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Campinas
2014
JULIANA MORENO CARMONA SOBRAL
PROPOSIÇÃO E AVALIAÇÃO DE UM
MÉTODO PARA ANÁLISE
CINEMÁTICA TRIDIMENSIONAL DA
ARTICULAÇÃO FEMOROPATELAR A
PARTIR DE MARCADORES
EXTERNOS.
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Dissertação de Mestrado apresentada à Faculdade de Educação Física da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para obtenção do título de Mestre em Educação Física na Área de Concentração Biodinâmica do Movimento e Esporte.
Campinas
2014
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE EDUCAÇÃO FÍSICA
JULIANA MORENO CARMONA SOBRAL
PROPOSIÇÃO E AVALIAÇÃO DE UM MÉTODO
PARA ANÁLISE CINEMÁTICA
TRIDIMENSIONAL DA ARTICULAÇÃO
FEMOROPATELAR A PARTIR DE
MARCADORES EXTERNOS.
Orientador: Prof. Dr. Ricardo Machado Leite de Barros ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA
DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELA ALUNA JULIANA MORENO CARMONA SOBRAL E ORIENTADA PELO PROF. DR. RICARDO MACHADO LEITE DE BARROS.
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RESUMO: O objetivo geral do trabalho foi propor e avaliar um método para análise cinemática tridimensional da articulação femoropatelar a partir de marcadores externos, durante a execução de saltos verticais. Para isso, foi desenvolvida uma configuração específica do sistema de análise, com seis câmeras industriais posicionadas de forma a garantir um bom valor de exatidão da medida gerada. A frequência de aquisição foi 100 Hz. O rastreamento dos segmentos corporais analisados e a reconstrução das respectivas coordenadas 3D foram realizados no software Dvideo. Já a orientação e modelagem foram feitas no software Visual 3D®. Neste estudo foram avaliados doze sujeitos saudáveis (grupo controle) e cinco sujeitos com síndrome femoropatelar em ambos os joelhos (grupo SFP). As variáveis analisadas foram a exatidão da medida do sistema, a distância entre os marcadores da patela, os ângulos de rotação do joelho e os ângulos de rotação e translação da articulação femoropatelar. A análise dos resultados foi feita após subdividir o movimento do salto em função do ângulo de flexão do joelho, em duas fases distintas, a decolagem (agachamento e impulsão) e a aterrissagem (aterrissagem e retorno à posição inicial). Os ângulos de rotação e valores de translação obtidos foram similares para os membros inferiores para as duas articulações analisadas. Já em relação às fases do movimento, todos os valores apresentaram menor magnitude na aterrissagem, uma vez que a amplitude de movimento de flexão do joelho nesta fase foi menor. Durante o agachamento, ambos os grupos apresentaram flexão, deslocamento medial, posterior e inferior da AFP, porém em menor amplitude no grupo SFP. A análise de confiabilidade apresentou valores de concordância excelente, sugerindo que o método utilizado gere dados consistentes. Podemos concluir que o modelo proposto foi capaz de detectar movimentação da patela em relação ao fêmur no eixo transversal para a rotação e nos eixos transversal, ântero-posterior e longitudinal para translação, em ambos os grupos estudados.
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ABSTRACT: The major aim of this study was to propose and evaluate a method for three-dimensional kinematic analysis of the patellofemoral joint based on external markers while performing vertical jumps. For this, a specific configuration of the analysis system was developed, with six industrial cameras positioned to ensure a good accuracy of the measurement data. The acquisition frequency was 100 Hz. The analyzed body segments tracking and the reconstruction of their 3D coordinates were performed in Dvideo software. Their orientation and modeling were done in Visual 3D ® software. In this study we evaluated twelve healthy subjects (control group) and five subjects with patellofemoral syndrome in both knees (SFP group). The analyzed variables were the accuracy of the system, the distance between the markers of the patella, knee and patellofemoral rotation angles and translation values of the patellofemoral joint. The data analysis was made after subdividing the jump movement according to the angle of knee flexion in two distinct phases, takeoff (squat and propulsion) and landing (landing and return to starting position). The knee and patellofemoral obtained rotation angles and translation values were similar for both lower limbs. In relation to the vertical jump phases, all values were lower in the landing phase, due to the knee range of motion at this stage has been equally lower. During the squat, both groups showed flexion, medial, posterior and inferior displacement of the patellofemoral joint, but the SFP group showed smaller values. The reliability analysis showed excellent agreement values, suggesting that the method used in this study is capable to generate consistent data. We can conclude that the proposed model was able to detect patellar movement relative to the femur in the transverse axis for the rotation and in the transverse, anteroposterior and longitudinal axes for translation, in both groups.
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SUMÁRIO
1 Introdução ...
1
1.1 A Síndrome Femoropatelar ... 2
1.2 Métodos para análise da cinemática da articulação femoropatelar... 3
1.2.1 Análise cinemática da articulação femoropatelar em cadáveres ... 3
1.2.2 Utilização de exames de imagem... 4
1.2.3 Cinemática da articulação femoropatelar usando marcadores externos ... 6
Objetivos ... 7
2 Metodologia ... 9
2.1 Localização e orientação dos segmentos ... 9
2.2 Modelo de marcas anatômicas e técnicas ... 10
2.3 Sistema de análise cinemática... 11
2.4 Procedimentos experimentais ... 13
2.5 Tratamento dos dados ... 14
2.6 Variáveis experimentais ... 15
2.7 Sujeitos... 16
2.8 Análise dos resultados ... 17
2.9 Análise estatística ... 18
3 Resultados ... 20
3.1 Exatidão do sistema de análise cinemática ... 20
3.2 Análise da confiabilidade dos dados ... 21
3.3 Análise da deformação da pele ... 21
3.4 Grupo controle ... 23
3.4.1 Ângulos de rotação do joelho ... 23
3.4.2 Valores de translação da articulação femoropatelar ... 26
3.4.3 Ângulos de rotação da articulação femoropatelar... 28
3.5 Grupo com Síndrome Femoropatelar ... 30
3.5.1 Ângulos de rotação do joelho ... 30
3.5.2 Valores de translação da articulação femoropatelar ... 32
3.5.3 Ângulos de rotação da articulação femoropatelar... 34
3.6 Comparação dos valores de translação e rotação da articulação femoropatelar entre o grupo controle e o grupo com Síndrome Femoropatelar ... 36
4 Discussão ... 40
5 Conclusão ... 49
Referências bibliográficas ... 50
Anexo 1 ... 54
xiii
Dedico este trabalho aos meus pais, avós, a
minha irmã e em especial ao meu tio Paco,
cuja mente brilhante sempre me foi fonte de
inspiração.
xv
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus e Nossa Senhora, por me guiarem e darem tranquilidade nos momentos de desespero.
Gostaria de agradecer ao Ricardo, meu orientador, pela confiança, paciência e ensinamentos únicos. Foi um período enriquecedor, de muito aprendizado e crescimento e grande parte disso devo a você.
Ana P e Tatá, sem vocês esta teria sido uma etapa muito mais complicada. Sou eternamente grata por terem me recebido em casa de braços abertos, pela companhia deliciosa de vocês, risadas, refeições surpresas preparadas pelo Tatá, conselhos e ombro amigo nas horas difíceis, enfim, por terem se tornado minha família.
Aos professores Gobatto, Sérgio e Isabel, meu muito obrigada pelas valiosas contribuições ao trabalho. Gobatto, sem o qual meu ingresso no mestrado não teria sido possível, Sérgio sempre disposto a me ajudar e Isabel, por quem tenho grande admiração, carinho e respeito, me acompanhando de perto desde a graduação, é uma grande honra tê-los como integrantes da banca.
Aos amigos LIBianos Aline, Amanda, Ana, Carol, Cláudio, Jana, Jus, Jerusa, Lorena e Nathália, meu mais sincero obrigada por cada contribuição ao projeto e claro, por todos os momentos juntos, científicos ou não!
A Aninha, minha amiga e anjinho da guarda, parte importante da minha vida acadêmica, profissional e pessoal, agradeço em especial pelas correções de texto de última hora e pelo apoio incondicional.
A minha família e amigos, muito obrigada pela paciência e compreensão diante dos momentos de estresse, angústia e ausência.
Gostaria de agradecer a minha equipe magia, em especial Mimis, Yuri, Mamá e Ale, que nesta fase final me apoiaram muito, mesmo sendo sobrecarregados por minha ausência. Agradeço também aos meus pacientes e colegas que, no consultório ou na Savana,
acompanharam de perto a conclusão desta jornada.
Aos voluntários da pesquisa, atletas da Academia Harmonia, sem vocês o trabalho não teria sido possível. Sabum Nim, muito obrigada por toda ajuda!
Agradeço imensamente a todos os funcionários da FEF, em especial a Simone, pelo auxílio em todos os momentos que precisei.
Gostaria de agradecer às agencias de fomento FAPESP, Capes e CNPq, que viabilizaram financeiramente a execução do projeto.
xvii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Modelo dos segmentos corporais criado no software Visual 3D® com destaque para o modelo da AFP.
10 Figura 2 Protocolo de marcação utilizado para a modelagem dos
segmentos a) pelve, b) coxa, c) perna, d) pé e e) patela.
11 Figura 3 Disposição das câmeras em relação ao objeto/indivíduo e
sistema de coordenadas do laboratório.
12
Figura 4 Prumos. 13
Figura 5 Sequência de um salto vertical com contramovimento realizado pelos sujeitos.
14 Figura 6 Distância 1 e distância 2 entre os marcadores posicionados na
patela.
15
Figura 7 Barra rígida. 20
Figura 8 Distância 1 e distância 2 para a patela esquerda em função do tempo, sendo destacadas as fases do salto vertical.
22 Figura 9 Rotação da articulação do joelho direito – grupo controle. 24 Figura 10 Rotação da articulação do joelho esquerdo – grupo controle. 25 Figura 11 Mediana e iqr da translação da AFP no MID e no MIE, em
relação à mediana da flexão/extensão do joelho durante a fase de decolagem – grupo controle.
27
Figura 12 Mediana e iqr da rotação da AFP no MID e no MIE, em relação à mediana da flexão/extensão do joelho durante a fase de decolagem – grupo controle.
29
Figura 13 Rotação da articulação do joelho – grupo SFP. 31 Figura 14 Mediana e iqr da translação da AFP, em relação à mediana da
flexão/extensão do joelho durante a fase de decolagem – grupo SFP.
33
Figura 15 Mediana e iqr da rotação da AFP, em relação à mediana da flexão/extensão do joelho durante a fase de decolagem – grupo SFP.
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracterização dos sujeitos do grupo controle. 16 Tabela 2 Caracterização dos sujeitos do grupo SFP. 17 Tabela 3 Valores de ICC obtidos para análise da confiabilidade dos
dados.
21 Tabela 4 Mediana e iqr dos valores de translação da AFP no eixo x para
o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento.
36
Tabela 5 Mediana e iqr dos valores de translação da AFP no eixo y para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento.
37
Tabela 6 Mediana e iqr dos valores de translação da AFP no eixo z para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento.
37
Tabela 7 Mediana e iqr dos valores de rotação da AFP no eixo x para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento.
38
Tabela 8 Mediana e iqr dos valores de rotação da AFP no eixo y para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento.
38
Tabela 9 Mediana e iqr dos valores de rotação da AFP no eixo z para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento.
38
Tabela 10 Descrição dos estudos utilizados para comparação dos dados com a literatura.
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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
3D Tridimensional
AFP Articulação femoropatelar CAJ Centro articular do joelho CAQ Centro articular do quadril DLT Direct Linear Transformation EIAS Espinhas ilíacas ântero-superiores EIPS Espinhas ilíacas póstero-superiores ICC Índice de correlação intraclasse
ISB Sociedade Internacional de Biomecânica iqr Intervalo interquartil
mm Milímetros
MI Membro inferior
MID Membro inferior direito MIE Membro inferior esquerdo MMII Membros inferiores RM Ressonância magnética SC Sistema de coordenada SFP Síndrome femoropatelar TC Tomografia computadorizada Unicamp Universidade Estadual de Campinas
VL Vasto lateral
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1 INTRODUÇÃO
Alterações da movimentação normal da patela possivelmente induzem disfunções e dor local, podendo prejudicar o desempenho de um atleta ou desenvolver uma alteração mais severa. Por exemplo, a síndrome femoropatelar (SFP) tem sido citada como a disfunção por overuse mais comum em pessoas fisicamente ativas (Powers et al., 2010) e atletas tipicamente relatam dor na região anterior do joelho, relacionada à carga repetitiva nesta articulação durante a corrida, salto ou pedalada (Cosca et al., 2007). Clinicamente, disfunções da articulação femoropatelar (AFP) poderiam ser diagnosticadas e tratadas de maneira mais eficiente se a movimentação patelar dos sujeitos sem dor ou alteração local fosse conhecida (Abbas et al., 2011).
A análise cinemática tridimensional (3D) na biomecânica pode ser realizada de diversas maneiras. Em geral, a metodologia utilizada é baseada na aplicação de marcadores externos sobre a pele. Um problema comumente enfrentado nestes trabalhos é o efeito dos artefatos advindos da movimentação da pele sobre os segmentos estudados. Em particular para a patela, outra dificuldade é encontrada ao tentar analisar sua movimentação relativa ao fêmur a partir desta metodologia, devido a suas pequenas dimensões, quando comparada ao resto do corpo. Sendo assim, com o intuito de investigar a cinemática patelar, uma metodologia comum nestes trabalhos é a utilização de clusters fixados em joelhos de cadáveres, para análise durante movimento passivo de flexão/extensão do joelho (Azmy et al., 2009; Goudakos et al., 2009). Já os testes in vivo, em sua grande maioria, tiveram a análise feita de maneira estática, a partir de exames de imagem como ressonância magnética (RM), fluoroscopia e tomografia computadorizada (TC) (Souza et al., 2010), sem o uso de marcadores externos.
Neste sentido, a patela e, portanto a AFP, têm sido negligenciadas, visto que não foi encontrado na literatura um protocolo definido e validado para analisar a cinemática 3D da AFP em situação dinâmica.
2
1.1 A Síndrome Femoropatelar
A SFP é definida como a presença de dor anterior no joelho ou retropatelar, a principal característica da síndrome, associada a atividades que aumentem o estresse na AFP. Outras manifestações associadas incluem crepitação e déficit funcional (Liporaci et al., 2013; Petersen et al., 2014). Esta é uma disfunção por sobrecarga frequentemente encontrada na prática ortopédica e bastante comum em atletas de resistência em geral, como saltadores e corredores e ciclistas de longa distância. Os atletas geralmente relatam a dor característica relacionada a cargas repetitivas na articulação durante atividades como correr, saltar ou pedalar (Powers, 1998; Davlin et al., 1999; Cosca et al., 2007). Os sintomas da SFP levam alguns atletas a limitar suas atividades esportivas e alguns autores têm relatado que a SFP pode contribuir para o desenvolvimento de osteoartose na AFP (Petersen et al., 2014).
Fatores de risco anatômicos para a SFP incluem displasia troclear, patela alta e tubérculo tibial lateralizado (Pal et al., 2013; Phillippe et al., 2013). O retináculo peripatelar também apresenta papel importante, já que é responsável por manter a patela em sua posição durante os movimentos da articulação (Fulkerson, 1983).
Segundo Sacco et al. (2006), há um consenso entre os profissionais da área da saúde de que a disfunção do mecanismo extensor do joelho seja a maior causa da dor femoropatelar. O paciente com SFP comumente apresenta um desequilíbrio entre as fibras oblíquas do músculo vasto medial - VMO (estabilizador dinâmico mais importante da articulação femoropatelar - AFP), o qual passa a ter sua atividade reduzida, e o músculo vasto lateral (VL), gerando um desequilíbrio de forças sobre a patela (Davlin et al., 1999). Outro fator associado ao desenvolvimento da SFP que está em maior evidência na literatura é a instabilidade pélvica, devido à sua influência no alinhamento do membro inferior (MI). Durante atividades de baixa demanda externa, tal como caminhar, sujeitos com SFP podem apresentar força suficiente para manter uma cinemática normal dos membros inferiores (MMII). Já durante atividades que gerem maiores forças externas, como por exemplo o salto, mulheres com SFP tendem a realizar adução e rotação interna do quadril (Powers et
3
al., 2002), movimentos os quais estão relacionados com o aumento do estresse retropatelar (Ireland et al., 2003).
O papel da alteração no alinhamento e da movimentação da patela tem gerado recentes controvérsias na literatura (Souza et al., 2010; Petersen et al., 2014). Considerando que os pacientes relatam a dor durante atividades funcionais, isto pode ser consequência da escassez de uma metodologia adequada para estudar este fator de risco, uma vez que grande parte dos trabalhos analisa a AFP em situações estáticas ou em cadáveres.
1.2 Métodos para análise da cinemática da articulação femoropatelar
A cinemática 3D da AFP tem sido foco de estudos envolvendo principalmente quadros de disfunção e/ou dor nesta articulação. Na literatura não há consenso sobre a cinemática, normal ou com disfunção, da AFP, pois comparar os resultados dos trabalhos é bastante difícil devido à diferença entre os protocolos (Abbas et al., 2011). Alguns deles serão discutidos, a seguir.
1.2.1 Análise cinemática da articulação femoropatelar em cadáveres
A utilização de marcadores externos para descrição da cinemática articular é bastante comum nos estudos biomecânicos in vivo, exceto quando a articulação em questão é a AFP, como já mencionado anteriormente. Goudakos et al. (2009) avaliaram a biomecânica da AFP em joelhos de cadáveres durante duas tarefas simuladas (o subir de escada e na flexão precoce do joelho na caminhada), devido à ideia de que atividades com maior carga na AFP induzem uma maior inclinação lateral da patela, podendo levar à SFP. As variáveis estudadas foram a área de contato da AFP e a movimentação da patela. Para tal, fixaram quatro marcadores em cada segmento ósseo (fêmur, patela e tíbia) e os testes foram filmados com três câmeras infravermelhas. Como resultado, verificaram que aos 12º de flexão de joelho, para a subida de degrau comparado ao caminhar, ocorria um maior pico de pressão na AFP, maior distribuição lateral de forças e maior inclinação lateral da patela, sem diferença na translação.
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Assim como o grupo anterior, Azmy et al. (2010) utilizaram joelho de cadáver para desenvolver e validar um sistema para a análise da movimentação da patela. Para tal, perfuraram a diáfise do fêmur, a face anterior da patela e a junção entre metáfise e diáfise proximal da tíbia para a fixação de triedros rígidos com marcadores retrorreflexivos nas extremidades, de modo a localizar e orientar cada segmento a partir de um sistema de análise cinemática 3D baseado em luz infravermelha. Os resultados obtidos mostraram uma incerteza de medição para as rotações e translações abaixo de 0.4ᴼ e 1.8 milímetros para a tíbia e de 0.4ᴼ e 1.2 milímetros para a patela.
Outro estudo com cadáveres teve como objetivo determinar através de um protocolo de análise optoeletrônica já validado na literatura (Philippot et al., 2010), a tensão mais apropriada do enxerto durante reconstrução do ligamento femoropatelar medial, para que se aproximasse das condições fisiológicas originais. Os marcadores utilizados para cada segmento ósseo foram determinados de acordo com os critérios do sistema de coordenadas articular. Cada ângulo medido foi definido em relação ao fêmur. A análise cinemática 3D da AFP foi realizada adotando-se seis graus de liberdade. Porém, como o ligamento femoropatelar medial tem ação importante apenas em três dos seis parâmetros espaciais, os resultados estudados foram apenas em relação à rotação interna/ externa (rotação patelar em torno do eixo longitudinal), ao deslocamento látero-lateral (translação patelar no eixo transversal) e à adução/ abdução (rotação patelar em torno do eixo ântero-posterior). Com o ligamento femoropatelar medial intacto, durante os 30 primeiros graus de flexão do joelho, a patela demonstrou um aumento progressivo de inclinação medial até um valor médio de 2.02º, transladou medialmente de forma gradual até uma média de 3.3 mm e sofreu ligeira rotação lateral, atingindo o valor máximo de 1.22º com o joelho flexionado a 22º (Philippot et al., 2012).
1.2.2 Utilização de exames de imagem
A tecnologia para exames de imagem tem cada vez mais evoluído, no intuito de avaliar de forma quantitativa e com maior exatidão a cinemática da AFP. Os primeiros estudos avaliando o alinhamento desta articulação utilizavam radiografias bidimensionais
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em situações estáticas e apenas da face anterior do joelho. Apenas no final da década de 1980 é que surgiu a possibilidade do uso da TC e da RM com esta finalidade (Freedman et al., 2013).
Em 2010, Souza e colaboradores objetivaram comparar a cinemática da AFP, a rotação femoral e a rotação patelar entre mulheres com e sem SFP, a partir de imagens de RM com carga. As voluntárias tinham que fazer agachamento de apoio unipodálico na RM aberta e uma imagem por segundo era registrada durante toda a tarefa. As medições das rotações do fêmur e da patela foram obtidas em 0°, 15°, 30° e 45° de flexão do joelho. Eles observaram que o grupo com SFP apresentou maior inclinação da patela (em 0°, 15° e 30° de flexão do joelho), maior rotação interna do fêmur em todos os graus de flexão dos joelhos avaliados, porém não observaram diferença na rotação da patela em relação ao grupo controle (Souza et al., 2010). Em trabalho anterior do grupo, também a partir de imagens de RM, foi registrado também aumento da translação lateral da patela em indivíduos com SFP entre 0° e 60° de flexão do joelho (Draper et al., 2009).
Um estudo de 2011 revisou a tomografia computadorizada (TC) dinâmica da AFP de 39 pacientes com deslocamento não tratado do quadril, que sofriam de dores no joelho. Os resultados da TC de 24 adultos assintomáticos para o joelho serviram de grupo controle. As imagens foram obtidas em cinco posições: a 0º com e sem contração isométrica do quadríceps femoral, a 15º, a 30º e a 60º de flexão de joelho. As medições realizadas foram deslocamento lateral da patela e inclinação patelar. Os autores observaram que os pacientes apresentaram um deslocamento patelar mais medial a 0º, tanto com contração muscular quanto sem, e que nas demais angulações estudadas a inclinação patelar foi significantemente maior, no MI afetado (Aksahin et al., 2011).
O fluoroscópio monoplanar tem sido utilizado para medir a cinemática do joelho e a movimentação patelar em joelhos normais e após artroplastia total de joelho. Porém a exatidão de sua medição do deslocamento mediolateral e da inclinação da patela é inadequada. Já em situações sem prótese, a fluoroscopia bi-planar convencional é mais utilizada. Recentemente, pesquisadores desenvolveram um novo sistema de imagem para a avaliação da cinemática do joelho e da AFP, a radiografia multiplanar (Amiri et al., 2011).
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Outro método, mais recente, que tem sido utilizado é a RM funcional, a qual permite que a avaliação da AFP seja feita de maneira 3D e em situação dinâmica. Regalado e colaboradores estudaram a biomecânica da AFP em adolescentes com e sem instabilidade femoropatelar a partir do uso deste equipamento. Os voluntários foram posicionados em decúbito dorsal, com o joelho sobre um apoio que o mantinha relaxado em 30 º a 40 º. Então, era solicitado que o sujeito fizesse ativamente a extensão completa do joelho, sem carga adicional, apenas contra a força da gravidade. O grupo foi capaz de detectar diferenças significativas na cinemática da AFP entre os sujeitos saudáveis e os pacientes com instabilidade femoropatelar, com maiores valores de deslocamento lateral e de rotação externa da patela em relação ao fêmur.
1.2.3 Cinemática da articulação femoropatelar usando marcadores externos
Com nove câmeras infravermelhas, a movimentação da patela foi analisada durante uma caminhada, porém foi descrita apenas sua translação em relação ao fêmur no plano frontal. 12 marcadores retrorreflexivos de 25 mm de diâmetro foram fixados em estruturas anatômicas dos MMII em quatro homens e seis mulheres. Dois marcadores adicionais de 14 mm de diâmetro foram primeiramente posicionados nos pontos medial e lateral e em seguida nos pontos proximal e distal da patela. A variável em questão, relativa ao centro articular do joelho (CAJ), foi definida a partir de ângulos entre o CAJ e os dois conjuntos de marcadores patelares. Os valores de média, máximo e mínimo foram registrados e após as análises, foi concluído que o deslizamento patelar alterado foi mais associado com a posição dos MMII durante a fase de oscilação da marcha do que com a absorção de choque, provavelmente devido a um pobre controle motor sobre os MMII quando estes estão em maior aceleração, como é o caso da fase de balanço da marcha (Abbas et al., 2011).
Somente foram encontrados estudos a partir de exames de imagem ou aqueles que analisaram a movimentação da patela em cadáveres. Tais metodologias apresentam algumas importantes desvantagens.
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A dificuldade de se avaliar uma situação dinâmica funcional, em especial que se aproxime da condição da queixa do paciente limita a abordagem dos exames de imagem. Outra desvantagem é a comum exposição do voluntário avaliado à radiação, o que culmina na redução da amostra.
Os estudos com cadáveres estão associados à dificuldade em simular as forças musculares biomecânicas normais, grande fator limitante quando se leva em consideração o papel determinante da contração muscular para a cinemática patelar.
As limitações referentes às metodologias encontradas na literatura para a análise da cinemática normal e com alteração da AFP, portanto, deixam evidente a necessidade de um sistema capaz de descrever tal movimentação in vivo durante situações dinâmicas e de fato funcionais.
Objetivos
O objetivo geral do trabalho foi propor e avaliar um método para análise cinemática tridimensional da articulação femoropatelar a partir de marcadores externos, durante a execução de saltos verticais.
Os objetivos específicos foram:
1) Definir a configuração do sistema de análise cinemática tridimensional a. Definir número e posicionamento de câmeras
b. Definir a frequência de amostragem e demais parâmetros do sistema 2) Propor um modelo de representação dos segmentos estudados a. Definir a forma de localizar e orientar os segmentos
b. Posicionamento de marcadores
c. Propor formas de descrever a translação e orientação relativa dos segmentos 3) Avaliar a aplicabilidade do método proposto de análise cinemática 3D da patela
a. Analisar a deformação da pele (violação ao modelo de corpo rígido) b. Avaliar a exatidão do sistema de medida
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d. Analisar a translação e rotação dos segmentos em sujeitos sem Síndrome Femoropatelar
e. Analisar a translação e rotação dos segmentos em sujeitos com Síndrome Femoropatelar
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2 METODOLOGIA
2.1 Localização e orientação dos segmentos
Para se calcular as variáveis lineares e angulares das articulações, algumas etapas são necessárias. A primeira delas foi definir a orientação de cada segmento ósseo. Os eixos adotados foram x (transversal), y (ântero-posterior) e z (longitudinal).
O segmento pelve foi definido usando como referência suas protuberâncias ósseas (espinhas ilíacas ântero-superiores – EIAS, e póstero-superiores - EIPS). A origem do sistema de coordenadas foi definida no ponto médio entre as EIAS. O eixo x foi definido como sendo o vetor unitário da origem à EIAS direita. O eixo z, perpendicular ao plano formado pelas EIAS e pelo ponto médio entre as EIPS. O eixo y foi construído a partir do produto vetorial entre os eixos z e x (modelo de Coda).
A partir da orientação da pelve, foi possível determinar o centro articular do quadril (CAQ), de acordo com as seguintes coordenadas (Bell et al., 1990):
- CAQ direito = (0.36*distância entre as 0.19*distância entre as EIAS,-0.3*distância entre as EIAS);
- CAQ esquerdo = (-0.36*distância entre as EIAS,-0.19*distância entre as EIAS,-0.3*distância entre as EIAS);
A origem do segmento coxa foi localizada no CAQ ipsilateral. O eixo z foi definido como o vetor unitário que vai do ponto médio entre os côndilos femorais lateral e medial ao CAQ ipsilateral. O eixo y foi determinado pelo vetor unitário perpendicular ao plano frontal, formado pelos pontos CAQ e côndilos femorais, e ao eixo z. Finalmente, o eixo x foi definido pela aplicação da regra da mão direita.
O segmento perna teve sua origem definida no ponto médio entre os côndilos femorais lateral e medial, adotado como o centro articular do joelho (CAJ). O eixo z foi definido como o vetor unitário que vai do ponto médio entre os maléolos lateral e medial ao CAJ ipsilateral. O eixo y foi determinado pelo vetor unitário perpendicular ao plano frontal, formado pelos pontos CAJ e maléolos, e ao eixo z. Por último, o eixo x foi definido novamente pela aplicação da regra da mão direita.
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Para representar a patela, foi criado um segmento adicional com geometria cônica e seu centro de massa foi definido como estando a 50% do eixo longitudinal (proximal para distal). Para orientá-la, o sistema de coordenadas foi construído do seguinte modo: o marcador 1 definiu a origem, o eixo z foi formado pelo vetor que vai do marcador 3 para o 1, o eixo y foi definido como o vetor perpendicular ao plano formado pelos marcadores 1, 2 e 3 e finalmente o eixo x foi obtido pelo produto vetorial entre os eixos y e z (Figura 1).
O software utilizado para a modelagem e construção do sistema de coordenadas dos segmentos foi o Visual 3D® (4.96.11), permitindo que todas as articulações fossem modeladas com seis graus de liberdade.
Figura 1: Modelo dos segmentos corporais criado no software Visual 3D® com destaque para o modelo da AFP. Marcadores nas espinhas ilíacas ântero e póstero-superiores, côndilos medial e lateral do fêmur, maléolos medial e lateral, calcâneo e segundo metatarso, ponto médio da base (1), protuberância medial (2),
ápice (3) e protuberância lateral das patelas (4).
2.2 Modelo de marcas anatômicas e técnicas
Para a construção de um modelo de representação dos segmentos corporais como um sistema de corpos rígidos articulados com seis graus de liberdade, cada um deve ser representado por minimamente três marcadores não colineares, possibilitando a definição dos planos de movimento.
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Sendo assim, o protocolo para a marcação dos segmentos foi definido de acordo com as necessidades de cada sistema de coordenadas. Dezoito marcadores retrorreflexivos de 15 mm de diâmetro foram então utilizados para representar pelve, coxas, pernas e pés, assim posicionados: EIAS, EIPS, trocânter maior, côndilos femorais medial e lateral, maléolos lateral e medial, calcâneo e cabeça do segundo metatarso, sendo que para as tomadas dinâmicas eram retirados os marcadores dos côndilos femorais mediais.
O modelo de marcação da patela por nós proposto, consistia em quatro marcadores retrorreflexivos de 5 mm de diâmetro cada, assim posicionados: ponto médio da base (1), protuberância das faces medial (2) e lateral (4) e ápice da patela (3). Devido à necessidade de apenas três marcadores para a localização e orientação de cada segmento e, considerando a maior frequência de oclusões do marcador 4, este foi descartado da análise dinâmica, sendo utilizado apenas para os cálculos de distância, descritos no item 5 (Figura 2).
Figura 2: protocolo de marcação utilizado para a modelagem dos segmentos a) pelve, b) coxa, c) perna, d) pé e e) patela; em vermelho estão representados os marcadores utilizados nas tomadas estáticas e dinâmicas, em
azul, os utilizados apenas nas tomadas estáticas.
2.3 Sistema de análise cinemática
Seis câmeras industriais Basler A602fc foram utilizadas neste trabalho. A disposição de cada uma está evidenciada na figura abaixo (Figura 3). As câmeras 1, 2, 5 e 6 ficavam posicionadas à frente do sujeito, enquanto as câmeras 3 e 4, atrás. Cada par (1 e 2, 3 e 4, 1 e 3, 2 e 4, 5 e 6) é responsável pela reconstrução 3D de um conjunto específico de marcadores e formam um ângulo interno de aproximadamente 60ᴼ. A frequência de
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aquisição foi mantida em 100 Hz, por ter sido a máxima atingida, de acordo com a capacidade do sistema. A sincronização entre as câmeras foi garantida a partir de algoritmos implementados no software de captura para análise da diferença temporal do início da aquisição dos dados entre todas as câmeras.
Figura 3: Disposição das câmeras em relação ao objeto/indivíduo e sistema de coordenadas do laboratório.
O procedimento de calibração das câmeras tem como objetivo estabelecer uma relação matemática entre as coordenadas 3D de um ponto na cena e as coordenadas 2D de suas projeções na imagem gravada pelas câmeras. Este processo foi realizado segundo o método DLT (Direct Linear Transformation), proposto por Abdel-Aziz e Karara (1971). Para tal, esferas retrorreflexivas com coordenadas 3D conhecidas foram filmadas. Estas estavam posicionadas em seis fios de prumo, a uma distância vertical de aproximadamente 10 cm umas das outras (Figura 4). Esses fios foram encaixados em trilhos fixados no teto do laboratório, de maneira a definir o volume de aquisição. Os eixos X, Y, Z e a origem do sistema de referência foram definidos conforme mostra a figura acima (figura 3). A orientação adotada foi: eixo X correspondente ao eixo transversal do sujeito, sendo positivo à direita, eixo Y correspondente ao eixo ântero-posterior, sendo positivo para frente e eixo Z correspondente ao eixo longitudinal, sendo positivo para cima.
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Figura 4: prumos.
O software DVideo foi utilizado para aquisição dos vídeos, calibração do volume e reconstrução das coordenadas 3D dos marcadores. Já para a construção dos sistemas de coordenadas e modelagem dos segmentos, foi utilizado o software Visual 3D®, conforme mencionado no item anterior.
2.4 Procedimentos experimentais
Para participar das coletas de dados, primeiramente todos os sujeitos assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido (anexo 1). Em seguida foram realizadas breve anamnese e avaliação física, as quais objetivavam caracterizar a amostra estudada (anexo 2).
Para se obter a representação dos segmentos analisados, os marcadores retrorreflexivos foram fixados sobre a pele e cada sujeito realizou três saltos verticais independentes com contramovimento, sem auxílio dos membros superiores (figura 5).
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Todos os procedimentos ocorreram no Laboratório de Instrumentação para Biomecânica da faculdade de Educação Física da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e o projeto foi previamente aprovado pelo Comitê de Ética da Faculdade de Ciências Médicas da Unicamp (protocolo 051136/2012).
2.5 Tratamento dos dados
Após a obtenção das coordenas 3D de cada segmento, as variáveis lineares e angulares foram calculadas a partir da sequencia de rotação de Cardan (Kadaba et al., 1990). De acordo com a convenção da Sociedade Internacional de Biomecânica (ISB) e no intuito de facilitar a interpretação dos resultados, os movimentos adotados com sinal positivo foram flexão e translação lateral (no eixo x – transversal), adução e translação anterior (eixo y – ântero-posterior) e rotação interna e translação superior (eixo z – longitudinal) (Wu e Cavanagh, 1995). Os dados foram filtrados com Butterworth digital passa-baixa, com frequência de corte de 8 Hz (Vanrenterghem et al., 2004; Ruiter et al., 2007).
Objetivando facilitar a visualização específica da variação e do deslocamento da origem do sistema de coordenadas (SC) da patela em relação à origem do SC do fêmur ao longo do movimento, os dados obtidos para cada grupo estudado foram descritos a partir da subtração da condição articular inicial, tanto para os valores de translação quanto para os
Figura 5: Sequência de um salto vertical com contramovimento realizado pelos sujeitos (decolagem - posição inicial, agachamento, impulsão e voo e aterrissagem – agachamento e retorno à posição inicial).
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de rotação, ou seja, como se cada AFP analisada iniciasse o movimento com ambos os sistemas de coordenada alinhados e sobrepostos.
2.6 Variáveis experimentais
A fim de estudar a deformação da pele sobre a patela durante a execução do salto vertical e, portanto, avaliar também a aplicabilidade do modelo de corpo rígido para este segmento, a movimentação dos marcadores retrorreflexivos correspondentes foi analisada. A distância entre os marcadores do ponto médio da base e do ápice da patela foi denominada distância 1 e da distância entre os marcadores das protuberâncias lateral e medial da patela, distância 2 (Figura 6). Para este teste, foram analisados apenas os dados obtidos a partir do conjunto inferior de câmeras, responsável pela reconstrução da trajetória 3D dos marcadores situados sobre a patela.
Figura 6: Distância 1 (D1) e distância 2 (D2) entre os marcadores posicionados na patela.
Os ângulos de rotação do joelho foram analisados nos três eixos de movimento, definidos a partir da rotação do SC da tíbia em relação ao SC do fêmur. Os dados de translação desta articulação foram desconsiderados.
Já para a AFP, de acordo com os seis graus de liberdade adotados, há um total de seis variáveis analisadas (rotação da patela em relação ao fêmur e translação da origem do SC da patela em relação à origem do SC do fêmur nos eixos x, y e z) em diferentes situações:
16 - ao longo da execução do salto vertical,
- instantaneamente em cinco graus específicos de flexão do joelho (0, 15°, 30°, 45° e 60°).
Para cada uma destas variáveis, foram também calculados os valores máximos, mínimos e de range de movimento entre 0 e 60º de flexão do joelho.
2.7 Sujeitos
Um único indivíduo do gênero feminino, 26 anos, saudável e fisicamente ativo, sem história de dor e/ou lesão nos membros inferiores, foi avaliado para a análise da deformação da pele sobre a patela.
Para analisar os ângulos de rotação articulares e o deslocamento da patela em relação ao fêmur foram avaliados 12 sujeitos saudáveis (grupo controle), 5 do sexo feminino e 7 do sexo masculino, sem qualquer alteração estrutural ou funcional nos joelhos, todos praticantes de artes marciais, com frequência de treino mínima de 3 vezes por semana (tabela 1). Um dos saltos de um sujeito foi descartado por falha no rastreamento de um marcador, totalizando 35 saltos analisados e, portanto, 35 trajetórias da patela direita e 35 da patela esquerda em relação ao fêmur ipsilateral, a serem avaliadas.
Sujeitos saudáveis Idade (anos) Massa (kg) Estatura (m) IMC (kg/m²) Média 25.9 68.82 1.71 23.4
Desvio padrão 4.5 11.96 0.10 3.2
Tabela 1: Caracterização dos sujeitos do grupo controle.
Após coleta do grupo controle, deu-se início à avaliação de sujeitos com SFP. Era necessário que o voluntário apresentasse diagnóstico médico de SFP, com histórico maior de 6 meses, sinal positivo no teste de compressão patelar e dor para saltar. Eram critérios de exclusão possuir histórico de lesões e/ou dor nas outras articulações dos MMII e apresentar positividade nos demais testes realizados durante a avaliação física (anexo 2).
Cinco sujeitos com SFP (grupo SFP) em ambos os MMII foram avaliados, quatro do gênero feminino e um do gênero masculino, sem demais alterações estruturais ou
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funcionais nos joelhos, todos praticantes de artes marciais, com frequência de treino mínima de 3 vezes por semana (tabela 2). No total foram 15 saltos analisados e, portanto, 30 trajetórias da patela em relação ao fêmur ipsilateral a serem avaliadas.
Sujeitos SFP Idade (anos) Massa (kg) Estatura (m) IMC (kg/m²) Média 24.5 60.75 1.63 22.7
Desvio padrão 4.7 13.60 0.12 1.9
Tabela 2: Caracterização dos sujeitos do grupo com síndrome femoropatelar.
2.8 Análise dos resultados
Com a finalidade de avaliar a viabilidade do método proposto, conforme os objetivos específicos citados anteriormente, algoritmos foram desenvolvidos em ambiente matemático para cada etapa do trabalho. Para tal, o software MatLab® (2012a) foi utilizado.
As coordenadas 3D de cada segmento foram reconstruídas tendo como referência o SC do laboratório. Já as variáveis cinemáticas articulares (rotação e translação das articulações joelho e femoropatelar) foram calculadas a partir do deslocamento do SC do segmento distal (tíbia e patela) em relação ao proximal (fêmur).
Os dados obtidos na avaliação da deformação da pele sobre a patela foram analisados em função das fases do movimento realizado (repouso, contramovimento, impulsão, voo, aterrissagem e retorno à posição inicial).
Durante a análise dos ângulos de rotação do joelho foi possível observar que cada salto ocorreu em uma velocidade distinta. Considerando que o ângulo de flexão do joelho seria utilizado como referência para a análise da movimentação da patela em relação ao fêmur, era necessário, portanto, caracterizar o padrão da movimentação do joelho na tarefa. Sendo assim, optou-se por dividir o ciclo do salto vertical em duas fases distintas: a fase 1 - decolagem (agachamento e impulsão) e a fase 2 – aterrissagem (aterrissagem e retorno ao repouso).
Cada fase foi sincronizada pelo pico do ângulo de flexão do joelho correspondente, ou seja, pelo maior ângulo de flexão atingido durante o agachamento da
18
decolagem e da aterrissagem. Para a descrição e análise da tendência central do movimento utilizou-se a curva mediana de cada variável entre os sujeitos e a representação do intervalo interquartil (iqr) como indicativo da variabilidade. Devido às maiores amplitudes de movimentos articulares observadas na decolagem em relação à aterrissagem, as variáveis cinemáticas foram analisadas especificamente na primeira fase citada.
Conforme descrito anteriormente, para os dados referentes à AFP ao longo do movimento, a condição inicial desta articulação foi subtraída, tanto em termos de rotação quanto de translação da patela em relação ao fêmur no início do movimento, com o objetivo de avaliar especificamente a variação de cada variável estudada.
Os resultados obtidos através da análise da posição relativa da AFP em ângulos de flexão específicos do joelho (0, 15°, 30°, 45° e 60°), e os valores máximos, mínimos e de range de movimento atingidos durante a fase de agachamento (0º a 60º de flexão do joelho), foram descritos pela mediana e respectivo iqr. Estes dados foram utilizados para comparação entre os grupos controle e SFP.
2.9 Análise estatística
Devido ao tamanho restrito da amostra, os dados obtidos foram analisados de forma não paramétrica, a partir dos valores de mediana e iqr gerados.
O teste de Wilcoxon foi aplicado na matriz de dados, a fim de se obter a comparação entre os grupos controle e SFP. O nível de significância adotado foi p≤0,05.
A confiabilidade dos dados obtidos pelo método proposto foi estimada a partir do coeficiente de correlação intraclasse (ICC), o qual é uma medida relativa de confiabilidade, referente à proporção da variância entre estes dados (Weir, 2005). De acordo com McGraw e Wong (1996), a análise inter-sujeito diz respeito à reprodutibilidade da metodologia utilizada.
O ICC classe 2, 1 foi calculado para as seis variáveis cinemáticas da AFP obtidas em cada um dos cinco graus de flexão do joelho (item 2.6), e também para os
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valores de range de movimento de cada uma delas. Foram utilizados os dados absolutos referentes ao grupo controle.
O intervalo de confiança adotado foi de 95% e a classificação utilizada para os valores do ICC (McGraw e Wong, 1996) foi:
- confiabilidade excelente para valores acima ou igual a 0.75, - confiabilidade satisfatória para valores entre 0.4 e 0.75, - confiabilidade pobre para valores abaixo ou igual a 0.4.
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3 RESULTADOS
A apresentação dos resultados está disposta de acordo com os objetivos específicos propostos no início do trabalho, e, portanto, com a avaliação da exatidão do sistema de análise cinemática utilizado.
De acordo com a convenção da Sociedade Internacional de Biomecânica (ISB), os ângulos de flexão, adução e rotação interna foram descritos com sentido positivo tanto para o joelho quanto para a AFP. Os valores de translação lateral, anterior e superior da AFP também foram descritos com valores positivos (Wu e Cavanagh, 1995).
3.1 Exatidão do sistema de análise cinemática
A exatidão do sistema de análise cinemática foi avaliada através das imagens geradas pela aquisição do movimento de uma barra rígida com dois marcadores retrorreflexivos (diâmetro = 5 mm) em suas extremidades (Figura 7), ao redor do volume calibrado, sendo estes rastreados automaticamente. Foi calculada a distância D1, a partir dos dois marcadores do objeto rígido, conforme mostrado na figura 6. A medida direta (assumida como real) obtida com paquímetro (121.5 mm) foi comparada com a medida dessa distância obtida a partir das coordenadas 3D dos marcadores do objeto rígido em movimento. O valor de exatidão encontrado foi de 0.41 mm para o conjunto inferior de câmeras, responsável pelo rastreamento das patelas, e de 0.44 mm para o conjunto superior, responsável pelo rastreamento dos demais segmentos analisados.
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3.2 Análise da confiabilidade dos dados
Visto que uma metodologia nova foi proposta neste trabalho, foi necessário analisar se o novo método era de fato consistente. Sendo assim, foi realizada a análise da confiabilidade do método e, para esta finalidade, o ICC é uma das ferramentas estatísticas mais utilizadas.
Os resultados obtidos na análise intra-avaliador (inter-sujeitos) realizada, demonstraram valores de ICC (classe 2, 1) considerados excelentes em todas as variáveis testadas. Apenas para a translação longitudinal da AFP com o joelho em 0º de flexão o valor reportado sugere concordância satisfatória (Tabela 3).
REPRODUTIBILIDADE
Translação horizontal Translação ântero-posterior Translação longitudinal Flexão/ extensão Adução/ abdução Rotação interna/ externa 0º 0.88 0.82 0.69 0.77 0.95 0.89 15º 0.88 0.90 0.91 0.93 0.84 0.78 30º 0.80 0.86 0.86 0.94 0.86 0.82 45º 0.92 0.93 0.90 0.89 0.92 0.92 60º 0.92 0.92 0.91 0.88 0.91 0.93 Range 0.89 0.88 0.95 0.89 0.87 0.953.3 Análise da deformação da pele
O modelo de representação aqui proposto para a descrição da cinemática 3D da AFP parte do pressuposto de que os marcadores posicionados sobre a pele refletem o movimento da patela. Um problema enfrentado em todas as análises biomecânicas tendo
Tabela 3: Valores de ICC obtidos para análise da confiabilidade dos dados de cinemática da AFP, reportados no grupo controle, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e range de movimento (intervalo de confiança: 95%).
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como base este tipo de metodologia consiste nos artefatos advindos da movimentação da pele sobre o segmento ósseo a ser estudado.
No intuito de verificar a magnitude de tais artefatos, analisou-se a variação da distância entre os marcadores fixados sobre a patela. A figura 8 mostra os resultados obtidos neste teste, os quais foram avaliados em relação ao tempo e às fases do salto: repouso (A), contramovimento (B), impulsão (C), voo (D), aterrissagem (E) e retorno à posição inicial (F). As médias e desvios padrão, em mm, para cada fase, em sequência, para a distância vertical (distância 1) foram 35.42 (1,38), 47.30 (1.49), 42.71 (2.26), 40.56 (0.70), 47.76 (2.01) e 44.72 (3.86). Para a distância látero-lateral (distância 2) os valores foram 50.47 (0.57), 51.55 (0.73), 49.59 (1.34), 47.80 (1.00), 51.40 (1.31) e 50.50 (1.64).
Figura 8: Distância 1 (entre os marcadores da base e do ápice da patela) e distância 2 (entre os marcadores das protuberâncias lateral e medial), em mm, para a patela esquerda em função do tempo, sendo destacadas as fases do salto vertical (A = repouso,
23
3.4 Grupo controle
3.4.1 Ângulos de rotação do joelho
Os dados de rotação do joelho nos eixos x (flexão/ extensão), y (adução/ abdução) e z (rotação interna/ externa), em graus, em função do tempo, estão mostrados nas figuras 9a, 9b e 9c para o membro inferior direito (MID) e nas figuras 10a, 10b e 10c para o membro inferior esquerdo (MIE), respectivamente. As curvas apresentadas estão sincronizadas pelo pico de flexão referente à fase 1 do movimento, sendo cada curva referente a uma repetição do movimento, permitindo assim a visualização da variabilidade existente na amostra (70 trajetórias da AFP).
O ângulo de flexão do joelho foi utilizado como referência para a análise da movimentação da patela em relação ao fêmur e definiu a distinção do salto vertical em duas fases, visto que cada uma delas foi sincronizada a partir do pico de flexão do joelho correspondente: fase 1 - decolagem (agachamento e impulsão) e fase 2 – aterrissagem (aterrissagem e retorno ao repouso). Esta diferenciação está evidenciada na figura 9a.
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Figura 9: Rotação da articulação do joelho direito a) no eixo x, b) no eixo y e c) no eixo z, em função do tempo, dos 12 sujeitos analisados.
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Os dados apresentados nas figuras 9a e 10a mostram um sinal claro dos ângulos obtidos de flexão/ extensão do joelho, permitindo a caracterização do movimento analisado. Para os ângulos de adução/abdução e rotação interna/ externa, as figuras 9b e 10b e 9c e 10c, respectivamente, evidenciam maior variabilidade encontrada nestas medidas, porém ainda assim mostram um sinal de movimento nestes eixos de rotação. Além disso, em
Figura 10: Rotação da articulação do joelho esquerdo a) no eixo x, b) no eixo y e c) no eixo z, em função do tempo, dos 12 sujeitos analisados.
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nenhum eixo se observa diferença de padrão de movimento entre os membros inferiores (MMII).
3.4.2 Valores de translação da articulação femoropatelar
A variação angular mediana de flexão do joelho foi utilizada como referência para a análise da movimentação da patela em relação ao fêmur, como já mencionado anteriormente. Os valores de translação da AFP, em milímetros (mm), estão representados pela mediana de todas as repetições avaliadas e respectivo intervalo interquartil (iqr), em função do tempo e da mediana do ângulo de flexão/extensão do joelho. Desta forma, os gráficos permitem a análise da posição da patela em relação ao fêmur de acordo com a fase do movimento. Na figura 11 encontram-se os valores obtidos para a fase 1 do salto vertical (decolagem).
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Pode-se observar, para ambos os MMII, que durante toda a flexão do joelho na decolagem do salto há um sinal claro de deslocamento medial da patela em relação ao fêmur, enquanto que no eixo ântero-posterior a distância entre a origem do SC da patela e a origem do SC do fêmur permanece constante no início do agachamento e então desloca posteriormente até o fim da flexão do joelho. Já no eixo longitudinal, a patela desloca inferiormente até manter valores constantes na fase final da flexão do joelho. Em contrapartida, durante toda a extensão do joelho, ocorre deslocamento lateral e anterior da AFP. No eixo longitudinal, a distância entre a patela e o fêmur é constante no início da impulsão. No restante da extensão do joelho, ocorre deslocamento superior da AFP.
Figura 11: Mediana e intervalo interquartil (iqr) da translação da AFP a) no eixo x do MID, b) no eixo x do MIE, c) no eixo y do MID, d) no eixo y do MIE, e) no eixo z do MID e f) no eixo z do MIE, em relação à mediana da
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O range de deslocamento da posição da patela em relação ao fêmur na decolagem, obtida pela análise da mediana das curvas, respectivamente para o MID e para o MIE, em mm, foi 24.6 e 22.1 para o eixo transversal, 17.9 e 14.7 para o eixo ântero-posterior e 21.3 e 20.3 para o eixo longitudinal.
3.4.3 Ângulos de rotação da articulação femoropatelar
Os ângulos de rotação da AFP foram analisados da mesma maneira que os dados de translação e estão representados pela mediana de todas as repetições avaliadas e respectivo iqr, em função do tempo e da mediana do ângulo de flexão/extensão do joelho. Na figura 12 encontram-se os valores obtidos, em graus, para a fase 1 do salto vertical (decolagem).
O range da posição angular da patela em relação ao fêmur na fase de decolagem, obtida pela análise da mediana das curvas, respectivamente para o MID e para o MIE, em graus, foi 23.9 e 25.7 para o eixo transversal, 2.9 e 2.3 para o eixo ântero-posterior e 8.9 e 6.7 para o eixo longitudinal.
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Pode-se observar, para ambos os MMII, que nesta fase há um sinal claro de flexão da AFP acompanhando a flexão do joelho, ocorrendo o inverso durante a extensão. No início da impulsão ocorre rotação interna da AFP, seguida por rotação externa, já ao final desta fase. Apenas os dados referentes à adução/abdução da AFP reportados não parecem evidenciar um padrão de movimento, considerando os baixos valores apresentados.
Considerando os dados reportados no grupo controle, não se observa diferença do padrão de movimentação da AFP entre os MMII.
Figura 12: Mediana e intervalo interquartil (iqr) da rotação da AFP a) no eixo x do MID, b) no eixo x do MIE, c) no eixo y do MID, d) no eixo y do MIE, e) no eixo z do MID e f) no eixo z do MIE, em relação à mediana
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3.5 Grupo com Síndrome Femoropatelar
A forma de análise dos dados descrita para o grupo controle foi mantida para os dados do grupo SFP. Porém, de acordo com os resultados obtidos para o grupo controle, foi possível observar que não há diferença de padrão de movimento das articulações estudadas (joelho e AFP) entre MMII. Portanto para o grupo SFP não houve diferenciação entre MI direito e MI esquerdo.
3.5.1 Ângulos de rotação do joelho
Os dados de rotação do joelho nos eixos x (flexão/ extensão), y (adução/ abdução) e z (rotação interna/ externa), em graus, em função do tempo, estão mostrados nas figuras 15a, 15b e 15c, respectivamente. As curvas apresentadas estão sincronizadas pelo pico de flexão referente à fase de decolagem, sendo cada curva referente a uma repetição do movimento, permitindo assim a visualização da variabilidade existente na amostra (30 trajetórias da AFP).
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Os dados apresentados na figura 13a mostram um sinal claro dos ângulos obtidos de flexão/ extensão do joelho, permitindo a caracterização do movimento analisado, assim como descrito no grupo controle. Para os ângulos de adução/abdução e rotação interna/ externa, as figuras 13b e 13c evidenciam maior variabilidade encontrada nestas medidas, porém ainda assim mostram um sinal de movimento nestes eixos de rotação.
Figura 13: Rotação da articulação joelho a) no eixo x, b) no eixo y e c) no eixo z, em função do tempo, dos 5 sujeitos analisados.
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3.5.2 Valores de translação da articulação femoropatelar
Conforme descrito no item 3.4.1, o ângulo de flexão do joelho foi utilizado como referência para a análise da movimentação da patela em relação ao fêmur e tal variável definiu a distinção do salto vertical em duas fases. Porém, como não houve diferença no padrão de movimento das articulações estudadas entre as fases, para este grupo, os dados de translação e rotação da AFP só serão analisados na fase de decolagem, visto que esta atinge maiores amplitudes de movimento em comparação à aterrissagem.
Os valores de translação da AFP, em mm, estão representados pela mediana de todas as repetições avaliadas e respectivo iqr, em função do tempo e da mediana do ângulo de flexão/extensão do joelho. Desta forma, os gráficos permitem a análise da posição da patela em relação ao fêmur de acordo com a fase do movimento. Na figura 14 encontram-se os valores obtidos para a fase 1 do salto vertical (decolagem).
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Pode-se observar que durante toda a flexão do joelho na decolagem do salto há um sinal claro de deslocamento medial da patela em relação ao fêmur, enquanto que no eixo ântero-posterior a distância entre a origem do SC da patela e a origem do SC do fêmur permanece constante no início do agachamento e então desloca posteriormente até o fim da flexão do joelho. Já no eixo longitudinal, a patela desloca inferiormente até atingir
Figura 14: Mediana e intervalo interquartil (iqr) da translação da AFP a) no eixo x, b) no eixo y e c) no eixo z, em relação à mediana da flexão/extensão do joelho durante a fase de decolagem.
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aproximadamente 60º de flexão do joelho, deslocando superiormente a partir de então, até o fim do agachamento. Em contrapartida, durante toda a extensão do joelho, ocorre deslocamento lateral e anterior da AFP. No eixo longitudinal, a distância entre a patela e o fêmur é constante no início da impulsão. No restante da extensão do joelho, ocorre deslocamento superior.
3.5.3 Ângulos de rotação da articulação femoropatelar
Os ângulos de rotação da AFP foram analisados da mesma maneira que os dados de translação e estão representados pela mediana de todas as repetições avaliadas e respectivo iqr, em função do tempo e da mediana do ângulo de flexão/extensão do joelho. Na figura 15 encontram-se os valores obtidos, em graus, para a fase 1 do salto vertical (decolagem).
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Pode-se observar que na decolagem do salto há um sinal claro de flexão da AFP acompanhando a flexão do joelho, ocorrendo o inverso durante a extensão. O gráfico sugere que no início do agachamento haja rotação interna da patela, até aproximadamente 30º de flexão do joelho, seguida por rotação externa até o fim da flexão do joelho. De modo semelhante, no início da impulsão parece ocorrer rotação interna da AFP, seguida por rotação externa. Já os dados de adução/ abdução da AFP reportados não parecem evidenciar um padrão de movimento, considerando os baixos valores apresentados.
Figura 15: Mediana e intervalo interquartil (iqr) da rotação da AFP a) no eixo x, b) no eixo y e c) no eixo z, em relação à mediana da flexão/extensão do joelho durante a fase de decolagem.
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3.6 Comparação dos valores de translação e rotação da articulação femoropatelar entre o grupo controle e o grupo com Síndrome Femoropatelar
No intuito de saber a posição da patela em relação ao fêmur em instantes específicos do movimento, as variáveis de translação e rotação foram analisadas em cinco ângulos de flexão do joelho: 0°, 15°, 30°, 45° e 60°.
Valores de máximo, mínimo e range de movimento da AFP ao longo da fase de agachamento da decolagem foram variáveis descritivas também utilizadas a fim de melhor comparar os grupos.
Os valores obtidos estão representados pela mediana de todas as repetições avaliadas e respectivo iqr, para ambos os grupos. Desta forma, é possível observar a variação da magnitude de cada variável durante o agachamento da fase de decolagem do salto. Nas tabelas 4, 5 e 6 e 7, 8 e 9 encontram-se os valores obtidos, em mm para a translação e em graus para a rotação, respectivamente. O nível de significância adotado foi de p≤0,05.
Conforme descrito anteriormente, de acordo com a convenção da ISB (Wu e Cavanagh, 1995), os ângulos de flexão, adução e rotação interna foram descritos com sentido positivo tanto para o joelho quanto para a AFP. Os valores de translação lateral, anterior e superior da AFP também foram descritos com valores positivos.
Translação horizontal AFP (mm) – eixo x
Variável 0ᴼ 15ᴼ 30ᴼ 45ᴼ 60ᴼ máximo mínimo range
Controle Mediana 8.45 -5.50* -0.15 -12.10* -14.30* 10.60* -16.55* -21.00*
iqr 7.90 8.55 9.30 9.85 10.35 8.10 7.78 7.80
SFP Mediana 8.30 -1.65* -3.90 -5.35* 1.35* 16.45* -14.00* -10.20*
iqr 6.05 2.15 2.05 4.05 10.43 6.30 11.27 10.90
p 0.81 0.01 0.20 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00
Tabela 4: Mediana e intervalo interquartil (iqr) dos valores de translação da AFP no eixo x para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento. * p ≤ 0.05.
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Translação ântero-posterior AFP (mm) – eixo y
Variável 0ᴼ 15ᴼ 30ᴼ 45ᴼ 60ᴼ máximo mínimo range
Controle Mediana 4.95* 3.15 -1.85 -1.05 -4.90 9.7 -9.3 -9.20*
iqr 8.15 8.85 8.50 14.20 14.75 6.9 11.8 10.95
SFP Mediana 1.25* 1.25 2.45 2.00 -3.80 9.7 -10.3 -3.70*
iqr 4.80 2.05 5.70 7.00 6.65 4.9 7.0 6.15
p 0.02 0.24 0.24 0.29 0.53 1.00 0.97 0.01
Translação longitudinal AFP (mm) – eixo z
Flexão joelho 0ᴼ 15ᴼ 30ᴼ 45ᴼ 60ᴼ máximo mínimo range
Controle Mediana 4.25 -10.55* -12.70 -15.10 -14.60* 4.75 -18.15 -18.40* iqr 8.55 12.50 6.50 8.75 8.23 7.65 6.85 7.60 SFP Mediana 6.10 -2.50* -9.30 -13.10 -7.10* 12.50 -15.95 -10.80* iqr 10.15 2.05 3.20 4.05 16.70 9.05 7.05 18.25 P 0.71 0.00 0.50 0.50 0.01 0.11 0.74 0.02
Pode-se observar diferença estatisticamente significativa entre os grupos para a translação da AFP em algumas condições. Em comparação com o grupo controle, o grupo SFP apresentou menores valores de deslocamento medial em 15º, 45º e 60º de flexão do joelho, maior valor atingido de deslocamento lateral, menor valor atingido de deslocamento medial e menor range de deslocamento medial durante a flexão do joelho de 0º a 60º. No eixo ântero-posterior os sujeitos com SFP também apresentaram menor range de deslocamento posterior, enquanto que no eixo longitudinal foram reportados menores valores de deslocamento inferior em 15º e 60º de flexão de joelho e em termos de range de movimento.
Tabela 6: Mediana e intervalo interquartil (iqr) dos valores de translação da AFP no eixo z para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento. * p ≤ 0.05.
Tabela 5: Mediana e intervalo interquartil (iqr) dos valores de translação da AFP no eixo y para o grupo controle e para o grupo SFP, a 0°, 15°, 30°, 45° e 60° de flexão do joelho e valores máximo, mínimo e range de movimento. * p ≤ 0.05.
