Návrh metod hodnocení kinematických dat záznamu pohybu vestibulárního systému měřených gyro-akcelerometrickým systémem

Abstract

Vestibulární aparát člověka je smyslový orgán, který se zásadně podílí na udržování rovnováhy hlavy a těla v prostoru. Správná funkce tohoto orgánu je zásadní pro posturální stabilitu a vnímání rovnováhy. Doposud však při vyšetřování funkce vestibulárního ústrojí nebylo možné určit příslušné kinematické charakteristiky pohybu vestibulárního aparátu vzhledem k jeho anatomické poloze. Tato práce se zabývá měřením pohybu vestibulárního aparátu pomocí gyro-akcelerometrického systému, přičemž vhodné rozmístění senzorů na tomto systému právě takovéto měření umožňuje. Práce si dává za cíl navrhnout vhodné metody hodnocení kinematických veličin pohybu vestibulárního ústrojí a poukázat na vhodné kvantitativní ukazatele, které by mohly hrát významnou roli při vyhodnocování kinematických dat záznamu pohybu vestibulárního aparátu člověka při běžných klinických testech, jako je například head-impulse test, nebo rotace na rotačním křesle. Z výsledků aplikace navržených metod na měření dvaceti zdravých subjektů je patrné, že se kinematická data pohybu pravého a levého vestibulárního aparátu znatelně odlišují, což dokazuje původní předpoklad vedoucí k vytvoření systému schopného zaznamenávat nejen pohyby hlavy, ale i nezávisle mapovat polohu obou vestibulárních aparátů. Dále byla v rámci vyhodnocení dat z obou vestibulárních aparátů nalezena výrazná symetrie v úhlových veličinách a mírná asymetrie veličin translačního pohybu. Navržené metody a kvantitativní ukazatele byly voleny především s ohledem na charakter výstupních dat z měření. Pro head-impulse test lze zmínit například mediány iniciačních a reakčních impulsů v úhlové rychlosti, IP/SP ratio představující poměr mezi velikostmi nalezených iniciačních a reakčních vrcholů v úhlové rychlosti, nebo grafické zobrazení symetrií. Pro data z rotačního křesla pak můžeme představit průměrnou úhlovou rychlost pravého a levého vestibulárního aparátu při rotační fázi testu, nebo velikost překmitu

The human vestibular system is a sensory organ that significantly contributes to maintain-ing the balance of head and body in space. A properly functioning balance system is essential for postural stability and balance perception. However, due to its anatomical location it has not been possible so far to identify the relevant movement characteristics of the vestibular apparatus dur-ing various diagnostic tests. This thesis focuses on measuring the movement of the vestibular apparatus using a combined gyroscope/accelerometer system, which enables such measure-ments by an appropriate positioning of device sensors. This thesis aims to design appropriate methods for assessing the kinematic quantities of the vestibular apparatus and to identify rele-vant quantitative indicators, which could play an important role in the evaluation of kinematic data recorded during standard clinical vestibular tests, such as the head-impulse test or the rota-tional chair test. The measurement of twenty healthy individuals shows that kinematic data of the right and left vestibular system differ significantly. This confirms the initial proposition leading to the creation of a system capable of not only recording head movement, but also mapping the position of both vestibular systems. Furthermore, the evaluation of data from both vestibular organs has shown significant symmetry in angular motion values and a slight asymmetry in trans-lational motion values. The proposed methods and selected parameters were based on the char-acter of the measured data. In case of the head-impulse test the following parameters can be mentioned: median values of initiation and reaction impulses in angular velocity, the IP / SP ratio representing the ratio of identified initiation and reaction peaks in angular velocity, or a graphical representation of symmetry between the left and right apparatus. The following parameters were applied in case of the rotational chair test: average angular velocity of the right and left ves-tibular apparatus during the rotational phase of the test, the overshoot value and the settling time of angular velocity at the beginning of the stop phase.