Dissertação

{en_GB=Identification of Human MusculoSkeletal Lower Limb Dynamics} {} EVALUATED

{pt=Milhões de pessoas sofrem de um sistema nervoso debilitado, resultando na perda de funções motoras que levam a altercações na passada. Um dos sintomas mais comum, é a inabilidade de levantar o pé durante o swing, produzindo um movimento grosseiro e altamente prejudicial, que pode até resultar em consequentes compensações e atrofias musculares. Estimulação elétrica funcional já provou ser capaz de restaurar esta função motoras, substituindo neuro-sinapses por sinais elétricos produzidos por máquinas externas, que se aplicadas ao musculos da perna pode resultar numa rotação angular correta. Múltiplos estudos estão disponíveis, no entanto diversos parâmetros são desconhecidos ou ambíguos e variações em constrangimentos externos aplicados ao tornozelo são parcas. O trabalho aqui proposto baseia-se numa instalação in-vivo, onde o torque e ângulo do tornozelo, mais o deslocamento do tendão é medido para um grupo seleto de indivíduos, á medida que se varia as condições articulares para um sinal de entrada modulado em termos de amplitude e aplicado á Tibial Anterior. As dinâmicas de dorsiflexão são expostas e identificadas como modelos de caixa preta para maximizar a precisão e como caixa cinzenta, construindo um modelo musculoesquelético do membro inferior em MSMS. Os parâmetros intrínsecos do musculo e os detalhes antropomórficos de cada sujeito são estimados e ajustados aos outputs obtidos experimentalmente. Uma metodologia baseada em conecções de redes neuronais é introduzida como alternativa á procura de parâmetros ótimos e múltiplas variações ao modelo de caixa preta são testados., en=Millions of people worldwide have their Nervous system impaired resulting in the loss of motor capacities leading to gait altercations. One of the most common, is the inability to successfully lift the foot during the swing phase of the stride, and besides being outwardly visible and highly disruptive, it can lead to further muscular compensations and atrophies. Functional electrical stimulation has been proved to restore this motor function, where nervous synapses are substituted by electrical signals made by external machines, which if applied to the leg muscles can elicit a proper ankle rotation. Multiple researches on the topic have been done, but still many parameters are unclear or unknown and variations to the off-load configuration by constricting the ankle with defined constraints are rare. The work proposed relies on an in-vivo setup where ankle torque and angle, plus tendon displacement outputs are recorded for a designated study group of four people, while changing external conditions to an amplitude modulated input signal applied to the Tibialis Anterior. The dorsiflexion dynamics of the muscle are exposed, and identified as a Blackbox model to maximize accuracy and as a Greybox problem by constructing an musculoskeletal lower limb model in MSMS. The muscle intrinsic parameters and each subject anthropomorphic data is estimated and fitting values compared with the experimentally recorded outputs. A connection of neural fitnet methodology is introduced as an optimization alternative to the Greybox model parameter search, and different variations between Blackbox models are tested to confirm statements. }
{pt=Estimulação Elétrica Funcional, Virtual Muscle Model, MusculoSkeletal Modelling Software, Dinâmica da unidade Musculotendão, Dorsiflexão;, en=Functional Electrical Stimulation, Virtual Muscle Model, MusculoSkeletal Modelling Software, MusculoTendon Unit Dynamics, Dorsiflexion;}

Junho 19, 2019, 16:0

Orientação

ORIENTADOR

Vanessa Susana Gonçalves da Cunha

Instituto Superior Técnico

Especialista

ORIENTADOR

Jorge Manuel Mateus Martins

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado