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Analisi del movimento:strumenti, metodi e applicazioni
Relatore: Mazzoleni Paolo
Polo TecnologicoFondazione Don Carlo Gnocchi IRCCSMilano
LAM
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LAMLaboratorio di Analisi del Movimento
Di che cosa si occupa?• Di analisi multifattoriale del movimento
• Di sviluppo e validazione di protocolli sperimentali per l’analisi multifattoriale del movimento
• Di validazione di sistemi innovativi per l’analisi multifattoriale del movimento
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Il movimento
Il movimento richiede alnostro corpo l’integrazione deisistemi nervoso, muscolare escheletrico al fine di risolverein ogni istante un problema diequilibrio dinamico.
LAM
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Ogni alterazione in questi sistemi causata dall’età o dallapatologia, porta ad una limitazione funzionale.
L’analisi del movimento umano, permette la valutazione diqueste alterazioni.
LAM
Analisi del movimento
• Diagnosi funzionale di disordini motori• Impostare e valutare le terapie• Ricerca sulla fisiologia/patologia nel movimento• Sviluppo di nuovi dispositivi• Ottimizzazione del gesto atletico• Progettazione di oggetti/ambienti ergonomici
Finalità
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LAM
Analisi del movimento
Valutazione Soggettiva Oggettiva
Qualitativa Descrizione osservazionale
Video ripresa
Quantitativa Scale di valutazioneValutazione strumentale
• Sog. /Qualit. : Valutazione che il clinico fa durante una visita fisiatrica.• Og./Quant. : Valutazione effettuata con sistema di misura.
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LAM
Valutazione strumentaleAnalisi multifattoriale
CinematicaQuanto?
• Posizione• Velocità• Accelerazione
DinamicaPerché?
• Forze• Momenti• Potenze articolari
ElettromiografiaQuando?
• Segnali elettromiografici
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LAM
Valutazione strumentaleAnalisi multifattoriale
CinematicaQuanto si muove?
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LAM
StrumentazioneAnalisi cinematica
Sistemi a trasduzione Meccano‐Elettrica• Elettrogoniometri• Accelerometri• Magnetici
Sistemi di Imaging• Fotografia• Fotografia ad esposizione multiple• Cinematografia• Televisione
Sistemi Optoelettronici a marcatori• Marcatori attivi• Marcatori passivi
θ
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Sistemi a trasduzione Meccano‐ElettricaElettrogoniometri
Tipi di sensori
• Potenziometrici
• Estensimetri (Strain gauge)
LAM
t0
θ
θθ
Variabile MonodimensionaleAngolo θ
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Sistemi a trasduzione Meccano‐ElettricaSistemi basati su sensori inerziali
Tipi di sensori
• Accelerometri
• Giroscopi
• Magnetometri
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Informazione Spaziali
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Sistemi a trasduzione Meccano‐ElettricaSistemi basati su sensori inerziali
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Sistemi di ImagingFotografia & Fotografia ad esposizione multipla
• 1876 Janssen ‐ La “Rivoltella fotografica“
• 1878 Muybridge ‐ Foto
• 1882 Marey ‐ Foto
Informazione Bidimensionale
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Sistemi di ImagingSistemi optoelettronici a marcatori
• 1974 SelspotTM ‐ SELective light SPOT recognition. Marker attivi a LED
• 1975 Video technology ‐ Sviluppo dei primi sistemi semi‐automatici di detezione dei marcatori
• 1981 VicomTM
• 1988 EliteTM
• 1992 MotionAnalysisTM
• 2000 SmartTM
• 2001 EagleTM
Informazione Tridimensionale
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Strumentazione LAMAnalisi cinematica 3D
Sistema SMART‐D (BTS S.p.a) 9TVC
TVC– Gruppo Ottico– CCD (Fr 1‐250Hz, 1.4Mp)– Illuminatore ad infrarossi
Sistema Componente Elettronica
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LAM
Strumentazione LAMAnalisi cinematica
Sistema SMART‐D
Procedura di calibrazione
– Definizione dell’origine del laboratorio– Coordinate e orientamento delle TVC– Correzione delle distorsioni– Definizione della dimensione del volume di lavoro
O X
Y
Z
z1
y1
x1TVC 1
α1, β1, γ 1
TVC 2
TVC 3 TVC 4
TVC 5
TVC 6
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Strumentazione LAM Marcatori
I marcatori vengono posizionati nei punti anatomici di reperesecondo un protocollo ben definito
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Le Variabili Analisi cinematica
Variabili misurate strumentalmente: Coordinate x,y ,z di ogni marker.
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Le Variabili Analisi cinematica
Applicando i modelli biomeccanici si estrapolano le variabili NON direttamente misurabili: Angoli, velocità, accelerazione,…
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ProtocolliAnalisi cinematica
Protocollo Hand.Ob: valutazione dei trattamenti. Protocolli per la valutazione di distonie
Ob: Valutazione di trattamenti
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Protocolli Analisi cinematica
Protocolli per le valutazioni posturali e del rachideOb: Riprogettazione dello strumento o di ausili
Riprogettazione di ambienti lavorativi
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Protocolli Analisi cinematica
Protocolli per la valutazione del gesto sportivoOb: Minimizzazione del dispendio energetico per l’ottimizzazione del gesto.
Protocolli per la valutazione respiratoriaOb: studio dei flussi respiratori minimizzando l’invasività
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Valutazione strumentaleAnalisi multifattoriale
DinamicaPerché si muove?
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LAM
• Componenti direttamente misurate in sdr piattaforma
– F: vettore forza risultante
– COP (center of pressure) : punto della superficie di appoggio in cui è applicato il vettore forza risultante
– T : coppia torcente perpendicolare alla superficie di appoggio
F (vettore forza risultante)
T (coppia torcente)
Strumentazione LAMDinamica
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Strumentazione LAMDinamica
Principio di funzionamento
• Estensimetrici resistivi
• Cristalli piezoelettrici
• Elementi induttivi
• Elementi capacitivi
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Strumentazione LAMDinamica
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Strumentazione LAMDinamica
2 Piattaforme di forza (Kistler Italia S.r.l.)
• 1 piattaforma fissa (600x400 mm – Type 9281B)
• 1 piattaforma trasportabile (600x400 mm – Type 9286AA)
Piattaforma Fissa
Piattaforma Mobile
Piattaforma Mobile
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Le VariabiliDinamica
Componente Verticale
Componente Antero/Posteriore
Componente Medio/Laterale
Diagramma Vettoriale
Traiettoria del Centro di Pressione COP
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LAM
Le VariabiliCinematica e Dinamica
Le variabili cinematiche, quelle dinamiche e i parametri antropometrici, integrate con modelli biomeccanici permettono di calcolare variabili non direttamente misurabili, come i momenti interni e le potenze articolari.
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Valutazione strumentaleAnalisi multifattoriale
ElettromiografiaQuando e quanto i muscoli sono attivi?
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LAM
• Definizione Ingegneristica.
Disciplina riguardante il rilevamento, l’analisi e l’utilizzo del segnale elettrico generato dal muscolo.
• Definizione Medica.
Studio della funzione muscolare attraverso la misura del segnale elettrico generato da muscolo.
ElettromiografiaCos’è
+‐ Diff.
Amp.
EMG Signal
Muscle
Configurazione Bipolare
Potenziale d’azione
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LAM
3 Sistemi Elettromiografici
• TeleEmg (BTS S.p.a) 8 canali a filo
• ZeroWire (Aurion S.r.l.) Wi‐Fi a 8 canali
• FreeEmg (BTS S.p.a) Wi‐Fi a 8 canali
Strumentazione LAMElettromiografia
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LAM
• Elettrodi di superficie
1. Pregellati
2. Da gellare
• Elettrodi a filo
• Elettrodi di profondità o ad ago
ElettromiografiaTipologia di elettrodi
Non
Invasivi
Invasivi
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LAM
Le Variabili Elettromiografia
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LAMLaboratorio di Analisi del Movimento
Info:http://www.dongnocchi.it/polotecnologico/nuovosito/[email protected]