Este artigo introduz uma metodologia experimental abrangente em duas das mais recentes tecnologias disponíveis para medir a biomecânica dos membros inferiores dos indivíduos.
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Artigo de método
Análise biomecânica do membro inferior de participantes saudáveis
Neste artigo
Resumo
Resumo
Técnicas de análise biomecânica são úteis no estudo do movimento humano. O objetivo deste estudo foi introduzir uma técnica para a avaliação biomecânica dos membros inferiores em participantes saudáveis utilizando sistemas comercialmente disponíveis. Foram introduzidos protocolos separados para os sistemas de análise da marcha e de teste de força muscular. Para garantir a máxima precisão para a avaliação da marcha, deve-se dar atenção às colocações dos marcadores e ao tempo de aclimatação da esteira auto-acelerado. Da mesma forma, o posicionamento do participante, um teste prático e o incentivo verbal são três estágios críticos no teste de força muscular. As evidências atuais sugerem que a metodologia descrita neste artigo pode ser eficaz para a avaliação da biomecânica dos membros inferiores.
Introdução
A disciplina da biomecânica envolve principalmente o estudo de estresse, tensão, cargas e movimento de sistemas biológicos - sólidos e fluidos. Envolve também a modelagem de efeitos mecânicos na estrutura, tamanho, forma e movimento do corpo1. Por muitos anos, os desenvolvimentos neste campo melhoraram nossa compreensão da marcha normal e patológica, mecânica do controle neuromuscular e mecânica de crescimento e forma2.
O principal objetivo deste artigo é apresentar uma metodologia abrangente sobre duas das mais recentes tecnologias disponíveis para medir a biomecânica dos membros inferiores dos indivíduos. O sistema de análise de marcha mede e quantifica a biomecânica da marcha usando uma esteira auto-acelerada (SP) em combinação com um ambiente de realidade aumentada, que integra um algoritmo sp para regular a velocidade da esteira, como descrito por Sloot et al3. O equipamento de teste de força muscular é usado como uma avaliação e uma ferramenta de tratamento para a reabilitação da extremidade superior4. Este dispositivo pode avaliar objetivamente uma variedade de padrões fisiológicos de tarefas de movimento ou simulação de trabalho em modos isométricos e isotônicos. Atualmente é reconhecido como o padrão-ouro para a medição da força do membro superior5, mas as evidências relacionadas especificamente ao membro inferior ainda não estão claras. Este artigo explica o protocolo detalhado para a conclusão de uma avaliação da marcha e da força isométrica para a extremidade inferior.
Dentro da análise biomecânica, é útil combinar avaliações de desempenho funcional (como análise de marcha) com testes específicos de desempenho muscular. Isso porque, embora possa-se supor que o aumento da força muscular melhora o desempenho funcional, isso pode nem sempre ser aparente6. Esse entendimento é necessário para o melhor desenho futuro de protocolos de reabilitação e estratégias de pesquisa para avaliar essas abordagens.
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Protocolo
O método relatado foi seguido em um estudo que recebeu aprovação ética do Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de Bournemouth (Referência 15005).
1. Participantes
- Recrutar adultos saudáveis (idade entre 23 e 63 anos, média ± S.D.; 42,0 ± 13,4, massa corporal 70,4 ± 15,3 kg, altura 175,5 ± 9,8 cm; 15 homens, 15 mulheres) para participar do estudo. Trinta participantes foram recrutados para este estudo.
- Certifique-se de que não há histórico autorreferido de tonturas, problemas de equilíbrio ou dificuldades de caminhada nos participantes.
- Certifique-se de que os participantes não sofreram de nenhuma lesão neuromuscular conhecida ou condição que afete o equilíbrio ou a caminhada.
2. Configuração e procedimentos para análise da marcha
- Use um sistema de análise de marcha(Figura 1)composto por uma esteira instrumentada por placa de força de dupla correia, um sistema de captura de movimento de 10 câmeras e um ambiente virtual que fornece fluxo óptico.
- Certifique-se de que o participante está usando roupas não reflexivas muito apertadas, como shorts de bicicleta ou leggings.
- Utilizando fitas adesivas de dupla face, anexam 25 marcadores reflexivos passivos e colocam de acordo com a configuração inferior do corpo do hbm7 conforme detalhado na Tabela 1 e Figura 2. As informações deste documento são retiradas do Manual de Referência hbm8.
- Use uma régua articular para medir as larguras necessárias do joelho e tornozelo para o HBM6.
- Fixar o participante a um cinto de segurança que está preso a um quadro superior.
- Inicie uma nova sessão no banco de dados e certifique-se de que está ativa (destacada).
- Usando a guia assunto, crie um novo participante a partir do botão Esqueleto de rotulagem.
- Navegue até o arquivo 'LowerLimb HBM_N2.vst' e digite o nome do participante. O novo participante aparece no painel Assuntos.
- Vá para o painel Ferramentas e abra a guia Preparação do Assunto.
- Nível zero as placas de força através da guia Hardware. Certifique-se de que nenhum peso é exercido sobre as placas de força.
- Prepare o participante para o teste de ROM, tendo-os prontos no meio da esteira.
- Para garantir que o participante possa se acostumar com a esteira auto-acelerada, peça-lhe para caminhar a uma velocidade confortável por 5 min no início da sessão9,10.
- Após a aclimatação e sem qualquer tempo de atraso, peça ao participante para caminhar por um mínimo de 5 min10,11.
- Certifique-se de que os participantes fiquem cegos para o momento das gravações.
- Certifique-se de iniciar a esteira e iniciar as gravações de dados clicando no botão Iniciar gravação 12. Isso pode ser feito com software integrado (Tabela de Materiais).
- Interrompa a gravação depois de adquirir a quantidade desejada de dados. Recomenda-se coletar três conjuntos de 25 ciclos.
- Abra o software de processamento(Table of Materials)e remova o ruído de alta frequência nos dados, selecionando um filtro de passagem baixa para os dados do marcador, como um filtro Butterworth de segunda ordem com uma frequência de corte de 6 Hz.
- Vá para Arquivoe selecione Exportar para salvar como .csv.
- Determine os passos individuais a partir de dados de força vertical e use os marcadores de pé para verificar os eventos de marcha13.
- Analisar os parâmetros da marcha, tais como dados cinemáticos, cinéticos e espaço-temporais em Matlab R2017a (Arquivo Suplementar).
3. Configuração e procedimentos para o teste de força muscular
- Use o equipamento de teste de força muscular (dinamômetro multimodal) (Figura 3), para medir a força muscular dos participantes com base na Contração Isométrica Voluntária Máxima (MVIC)14.
- Conecte a ferramenta/bloco número 701 à cabeça de exercício do dinamômetro.
- Testar a força muscular isométrica do joelho direito e esquerdo.
- Teste os participantes em uma posição sentada em uma cadeira com um encosto.
- Usando o interruptor para cima/para baixo, alinhe o eixo dinamômetro com o eixo anatômico de rotação da articulação do joelho. Coloque a almofada da ferramenta centralmente na parte inferior da canela da tíbia.
- Mantenha o joelho a 90° de flexão, o quadril em rotação neutra e abdução, e o pé em flexão plantar.
- Coloque as mãos do participante no abdômen e estabilize o tronco, os quadris e a coxa na cadeira com Velcro alças.
- Execute um teste prático para os participantes se acostumarem com a manobra de teste.
- Instrua o participante a estender o joelho (exercer pressão para cima na almofada) seguido de flexão (exercer pressão para baixo na almofada) para exercer uma contração máxima no comando Vá para 3 s.
- Forneça instruções verbais e encorajamento ("Push" para cima e "Pull" para baixo) durante o teste de força.
- Certifique-se de que os participantes estão cientes de que podem parar o teste imediatamente se experimentarem alguma dor ou desconforto incomum.
- Permita que os participantes descansem por 2 min.
- Repita os passos 3.1 - 3.12, três vezes para a perna esquerda e perna direita e registre os dados em newtons (N).
- Guarde todos os dados e exporte como um relatório para a análise.
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Resultados
A média e o desvio padrão dos parâmetros de marcha espacial-temporal, cinemática e cinética são dados na Tabela 2. Os dados mvic para todos os 30 participantes estão resumidos na Tabela 3. Um conjunto típico de dados para o lado esquerdo e direito de um participante mostrando representação gráfica dos parâmetros da marcha é fornecido na Figura 4 e Figura 5,respectivamente.
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Discussão
A contribuição deste estudo é descrever com precisão e integralmente dentro de um protocolo as técnicas para análise combinada de marcha e testes de força muscular que não foram descritas anteriormente em conjunto.
Para obter resultados precisos para a análise da marcha, existem duas áreas que requerem atenção máxima: 1) colocações de marcadores e 2) tempo de aclimatação. A precisão dos dados medidos depende fortemente da precisão do modelo utilizado. Os outros fatores-chave que afetam a preci...
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Divulgações
Os autores não têm nada para revelar.
Agradecimentos
Gostaríamos de agradecer ao Dr. Johnathan Williams por seu conselho sobre o processamento de dados do MATLAB.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 701 Alavanca | Pequena Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Não Disponível - Link online fornecido na descrição | O acessório exclusivo projetado para o Primus RS para medir a Extensão/Flexão do Joelho - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-small-lever |
| D-Flow Software - Vresion 3.26 | Motekforce | Link não disponível - Link on-line fornecido na descrição | Software usado para controlar o sistema GRAIL - https://summitmedsci.co.uk/products/motek-dflow-hbm-software/ |
| Análise off-line da marcha (GOAT) - Versão 2.3 | Motekforce Link | não disponível - Link on-line fornecido na descrição | Software utilizado para a análise dos parâmetros da marcha - https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Laboratório interativo de análise em tempo real da marcha (GRAIL) | Motekforce Link | não disponível - Link online fornecido na descrição | O sistema GRAIL mede e quantifica a biomecânica da marcha usando uma esteira individualizada (SP) baseada em realidade virtual - https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Almofada de perna para 701 | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Não disponível - Link online fornecido na descrição | O acessório exclusivo projetado para o Primus RS para medir a Extensão/Flexão do Joelho - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-802-leg-pad |
| Cadeira de Posicionamento | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Não Disponível - Link online fornecido na descrição | A cadeira de posicionamento do participante é projetada para avaliação e tratamento das extensões inferiores. A cadeira foi projetada para várias posições. https://www.btetech.com/product/primus/ |
| Primus RS | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Não disponível - Link on-line fornecido na descrição | O equipamento Primus RS captura e relata dados objetivos em tempo real nos modos de resistência isotônica, isométrica e isocinética - https://www.btetech.com/wp-content/uploads/BTE-Rehabilitation-Equipment-PrimusRS-Brochure-1.pdf |
Referências
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