cursul 2-kinematica 2011 color

8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color

1/15

17/10/2011

1

Kinematica = Studiul mişcăriiKinematica = Studiul mişcării

Plane de mişcare

Sisteme de referinţă anatomiceSisteme de referinţă anatomice

Transversal Frontal Sagital


2/15

17/10/2011

2

Poziţii relativePoziţii relative

Posterior

Lateral Lateral

Vedere de sus (în plan transversal)

Anterior

Medial Medial

Poziţii relativePoziţii relative

Punctul A este Proximal punctului B

B este Proximal punctului CA este Proximal punctului C

A

B

Membrulsuperiorstâng

Membrulsuperiordrept

Punctul C este Distal punctului B

B este Distal punctului AC este Distal punctului A

A

B

C

C

Membrul

inferiordrept

MembrulInferiordrept

MembrulInferiorstâng

Sisteme de referinţă relativeSisteme de referinţă relative

Sisteme relative: X1 Y1Z1 ,X2 Y2Z2A

B

Membrul

superior

stângMembrul

superior

drept

O1

Y1

Z1X1

A

B

C

C

Membrul

Inferior

stâng

Membrul

Inferior

drept

O

Y

ZX

Sistem absolut: XYZ


3/15

17/10/2011

3

KinematicaKinematica

),,( Z Y X

Descrierea completă în spaţiu a unui

segment corporal: 15 variabile

1)X

Y

)(

)(

)(

),,(

),,(

,

,

,

yz xy

yz xy

yz xy

Z Y X

Z Y X

2)

3)

4)

5)

6)

7) )(

)(

,

,

yz xy

yz xy

CM

Z

KinematicaKinematica1

21

Corpul uman=

12 Segmente x 15 variabile

180 variabile

HAT – head-arms-trunk (cap-brate-trunchi)

Mersul simetric=

1(HAT)+3(MI)=4 Segmente

36 variabile

Parametrii kinematici:Parametrii kinematici:• Deplasări liniare şi unghiulare;

– Relative (un segment în raport cu altul, unghiurile articulare); – Absolute (unghiurile segmentelor corporale faţă de un reper exterior)

• Viteze liniare şi unghiulare; ),,( Z Y X

» Relative» Absolute

• Acceleraţ ii liniare şi unghiulare;

» Relative» Absolute

)(

)(

)(

),,(

),,(

,

,

,

yz xy

yz xy

yz xy

Z Y X

Z Y X

)(

)(

,

,

yz xy

yz xy


4/15

17/10/2011

4

Tehnici de măsurareTehnici de măsurare

• Directe:

» Goniometrele;» Accelerometrele;

• Imagistice:» camere de filmat;» camere TV;» expuneri multiple;» Sisteme optoelectronice;

GGoniomeoniometretre

Clasificare:

1) d.p.d.v. Funcţional:

Rol: determinarea modificărilor în poziţie la nivelul unei articulaţii(ROM=range of motion)

• ecan ce rapor oare• Electrice

• Electronice2) d.p.d.v. Constructiv:

•Uni-planare•Bi-planare•Tri-planare

GGoniomeoniometretreRol: permit determinarea modificărilor în poziţie la nivelul unei articulaţii

(ROM=range of motion)

ţ i e

Semnal analogic:

U=KEӨ

AxăPC

Avantaje:

• în general necostisitoare;• semnal imediat către PC;

• rotaţia planar ă= f(planul de mişcare al articulaţiei)

Dezavantaje:

• se obţin valori relative;• necesită timp pentru montare;

•Incomode.

U n g h i a r t i c u l a

timp

Bra ţ e Poten ţ iometru


5/15

17/10/2011

5

GGoniomeoniometretreRol: permit determinarea modificărilor în poziţie la nivelul unei articulaţii

(ROM=range of motion)

Preţ: 500-2500 dolari

Firme producătoare:

AccelerometreAccelerometre

• Măsurarea acceleraţiilor :» video,» traductori de for ţă,» Accelerometre: dispozitive electro-mecanice

utilizate la determinarea acceleraţiilor

• Clasificare:

– d.p.d.v. functional:

» Piezoeletrice» Piezorezistiv

– d.p.d.v. al direcţiilor de măsurare:

» Uniaxiale» Triaxiale

AccelerometreAccelerometreAcceleraţia: măsoara variaţia vitezei în timp (accelerararea sau încetinirea )

Acceleraţie liniar ă:

a = (Vf – Vi) / t ime (m/s2) Vf , Vi = vitezele f inale/ in iţiale

Acceleraţie unghiular ă:

Aplicaţii în biomecanică:

- determinarea impactului cu solul în mersul normal, alergare, etc;- determinarea for ţei de impact la nivelul capului;

- măsurarea variaţiei acceleraţiei în diferite tipuri de mişcări;- etc.

= (f - i) / time (/s2 sau rad/s2) f, I = vitezele unghiulare finale-iniţiale


6/15

17/10/2011

6


Acceleraţia: măsoara variaţia vitezei în timp (accelerararea sau încetinirea )

aat R1Ra

Man

m

R1

Rb

Avantaje:

- pot fi cuplate direct la PC

Dezavantaje: - valori relative;- cost ridicat;- sensibile laşocuri;- incomodează

U= K.an

Accelerometre

Acceleraţia: măsoara variaţia vitezei în timp (accelerararea sau încetinirea )

Endevco Corp - San Juan Capistrano, CA

Entran Devices Inc. - Fairfield, NJ


• Valoarea maximă (pozitivă sau negativă)

• Timpul de accelerare/decelerare

• Acceleraţia medie

• Accelera iaîntr-un anumit moment

Factorii ce pot fi eterminaţI:

Importanţa determinării acceleraţiei:

• reprezintă o caracteristică importantă a mersului uman;• este legătura directă cu for ţa ( F= m . a);• maximizarea acceleraţiei determină optimizarea performanţei;• minimazarea acceleraţiei reduce riscul accidentării.


7/15

17/10/2011

7

Metode indirecte de determinareMetode indirecte de determinare

a parametrilor kinematicia parametrilor kinematici

• Cinematografia – Camere de 8 mm, 16mm,

35mm, 70 mm; – Tipul filmului = f(iluminare)

• Camerele TV – 50 cadre/min - Europa

– 60 cadre/min – SUA – pot fi reglate tr ălucirea, contrastul,etc

– Ex: Vicon, Motion Analysis,

Peak Performance• – markerii= becuri în IR, matrici de fotodiode;

activi/ pasivi

– pot fi reglate tr ălucirea, contrastul,etc

– Ex: Selspot, Wetsmart

• Avantaje: – Date absolute;

– Timp minim de aplicare;

– Preţ acceptabil pentru camerele TV

– Acurateţe în determinări.

Componenţa unui sistem deComponenţa unui sistem deanaliza mişcăriianaliza mişcării

Metode indirecte de determinare aMetode indirecte de determinare a

parametrilor kinematiciparametrilor kinematici

Laboratorul de analiza mişcării


8/15

17/10/2011

8

SistemulVICON

Rezultatele analizei kinematiceRezultatele analizei kinematice

Diagrame stick

Analiza kinematică a mi

şcării de întindere

în vederea apucării obiectelor


9/15

17/10/2011

9

Aplicaţiile sistemelor de analiza mişcării

Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor• RELATIVE (unghiuri articulare)= unghiul dintre axele longitudinale

ale două segmente adiacente

• ABSOLUTE (unghiuri segmentale)= unghiul dintre un segment şi orizontala

orientată spre dreapta

Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor• RELATIVE (unghiuri articulare)= unghiul dintre axele longitudinale ale două segmente adiacente

Observaţii:

1. Trebuie măsurate pe aceeaşi parte a articulaţiei

2. Poziţia complet extinsă este considerată ca fiindde 0 grade


10/15

17/10/2011

10

Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor• ABSOLUTE (unghiuri segmentale)

= unghiul dintre un segment şi orizontală orientată spre dreapta

Observaţii:

1. Trebuie măsurate în raport cu aceeaşidirecţie a orizontalei pentru toate segmentele

Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor

Datele de bază în analiza mişcării =

coordonatele punctelor caracteristice ce se(x1,y1)

Cadrul 1

obţin prin digitizarea imaginilor înregistrate în

laboratorul de biomecanică(x2,y2)

(x3,y3)

(x4,y4)

(x5,y5)

(0,0)

Y

X

Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilorCalcularea unghiurilor absolutePe baza coordonatelor capetelor segmentelor

AC

=y2 – y1

(x1,y1)

(x2,y2)

BA

C

AB

x2 – x1


11/15

17/10/2011

11

Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilorCalcularea unghiurilor relative

a(x3,y3)

1. Teorema cosinusului

c2 = a2 + b2 - 2ab(cos)

(x1,y1)

(x2,y2)

b

c în care:

223

2

23 y y x xa

2122

12 y y x xb

Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilorCalcularea unghiurilor relative

2. Utilizând două unghiuri absolute cunoscute

= 1 + (180 - 2)

StandardStandardele CSBele CSB

Canadian

Society of Biomechanics

trunk hip

Poziţia anatomică

corespunde la 0 0

Unghiuri segmentale(absolute)

Unghiuri articulare(relative)

thigh

legfoot

knee

ankle

Vedere din dreapta

în plan sagital


12/15

17/10/2011

12

StandardStandardele CSBele CSBCanadian

Society of

Biomechanics

trunk hip

Vedere din

Unghiuri segmentale

(absolute)Unghiuri articulare

(relative)

thigh

legfoot

knee

ankle

stânga în plan

sagital

Standardele CSB

hip = thigh - trunk hip> 0: poziţie flexată hip< 0: poziţie (hiper-) extinsă

dacă panta graficului hip = f(t) > 0 flexie< 0 extending

coapsă

knee = thigh - leggenunchi

knee> 0: poziţie flexată knee< 0: poziţie (hiper-)extinsă

dacă panta graficului hip = f(t) > 0 flexie< 0 extending

ankle = foot - leg - 90o

dorsiflexie >0 flexie plantar ă (


13/15

17/10/2011

13

Convenţii de calculConvenţii de calcul

Unghiuri absolute

Unghiurile absolute pentru coapsă şi gambă definite într-unsistem de coordonate

Convenţii de calculConvenţii de calculConvenţia lui Winter

Ө trunk

Ө legӨ leg

Ө foot

Ө thigh

ExemplExempluuCunoscând coordonatele corespunzătoare şoldului, genunchiului şigleznei,obţinute în urma analizei kinematice a unei persoane în cursulmersului normal să se determine unghiurile coapsei, genunchiului şilabei piciorului

(4,10)Y

Unghiurile segmentale

thigh

leg

(6,4)

(5,0)

HIP....................(4,10)

KNEE...............(6,4)

ANKLE.............(5,0)

XO


14/15

17/10/2011

14

thigh = 108°

(4,10)

knee = thigh –

leg knee = 32

o

Exemplu

Y

segment angles

leg = 76°

(6,4)

(5,0)

knee

joint anglesUnghiurile segmentale Unghiurile articulare

XO

Exemplu de calcul

(4,10)

thigho108.4

6arctan180

4-6

4-10arctan180

o

o

thigh

Y

(6,4)

(5,0)leg

o76.0

1

4arctan

1-5

0-4arctanleg

XO

Unghiurile segmentale

Exemplu de calcul

(4,10)Y knee = thigh - leg

nee = 108.4o - 76.0o

joint angle (2)

,

(5,0)

knee

XO

= 32.4o

Unghiurile articulare


15/15

17/10/2011

Altă soluţie

(4,10)

aa =

b =

?

?Y

,

(5,0)

knee b

c =

knee

?

?

?XO

Exemplu de calcul(4,10)

(6,4)

a

c

Y

a 2 6 6 322 2 .

b 1 4 4 122 2 .

Unghiurile articulare

b(5,0)

knee

XO

c 1 10 10 052 2 .

c2 = a2 + b2 - 2ab(cos)

10.052 = 6.322 + 4.122 - (6.32)(4.12)(cos)knee= 180o - = 180o - 147.8o = 32.3o

1. Winter, D., A.1. Winter, D., A. Biomechanics and Motor Control of HumanMovement, John Wiley and Sons , 19922. Knudson, D., V. Fundamentals of biomechanics, Kluwer Academic /Plenum Publishers ,1 st Edition. 2003, New York3. Zatsiorsky, V., M., Kinematics of human motion, Human Kinetics1998

BibliografieBibliografie

4. http://drewsmith.org/Teaching, Introductory biomechanics, TESTE

cursul 2-kinematica 2011 color

Documents