8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
1/15
17/10/2011
1
Kinematica = Studiul mişcăriiKinematica = Studiul mişcării
Plane de mişcare
Sisteme de referinţă anatomiceSisteme de referinţă anatomice
Transversal Frontal Sagital
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
2/15
17/10/2011
2
Poziţii relativePoziţii relative
Posterior
Lateral Lateral
Vedere de sus (în plan transversal)
Anterior
Medial Medial
Poziţii relativePoziţii relative
Punctul A este Proximal punctului B
B este Proximal punctului CA este Proximal punctului C
A
B
Membrulsuperiorstâng
Membrulsuperiordrept
Punctul C este Distal punctului B
B este Distal punctului AC este Distal punctului A
A
B
C
C
Membrul
inferiordrept
MembrulInferiordrept
MembrulInferiorstâng
Sisteme de referinţă relativeSisteme de referinţă relative
Sisteme relative: X1 Y1Z1 ,X2 Y2Z2A
B
Membrul
superior
stângMembrul
superior
drept
O1
Y1
Z1X1
A
B
C
C
Membrul
Inferior
stâng
Membrul
Inferior
drept
O
Y
ZX
Sistem absolut: XYZ
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
3/15
17/10/2011
3
KinematicaKinematica
),,( Z Y X
Descrierea completă în spaţiu a unui
segment corporal: 15 variabile
1)X
Y
)(
)(
)(
),,(
),,(
,
,
,
yz xy
yz xy
yz xy
Z Y X
Z Y X
2)
3)
4)
5)
6)
7) )(
)(
,
,
yz xy
yz xy
CM
Z
KinematicaKinematica1
21
Corpul uman=
12 Segmente x 15 variabile
180 variabile
HAT – head-arms-trunk (cap-brate-trunchi)
Mersul simetric=
1(HAT)+3(MI)=4 Segmente
36 variabile
Parametrii kinematici:Parametrii kinematici:• Deplasări liniare şi unghiulare;
– Relative (un segment în raport cu altul, unghiurile articulare); – Absolute (unghiurile segmentelor corporale faţă de un reper exterior)
• Viteze liniare şi unghiulare; ),,( Z Y X
» Relative» Absolute
• Acceleraţ ii liniare şi unghiulare;
» Relative» Absolute
)(
)(
)(
),,(
),,(
,
,
,
yz xy
yz xy
yz xy
Z Y X
Z Y X
)(
)(
,
,
yz xy
yz xy
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
4/15
17/10/2011
4
Tehnici de măsurareTehnici de măsurare
• Directe:
» Goniometrele;» Accelerometrele;
• Imagistice:» camere de filmat;» camere TV;» expuneri multiple;» Sisteme optoelectronice;
GGoniomeoniometretre
Clasificare:
1) d.p.d.v. Funcţional:
Rol: determinarea modificărilor în poziţie la nivelul unei articulaţii(ROM=range of motion)
• ecan ce rapor oare• Electrice
• Electronice2) d.p.d.v. Constructiv:
•Uni-planare•Bi-planare•Tri-planare
GGoniomeoniometretreRol: permit determinarea modificărilor în poziţie la nivelul unei articulaţii
(ROM=range of motion)
ţ i e
Semnal analogic:
U=KEӨ
AxăPC
Avantaje:
• în general necostisitoare;• semnal imediat către PC;
• rotaţia planar ă= f(planul de mişcare al articulaţiei)
Dezavantaje:
• se obţin valori relative;• necesită timp pentru montare;
•Incomode.
U n g h i a r t i c u l a
timp
Bra ţ e Poten ţ iometru
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
5/15
17/10/2011
5
GGoniomeoniometretreRol: permit determinarea modificărilor în poziţie la nivelul unei articulaţii
(ROM=range of motion)
Preţ: 500-2500 dolari
Firme producătoare:
AccelerometreAccelerometre
• Măsurarea acceleraţiilor :» video,» traductori de for ţă,» Accelerometre: dispozitive electro-mecanice
utilizate la determinarea acceleraţiilor
• Clasificare:
– d.p.d.v. functional:
» Piezoeletrice» Piezorezistiv
– d.p.d.v. al direcţiilor de măsurare:
» Uniaxiale» Triaxiale
AccelerometreAccelerometreAcceleraţia: măsoara variaţia vitezei în timp (accelerararea sau încetinirea )
Acceleraţie liniar ă:
a = (Vf – Vi) / t ime (m/s2) Vf , Vi = vitezele f inale/ in iţiale
Acceleraţie unghiular ă:
Aplicaţii în biomecanică:
- determinarea impactului cu solul în mersul normal, alergare, etc;- determinarea for ţei de impact la nivelul capului;
- măsurarea variaţiei acceleraţiei în diferite tipuri de mişcări;- etc.
= (f - i) / time (/s2 sau rad/s2) f, I = vitezele unghiulare finale-iniţiale
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
6/15
17/10/2011
6
AccelerometreAccelerometre
Acceleraţia: măsoara variaţia vitezei în timp (accelerararea sau încetinirea )
aat R1Ra
Man
m
R1
Rb
Avantaje:
- pot fi cuplate direct la PC
Dezavantaje: - valori relative;- cost ridicat;- sensibile laşocuri;- incomodează
U= K.an
Accelerometre
Acceleraţia: măsoara variaţia vitezei în timp (accelerararea sau încetinirea )
Endevco Corp - San Juan Capistrano, CA
Entran Devices Inc. - Fairfield, NJ
AccelerometreAccelerometre
• Valoarea maximă (pozitivă sau negativă)
• Timpul de accelerare/decelerare
• Acceleraţia medie
• Accelera iaîntr-un anumit moment
Factorii ce pot fi eterminaţI:
Importanţa determinării acceleraţiei:
• reprezintă o caracteristică importantă a mersului uman;• este legătura directă cu for ţa ( F= m . a);• maximizarea acceleraţiei determină optimizarea performanţei;• minimazarea acceleraţiei reduce riscul accidentării.
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
7/15
17/10/2011
7
Metode indirecte de determinareMetode indirecte de determinare
a parametrilor kinematicia parametrilor kinematici
• Cinematografia – Camere de 8 mm, 16mm,
35mm, 70 mm; – Tipul filmului = f(iluminare)
• Camerele TV – 50 cadre/min - Europa
– 60 cadre/min – SUA – pot fi reglate tr ălucirea, contrastul,etc
– Ex: Vicon, Motion Analysis,
Peak Performance• – markerii= becuri în IR, matrici de fotodiode;
activi/ pasivi
– pot fi reglate tr ălucirea, contrastul,etc
– Ex: Selspot, Wetsmart
• Avantaje: – Date absolute;
– Timp minim de aplicare;
– Preţ acceptabil pentru camerele TV
– Acurateţe în determinări.
Componenţa unui sistem deComponenţa unui sistem deanaliza mişcăriianaliza mişcării
Metode indirecte de determinare aMetode indirecte de determinare a
parametrilor kinematiciparametrilor kinematici
Laboratorul de analiza mişcării
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
8/15
17/10/2011
8
SistemulVICON
Rezultatele analizei kinematiceRezultatele analizei kinematice
Diagrame stick
Analiza kinematică a mi
şcării de întindere
în vederea apucării obiectelor
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
9/15
17/10/2011
9
Aplicaţiile sistemelor de analiza mişcării
Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor• RELATIVE (unghiuri articulare)= unghiul dintre axele longitudinale
ale două segmente adiacente
• ABSOLUTE (unghiuri segmentale)= unghiul dintre un segment şi orizontala
orientată spre dreapta
Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor• RELATIVE (unghiuri articulare)= unghiul dintre axele longitudinale ale două segmente adiacente
Observaţii:
1. Trebuie măsurate pe aceeaşi parte a articulaţiei
2. Poziţia complet extinsă este considerată ca fiindde 0 grade
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
10/15
17/10/2011
10
Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor• ABSOLUTE (unghiuri segmentale)
= unghiul dintre un segment şi orizontală orientată spre dreapta
Observaţii:
1. Trebuie măsurate în raport cu aceeaşidirecţie a orizontalei pentru toate segmentele
Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilor
Datele de bază în analiza mişcării =
coordonatele punctelor caracteristice ce se(x1,y1)
Cadrul 1
obţin prin digitizarea imaginilor înregistrate în
laboratorul de biomecanică(x2,y2)
(x3,y3)
(x4,y4)
(x5,y5)
(0,0)
Y
X
Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilorCalcularea unghiurilor absolutePe baza coordonatelor capetelor segmentelor
AC
=y2 – y1
(x1,y1)
(x2,y2)
BA
C
AB
x2 – x1
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
11/15
17/10/2011
11
Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilorCalcularea unghiurilor relative
a(x3,y3)
1. Teorema cosinusului
c2 = a2 + b2 - 2ab(cos)
(x1,y1)
(x2,y2)
b
c în care:
223
2
23 y y x xa
2122
12 y y x xb
Măsurarea unghiurilorMăsurarea unghiurilorCalcularea unghiurilor relative
2. Utilizând două unghiuri absolute cunoscute
= 1 + (180 - 2)
StandardStandardele CSBele CSB
Canadian
Society of Biomechanics
trunk hip
Poziţia anatomică
corespunde la 0 0
Unghiuri segmentale(absolute)
Unghiuri articulare(relative)
thigh
legfoot
knee
ankle
Vedere din dreapta
în plan sagital
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
12/15
17/10/2011
12
StandardStandardele CSBele CSBCanadian
Society of
Biomechanics
trunk hip
Vedere din
Unghiuri segmentale
(absolute)Unghiuri articulare
(relative)
thigh
legfoot
knee
ankle
stânga în plan
sagital
Standardele CSB
hip = thigh - trunk hip> 0: poziţie flexată hip< 0: poziţie (hiper-) extinsă
dacă panta graficului hip = f(t) > 0 flexie< 0 extending
coapsă
knee = thigh - leggenunchi
knee> 0: poziţie flexată knee< 0: poziţie (hiper-)extinsă
dacă panta graficului hip = f(t) > 0 flexie< 0 extending
ankle = foot - leg - 90o
dorsiflexie >0 flexie plantar ă (
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
13/15
17/10/2011
13
Convenţii de calculConvenţii de calcul
Unghiuri absolute
Unghiurile absolute pentru coapsă şi gambă definite într-unsistem de coordonate
Convenţii de calculConvenţii de calculConvenţia lui Winter
Ө trunk
Ө legӨ leg
Ө foot
Ө thigh
ExemplExempluuCunoscând coordonatele corespunzătoare şoldului, genunchiului şigleznei,obţinute în urma analizei kinematice a unei persoane în cursulmersului normal să se determine unghiurile coapsei, genunchiului şilabei piciorului
(4,10)Y
Unghiurile segmentale
thigh
leg
(6,4)
(5,0)
HIP....................(4,10)
KNEE...............(6,4)
ANKLE.............(5,0)
XO
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
14/15
17/10/2011
14
thigh = 108°
(4,10)
knee = thigh –
leg knee = 32
o
Exemplu
Y
segment angles
leg = 76°
(6,4)
(5,0)
knee
joint anglesUnghiurile segmentale Unghiurile articulare
XO
Exemplu de calcul
(4,10)
thigho108.4
6arctan180
4-6
4-10arctan180
o
o
thigh
Y
(6,4)
(5,0)leg
o76.0
1
4arctan
1-5
0-4arctanleg
XO
Unghiurile segmentale
Exemplu de calcul
(4,10)Y knee = thigh - leg
nee = 108.4o - 76.0o
joint angle (2)
,
(5,0)
knee
XO
= 32.4o
Unghiurile articulare
8/18/2019 Cursul 2-Kinematica 2011 Color
15/15
17/10/2011
Altă soluţie
(4,10)
aa =
b =
?
?Y
,
(5,0)
knee b
c =
knee
?
?
?XO
Exemplu de calcul(4,10)
(6,4)
a
c
Y
a 2 6 6 322 2 .
b 1 4 4 122 2 .
Unghiurile articulare
b(5,0)
knee
XO
c 1 10 10 052 2 .
c2 = a2 + b2 - 2ab(cos)
10.052 = 6.322 + 4.122 - (6.32)(4.12)(cos)knee= 180o - = 180o - 147.8o = 32.3o
1. Winter, D., A.1. Winter, D., A. Biomechanics and Motor Control of HumanMovement, John Wiley and Sons , 19922. Knudson, D., V. Fundamentals of biomechanics, Kluwer Academic /Plenum Publishers ,1 st Edition. 2003, New York3. Zatsiorsky, V., M., Kinematics of human motion, Human Kinetics1998
BibliografieBibliografie
4. http://drewsmith.org/Teaching, Introductory biomechanics, TESTE