Analisi computerizzata del movimento. Cinematica, cinetica ... · PDF fileEng. Massimiliano Mangone Analisi computerizzata del movimento. Cinematica, cinetica ed elettromiografia di

Eng. Massimiliano Mangone

Analisi computerizzata del

movimento. Cinematica,

cinetica ed elettromiografia di

superficie

Massimiliano Mangone

Human movement control is achieved by the

Central Nervous System by a complex, multi-

level processing of peripheral signals.

In particular, the control of gait requires a

continuous assessment of proprioceptive

information aimed at adapting the locomotor

strategy to ensure dynamic balance, propulsion

and body weight support.

Therefore, Gait Analysis represents a useful

tool for investigating both myoneural and

biomechanical factors involved in walking.


The main requirements of any techniques for human movement

measurement in the clinical practice are:

•Reliability:‘the ability of a system to perform and maintain its

functions in routine circumstances’

•Standardization:‘the act of checking or adjusting (by comparison with a

standard) the accuracy of a measuring instrument’

•Feasibility:‘the quality of being doable’


The sequence of events that must take place for

walking to occur may be summarized as follows:

1. Registration and activation of the gait

command in the central nervous system

2. Transmission of the gait signals to the

peripheral nervous system

3. Contraction of muscles that develop tension

4. Generation of forces at, and moments

across, synovial jonts

5. Regulation of the joint forces and moments

by the rigid skeletal segments based on

their anthropometry

6. Displacement of the segments in a manner

that is recognized as functional gait

7. Generation of ground reaction forces


The Gait Analysis approach: motion of the mechanical system is defined in precise detail and

the objective is to determine the forces causing that motion.The key to understanding the way

in which human beings walk is integration. This means that we should always strive to

integrate the different components to help us gain a deeper insight into the observed gait.



Human Gait has a cyclic nature - The periodic leg movement is the essence of such a cycle.

Descriptions may be confined to a single cycle, with the assumption that successive cycles are all

about the same. Although this assumption is not strictly true, it is a reasonable approximation.


Gait Cycle: begins when one of the feet makes contact with the ground.

There are two main phases in the gait cycle: During the stance phase, the foot is on the ground,

whereas in the swing phase that same foot is no longer in contact with the ground and the leg is

swinging through in preparation for the next foot strike.


•Applicazione dei Markers: protocollo Davis

•Rilevazione Parametri Antropometrici



Kinematic Analysis

Data acquisition is performed by an infrared optoelectronic

system. The anlysis is based on the detection of the three-

dimensional coordinates and trajectories of passive markers

positioned on anatomical landmarks. Davis’ protocol

(1991) requires application of 22 markers.


3d Analysis


Parametri Spazio Temporali


Parametri Cinematici

Cinematica: quella sezione della meccanica che descrive il movimento dei corpi

indipendentemente dalle cause che li producono, cioè indipendentemente dalle forze e che si

fonda essenzialmente sui concetti di spazio e di tempo

La definizione di cinematica può essere espressa come geometria del movimento analizzata sui

tre piani dello spazio.


Sagittale

Frontale

Trasverso

Descrizione del movimento dei

segmenti corporei e delle articolazioni

sul piano:

Angoli rilevati nella prova di standing

Parametri Cinematici


Dinamica o Cinetica: è il ramo della meccanica che si occupa dello studio del moto dei corpi

e delle sue cause o, in termini più concreti, delle circostanze che lo determinano e lo

modificano ed è regolata da tre principi o leggi:

•Legge I - Legge di inerzia di Galilei: Ciascun corpo persevera nel suo stato di quiete o di

moto rettilineo uniforme, salvo che sia costretto a mutare quello stato da forze impresse

•Legge II - Legge di Newton : Il cambiamento di moto è proporzionale alla forza risultante

motrice impressa, ed avviene lungo la linea retta secondo la quale la forza è stata impressa.

•Legge III - Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria


The Kinematics are the effects , but we are

also interested in studying the dinamic ,the

cause of the motion .

The joint forces and moments cause the rigid

skeletal links (segments such as

the thigh, calf, foot, etc.) to move and to exert

forces on the external environment.

In fact, angular kinematics and ground

reaction forces are all integrated to yield the

resultant joint forces and moments.


Force Platform

The force platforms are devices fitted with sensors that

detect the forces acting when the subject strikes the

ground. The forces are analyzed along the three laboratory

axes to distinguish among the vertical, front-back and

median-side components.

The measured force, together with kinematic

analysis, allows studying moments and powers

for specific articulations


Forze di Reazione al Suolo

Forza uguale e opposta che il suolo

esercita sul corpo durante la fase di

STANCE

Viene misurata la componente

Antero-posteriore (x)

Medio-laterale (y)

Verticale (di compressione - z)

Parametri Cinetici


Forze di Reazione al Suolo

Vengono riferite al COP (centro di pressione) che

rappresenta il punto di applicazione del vettore

tridimesionale rappresentante la GRF

Parametri Cinetici


Momento Interno

Prodotto della forza per la distanza dal

centro di rotazione articolare

Potenza

Prodotto del momento interno per la

velocità articolare

Parametri Cinetici


The electromyographic analysis is the electrical representation of muscular

contraction. The muscular fibers, excited by the impulse from the nervous system,

contract. If two bipolar electrodes are applied on the surface of the skin, a variation

of the distribution of voltage potential can be detected during muscular contraction.

By recording this variation, a signal is obtained that represents the muscular activity

as a function of the movement being performed

Electromyography


Data is thus obtained on the status of muscular activation specific to movement;

muscular activity is recorded by detailing sequence, time of activation, duration and,

within specific limits, the intensity, noninvasively. Particularly suited to gait

analysis, it also provides useful data about the processes of the central nervous

system that control the movement of the upper limb.

Electromyography


Timing di attivazione durante le fasi del passo

Electromyography


Indice di Fatica Muscolare: si ottiene applicando la trasformata di

Fourier. Si analizzano le armoniche principali che compongono il

segnale emg.

Electromyography


Complementary to kinematic analysis,

the video shoot of the subject provides

qualitative data that supports the clinical

investigation. Though it does not

provide numerical data, the video is a

permanent record of movement, useful

for repeated observation of the patient

by the physician, to document the

evolution of the motor performances and

possibly to provide the family and the

patient himself/herself with evidence of

progress and of the effectiveness of the

treatment, by an easily understandable

means.

Video Analysis


8 markers retroreflettenti 8 markers retroreflettenti

•• C7C7

•• Acromion destroAcromion destro

•• Acromion sinistroAcromion sinistro

•• SacroSacro

•• Epicondilo Epicondilo

••Stiloide ulnare Stiloide ulnare

•• Base del III metacarpo Base del III metacarpo

•• Oggetto Oggetto

C7C7

A1A1A2A2

GomitoGomito

SacroSacro

PolsoPolso

ManoMano

OggettoOggetto

Upper Limb




Studio della Coordinazione Toraco Pelvica

CRP: Continuous Relative Phase calcolato tra

cingolo scapolare e pelvico


LL’’analisi del movimento nel analisi del movimento nel

percorso clinico del paziente da percorso clinico del paziente da

riabilitareriabilitare


In un test diagnostico le misure ottenute devono consentire

di distinguere fra pattern di movimento normali e patologici

e, inoltre, devono differenziare quadri patologici diversi.

Necessari sistemi di misurazione precisi

Necessario conoscere le caratteristiche di normalità di una data

misurazione


• Il limite principale della nostra conoscenza riguardo il cammino è che questa è, allo stato

attuale, principalmente descrittiva. Siamo in grado di sapere cosa accade piuttosto che

perché accade.

"The approaches to clinical gait analysis andevaluation are not supported by general theories“

(Cappozzo, 1982)

Grazie

Documents

Analisi computerizzata del movimento. Cinematica, cinetica ... · PDF fileEng. Massimiliano Mangone Analisi computerizzata del movimento. Cinematica, cinetica ed elettromiografia di