............................................................... 24

3.2

Uvolňovací cvičení ........................................................................................................... 25

3.3

Protahovací cvičení.......................................................................................................... 25

3.4

Posilovací cvičení ............................................................................................................. 26

3.5

Zásady cvičení .................................................................................................................... 26

Kinect

27

4.1

Technická stránka Kinectu v1 ..................................................................................... 27

4.2

Kinect v rehabilitaci......................................................................................................... 30

Úvod a cíl práce

5

Praktická část

8

33

5.1

Prostředky použité pro vytvoření aplikace............................................................ 33

5.2

Funkčnost aplikace .......................................................................................................... 33

5.3

Zaznamenané cviky ......................................................................................................... 35

6

Diskuze

36

7

Závěr

37

8

Literatura

39

9

Seznam obrázků

41

Přílohy

43

Úvod a cíl práce

9

1 Úvod a cíl práce 1.1

Úvod

Narodila jsem se koncem 20. století. Většinu svého života prožiji ve století 21. Z hlediska historického se jedná o období, kdy za krátký čas, zhruba se datující od průmyslové revoluce, došlo k určitě největším změnám v životním stylu lidské rasy. Lidské tělo, jehož vlastnosti byly po celou svou dlouhou evoluci formovány životem v přírodě, každodenní chůzí, během a fyzickou aktivitou spojenou s mnohdy velice těžkou fyzickou prací, je v dnešní době vystaveno životu v kancelářích, v autech, školních lavicích. Nejrůznější studie hovoří o tom, jak lidstvo tloustne. Vyrojily se dříve neznámé civilizační choroby. Další studie hovoří o tom, že každý třetí člověk v ČR má problém s alergiemi a prognózy říkají, že v nejbližších letech to bude každý druhý. Stále více dětí trpí různými problémy pohybového aparátu, nejčastější jsou různé problémy se zády. Zmíněné problémy se dotýkají celého lidstva, ale i mě osobně a mé rodiny. Co proti tomu dělat? Jak se má člověk chovat, aby zůstal zdravý i přes ony ohromné změny životního stylu, které se udály? Proč jsme tolik nemocní i přes to, že jsme již zvládli letět na měsíc i ovládnout sílu atomu? Tyto otázky si kladou lékaři i obyčejní lidé po celém světě. Ukazuje se, že příčin je více, vliv má bezesporu znečištění životního prostředí, cestování zjednodušilo přenos nemocí, zvýšení koncentrace lidí ve velkých městech nás vystavilo mnohem většímu množství bakterií než dříve. Stále více se ale ukazuje, že velkým problémem je právě změna životního stylu. Jednou z věcí, které tempo růstu naší civilizace předběhlo, je rychlost možností našeho těla reagovat na změny pohybového životního vzorce. Změna životního stylu vede k tomu, že naše svaly jsou v běžném životě zatěžovány jinak, než jak tomu bylo po tisíciletí obvyklé. Tento základní rozpor vede k tomu, že některé svaly jsou příliš slabé, jiné příliš silné. Oslabují se hluboké břišní svaly, zádové svaly, svalstvo držící páteř se vychyluje, oslabuje, natahuje či naopak zkracuje. Zatímco svaly jsou schopné velmi rychle se přizpůsobit novému stavu, ostatní části lidského těla toho nejsou schopny. Změny ve svalovém aparátu vedou k postupnému zkracování šlach a dokonce i ke změnám postavení vnitřních orgánů. Mozek, který tento “rozhašený” svalový aparát řídí, potom často vydává pokyny, jaké by vydával pro správně naladěný svalový aparát, výsledkem jsou nejrůznější bolesti pramenící z toho, že svalstvo není schopno správně provádět tyto pokyny, špatnou souhrou svalstva dochází k nefyziologickým tlakům na klouby ve-

Úvod a cíl práce

10

doucí až k jejich dislokaci, k posunům plotének, postupným změnám na páteři a dalším komplikacím. Přirozené toky tělních tekutin jsou blokovány, nedochází ke správnému čištění všech částí organismu, hromadění odpadních látek způsobuje postupné zamoření organismu, člověk začíná pociťovat bolesti celého těla, únavu, nastupují migrény. Tělo čelící takovýmto problémům je potom velice náchylné ke zraněním. Po zkušenostech, které při zranění získá, mozek koriguje své další příkazy, což ale často vede k prohloubení „rozhašení“ celého svalového aparátu. I v případě, kdy nedojde přímo ke zranění, mozek pomalu přizpůsobuje své pokyny onomu rozhašenému aparátu, a tudíž celé tělo začíná dělat nejrůznější pohyby jinak, než by je dělalo v případě ideálně naladěného svalového aparátu. Tyto nesprávné pohybové návyky se neustálým opakováním utvrzují a tím se prohlubuje rozhašení, pro které se používá vědecký termín „svalové dysbalance”. Když lékař diagnostikuje svalové dysbalance, je zapotřebí tyto dysbalance odstranit. To se v případě menších dysbalancí dělá tak, že lékař napíše pacientovi několik cvičení s rehabilitačními sestrami. V případě větších dysbalancí lékaři pacienta vybaví nejrůznějšími rehabilitačními pomůckami (od dnes populárního tejpování, přes ortézy až po korzety). Úspěšné odstranění všech typů dysbalancí je ale náročné. Svalové dysbalance vznikaly postupně, pomalu a skrytě výše uvedeným postupem a stejně tak jejich odstranění musí proběhnout postupně, ale tentokrát ne skrytě, ale na základě cílevědomého procesu zpětného přeprogramování špatných pohybových návyků na návyky správné, tedy ty původní, které nám dala příroda do vínku při našem zrození. Je tedy zapotřebí pevné vůle, spolupráce a zodpovědnosti pacienta a správného dodržování všech procedur a postupů.

1.2

Cíl

Cílem této práce je najít si a nastudovat z literatury problematiku svalových dysbalancí, pochopit základní fungování svalového aparátu a identifikovat nejčastější svalové dysbalance. Dlouhé hraní či práce u osobního počítače je jednou z příčin vzniku svalových dysbalancí. Mohl by ale stejný nepřítel, tedy osobní počítač posloužit naopak k tomu, aby s jeho pomocí byly běžní lidé schopni řešit své problémy s pohybovým aparátem, případně odhalit své problémy již v začátcích? Zdá se, že je to možné. V posledních letech se totiž v herních konzolích objevila rozhraní ovládaná pohybem lidského těla (Natural User Interface). Notoričtí hráči již nemusejí pouze v sedě klikat myší a bušit zběsile do klávesnice, ale mohou hrát

Úvod a cíl práce

11

i hry, ve kterých imitují pohyby při lyžování, surfování, boj s mečem, běhání, skákání, … V práci se zaměřím na rozhraní Kinect firmy Microsoft, která v těchto rozhraních patří k předním firmám. Pro Kinect jsou již vyvíjeny různými firmami aplikace z oblasti rehabilitace a sportovního tréninku. Provedu průzkum trhu, vyzkouším a popíši funkčnost některých aplikací a jejich případnou využitelnost pro náš účel. Nastuduji možnosti rozhraní Microsoft Kinect a navrhnu filosofii programu pro diagnostiku a prevenci svalových dysbalancí využívající tohoto počítačového rozhraní. Proveditelnost odzkouším na jednoduchém prototypu programu.


12

2 Poruchy pohybového aparátu Dělení poruch pohybového systému:  

2.1

funkční poruchy, které mohou, v případě, že přílišné zatížení bude přetrvávat, vyústit v poruchu strukturální; strukturální poruchy, které se většinou projeví, až pokud dojde ke změně funkce. (Dobešová, 2011)

Funkční poruchy pohybového aparátu

Mezi funkční poruchy pohybového aparátu jsou řazeny především poruchy funkce svalů, kloubů a nervů zapříčiněné chybnou řídící funkcí. Jedná se tedy o poruchy, u kterých není důvodem projevu onemocnění strukturální příčina. (Beránková, Grmela, Kopřivová, & Sebera, 2012) Funkční poruchy se podle Beránkové, Grmely, Kopřivové a Sebery (2012) nejvíce projevují ve třech úrovních, které se vzájemně prolínají:  v oblasti funkce svalů – svalové dysbalance  v oblasti centrální regulace – poruchy pohybových stereotypů  v oblasti funkce kloubů – omezení kloubní pohyblivosti nebo hypermobilita Funkční poruchy jsou způsobeny více faktory. Jako nejčastěji uváděné příčiny nežádoucích funkčních změn svalového systému uvádí Stackeová (2012) „nedostatek pohybu (hypokinézu) a jednostrannou tělesnou zátěž“. Kolektiv autorů Beránková, Grmela, Kopřivová, & Sebera (2012) přidává k příčinám těchto poruch i „psychické napětí“. Následkem jednostranného zatěžování vznikají nadměrně silné a zkrácené skupiny nebo naopak oslabené svalové skupiny. „Typickým projevem svalové dysbalance jsou chybné hybné stereotypy a horní (cervikobrachiální) a dolní (lumboischiadický) zkřížený syndrom“. (Bursová, 2005) Funkční poruchy se často projevují bolestí v částech těla, které mají nějakou souvislost, přímou či nepřímou, s konkrétní dysbalancí. Citovaní autoři se shodují na tom, že téměř většina bolestí zad je vertebrogenních, způsobena poruchou v oblasti páteře. Nejčastější bolesti zad se vyskytují v oblasti krční a bederní páteře, které jsou z mechanického hlediska nejvíce namáhány. Jsou to místa, kde přechází pohyblivější část páteře v méně pohyblivou, např. přechod z krční páteře na hrudní nebo z bederní na oblast křížovou. (Stackeová, 2012) Funkční porucha je nejrozšířenější formou onemocnění pohybového aparátu. Lewit (2003) upozorňuje na význam funkčních poruch v dětském věku. Poukazuje


13

hlavně na problém bolesti hlavy u dětí, která byla dlouho pokládána především za psychogenní. Později bylo zjištěno, že její skutečnou příčinou je anteflexní držení hlavy (dlouhodobý předklon hlavy) nad školními lavicemi.

2.2

Svalový systém

Lidské tělo má tři druhy svalů:  svaly hladké – ve vnitřních orgánech, nejsou připojeny ke kostem, neovladatelné vůlí  svalstvo kosterní – nejobjemnější druh svalstva připojený ke kostem, ovladatelný naší vůlí  srdeční sval – specifický duh svaloviny, pracuje celý život V lidském těle se nachází přes 600 svalů, které neustále pracují a na celkové hmotnosti člověka se podílejí přibližně z poloviny. Téměř všechny svaly jsou párové. Výkonnými orgány aktivní složky pohybového aparátu jsou kosterní svaly, které mají za úkol zajistit každý pohyb těla. Kosterní svalstvo řídí a kontroluje somatická složka nervové soustavy, tj. mozek, mícha a z nich vycházející mozkové a míšní nervy. Jejich fungování se projevuje svalovou činností. Charakteristická vlastnost svalového vlákna je kontraktilita (schopnost zkrácením generovat sílu a pohyb). Základní klidové napětí ve svalu je označováno jako tonus. Svaly vykonávají pohyb v kloubech, přičemž jeden pohyb je zajištěn více svaly. Svaly nepracují izolovaně, ale ve funkčních řetězcích. (Beránková, et al., 2012) Beránková (et al., 2012) rozlišuje svalové skupiny podle vztahu k určitému pohybu:  svaly hlavní, agonisté, působí ve směru pohybu jako iniciátoři  svaly pomocné, synergisté, samy nejsou schopny provést pohyb, ale napomáhají mu, částečně mohou nahradit hlavní svaly, spolupracují s agonisty  svaly s opačnou funkcí, antagonisté, vykonávají opačný pohyb, leží na protilehlých stranách kloubu  svaly fixační, pohyb přímo nevykonávají, stabilizují kost nebo celou část těla, fixují vhodnou polohu pro vykonání pohybu  svaly neutralizační, neutralizují nepotřebné vnější síly, eliminují nežádoucí souhyby hlavního svalu do druhého směru pohybu Beránková (et al., 2012) dělí svaly podle funkce na posturální (tonické, pomalé) a fázické (rychlé). Většinu kosterních svalů lze zařadit do jedné či druhé ze zmíněných skupin, neplatí to však stoprocentně. Vždy nelze jednoznačně určit, které svaly budeme považovat za posturální a které za fázické. Je zapotřebí vnímat každého člověka


14

jako individuum a také brát na vědomí jeho aktuální stav a nesmíme zapomenout ani na měnící se funkci svalů v průběhu biologického vývoje. Svalstvo s převážně posturální funkcí je nutno protahovat a svaly převážně s fázickou funkcí bychom měli spíše posilovat. Každý kosterní sval obsahuje oba druhy vláken a u zdravého jedince je vzájemný vztah vyvážený. Oba systémy se neustále udržují v součinnosti svalovou rovnováhou, kterou ovládá centrální řídící mechanismus pomocí dynamických pohybových stereotypů. Když dojde k porušení rovnováhy jednostranným zatěžováním, vzniká svalová dysbalance, která se špatným pohybovým stereotypem stále zhoršuje. „Přítomnost svalových dysbalancí jde ruku v ruce s tzv. vadným držením těla se všemi jeho dopady“. (Stackeová, 2012) 2.2.1

Svaly posturální

Hlavní funkce je zajištění vzpřímeného těla. Unavují se pomalu, jsou silné, vytrvalé a rychle regenerují. Pracují neustále – staticky, v klidu a v pohybu. Mají sklon ke „zkrácení, zbytnění až ke ztuhnutí, proto je nutné tyto svaly preventivně uvolňovat a cíleně protahovat“. (Bursová, 2005) Zkrácené svaly nebolí, ale snižují rozsah pohybu. V důsledku nedostatku kompenzačních cvičení dochází k jejich zkracování. Stackeová (2012) shrnuje, že svaly s převážně posturální funkcí „jsou fylogeneticky starší, mají nižší práh dráždivosti, lepší cévní zásobení, vyšší odolnost vůči škodlivým vlivům a lepší regenerační schopnosti“. Mezi vyrovnávací cvičení patří i relaxační a strečinková cvičení. Někdy se aktivují i v nežádoucích situacích a označujeme je jako hyperaktivita nebo hypertonie. K hyperaktivitě dochází, v případě, že se zapojují do pohybu, i když to není jejich práce. Naopak k hypertonii dochází, když inklinují k nadměrnému zvyšování klidového napětí. (Jarkovská H. a M., 2005) 2.2.2

Svaly fázické

Hlavní funkce je vykonávat pohyb. Oproti posturálním svalům je jich jen polovina. Unaví se rychle, vývojově jsou mladší, mají horší cévní zásobení a pomalu regenerují. Nepracují, pokud je k tomu nedonutíme. Z nedostatku pohybu slábnou a ochabují, snižuje se jejich svalové napětí. „Fázické svaly mají sklon k oslabení, proto je musíme posilovat s důrazem na pohybovou přesnost“. (Jarkovská H. a M., 2005) Charakteristickým nežádoucím projevem svalů fyzických je hypoaktivita a hypotonie. O hypoaktivitě mluvíme v případě, že svaly ochabují a příliš se nezapojují do pohybových programů a o hypotonii, když inklinují k velkému snižování klidového napětí. (Helena a Markéta Jarkovská, 2005)


2.3

15

Svalové dysbalance

Jak už bylo dříve řečeno, svalová nerovnováha vzniká z důvodu hypokineze, nevhodného jednostranného zatěžování bez následných kompenzačních cvičení nebo přetěžováním svalových struktur. Statický charakter zátěže přetěžuje svaly posturální, u kterých poté nastává zkrácení. V důsledku nedostačující všestranné pohybové aktivity dochází ke snížení svalové síly svalů s převážně fázickou funkcí. (Beránková, et al., 2012) Svalovou nerovnováhu můžeme definovat jako hlavní důsledek jednostranného zatěžování, kdy vznikají nadměrně silné, zkrácené svalové skupiny a skupiny oslabené. (Kabelíková, 1997) V případě, že je mezi svaly agonistickými a antagonistickými zajištěna rovnováha, svaly jsou schopné spolupracovat při ovládání určité části těla. Umožňují tak „dokonalou souhru svalových skupin (pohybovou koordinaci) i u nejsložitějších pohybů“. (Bursová, 2005). Pokud dlouhodobě dochází k nadměrnému nebo nedostatečnému zatížení svalů, fyziologická rovnováha je narušena ve prospěch systému s převážně posturální funkcí. Tato dysbalance se následně negativně projevuje změnami svalového tonu a může vyústit až ke změně strukturální. Zkrácený posturální sval působí tlumivě na oslabený fázický sval. Funkci oslabených svalů přebírají svaly zkrácené a nerovnováha se dále prohlubuje, uvádí Beránková, et al. (2012). Dle Beránkové, et al. (2012) rozlišujeme 2 typy svalových dysbalancí:  lokální – v určité svalové jednotce  systémovou – přetížením svalového aparátu se svalstvo zapojuje do pohybu jinak a dochází k narušení svalové koordinace Bursová (2005) uvádí jako prioritní příčiny svalové dysbalance hypokinézu s nadměrným sezením, nepřesné posilování a nevhodnou volbu cviků, která může přispět k nekoordinovanému provedení pohybu. Svalová dysbalance se zároveň projeví nesprávným zapojením svalových skupin při pohybové i pracovní činnosti (např. nadměrné zapojení bederních svalů při běhu nebo horní část trapézového svalu při práci u počítače). Mezi další vlivy, které výrazně ovlivňují pohybový systém člověka, patří pracovní poloha, poloha těla při spánku, sezení a chůze. Dalším negativním dopadem svalové dysbalance může být zvýšené riziko sportovních úrazů a neefektivní trénink s neadekvátním výkonem. Typickým projevem svalové dysbalance jsou chybné hybné stereotypy a mezi nejčastější problém, který má skoro každý, patří horní (cervikobrachiální) a dolní (lumboischiadický) zkřížený syndrom (HZS, DZS). Podle Dostálové (2013) příčiny, vedoucí ke vzniku svalových dysbalance 1. malá aktivita, hypokinéza, nedostatečné zatěžování


16

2. přetížení, resp. chronické přetěžování nad hranici danou kvalitou svalu 3. asymetrické zatěžování bez dostatečné kompenzace 4. čtvrtý faktor z oblasti psychické ještě uvádí Riegerová (1997) – napětí, nesoustředěnost a negativní emoce „S prvním a čtvrtým faktorem se lze setkat u převážně většiny populace. Druhý a třetí se velmi často vyskytuje u sportovců.“ (Dostálové, 2013) Stackeová (2012) uvádí výčet nejzávažnějších krátkodobých i dlouhodobých následků svalové dysbalance a doporučený postup při jejich nápravě.

       

Následky svalové dysbalance nefyziologické zatížení kloubů kloubní nestabilita provázená zvýšeným rizikem úrazu kloubní blokády přetížení úponových šlach a vazů narušení vzorců pohybových stereotypů a následné zhoršení pohybové koordinace vadné držení těla bolestivost segmentů dlouhodobě – rychlejší rozvoj degenerativních kloubních změn

    

2.3.1

Doporučený postup při nápravě svalových dysbalance prioritně protáhnout zkrácené svaly až poté začít posilovat svaly oslabené důsledně fixovat změněné svalové poměry v konkrétních pohybech nebo pohybových vzorech zaměřit se na koordinační a rovnovážná cvičení postupem času navyšovat intenzitu cvičení pro udržení správně vykonaného pohybového vzorce i při intenzivní zátěži Horní zkřížený syndrom

Horní zkřížený syndrom je svalová dysbalance v oblasti šíje a pletence ramenního. Často dochází ke zkrácení horní části. Kulatá záda, předsunuté držení ramen, krku i hlavy nastává v důsledku zvýšeného napětí prsních svalů. Kromě typických substitučních změn základních pohybových stereotypů dochází i ke změně dýchací motoriky. Je narušen dýchací stereotyp a dochází k horšímu rozpínaní plic, jedinec musí dýchat povrchněji a rychleji. (Dostálová, 2013)


17

„Horní zkřížený syndrom je oslabení skupiny dolních fixátorů lopatky a hlubokých flexorů krku a zkrácení prsních svalů, horních fixátorů lopatky, kyvače hlavy a krátkých extensorů šíje. Dochází ke zvýšenému napětí.“ V důsledku toho dochází k zvýšenému napětí v oblasti šíje, k předsunuté poloze hlavy a ramen, prohloubení krční lordózy a hrudní kyfózy.(Stackeová, 2012)

Obr. 1 Svalová dysbalance v rámci horního zkříženého syndromu (is.muni.cz, 2012)

2.3.2

Dolní zkřížený syndrom

Pánevní neboli distální (dolní) zkřížený syndrom nazývá Janda (1982) svalovou dysbalancí, ke které dochází v oblasti pánve. Jedná se o zkrácení flexorů kyčelního kloubu a lumbosakrálních segmentů vzpřimovačů trupu. Mezi utlumené a oslabené svaly patří svalstvo gluteální, které má zásadní význam pro držení těla. Další oslabenou složkou jsou také břišní svaly, nejčastější příčina bederní hyperlordózy. Pro její vznik je však zapotřebí nerovnováha všech čtyřech vyjmenovaných skupin. Dochází ke změně statických poměrů zvýšené anteverzi pánve (tedy k mírnému přednímu pánevnímu sklonu), flekčnímu postavení v kyčelních kloubech a k již zmiňované zvýšené lordóze v lumbosakrálním přechodu. To následně způsobuje změnu rozložení tlaků na ky-


18

čelní klouby a na lumbosakrální segmenty. Mnohem důležitější je však změna dynamická, kdy „dochází k chybnému přebudování stereotypu kroku“. (Beránková, et al., 2012) Tato dysbalance vede ke změně statických a dynamických poměrů, které se projevují anteverzí pánve a zvýšenou lordózou v lumbosakrálních segmentech. U tohoto syndromu je narušen mechanismus odvíjení trupu při posazování z lehu a při narovnávání z předklonu. Při zkrácených flexorech kyčle je hyperlordóza sekundární, při oslabených svalech břišních je hyperlórdoza primární a velice dlouhá. (Janda, 1982)

Obr. 2 Svalová dysbalance v rámci dolního zkříženého syndromu (is.muni.cz, 2012)

2.4

Poruchy kloubní pohyblivosti

Řada faktorů ovlivňuje (např. vrozených i získaných) ovlivňuje celkovou kloubní pohyblivost. Každá změna ve funkci svalstva ovlivňuje funkci kloubního systému a naopak. Mezi nejčastější funkční poruchy kloubu patří hypomobilita –


19

omezená kloubní pohyblivost a hypermobilita – nadměrná kloubní pohyblivost. (Beránková, et al., 2012) 2.4.1

Hypomobilita

Je omezení kloubní pohyblivosti způsobující snížený rozsah pohybu v kloubu, který provází vyšší klidové napětí svalů. Za častou příčinu hypomobility kloubu je považováno zkrácení svalů na protilehlé straně kloubu. (Dostálová, 2013) Podle Beránkové, et al. (2012) při úsilí zvětšit rozsah pohybu narážíme na odpor, tzv. kloubní blokádu. 2.4.2

Hypermobilita

Stackeová (2012) uvádí, že hypermobilita je z terapeutického hlediska hůře ovlivnitelná než hypomobilita. Hypermobilita není stavem přechodným, proto se s ní musí pravidelně a dlouhodobě pracovat. Je potřeba provádět vhodné kompenzační cvičení. Nepatří k poruše, ke které dochází výlučně na podkladě svalů. Velmi často je způsobena genetikou. Jedná se o „vrozený stav pohybového aparátu, který spočívá v tom, že shledáme větší kloubní vůli a nižší klidové napětí kosterních svalů.“ (Beránková, et al., 2012) Při hypermobilitě dochází k nadměrné pohyblivosti kloubů končetin a trupu a umožňuje vykonat takový rozsah pohybu, který překračuje fyziologickou mez. (Dostálová, 2013) Beránková, et al. (2012) uvádí tři druhy hypermobility:  lokální – vyskytuje se v jednom segmentu a častou příčinou jejího vzniku je úraz či při nevhodném cvičení  generalizovaná – ke které především dochází při některých centrálních poruchách svalového tonu  konstituční – postihuje celý kloubní systém, ale nemusí být ve všech oblastech stejná ani symetrická, dochází ke zmenšení statické stability a častěji se vyskytuje u žen V některých případech může být i výhodná, například u některých sportů a zaměstnání. Většinou je však hlavním příčinou zdravotních problémů a bolestí, protože „se pojí se svalovou slabostí a snadnějším přetížením pohybového aparátu.“ (Beránková, et al., 2012)


2.5

20

Pohybové stereotypy (pohybové vzorce)

Aby se při konkrétním pohybu vytvořil určitý celek, je potřeba, aby se na každém pohybu podílela celá řada svalových skupin. Pro správné vykonání pohybu (koordinované, ekonomické, přesné, plynulé, rytmické), se musí v odpovídající časové souhře zapojit svalové skupiny, které se mají na pohybu mechanicky realizovat. (Bursová, 2005) „Pohybový stereotyp představuje dočasně neměnnou soustavu podmíněných a nepodmíněných reflexů vzniklou na podkladě stereotypně se opakujících podnětů.“ (Beránková, et al., 2012) Situace, které se stereotypně opakují a z kterých vyplývají pořád stejné informace či podněty, donutí neurony mozkových center navazovat mezi sebou pevnější spojení, z nichž se sestavují přesné programy – pohybové vzorce pro pohybové činnosti, které jsou souhrnně nazývány jako pohybové stereotypy. (Janda, 1982) Dle Beránkové, et al. (2012) rozdělujeme pohybové stereotypy prvního a druhého řádu:  stereotypy prvního řádu jsou dány anatomicky, představují základní pohybovou matrici, která je víceméně pro všechny jedince identická  stereotypy druhého řádu vznikají na základě vypracovávání funkčních spojení → individuální → velká pohybová variabilita Bursová (2005) považuje i nejsložitější sportovní výkony jako kombinace nejjednodušších pohybů (jako např. zanožení, unožení, předklon hlavy) v odborné literatuře jsou nazývány jako základní hybné stereotypy. 2.5.1

Poruchy pohybového stereotypu

Jedná se o poruchy svalové koordinace způsobené poruchou centrálního řízení. Patří mezi hlavní příznaky či příčiny funkčních kloubních poruch především vertebrogenních (bolesti zad a kříže, hlavy). (Beránková, et al., 2012) Kvalita pohybových stereotypů a stupeň jejich fixace jsou ovlivňovány řadou faktorů: (Bursová, 2005)  fyziologické předpoklady  vlastnosti centrálních složek pohybového aparátu  způsob, jak byly a jsou pohybové stereotypy vypracovány posilovány a korigovány  vlastnosti CNS (centrálního nervového systému)  vývojové stáří stereotypu


21

Nejčastější poruchy základních pohybových stereotypů: (Beránková, et al., 2012)  předklon a narovnání se z předklonu  otáčení trupu vsedě, otáčení hlavy a krku  nošení břemen, stoj na jedné noze, chůze  extenze kyčelního kloubu (přednožení)  abdukce v kyčelním kloubu (unožení)  flexe trupu z polohy vleže na zádech  abdukce v ramenním kloubu (upažení)  flexe krku z polohy vleže na zádech (předklon hlavy) Úpravu a fixaci základních pohybových stereotypů, lze podle Bursové (2005), úspěšně korigovat až mezi 5. – 6. rokem života (což je zároveň nejdůležitější doba pro úpravu). V tomto období už jedinec může úspěšně provádět pohyb vědomě a korigovat jeho kvalitu s použitím principu zpětné vazby. Děti, které mají méně než 5 let, provádí korekci pohybového projevu pouze s „procítěním a zažitím“. V důsledku funkčně nezralého CNS jeho vjemy neprochází mozkovou kůrou. Podle Jandy (1982), klesá schopnost přebudovávat stereotyp s rostoucím věkem.

2.6

Posturální stereotypy

Dle Bursové (2005) je individuálně optimální držení těla (často označované jako „správné“) hlavním předpokladem pro zapojení jednotlivých svalových skupin během pohybu. Nazýváme ho posturou. Postura (latinsky postava) je poloha, kterou tělo a jeho části zaujímají v klidu. To znamená, že posturální funkce zajišťuje vzpřímenou polohu těla. Výsledkem naší individuální posturální („držící“) funkce je vzpřímený stoj neboli vertikální labilní poloha. Tato funkce obstarává zaujímání a udržování vzpřímeného stoje v prostoru a umožňuje tak specifický lidský pohyb. Složka „držící“ je neodmyslitelnou součástí složky „pohybové“ a to při jakémkoli pohybu. Posturální stereotypy jsou jako pohybové propojeny už na úrovni CNS. Na kvalitu držení těla má vliv několik faktorů. Zejména vnější a vnitřní prostředí jedince, tělesné a duševní vlastnosti, aktuální psychický stav, tělesná stavba a stav svalstva. Mění se v průběhu vývoje jedince (není permanentní). „Je to dynamicky probíhající aktivní proces, který je umožněn složitou souhrou zejména posturálních svalů. Koordinační funkce NS, která řídí, reguluje a kontroluje činnost těchto svalových skupin, probíhá v podvědomí“. (Bursová, 2005) Z tohoto důvodu jsou případné změny či trvalá přestavba této funkce hodně obtížné, a proto se vyplatí věnovat pozornost správnému formování držení těla již v dětství. Ideální držení těla každého jedince je odlišné, jedná se tedy o velmi individuální záležitost, a proto nemůžeme a nejspíš ani nikdy nebudeme schopni stanovit stan-


22

dardní držení těla, které by bylo jediné možné pro všechny, existuje však jistá charakteristika, podle které je možné ideální držení těla hodnotit. (Bursová, 2005) Tlapák (1999) cituje tzv. ideální postoj dle Čermáka: • nohy volně u sebe, kolena a kyčle nenásilně nataženy • takové postavení pánve, aby se hmotnost trupu vycentrovala nad spojnici kyčelních kloubů • zakřivení páteře je fyziologické • ramena spuštěna dolů • lopatky leží na plocho u žeber a jsou přitaženy k páteři • oči udržují horizontální úhel pohledu pro udržení postavení hlavy • hlava je vzpřímená • brada svírá s osou těla pravý úhel Beránková, et al., (2012) k ideálnímu držení těla dodává, že špičky svírají úhel 30 stupňů a paty jsou od sebe daleko as na šířku chodidla a při popisu fyziologické postury se zaměřujeme hlavně na postavení hlavy, polohu pánve, postavení dolních končetin, klenbu nožní a celkové zakřivení páteře. K hodnocení držení těla se v praxi používají různé metody. Držení těla hodnotíme z roviny čelní, z boku a zezadu. Bursová (2005) upozorňuje na to, že v dětském věku a v dospívání je správné držení těla ukazatelem tzv. zdravotně orientované zdatnosti. Pokud držení těla neodpovídá fyziologickým parametrům, hovoříme o tzv. vadném držení těla. U dětí školního věku se vadné držení objevuje tak často, že se řadí k civilizačním nemocem. Jejich pohybová i nervová soustava naštěstí ještě není v této době zcela dotvořena, a proto je možné volním úsilím jejich stav korigovat. Hlavní příčinou je však především nezdravý životní styl způsobený nedostatečným pohybem a přílišným sezením. V případě, že se nebudeme zabývat řešením vadného držení těla již v rané fázi vývoje dítěte, mohlo by časem dojít ke změně z funkční poruchy na nenapravitelnou změnu strukturální. Když se člověk rozhodne pozměnit své držení těla, je zapotřebí, aby si vytvořil nové pohybové programy a učením si je uložil do paměti. Což bude vyžadovat dlouhodobou dřinu, při které si osvojí návyky pro správné držení těla a především začne vnímat své držení těla a poté se pokusí o případné korekce. Správné držení je tedy výsledkem nejen souhry svalového systému, ale také píle a pevné vůle. K zlepšení je tedy zapotřebí především disciplína, ale nesmíme zapomínat na obdržené instrukce, časté korigování a procvičování souhry svalového aparátu. Protože k funkčním poruchám dochází postupně, je proto velmi důležité je včas odhalit


23

a s využitím kompenzačním cvičení zamezit tomu, aby došlo ke změnám strukturálním (Beránková, et al., 2012)

2.7

Oslabení pohybového aparátu

Oslabení pohybového aparátu se v dnešní době vyskytují velmi často a to nejen u dětí a dospívajících, ale i u dospělých. Velkou část tvoří jedinci s chybnými pohybovými a posturálními stereotypy. Další skupinu tvoří jedinci s funkčními poruchami pohybového aparátu, které se projevují hlavně svalovými dysbalancemi. V důsledku svalové dysbalance dochází k nepříjemné bolesti v oblasti těla, která má přímou či nepřímou spojitost danou dysbalancí. (Beránková, et al., 2012)


24

3 Kompenzační cvičení Cílem vyrovnávacích cvičení je zlepšit funkční parametry a to například kloubní pohyblivost, sílu, nervosvalovou koordinaci a také eliminovat nežádoucí napětí svalů. (Beránková, et al., 2012) Jsou to především jednoduché cviky, přirozené pohyby nebo polohy cílené na konkrétní časti pohybového aparátu. S jejich pomocí se můžeme pokusit odstranit zkrácení a oslabení svalu, blokádu a ztuhnutí a také vadné držení těla či některé špatně prováděné pohyby v určité části těla. (http://specou.cz/files/OU_ZTV.pdf) K tomu, aby mělo vyrovnávací cvičení určitý fyziologický účinek, podle Beránkové, et al., (2012) musí být přesně zacíleno na danou oblast, provedeno stanoveným způsobem, který odpovídá charakteru poruchy a výběru vhodných cvičení uspořádaných do co nejlépe zvolených sestav. Dělení kompenzačních (vyrovnávacích) cvičení:  uvolňovací  protahovací  posilovací V takovémto pořadí by za sebou měla cvičení následovat. Nejdříve by měla být cvičení uvolňovací, která uvolňují klouby i svalové napětí, protože ztuhlé klouby i intenzivní tonus svalů jsou bariérou nejen při protahování, ale i při posilování. Teprve po uvolňovacím cvičení můžeme pokračovat protahováním zkrácených svalů. Teprve když jsou svaly protaženy a svalové křeče odstraněny, můžeme plynule navázat s cviky na posilování oslabených svalů. (http://specou.cz/files/ OU_ZTV.pdf)

3.1

Zásady provedení vyrovnávacích cvičení

Vybrané zásady dle Beránkové, et al. (2012) na základě praktických poznatků v oblasti fyziologie, kineziologie speciální fyziologie hybnosti pohybového aparátu a kineziologie. První zásada „Působením na periferní1 složky pohybového systému je prvotním záměrem působit i na složku centrální2, a tím přebudovat původní, špatné programy v nové, bezchybné“. Pouze přesným a správným cvičením je možné dosáhnout nápravy zafixovaných špatných návyků. Periferní cesta jde přes emoce - je jednodušší, lidé takto informace zpracovávají častěji, ale pokud svůj postoj změní, obvykle je tato změna pouze krátkodobého charakteru. 2 Centrální cesta zpracovává fakta - je tedy náročnější, protože přesvědčovaný člověk si dané informace a argumenty musí promyslet, pokud ale postoj změní, tato změna je dlouhodobá. 1


25

Druhá zásada Je zapotřebí cvičit pomalu, protože cvičení není příliš efektivní, pokud se nestačí plně zapojit řídící mechanismy. Při rychlých pohybech nedochází k účinným nápravám, zatímco zvolna prováděné pohyby napomáhají přetvářet nesprávné reflexní vazby do podoby správných pohybových stereotypů. Třetí zásada Kompenzační cvičení by měla na sebe navazovat, proto by měla probíhat v následujícím pořadí. V první řadě je zapotřebí uvolnit klouby a svaly, poté protáhnout zkrácené svaly a nakonec posílit oslabené svaly společně s nácvikem správných pohybových stereotypů. Další důležité zásady Cviky vybíráme na základě diagnostiky pohybového aparátu. Začínáme jednoduššími cviky a časem volíme složitější (příp. i s náčiním). Dodržujeme správné provedení výchozí pozice i následné provedení pohybu. Správně dýcháme (do bránice, vydechujeme při protažení/svalové kontrakci). Měníme cviky pro jednotlivé svalové skupiny. Nezapomínejme, že někdy méně znamená více.

3.2

Uvolňovací cvičení

Toto cvičení je vždy na určitou oblast. Zlepšují prokrvenost struktur, což znamená i prohřátí, způsobuje pozitivní vliv na mechanické vlastnosti pojiv. Pružnost, tlaková odolnost a tah chrupavek je vyšší. Kompenzační účinek mají pohyby prováděné všemi směry, tj. kolem všech pohybových os a dokonce i pohyby takové, které provádíme do krajních poloh, ale s minimálním svalovým úsilím. Jsou to pohyby spíše pasivní než aktivní. Vybíráme pohyby spíše pomalejší a dobře kontrolovatelné. (Beránková, et al., 2012) Cílem je uvolnění a rozcvičení ztuhlých a málo pohyblivých kloubů. Klouby se uvolňují krouživým pohybem, za použití gravitace a setrvačnosti. Po směru gravitace pohyb částečně zbrzdíme, aby nenastal prudký náraz na okraje kloubu při dosažení krajní polohy. V krajní poloze uvolníme okolní svalstvo. Pohyby provádíme pomalu a postupně, nesmí se jednat o pohyby švihové. (http://specou.cz/files/ OU_ZTV.pdf)

3.3

Protahovací cvičení

Protahovací cvičení slouží k obnově fyziologické délky svalů zkrácených a zachovat ji svalům, které mají ke zkracování sklon. Je však třeba přemoci pasivní odpor vycházející z napětí svalu. „Sval je možno bez poškození protáhnout až na 1,8 násobek


26

jeho základní klidové délky. Po protažení zůstává asi o 5 % delší a ke své původní délce se vrací až po určitém počtu hodin.“ (Beránková, et al., 2012) V protahovací poloze se zpravidla doporučuje vydržet až 30 sekund. Efekt tohoto protahování je zachován po dobu 24 hodin (nejvýše 48 hodin). Proto bychom měli toto cvičení opakovat nejpozději každý druhý den. Obnovení normální délky svalu nastane při správném postupu nejdříve po 3 až 4 týdnech. Zkráceny jsou hlavně vazivová složka svalu, svalový skelet i šlachy. Důležitou úlohou při provádění těchto cvičení je tlumit a oddálit reflexy, které vyvolávají obrannou kontrakci protahovaného svalu. (Beránková, et al., 2012)

3.4

Posilovací cvičení

Posilovací cvičení mají za úkol zvýšit funkční zdatnost svalů oslabených či svalů s tendencí k oslabení. Dosáhnout to lze jen aktivní činností – opakovanými kontrakcemi svalu, při kterých sval musí vlastní silou překonávat daný odpor. Výsledek se projeví zvýšením síly a zvětšení objemu oslabeného svalu. Také se zvýší klidové svalové napětí. Při pravidelném posilování dojde ke zlepšení vytrvalosti svalu, bude schopen pracovat delší dobu. (Beránková, et al., 2012)

3.5

Zásady cvičení

Cvičení musí být přizpůsobeno tak, aby odpovídalo možnostem a potřebám konkrétního jedince. Nejprve je potřebné zjistit stav pohybového aparátu. Najít svaly se sklonem ke zkrácení a k oslabení. Především je zapotřebí cvičit pomalu. Rychlé a kvapné cvičení ztrácí na účinku. Dále je u cvičení důležité nezadržovat dech a dýchat pravidelně a klidně. Vydechujeme při kontrakci, kdy svaly překonávají zátěž. Soustředit se na to co provádíme je velmi důležité, v opačném případě, tedy například lehce dochází ke zranění. (http://specou.cz/files/OU_ZTV.pdf)

Kinect

27

4 Kinect Kinect je herní zařízení od firmy Microsoft. Poprvé ho firma uvedla v roce 2009 pod názvem „Natal“. V roce 2010 zveřejnil vylepšený projekt s názvem Kinect. Slovo Kinect je inspirovaný anglickými slovy „kinetic“, což se dá přeložit jak být v pohybu a slovem „connect“, které znamená spojení. Jedno z možných překladů by tedy mohlo znít „pohyb spojený se zábavou“. (Crawford, 2010) V únoru 2012 uvedl Microsoft na trh verzi pro vývojáře pod názvem „Kinect for Windows“. Tato verze je téměř shodná s verzí pro herní konzoli XBOX 360, rozdíl je v tom, že Kinect for Windows se dá přímo napojit do počítače přes USB port (verze pro XBOX vyžaduje přikoupení speciálního adaptéru) a také v tom, že byly mírně upraveny parametry efektivní vzdálenosti. Microsoft rovněž vydal Kinect SDK, sadu vývojových prostředků pro vývojáře, umožňující psát programy pro platformy Windows i XBOX. Koncem roku 2013 uvedl Microsoft na trh herní konzoli XBOX One spolu s vylepšenou verzí Kinectu v2 (Version 2). V polovině roku 2014 následovala verze Kinect v2 for windows a nové SDK pro vývojáře. Verze pro Windows se přestala vyrábět v dubnu 2015, vývoj aplikací pro Windows je nadále možný přes verzi pro XBOX za použití adaptéru. Kinect v2 má mnohá vylepšení oproti verzi 1, například má full HD kameru, umožňuje sledovat pohyb až 6 lidí, má vylepšené rozpoznávání obličejů, rozpozná více bodů lidského těla při sledování lidské kostry (skeletal tracking). Principy práce jsou ovšem stejné jako u verze 1. Pro tuto práci máme dispozici Kinect for Windows v1, a proto se v dalším budeme zabývat pouze touto verzí. Programy a algoritmy vyvinuté pro v1 bude možno použít i pro Kinect v2.

4.1

Technická stránka Kinectu v1

Senzor Kinect v1 obsahuje:  Barevnou (RGB) kameru s rozlišením 640x480 bodů při 30 snímcích za sekundu (na obrázku níže označen jako Colour sensor)  Infračervený vysílač (IR emitter) a infračervený přijímač umožňující zjišťovat vzdálenost předmětů (IR depth sensor)  Mikrofonní pole složené ze čtyř mikrofonů, které umožňuje přesně stanovit polohu zdroje zvuku (Microphone Array)  Krokový motorek umožňující natáčet Kinect ve vertikálním směru (Tilt motor)  Tříosý akcelerometr umožňující stanovit aktuální polohu Kinectu

Kinect

28

(https://msdn.microsoft.com/en-us/library/jj131033.aspx)

Obr. 3 Schéma senzoru Microsoft Kinect (msdn.microsoft.com, 2012)

Údaje z těchto senzorů jsou posílány přes USB rozhraní do počítače. Microsoft poskytuje pro Kinect nejen podrobnou definici všech datových toků, ale vyvinul také soubor softwarových prostředků pro vývojáře s názvem Kinect SDK (software development kit). Kinect SDK poskytuje ucelený soubor funkcí pro přístup k datovým výstupům pro vysokoúrovňové programovací jazyky C++, C# a Visual Basic a programových modulů využívajících složitých matematických algoritmů. Programátor má tak již přímo k dispozici např. komponenty umožňující sledovat pohyb osob před senzorem, komponenty pro rozpoznání hlasových povelů, rozpoznávání obličeje, knihovnu umožňující rozpoznávat nejrůznější gesta rukou i komponenty pro vytváření 3D počítačových modelů scény, kterou Kinect snímá. Pro naše účely jsou nejdůležitější softwarové komponenty umožňující tzv. „skeletal tracking“, neboli sledování kostry, což je systém, který umožňuje rozpoznat kostru člověka v zorném poli Kinectu. Skeletal tracking definuje lidské tělo pomocí jednotlivých bodů umístěných v kloubních spojeních lidského těla a společně s analýzou údajů z hloubkového senzoru zjišťuje polohu těchto bodů a vykresluje čárové spoje mezi nimi. Tím vzniká schématický obraz lidského těla. (LaBelle, 2011)

Kinect

29

Obr. 4 Sledování kostry lidského těla (Skeleton tracking) (http://www.codeproject.com/KB/dotnet/KinectGettingStarted/8.png) Kinect v1 pracuje s 20 klouby, Kinect v2 pracuje s 26 klouby a rovněž po zkušenostech s verzí 1 byly i změněny referenční pozice některých kloubů.

Obr. 5 Vizualizace snímaných bodů systémem (http://www.cnblogs.com/TracePlus/p/4138615.html)

Microsoft

Kinect

Kinect

4.2

30

Kinect v rehabilitaci

Proces rehabilitace pacienta bývá zpravidla dlouhý a náročný na čas, jak pacienty tak i pro terapeuty. Tradiční proces rehabilitace vypadá takto: 1. Návštěva u odborného lékaře, většinou ortopeda 2. Definice rehabilitačního procesu – soupis nejrůznějších terapeutických metod, jako jsou specializovaná cvičení, elektroléčba, rebox, bemer a další 3. Disciplinovaná docházka pacienta na tyto procedury 4. Periodické návštěvy lékaře a monitoring pokroku rehabilitace 5. Kontrola po ukončení léčby a zhodnocení výsledku, případné další pokračování v léčbě Léčebná pracoviště se přirozeně snaží vyvíjet stále lepší a efektivnější metody, které by mohly zjednodušit, zkvalitnit, zpříjemnit a v neposlední řadě i zlevnit celý proces. Mnohá pracoviště po celém světě si všimla možností, která pro tento proces skýtají zařízení jako je Microsoft Kinect. Podobná senzorická zařízení mohou pomoci prakticky ve všech fázích procesu, od diagnostiky k léčbě. Zařízení Microsoft Kinect může díky svým 3D možnostem například sledovat rozsahy pohybů pacienta a správné provádění rehabilitačních cvičení. Ukázalo se, že pro vývoj systémů pro rehabilitaci s asistencí počítače je potřebné skloubit znalosti z různých oborů (hardware, software, rehabilitační lékařství). Proto se vývojem těchto aplikací zabývají většinou sdružení několika subjektů pracujících ve výše uvedených odvětvích. Níže uvádíme popis několika vybraných aplikací reprezentujících vývoj na tomto poli. Nike training Autor: Microsoft & Nike I když není tato aplikace určená pro rehabilitaci, ale pro fitness, přesto ji zde uvádíme, protože byla jednou z prvních aplikací pro Microsoft Kinect a svým způsobem ukázala jeho možnosti na poli interaktivního cvičení a byla zdrojem inspirace pro vývoj specializovaných rehabilitačních aplikací. Jak uvidíme z popisu níže, obsahuje tato aplikace mnohé prvky, které hodí i pro rehabilitační programy. Programem vás provází osobní trenér. Při prvním přihlášení do hry si hráč za pomoci osobního trenéra vytvoří svůj profil. Při procesu vytváření profilu absolvuje hráč jakýsi „vstupní pohovor“, kdy se ho trenér vyptá na nejrůznější údaje o jeho

Kinect

31

fyzickém stavu a program sám si pomocí senzoru Kinect přeměří nejrůznější údaje. Hráč si dále definuje své cíle a trenér ho podrobí vstupnímu fyzickému testu a na základě jeho výsledků stanoví zpravidla několikatýdenní cvičební proces. Po jeho absolvování je proveden závěrečný test, na kterém se vyhodnotí, jakého zlepšení hráč dosáhl a jak dobře splnil cíle, které si předsevzal. Pokud bychom namísto trenéra dosadili osobního terapeuta, namísto testu fitness měli specializované rehabilitační testy a cviky, tak by hra vlastně prováděla proces počítačem asistované rehabilitace. VirtualRehab Autor: Virtualware Group Jedná se o klinicky testovaný rehabilitační systém vyvíjený sdružením technologických firem specializujících se na vývoj hardwarových a softwarových řešení založených na komplexních interaktivních technologiích. Systém využívá technologii videoher a umožňuje monitorování průběžných výsledků rehabilitace u pacientů nacházejících se kdekoli na světě. Tento rehabilitační systém se používá na klinikách, v nemocnicích i přímo doma u pacienta. Používá se ke zlepšování stavu pacientů trpících nejrůznějšími poruchami pohybového ústrojí, např. pacientů trpících neuro-degenerativními chorobami (roztroušená skleróza, Parkinsonova choroba, Alzheimerova choroba…), neuromuskulárními problémy (myopatie, amyotrofie…), pacientů po nejrůznějších traumatických stavech (infarkt, poškození mozku…) i pro specializovaná kondiční cvičení pro starší osoby. Systém je již nasazen v rutinním provozu na mnoha zdravotnických zařízeních po celém světě. Systém šetří náklady, protože pacienti nemusejí docházet na rehabilitační pracoviště kvůli každému cvičení. Díky spojení přes internet mají lékaři dokonalý přehled o všem, co pacientovi doporučili i o tom, zda a s jakými výsledky pacient cvičení provádí. Pacienti jsou zase spokojení s tím, že nemusejí absolvovat zdlouhavé přesuny na rehabilitaci ani si nemusí pracně pamatovat, jaké cviky mají provádět, stačí, když si zapnou počítač a spustí aplikaci, která je interaktivně provede celým cvičením. (http://virtualwaregroup.com/) Podobné aplikace vyvíjejí firmy na celém světě, např. http://www.jintronix.com/, http://reflexionhealth.com/. U nás se podobnou problematikou např. zabývá skupina vývojářů sdružená kolem webu www.3dsense.cz, kteří vyvíjejí motivační hry pro rehabilitaci ve spojení s rehabilitačním centrem Kladruby. (http://nit.felk.cvut.cz/drupal/projects/motivacni-hry-pro-rehabilitaci)

Kinect

32

I přes relativně krátké zkušenosti se systémy „počítačem řízené“ rehabilitace se ukazuje, že pacienti takovéto systémy přijímají velmi dobře. Tvůrci těchto systémů kladou důraz na to, aby pacienty přitáhli ke cvičení zajímavou formou. Zvýšená motivace ke cvičení se odráží v rychlejším postupu uzdravování pacientů.

Praktická část

5

33

Praktická část

V teoretické části práce jsem získala základy znalostí v oblasti vzniku, diagnostiky a léčení svalových dysbalancí a také přehled o tom, jak je možné v tomto procesu využít počítač v kombinaci se senzorem Microsoft Kinect. Úkolem praktické části bylo propojit všechny nabyté znalosti a vyzkoušet si vytvořit vlastní softwarovou aplikaci pro počítačem asistovanou rehabilitaci. I když jsem se v průběhu svého dosavadního vzdělávání dotkla několikrát praktického programování pro PC (programování maker v pro Microsoft Excel v jazyce Visual basic for Applications, programování základních algoritmů v jazyce C++, základy HTML pro vytváření webů), zjistila jsem, že pro splnění výše uvedeného cíle potřebuji pomoc zkušenějšího programátora, než jsem já. Toho jsem nalezla ve svém otci, který programuje na technologiích firmy Microsoft a má dostatečné zkušenosti, které mu umožnili mi s touto aplikací pomoci.

5.1

Prostředky použité pro vytvoření aplikace

 Senzor Microsoft Kinect for Windows verze 1  Bezplatná verze vývojového nástroje Microsoft Visual Studio 2015 Community Edition  Microsoft Kinect SDK verze 1.8 – soubor softwarových knihoven a vzorových aplikací umožňujícím vývojáři ovládat senzor Microsoft Kinect z vysokoúrovňových jazyků  Programovací jazyk Visual Basic.NET

5.2

Funkčnost aplikace

Za základ aplikace jsme vzali vzorovou aplikaci Skeleton Basics z Microsoft Kinect SDK 1.8, kterou jsme rozšířili některými prvky z aplikace Color Basics a doplnili vlastním kódem. Aplikace má dvě zobrazovací okénka. Levé okénko zobrazuje schematicky kostru a má dva režimy: režim „přímého přenosu“ s volitelným nahráváním a režim přehrávání. Pokud zmáčkneme v režimu přímého přenosu tlačítko „Nahrávat“ začne se ukládat posloupnost koster s frekvencí 30 snímků za sekundu. Opětovným stlačením tohoto tlačítka se režim nahrávání ukončí. Stlačením tlačítka „Přehrát“ je možno si vybrat zvolený soubor se zaznamenanými pohyby kostry a přehrát jej v levém okénku. Levé okénko slouží pro zaznamenání a přehrávání cviků, které terapeut pacientovi doporučí.

Praktická část

34

V pravém okně se zobrazuje živě barevný obraz snímaný kamerou Kinectu. Při zaškrtnutí volby „Překrýt kostrou“ se přes barevný obrázek překryje ještě obraz rozpoznaných koster. Pravé okénko slouží k tomu, aby se cvičící pacient mohl v reálném čase vidět a porovnat své pohyby s pohyby terapeuta přehrávanými v levém okénku. Při vytváření této aplikace jsem se musela seznámit s ovládáním programu Microsoft Visual Studio a naučit se propojovat svůj vlastní kód s nejrůznějšími obecně použitelnými knihovnami obsaženými v programovacím prostředí .NET 4.5 i se specializovanými knihovnami obsaženými v programovém balíčku Kinect SDK. Rovněž jsem seznámila a naučila se používat datovou strukturu Skeleton, která popisuje pomocí polohy 20 kloubů lidského těla jednu až dvě kostry, které senzor rozpoznal ve svém zorném poli. U dalších 4 kostry je schopen senzor detekovat jejich přítomnost, ale není schopen sledovat pohyb kloubů v reálném čase. Aktuální verze aplikace ukazuje, že prostředky, které jsou k dispozici pro senzor Microsoft Kinect umožňují poměrně rychle a bez nutnosti nakupovat drahé vývojové prostředky (všechny použité softwarové prostředky jsou k dispozici bezplatně) naprogramovat aplikaci pro počítačem asistovanou rehabilitaci. Při testech, které jsem prováděla při vývoji aplikace, se ukázalo, že Skeleton Tracking má u Kinectu verze 1 určité problémy, například velmi špatně Kinect rozpoznává polohy, kdy se dotýká kolenní kloub s loketním a nepřesně se někdy zobrazuje středový pánevní bod. Tyto problémy dle dostupné dokumentace řeší Skeleton Tracking pro Kinect verze 2, která rozpoznává více kloubů a také zpřesňuje jejich polohu, například středový pánevní bod se posunul více dolů, mezi kyčelní klouby, což více odpovídá realitě pohybu lidské kostry.

Obr. 6 Ukázka programu (archiv Romana Juráše, 2016)

Praktická část

5.3

35

Zaznamenané cviky

Pomocí funkce nahrávání pohybů kostry naší aplikace jsem zaznamenala několik testovacích rehabilitačních cviků patřící do různých typů cvičení. Posilovací cvičení Popis (cvik č. 1) Cvičící stojí rozkročmo v mírném předklonu a podřepu. Paže jsou překříženy dole před tělem. Pomocí švihu paží, který vychází z mírného hmitu podřepmo, přejde velkými oblouky kolem trupu do upažení. Dlaně jsou směrem od těla. Při výdechu se soustředí na svalstvo, které se protahuje. Popis (cvik č. 2) Cvičící stojí vzpřímeně na pravé dolní končetině a levou dolní končetinu zanoží. Nesmí se prohýbat ani předklánět. Horní končetiny jsou dopnuté a nesměřují úplně nahoru, ale mírně vpřed. Tahem se pomalu zvětšuje napětí na levé straně v hýžďovém svalu protahováním levé dolní končetiny do zanožení. Popis (cvik č. 3) Cvičící stojí vzpřímeně a na střídačku zvedá dolní končetiny nejlépe do pravého úhlu a k tomu vždy zvedá vzpřímeně ruku nahoru. Cvičící zvedá zároveň pravou nohu a levou ruku a naopak. Na vadné držení těla Popis (cvik č. 4) Cvičící provádí kroky na místě. Dolní končetiny skrčuje v koleni. Trup drží zpříma. Pohyb dolních končetin doprovázejí paže. Popis (cvik č. 5) Cvičící stojí vzpřímeně s rukama do stropu. Když se rozkročí tak ruce jdou obloukem k tělu a zpět.

Diskuze

36

6 Diskuze V práci jsem popsala problematiku svalových dysbalancí a podrobněji rozebrala zkřížené syndromy, které jsou nejčastější se vyskytujícími dysbalancemi. Při studiu zkřížených syndromů jsem odhalila, že i lidé kolem mě a dokonce i já sama trpím některými příznaky těchto syndromů, a proto mohu cvičení, o kterých jsem teoreticky četla v literatuře začít prakticky aplikovat na sebe i své okolí. Výše uvedený fakt prakticky dokazuje pravdivost předpokladu, se kterým jsem začala tuto práci psát, tedy fakt, že svalové dysbalance jsou v naší současné populaci opravdu velmi rozšířeným problémem. Proti sedavému způsobu života je potřeba bojovat všemi dostupnými prostředky a jedním z těchto prostředků může být i využití počítačů netradičním způsobem, například používáním her využívajících pohybové hry, využíváním aplikací pro sportovní trénink, anebo, v případě, kdy už k problému došlo, může počítač pomoci jej odstranit pomocí počítačem asistované rehabilitace. Zjistila jsem, že naprogramování počítačových aplikací, které by člověka nutily k rozumnému pohybu namísto neustálého sezení, není při použití dnes dostupných hardwarových prostředků a pokročilých počítačových jazyků příliš složité. Jsem přesvědčena o tom, že každá profesionální vývojářská firma by zvládla do svých aplikací zakomponovat prvky, které by člověka hravou a zajímavou formou dokázali udržet „v pohybu“.

Závěr

37

7 Závěr Na závěr konstatuji, že jsem v průběhu vytváření práce zjistila, že problematika, kterou jsem si zvolila je opravdu zajímavá a že práce na tomto poli by mohla mít pozitivní výsledky nejen pro mě, ale i pro lidstvo jako celek. Aplikace je v současnosti stavu prototypu a není ještě prakticky použitelná pro reálný proces počítačem asistované rehabilitace. Pro vyvinutí jednoduché použitelné verze by bylo zapotřebí několika měsíců programování. Dále by bylo potřeba program optimalizovat a odladit všechny možné chybové stavy. Také by bylo dobré doprogramovat i nahrávání a přehrávání nejen pohybů kostry terapeuta, ale i živý obraz terapeuta, takže by v levém okně bylo možné rovněž překrývat kostru a barevný obraz terapeuta, tak, aby si pacient mohl lépe prohlédnout cviky, které má provádět. Dále by bylo zapotřebí naprogramovat obsluhu posloupností cviků a počty opakování jednotlivých cviků i časového plánu provádění jednotlivých seancí v průběhu celého rehabilitačního období. Lokální aplikace nainstalovaná na počítači klienta by potom musela mít také možnost komunikace přes Internet, aby bylo možno posílat výsledky pokroku cvičení na lékařské pracoviště, případně aby bylo možno přijímat nové pokyny od lékařského pracoviště. V nejpokročilejší variantě by měl program obsahovat algoritmy, které by umožnily automatizovaně porovnávat nahrané pohyby s těmi, které provádí pacient před obrazovkou. Takovéto algoritmy by pak byly schopné dávat pacientovi okamžitou zpětnou vazbu a nutily by ho korigovat okamžitě špatně prováděné cviky. Pokud by měla být aplikace nakonec uvedena do komerčního provozu, bylo dobré zaštítit ji nějakým známým rehabilitačním zařízením a obecně vyřešit integraci aplikace do systémů běžně používaných v lékařských zařízeních. Také by bylo zapotřebí zlepšit grafickou stránku uživatelského rozhraní a obohatit aplikaci o některé hravé prvky, tak aby bylo provádění cviků pro klienta nejen užitečné, ale i příjemné. Například by bylo možné zařadit do aplikace hravé pohybové testy, za jejichž správné provedení by byl pacient virtuálně oceněn či jinak pozitivně motivován. Doposud jsem se zabývala pouze vlastnostmi programu pro počítačem asistovanou rehabilitaci. Ovšem cíl, jehož realizace bych se ráda dočkala, je aby počítače umožňovaly nejen pomáhat odstraňovat již vzniklé problémy pohybového aparátu,

Závěr

38

ale aby umožňovaly těmto problémům předcházet a diagnostikovat je v raném stadiu jejich vzniku. Vím, že zde se již pohybuji ve vizionářské oblasti, ale kdyby například výrobci her podmínili úspěšné zakončení každé úrovně fyzickým cvičením, či jinou kompenzační aktivitou, aby hráči nebyli zaměření pouze na jemnou motoriku pohybu prstů po klávesách. To už však přenechám ostatním.

Literatura

39

8 Literatura BERÁNKOVÁ, L., R. GRMELA, J. KOPŘIVOVÁ A M. SEBERA. Zdravotní tělesná výchova: Fakulta sportovních studií Masarykovy univerzity [online]. 2012 [cit. 2015-10-28]. Dostupné z: https://is.muni.cz/do/fsps/e-learning/ztv/pages/03-funkcniporuchy-text.html BERÁNKOVÁ, L., R. GRMELA, J. KOPŘIVOVÁ A M. SEBERA. Zdravotní tělesná výchova: Fakulta sportovních studií Masarykovy univerzity [online]. 2012 [cit. 2016-0130]. Dostupné z: https://is.muni.cz/do/fsps/e-learning/ztv/pages/05vyrovnavaci-cviceni-text.html BURSOVÁ, M. Kompenzační cvičení: uvolňovací, protahovací, posilovací. 1. vyd. Praha: Grada, 2005, 195 s. Fitness, síla, kondice. ISBN 80-247-0948-1. CRAWFORD, S. How Microsoft Kinect works [online]. 2010 [cit. 2016-01-29]. Dostupné z: http://electronics.howstuffworks.com/microsoft-kinect.htm DOSTÁLOVÁ, I. Zdravotní tělesná výchova: ve studijních programech Fakulty tělesné kultury. 1. vyd. V Olomouci: Univerzita Palackého, 2013, 196 s. ISBN 978-80-2443952-5. JANDA, V. Základy kliniky funkčních (neparetických) hybných poruch: určeno pro rehabilitační pracovníky. 1. vyd. Brno: Ústav pro další vzdělávání středních zdravotnických pracovníků, 1982, 139 s. Učební texty (Ústav pro další vzdělávání středních zdravotnických pracovníků). JARKOVSKÁ, H. A M. JARKOVSKÁ. Posilování: s vlastním tělem 417krát jinak. 1. vyd. Praha: Grada, 2005, 209 s. Fitness, síla, kondice. ISBN 80-247-0861-2. KABELÍKOVÁ, K. A M. VÁVROVÁ. Cvičení k obnovení a udržování svalové rovnováhy: (průprava ke správnému držení těla). Vyd. 1. Praha: Grada, 1997, 239 s. ISBN 80716-9384-7. KUBIC, M. Zdravotní tělesná výchova [online]. [cit. 2016-01-29]. Dostupné z: http://specou.cz/files/OU_ZTV.pdf LABELLE, K. Evaluation of Kinect joint tracking for clinical and in-home stroke rehabilitation tools [online]. Thesis, Undergraduate Program in Computer Science Notre Dame, Indiana, 2011 [cit. 2016-01-29].

Literatura

40

LEWIT, K. Manipulační léčba v myoskeletální medicíně. 5. přeprac. vyd. Praha: Sdělovací technika ve spolupráci s Českou lékařskou společností J. E. Purkyně, c2003, 411 s. ISBN 80-866-4504-5. MICROSOFT. Kinect for Windows Sensor Components and Specifications [online]. 2016 [cit. 2016-01-29]. Dostupné z: https://msdn.microsoft.com/enus/library/jj131033.aspx MICROSOFT & NIKE. Xbox and Nike Team Up to Revolutionize Fitness at Home [online]. 2012 [cit. 2016-02-09]. Dostupné z: https://news.microsoft.com/2012/06/04/xbox-and-nike-team-up-torevolutionize-fitness-at-home/ RIEGEROVÁ, J., K. FRÖMEL A P. VODIČKA. Regenerační a sportovní masáže. 3. vyd. Olomouc: Vydavatelství Univerzity Palackého, 1997, 52 s. ISBN 80-706-7746-5. STACKEOVÁ, D. Cvičení na bolavá záda. 1. vyd. Praha: Grada, 2012, 137 s. Fitness, síla, kondice. ISBN 978-80-247-4089-8. TLAPÁK, P. Tvarování těla pro muže i ženy. 1. vyd. Praha: ARSCI, 1999, 268 s. ISBN 80-860-7800-0. VIRTUALWARE GROUP. [online]. http://www.virtualrehab.info/

2014

[cit.

2016-02-09].

Dostupné

z:

Seznam obrázků

41

9 Seznam obrázků Obr. 1 Svalové dysbalance v rámci horního zkříženého syndromu Zdroj: is.muni.cz, 2012

17

Obr. 2 Svalová dysbalance v rámci dolního zkříženého syndromu Zdroj: is.muni.cz, 2012

18

Obr. 3 Schéma senzoru Microsoft Kinect Zdroj: msdn.microsoft.com, 2012

28

Obr. 4 Sledování kostry lidského těla (Skeleton tracking) Zdroj: codeproject.com

29

Obr. 5 Vizualizace snímaných bodů systémem Microsoft Kinect Zdroj: cnblogs.com

29

Obr. 6 Ukázka programu Zdroj: Archiv Romana Juráše, 2016

34

Přílohy

42

Přílohy

43

Přílohy Příloha č. 1. CD s aplikací pro Microsoft Kinect

STŘEDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOST SVALOVÉ DYSBALANCE A MOŽNOSTI JEJICH KOMPENZACE S POMOCÍ MICROSOFT KINECT

Recommend Documents