Sistemas de análise cinemática da marcha humana

As passadeiras rolantes para a análise cinemática da marcha são muito utilizadas para treinar a marcha, permitindo que o indivíduo ande a diferentes velocidades sem ter de sair do mesmo local. Contudo com a junção de mais alguns equipamentos à passadeira rolante é possível analisar a marcha do indivíduo que anda sobre a passadeira.

De seguida são descritos alguns estudos, patentes e produtos comercializados de sistemas de análise cinemática:

 Estudos publicados sobre sistemas de análise cinemática da marcha:

O estudo descrito em (Kumar et al, 2010) relata um sistema simples, de baixo custo e com boa precisão, capaz de medir e analisar as características da análise cinemática da marcha. Este sistema é constituído por uma câmara para adquirir as imagens, marcadores ativos posicionados na anca, joelhos e tornozelos e um software desenvolvido em LabVIEW. Cada marcador é composto por 4 LEDs (Light Emitting Diode), organizados de forma a parecerem um único grande círculo à distância. O software é responsável por determinar os vários parâmetros espaço-temporais da marcha: ângulo de flexão; trajetória do movimento da articulação; comprimento, tempo e velocidade do ciclo de marcha; cadência e deslocamento vertical.

Em (Mihradi et al, 2011) é descrito o desenvolvimento de um sistema um sistema de análise 3D da marcha. O sistema é composto por: duas câmaras, uma responsável por registar o plano sagital e outra por registar o plano frontal; 2 computadores, cada um ligado a uma das câmaras; 7 marcadores LED, posicionados na pélvis, anca, joelho, tíbia, maléolo e na lateral exterior do pé, do membro inferior direito; um tapete; uma flash lighter; e um software de processamento de imagem.

A análise cinemática descrita em (Yun et al, 2013) é realizada através de sistema composto por 8 câmaras, uma passadeira rolante e 15 marcas posicionadas nos membros inferiores dos indivíduos (Fig.2.9).

REVISÃO DA LITERATURA CAPÍTULO 2

Fig. 2.9 – Análise cinemática da marcha de um indivíduo através do sistema utilizado em (Yun et al, 2013)

O (Abbass e Abdulrahman, 2014) descreve a utilização de um sistema constituído por uma passadeira rolante, uma câmara, posicionada perpendicularmente à passadeira, e um software de análise de movimento, ‘Dart fish’. Este sistema foi utilizado para analisar o plano sagital da marcha de vários indivíduos. Sendo que o objetivo deste estudo era obter a aparência ideal da cinemática da marcha humana, ou seja, os valores cinemáticos que os indivíduos com uma marcha normal apresentam. O sistema obtém as cinemáticas do joelho e da anca, e vários parâmetros espaço-temporais da marcha: comprimento do passo, que corresponde à distância entre o apoio de um pé até à colocação do pé contrário no solo; comprimento do ciclo da marcha; duração do ciclo da marcha; e cadência.

 Patentes publicadas na área dos sistemas de análise cinemática da marcha:

A patente (Jiang et al, 2006) descreve um sistema de análise de marcha que utiliza um computador, uma câmara monocular e marcadores posicionados nas articulações do indivíduo. Sendo que neste sistema são colocados dois marcadores em cada um das articulações, com cores e/ou formas diferentes, sendo que um é o principal e outro o adicional. O marcador adicional é utilizado como uma solução eficaz ao problema de auto- oclusão, que ocorre quando um membro oculta um dos marcadores.

A patente (Lee e Jung, 2007) apresenta um sistema (Fig.2.10) composto por uma passadeira rolante, que tem como objetivos medir os ângulos das articulações em tempo real e enviar os dados de marcha para o indivíduo em estudo durante a sua marcha, de forma a auxiliar no treino da marcha. Esta passadeira possui velocidades ajustáveis o que permite que seja utilizada por indivíduos em reabilitação. O sistema também possui na sua constituição meios de medição, fixados ao corpo do indivíduo que têm como função transferir os sinais do movimento. Sendo que os meios de medição devem de ser compostos por pelo menos um marcador fixo ao membro inferior e uma câmara adjacente à passadeira rolante para localizar o marcador e desta forma seguir o movimento do indivíduo na passadeira. Ou então, o meio de medição pode ser constituído por goniómetro elétrico que inclui uma barra flexível que

CAPÍTULO 2 REVISÃO DA LITERATURA

Fig. 2.10 – Esquema do sistema descrito na patente (Lee e Jung, 2007)  Produtos comercializados na área dos sistemas de análise cinemática da marcha: Ao nível comercial existem diversos equipamentos que podem ser utilizados para realizar a análise cinemática da marcha, como as câmaras Vicon Vantage (Fig.2.11a), que consistem em câmaras de captura de movimento, com boa resolução, velocidade de captura e precisão (VICON, 2015); e as câmaras Optotrak Certus (Fig.2.11b), que acompanham o movimento em tempo real através de um sistema de elevada velocidade de captura e elevada precisão espaço-temporal. A Optotrak Certus é muito utilizada na área da medicina, da biomecânica e dos avanços industriais (NDIGITAL, 2015).

Fig. 2.11– Câmaras de captura de movimento: a) Vicon Vantage (VICON, 2015); b) Optotrak Certus (TSGDOC, 2015)

A Qualisys oferece um sistema de análise da marcha em laboratório (Fig.2.12), constituído por 8-12 câmaras, de elevada resolução, precisão e velocidade de captura, que cobrem um volume de captura de 4×2×1,5m (comprimento × largura × altura). As câmaras podem se posicionadas em suportes ou em sistemas de calhas. Este sistema pode incluir 1 a 4 plataformas de força para medir o CoP e o CoF ou pode incluir uma passadeira rolante para se poder analisar vários ciclos de marcha (QUALISYS, 2015).

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REVISÃO DA LITERATURA CAPÍTULO 2

Fig. 2.12 – Esquema do Sistema de análise de marcha do Qualisys (QUALISYS, 2015) No trabalho apresentado neste relatório foi utilizado um sistema constituído por duas câmaras posicionadas, uma de cada lado de uma passadeira rolante. Estas câmaras são responsáveis por capturar as imagens do indivíduo em andamento, que possuía várias marcas passivas colocadas no corpo. A escolha deste sistema de análise da marcha deveu-se a este ser um sistema de baixo custo que permite calcular os ângulos das articulações e outros ângulos 3D cruzados. No subcapítulo 3.2. será apresentado em maior detalhe este sistema de análise cinemática utilizado neste trabalho.