Analiza miscarilor corpului uman cu aplicatii in medicina recuperativa

PREFATA

Dizabilitatile asociate mersului uman constituie o preocupare majora, deoarece, la nivel global, sunt milioane de persoane suferinde. Printre cauzele frecvente ale deficientelor de mers se numara accidentul vascular cerebral, amputarile, leziunile coloanei vertebrale, paralizia cerebrala, tulburarile neurologice progresive si protezarea.

Aceasta carte isi propune sa ofere o solutie pentru imbunatatirea si optimizarea programelor de recuperare motrica postoperatorie, folosind modelarea pe baza teoriei sistemelor multicorp si date experimentale obtinute printr-un sistem de captare si analiza a mersului pacientilor implicati in astfel de programe de reabilitare.

Am realizat o analiza detaliata a procedeelor utilizate pentru analiza si captura miscarii umane, cu scopul de a selecta elementele software si hardware necesare pentru implementarea sistemului propus de monitorizare a pacientilor asupra carora s-a intervenit chirurgical, in intervalul de recuperare, dar si de a aduna date experimentale. De asemenea, s-a elaborat un model mathematic simplificat, format din doua elemente aflate in miscare plan-paralela, cu doua grade de libertate, avand in vedere limitarile semnificative ale mobilitatii pacientilor postoperatorii. S-a creat o baza de date care cuprindeacoordonatele miscarilor articulatiilor esentiale aleamembrului inferior (glezna, genunchi si sold) ale fiecarui subiect, esentiala pentru studiul dinamic al sistemului locomotor uman si pentru analiza mersului normal.

Sistemul propus si descris in aceasta carte si-a dovedit importanta si eficienta prin informatiile extrase din procesarea datelor experimentale, care au fost ulterior furnizate medicului kinetoterapeut. Aceste informatii auapermis personalizarea si optimizarea programelor de recuperare, ceea ce a condus la o scurtare semnificativa a duratei tratamentului si la cresterea eficientei acestuia. In consecinta, pacientii si-au recapatat capacitatea de a desfasura activitatile zilnice sau profesionale intr-un interval de timp redus.

CUPRINS

Prefata V

1. Consideratii generale 1
1.1. Analiza miscarii mersului umane. Aplicatii ale miscarii umane 2
Scurta istorie a biomecanicii 2
1.2. Medicina recuperativa 10
Medicina recuperativa si biomecanica 10
Analiza ciclului de mers uman 16
1.3. Analiza miscarii umane 18
1.4 Sisteme si aplicatii utilizate pentru captarea si analiza miscarii umane 22
Consideratii generale 22
Tehnica capturii miscarii 24
Sisteme non-optice 26
Sisteme optice 29
1.4.4.1. Sisteme optice cu markeri 29
1.4.4.2. Sisteme de captare a imaginii fara markeri 33
1.5 Concluzii 34
Bibliografie 36

2. Analiza corpului uman. Modele cinematice si dinamice 43
2.1. Sisteme multicorp 45
Cinematica sistemelor multicorp 46
Ecuatiile Newton-Euler 47
Sisteme rigide. Ecuatii de miscare 48
Sisteme cu elemente flexibile. Ecuatii de miscare 49
2.2. Algoritimi de recursivitate 50
Cinematica 51
Ecuatiile Newton-Euler 52
Ecuatiile de miscare 52
Recursivitate 53
2.3. Lanturi cinematice 54
2.4. Cinematica directa. Cinematica inversa 57
2.5. Concluzii 58
Bibliografie 60

3. Elaborarea unui sistem de analiza a miscarii corpului uman aplicabil in medicina recuperativa 65
3.1. Scurt istoric al sistemelor de analiza a miscarii umane 65
3.2. Recuperarea postoperatorie. Programe de recuperare 67
Terminologie specifica 67
Programe de recuperare specifice pacientilor cu gonartroza operata 70
3.3. Parametrii de miscare 78
Obtinerea unei baze de date a coordonatelor deplasarii markerilor 79
Modelul dinamic 88
Interpolarea si aproximarea polinomiala 92
3.4. Concluzii 100
Bibliografie 102

4. Inregistrari si verificari experimentale 104
4.1. Introducere 104
4.2. Verificari experimentale 108
Sistemul de captura utilizat in analiza mersului 111
Inregistrarea datelor 116
Prelucrarea cu programe elaborate in matlab a datelor experimentale 124
4.3. Concluzii 157
Bibliografie159

5. Concluzii finale 161
5.1. Concluzii finale 161
5.2. Directii de cercetare 163