A W F we Wydział Wychowania...

materiały pochodzą ze strony

www.biofizyka.awf.wroc.pl

Autor: dr inż. S.Winiarski 1

Akademia Wychowania Fizycznego

we Wrocławiu

Wydział Wychowania Fizycznego

BIOMECHANICZNE PARAMETRY CHODU CZŁOWIEKA PO REKONSTRUKCJI

WIĘZADŁA KRZYŻOWEGO PRZEDNIEGO

Sławomir Winiarski

promotor

dr hab. Alicja Rutkowska-Kucharska,prof. AWF Wrocław

WprowadzenieBiomechaniczne parametry chodu

Knee kinematics




Cele

� weryfikacja pośredniej metody pomiaru siły reakcji podłoża w

chodzie patologicznym;

� wyznaczenie znaczących, biomechanicznych parametrów chodu

patologicznego monitorujących postępowanie fizjoterapeutyczne

u osób po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego;

� opracowanie metody badania chodu patologicznego przy użyciu

komputerowego systemu analizy ruchu SIMI Motion w

przestrzeni trójwymiarowej.

Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego

Hipotezy

� 1. Energia potencjalna szacowana na podstawie pomiaru amplitudy wychyleń środka ciężkości zmniejsza się w czasie trwania procesu fizjoterapii.

� 2. Siła reakcji podłoża uzyskana w pomiarze pośrednim jest istotnym miernikiem ilościowym i jakościowym lokomocji człowieka i jest statystycznie tożsama z pomiarem bezpośrednim.

� 3. Parametry biomechaniczne, tj.: długość kroku, prędkość chodu, czas podparcia, zakres ruchu w stawie kolanowym, amplituda wychyleńpionowych OSC, energia potencjalna, maksymalna siła reakcji, gradient

przyrostu siły i współczynniki asymetrii chodu ulegają istotnym zmianom w procesie fizjoterapii.





Materiał badawczy(N=161)

Eksperyment pierwszy(osoby zdrowe)

� 23 osoby (mężczyźni)

� wiek 20-25 lat

� masa ciała 62-96 kg

� wysokość ciała 172-190 cm

Grupa eksperymentalna(artroskopowa rekonstrukcja ACL)

� 86 osób (33K, 53 M)

� wiek 17-58 lat


� wys. ciała 158-192 cm

Grupa kontrolna(osoby zdrowe)

� 75 osób (31K, 44M)

� wiek 19-33 lat


� wys. ciała 158-191 cm

Eksperyment drugi


Okresy badawcze monitoringu rehabilitacji:badanie 1: 2-4 tydz., badanie 2: 3-8 tydz., badanie 3: 9-12 tydz.

Stanowisko pomiarowe


SIMISIMI®®

Certyfikat Systemu Jakości nr 1374-b/1/2004, PN-EN ISO 9001:2001




Metoda – Przygotowanie osoby badanejModel biomechaniczny

� głowa

� st. ramienny prawy

� st. ramienny lewy

� st. łokciowy prawy

� st. łokciowy lewy

� st. promieniowo-nadgarstkowy prawy

� st. promieniowo-nadgarstkowy lewy

� st. biodrowy prawy

� st. biodrowy lewy

� st. kolanowy prawy

� st. kolanowy lewy

� st. skokowy prawy

� st. skokowy lewy

� pięta prawa

� pięta lewa

� palce prawe

� palce lewe


znaczniki

Metoda – obliczenia wstępne





� Kartezjańskie składowe wektora GRF

� pionowa

� przednio-tylna

� boczna

Metoda Siła reakcji podłoża – metoda bezpośrednia

Siła reakcji podłoża – metoda pośrednia

oF++=⋅ QRam ( )gagaR +⋅=⋅+⋅= mmmg

gaR[BW]

gm

R +==

⋅




Siła reakcji podłoża – metoda pośrednia

( )gagaR +⋅=⋅+⋅= mmm

g

gaR[BW]

+=

( )

( )

≤<−⋅−

<≤−⋅−

≤≤⋅+⋅

=

323

23

2z

100

01

1z

21

z

tt t, dla tttt

)(tR

ttt, dla tttt

)(tR

ttdla ta(t), mgm

(t)R

Sato i Andrew (2002) (dla chodu prawidłowego)

Biomechaniczne parametry chodu – w monitoringu fizjoterapii ACL

� Parametry przestrzenne

� długość kroku podwójnego (m);

� długość kroku pojedynczego (m);





� Parametry czasowe� czas postawienia pięty (s);

� czas oderwania palców (s);

� czas trwania cyklu (s);

� czas trwania podporu (s);

� czas trwania wymachu (s);

� czas trwania pojedynczego podporu (s);

� czas trwania początkowego podparcia (s);

,

Parametry

� Parametry pochodne� częstotliwość kroczenia (kr.\s);

� prędkość chodu (m\s);

� względny czas podporu (%);

� względny czas wymachu (%);

� względny czas podporu pojedynczego (%);





Parametry� Kinematyka stawu kolanowego:

� w momencie pierwszego kontaktu stopy (kHS);

� maksymalnego zgięcia na początku podparcia (k1) oraz czas wystąpienia k1 (tk1);

� największego wyprostu w czasie pojedynczego podparcia (k2) oraz czas wystąpienia wartości k2 (tk2);

� w momencie oderwania palców na końcu podporu (kTO);

� maksymalnego zgięcia podczas fazy przeniesienia kończyny (k3) oraz czas wystąpienia maksimum (tk3);

180 - αααα

� maksymalnego wyprostu w fazie

przygotowawczej (k4) oraz czas

wystąpienia maksymalnego

wyprostu (tk4);

� zakres ruchu (Z);

)k,min(kkZ423

−=

Parametry� Trajektoria ogólnego środka ciężkości

� wartość położenia pionowego OSC w momencie pierwszego kontaktu (hmin1) oraz czas wystąpienia hmin1 (thmin1);

� największa wartość w czasie podporu pojedynczego (hmax1) oraz czas wystąpienia hmax1 (thmax1);

� najmniejsza wartość w czasie końcowego podwójnego podparcia (hmin2) oraz czas wystąpienia hmin2 (thmin2);

� największa wartość w czasie wymachu (hmax2) oraz czas wystąpienia hmax2 (thmax2);

� amplituda wychyleń pionowych OSC;

� energia potencjalna;

( ) ( )

H

hhh

w

−∆=∆

−= min2min1max2max1 h,hminh,hmax∆h

Lgm

EE

hgmE

p

wp

p

⋅⋅=

∆⋅⋅=

,




Parametry� Siła reakcji podłoża

� wartość siły reakcji na końcu początkowego podwójnego podparcia (FTO);

� maksymalna wartość siły (F1) oraz czas wystąpienia F1 (tF1);

� minimalna wartość siły (F2) oraz czas wystąpienia F2 (tF2);

� maksymalna wartość siły (F3) oraz czas wystąpienia F3 (tF3);

� wartość siły na początku końcowego podwójnego podparcia (FHS);

� gradient przyrostu maksymalnej wartości siły reakcji F1 (LR);

� gradient ubytku maksymalnej wartości siły reakcji F3 (ULR);

3

3

1

1

tt

FULR

t

FLR

St

F

−−=

=

Parametry

� Współczynniki asymetrii chodu:

� Robinson i wsp., 1987; Herzog i wsp., 1989; White i wsp., 1999:

� Chen, 2005:

( )100%

XX2

1

XXW1

PL

PL⋅

+⋅

−=

( )100%

X,Xmax

XXW2

norm..

norm..⋅

−=

pat

pat





Procedury

normalizacyjne

Pierrynowski i Galea (2001)Stansfield i wsp. (2006)

Wyniki

1. Weryfikacja metody pośredniej szacowania siły reakcji (test istotności różnic t-Studenta)




Wyniki

2. Monitoring fizjoterapii osób po rekonstrukcji ACL

� Parametry przestrzenne


(ANOVA - porównanie post-hoc metodą NIR)

� Parametry czasowe:

Wyniki - 2. Monitoring fizjoterapii

bad.1

bad.2

bad.3






� Kinematyka stawu

kolanowego:



� Trajektoria

ogólnego

środka ciężkości:






� Siła reakcji

podłoża:(metoda pośrednia)


Wnioski

1. Parametry biomechaniczne podstawowe (tj. przestrzenne: długość kroku pojedynczego kończyny rekonstruowanej długość kroku podwójnego i asymetria kroczenia; czasowe: średnia prędkość chodu, względny czas podparcia na kończynie rekonstruowanej, względny czas podparcia pojedynczego na kończynie rekonstruowanej i asymetria podporu; kątowe: kąt maksymalnego zgięcia w podporze pojedynczym, kąt maksymalnego wyprostu w podporze pojedynczym, kąt maksymalnego zgięcia w wymachu, asymetria zginania i prostowania, zakres ruchu w stawie kolanowym i asymetria zakresu ruchu) i dodatkowedodatkowe (tj. energetyczne: minimalne pionowe obniżenie OSC, maksymalne pionowe uniesienie OSC, amplituda wychyleń pionowych OSC, asymetria wychyleń pionowych, względna energia potencjalna i asymetria energii potencjalnej, oraz dynamiczne: maksymalna siła na początku pojedynczego podparcia (F1), szybkość narastania siły maksymalnej, minimum lokalne siły na środku podparcia pojedynczego, maksymalna siła na końcu pojedynczego podparcia i szybkość ubywania siły maksymalnej na końcu podwójnego podparcia) istotnie różnicują chód osób po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego.





Wnioski

2. Biomechaniczne parametry chodu zmieniają się istotnie w trakcie procesu fizjoterapii, a w szczególności:

� istotnie rośnie: długość kroku pojedynczego kończyny rekonstruowanej; długość kroku podwójnego; względny czas podparcia na kończynie rekonstruowanej; średnia prędkość chodu; względny czas podparcia pojedynczego na kończynie rekonstruowanej; kąt maksymalnego zgięcia w podporze pojedynczym; kąt maksymalnego wyprostu w podporze pojedynczym; kąt maksymalnego zgięcia w wymachu; zakres ruchu w stawie kolanowym; maksymalne pionowe uniesienie OSC; amplituda wychyleńpionowych OSC; maksymalna siła na początku pojedynczego podparcia; szybkość narastania siły maksymalnej; maksymalna siła na końcu pojedynczego podparcia; szybkość ubywania siły maksymalnej na końcu pojedynczego podparcia;

� istotnie maleje: asymetria kroczenia; asymetria podporu; asymetria zginania i prostowania; minimalne pionowe obniżenie OSC; asymetria wychyleńpionowych; względna energia potencjalna; asymetria energii potencjalnej; minimum lokalne siły na środku podparcia pojedynczego;

Wnioski

3. Wydatek energetyczny (względna energia potencjalna) szacowany na podstawie pionowych wychyleń OSC człowieka zmniejsza się istotnie w kolejnych tygodniach fizjoterapii i może być parametrem determinującym chód naturalny człowieka.

4. Siła reakcji podłoża uzyskana w pomiarze pośrednim (z kinematyki ruchu OSC) jest tożsama z pomiarem bezpośrednim i może być użyta w pomiarze dynamiki chodu.





Zalecenia

� Propozycja 13. parametrów istotnych w procesie fizjoterapii osób po rekonstrukcji ACL i istotnych w zdeterminowaniu chodu prawidłowego:

� parametry podstawowe:

(1) długość kroku pojedynczego kończyny rekonstruowanej;(2) asymetria długości kroku; (3) względny czas podparcia na kończynie rekonstruowanej;

(4) asymetria podporu;(5) średnia prędkość chodu;

(6) zakres ruchu w stawie kolanowym;(7) asymetria zakresu ruchu;

� parametry dodatkowe:(8) amplituda wychyleń pionowych OSC;

(9) asymetria wychyleń pionowych OSC;(10) względna energia potencjalna;(11) asymetria energii potencjalnej;

(12) maksymalna siła na początku pojedynczego podparcia; (13) szybkość narastania siły maksymalnej.


A W F we Wydział Wychowania...

Documents

Transcript of A W F we Wydział Wychowania...