Výzkumná otázka: výsledek mě ení viskoelastického tělesa

Výzkumný p edpoklad byl, že pro mě ení tělesa, které má jak elastické tak i viskózní vlastnosti by mělo být dosažení k ivky podobné k ivce namě ené p i mě ení na živém vzorku, tedy neklesající hysterézní k ivky. Možností, jaký vzorek využít bylo více, ale ne každý byl úplně vhodný. Ne každý vzorek vyprodukoval k ivku rostoucí stejným způsobem, nap íklad menší vzorky byly kvůli deformaci stěn v konečné části stoupání k ivky p íliš lineární. Nakonec byla jako vzorek použita silná deska z pěnového polyuretanu (molitan). Viskózní člen jsme chtěli zvětšit pono ením do vody, vzorek poté ale vykazoval p íliš viskózní vlastnosti. Po namě ení na suchém molitanu jsme dostali k ivku velmi podobnou mě ení na živé tkáni. Abychom vyzkoušeli a ově ili závislost viskózního členu na rychlosti deformace, indentovali jsme různou rychlostí a to do hloubky indentace 30mm. Výsledný tvar k ivky byl víceméně stejný, ale maximální síla (tuhost vzorku) a disipovaná energie závislé na viskózním členu se s rychlostí mírně měnily.

41

Tabulka 1: výsledek měření viskoelastického tělesa při různých rychlostech indentace (zdroj vlastní)

číslo mě ení rychlost indentace Fmax Edis

1 1 mm/s 19,1 N 78,8 mJ

2 2 mm/s 19,5 N 80,0 mJ

3 3 mm/s 19,7 N 81,1 mJ

4 4 mm/s 20,0 N 82,6 mJ

5 5 mm/s 20,1 N 83,5 mJ

Je tedy z tabulky z ejmé, že se zdánlivá tuhost vzorku a disipovaná energie zvyšují s rychlostí indentace, což je p esně vývoj, který bychom od vzorku s viskózní složkou chování očekávali. Na další stránce jsou dva grafy, na prvním jsou zobrazeny k ivky jednotlivých mě ení a je na něm vidět postupný růst maximální síly. Na dalším grafu je poté vybráno jedno mě ení stejně jako u p edchozích mě ení, v tomto p ípadě je to rychlost 3mm/s, tedy rychlost kterou byly mě eny i p edchozí vzorky. Toto mě ení je svými vlastnostmi velmi podobné mě ení živé tkáně (viz indentační k ivka graf 1 na straně 34).

42

Graf 5: indentační křivka měření viskoelastického vzorku (molitan) (zdroj vlastní)

Graf 4: křivky jednotlivých měření viskoelastického vzorku (zdroj vlastní)

43 4.4.4 Mě ení dalších vzorků

Samoz ejmě během praktické části došlo p i hledání vzorku s dob e definovanými vlastnostmi k mě ení většího množství vzorků a každé mě ení bylo několikrát opakováno. Mě en byl tak nap íklad balónek naplněný olejem, který vykazoval dobré viskoelastické vlastnosti jen p i velmi mělké indentaci, poté p evážily elastické parametry balónku dané jejich výraznou pružností a celý průběh se postupně linearizoval. V rámci testování plastického tělesa jsme vyzkoušeli papírovou kouli, taková sice vykazovala vysokou disipovanou energii ale opakovatelnost mě ení a jeho definovatelnost byla diskutabilní.

Některé vzorky, jako nap íklad mokrý molitan, neměly dostatečnou tuhost a tak síla pot ebná pro další indentaci klesala a tím došlo ke sklopení zatěžovací části k ivky k vodorovné ose. Proběhl také pokus o vytvo ení elastoplastického tělesa spojením sypkého materiálu a elastické membrány. Výsledek mě ení takového tělesa byl ale p íliš ovlivněn deformací nádoby a spojením obou komponent.

4.4.5 Analýza práce s myotonometrem a výsledků mě ení

Z výsledků mě ení plyne, že p edpoklady spojené s výzkumnými otázkami byly potvrzeny. Myotonometr se p i mě ení vzorků s danými vlastnostmi chová v souladu s teorií. Během mě ení jsme rovněž vyzkoušeli funkčnost p ístroje pro jeho použití pro náročnější úlohy, jako nap íklad stanovení referenčních hodnot síly a disipované energie pro referenční materiály a tím experimentální podložení empirických mě ení na myotonometru.

Během mě ení ale také došlo k odhalení některých chyb. Myotonometr nap íklad nesprávně počítal disipovanou energii, která tak byla ve výsledku poloviční než by měla být. K odhalení této chyby došlo díky nesrovnalostem mezi hodnotou z tabulky exportované z myotonometru a hodnotou disipované energie kterou jsme spočetli p i zpracování jednotlivých mě ení.

44

Další odhalená chyba se vyskytla p i exportu dat do souboru. Export dat starších mě ení načtených z paměti myotonometru totiž vytvo il prázdný soubor. Mechanicky p ístroj fungoval velmi dob e, narazili jsme jen na nutnost použití podložky (tuhé) u menších vzorků, protože myotonometr p i indentaci došel do maxima rozsahu pro svislý pohyb ramene s indentorem a tak mě ení nemohl dokončit.

Kromě odhalení chyb jsme také dospěli k závěrům a doporučením pro další rozvoj p ístroje i metody samotné. Jsou to p edevším praktická doporučení pro software myotonometru. Některá vylepšení byla v době odevzdání práce již p ipravena ale ne implementována.

Praktická doporučení:

 Možnost p idat poznámku k mě ení i po provedení mě ení.

 Export do lepšího formátu pro usnadnění zpracování dat.

 Zobrazení poznámek p i výběru načtení dat, pop ípadě listování jednotlivými mě eními.

 Snadnější možnost vymazání profilu nebo záznamu.

 Zvážení navýšení softwarového limitu síly, pro některé aplikace, nap íklad spastické svaly, by daný limit mohl být p íliš nízký a mě ení by nemuselo být dokončeno.

 Zvážení možnosti lépe porovnat jednotlivá mě ení p ímo v prost edí myotonometru

45 5 Závěr

Mě ením vzorků byly výzkumné otázky o jednotlivých vzorcích konfrontovány s p edpoklady pro jednotlivé vzorky vycházejícími z teorie mechaniky viskoelastických těles. Tyto p edpoklady se dob e shodovali s výsledky jednotlivých mě ení. Kromě toho myotonometr prokázal svojí p ipravenost pro klinický výzkum a složitější experimenty, p i kterých může být pokládán za spolehlivý zdroj informací o indentovaném tělese.

Během mě ení jsme odhalili chybu ve výpočtu disipované energie a poskytli zpětnou vazbu pro nápravu chyb, stejně jako adu dalších podnětů pro vylepšení p ístroje zejména z uživatelského hlediska.

Data z myotonometru nabízí adu možností dalšího zpracování, nap íklad časový sběr pro posuzování účinnosti léčby nebo rehabilitace a srovnávání jednotlivých mě ení u stejného klienta v různých obdobách. Metoda se stále rozvíjí a tak už existují nap íklad postupy pro určení explicitní hodnoty tuhosti a viskozity z dat namě ených myotonometrem nebo možnosti dalšího zpracování dat a zejména tvaru k ivek.

Práce s myotonometrem a celá problematika reologických vlastností viskoelastických těles byla velmi zajímavá stejně jako spolupráce s mnoha odborníky a rád se k ní v budoucnu vrátím v rámci dalšího vzdělávání.

46 6 Literatura

[1] BENEŠ, Ji í, JIRÁK, Daniel, VÍTEK, František. Základy lékařské fyziky. 4. vydání. Praha:

Univerzita Karlova, Karolinum, 2015. ISBN 978-80-246-2645-1.

[2] TROJAN, Stanislav. Lékařská fyziologie. 4. p eprac. a dopl. vyd. Praha: Grada, 2003. ISBN 978-80-247-0512-5.

[3] RIPKA, Pavel. Senzory a převodníky. ČVUT, Praha, 2011. ISBN ř7Ř-80-01-04696-8.

[4] JENČÍK, Josef, VOLF, Jaromír. Technická měření. ČVUT Praha, 2000. ISBN Ř0-01-02138-6.

[5] BURIANOVÁ, Ludmila, ČMELÍK, Milan, MACHONSKÝ, Lubor, PANOŠ, Stanislav.

Úvod do fyzikálních měření. TUL, Liberec, 2012. ISBN 978-80-7372-819-9.

[6] FENEIS, Heinz, DAUBER, Wolfgang Anatomický obrazový slovník. Grada, Praha, 1996.

ISBN 80-7169-197-6.

[7] MYSLIVEČEK, Jaromír, TROJAN, Stanislav. Fyziologie do kapsy. Praha: Triton, 2004.

ISBN 80-7254-497-7.

[8] TROJAN, Stanislav. Fyziologie a léčebná rehabilitace motoriky člověka. 3. p eprac. a dopl.

vyd. Praha: Grada, 2005. ISBN 80-247-1296-2.

[9] AMBLER, Zdeněk. Neuropatie a myopatie. Praha: Triton, 1999. ISBN 80-7254-060-2.

[10] ELIŠKA, Old ich, ELIŠKOVÁ, Miloslava. Aplikovaná anatomie pro fyzioterapeuty a maséry. Praha: Galén, 200ř. ISBN ř7Ř-80-7262-590-1.

[11] DYLEVSKÝ, Ivan. Speciální kineziologie. Praha: Grada, 2009. ISBN 978-80-247-1648-0.

[12] KOLÁ , Pavel, MÁČEK, Miloš. Základy klinické rehabilitace. Praha: Galén, 2015. ISBN 978-80-7492-219-0.

[13] YAN-PING, Huang, YONG-PING, Zheng. Measurement of Soft Tissue Elasticity in Vivo:

Techniques and Applications. CRC Press, 2015. ISBN 978-1-4665-7628-5

47

[14] OUBAL, Stanislav a kol. Mechanické chování viskoelastických těles. Praha: Karolinum, 2011. ISBN: 978-80-246-2035-0.

[15] ŠIFTA, Petr, OTÁHAL, Stanislav, SÜSSOVÁ, Jana, Měření viskoelastických vlastností tkání při spastickém syndromu. Kontakt. 2005, vol. VII, no. 1-2, s.153-156. ISSN 1212-4117

[16] ENOKA, Roger M. Neuromechanical basis of kinesiology. 2nd ed. Champaign, Ill.:

Human Kinetics, 1994. ISBN 08-732-2665-8.

[17] HOLUBOVÁ, Renata. Základy reologie a reometrie kapalin. Olomouc: Univerzita Palackého v Olomouci, 2014. ISBN 978-80-244-4178-8.

[18] STEVENSON, Valerie, JARRETT, Louise. Spasticity Management. Second edition. CRC Press, Taylor & Francis group. 2016. ISBN 978-1-4822-9953-3.

[19] ROSINA, Josef, KOLÁ OVÁ, Hana, STANEK, Ji í. Biofyzika pro studenty zdravotnických oborů. 1. vydání. Praha: Grada, 2006. ISBN 80-247-1383-7.

[20] Wikipedie – otev ená encyklopedie. [online] USA: Wikipedia Foundation,2016. Dostupné z: http://www.wikipedia.org/

[21] Funkce buněk a lidského těla. Multimediální skripta [online] Praha: 3.LF UK, ©2015. [cit.

20. 12. 2016]. Dostupné z: http://fblt.cz s aplikacemi 1. 1. vydání. Liberec: Adhesiv, Liberec 2003. ISBN: Ř0-239-1416-2.

[25] KYSELA, M., aj. Detektor viskózních a elastických složek měkkých tkání in vivo, in situ [technická dokumentace]. Myotonometr v1/2016, Technická univerzita v Liberci 2016.

[26] KYSELA, M. a M. KOLÁ . Myotonometer – Device for Measurements of Viscoelastic Characteristics of Soft Tissues. ELEKTRO 2016 – 11th International Conference, Proceedings.

1. vyd., 2016. S. 556 – 560. ISBN 978-146738698-2.

48

[27] ŠIFTA, P., M. KYSELA, M. KOLÁ a V. BITTNER. Zařízení pro detekci viskózních a elastických složek měkkých tkání in vivo, in situ pomocí myotonometrie [užitný vzor]. Zapsán dne 23. 5. 2016 pod číslem 2ř456.

[28] KYSELA, M., aj. Identifikace viskózních a elastických složek měkkých tkání in vivo, in situ pomocí myotonometrie. In: XXXVIII. Dny léka ské biofyziky. 1. vyd. Praha: 1. léka ská fakulta Univerzity Karlovy v Praze, 2015. S. 29. ISBN 978-80-7259-068-1.

49 Přílohy

P íloha A: Kompaktní disk

- CD je p iloženo na zadní straně desek bakalá ské práce

- CD obsahuje celou práci v elektronické podobě stejně jako zadání - CD obsahuje protokoly pro jednotlivá mě ení, zdrojová data a

soubory formátu *.xlsx použité pro zpracování dat Obsah p iloženého CD:

 Text bakalá ské práce

- Bakalá ská_práce_2017_Lindauer_Vojtěch.docx - Bakalá ská_práce_2017_Lindauer_Vojtěch.pdf - Zadání_BP_kopie_2017_Lindauer_Vojtěch.pdf

 Namě ená data exportovaná z myotonometru a další data - data\balon_voda\

- data\molitan\

- data\mouka\

 P íloha – protokoly k mě ení

- protokoly\ProtokolBalonek.pdf - protokoly\ProtokolMolitan.pdf - protokoly\ProtokolMouka.pdf

 Soubory *.xlsx použité pro zpracování - tabulky\

50 P íloha B: Protokoly k jednotlivým mě ením

Měření číslo 1: výsledek indetace elastického tělesa myotonometrem Mě ení provedl: Vojtěch Lindauer

Datum mě ení: 2. 3. 2017

Mě ený vzorek: elastický balonek naplněný vodou Počet mě ení: 11

Balonek byl ve spot ební vaničce uchycen pomocí nepružné výstelky, aby nedošlo k jeho pohybu během mě ení. Mě ení probíhalo opakovaně s obdobným výsledkem. Vyzkoušeny byly různé hloubky indentace a různé polohy balonku ale vliv na výsledek mě ení byl minimální. Disipovaná energie byla v rozmezí 0,4-1,5 mJ. Síla v maximální hloubce indentace byla do řN. Data jednotlivých mě ení jsou v surovém stavu na p iloženém CD spolu se souborem aplikace excel, kde došlo ke zpracování do grafu viz níže.

51

52

Měření číslo 2: výsledek indetace plastického tělesa myotonometrem Mě ení provedl: Vojtěch Lindauer

Datum mě ení: 6. 3. 2017

Mě ený vzorek: sáček naplněný sypkou moukou Počet mě ení: 11

Sáček s moukou se choval jako relativně homogenní, izotropní těleso až na malé zhuštěniny, které p i indentaci u některých mě ení způsobily výkyvy na zatěžovací k ivce síly, právě mě ení s tímto výsledkem jsme zvolili pro prezentaci, jelikož je to výsledek zajímavý ukazující citlivost myotonometru i na malé výkyvy.

Plastické těleso bylo zvoleno jako p íklad vzorku vykazující velmi velkou disipační energii, u plastického vzorku se energie spot ebuje na deformaci a do původního tvaru se už těleso nevrátí. Surová data z jednotlivých mě ení jsou obsažena na p iloženém CD, stejně jako soubor aplikace excel použity pro zpracování daného mě ení viz graf níže.

53

54

Měření číslo 3: výsledek indetace viskoelastického tělesa myotonometrem Mě ení provedl: Vojtěch Lindauer

Datum mě ení: 30. 3. 2017

Mě ený vzorek: suchá polyuretanová pěna (molitan) Počet mě ení: ř

Na rozdíl od p edchozích mě ení, kdy jsme chtěli výzkumnou otázkou a vhodným vzorkem ově it, zda myotonometr mě í význačné vzorky očekávaným způsobem, u toho mě ení jsme použili vzorek, který se svými vlastnostmi p ibližuje živé tkání a ově ovali závislost tuhosti a disipační energie na rychlosti indentace a tím vliv viskózní složky na mě ení. Relativní tuhost tedy odpor materiálu proti deformaci stejně jako disipační energie s vyšší rychlostí indentace rostly viz tabulka.

55

číslo mě ení rychlost indentace F_max E_dis

1 1 mm/s 19,1 N 78,8 mJ

2 2 mm/s 19,5 N 80,0 mJ

3 3 mm/s 19,7 N 81,1 mJ

4 4 mm/s 20,0 N 82,6 mJ

5 5 mm/s 20,1 N 83,5 mJ