ESTIMATIVA DAS FORÇAS MUSCULARES DURANTE O SINGLE LEG ...· (EMG) from gluteus maximus, gluteus medius,

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

    ESTIMATIVA DAS FORAS MUSCULARES DURANTE O SINGLE LEG TRIPLE

    HOP TEST EM MULHERES JOVENS SAUDVEIS E PORTADORAS DA

    SNDROME DA DOR PATELOFEMORAL

    Felipe Costa Alvim

    2016

  • ESTIMATIVA DAS FORAS MUSCULARES DURANTE O SINGLE LEG TRIPLE

    HOP TEST EM MULHERES JOVENS SAUDVEIS E PORTADORAS DA

    SNDROME DA DOR PATELOFEMORAL

    Felipe Costa Alvim

    Tese de Doutorado apresentada ao

    Programa de Ps-graduao em Engenharia

    Biomdica, COPPE, da Universidade

    Federal do Rio de Janeiro, como parte dos

    requisitos necessrios obteno do ttulo

    de Doutor em Engenharia Biomdica.

    Orientador: Luciano Luporini Menegaldo

    Rio de Janeiro

    Novembro de 2016

  • ESTIMATIVA DAS FORAS MUSCULARES DURANTE O SINGLE LEG TRIPLE

    HOP TEST EM MULHERES JOVENS SAUDVEIS E PORTADORAS DA

    SNDROME DA DOR PATELOFEMORAL

    Felipe Costa Alvim

    TESE DE DOUTORADO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO

    ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PS-GRADUAO E PESQUISA DE

    ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

    COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO

    GRAU DE DOUTOR EM CINCIAS EM ENGENHARIA BIOMDICA.

    Examinada por:

    ____________________________________

    Prof. Luciano Luporini Menegaldo, D.Sc.

    ____________________________________

    Prof. Jurandir Nadal, D.Sc.

    ____________________________________

    Prof. Paulo Roberto Garcia Lucareli, D.Sc.

    ____________________________________

    Prof. Liliam Fernandes Oliveira, D.Sc.

    ____________________________________

    Prof. Luiz Alberto Batista, D.Sc.

    RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

    NOVEMBRO DE 2016

  • iii

    Alvim, Felipe Costa

    Estimativa das foras musculares durante o single leg

    triple hop test em mulheres jovens saudveis e portadoras da

    sndrome da dor patelofemoral / Felipe Costa Alvim Rio de

    Janeiro: UFRJ/COPPE, 2016.

    X, 91p.: il.; 29,7cm

    Orientador: Luciano Luporini Menegaldo

    Tese (doutorado) UFRJ/COPPE/Programa de

    Engenharia Biomdica, 2016.

    Referncias Bibliogrficas: p. 67-72.

    1. Modelagem Computacional em Biomecnica. I.

    Menegaldo, Luciano Luporini. II. Universidade

    Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de

    Engenharia Biomdica. III. Ttulo

  • iv

    Agradecimentos

    Agradeo a Deus por me fazer seu instrumento e me possibilitar realizar todos os

    sonhos que um homem pode ter.

    Agradeo aos meu pais. A realizao desse trabalho no teria sido possvel sem a

    presena e ajuda deles em todos os momentos.

    Agradeo a minha irm e ao seu esposo Mrcio. Seu incentivo e apoio foram

    fundamentais. A chegada do Marcinho encheu meu corao de alegria na reta final

    dessa caminhada.

    Agradeo aos grandes amores da minha vida, Lucas e Isabelle, tudo o que eu fizer na

    vida ser pensando em vocs. Agradeo pela compreenso nos meus momentos mais

    difceis, e me desculpo pelos momentos em que no estive presente, fsica ou

    mentalmente.

    Agradeo ao meu orientador, Luciano Luporini Menegaldo. A oportunidade e

    compreenso que teve comigo ao longo de todo esse tempo so dignas de ficarem

    marcadas na minha alma. Espero, ao longo da minha vida, poder fazer por algum o que

    fez por mim.

    Agradeo a minha orientadora extra oficial, Adriane por todo o aprendizado e convvio.

    Agradeo ao professor Jurandir Nadal por me receber no Programa de Engenharia

    Biomdica da COPPE/UFRJ.

    Agradeo ao meu amigo Diogo Simes Fonseca pela parceria.

    Agradeo ao meu amigo Rhenan Bartels Ferreira pelo tempo de convvio.

    Enfim, agradeo a todos os professores e amigos do Programa de Engenharia

    Biomdica da COPPE/UFRJ. O conhecimento que adiquiri com vocs me acompanhar

    por toda a vida.

  • v

    Resumo da Tese apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessrios

    obteno do grau de Doutor em Cincias (D.Sc.)

    ESTIMATIVA DAS FORAS MUSCULARES DURANTE O SINGLE LEG TRIPLE

    HOP TEST EM MULHERES JOVENS SAUDVEIS E PORTADORAS DA

    SNDROME DA DOR PATELOFEMORAL

    Felipe Costa Alvim

    Novembro/2016

    Orientador: Luciano Luporini Menegaldo

    Programa: Engenharia Biomdica

    A sndrome da dor patelofemoral multifatorial e uma de suas causas pode estar

    relacionada a uma deficincia do controle muscular da pelve e do membro inferior

    durante atividades funcionais. O primeiro objetivo deste trabalho foi comparar tcnicas

    de otimizao esttica e controle muscular computacional, ambas associadas a um

    algoritmo de reduo de resduos, para estimar as ativaes e foras musculares durante

    o single leg triple hop test em mulheres jovens saudveis.Asativaes musculares

    estimadas, durante o teste mencionado, foramcomparadas ao eletromiograma (EMG) de

    superfcie dos msculos glteo mximo, GMed, cabea longa do bceps femoral e vasto

    lateral. A associao entre a otimizao esttica e o algoritmo de reduo de resduos foi

    capaz de estimar as ativaes musculares com menores erros de amplitude e faseem

    relao ao EMG de superfcie dos msculos captados.O segundo objetivo foi comparar

    a cinemtica e as foras musculares estimadas pela otimizao esttica entre o grupo

    controle e um grupo com sndrome da dor patelofemoral. Mulheres com sndrome da

    dor patelofemoral apresentam extenso da coluna lombar e rotao interna do quadril

    maiores e flexo do joelho menor durante a fase de preparao para o single leg triple

    hop test. Essas alteraes podem ser explicadas pelas diferenas encontradas nas foras

    musculares estimadas dos msculos do core, reduo da fora de rotadores externos do

    quadril e aumento na foras dos abdutores do quadril e flexores do joelho.

  • vi

  • vii

    Abstract of the Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

    requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.)

    MUSCLE FORCE ESTIMATION DURING SINGLE LEG TRIPLE HOP TEST IN

    YOUNG HEALTHY WOMEN AND WITH PATELLOFEMORAL PAIN

    SYNDROME

    Felipe Costa Alvim

    November/2016

    Advisor: Luciano Luporini Menegaldo

    Department: Biomedical Engineering

    The patellofemoral pain is a multifactorialsyndrome and one of its causes may

    be related to a poor pelvis and lower limb muscle control during functional activities.

    The first aim of this study was to compare static optimizations (SO) and computed

    muscle control (CMC), both associed to a residual reduction algorithm, to estimate

    muscle activations during the single leg triple hop test for young healthy woman. The

    estimated activations, during refered test, were compared to surface electromyogram

    (EMG) from gluteus maximus, gluteus medius, long head of biceps femoris and vastus

    lateralis. The association between static optimizations and residual reduction algorithm

    was able to estimate muscle activations with lower magnitude and phase errors related

    to surface EMG of selected muscles. The second objective was to compare kinematics

    and muscle forces estimations by static optimization between control group and a group

    with patellofemoral pain syndrome. Woman with patellofemoral pain syndrome showed

    higher lumbar extension and hip internal rotation and lower knee flexion during

    preparations phase of single leg triple hop test. These modifications could be explained

    by differences founded in estimated core muscle forces, hip internal rotators weakness

    and higher hip abductors and knee flexors forces.

  • viii

    Sumrio Lista de Figuras ix

    Lista de Tabelas x

    1 Introduo

    1

    1.1 Epidemiologia 1

    1.2 O single leg triple hop test como ferramenta de avaliao 2

    1.3 Aspectos relevantes da anatomia da articulao do joelho 2

    1.4 Cinesiologia da articulao do joelho 5

    1.5 Patomecnica da sndrome da dor patelofemoral 7

    1.5.1 Disfuno do quadrceps 7

    1.5.2 Desalinhamento esttico 8

    1.5.3 Desalinhamento dinmico 9

    2 Modelagem computacional 12

    2.1 OpenSim 12

    2.2 Converso dos dados 13

    2.3 Escala 13

    2.4 Cinemtcia inversa 16

    2.5 Dinmica inversa 17

    2.6 Otimizao esttica 18

    2.7 Algoritmo de reduo de resduos 18

    2.8 Controle muscular computadorizado 21

    2.9 Anlise de componentes principais 23

    3 Objetivos 26

    4 Metodologia 27

    4.1 Organizao dos estudos 27

    4.2 Amostra e protocolo experimental 27

    4.3 Processamento dos dados, modelo biomecnico e simulaes 29

    4.4 Comparao das ativaes estimadas com o sinal eletromiogrfico 32

    4.5Comparao das foras musculares estimadas entre os dois grupos 33

    4.5.1 Anlise de componentes principais e anlise estatstica 35

    5 Resultados 37

    5.1 Reduo dos atuadores residuais aps as simulaes 37

  • ix

    5.2 Cinemtica e torques articulares 38

    5.3 Exatido das ativaes musculares estimadas 39

    5.4 Comparao entre a cinemtica nos dois grupos 41

    5.5 Comparao entre as foras musculares estimadas entre os dois grupos 44

    6 Discusso 47

    6.1 Exatido das ativaes musculares estimadas 47

    6.2 Comparao entre as foras musculares estimadas nos dois grupos 49

    7 Concluso 54

    8 Agradecimentos 55

    9 Referncias 56

    10 Anexo I 62

    11 Anexo II 70

    12 Anexo III 92

    13 Anexo IV 1112

  • x

    Lista de figuras

    Figura 1:Conexes da poro fibrosa e da membrana sinovial da cpsula artic

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