le quantità osservabili

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2 le quantità osservabili NIH cinematica di punti cutanei forze esterne attività elettrica muscolare stereofotogrammetria dinamometria EMG

3 le quantità osservabili NIH cinematica di punti cutanei stereofotogrammetria

9 le quantità osservabili v NIH cinematica di punti cutanei stereofotogrammetria all istante t 1 v(t 1 ) = [ v x v y v z ]

10 le quantità osservabili v(t 1 ) = [ v x v y v z ] NIH

11 t 1 t 2 t i t n Traiettorie

12 Traiettorie Coordinata della traiettoria di un punto t 1 t 2 t i t n V x (t i )

13 Filtraggio delle traiettorie

14 Il protocollo sperimentale Marker cutanei NIH IOR

15 I sistemi di riferimento tecnici cluster di marker cutanei Assi dei riferiemnenti tecnici

16 Identificazione e calibrazione dei repre anatomici Epicondilo laterale

17 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

18 In ogni istante di tempo Usiamo due sistemi di riferimento Y y globale (fisso col laboratorio) X x z Bone-embedded (fisso con il segmento In moto) Z

19 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 y x Z X z

20 Ricostruzione del movimento Y Z X

21 Assi articolari Sistemi di riferimento anatomici Assi di riferimento articolari ie fe aa

22 dinamometria Piattaforma di forza a sei componenti

23 dinamometria

24 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

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33 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

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35 Obiettivo dell analisi del movimento Vogliamo informazione su Movimento articolare Funzione muscolare Carichi dei tessuti Strategia motoria Durante un determinato atto motorio

36 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

37 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

38 L anca Giunto sferico

39 Nell anca Rotazione articolare Traslazione Articolare

40 Nell anca Rotazione articolare Traslazione Articolare

41 Nell anca Rotazione articolare

42 Modello semplice dell arto inferiore A a G Ipotesi: Moto planare (piano sagittale) Le articolazioni sono modellate usando cerniere cilindriche (un grado di libertà) g Centri articolari: A anca C c M G ginocchio C caviglia M metatarso-falangi

43 Flesso-estensione dell anca Flessione (+) Estensione (-) a a

44 Stima dell angolo di flesso-estensione dell anca A a G Dati: p A = [x A y A ] p G = [x G y G ] Y g tg a = - (x A -x G )/ (y A -y G ) X g

45 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.

46 La Pelvi P A L

47 Rotazioni della pelvi durante il cammino Tilt deg Obliquity Rotation % cycle

48 Il Femore

49 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

50 Il moto dell articolazione

51 Il moto dell articolazione

52 Rotazioni successive Si desidera descrivere questo orientamento istantaneo del femore rispetto alla pelvi y p y d z p z d x p x d

53 Rotazioni successive Il riferimento è la situazione di allineamento partenza arrivo y p y d y p y d z x p x p d z p z d z d x p x p x d

54 Prima rotazione: flesso-estensione Intorno all asse medio-laterale della pelvi y p y d1 x p z d1 z p zp x d1

55 Seconda rotazione: adduzione-abduzione Intorno all asse antero-posteriore del femore (orientamento attuale) y p y d1 y d2 z d2 z d1 z p x d2 x d1 x p

56 Terza rotazione: rotazione interna-esterna Intorno all asse longitudinale del femore (orientamento attuale) y p y d3 y d2 z d3 z d2 z p x p x d3 x d2

57 Nota la sequenza dei tre angoli di rotazione,, dipende contemporaneamente da: gli assi attorno a cui devono avvenire le rotazioni la relativa sequenza

58 Convenzioni angolari convenzione di Eulero es: xyx convenzione cardanica xyz

59 L obiettivo raggiunto Cinematica articolare [gradi] int ab [gradi] ad est [gradi] fles Flessione-estensione Abduzione-adduzione Rotazione interna-esterna est Ciclo [%]

60 ginocchio

61 ginocchio

62 ginocchio

63 ginocchio

64 ginocchio

65 ginocchio

66 ginocchio

67 ginocchio

68 ginocchio

69 ginocchio

70 ginocchio

71 ginocchio

72 caviglia cammino Flessione dorsi plantare deg 30 cammino normale Ginocchio flesso Ginocchio esteso ginocchio flesso 0-30 ginocchio esteso -60

73 Flesso/estensioni durante il cammino Anca flessione (+) Karen Lohmann Siegel, MA, PT) deg Ginocchio estensione (+) Caviglia dorsiflessione (+) % cycle

74 Rotazioni articolari durante il cammino deg anca Flessione/estensione Ab/adduzione Rotazione Int/esterna ginocchio caviglia % cycle % cycle % cycle

75 Rotazione del piede durante il cammino deg Sagittale Frontale Transverso % ciclo

76 Rotazione della pelvi durante il cammino Tilt deg Obliquity Rotation % ciclo

77 traslazioni

78 Traslazione della pelvi durante il cammino

79 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 forza momento F R C R C R K 0 F R Centro di pressione (K dell articolazione piede-suolo) K 0

80 Parametri inerziali stimati Vengono stimati per ogni segmento: massa del segmento posizione del CM rispetto al sistema di riferimento anatomico orientamento degli assi principali di inerzia rispetto al sistema di riferimento anatomico momenti principali di inerzia m CM I

81 Metodi di stima dei parametri inerziali Cadaveri smembrati Stima indiretta tabelle antropometriche Modelli segmentali geometrici Imaging su soggetti viventi

82 Grandezze cinematiche stimate Vengono stimati per ogni segmento (considerato rigido) dalla misura delle posizioni di marker posti sulla cute

83 Grandezze cinematiche stimate Vengono stimati per ogni segmento (considerato rigido) dalla misura delle posizioni di marker posti sulla cute orientamento

84 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 posizione dei punti di riduzione dei carichi intersegmentali (K) a K

85 Interpretazione dei momenti articolari Anca Flessione (+) Ginocchio Estensione (+) Nm/kg Caviglia Dorsiflessione (+) % fase di appoggio

86 Interpretazione dei momenti articolari Anca Flessione (+) Ginocchio Estensione (+) Nm/kg Caviglia Dorsiflessione (+) % fase di appoggio

87 Interpretazione dei momenti articolari Anca Adduzione (+) Ginocchio Adduzione (+) Nm/kg Caviglia Inversione (+) % fase di appoggio

88 Interpretazione dei momenti articolari Anca Adduzione (+) Ginocchio Adduzione (+) Nm/kg Caviglia Inversione (+) % fase di appoggio

89 Sorgenti di errore P 1) errori strumentali v v x v y v z 2) artefatti dei tessuti molli 3) posizione approssimata dei repere anatomici

90 1) Errori strumentali (movimento apparente dei markers) P 1 P 2 O O X (t) mm s Della Croce et al., Med. & Biol. Eng. & Comp., 2000

91 compensazione degli errori strumentali aumento del numero di telecamere miglioramento del posizionamento delle camere corretta manutenzione dei markers

92 2) artefatti dei tessuti molli (movmento reale dei markers)

93 posizionamento dei markers

94 come misurare gli artefatti dei tessuti molli Fluoroscopia, GT, LE, HF, LM flessione volontaria 6 campioni/sec Angeloni et al., ESB 1992

95 Precisione dei repere anatomici palpabili [mm] landmark INTRA-OPERATOR INTER-OPERATOR r r PELVIS ASIS PSIS FEMUR GT r ME LE TIBIA and TT 5 12 FIBULA HF 6 12 MM 7 15 LM 9 17 FOOT CA FM 8 22 Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999

96 Identificazione del centro d anca x y z METHOD Func. Bell Davis Func. Bell Davis Func. Bell Davis MEAN [mm] SD [mm] Func. Cappozzo, Human Movement Science, 1984 Bell Bell et al., Journal of Biomechanics, 1990 Davis Davis et al., Human Movement Science, 1991 Z Y X Leardini et al., Journal of Biomechanics, 1999

97 Precisione del riferimento anatomico BAF determinato markers BTF BAF vero r [deg] INTRA- OPERATOR INTER- OPERATOR PELVIS A-P V M-L FEMUR A-P V M-L TIBIA and A-P FIBULA V M-L FOOT A-P V M-L Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999

98 Precisione della cinematica articolare postura eretta r [deg] INTRA- OPERATOR INTER- OPERATOR HIP Fl/ex Int/ext Ab/add KNEE Fl/ex Int/ext Ab/add ANKLE Fl/ex Int/ext Ab/add Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999

99 Precisione della cinematica articolare flesso-estensione error [deg] flexion [deg] flexion ab/adduction int/extern Della Croce et al., Medical & Biol. Eng. & Comp., 1999

100 Adeguatezza del modello del sistema musculo-scheletrico momento articolare all anca Stagni et al. Journal of Biomechanics, 2000

101 Grazie