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Estudo dos momentos e forças articulares
•Problema da dinâmica
inversa
Ana de David Universidade de Brasília
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).
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
Conventional Gait Model - CGM
Modelo convencional da marcha
•Helen Hayes or Kadaba Marker Set
•Vicon Clinical Manager (VCM) or Plug in Gait (PiG)
•Localização das marcas externas
•Conventional Gait Model - CGM
•medidas bilaterais
•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.
•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)
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)
•Massa
•Centros de massa
CMx coxa = coord Xquadril + 0,39 (coord Xjoelho - coord Xquadril)
CMx perna = coord Xjoelho + 0,42 (coord Xtornozelo - coord Xjoelho)
CMx pé = coord Xcalcanhar + 0,44 (coord Xmetatarseo - coord Xcalcanhar)
•Momentos de inércia
Momento de inércia em relação ao eixo de flexão e extensão =
22
076,012
perímetro segmentodo ocompriment segmentomassa
Momento de inércia para o eixo de rotação interna e externa =
2
28perímetro
segmentomassa
•Centros articulares (KADABA, RAMAKRISHNAN &
WOOTTEN, 1990)
•Ângulos articulares •flexão e extensão
•abdução e adução)
•rotação interna e externa
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.
• 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
Cálculo dos momentos e forças articulares
Farticular + Psegmento + Freação = (msegmento) (acm segmento) (3)
onde: Farticular : força articular líquida
Psegmento: peso do segmento
Freação: força de reação do solo
msegmento: massa do segmento
acm segmento: aceleração do centro de massa do segmento
Marticular + Tz + Mforça de reação = (Isegmento) x (segmento) (4)
onde: Marticular = momento devido à força articular
Tz = momento (ou torque) vertical aplicado no eixo Z, em relação
à superfície da plataforma
Mforça de reação = momento devido à força de reação do solo
Isegmento = momento de inércia do segmento
segmento = aceleração angular do segmento
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
Ângulos articulares da pelve, quadril, joelho e tornozelo nos planos sagital, frontal e transverso
Ângulo do joelho - lado direito e lado esquerdo
Momentos e potência da pelve, quadril, joelho e tornozelo nos planos sagital, frontal e transverso
Nem sempre a normalização é apropriada. Muitas vezes só é possível identificar diferenças nos dados absolutos.