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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.