Estudo dos momentos e forças articulares. Problema da dinâmica inversa. Ana de David Universidade de Brasília

Transcrição

1 Estudo dos momentos e forças articulares Problema da dinâmica inversa Ana de David Universidade de Brasília

2 Estudo dos momentos e forças articulares Momentos atuam para produzir acelerações lineares enquanto momentos atuam para produzir momentos rotacionais. Os momentos internos nas articulações podem ser calculados utilizando dados da força de reação do solo e da cinemática por meio de um processo chamado dinâmica inversa. Prever as mudanças de movimento causadas por forças conhecidas (problema de dinâmica direta). Determinar as forças que produziram um dado movimento (problema da dinâmica inversa).

3 Procedimentos metodológicos para a medida de forças internas Registro das imagens tipos de câmeras e no. taxa de aquisição 240 Hz Registro das forças de reação do solo plataformas de força e no. taxa de aquisição: 1200 Hz sincronização, aquisição, processamento e armazenamento

4 Conventional Gait Model - CGM Modelo convencional da marcha Helen Hayes or Kadaba Marker Set Vicon Clinical Manager (VCM) or Plug in Gait (PiG)

5 Localização das marcas externas Conventional Gait Model - CGM medidas bilaterais

6 Realização das medidas antropométricas massa corporal distância entre as cristas ilíacas ântero-superiores comprimento da coxa perímetro da coxa comprimento da perna perímetro da perna diâmetro do joelho comprimento do pé altura do maléolo lateral distância entre os maléolos lateral e medial estatura (VAUGHAN, DAVIS & O CONNOR, 1992) comprimentos dos membros inferiores: crista ilíaca ântero-superior até o maléolo medial.

7 Estimativa dos parâmetros dos segmentos corporais (coxa, perna e pé) Massa Momentos de inércia Centros de massa Centros articulares (de acordo com VAUGHAN, DAVIS E O CONNOR, 1992 utilizando dados de CHANDLER et al. 1975)

8 Massa Massa da coxa = (0,1032) (massa corporal total) + (12,76) (comprimento da coxa) (perímetro da coxa) 2 + (-1,023) Massa da perna = (0,0226) (massa corporal total) + (31,33) (comprimento da perna) (perímetro da perna) 2 + (0,016) Massa do pé = (0,0083) (massa corporal total) + (254,5) (altura maléolo lateral) (largura pé) (comprimento pé) 2 + (-0,065)

9 Centros de massa CM x coxa = coord X quadril + 0,39 (coord X joelho - coord X quadril ) CM x perna = coord X joelho + 0,42 (coord X tornozelo - coord X joelho ) CM x pé = coord X calcanhar + 0,44 (coord X metatarseo - coord X calcanhar )

10 Momentos de inércia Momento de inércia em relação ao eixo de flexão e extensão = massa segmento 2 2 comprimento do segmento 0,076 perímetro 12 Momento de inércia para o eixo de rotação interna e externa = massa segmento perímetro

11 Centros articulares (KADABA, RAMAKRISHNAN & WOOTTEN, 1990)

12 Ângulos articulares flexão e extensão abdução e adução) rotação interna e externa

13 Cinemática segmentar descreve a orientação do segmento em relação a um sistema de coordenadas globais Cinemática articular descreve a orientação de um segmento em relação a um segmento adjacente.

14 Momentos articulares Quadril flexão/extensão abdução/adução rotação interna/externa Joelho flexão/extensão abdução/adução rotação interna/externa Tornozelo flexão plantar/dorsiflexão eversão/inversão rotação interna/externa

15 Cálculo dos momentos e forças articulares

16 F articular + P segmento + F reação = (m segmento ) (a cm segmento ) (3) onde: F articular : força articular líquida P segmento : peso do segmento F reação : força de reação do solo m segmento : massa do segmento a cm segmento : aceleração do centro de massa do segmento M articular + T z + M força de reação = (I segmento ) x ( segmento ) (4) onde: M articular = momento devido à força articular T z = momento (ou torque) vertical aplicado no eixo Z, em relação à superfície da plataforma M força de reação = momento devido à força de reação do solo I segmento = momento de inércia do segmento segmento = aceleração angular do segmento

17 Estudo dos momentos e forças articulares Limitações Ambiente de laboratório Localização marcas externas, pontos anatômicos e hastes Deslocamento dos marcadores sobre a pele em relação ao esqueleto Dificuldades em determinar a aceleração das marcas a partir das posições conhecidas Dificuldades em localizar os eixos articulares de rotação Falta de acurácia em determinar os parâmetros dos segmentos corporais Gruber et al. (1998) comparação de modelo de corpo rígido e corpo deformável

18 Ângulos articulares da pelve, quadril, joelho e tornozelo nos planos sagital, frontal e transverso

19 Ângulo do joelho - lado direito e lado esquerdo

20 Momentos e potência da pelve, quadril, joelho e tornozelo nos planos sagital, frontal e transverso

21 Nem sempre a normalização é apropriada. Muitas vezes só é possível identificar diferenças nos dados absolutos.