Užití optoelektroniky k měření lidského těla

Moderní optoelektronické metody jsou dnes nezbytnou součástí mnoha automatických bezkontaktních měřicích zařízení a průmyslových robotů. Na vývojovém pracovišti společnosti KIMIX, která se zabývá vývojem speciálních optoelektronických metod zejména pro průmyslové využití ve firmách situovaných ve Vědecko-technologickém parku Ostrava, byly využity dosavadní zkušenosti s optoelektronickými metodami v průmyslu pro konstrukci unikátního přístroje ke snímání povrchu lidského těla.  

Princip měření

Povrch lidského těla je snímán bezkontaktním a neinvazivním způsobem pomocí skeneru s pracovním označením BS04. Přístroj byl vyvinut firmou KIMIX pro výzkumný úkol společnosti Deona Medi, která se kromě výroby kompresivních zdravotních pomůcek věnuje rovněž vývoji nových měřicích metod ve spolupráci s lékařskými pracovišti.

Měření skenerem je založeno na zjišťování obvodů jednotlivých částí (řezů) měřeného objektu. Bezkontaktní metoda vylučuje zásah člověka a umožňuje vypočítat poměr objemu jednotlivých částí lidského těla. Měření opakované vždy ve stejných výškách měřené osoby dovoluje porovnávat hodnoty zjištěné s odstupem např. týdnů a vizualizovat trend vývoje objemu. Měřená osoba si stoupne na speciální podložku uvnitř přístroje, který pomocí přesných a synchronizovaných mechanismů, laserů a kamer vytvoří během několika sekund prostorovou mapu povrchu lidského těla. Z vytvořené mapy je možné ihned vyčíst obvody a plochy vybraných řezů a porovnat je v přehledné grafické podobě s dříve pořízenými hodnotami. Přístroj tak např. terapeutovi umožní zjistit délkové i objemové změny, které jsou ovlivňovány léčebnými metodami nebo nemocí a jsou dosavadním způsobem měření nebo pozorováním velmi obtížně zjistitelné. Významnou vlastností přístroje je autokalibrační mechanismus, který podle vloženého kalibračního standardu zkontroluje přesnost měření, popř. umožní automatickou korekci po servisním zásahu do přístroje.

Skener zjišťuje objem jedince ze souboru měření jednotlivých částí těla, což je vhodný základ měření indexu objemu těla, BVI (Body Volume Index), který je lépe vypovídající než index BMI (Body Mass Index), založený na zjišťování celkové hmotnosti bez ohledu na její rozložení. BMI má počátek již v roce 1830, kdy byly měřitelné pouze míry délkové a váhové. Index BVI zahrnuje vztah mezi celkovou hmotností a jejím rozložení mezi jednotlivé části těla. Nedávné studie ukázaly některá omezení využitelnosti BMI jako indikátoru individuálního zdravotního rizika. 

Vyhodnocení nejistot měření

Nejistoty měření skeneru byly vyhodnoceny ve spolupráci s katedrou kybernetiky a bio­medicínského inženýrství VŠB – Technické univerzity Ostrava. Měřen byl referenční objekt tvaru válce. Rozměry válce byly změřeny certifikovaným etalonem délky č. 1791/04 a byl zjištěn obvod ve výškách válce 10 až 500 mm s krokem 10 mm. Poté bylo skenerem BS04 vykonáno 50 měření obvodu referenčního objektu rovněž ve výškách 10 až 500 mm s krokem 10 mm. Pro každou výšku bylo měření obvodu dvacetkrát zopakováno. Celkem tedy bylo vyhodnocováno 50× 20 údajů z měření. Byla provedena explorační analýza a vyhodnoceny nejistoty měření. Nejistoty byly analyzovány pro každou měřenou výšku. Následně byla stanovena výška 50 mm jako výsledek s nejhorší nejistotou; tento výsledek je dále podrobněji prezentován. Pro výšku válce 50 mm byl vypočten nejlepší odhad obvodu 707,75 mm. Byla vyhodnocena standardní nejistota typu A, u_A(x) @ 0,099 mm. Standardní nejistota typu B byla stanovena pouze na základě modelu uvažujícího známé hranice zdroje v závislosti na deklarované rozlišitelnosti měření v rozsahu ±1 mm; jde o prototyp, takže nebyla k dispozici dokumentace, certifikáty ani další materiály, z nichž vyplývají zdroje nejistot pro kalkulaci standardní nejistoty typu B. Byly stanoveny hodnoty standardní nejistoty typu B, u_B(x) @ 0,577 mm a kombinované nejistoty, u_C(x) @ 0,586 mm. Při použití rozšířené nejistoty a při rovnoměrném rozdělení se při měření obvodu válce ve výšce 50 mm dojde k hodnotě 707,75 ± 0,96 mm při konfidenční úrovni p = 0,950, zatímco při konfidenční úrovni p = 0,997 je výsledek 707,75 ± 1,01 mm. (Pozn. red.: Typy nejistot měření jsou vysvětleny ve vydání Automy 7/2013 na str. 34 v článku Možnosti vyjádření přesnosti měření I: teoretický základ.) 

Závěr

Na základě vyhodnocení nejistot měření lze konstatovat, že skener BS04 je vhodný k měření lidského těla, zejména za účelem sledování změn obvodů v konstantních výškách a porovnávání objemů jednotlivých částí v čase. Z pohledu klinického použití v antropometrii je tato metoda měření v současné době jednoznačně nejpřesnější a lze ji doporučit k použití v klinické praxi. 

Ing. Milan Kičmer, KIMIX, Ing. Vladimír Stančík, MUDr. Peter Polievka, MBA,