Wielopunktowa trójwymiarowa analiza ruchów dłoni w schorzeniach neurodegeneracyjnych związanych z zaburzeniem funkcji motorycznej

Analysis of three-dimensional hand movements in neurodegenerative diseases associated with impaired motor function

mgr inż. Tomasz Stanisław Orzechowski

Promotor: Prof. zw. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz
Dyscyplina: Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna


Celem pracy było opracowanie nowej, nieinwazyjnej techniki badań pacjentów cierpiących na choroby neurodegeneracyjne bazującej na analizie złożonych ruchów dłoni. W związku z powyższym w rozprawie wykazano następującą tezę: Wielopunktowa trójwymiarowa analiza ruchów dłoni, przeprowadzana przy wykorzystaniu technik cyfrowej analizy sygnałów oraz metod komputerowej eksploracji danych pozwala na obiektywną i precyzyjną ocenę stopnia nieprawidłowości złożonego ruchu dłoni. W szczególności może to dotyczyć oceny nieprawidłowości występującej w schorzeniach neurodegeneracyjnych związanych z zaburzeniem funkcji motorycznej. Zaproponowana metoda uwzględnia nie tylko ruch drżenia całej kończyny górnej, ale również specyficzne dla rozważanych chorób neurodegeneracyjnych nieprawidłowe ruchy dłoni, a w szczególności zaburzenia niezależnych ruchów palców.

Tezę starano się wykazać w sposób konstruktywny, to znaczy przedstawiono całościowe rozumowanie, począwszy od przeprowadzenia krytycznej analizy dotychczas wykorzystywanych metod, opierających się w większości na analizie objawu drżenia, a skończywszy na stworzeniu nowego (autorskiego) procesu kompleksowej analizy ruchu dłoni. W szczególności skoncentrowano się na możliwości analizy niezależnych ruchów palców, bazując na procesie eksploracji dużych ilości danych pozyskanych przez wielopunktowe, trójwymiarowe czujniki ruchu rozmieszczone na każdym palcu dłoni.

Stworzenie procesu kompleksowej analizy ruchu dłoni objęło zarówno dobór odpowiedniej platformy sprzętowej, napisanie oprogramowania badawczego pozwalającego na analizę wielowymiarowych danych, a także zdefiniowanie nowych współczynników całościowego opisu złożonego ruchu, mających wartość diagnostyczną.

W ramach pracy skonstruowano i uzasadniono nowe współczynniki pozwalające, w sposób obiektywny ocenić wartość takich cech złożonego ruchu dłoni jak: stabilność tempa, stabilność kończyny, płynność ruchu oraz precyzję ruchu.

Główny cel pracy tj. opracowanie nowej, nieinwazyjnej techniki badań pacjentów cierpiących na choroby neurodegeneracyjne, wykorzystującej wielopunktowe, hybrydowe czujniki do analizy złożonych ruchów dłoni został osiągnięty. Ponadto metoda została poddana walidacji na zbiorze danych klinicznych, które pozyskano w czasie jej pilotażowego wdrożenia.

Pełna wersja autoreferatu 20130304-t.st.orzechowski-autoreferat.pdf

- Piotr STRZELCZYK, Ireneusz WOCHLIK, Andrzej IZWORSKI, Jarosław BUŁKA, Tomasz ORZECHOWSKI: Inteligentny system telemedyczny do wsparcia diagnostyki badań ABR — Intelligent telemedical system supporting the diagnosis of ABR examinations, Kraków 2010, Bio-Algorithms and Med-Systems, s.189-190.

- Katarzyna CHMURZYŃSKA, Tomasz ORZECHOWSKI, Piotr RADKOWSKI: Analiza drżenia — [Tremor analysis], Podstawy inżynierii biomedycznej, Kraków 2009, Wydawnictwa AGH, s. 175–185.

- Magdalena FĄFOROWICZ, Krystyna GOLONKA, Tadeusz MAREK, Justyna MOJSA-KAJA, Kinga TUCHOLSKA, Halszka OGIŃSKA, Andrzej URBANIK, Tomasz ORZECHOWSKI: Diurnal variability of human operator attention disengagement and chronotype: an fMRI-based case study. Theoretical Issues in Ergonomics Science, 2009, Taylor & Francis Journal, 10(6), s. 545-557.

- Tomasz ORZECHOWSKI, Katarzyna CHMURZYŃSKA, Piotr RADKOWSKI, Andrzej IZWORSKI: Automatyczna ocena zaburzeń realizacji głosek w dyzartrii — Automatic assessment of distortions in isolated sounds in dysarthia disease, Polskie Towarzystwo Fonetyczne, oddział w Poznaniu 2008, vol. 11 s. 137-146.

- Halszka OGIŃSKA, Magdalena FĄFOROWICZ, Krystyna GOLONKA, Tadeusz MAREK, Justyna MOJSA-KAJA, Kinga TUCHOLSKA, Tomasz ORZECHOWSKI, Andrzej URBANIK: Fatigue from the neuroergonomic perspective - the preliminary results of an fMRI study of Anterior Cingulate Cortex activity in operators subjected to prolonged driving task conditions, 2008, Ergonomia: An International Journal of Ergonomics & Human Factors, 30, 1, s. 61-70.

- Katarzyna CHMURZYŃSKA, Tomasz ORZECHOWSKI, Piotr RADKOWSKI: Analiza drżenia — [Tremor analysis], Inżynieria biomedyczna : księga współczesnej wiedzy tajemnej w wersji przystępnej i przyjemnej, Kraków 2008, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, s. 173–178.

- Tomasz ORZECHOWSKI, Katarzyna CHMURZYŃSKA, Piotr RADKOWSKI: Automatyczna ocena zaburzeń emisji głosu bedacych wynikiem procesów neurodegeneracyjnych w oparciu o analizę wyizolowanych głosek — Automatic classification of voice disorders induced by neurodegenerative disease based on isolated sounds analyses, Kraków 2006, Automatyka : półrocznik Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, s. 91-97.

- Andrzej IZWORSKI, Piotr AUGUSTYNIAK, Tomasz ORZECHOWSKI: Processing and analysis of voice anomalies in course of Parkinson’s diseases , Honolulu, Hawaii 2006, SIP : proceedings of the eighth IASTED international conference on Signal and Image Processing, s.354-357.

- Tomasz ORZECHOWSKI, A. IZWORSKI, K. CHMURZYŃSKA, P. RADKOWSKI, I. GATKOWSKA: Computer analysis of voice anomalies induced by dysarthria in isolated sounds, Kraków 2005, Speech Analysis, Synthesis and Recognition : applications of phonetics.

- Katarzyna CHMURZYNSKA, Piotr RADKOWSKI, Andrzej IZWORSKI, Ryszard TADEUSIEWICZ, Ireneusz WOCHLIK, Jarosław BUŁKA, Tomasz ORZECHOWSKI: Internet-based system for acquisition, interpretation and automatic recognition of auditory brain stem responses, Salt Lake City 2005, JCIS : 8th Joint Conference on Informtaion Sciences, s. 404-407.

- Katarzyna CHMURZYNSKA, Piotr RADKOWSKI, Andrzej IZWORSKI, Tomasz ORZECHOWSKI: Mobile and Internet-based system for computer aided diagnosis with auditory brainstem responses, Kuala Lumpur 2005, International Conference on Intelligent Systems, s. 1-5.