Este documento discute métodos de medição em biomecânica, incluindo cinemetria, videografia, dinamometria e eletromiografia. A cinemetria mede parâmetros cinemáticos do movimento através de imagens. A videografia usa câmeras de vídeo para análise bidimensional ou tridimensional do movimento. A dinamometria mede forças usando transdutores como plataformas de força. A eletromiografia registra a atividade elétrica muscular. Combin

1. BIOMECÂNICA Métodos de medição Carlos Bolli Mota [email_address] UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA Laboratório de Biomecânica

2. INTRODUÇÃO Por ser uma área de conhecimento fundamentalmente experimental e quantitativa, as técnicas de medição de grandezas físicas aplicadas ao corpo humano são essenciais em biomecânica.

3. INTRODUÇÃO Isto traz uma preocupação com o aperfeiçoamento dos métodos e equipamentos de medição, tendo em vista resultados mais precisos para o estudo do movimento.

4. MÉTODOS DE MEDIÇÃO

5. CINEMETRIA Do grego: kínema - movimento métron - medição, medida Literalmente: medição do movimento

6. CINEMETRIA Conjunto de métodos para medir os parâmetros cinemáticos do movimento. A partir da aquisição de imagens durante a execução de um movimento, realiza-se o cálculo das variáveis dependentes dos dados observados nas imagens, como posição, orientação, velocidade e aceleração do corpo ou de seus segmentos.

7. CINEMETRIA A cinemetria permite descrever geometricamente o movimento, mas não permite investigar suas causas. Embora a raiz da palavra remeta ao movimento, os mesmos princípios podem ser utilizados para situações estáticas.

8. HISTÓRICO Eadweard Muybridge (1830 - 1904)

9. Muybridge

10. Muybridge

11. HISTÓRICO Étiènne-Jules Marey (1830-1904)

12. HISTÓRICO Georges Demeny (1850-1918)

13. Marey - Demeny

14. Marey - Demeny

15. HISTÓRICO Auguste Lumière (1862-1954) Louis Lumière (1864-1948)

16. Irmãos Lumière o cinematógrafo “ uma invenção sem futuro”

17. HISTÓRICO Christian Wilhelm Braüne(1821-1892) Otto Fischer (1861-1917)

18. Braüne e Fischer

19. CLASSIFICAÇÃO Quanto ao tipo de registro de imagens: processos fotoquímicos - fotogrametria e cinematografia processos fotoelétricos - videografia

20. CLASSIFICAÇÃO processo fotogramétrico

21. CLASSIFICAÇÃO Quanto ao processo de medição: medição indireta (Roebuck et al., 1975) comparação indireta (Beckwith et al., 1993) medição óptica (Beckwith et al., 1993)

22. VIDEOGRAFIA Na atualidade o método mais usual de aquisição de imagens é a videografia. Com os avanços da eletrônica a videografia expandiu-se rapidamente, com a vantagem de os resultados da gravação estarem imediatamente disponíveis, sem necessidade de demoradas e onerosas revelações. Utiliza cargas elétricas e campos magnéticos para captar, transferir e armazenar imagens.

23. Câmeras de vídeo As imagens videográficas são constituídas de seqüências de quadros. Cada quadro é formado por dois campos que correspondem às linhas ímpares e pares da varredura. As linhas ímpares formam um campo e as linhas pares formam um segundo campo. Os campos ímpares e pares são entrelaçados para formar um quadro.

24. Câmeras de vídeo Diversos sistemas para análises biomecânicas usam câmeras de vídeo comuns que funcionam em 50 Hz (NTSC) ou 60 Hz (PAL). Existem câmeras que operam com freqüências de aquisição de imagens mais altas (por exemplo, 120 Hz, 180 Hz ou maiores), mas nestes casos os sistemas de gravação não seguem os padrões NTSC ou PAL.

25. Videografia bidimensional Pode ser usada quando o movimento de interesse ocorre fundamentalmente em um único plano ou quando interessa apenas analisar o que ocorre em um determinado plano. Exige apenas uma câmera. Exige uma escala de calibração.

26. Videografia tridimensional Deve ser usada quando o movimento de interesse ocorre em mais de um plano e o interesse da análise não se resume a um único plano. Exige no mínimo duas câmeras. Exige a filmagem de uma estrutura de calibração. *

27. Reconstrução tridimensional O principal problema da análise de imagens é a recuperação de coordenadas espaciais . movimentos humanos - no espaço imagens - planas

28. Reconstrução tridimensional Imagens das câmeras - bidimensionais - duas coordenadas. Terceira coordenada - segunda câmera. Sincronismo entre câmeras - mesma freqüência e aquisição da imagem no mesmo instante.

29. Reconstrução tridimensional Direct Linear Transformation Abdel-Aziz & Karara (1971) Solução simultânea de duas transformações que são usualmente feitas em separado na fotogrametria analítica convencional. O método realiza a transformação linear direta das coordenadas da imagem ampliada para as coordenadas do objeto.

30. DLT Diversos melhoramentos foram acrescentados ao método, como a correção de distorções de lentes. ampla aceitação mundial funciona onde o convencional falha mais simples de usar fácil programação computacional menos tempo de máquina

31. Considerações importantes O método requer um sistema de base fixa, isto é, após serem registrados os pontos de referência, não poderá haver modificação alguma na posição das câmeras. Os pontos podem ser removidos.

32. Considerações importantes Os pontos de controle devem formar um volume, não podendo estar no mesmo plano. Os pontos que futuramente serão calculados devem estar dentro do volume delimitado pelos pontos de controle. Mais de duas câmeras podem ser usadas.

33. Vantagens Liberdade de orientação das câmeras. Possibilidade de uso de câmeras convencionais não-métricas. Relativa simplicidade de cálculo computacional.

34. Desvantagens O uso de uma estrutura de calibração limita o uso no caso de movimento bastante amplos. A precisão do método está intimamente relacionada com a precisão com que se determinam as coordenadas espaciais dos pontos de controle, o que nem sempre é tarefa fácil.

35. Exemplos pontos anatômicos de referência

36. Exemplos salto em distância

37. Exemplos handebol - arremesso em suspensão

38. Problemas Identificação de referências anatômicas Impossibilidade de utilizar marcadores Movimentação dos marcadores durante o movimento Visualização dos pontos de referência durante o movimento - maior número de câmeras Processamento demorado *

39. Na UFSM - PEAK MOTUS Duas câmeras que operam a 60 Hz ou 180 Hz Hardware e software para a análise de movimentos Somente duas câmeras aumentam as dificuldades de visualização dos pontos de referência anatômica

40. MÉTODOS DE MEDIÇÃO

41. DINAMOMETRIA Do grego: dina - força métron - medição, medida Literalmente: medição da força

42. DINAMOMETRIA Conjunto de métodos que para medir força e pressão, internas ou externas. Forças e pressões externas - mais fáceis de serem medidas - métodos não invasivos Forças e pressões internas - mais difíceis de serem medidas - métodos invasivos

43. DINAMOMETRIA A dinamometria permite investigar as causas do movimento (forças). Baseia-se na relação entre deformação de um transdutor e alguma grandeza elétrica resultante desta deformação.

44. HISTÓRICO Etienne Jules Marey (1830 - 1904) - medidas de força e pressão Jules Amar (1879 - 1935) - plataforma de força pneumática tridimensional Wallace Fenn (1893 - 1971) - plataforma de força mecânica unidimensional Herbert Elftman (???? - ????) - plataforma de força mecânica tridimensional

45. TRANSDUTORES Piezoelétricos - deformação gera potencial elétrico Capacitivos - deformação muda a capacitância do trandutor, alterando a frequência de um oscilador Resistivos ( strain gages ou extensômetros) - deformação muda a resistência do transdutor, alterando a corrente em um circuito *

46. Extensômetros

47. Força - plataforma de força

48. Plataforma de força Instrumento utilizado para medir a força de reação do solo (FRS)

49. Exemplos curvas típicas da FRS na marcha

50. Exemplos curvas da FRS na marcha - diplegia

51. Exemplos curvas da FRS em exercícios de hidroginástica

52. Exemplos avaliação do equilíbrio valores em centímetros 0,29 1,13 0,15 1,12 COPap 0,07 0,20 0,07 0,19 DMml 0,05 0,20 0,05 0,20 DMap 0,24 1,07 0,34 1,05 COPml S X S X olhos fechados olhos abertos

53. Na UFSM - AMTI OR6-5 Duas plataformas de força com capacidade de até 1000 kgf e freqüência de aquisição de até 1000 Hz Hardware e software para a coleta e análise de dados Coleta e processamento dos dados relativamente rápida

54. Pressão sistema F-Scan

55. MÉTODOS DE MEDIÇÃO

56. ELETROMIOGRAFIA Do grego: elektron – eletricidade mios - músculo graphon - grafia, escrita Literalmente: grafia da eletricidade dos músculos

57. ELETROMIOGRAFIA Conjunto de métodos para o registro da atividade elétrica associada à contração muscular.

58. HISTÓRICO Jan Swammerdan (1637 - 1680) - primeiras descobertas em relação à inervação Francesco Redi (1626 - 1698) - relação entre músculos e geração de eletricidade Luigi Galvani (???? - ????) - relação entre estimulação elétrica, contração muscular e produção de força

59. HISTÓRICO Guillaume Duchenne (1806 - 1875) - “pai” da eletrofisiologia - aplicação de estimulação elétrica em músculos intactos

60. HISTÓRICO Duchenne - estimulação de músculos da face

61. HISTÓRICO Herbert Jasper (1906 - 1999) - primeiro eletromiógrafo em 1924 John Basmajian (???? - ) - autor de “ Muscles Alive ” - referência em eletromiografia

62. ELETROMIOGRAFIA Eletromiografia de profundidade - permite captar sinais de músculos profundos, mas é invasiva - problemas Eletromiografia de superfície – não invasiva, mais fácil de usar, mas não serve para músculos profundos

63. Eletrodos eletrodos de profundidade

64. Eletrodos eletrodos de superfície

65. Sinal eletromiográfico O sinal captado pelos eletrodos é o somatório de todos os potencias de ação existentes num determinado instante.

66. Sinal eletromiográfico sinal no domínio do tempo

67. Sinal eletromiográfico sinal no domínio da freqüência

68. Problemas Sinal muito baixo, precisa ser amplificado Sujeita à ruídos mecânicos e eletromagnéticos Posicionamento dos eletrodos Coletas em diferentes momentos Sinal de músculos adjacentes Variabilidade do sinal eletromiográfico Processamento do sinal após a coleta

69. Exemplos Seqüência e padrão de ativação de músculos Identificação de músculos envolvidos em movimentos Detecção de fadiga Tempo de reação pré-motor

70. Importante! Normalização do sinal coletado * Utilização dos eletrodos em configuração bipolar Eletromiografia NÃO mede força muscular

71. Na UFSM - LINX EMG1000 Eletromiógrafo com 12 canais e freqüência de aquisição de até 2000 Hz Hardware e software para a coleta e análise de dados Coleta dos dados relativamente rápida Processamento relativamente demorado

72. CONSIDERAÇÕES FINAIS Qualquer um dos métodos de medição, quando utilizado isoladamente, fornecerá informações fragmentadas Melhor compreensão do fenômeno observado será obtida com a utilização conjugada de mias de um tipo de medida

73. CONSIDERAÇÕES FINAIS Todos os equipamentos e métodos têm suas vantagens e problemas; é preciso conhecê-los para tirar o melhor proveito de cada um Nunca esquecer a Lei de Murphy...

74. Gracias pela atenção!