Dissertação

{en_GB=Model-based estimation of muscle and joint reaction forces exerted during an abrupt horizontal deceleration task performed by elite athletes} {} EVALUATED

{pt=Os objectivos deste trabalho passam por estimar forças musculares e de reação articular, assim como a obtenção das contribuições musculares para as acelerações do centro de massa durante uma tarefa de desaceleração horizontal súbita. Seis atletas profissionais foram analisados neste estudo. Modelos musculoesqueléticos, compostos por 10 segmentos, 23 graus de liberdade e 92 atuadores, foram utilizados. O processamento dos dados e análises de cinemática inversa foram realizados no software Visual3D. A estimação de forças musculares, através de optimização estática (SO) e controlo muscular computorizado (CMC), foi precedida pela aplicação do algoritmo de redução de resíduos (RRA). As forças de reacção articular foram calculadas a partir dos resultados de SO. Comparando os dois métodos, verificaram-se coeficientes de correlação de Pearson mais elevados para músculos uniarticulares (PCC = 0.900 ± 0.068) do que para músculos biarticulares (PCC = 0.725 ± 0.174). Obtiveram-se forças de reacção articular mais elevadas na anca (10.260 ± 3.634 BW) e joelho (11.961 ± 2.646 BW) direitos, orientadas no plano sagital. A utilização de um modelo musculoesquelético em detrimento de um modelo de corpos rígidos resulta em forças de reacção articular aproximadamente 10 vezes superiores. Relativamente às contribuições musculares, o quadricípete é o protagonista na aceleração do centro de massa sobre o plano sagital, assim como tem igualmente uma grande contribuição, em conjunto com o soleus para contrariar o efeito da gravidade na aceleração do centro de massa no eixo vertical. Sobre o eixo mediolateral, o quadricípete contraria o efeito do gluteus maximus para manter o sujeito equilibrado., en=Abrupt deceleration is a common practice in sports, where sudden changes of direction are needed to perform at the highest level. The aim of this work is to estimate muscle forces, joint reaction forces (JRF) and muscle contributions to the acceleration of the center of mass during a rapid anterior/posterior deceleration task. Six elite male athletes participated in this work. Scaled generic musculoskeletal models, consisting of 10 segments, 23 degrees of freedom and 92 musculotendon actuators were used in OpenSim. Data processing and IK steps were performed in Visual3D. For both SO and CMC, the same adjusted kinematics from RRA were used as inputs to estimate muscle forces. JRF were calculated based on the estimated muscle forces from SO. Comparing both methods regarding resultant muscle forces, higher Pearson correlation coefficients (PCC) were shown for uniarticular muscles (PCC = 0.900 ± 0.068), when compared to biarticular muscles (PCC = 0.725 ± 0.174). Regarding joint reaction forces, peak magnitudes observed along the fore – aft direction at the knee (11.961 ± 2.646 BW) and hip joints (10.260 ± 3.634 BW). The insertion of muscles in the model resulted in force values approximately 10 times higher than if only a multi linked rigid – body model was used. The quadriceps were the main contributors to the mass centre’s horizontal acceleration profile, aided by the soleus, counteracted the effects applied by gravity along the vertical direction, and, along the mediolateral direction, opposed the contribution of the gluteus maximus to maintain the body stable.  }
{pt=Desaceleração A/P súbita, Modelação musculoesquelética, Optimização estática, Optimização dinâmica, Forças de compressão articular, Acelerações induzidas, en=Abrupt A/P deceleration, Musculoskeletal Modelling, Static Optimization, Computed Muscle Control, Joint Reaction forces, Induced Accelerations Analysis}

Novembro 26, 2018, 14:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

António Prieto Veloso

Faculdade de Motricidade Humana – Universidade de Lisboa

Professor Catedratico