{en=Development of a Three-dimensional Multibody Model of the Human Leg and Foot for Application to Movement Analysis} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O movimento humano tem sido sempre um assunto de grande interesse para a ciência. Nas últimas décadas métodos centrados em sistemas Multicorpo têm sido aplicados com sucesso no desenvolvimento desta área. Dentro de um largo espectro de aplicações destas metodologias pode destacar-se o desenvolvimento de novos dispositivos médicos (i.e. Ortóteses e Próteses) e a simulação das consequências de algumas intervenções médicas. Assim, uma boa modelação da perna e do pé é crucial para a compreensão cinemática e dinâmica do movimento humano, e eventualmente para analisar disfunções a este nível. Neste trabalho, apresenta-se um novo modelo dinâmico tridimensional da perna e do pé, com quatro segmentos (Perna, Retro-pé, Médio-pé e Ante-pé, e Dedos), seis corpos rígidos e treze graus de liberdade. O principal objetivo do modelo é a sua aplicação num software integrado de multicorpo dinâmico com coordenadas naturais – Apollo. O modelo é testado usando simulações de dinâmica inversa, aplicando um novo protocolo de marcadores reflectores para adquirir a informação necessária para a análise. Os resultados são obtidos com ensaios realizados com dois participantes, proporcionando no geral, resultados cinemáticos e cinéticos consistentes e realistas. Entre eles destacam-se alguns padrões conhecidos como os momentos e a variação angular gerados nas articulações subastragalina, tibioperoneoastragálica e metatarsofalângica que sustentam a robustez do modelo. E alguns resultados inovadores como o momento e variação angular na articulação médiotársica que proporciona uma nova compreensão sobre os graus de liberdade do pé, abrindo portas para uma possível análise de diferentes disfunções na marcha. , en=The human movement has always been a subject of great interest to science. In the last decades Multibody systems-based methodologies have been successfully applied in development of this field. Among the broad range of application of these methodologies one can highlight the development of new medical devices (e.g. Orthosis and Prosthesis) and the simulation of the outcome of some medical procedures. Therefore, a proper leg and foot modulation is crucial to understand the kinematics and dynamics of the human movement, and eventually to analyze dysfunctions at this level. In the present work, a novel three dimensional leg and foot dynamic model with four segments (Leg, Rear-foot, Mid-foot and Fore-foot, and Toes), six rigid bodies and thirteen degrees-of-freedom, is presented. The main objective of the model is its application in a built-in multibody dynamics software with natural coordinates – Apollo. The model is tested using inverse dynamic simulations, applying a new marker set protocol to acquire the necessary data to perform the analysis. The results were based on a set of trials performed onto two subjects, providing overall consistent and realistic kinematic and kinetic results. Among them, some well know patterns like the torques and angle variations generated at the talocrural, talocalcaneal and metatarsophalangeal joints support the robustness of the model. And some innovative results like the angle variation and torque generated at the midtarsal joint provides a new insight over foot analysis, opening doors to the possible evaluation of different gait disorders. }

Discussão: dezembro 5, 2013, 9:0

Orientação

AUTOR

Tiago de Melo Lopes Martinho Malaquias (ist165128)

CO-ORIENTADOR

João Eurico da Fonseca

Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Miguel Pedro Tavares da Silva

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar