Presentazione di PowerPoint

VWUXPHQWD]LRQHSHUOಬDQDOLVL
GHOPRYLPHQWR
8JR'HOOD&URFH
'LSDUWLPHQWRGL6FLHQ]H%LRPHGLFKH
8QLYHUVLW¢GHJOL6WXGLGL6DVVDUL
le quantità osservabili
NIH
cinematica di punti cutanei
forze esterne
attività elettrica muscolare
stereofotogrammetria
dinamometria
EMG
le quantità osservabili
NIH
cinematica di punti cutanei
stereofotogrammetria
le quantità osservabili
NIH
cinematica di punti cutanei
stereofotogrammetria
le quantità osservabili
NIH
cinematica di punti cutanei
stereofotogrammetria
le quantità osservabili
NIH
cinematica di punti cutanei
stereofotogrammetria
le quantità osservabili
NIH
cinematica di punti cutanei
stereofotogrammetria
le quantità osservabili
NIH
cinematica di punti cutanei
stereofotogrammetria
le quantità osservabili
v
NIH
cinematica di punti cutanei
all’istante t1
stereofotogrammetria
v(t1) = [ vx vy vz ]
le quantità osservabili
v(t1) = [ vx vy vz ]
NIH
Traiettorie
t2
t1
ti
tn
Traiettorie
Coordinata della traiettoria di un punto
t2
t1
ti
tn
Vx (ti)
0
50
100
Filtraggio delle traiettorie
0
50
100
Il protocollo sperimentale
Marker cutanei
NIH
IOR
I sistemi di riferimento tecnici
cluster di marker cutanei
Assi dei riferiemnenti tecnici
Identificazione e calibrazione dei repre anatomici
Epicondilo laterale
Repere anatomici interni
Approccio funzionale
Il centro della testa del femore
coincide con il centro di rotazione
dell’arto inferiore durante un
movimento di pendolazione
In ogni istante di tempo
Usiamo due sistemi di riferimento
Y
y
x
globale
(fisso col
laboratorio)
Bone-embedded
X
Z
z
(fisso con il segmento
In moto)
Ricostruzione del movimento
in ogni istante di tempo:
1. determinare il BF rispetto al sistema di riferimento globale
2. determinare le posizioni dei repere nel riferimento globale
Y
Z
y
x
X
z
Ricostruzione del movimento
Y
Z
X
Assi articolari
Sistemi di riferimento anatomici
Assi di riferimento articolari
ie
fe
aa
dinamometria
Piattaforma di forza a sei
componenti
dinamometria
Effectiveness of a lateral-wedge insole on knee varus torque in patients with knee osteoarthritis.
Kerrigan DC, Lelas JL, Goggins J, Merriman GJ, Kaplan RJ, Felson DT.
Arch Phys Med Rehabil 2002 Jul;83(7):889-93
Le grandezze stimabili
Movimenti relativi tra segmenti adiacenti
(cinematica articolare)
Forze trasmesse da
• muscoli e tendini
• legamenti
• ossa
Lavoro potenza muscolare
Variazioni energetiche del sistema
NIH
/ಬHVDPHGHOODFLQHPDWLFDGHO
SDVVR
8JR'HOOD&URFH
'LSDUWLPHQWRGL6FLHQ]H%LRPHGLFKH8QLYHUVLW¢
GHJOL6WXGLGL6DVVDUL
LQFROODERUD]LRQHFRQLOJUXSSRGLELRLQJHJQHULDGHOOR,860GL5RPD
Obiettivo dell’analisi del movimento
Vogliamo informazione su
• Movimento articolare
• Funzione muscolare
• Carichi dei tessuti
• Strategia motoria
Durante un determinato atto motorio
Tipologie di movimento
Rotazione articolare
• Moto rotatorio di un segmento
corporeo rispetto ad un altro
segmento corpororeo ad esso
adiacente.
Esempi
• Flessione/Estensione
• Ab/Adduzione
• Rotazione interna/esterna
Tipologie di movimento
Traslazione Articolare
• Moto lineare di un segmento
corporeo rispetto ad un a altro
segmento corporeo ad esso
adiacente
Esempi
• Spostamento medio/laterale
• Spostamento antero/posteriore
• Compressione/Distrazione
L’anca
Giunto sferico
Nell’anca
Rotazione articolare
Traslazione Articolare
Nell’anca
Rotazione articolare
Traslazione Articolare
Nell’anca
Rotazione articolare
Modello semplice dell’arto inferiore
A
Ipotesi:
• Moto planare (piano sagittale)
• Le articolazioni sono modellate
usando cerniere cilindriche (un
grado di libertà)
a
G
g
C
M
c
Centri articolari:
A
anca
G
ginocchio
C
caviglia
M
metatarso-falangi
Flesso-estensione dell’anca
Flessione (+)
a
Estensione (-)
a
Stima dell’angolo di flesso-estensione dell’anca
Dati:
A
pA = [xA yA]
pG = [xG yG]
a
G
Yg
tg
Xg
a
= - (xA - xG)/ (yA - yG)
Modello 3-D dell’arto inferiore
La cinematica angolare di un’articolazione può essere vista come una
sequenza di rotazioni semplici dell’osso distale dell’articolazione rispetto a
quello prossimale.
, ,
Tre angoli, rappresentanti ognuna delle rotazioni, possono descrivere tale
cinematica.
La Pelvi
P
A
L
Rotazioni della pelvi durante il cammino
deg 15
Tilt
-15
15
Obliquity
-15
15
Rotation
-15
0
25
75
50
% cycle
100
Il Femore
Assi anatomici
I numeri che definiscono l’orientamento del corpo nello spazio 3-D, rispetto al
suo orientamento di riferimento, dipendono da
entrambi i sistemi di riferimento coinvolti (distale e prossimale),
dunque:
per garantire la ripetibilità, i sistemi di riferimento prossimale e distale
devono essere definiti utilizzando repere anatomici
Il moto dell’articolazione
Il moto
dell’articolazione
Rotazioni successive
Si desidera descrivere questo orientamento istantaneo
del femore rispetto alla pelvi
yd
yp
zp
zd
xp
xd
Rotazioni successive
Il riferimento è la situazione di allineamento
partenza
arrivo
yp yd
zp zd
yd
yp
xp xd
zp
zd
xp
xp
xd
Prima rotazione: flesso-estensione
Intorno all’asse medio-laterale della pelvi
yp
yd1
xp
zd1≡ zp
zp
xd1
Seconda rotazione: adduzione-abduzione
Intorno all’asse antero-posteriore del femore (orientamento attuale)
yp
yd1
yd2
zd2
zd1
zp
xd2≡ xd1
xp
Terza rotazione: rotazione interna-esterna
Intorno all’asse longitudinale del femore (orientamento attuale)
yd3≡ yd2
yp
zd3
zd2
zp
xp
xd3
xd2
Nota
la sequenza dei tre angoli di rotazione
, ,
dipende contemporaneamente da:
¾gli assi attorno a cui devono avvenire le rotazioni
¾la relativa sequenza
Convenzioni angolari
convenzione di Eulero
es:
xyx
convenzione cardanica
HV
xyz
L’obiettivo raggiunto
fles
Cinematica articolare
Flessione-estensione
100
est
[gradi]
80
60
40
20
0
0
10
20
[gradi] ad
-20
30
40
50
60
70
80
90 100
Abduzione-adduzione
-3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
-4
-5
-6
ab
-7
-8
[gradi] int
-9
Rotazione interna-esterna
0
-5
0
10
20
30
40
50
60
-10
-15
est
-20
-25
-30
Ciclo [%]]
70
80
90 100
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
ginocchio
IOH[LRQH[WHQVLRQ
DEDGGXFWLRQ
LQWHUQDOH[WHUQDOURWDWLRQ
ginocchio
5RWD]LRQHLQWRUQR
DOOಬDVVHOXQJRGHOIHPRUH
IOH[LRQH[WHQVLRQ
)OHVVRHVWHQVLRQH
DEDGGX]LRQH
DEDGGXFWLRQ
RQH
LQWHUQDOH[WHUQDOURWDWLRQ
5RWD]LRQHLQWHVWHUQD
caviglia
cammino
Flessione dorsi plantare
deg 30
ginocchio flesso
0
-30
ginocchio esteso
-60
cammino
normale
Ginocchio flesso
Ginocchio esteso
Flesso/estensioni durante il cammino
deg 40
Anca
flessione (+)
Ginocchio
estensione (+)
-20
0
-80
20
Caviglia
dorsiflessione (+)
-60
Karen Lohmann Siegel, MA, PT)
0
25
50 75 100
% cycle
Rotazioni articolari durante il
cammino
Flessione/estensione Ab/adduzione
deg 40
15
Rotazione Int/esterna
15
anca
-20
-15
-15
10
15
15
-70
-15
-15
30
15
15
-15
-15
ginocchio
caviglia
-30
0
50
% cycle
100
0
50
% cycle
100
0
50
% cycle
e
100
Rotazione del piede durante il cammino
deg 30
Sagittale
-90
10
Frontale
-20
30
Transverso
-15
0
25
50
75
% ciclo
100
Rotazione della pelvi durante il cammino
deg 15
Tilt
-15
15
Obliquity
-15
15
Rotation
-15
0
25
75
50
5
% ciclo
100
10
traslazioni
ವ3RVL]LRQHGLXQSXQWR
ULJLGRFRQOಬRVVRGLVWDOH
ULVSHWWRDOOಬRVVR
SURVVLPDOH
Traslazione della pelvi durante il
cammino
Grandezze dinamiche misurate
Durante il contatto dei piedi con il
suolo vengono misurati I vettori
forza e momento relativi
all’interazione con il suolo:
Reazioni vincolari del suolo
FR
CR
K0
forza
FR
momento
CR
Centro di pressione (K dell’
“articolazione” piede-suolo)
K0
Parametri inerziali stimati
Vengono stimati per ogni segmento:
massa del segmento
m
posizione del CM rispetto al
sistema di riferimento anatomico
CM
orientamento degli assi principali di
inerzia rispetto al sistema di
riferimento anatomico
momenti principali di inerzia
I
Metodi di stima dei parametri inerziali
Cadaveri smembrati
Stima indiretta
Modelli segmentali
geometrici
Imaging su
soggetti viventi
tabelle
antropometriche
Grandezze cinematiche stimate
Vengono stimati per ogni segmento
(considerato rigido)
dalla misura delle posizioni di
marker posti sulla cute
Grandezze cinematiche stimate
Vengono stimati per ogni segmento
(considerato rigido)
dalla misura delle posizioni di
marker posti sulla cute
orientamento
Grandezze cinematiche stimate
Vengono stimati per ogni segmento
(considerato rigido)
dalla misura delle posizioni di
marker posti sulla cute
orientamento
posizione del CM rispetto al
sistema di riferimento di laboratorio
a
posizione dei punti di riduzione dei
carichi intersegmentali (K)
K
Interpretazione dei momenti articolari
Nm/kg
Anca
Flessione (+)
1.0
0
-1.0
1.0
Ginocchio
Estensione (+)
0
-1.0
0.5
Caviglia
-0.75
Dorsiflessione (+)
-2.00
0 25 50 75 100
% fase di appoggio
Interpretazione dei momenti articolari
Nm/kg
Anca
Flessione (+)
1.0
0
-1.0
1.0
Ginocchio
Estensione (+)
0
-1.0
0.5
Caviglia
-0.75
Dorsiflessione (+)
-2.00
0 25 50 75 100
% fase di appoggio
Interpretazione dei momenti articolari
Nm/kg 0.5
Anca
Adduzione (+)
-1.5
0.25
Ginocchio
Adduzione (+)
-0.75
0.50
Caviglia
Inversione (+)
-0.25
0 25 50 75 100
% fase di appoggio
Interpretazione dei momenti articolari
Nm/kg 0.5
Anca
Adduzione (+)
-1.5
0.25
Ginocchio
Adduzione (+)
-0.75
0.50
Caviglia
Inversione (+)
-0.25
0 25 50 75 100
% fase di appoggio
Sorgenti di errore
P
v
1) errori strumentali
vx
2) artefatti dei tessuti molli
3) posizione approssimata dei repere anatomici
vy
vz
1) Errori strumentali
(movimento apparente dei markers)
OX (t)
P1
mm
8
6
4
P2
O
2
0
-2
-4
-6
s
0
1
2
3
4
5
Della Croce et al., Med. & Biol. Eng. & Comp., 2000
compensazione degli
errori strumentali
aumento del numero di telecamere
miglioramento del posizionamento delle camere
corretta manutenzione dei markers
2) artefatti dei tessuti molli
(movmento reale dei markers)
posizionamento dei markers
come misurare gli
artefatti dei tessuti molli
Fluoroscopia,
GT, LE, HF, LM
flessione volontaria
6 campioni/sec
Angeloni et al., ESB 1992
Precisione dei repere anatomici palpabili
[mm]
landmark
PELVIS
ASIS
PSIS
FEMUR
GT
ME
LE
r
TIBIA and
TT
FIBULA
HF
MM
LM
FOOT
CA
FM
INTRA-OPERATOR
INTER-OPERATOR
r
r
12
13
18
10
10
5
6
7
9
10
8
15
25
18
15
19
12
12
15
17
16
22
Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999
Identificazione del centro d’anca
x
METHOD
Func.
Bell
Davis
Func.
Bell
y
Davis Func.
Bell
z
Davis Func.
Bell
Davis
MEAN [mm]
4
-7
-12
3
-19
8
-2
5
17
SD [mm]
6
6
17
6
10
10
4
10
10
Cappozzo, Human Movement Science, 1984
Bell et al., Journal of Biomechanics, 1990
Davis et al., Human Movement Science, 1991
Z
Y
X
Leardini et al., Journal of Biomechanics, 1999
Precisione del riferimento anatomico
r [deg]
BAF
determinato
PELVIS
BAF vero
markers
BTF
INTRAINTEROPERATOR OPERATOR
A-P
V
2.3
2.6
5.2
3.7
M-L
A-P
V
3.7
0.9
4.7
4.1
2.5
5.1
M-L
TIBIA and A-P
0.9
1.4
3.0
4.2
FIBULA
V
M-L
A-P
3.5
0.3
2.7
9.4
2.6
5.9
V
M-L
2.3
1.8
9.2
5.1
FEMUR
FOOT
Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999
Precisione della cinematica articolare
postura eretta
r [deg]
HIP
KNEE
ANKLE
INTRAINTEROPERATOR OPERATOR
Fl/ex
Int/ext
Ab/add
Fl/ex
Int/ext
Ab/add
Fl/ex
Int/ext
Ab/add
3.9
5.3
2.5
1.0
5.8
1.7
1.6
3.9
3.5
5.0
10.4
5.2
3.7
10.4
5.2
3.3
10.3
10.9
Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999
Precisione della cinematica articolare
error [deg]
flesso-estensione
8
4
0
-4
0
15
30
45
60
75
90
flexion [deg]
flexion
ab/adduction
int/extern
Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999
Adeguatezza del modello del sistema
musculo-scheletrico
momento articolare all’anca
Stagni et al. Journal of Biomechanics, 2000
Grazie