apontamentos de biomecânica do movimento

UNIVERSIDADE TCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TCNICO

Apontamentos da Disciplina de BIOMECNICA DO MOVIMENTOLicenciatura em

Engenharia Biomdica

MIGUEL TAVARES DA [email protected]

IST, DEM, Dezembro de 2004 (1 ed.)

Curso de

Apontamentos de Biomecnica do Movimento

Biomecnica do Movimento (BM332)

Licenciatura em Engenharia Biomdica 4Ano, 1 Semestre de 2005/06http://www2.dem.ist.utl.pt/~mpsilva/BM332/M. Silva, 2004 4 Ano

LEBMed1 Semestre 2005 / 06-1-

Curso de

APRESENTAO


Objectivos da disciplina de Biomecnica do Movimento: Introduzir os formalismos numricos necessrios modelao de sistemas biomecnicos e, em particular, do corpo humano. Descrever e utilizar as tcnicas de anlise dos esforos internos no corpo humano durante actividades fsicas. Promover a formao em tcnicas experimentais de recolha e tratamento de dados. Fornecer informao sobre como quantificar o impacto para o estudo da proteco do corpo humano. Apresentar os modelos biomecnicos como ferramentas de diagnstico, treino ou auxiliares no projecto de equipamento de apoio mobilidade humana.

Ou seja, para um movimento genrico tridimensional, saber fazer a sua anlise e da retirar informao qualitativa e quantitativa que permita concluir sobre um dado problema inicialmente proposto.M. Silva, 2004

4 Ano


1

Curso de

APRESENTAOPrograma de Biomecnica do Movimento: Introduo. Reviso de Fundamentos e Notao. Cinemtica de Sistemas de Corpos Mltiplos. Reviso de Mtodos Computacionais (Maple, MATLab). Dinmica de Sistemas de Corpos Mltiplos. Modelos Biomecnicos do Sistema Esqueltico.


Biomecnica do Impacto e Avaliao do Potencial de Leso (Madymo). Dinmica Inversa em Biomecnica. Metodologias Experimentais de Recolha de Dados. Laboratrio de Biomecnica para o Movimento Humano (Apollo). Modelos do Sistema Muscular. Problema da Distribuio das Foras Musculares (Apollo).4 Ano

LEBMedM. Silva, 2004 1 Semestre 2005 / 06-3-

Curso de

APRESENTAOBibliografia:M. Silva, Apontamentos da Disciplina de Biomecnica do Movimento, Dep. de Eng. Mecnica, Instituto Superior Tcnico, 2004. S. Hall, Basic Biomechanics, Mosby, 1995. K-U. Schmitt, P. Niederer, F. Walz, Trauma Biomechanics, Springer Verlag, 2004.


B. Nigg and W. Herzog, Biomechanics of The Musculoskeletal System, John Wiley and Sons, Toronto, Canada, 1990. CISM, Crashworthiness Energy Management and Occupant Protection, Springer-Verlag, 2001. D. Winter, Biomechanics and Motor Control of Human Movement, John Wiley and Sons, Toronto, Canada, 1990. Seireg and R. Arvikar, Biomechanical Analysis of the Musculoskeletal Structure for Medicine and Sports, Hemisphere Publishing Corporation, New York, New York, 1989. G. Jaln e E. Bayo, Kinematic and Dynamic Simulation of Multibody Systems: The RealTime Challenge, Springer-Verlag, New York, 1994. P. Nikravesh, Computer-Aided Analysis of Mechanical Systems, Prentice-Hall, Englewood-Cliffs, New Jersey, 1988.M. Silva, 2004 4 Ano


2

Curso de

APRESENTAOMtodo de Avaliao: O mtodo de avaliao continuo baseado na execuo de trabalhos (computacionais) e de um exame final. Os trabalhos so executados em grupos de trs (3) alunos. O exame final individual. Percentagens para a avaliao: Trabalhos 60% Exame Final 40% Nota de exame necessariamente superior ou igual a 10 valores.


4 Ano


Curso de

APRESENTAOHorrio de Dvidas: Segunda-feira das 09:30h s 12:00h.


A Fazer com a maior brevidade (durante a 1 semana): Enviar email ao Prof. com fotografia de rosto, nome completo, nmero de aluno, email e telemvel (facultativo) Definir constituio dos grupos de trabalho (por email).

4 Ano


3

Curso de

INTRODUO E APLICAESO que a Biomecnica?


o estudo das foras, momentos de fora e dos efeitos da sua aplicao sobre estruturas e materiais biolgicos.Gary Yamaguchi in Dynamic Modeling of Musculoskeletal Motion 2001

Estudo do movimento de seres vivos utilizando a cincia da mecnica.Duane Knudson sitando Hatze (1974) in Fundamentals of Biomechanics 2003

A Biomecnica o estudo do comportamento de sistemas biolgicos utilizando e aplicando os conceitos e leis da Mecnica.in Apontamentos Curso de Biomecnica do Movimento IST, 2004 Nota 1: A Mecnica o ramo da Fsica que analisa o movimento de um determinado sistema e o modo como a aplicao de foras pode alterar esse mesmo movimento. Nota 2: Um Sistema Biolgico pode ser o corpo humano, mas tambm um qualquer outro animal, organismo ou somente uma parte ou rgo destes.M. Silva, 2004 4 Ano


Curso de

INTRODUO E APLICAESAplicaes da Biomecnica do Movimento: Na anlise da performance desportiva de atletas de alta competio. No estudo e projecto de prteses e implantes. Em ortopedia, reabilitao fsica e projecto de equipamento de proteco desportiva. Em Ergonomia e na optimizao de interfaces. Na anlise do movimento humano e consequente controlo robtico. No estudo do comportamento do corpo humano durante cenrios de impacto de ocupantes de veculos e pees.


4 Ano


4

Curso de

INTRODUO E APLICAESTipos de anlise do movimento Anlise Cinemtica: Estuda-se apenas o movimento independente das foras envolvidas Anlise Dinmica Directa: Para um dado conjunto de foras exteriores aplicadas, queremos determinar qual o movimento do sistema biomecnico. Anlise Dinmica Inversa: Para um dado movimento observado, queremos saber qual o conjunto de foras que lhe deu origem.T && Mq + q = g


&& qq = Equaes do movimento de um sistema (bio)mecnico.

4 Ano


Curso de

INTRODUO E APLICAESAPLICAES DE DINMICA DIRECTA Caso 1: Placagem de Futebol Americano Muitas actividades atlticas envolvem severos contactos corporais: Quantificao do Potencial de Dano. Melhoramento do equipamento desportivo. Nas anlises dinmicas directas necessrio controlar os limites mximos articulares:


u u 0 ur k u uij j un k

IIu ur u o u

III

I

IV

i

Utilizam-se modelos matemticos que controlam e simulam o contacto entre o corpo humano e o ambiente envolvente.fc / i Energy dissipation Loadingr v

r vr v r v r ur fc /i

r u

i r ff

i

r v

r v

Unload ing 0

4 Ano

LEBMedM. Silva, 2004 1 Semestre 2005 / 06- 10 -

5

Curso de

INTRODUO E APLICAESAPLICAES DE DINMICA DIRECTA Caso 2: Tren de Desacelerao Os laboratrios com trens de desacelerao proporcionam informao significativa para: A industria automvel e aeronutica. O projecto de assentos de automvel e avio, airbags, e cintos de segurana. As anlises dinmicas directas requerem o uso de modelos matemticos de assentos e cintos de segurana:a3 c3 a3 c3


c4

c4

c1

c2

c1 c2

4 Anoa1 a2 a1 a2

LEBMed1 Semestre 2005 / 06- 11 -

M. Silva, 2004

Curso de

INTRODUO E APLICAESAPLICAES DE DINMICA DIRECTA Caso 3: Simulao de Acidentes Cenrio complexo (capotamento): Descrio detalhada do veculo. Integrao de ocupantes. Simulao da geometria interior. Contactos mltiplos entre ocupante e o carro. Influncia na dinmica do veculo.


Roll Over Direction

= 1.5 rad/s

V = 25 m.p.h.

0.3 m

4 Ano


6

Curso de

INTRODUO E APLICAESAPLICAES DE DINMICA DIRECTA Caso 4: Reconstruo Dinmica de Acidentes Reconstruo de um acidente de atropelamento: Estudo paramtrico onde se utilizou: Velocidades iniciais do autocarro a variar entre[20,40] km/h. Diferentes posies relativas entre autocarro e peo.


O estudo revelou que a probabilidade do peo ser atropelado s era elevada se o embate se desse na parte frontal do autocarro.

TOP VIEW

V0 80 deg.

BUSInitial positions (IP1 to IP8 )

0IP1

55 mmIP8

4 Ano


Curso de

INTRODUO E APLICAESAPLICAES DE DINMICA INVERSA Caso 1: Anlise da marcha Requer a aquisio e reconstruo do movimento observado:


Captura do movimento utilizando 4 cmaras sincronizadas a 60Hz.

Cam #3

Top View

Cam #2

Subject

Forward Direction Plate #2 Plate #3 Cam #1

Plate #1 Cam #4

Digitalizao manual dos pontos anatmicos, localizados em extremidades e articulaes. Reconstruo 3D utilizando Transformaes Lineares Directas. Filtragem do rudo utilizando filtros Passa - Baixo. Clculo das velocidades e aceleraes por diferenciao numrica das trajectrias digitalizadas.M. Silva, 2004 4 Ano


7

Curso de

INTRODUO E APLICAESAPLICAES DE DINMICA INVERSA Caso 1: Anlise da marcha Medio das foras externas:


Utilizao de plataformas de fora, sincronizadas com as cmaras de vdeo.Z f FZ4 FY4 fX FX4 fZ MY p FX1 Y FZ3 FY3 FX3 X b FX2 FZ2 a FY2 fY FZ1

Obteno das curvas do centro de presso (COP).0 0 0 0 0 0250 200

PCP FGRF

v8-120 -100 -80 -60 -40 -20

150

100

50

0 0

-50

4 Ano


M. Silva, 2004

Curso de

INTRODUO E APLICAESAPLICAES DE DINMICA INVERSA Caso 1: Anlise da marcha


Semimembranosus

Tensor Fasciae Lata

Vastae Family

Visualizao do aparato muscular utilizando o programa de simulao APOLLO.M. Silva, 2004

Gastrocnemius

Gluteus Medius

Soleus4 Ano


Lower Extremity Muscle Atlas, http://www.rad.washington.edu/atlas2/

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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA origem do termo Biomecnica:


O termo Biomecnica adoptado pela comunidade cientfica no incio dos anos 70 para descrever a rea cientfica relacionada com a anlise mecnica de sistemas biolgicos. No entanto a biomecnica enquanto cincia j existe h muito mais tempo. As suas fundaes remontam antiguidade Grega, aos primeiros estudos da Mecnica de Sistemas Vivos.

Perodos relevantes no desenvolvimento da Biomecnica:Perodo Antiguidade Idade Mdia Renascimento Revoluo Cientfica Iluminismo Sculo XIX Sculo XX Cronologia de 650 A.C. a 200 D.C. de 200 D.C. a 1450 D.C. de 1450 D.C. a 1600 D.C. de 1600 D.C. a 1730 D.C. de 1730 D.C. a 1800 D.C. de 1800 D.C. a 1900 D.C. de 1900 D.C. a 2004 D.C.Cronologia de acordo com Nigg e Herzog in Biomechanics of M-S System (1994)M. Silva, 2004

Durao 850 anos 1250 anos 150 anos 130 anos 70 anos 100 anos 104 anos4 Ano

TEMPO


Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Antiguidade (600 A.C. 200 D.C.):


Os Gregos foram a primeira civilizao a conseguir separar o conhecimento do mito e religio, criando uma verdadeira conscincia crtica. Vrios factores influenciaram o surgimento desta conscincia crtica, destacando-se: A relativa liberdade poltica e religiosa (inspiradora de novas ideias). A localizao geogrfica e o clima (tempo de lazer). Intercmbio com outras culturas (Egpcios, Fencios, sia Menor).

Mapa da Grcia Antiga (750 - 450 A.C.)M. Silva, 2004

4 Ano


9

Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Antiguidade (600 A.C. 200 D.C.): Corpo so para uma Mente s traduz um pouco o esprito grego que levou prtica de actividades desportivas. A produo artstica dessa poca evoluiu muito em termos da representao do corpo humano, revelando um conhecimento profundo da sua anatomia superficial. Observao detalhada do movimento humano com procura de meios para a sua representao.


Discbolos (450 A.C.)Escultura grega com representao detalhada da anatomia superficial.

Clice com Figuras (750 - 450 A.C.)Cermica grega com representao detalhada do movimento de lanamento do dardo. M. Silva, 2004 4 Ano


Curso de



Surgem os primeiros filsofos, denominados por Filsofos Naturalistas por dirigirem a sua ateno observao da estrutura e funcionamento da Natureza. Entre estes destaca-se Tales de Mileto que considerado como sendo o primeiro Filsofo matemtico. Atribu-se a ele o clculo por triangulao da Altura das Pirmides e da Distncia de Navios a Terra.

Tales de Mileto (624-545 A.C.)

Medio da Altura das PirmidesPor triangulao tem-se BA=BCxCD/CE.

Distncia de Navios a TerraPor triangulao vem OB=OAxCD/CA

4 Ano


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Curso de



Estes primeiros filsofos estabelecem os elementos bsicos da matemtica, astronomia, mecnica, fsica, geografia e medicina. Pitgoras de Samos (ilha prxima de Mileto) criou a sua escola de pensamento onde existiam mestres e discpulos de ambos os sexos. Acreditava que relaes matemticas detinham os segredos do Universo. Afirmava que ...todas as coisas tm forma, todas as coisas so forma, e que todas as formas podem ser definidas por nmeros. Enunciou o conhecido teorema com o seu nome:Pitgoras de Samos (582-500 A.C.)

a2 = b2 + c2

b c

a

4 Ano


M. Silva, 2004

Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Antiguidade (600 A.C. 200 D.C.): Hipcrates de Cs considerado desde a idade mdia como o Pai da Medicina. Desenvolveu uma aproximao cientfica extremamente racional ao diagnstico, libertando a medicina de constrangimentos sobrenaturais, estabelecendo-a como um ramo da cincia.


o smbolo de todas as qualidades e princpios morais inerentes aos mdicos, tendo vivido a sua vida de acordo com um juramento que fez (Juramento de Hipcrates). Acreditava no princpio de causa efeito, i.e., considerava que o acaso no existia e que tudo o que acontece, acontece por uma dada razo.

Hipcrates de Cs (460-370 A.C.)M. Silva, 2004

4 Ano


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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Antiguidade (600 A.C. 200 D.C.): Aristteles de Estagira (pequena cidade no norte da Grcia) foi discpulo de Plato e considerado como o pai da cinsiologia .


Considerava que o objectivo da cincia era explicar a natureza, por meio de observao cuidada, dando pouca importncia experimentao. Interessado por vrias matrias, publicou vasta obra de onde se destaca um tratado intitulado Sobre o Movimento dos Animais no qual descreve pela primeira vez o conceito de movimento e de locomoo. Nesta obra Aristteles faz a primeira descrio de uma passada e a primeira anlise geomtrica da actividade muscular. Identificou tambm o conceito de fora de reaco sendo que escreveu que ... quando quem empurra, empurra, quem empurra empurrado.4 Ano

Aristteles de Estagira (384-322 A.C.)


Curso de



Herfilos de Calcednia (actual Kadiky nos subrbios de Istambul), considerado como sendo o pai da anatomia. Lana as fundaes da moderna anatomia atravs da sistematizao da dissecao, tendo identificado pela primeira vez vrios rgos do corpo humano. Distingue entre tendo e nervo e atribui sensibilidade ao ltimo. Considera pela primeira vez o crebro como sendo o centro de toda a inteligncia. Erasistratos de Quios (ilha grega no Egeu), discpulo de Herfilos, foi o primeiro a definir os msculos como rgos de contraco.

Herfilos de Calcednia (335-280 A.C.)M. Silva, 2004

Erasistratos de Quios (304-250 A.C.) Descobrerta da doena de Antiocos(pintura de Jacques-Louis DAVID, 1774)

4 Ano


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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Antiguidade (600 A.C. 200 D.C.): Galeno de Prgamo (na Siclia) foi Mdico do Colgio de Gladiadores, sendo considerado como o pai da medicina desportiva.


Nessa actividade realizou numerosas operaes cirrgicas tendo adquirido um enorme conhecimento do corpo humano e do seu movimento. Escritor compulsivo escreveu mais de 500 tratados de medicina que foram a referncia por mais de 1300 anos. As obras De Usu Partium (O uso das Partes) e De Moto Musculorum (O movimento dos Msculos) so dois dos seus trabalhos mais relevantes. Nestas obras aborda em profundidade a forma e funo de partes do corpo humano e da funo e movimento dos msculos, identificando msculos agonista e antagonista, nervos motores e sensoriais.De Usu Partium Galeno de Prgamo (129-201 D.C.)M. Silva, 2004 exemplar do sc. X biblioteca do Vaticano 4 Ano


Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Idade Mdia (200 D.C. 1450 D.C.):


Perodo longo com cerca de 1300 anos no qual o desenvolvimento cientfico decresceu dando lugar ao desenvolvimento religioso e espiritual. Desencorajando o questionamento cientfico, So Agostinho afirma nos seus escritos que ...o nico tipo de conhecimento desejado o conhecimento de Deus, e que nenhuma vantagem advm do estudo da realidade da natureza. S no sc XIII, atravs de So Toms de Aquino, que a filosofia aristotlica novamente incorporada na doutrina crist. Nesta era poucos foram os contributos para a Biomecnica.O Nome da Rosa de Umberto Eco (1986)4 Ano

S. Agostinho e S. Toms AquinoM. Silva, 2004


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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSO Renascimento (1450 D.C. 1600 D.C.): Surgiu em Itlia aps o caos politico do sec. XV. Substituio da concepo teocntrica pela antropocntrica, i.e., o homem deixa de pensar o universo em funo de Deus, tornando-se senhor do seu destino. Valorizao do homem e da natureza em oposio a Deus e ao sobrenatural surgimento do Humanismo. Retorno cultura e civilizao clssicas, o que favorece o estudo do grego e do latim e o reavivar das doutrinas dos antigos pensadores gregos. Criou as fundaes necessrias para a Revoluo Cientfica do sec. XVII.


Monalisa de Leonardo da Vinci

Criao de Ado de Michelangelo

TipografiaGutemberg M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSO Renascimento (1450 1600 D.C.): Leonardo da Vinci uma figura incontornvel em todo o Renascimento (smm!) Contribuiu para a biomecnica atravs de volumoso legado de apontamentos sobre a anatomia humana (movimento, juntas, msculos, ossos). Ao contrrio de Galeno, achava que a verificao e a experimentao eram determinantes para o seu estudo, tendo feito vrias dissecaes. Foi o primeiro a fazer a correcta representao da anatomia do osso ilaco chamando junta da anca il polo del omo.Leonardo da Vinci (1452-1519 D.C.)M. Silva, 2004


S 200 a 300 anos aps a sua morte foram feitas as primeiras publicaes do seu trabalho.

4 Ano


http://www.gfmer.ch/International_activities_En/Leonardo_anatomical_drawings.htm

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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSO Renascimento (1450 1600 D.C.): Andreas Vesalius foi de todas as figuras do renascimento aquela que deixou o maior legado para a biomecnica. Identificou vrias contradies entre as suas dissecaes e aquelas feitas por Galeno. Concluiu que a anatomia de Galeno era baseada no estudo da anatomia de animais aplicada com alguns erros anatomia humana. Publicou em 1543 a sua opus magnum (obra prima) intitulada De Humani Corporis Fabrica na qual lanou os fundamentos da moderna anatomia.Andreas Vesalius (1514-1564 D.C.)M. Silva, 2004


4 Ano

LEBMed1 Semestre 2005 / 06

http://www.zol.be/Vesalius/

http://vesalius.northwestern.edu/

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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Revoluo Cientfica (1600 1730 D.C.): Galileu Galilei foi das figuras mais proeminentes da revoluo cientfica e por muitos considerado como o pai da biomecnica devido aos estudos que fez sobre o salto humano e a passada de cavalos e insectos, publicados na obra De Animaliam Motibus. Deu tambm grandes contributos mecnica atravs da sua teoria de movimento uniforme, balstica, plano inclinado e quantidade de movimento. Na astronomia, atravs da utilizao do telescpio. Observou as crateras da Lua, descobriu os 4 satlites de Jpiter e demonstrou a teoria de Coprnico, dizendo que a Terra girava em torno do Sol.


Galileu Galilei (1564-1642 D.C.)M. Silva, 2004

4 Ano


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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Revoluo Cientfica (1600 1730 D.C.):


Ren Descartes foi um proeminente filsofo, matemtico e pensador do sec. XVII. Inventou o sistema de coordenadas Cartesiano que ainda hoje se utiliza para representar a posio de um corpo (ou sistema de corpos) no espao.Ren Descartes (1596-1650 D.C.)

No seu tratado Lhomme aplica as leis da mecnica ao corpo humano.

Giovanni Borelli foi matemtico e mdico. O seu maior objectivo era integrar a fisiologia com as cincias fsicas.

De Motu AnimaliumTabela 4 do livro de Borelli

Giovanni Borelli (1608-1679 D.C.)M. Silva, 2004

Na sua obra De Motu Animalium utiliza um mtodo geomtrico para analisar movimentos complexos tais como a marcha, corrida, salto, natao e contraco muscular.

4 Ano


Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSA Revoluo Cientfica (1600 1730 D.C.):


Isaac Newton foi um fsico e um matemtico notvel, tendo feito a sntese de tudo o que se tinha descoberto at data na rea da mecnica. Na sua obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1686), Newton enunciou as quatro leis fundamentais da mecnica, estabelecendo um novo conceito de anlise do movimento. Estas quatro leis revelam-se fundamentais para a anlise cinemtica e dinmica de qualquer sistema mecnico ou biomecnico. 1 Lei de Newton ou Lei da Inrcia. 2 Lei de Newton ou Lei da Acelerao. 3 Lei de Newton ou Lei da Aco - Reaco. ... e ainda aIsaac Newton (1642-1727 D.C.)M. Silva, 2004

Lei da Atraco Universal.4 Ano


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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSO Iluminismo (1730 - 1800 D.C.): Muitas vezes designado como o Sculo da Luz devido ao surgimento constante de novas ideias, especialmente no campo da matemtica. A matemtica vista como a cura/soluo para todos os problemas da sociedade.


O grandes matemticos preencheram muitas das lacunas que ficaram da revoluo cientfica: Leonhard Euler expande as leis de Newton para corpos rgidos e fluidos. Jean dAlembert no seu Trait de Dynamic enuncia o princpio com o seu nome, dizendo que a 3 Lei de Newton pode ser aplicada a corpos em movimento. Joseph Lagrange trata os problemas da mecnica de uma forma generalista utilizando o calculo diferencial para expressar a 2 Lei de Newton em funo da energia potencial e cintica do sistema.Leonhard Euler (1707-1783 D.C.) Jean dAlembert (1717-1783 D.C.) Joseph Lagrange (1736-1815 D.C.)

4 Ano


Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOS


O Sculo XIX ou o Sculo da Marcha (1800 - 1900 D.C.): Reaviva-se a ideia ancestral de Corpo so para uma mente s, comeando a haver um interesse crescente na prtica de actividade fsica. A revoluo industrial, desencadeada por James Watt (1736-1819) com a criao da mquina a vapor, gera tempo de lazer e recriao que pode ser aplicado prtica desportiva. A tomada da Bastilha e a revoluo francesa assinalam o fim do monoplio do desporto e lazer para as classes mais elevadas da sociedade. Do ponto de vista tecnolgico, comearam a existir as ferramentas que permitiam fazer a anlise de qualquer tipo de movimento (fotogrametria). Comearam-se a fazer as primeiras electromiografias, i.e., medio da corrente elctrica produzida por um msculo durante a sua contraco.M. Silva, 2004

Auto-retrato de Nadar (1865)1s fotos conhecidas de uma sequncia de movimento. 4 Ano


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Curso de



O Sculo XIX ou o Sculo da Marcha (1800 - 1900 D.C.): Etienne Marey transformou o estudo da locomoo de mera observao qualificada para uma cientfica quantificada. Implementou o primeiro laboratrio de Biomecnica onde estudou o movimento de adultos, crianas, cavalos, aves, insectos e peixes. Inventor de numerosas mquinas de captura de movimento, das quais se destaca o fuzil fotogrfico e tambm uma plataforma de foras.

Etienne Marey (1838-1904)4 Ano


Curso de



O Sculo XIX ou o Sculo da Marcha (1800 - 1900 D.C.): Edweard Muybridge contribuiu para a biomecnica com um enorme legado de imagens animadas que produziu para documentar o movimento dos seres vivos. Brown e Fischer determinaram pela primeira vez o centro de massa dos principais segmentos anatmicos do corpo humano utilizando cadveres congelados. Du Bois Reymond e Duchenne lanam os fundamentos da moderna electromiografia (EMG). Wolff publica em 1870 a sua lei de regenerao ssea. Reconheceu o osso como um material vivo e a interdependncia entre a sua forma e funo. Estabeleceu que apenas as leis fsicas condicionam o crescimento sseo.4 Ano

Edweard Muybridge (1830-1904)M. Silva, 2004


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Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOSO Sculo XX (1900 - 2004 D.C.):


Vrios factores influenciaram o rpido desenvolvimento da biomecnica neste sculo: Desenvolvimento mecnico e tecnolgico devido a duas guerras mundiais. Aumento da popularidade e reconhecimento social da prtica de desporto. Exploso do financiamento pblico da investigao mdica. A. V. Hill recebeu o prmio Nobel da medicina e fisiologia, devido ao rabalho realizado en torno da explicao da funo mecnica e estrutural dos msculos. Definiu um modelo matemtico do msculo esqueltico que ainda hoje vastamente utilizado. Realizou-se em Agosto de 1967 o 1 Seminrio Internacional de Biomecnica em Zurique, Sua.

A. V. Hill (1830-1904)M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

CONTRIBUTOS HISTRICOS1 Trabalho Pesquisa e Recolha de Informao: Tipo de trabalho: Em grupo (max. 3 alunos). Cotao: 5% NM. Objectivos: Cada grupo dever efectuar uma pesquisa bibliogrfica com respectiva recolha de informao referente a uma das seguintes figuras histricas, cujo trajecto e obra teve relevncia directa ou indirecta na biomecnica: Hipcrates Vesallius. (Hippocrates) Galileu. Aristteles William Harvey (Aristotle) Borelli. Herofilos e Erasistratos Newton. (Herophilos and Erasistratis) Etienne Marey. Nadar Edweard Muybridge. Galeno Braune e Fischer. (Galen) Leonardo da Vinci. Wolff Hill Implementao: A informao recolhida dever ser compilada numa apresentao em Powerpoint que poder conter para alm de texto, imagens, filmes, animaes e sons. O trabalho ser apresentado pelos alunos na aula e a sua durao no dever exceder os 10 minutos por grupo.M. Silva, 2004


4 Ano

LEBMed- 38 -

1 Semestre 2005 / 06

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Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOFormas Elementares de Movimento: O movimento humano normalmente descrito como sendo um movimento genrico, i.e., uma combinao complexa de movimentos de translao e de movimentos de rotao. Movimento de Translao: Considera que todo o corpo se move de forma nica e que no existe movimento relativo de rotao entre segmentos anatmicos. Rectilneo se ocorrer ao longo de um segmento recto. Curvilneo caso contrrio. Movimento de Rotao: Quando existe uma rotao do corpo ou de um ou mais segmentos anatmicos em torno de um eixo instantneo de rotao normalmente situado num centro articular.M. Silva, 2004 Translao (Curvilnea)


Translao (Rectilnea)

Rotao 4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia Especfica para Anlise do Movimento:


A anlise do movimento humano e sua posterior descrio requer o uso de terminologia especializada que de forma precisa e unvoca identifique as diferentes posturas, tipos de movimento e relaes de posio entre os vrios segmentos anatmicos do corpo humano. Terminologia para Anlise do Movimento: de Comparao e Inter-relao. do Movimento Articular. Requer a definio de: Posio anatmica de referncia Planos anatmicos de referncia. Eixos anatmicos de referncia.

4 Ano


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Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOPosio Anatmica de Referncia:


A Posio Anatmica de Referncia considerada como sendo a postura de referncia utilizada na descrio da posio e movimento relativo entre os segmentos anatmicos do corpo humano. Em conjunto com a terminologia especfica de comparao e inter-relao e com a terminologia do movimento articular, a Posio Anatmica de Referncia permite documentar onde uma arte do corpo se encontra relativamente a uma outra, independentemente de o corpo humano estar de p, deitado ou noutra qualquer posio. Corresponde a uma postura na qual o corpo se encontra na posio erecta, com os ps ligeiramente separados e os braos suspensos lateralmente, com as palmas das mos viradas para a frente.M. Silva, 2004

Posio Anatmica de Referncia 4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOPlanos Anatmicos de Referncia: Tambm designados por planos cardinais, so em nmero de 3 e perpendiculares (ortogonais) entre si. Cada plano divide o corpo humano em duas metades de igual massa, sendo o ponto comum de interseco o centro de massa do corpo. Muito teis na descrio de movimentos de grande amplitude e para a definio da terminologia especfica dos tipos de movimento do corpo humano. No entanto existem muitos movimentos do corpo humano que no so orientados segundo estes planos. Neste casos utilizam-se planos oblquos.


Planos Anatmicos de Referncia 4 Ano


21

Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOPlanos Anatmicos de Referncia: Plano Sagital (Sagittal Plane): Divide o corpo verticalmente, nas suas duas metades direita e esquerda. (Movimentos neste plano: corrida, marcha, bicicleta). Plano Frontal (Frontal or Coronal Plane): Divide o corpo verticalmente, nas suas duas metades anterior e posterior. (Movimentos neste plano: saltos laterais, roda, pontaps laterais em artes marciais). Plano Transverso (Transverse or Axial Plane): Divide o corpo horizontalmente nas suas duas metades inferior e superior (Movimentos neste plano: dana, ginstica, saltos artsticos).


Planos Anatmicos de Referncia 4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOEixos Anatmicos de Referncia: O movimento dos segmentos anatmicos do corpo humano ocorre em torno de um eixo de rotao imaginrio que passa pela junta qual esse segmento est ligado. Existem 3 eixos de referncia, utilizados na descrio do movimento humano, estando cada um deles orientado perpendicularmente a um dos planos de referncia. Eixo mdio-lateral: Perpendicular ao plano sagital, define os movimentos que ocorrem nesse plano. Eixo anteroposterior: Perpendicular ao plano frontal, define os movimentos que ocorrem nesse plano. Eixo longitudinal: Perpendicular ao plano transversal, define os movimentos que ocorrem nesse plano.M. Silva, 2004


Eixo Mdio-lateral

Eixo Longitudinal

Eixo Anteroposterior 4 Ano


22

Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia de Comparao e Inter-relao Utilizada para relacionar a posio entre segmentos anatmicos e entre segmentos anatmicos e outros objectos externos. Superior: Que est mais prximo da cabea (cranial em zoologia). Ex: O corao est superior ao estmago. Inferior: Que est mais afastado da cabea (caudal em zoologia). Ex: O tronco est inferior ao pescoo. Anterior: Que est mais frente (neutral em zoologia). Ex: A rtula est anterior articulao do joelho. Posterior: Que est mais atrs (dorsal em zoologia). Ex: A omoplata est posterior clavcula.M. Silva, 2004 Terminologia de Comparao e Inter-relao


4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia de Comparao e Inter-relaoMedial: O que est mais prximo do meio. Ex: O dedo grande do p medial face aos restantes. Lateral: O que est mais afastado do meio. Ex: O polegar est no lado lateral da mo. Proximal: O que est mais prximo do tronco. Ex: O joelho proximal face ao tornozelo. Distal: O que est mais afastado do tronco. Ex: O pulso distal face ao cotovelo. Superfcial: O que est mais prximo da superfcie. Ex: A pele superficial aos msculos.


Profundo: O que est mais afastado da superfcie. Ex: Os pulmes esto mais profundos que as costelas.M. Silva, 2004

Terminologia de Comparao e Inter-relao

4 Ano


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Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular: A Terminologia do Movimento Articular utilizada para descrever o movimento dos segmentos anatmicos que ocorrem nas articulaes. Considera-se que quando o corpo humano se encontra na posio anatmica de referncia, todos os seus segmentos anatmicos se encontram posicionados a zero graus. Uma rotao de um segmento anatmico designada de acordo com a direco do movimento e medida como sendo o ngulo entre a posio actual e a posio de referncia.M. Silva, 2004


Posio Anatmica de Referncia Corpo na posio erecta, ps ligeiramente separados, braos suspensos lateralmente, palmas das mos viradas para a frente 4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular:Movimentos no Plano Sagital: Os trs principais movimentos que ocorrem neste plano so designados por flexo, extenso e hiperextenso. Flexo o movimento que implica uma rotao no plano sagital na direco anterior dos segmentos anatmicos da cabea, tronco, brao e antebrao, mo e anca e numa direco posterior para o segmento da perna. Extenso o movimento que retorna um segmento anatmico flectido sua posio de referncia. Hiperextenso definido como uma extenso para alm da posio anatmica de referncia, na direco oposta direco de flexo.M. Silva, 2004


Flexo

Extenso

Hiperextenso 4 Ano


24

Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular: Movimentos no Plano Frontal: Os dois movimentos mais importantes que ocorrem neste plano so designados por abduo e aduo. No entanto existem ainda outros de menor relevncia. Abduo o movimento no qual um dado segmento anatmico se move para l da linha mdia do corpo. Aduo o movimento oposto, i.e., aquele que traz o segmento anatmico para junto da linha mdia do corpo. Flexo Lateral (direita ou esquerda) descreve o movimento oscilante do tronco no plano frontal.Flexo Lateral (direita / esquerda)


Abduo

Aduo

4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular: Elevao e Depresso do ombro corresponde ao movimento desta articulao respectivamente nas direces superior e inferior.


Elevao

Depresso

Desvio Radial o movimento que traduz a rotao radial da mo em torno do pulso no plano frontal e na direco do rdio, i.e., para o lado do polegar. Desvio Cubital o movimento oposto e que traduz a rotao frontal da mo em torno do pulso na direco do cbito, i.e., na direco do dedo mnimo.M. Silva, 2004

Desvio Cubital

Desvio Radial

4 Ano


25

Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular: Dorsiflexo o movimento que traz o dorso do p na direco da perna. Flexo plantar o movimento que leva a planta do p para a direco inferior. Everso e Inverso do p so movimentos a que correspondem respectivamente as rotaes externa e interna da planta do p. Abduo e Aduo do p so termos utilizados para descrever respectivamente as rotaes lateral e medial de todo o p. Pronao e Supinao do p so movimentos compostos da articulao subtalar que incluem: Pronao: everso+abduo+dorsiflexo. Supinao: inverso+aduo+flexo plantar.Supinao Neutro Pronao Dorsiflexo


Neutro

Flexo Plantar

Everso Neutro Inverso

Abduo Neutro Adduo

Consultar http://www.footmaxx.com/clinicians/index.html para informao mais detalhada M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular: Movimentos no Plano Transversal: Os movimentos no plano transversal so na sua maioria movimentos de rotao em torno do eixo longitudinal dos segmentos anatmicos. Rotao Direita e Esquerda so termos utilizados para descrever o movimento no plano transversal da cabea, pescoo e tronco. Rotao Mdia e Lateral so termos utilizados para descrever o movimento da perna e do brao como um todo. Medial no sentido da linha mdia do corpo; Lateral no sentido oposto. Supinao e Pronao so termos que so utilizados especificamente para designar respectivamente a rotao exterior ou interior do antebrao.Pronao M. Silva, 2004 Supinao


Rotao Direita / Esquerda (Cabea, Pescoo, Tronco)

Rotao Medial

Rotao Lateral

4 Ano


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Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular: Abduo e Aduo Horizontal so os termos utilizados para descrever o movimento de rotao do brao e da coxa no plano transverso quando flectidos de 90 e que se traduz respectivamente por uma rotao lateral para o exterior e para o interior do corpo. Protraco e Retraco so os termos utilizados para descrever respectivamente a rotao anterior e posterior da articulao o ombro (omoplata). Movimento de Circundao um movimento genrico que envolve normalmente o movimento circular de um segmento anatmico, combinando flexo, extenso, abduo e aduo, resultando numa trajectria cnica com fulcro na junta. Movimento de Oposio o movimento que leva o polegar a tocar nos restantes dedos.Oposio M. Silva, 2004 Protaco


Aduo Horizontal

Abduo Horizontal

Retraco

Circudao 4 Ano


Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANOTerminologia do Movimento Articular:Varo e Valgo so desvios permanentes de um dado segmento anatmico. Esto associados a patologias musculares e/ou articulares. Varo: Desvio interno no alinhamento dum segmento anatmico da extremidade proximal para a distal. Valgo: O contrrio, i.e., desvio externo no alinhamento dum segmento anatmico. Aducto e Abducto so desvios permanentes de um dado segmento anatmico. Esto associados a patologias musculares e/ou articulares. Aducto: Desvio medial no alinhamento dum segmento anatmico da extremidade proximal para a distal. Abducto: O contrrio, i.e., desvio lateral no alinhamento dum segmento anatmico.Joanete (dedo grande valgo / abducto e 1 metatarso varo / aducto)


P Varo (inverso permanente do p direito)

4 Ano


27

Curso de

CINEMTICA DO MOVIMENTO HUMANO2 Trabalho Descrio de uma Postura ou Movimento: Tipo de trabalho: Individual. Cotao: 5% NM.


Objectivos: O aluno dever escolher uma postura ou movimento humano ao seu critrio. Essa postura ou movimento dever ser analisado o ponto de vista cinemtico e descrito de forma qualitativa utilizando os conceito introduzidos na disciplina onde se incluem a terminologia de comparao e inter-relao e a terminologia especfica para anlise do movimento articular. Implementao: Dever ser elaborado um relatrio tcnico onde conste a introduo e mbito do trabalho, a apresentao e descrio da postura ou movimento adoptado, a discusso de resultados, concluses e as referncias bibliogrficas utilizadas. O relatrio tcnico dever seguir o formato adoptado na disciplina, no devendo exceder as 4 pginas, incluindo figuras e tabelas. Instrues para Autor: As instrues para autor podem ser obtidas por download da pgina da disciplina seguindo do link: http://www2.dem.ist.utl.pt/~mpsilva/BM332/BM_Downloads.html4 Ano


Curso de

BIOMECNICA ARTICULARBiomecnica das Articulaes Humanas As articulaes efectuam a juno entre dois ou mais ossos do esqueleto humano. As suas principais funes incluem: Permitir ou inibir o movimento numa dada direco. Transmitir foras de um osso para outro(s).


O corpo humano possui mais de 200 articulaes, o que faz com que estes elementos tenham um papel determinante na sua capacidade de movimento e locomoo. As articulaes so feitas de tecidos vrios, estando muito bem projectadas para o desempenho da sua funo. Ao contrrio do seu equivalente mecnico - que avaria com alguma frequncia - as articulaes funcionam por vezes em situaes extremas e em mdia durante 70 anos sem patologias de maior. A anatomia de uma articulao saudvel pouco varia de pessoa para pessoa, no entanto diferenas na espessura relativa dos tecidos moles envolventes podem resultar em diferenas significativas na amplitude do movimento entre diferentes pessoas.4 Ano


28

Curso de

BIOMECNICA ARTICULARClassificao de Articulaes No corpo humano e na grande maioria dos ser vivos vertebrados, existem 3 principais tipos de articulaes: Sinartroses (articulaes fixas).Sinartroses Cranianas (Suturas)


Anfiartroses (articulaes de reduzida mobilidade). Diartroses ou Sinoviais (articulaes de grande mobilidade): Enartroses. Condilartroses. Trocleartroses. Artrodias ou artroses.4 Ano Diartrose da Anca M. Silva, 2004 Anfiartroses Vertebrais (Discos)


Curso de

BIOMECNICA ARTICULARClassificao de ArticulaesSinartroses: So articulaes fixas, desprovidas ou com muito pouco movimento, constitudas por tecidos fibrosos, cuja funo unir dois ou mais ossos. Tm como funo dar estabilidade estrutural, tendo a capacidade de absorver choques e vibraes, dissipando alguma energia. As Sinartroses dividem-se em: Suturas. Sindesmoses. Gonfoses. Ex: Suturas do crnio, sindesmose da tbia e pernio e gonfose periodontal.M. Silva, 2004


Suturas Cranianas

Gonfose Periodontal

Sindesmose Tbio-Peronial

4 Ano


29

Curso de

BIOMECNICA ARTICULARClassificao de ArticulaesAnfiartroses: Articulaes que apresentam mobilidade reduzida. Os ossos esto unidos entre si por uma fibrocartilagem cuja consistncia (rigidez, histerese) permite a existncia de deformao e dum certo grau de movimento (normalmente flexo) entre os segmentos sseos. Tm como funo dar estabilidade estrutural, tendo a capacidade de absorver choques e vibraes, dissipando alguma energia. Ex: Anfiartroses vertebrais (discos intervertebrais), snfise pubiana.M. Silva, 2004


Anfiartroses Intervertebrais

Snfise Pubiana

4 Ano


Curso de

BIOMECNICA ARTICULARClassificao de ArticulaesDiartroses (sinoviais):


Articulaes que permitem uma ampla gama de movimentos e nas quais os ossos esto interligados por meio de ligamentos. Existem vrios tipos de articulaes sinoviais consoante a sua funo e o movimento admitido (desde pequenas translaes at grandes rotaes) Ex: Diartrose do joelho, diartrose da anca, diartrose do ombro.

4 Ano Diartroses ou Articulaes Sinoviais M. Silva, 2004


30

Curso de

BIOMECNICA ARTICULARClassificao de ArticulaesTipos de articulaes sinoviais: Enartrose: Constituda por um segmento sseo esfrico que encaixa dentro de uma cavidade com a sua forma e portanto pode rodar em todas as direces. Ex: Enartrose da anca. Condilartrose: Constituda por um segmento sseo arredondado ou elptico e outro que apresenta a forma cncava recproca. Ex: Condilartrose do cotovelo. Trocleartrose: Constituda por um segmento sseo em forma de poleia, que apresenta uma depresso no centro e outro com uma crista que encaixa no canal da poleia. Ex: Trocleartrose do cotovelo. Artrodia (artrose): Constituda por segmentos sseos planos que s podem deslizar entre si. Ex: Artrodia entre o atlas e o axis.M. Silva, 2004


Enartrose da Anca

Condilartrose e Trocleartrose do Cotovelo

Artrodia Cervical 4 Ano


Curso de

BIOMECNICA ARTICULARJuntas Mecnicas de Geometria IdealAs articulaes sinoviais tm estruturas extremamente complexas, sendo a sua modelao computacional complexa, morosa e por vezes desnecessria face aos objectivos primordiais da anlise. De forma a simplificar e aumentar a eficincia computacional da formulao matemtica, a modelao computacional de articulaes biolgicas na grande maioria dos casos substituda pela utilizao de juntas mecnicas de geometria ideal.


Modelo Biomecnico (As Articulaes Biolgicas foram substitudas por Juntas Mecnicas de Geometria Ideal)

4 Ano Exemplos de Juntas Mecnicas de Geometria Ideal M. Silva, 2004


31

Curso de

BIOMECNICA ARTICULARJuntas Mecnicas de Geometria Ideal Junta de Revoluo: Tipo dobradia de porta. Permite movimento de rotao em torno de uma nica direco. Junta Esfrica: Tipo espelho retrovisor de automvel. Permite movimento de rotao em qualquer direco. Rotao livre. Junta Universal: Tipo Cardan de transmisso de veculo. Permite rotao nas duas direces definidas pelos eixos da cruzeta. Junta de Translao: Tipo antena telescpica: Prismtica: Permite translao numa dada direco. Cilndrica: Permite translao e a rotao das peas sobre si prprias.


Junta de Revoluo

Junta Esfrica

Junta Universal Junta Translao (cilndrica) M. Silva, 2004 Junta Translao (prismtica)

4 Ano


Curso de

BIOMECNICA ARTICULARGraus de Liberdade de Corpos Rgidos: Um corpo rgido no espao tridimensional tem no mximo 6 graus-de-liberdade (g.d.l.) que so respectivamente 3 translaes e 3 rotaes. No plano, o nmero mximo de g.d.l. de um corpo rgido reduz-se para apenas 3, respectivamente 2 translaes e 1 rotao.


3D

2D

O nmero de g.d.l. de um sistema mecnico calculado como sendo o nmero total de coordenadas subtrado do nmero de constrangimentos cinemticos de junta e de corpo rgido: nc: n de coordenadas 4 Ano ngdl = nc nh nh: n de constrangimentos LEBMedM. Silva, 2004 1 Semestre 2005 / 06- 64 -

32

Curso de

BIOMECNICA ARTICULARGraus-de-Liberdade de Juntas Cinemticas:


Uma Junta de Revoluo permite apenas uma rotao entre dois corpos rgidos, i.e., restringe 5 g.d.l. (em problemas 2D restringe apenas 2 g.d.l.) Uma Junta Esfrica permite apenas a existncia de rotaes, o que significa que elimina as translaes entre os corpos que une, i.e., restringe 3 g.d.l. (em problemas 2D restringe 2 g.d.l) Uma Junta Universal semelhante junta esfrica, mas restringe tambm uma rotao (dos corpos sobre o seu eixo longitudinal), assim, permite apenas 2 g.d.l., i.e., restringe 4 g.d.l. (em problemas 2D restringe 2 g.d.l.) Uma Junta de Translao: Se for prismtica permite translao numa dada direco, restringindo as 3 rotaes e 2 translaes, i.e., restringe 5 g.d.l. (em problemas 2D restringe 2 g.d.l). Se for cilndrica permite tambm 1 rotao em torno do eixo de translao.

Graus de Liberdade de Juntas Mecnicas de Geometria Ideal M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

BIOMECNICA ARTICULARExerccios


Determinar para os exemplos ilustrados o nmero de graus-de-liberdade (g.d.l.) de cada sistema mecnico e biomecnico. Considere que os casos a) e b) so planares e que o caso c) tridimensional, com 12 segmentos, sendo todas as juntas esfricas menos as dos joelhos e cotovelos.

a)

b)

c)4 Ano


33

Curso de

CINEMTICA DE SISTEMAS DE CORPOS MLTIPLOSVer apontamentos leccionados nas aulas


4 Ano


Curso de

DINMICA DIRECTA DE SISTEMAS DE CORPOS MLTIPLOSVer apontamentos leccionados nas aulas


4 Ano


34

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDefinio: Um Modelo Biomecnico uma aproximao matemtica de um dado sistema biomecnico real. Pode-se entender como sendo um conjunto de equaes que descreve um dado fenmeno ou evento fsico. Os Modelos Biomecnicos, quando fiveis, proporcionam mtodos econmicos e versteis de anlise do comportamento do corpo humano.23r v20 21


33 r v20 16 16 r 21 22 r 17 32 25 v16 v16 27 31 r 26 24 r v17 r 16 v17 r 24 v15 r 19 r 29 18 r v v19 15 r 20 24 14 24 v15 17 28 v18 r v12 15 30 v13 24 15 r 23 r v12 15 19 18 v13 22 20 18 r 21 r r17 v11 v21 v11 25 r 14 v22 14 14 14 6 r 16 5 v4 6 6 15 5 r r 6 v4 7 v9 6 r 8 5 v5 6 13 13 r 13 5 r 5 v10 4 v5 r 5 4 1214 r 10 v v6 4r 6 9 4 r v3 11 7 4 v 7 3 12 7 7 3 r 8 v 11 2 8 8 r 8 v 13 3 3 7 9 3 r r z v1 v2 10 y 1 2 o x 1

Modelo Biomecnico de Corpos Mltiplos para Anlise Dinmica Inversa 3D (M. Silva, PhD, 2003)M. Silva, 2004

4 Ano

LEBMed- 69 -


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSTipos de Modelos Biomecnicos: Determinsticos: O resultado da anlise obtido atravs da utilizao de valores estimados ou medidos de alguns parmetros antropomtricos, dados do exterior envolvente e da resoluo das equaes do movimento. Modelos de massa-mola-amortecedor (1D). Modelos de corpos mltiplos (2D e 3D). Modelos de elementos finitos (2D e 3D).


Modelo Massa-Mola-Amortecedor (1D) (Lumped Model) para resposta dinmica em frequncia da coluna lombar.(http://www.activator.com/research_04/page_019.asp)

Modelo Corpos Mltiplos (3D) (MB Model) p/ simulao da resposta dinmica do corpo humano.(M.Silva, PhD, 2003)

Modelo Elementos Finitos (3D) (FEM Model) p/ simulao de impactos e quantificao do risco de leso.(http://ttb.eng.wayne.edu/brain/)

4 Ano


M. Silva, 2004

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Curso de

MODELOS BIOMECNICOSTipos de Modelos Biomecnicos: Estatsticos: O resultado da anlise obtido atravs da utilizao de mtodos estatsticos (equaes de regresso) para relacionar as vrias variveis tericas presentes numa coleco de dados.


a) Dados Estatsticos referentes a um tipo de fractura ssea.

b) Funo de Risco de Fractura em Funo da Carga.

Modelo estatstico: Funo de Risco (de factura ssea).(em Injury Biomechanics, J.Wismans et al., 1994)

a) Cabea.

b) Tronco.

c) Pernas. 4 Ano

Modelo estatstico: Funo de Risco (de dano grave AIS>=3).(em Fatality and injury risk ..., Lefler et. Al, Accident Analysis and Prevention, 2002)


M. Silva, 2004

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSCaractersticas Relevantes num Modelo Biomecnico: Inteligibilidade: Deve facilitar e proporcionar o entendimento bsico do sistema em estudo.4 33 11


31,32 2 19,20 24,25 3 5 17,18 26,27 21,22,23 6 1 28,29 6,7,8 7 4,5 9 9,10 30 13

Simplicidade: O modelo deve ser o mais simples possvel. Caracterstica particularmente importante nas fases iniciais pois permite um entendimento dos aspectos fundamentais do sistema. Pode evoluir em termos de complexidade em fases posteriores de forma a aproximar melhor a realidade a modelar. Robustez e Fiabilidade: Deve representar correctamente os aspectos essenciais do sistema num conjunto variado de circunstncias. Relevncia: Deve representar a realidade correctamente, produzindo resultados com relevncia (clnica, fisiolgica, mecnica).M. Silva, 2004

15,16 12 14

8

10

2,3

11,12

14 1

15 13

Modelo Biomecnico de Corpos Mltiplos 3D (M. Silva, PhD, 2003)

4 Ano


36

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSEvoluo nas ltimas 4 Dcadas: Primeiros modelos da dcada de 60 consideravam o corpo como um conjunto de segmentos rgidos (3 segmentos max.) Eram 2D e produziam informao reduzida. No calculavam esforos internos. Nos anos 70 surgem modelos com um maior nmero de segmentos. Alguns eram 3D. Primeiros modelos com capacidade de estimar foras musculares. Utilizavam optimizao linear (SIMPLEX). Nos anos 80 houve uma generalizao dos modelos 3D. Nos anos 90 at hoje, assiste-se a um aumento crescente na qualidade e quantidade dos modelos. Evoluo em complexidade. Interdisciplinaridade.

The Delft Shoulder Group


The CHARM Project

The Anybody Project

The Anybody Project

Extraocular ModelJ.M.Miller et al.

4 Ano

Jumping Model M. Silva, 2004M. Silva, PhD.


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDados Antropomtricos: Os modelos determinsticos so na sua maioria modelos dinmicos, i.e., consideram de alguma forma as caractersticas de massa e inrcia do corpo humano. A Antropometria o ramo da antropologia que estuda as dimenses fsicas do corpo humano para determinar as diferenas entre indivduos e entre grupos de indivduos. necessrio um grande nmero de dimenses fsicas e caractersticas de inrcia para descrever o corpo humano na sua totalidade. Os problemas de natureza cinemtica requerem apenas informao relativa s dimenses, reas de seco transversal e volume dos segmentos anatmicos. Os problemas de natureza dinmica requerem para alm das dimenses antropomtricas, a massa, a inrcia e a localizao do centro-de-massa de cada um dos segmentos do modelo.


4 Ano


37

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDados Antropomtricos (cont.):


Os problemas de dinmica directa requerem a especificao, para cada articulao, dos limites de amplitude mxima e mnima de cada um dos seus graus-de-liberdade. Em problemas dinmicos onde se pretenda calcular as foras produzidas num dado aparelho muscular, torna-se necessrio fornecer as informaes detalhadas sobre a antropometria e fisiologia de cada um dos msculos que constitui esse aparelho: comprimento, ngulo de inclinao das fibras, rea da seco transversal e pontos de origem, via e insero muscular. As tabelas antropomtricas so obtidas relativamente a uma dada populao parcial de indivduos (desportiva, militar, corporativa, etc.), porque se torna muito difcil obter resultados relativos populao total. Os valores tabelados so o resultado da aplicao de mtodos estatsticos aos valores medidos, sendo por isso apresentados como valores mdios, varincias, desvios padro, etc. Os valores tabelados para grupos de indivduos idnticos variam de estudo para estudo nunca se obtendo resultados iguais. Porm, as diferenas nos resultados tambm nunca so significativas.M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSPequena Nota Histrica:


Primeiros estudos quantificados sobre antropometria foram feitos por Braune e Ficher no final do sculo XIX. Utilizaram o conceito de segmentos interligados para determinar o centro de massa do soldado de infantaria alemo. Para isso utilizaram 2 cadveres congelados. Ainda hoje este estudo considerado como uma referncia. Os anos 50 foram anos de grande desenvolvimento da antropometria. Em 1954, Hertzberg obteve as dimenses antropomtricas relativas ao pessoal de voo americano. Em 1955, Dempster, num estudo exaustivo relativo aos requisitos de espao de um operador sentado, calcula a localizao do centro de massa e a densidade dos principais segmentos anatmicos do corpo humano. Utiliza cadveres. Define o conceito de comprimento entre centros articulares adjacentes. Em 1957, Barter estabelece equaes que permitem predizer o valor da massa de 7segmentos anatmicos do corpo humano a partir do conhecimento do seu peso total.M. Silva, 2004

4 Ano


38

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSPequena Nota Histrica (cont.):


Nos anos 60 diversos investigadores desenvolvem modelos matemticos que permitem calcular os principais parmetros de inrcia do corpo humano. Em 1960, Simons e Gardner desenvolvem um modelo humano que aproxima o corpo utilizando formas geomtricas. Utilizando as equaes de Barter, calculam as inrcias das formas geomtricas e da a inrcia total do corpo humano. Em 1962, Whitsett, no seu estudo sobre a resposta dinmica do homem em gravidade zero, refina o modelo de Gardner, incluindo mais segmentos e formas geomtricas mais detalhadas. Utiliza as dimenses de Herzberg, as equaes de regresso de Barter e as localizaes do CM e densidades de Dempster.Modelo Antropomtrico de Whitsett Segmentos anatmicos e modelo geomtrico (Whitsett, 1962)M. Silva, 2004 4 Ano

LEBMed- 77 -


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSPequena Nota Histrica (concluso):


Em 1964, Hanavan prope um modelo que utiliza dados antropomtricos e formas geomtricas conhecidas (esferas, cilindros e troncos de cone) para aproximar a geometria do corpo humano e calcular os seus momentos e eixos principais de inrcia para 30 diferentes posturas. Estes estudos estabeleceram as bases dos actuais modelos antropomtricos, muito embora em alguns casos, sejam encontradas diferenas significativas nos resultados obtidos por estes investigadores. Essas diferenas so devidas a vrias razes, nomeadamente ao tipo de modelos utilizados (voluntrios, cadveres ou numricos), ao nmero de indivduos da amostragem, sua idade, raa e sexo. No entanto, estudos recentes (M.Silva, et al., 2003) revelam que os mtodos numricos baseados em formulaes de corpos mltiplos apresentam sensibilidades reduzidas a pequenas perturbaes introduzidas nos parmetros de massa e inrcia dos modelos biomecnicos. Este resultado explica a razo da existncia de boas correlaes de resultados em estudos feitos com bases antropomtricas diferentes.M. Silva, 2004

4 Ano


39

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSInstrumentos de Medio Antropomtrica: A maioria dos valores tabelados so obtidos utilizando instrumentos de medio especficos para antropometria. Os mais utilizados so: Antropmetro (do tipo Rudolf Martin):


Instrumento de medida utilizado na determinao do comprimento de segmentos anatmicos, grandes dimetros e estaturas. Consiste numa haste metlica graduada na qual so montados dois cursores: um fixo na origem da escala e um mvel deslizante. Antropmetro do tipo Rudolf Martin (http://www.byomedic.com/antropometria.htm) Nestes cursores so adaptados em posies perpendiculares haste medidores rectos (para medio de comprimentos) ou curvos (para medio de dimetros). A haste composta por quatro elementos com cerca de 50 cm cada, podendo realizar medies at 2 m. Tem preciso de 1 mm.M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSInstrumentos de Medio Antropomtrica (cont.):


Estadimetro: Instrumento de medida utilizado para determinao da estatura de um indivduo. por sistema um Instrumento de parede, efectuando medies na vertical. Por vezes tambm pode ser de mesa e efectua medies horizontais. Os de mesa so mais utilizados para medir crianas. Tem preciso de 1 mm.

Estadimetro de mesa para medio de crianas.

Estadimetro vertical de parede M. Silva, 2004 http://www.byomedic.com/antropometria.htm

Estadimetro de mesa para medio da altura sentada

4 Ano


40

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSInstrumentos de Medio Antropomtrica: Compasso de Pontas Curvas: Instrumento de medida utilizado na medio de pequenos e mdios dimetros. composto por duas hastes metlicas curvas, de pontas rombas e articuladas numa das extremidades. Numa das hastes est montada uma rgua graduada. Tem preciso de 1 mm.


Compasso de pontas curvas

Compasso de pontas curvas Compasso de pontas curvas p/ grandes dimetros 4 Ano

LEBMedM. Silva, 2004 1 Semestre 2005 / 06 http://www.byomedic.com/antropometria.htm- 81 -

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSInstrumentos de Medio Antropomtrica: Craveira ou Nnio: Instrumento para medio de pequenos comprimentos. Pode efectuar leituras at s dcimas de milmetro. Gonimetro: Instrumento de medio utilizado para medir os ngulos formados pelas articulaes. Existem vrios modelos consoante a articulao que se pretende medir. Tem preciso de 1.Craveira ou Nnio


Gonimetro

Gonimetro de falanges. M. Silva, 2004 http://www.byomedic.com/antropometria.htm

4 Ano


41

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSInstrumentos de Medio Antropomtrica: Fita Mtrica: Instrumento de medida utilizado para determinar o permetro dos segmentos anatmicos. Tem preciso de 1mm.Fita Mtrica


Balana: Instrumento de medida utilizado na determinao do peso de um indivduo. Deve ser porttil. Deve ser sempre calibrada antes de cada utilizao com um peso standard de 5 kg. Adipmetro: Instrumento de elevada preciso utilizado para determinar a dimenso das pregas adiposas.Adipmetro

Balana

4 Ano

LEBMedM. Silva, 2004 1 Semestre 2005 / 06 http://www.byomedic.com/antropometria.htm- 83 -

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSGrupos e Percentis: Grupos: Devido s grandes diferenas antropomtricas que se encontram entre os diferentes indivduos de uma dada populao comum agrupar essa populao em indivduos com caractersticas semelhantes (sexo, idade, raa, etc.). Percentis: Em cada grupo existe um conjunto de indivduos que muito embora tenham caractersticas em comum, apresentam antropometrias distintas. Assim, para um dado indicador antropomtrico (e.g.,altura), possvel traar a sua distribuio em frequncia e determinar o valor para o qual existe uma maior incidncia de indivduos. Por norma, esse valor aproxima-se muito do valor mdio do indicador em estudo e designa-se por percentil 50.M. Silva, 2004


Distribuio em Frequncia 4 Ano


42

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSGrupos e Percentis: Assim, num dado grupo, o percentil 50 significa que 50% da populao desse grupo tem dimenses inferiores ou iguais as descritas por esse percentil. O percentil 95 significa que 95% da populao do grupo tem dimenses inferiores a dimenso definida por esse percentil.


Em muitos estudos, na ausncia de dados antropomtricos especficos para um dado indivduo, utiliza-se a informao disponvel do percentil mais prximo. Essa informao escalada, utilizando alguns indicadores de referncia (peso e estatura), de forma a aproximar da melhor forma a antropometria do indivduo em anlise. Esses factores de escala so:

L =i

Ln i

th

Factor de escala de comprimento.th th

L50 i

m =i i

min

Factor de escala de massa.th

mi50i

2 I = m L

i

Factor de escala de inrcia.

4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSSegmentos Anatmicos: Modelo antropomtrico SOM-LA 3D, Laananen et al. (1983). Percentil 50, humano, sexo masculino. Constitudo por 16 segmentos anatmicos.Nbr. I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV XV XVI M. Silva, 2004 Name Lower Torso Upper Torso Head Right Upper Arm Right Lower Arm Left Upper Arm Left Lower Arm Right Upper Leg Right Lower Leg Left Upper Leg Left Lower Leg Neck Right Hand Left Hand Right Foot Left Foot Description From the first lumbar vertebrae to the bony pelvis From the first thoracic joint to the twelfth Cranium, upper and lower jaws From shoulder to elbow From elbow to wrist From shoulder to elbow From elbow to wrist From hip to knee From knee to ankle From hip to knee From knee to ankle From the first cervical vertebrae to the seventh. From wrist to finger tips From wrist to finger tips From ankle to toe From ankle to toe.XVXIII


IIIXII

II IV VI

V I

VII

XIV

VIII

X

IX

XI

XVI

4 Ano


43

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses Segmentares e Localizao do CM:d II LIIILXII


LII d II

LIV , LVI

d IV , dVILV _ XIII , LVII _ XIV

Figura: a) Perspectiva geral. b) Vista frontal do tronco. c) Vista sagital da cabea. Nomenclatura: Li = Comprimento segmentar do corpo i. Li = Complemento do comprimento do corpo i. di = Localizao do CM do corpo i relativamente junta proximal. di = Complemento da localizao do CM do corpo i.4 Ano

LIdI

dV _ XIII , dVII _ XIV

dI

LVIII , LXdVIII , d X

(b)d III

LIX _ XV , LXI _ XVI

d IX _ XV , d XI _ XVI

z x o y (a) (c)

d III d XII


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses Segmentares, Localizao do CM, Massa e Momentos de Inrcia:Description Lower Torso Upper Torso Head R Upper Arm R Lower Arm R Hand L Upper Arm L Lower Arm L Hand R Upper Leg R Lower Leg R Foot L Upper Leg L Lower Leg L Foot Neck Seg. I I II III IV Length Li [m] 0.275 0.294 0.128 0.295 0.376 0.295 0.376 0.434 0.467 0.434 0.467 0.122 CM Location di [m] 0.064 0.101 0.020 0.153 0.180 0.153 0.180 0.215 0.230 0.215 0.230 0.061 di [m] 0.094 0.161 0.051 Mass mi [Kg] 14.200 24.950 4.241 1.991 1.892 1.991 1.892 9.843 4.808 9.843 4.808 1.061 Principal Moments of Inertia Ixi [10-2 Kg.m2] 26.220 24.640 2.453 1.492 0.192 1.492 0.192 1.435 10.480 1.435 10.480 0.268 Ihi [10-2 Kg.m2] 13.450 37.190 2.249 1.356 2.871 1.356 2.871 15.940 13.220 15.940 13.220 0.215


Izi [10-2 Kg.m2] 26.220 19.210 2.034 2.487 2.204 0.249 2.204 9.867 5.708 9.867 5.708 0.215

} } } }

V_XIII VI VII_XIV VIII IX_XV X XI_XVI XII

Nota: Dados referentes ao percentil 50, humano, sexo masculino.M. Silva, 2004

4 Ano


44

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDefinio da Morfologia Humana: Superfcies mais utilizadas para definio da morfologia humana: Elipside:3 18 25 4 20 5 24 26 19 2 6 21 7 23 17 1 10 13 11


Esfera.

22 16 8 12

Cilindro.

9 14 15

4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOS


Valores de Referncia p/ Definio Morfologia Humana:

Nbr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Description Lower Torso Upper Torso Head R Upper Arm R Lower Arm L Upper Arm L Lower Arm R Upper Leg R Lower Leg L Upper Leg L Lower Leg R Knee L Knee

Type ELLIPSOID ELLIPSOID ELLIPSOID CYLINDER CYLINDER CYLINDER CYLINDER CYLINDER CYLINDER CYLINDER CYLINDER SPHERE SPHERE

Dimension [m] 0.102 0.127 0.095 0.053 0.042 0.053 0.042 0.083 0.057 0.083 0.057 0.058 0.058

Nbr. 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Description R Foot L Foot R Hip L Hip R Shoulder L Shoulder R Elbow L Elbow R Hand L Hand Neck R Scapula L Scapula

Type SPHERE SPHERE SPHERE SPHERE SPHERE SPHERE SPHERE SPHERE SPHERE SPHERE ELLIPSOID ELLIPSOID ELLIPSOID

Dimension [m] 0.041 0.041 0.091 0.091 0.076 0.076 0.047 0.047 0.059 0.059 0.051 0.051 0.051

Nota: Dimenses referentes ao percentil 50, humano, sexo masculino.4 Ano


45

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSLimites Mximos de Amplitude Articular:Joint Name Motion Name Representation Rotation [deg]


Flexion

60

Hyperextension Head-NeckTorso Lateral Flexion

60

40

Rotation

78

Nota: Dados referentes ao percentil 50, humano, sexo masculino.4 Ano


Curso de



Flexion

180

Shoulder

Hyperextension

58

Abduction

130


4 Ano


46

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSLimites Mximos de Amplitude Articular:Joint Name Motion Name Flexion Representation Rotation [deg] 141


Elbow Pronation / Supination 90 / 90

Flexion / Extension Wrist Deviation Radial/Ulnar

E

70 / 65F

R

U

15 /30



Curso de



Flexion

70

Hyperextension Upper-Lower Torso

30

Lateral Flexion

35

Rotation

354 Ano



47

Curso de



Flexion

102

Hyperextension

45

Hip Abduction / AdductionAb Ad

53 / 31

Medial/Lateral RotationM L

39 / 34


4 Ano


Curso de



Knee

Flexion

125

Flexion / Dorsiflexion

F D

20 / 35

I

E

Ankle

Inversion / Eversion

35 / 25

Abduction / Adduction

Ad Ab

5/5



48

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses - Percentil 50 - Diferentes Idades (0 - 65): Beb: Idade: 2 meses Sexo: M e F Altura: 55.5 cm Peso: 4.7 kg


Dimenses antropomtricas Beb 2 meses M/F Percentil 50

Os dados antropomtricos e figuras foram colhidos com fins educativos no site http://www.tumbleforms.com/ e pertencem ao livro "The Measure of Man and Woman: Human Factors in Design, Alvin R. Tilley, Henry Dreyfuss Associates, Whitney Library of Design, New York, 1993. M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses - Percentil 50 - Diferentes Idades (0 - 65): Beb: Idade: 6/8 meses Sexo: M e F Altura: 68.7 cm Peso: 8.0 kg


Dimenses antropomtricas Beb 6/8 meses M/F Percentil 50 Os dados antropomtricos e figuras foram colhidos com fins educativos no site http://www.tumbleforms.com/ e pertencem ao livro "The Measure of Man and Woman: Human Factors in Design, Alvin R. Tilley, Henry Dreyfuss Associates, Whitney Library of Design, New York, 1993. M. Silva, 2004

4 Ano


49

Curso de



Dimenses antropomtricas Beb 12/15 meses M/F Percentil 50


4 Ano


Curso de



Dimenses antropomtricas Beb 20/23 meses M/F Percentil 50


4 Ano


50

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses - Percentil 50 - Diferentes Idades (0 - 65): Criana: Idade: 2.5/3 anos Sexo: M e F Altura: 93.4 cm Peso: 14.0 kg


Dimenses antropomtricas Criana 2.5/3 anos M/F Percentil 50


4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses - Percentil 50 - Diferentes Idades (0 - 65): Criana: Idade: 4 anos Sexo: M e F Altura: 101.4 cm Peso: 16.0 kg


Dimenses antropomtricas Criana 4 anos M/F Percentil 50


4 Ano


51

Curso de



Dimenses antropomtricas Criana 6 anos M/F Percentil 50


4 Ano


Curso de



Dimenses antropomtricas Criana 8 anos M/F Percentil 50 Os dados antropomtricos e figuras foram colhidos com fins educativos no site http://www.tumbleforms.com/ e pertencem ao livro "The Measure of Man and Woman: Human Factors in Design, Alvin R. Tilley, Henry Dreyfuss Associates, Whitney Library of Design, New York, 1993. M. Silva, 2004

4 Ano


52

Curso de



Dimenses antropomtricas Criana 10 anos M/F Percentil 50 Os dados antropomtricos e figuras foram colhidos com fins educativos no site http://www.tumbleforms.com/ e pertencem ao livro "The Measure of Man and Woman: Human Factors in Design, Alvin R. Tilley, Henry Dreyfuss Associates, Whitney Library of Design, New York, 1993. M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses - Percentil 50 - Diferentes Idades (0 - 65): Adolescente: Idade: 12 anos Sexo: M e F Altura: 148.0 cm Peso: 39.1 kg


Dimenses antropomtricas Adolescente 12 anos M/F Percentil 50 Os dados antropomtricos e figuras foram colhidos com fins educativos no site http://www.tumbleforms.com/ e pertencem ao livro "The Measure of Man and Woman: Human Factors in Design, Alvin R. Tilley, Henry Dreyfuss Associates, Whitney Library of Design, New York, 1993. M. Silva, 2004

4 Ano


53

Curso de




4 Ano


Curso de




4 Ano


54

Curso de




4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses - Percentil 50 - Diferentes Idades (0 - 65): Adulto: Idade: 18/65 anos Sexo: F Altura: 162.6 cm Peso: 62.5 kg


Dimenses antropomtricas Adulto 18/65 anos F Percentil 50 Os dados antropomtricos e figuras foram colhidos com fins educativos no site http://www.tumbleforms.com/ e pertencem ao livro "The Measure of Man and Woman: Human Factors in Design, Alvin R. Tilley, Henry Dreyfuss Associates, Whitney Library of Design, New York, 1993. M. Silva, 2004

4 Ano


55

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses - Percentil 50 - Diferentes Idades (0 - 65): Adulto: Idade: 18/65 anos Sexo: M Altura: 175.5 cm Peso: 78.4 kg


Dimenses antropomtricas Adulto 18/65 anos M Percentil 50 Os dados antropomtricos e figuras foram colhidos com fins educativos no site http://www.tumbleforms.com/ e pertencem ao livro "The Measure of Man and Woman: Human Factors in Design, Alvin R. Tilley, Henry Dreyfuss Associates, Whitney Library of Design, New York, 1993. M. Silva, 2004

4 Ano


Curso de

MODELOS BIOMECNICOSDimenses Antropomtricas em Funo da Estatura:(Percentil 50 Adultos Sexo Masculino)


Dimenses antropomtricas - Percentagem em funo da Estatura (H)(in Biomechanics and Motor Control of Human Movement, D.A.Winter, J. Wiley, 1990)

4 Ano


56

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSMassa, Local do Centro de Massa e Raio de Girao:(Percentil 50 Adultos Sexo Masculino)


Massa, Localizao do CM e Raio de Girao(in Biomechanics and Motor Control of Human Movement, D.A.Winter, J. Wiley, 1990)

4 Ano


M. Silva, 2004

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSComprimentos e Pesos dos Segmentos Anatmicos:(em Funo da Estatura e Peso Total - Percentil 50)


Comprimento e Peso dos Segmentos Anatmicos (em %Estatura e %Peso Total)(in Basic Biomechanics, S. J. Hall, Mosby, 1995)

4 Ano


M. Silva, 2004

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Curso de

MODELOS BIOMECNICOSLocalizao do Centro de Massa e Raio de Girao:(em Funo do Comprimento Segmentar - Percentil 50)


Localizao do Centro de Massa e Raio de Girao dos Segmentos Anatmicos (em %Comprimento Segmentar)(in Basic Biomechanics, S. J. Hall, Mosby, 1995)

4 Ano


M. Silva, 2004

Curso de

MODELOS BIOMECNICOSMomentos de Inrcia do Corpo Humano:(para Diferentes Posturas Percentil 50)


Momentos Principais de Inrcia do Corpo Humano em Diferentes Posturas(in Basic Biomechanics, S. J. Hall, Mosby, 1995)

4 Ano


58

Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOIntroduo: A leso no corpo humano pode ser causada por diferentes situaes de carga onde se incluem as situaes de: Carga mecnica. Carga qumica. Carga trmica Carga elctrica. A biomecnica da leso (injury biomechanics) estuda em particular o efeito da aplicao de cargas mecnicas (e.g., foras de impacto e outras) ao corpo humano. Por esse motivo tambm muitas vezes designada por biomecnica do impacto (impact biomechanics). O objectivo da biomecnica do impacto estudar o mecanismo de leso e desenvolver formas de reduzir ou mesmo eliminar os danos estruturais e funcionais sobre as estruturas biolgicas que podem decorrer de uma situao de impacto.M. Silva, 2004


Teste em tren de desacelerao (invertido) para simulao de abertura de airbags (20g).

4 Ano


Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOEtapas e Modelos: Para atingir esses objectivos necessrio: Compreender os mecanismos da leso por impacto. Quantificar as respostas dos tecidos e sistemas humanos a uma gama de condies de impacto. Determinar o nvel de resposta para o qual os tecidos ou sistema no vo conseguir recuperar. Desenvolver materiais e estruturas de proteco que reduzam o nvel de energia envolvida no impacto e as foras de impacto transmitidas para as estruturas biolgicas. Desenvolver procedimentos de teste e modelos computacionais que simulem correctamente a resposta humana ao impacto e passem a ser utilizados como ferramenta de projecto. A implementao das etapas anteriores pressupe a utilizao de modelos do corpo humano que de uma ou outra forma permitam a avaliao da sua resposta ao impacto, do mecanismo de leso e da tolerncia biomecnica mxima.


4 Ano


59

Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOModelos de Anlise Utilizados: Os modelos utilizados na realizao de anlises dinmicas de biomecnica do impacto so: Voluntrios humanos. Cadveres humanos. Animais. Modelos mecnicos (manequins, dummies). Modelos matemticos (corpos mltiplos, elementos finitos).


Voluntrio Humano (Human Research Volunteer)NBDL Horizontal Accelerator http://www.nbdl.org/horizaccel.html

PMHS instrumentado Vista sagital

Modelos Matemticos Modelos MecnicosM. Silva, 2004

Animais

4 Ano


Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOIntroduo:Voluntrios Humanos: So utilizados em testes de severidade reduzida e limitados ao aparecimento de dor. Estes testes tem normas muito rgidas para proteco dos voluntrios. Produzem resultados importantes sobre a resposta humana pr leso. Os voluntrios so, por norma, jovens adultos do sexo masculino em cumprimento do servio militar, donde no representam toda a populao (idosos, crianas e mulheres).Voluntrio Humano(Com Instrumentao)


Voluntrio Humano(durante simulao) M. Silva, 2004

4 Ano


60

Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOIntroduo:Voluntrios Humanos: Alguns estudos com voluntrios: Coronel Stapp (1954) utilizou um tren a jacto, no qual suportou uma mudana de velocidade de 1000 km/h em 1.4 s, tendo registado uma desacelerao mxima de 40g.


Coronel Stapp(Vrias simulaes)

4 Ano


Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOIntroduo:Voluntrios Humanos: Alguns estudos com voluntrios: Laboratrio Naval de Biomecnica (em New Orleans), conhecido por estudar com voluntrios humanos a resposta dinmica em impacto do conjunto cabea pescoo.


Voluntrios Humanos(Vdeos de Ensaios e Instalaes de Ensaio) 4 Ano


61

Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOIntroduo:Cadveres Humanos: So considerados como a ferramenta fundamental para investigao em biomecnica da leso ou do impacto. PMHS = Post Mortem Human Subject. Tm antropometrias muito semelhantes ao humano vivo e propriedades de material semelhantes s do tecido vivo. No apresentam tnus muscular. No se obtm respostas fisiolgicas. Muitos apresentam idades elevadas o que significa que a resposta dinmica no representa a da populao em geral.M. Silva, 2004


PMHS(Com Instrumentao) 4 Ano


Curso de

BIOMECNICA DO IMPACTOIntroduo:Animais: Utilizam-se animais anestesiados. Vital para se obter respostas fisiolgicas em reas do corpo tais como o crebro e a espinal medula. Fornecem informao relativa s diferenas entre a utilizao de espcimes vivos e mortos. Ajudam a entender os resultados obtidos com cadveres. Devido s grandes diferenas morfolgicas, muito difcil obter uma extrapolao quantitativa destes resultados para o caso humano.Testes com Animais


(Projecto Barbeque, USA, 1968)

4 Ano

LEBMedM. Silva, 2004 1

apontamentos de biomecânica do movimento

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