Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Antônio de Pádua Lima Filho / Banca: Augusto Cesinando de Carvalho / Resumo: Neste trabalho descreve-se um sistema constituído por duas plataformas de forças e seus respectivos circuitos de condicionamento e interfaceamento de sinais, projetado para medir a distribuição de descarga de peso na região plantar de pacientes. Em cada plataforma de força foram acopladas 24 células de carga construídas com extensômetros. As características estáticas do sistema foram determinadas em laboratório utilizando pesos conhecidos. O sistema apresentou linearidade, com coeficiente de determinação de 0,9997, baixa histerese, precisão de 0,84% e resolução de 0,5 N. As medidas são apresentadas na tela de um computador facilitando a visualização para especialistas da área, principalmente médicos, fisioterapeutas e terapeutas ocupacionais. Utilizando o sistema foram medidas as distribuições de peso na região plantar de 87 indivíduos sem hemiplegia (sem histórico de queixas de dores ou problemas no sistema neuromusculoesquelético) e de 10 hemiplégicos crônicos, com mais de um ano de hemiplegia. Estes foram submetidos à avaliação utilizando a Escala de Equilíbrio de Berg. Entre os indivíduos se hemiplegia, estudou-se mais detalhadamente um grupo de 15 bailarinos e um de 12 ginastas rítmicas. Determinou-se a relação entre a distribuição de pesos nos antepés esquerdo e direito de indivíduos sem hemiplegia e hemiplégicos com o sistema implementado. Através do sistema constatou-se que a relação entre a distribuição de pesos no antepé esquerdo e direito dos indivíduos hemiplégicos é muito mais elevada que a dos indivíduos sem hemiplegia. Este resultado era de se esperar, uma vez que o hemiplégico descarrega seu peso predominantemente no lado não plégico / Abstract: This work describes a system consisting of two force platforms and their conditioning circuits and interfacing signals, designed to measure the distribution of weight load on the plantar region of patients. Each force platform was constructed with 24 load cells with strain gages. The static characteristics of the system were determined in laboratory using known weights. The system showed linearity with determination coefficient of 0.9997, low hysteresis, accuracy of 0.84% and resolution of 0.5 N. The measurements are presented in a computer screen in a friend way for specialists in the health field, mainly doctors, physiotherapists and occupational therapists. Using the system we measured the weight distributions in the plantar region of 87 normal patients (no history of complaints of pain or problems in the neuromuscular system) and 10 hemiplegic, with more than a year of hemiplegia. The latter were evaluated using the Berg Balance Scale. Among normal subjects, we studied a further group of 15 dancers and one of 12 rhythmic gymnasts. The relationship between the distribution of weights in the left and right forefeet of patients with normal and hemiplegic was determined with the implemented system. Through the system we found that the relationship between weight distribution on the left and right forefoot of hemiplegic patients is much higher than that of normal patients. This result was expected, since the hemiplegic unloads his weight predominantly in non-paralyzed side / Mestre

Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Erica Regina Marani Daruichi Machado / Banca: Ernane José Xavier da Costa / Resumo: Por décadas, a aplicação de Estimulação Elétrica Neuromuscular (EENM) em pacientes paraplégicos e hemiplégicos tem melhorado significativamente sua qualidade de vida. Entretanto, comercialmente, essa técnica é aplicada sem o uso de uma lei de controle em malha fechada, o que limita sua eficiência. Assim, neste trabalho, projetou-se e implementouse um controlador PID embarcado para o uso com estimuladores elétricos neuromusculares. O projeto desse controlador se baseou em um modelo matemático linear de segunda ordem, que representa o comportamento da força muscular devido a um estímulo elétrico. Posteriormente, desenvolveram-se algoritmos na linguagem de programação Python que possibilitam o projeto automático de controladores PID com diferentes especificações para diferentes pacientes. Dessa forma, o usuário informa os parâmetros do paciente e as especificações desejadas para obter a configuração do controlador PID adequada. Além disso, desenvolveuse um programa em linguagem C para o microcontrolador PIC18F4520 que implementa este controlador utilizando o seu conversor A/D interno de 10 bits e um conversor D/A externo de 10 bits. Este controlador pode ser configurado via comunicação serial de forma simples e rápida, permitindo alterar os parâmetros do controlador PID e o tempo de amostragem. Por fim, os resultados obtidos a partir da simulação deste sistema no ambiente Proteus provou a viabilidade do controlador PID projetado. / Abstract: For decades the quality of life of hemiplegic and patients with spinal cord injuries has been improving through the research and use of Neuromuscular Electrical Stimulation (NMES) in rehabilitation engineering. However, most of the times it has been used without closed loop techniques, which is the approach used in this project, where an embedded PID controller has been designed and implemented to control the NMES. The plant to be controlled, i.e., the behaviour of the muscle response to an electrical stimulus, was represented using a secondorder linear model. The language Python was then used to develop PID control algorithms allowing the use of different specifications so that the user can supply the patient parameters to properly configure the PID controller for different patients. Later, these algorithms were implement in a PIC18F4520 microcontroller using C language, exploiting its internal 10 bit A/D converter and an external 10 bit D/A. The final circuit can be configured serially via a PC, adjusting the controller parameters and the sampling rate. The whole system was simulated in the Proteus environment, proving its viability. / Mestre

Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Augusto Cesinando de Carvalho / Banca: Cláudio Kitano / Resumo: Este trabalho descreve um sistema eletrônico implementado com o objetivo de monitorar os esforços exercidos pelos membros superiores e inferiores de pacientes. O sistema é constituído por transdutores, circuitos de condicionamento de sinais, circuito de comunicação e um software para a aquisição de dados, além da visualização em um microcomputador. São descritos dois tipos de transdutores, construídos com extensômetros metálicos, um para conexão em muletas e o outro projetado para ser inserido em palmilhas. Os fundamentos teóricos necessários para o projeto destes transdutores são apresentados, bem como os esquemas dos circuitos implementados. É descrita a metodologia utilizada para a determinação das características estáticas e dinâmicas dos transdutores. Estes apresentaram respostas lineares, excelente repetibilidade, e faixa dinâmica que atende às finalidades do projeto. Foi desenvolvido um software com interface gráfica contendo várias telas que possibilitam diferentes análises e armazenamento de informações. Utilizando o sistema, foram realizadas, com êxito, medições de forças exercidas pelos membros inferiores e superiores de pacientes normais e hemiplégicos. / Abstract: This work describes the development of a computer-based system able for monitoring forces acting on patients' upper and lower limbs. The system consists of insoles and crutches instrumented with load cells, signal conditioning circuits, data acquisition system, and a computer. The results of the static and dynamic measurements can be presented in the screen of a computer through graphs and tables, and stored in a data base, to follow-up the development of a patient treatment. The program was developed in Visual Basic, and the communication uses the USB port. All transducers presented linear response, small hysteresis, excellent repeatability and resolution. Static and dynamic measurements performed with the transducers are presented as well as the visualization of the forces exerted on the plantar area and upper limbs of healthy and hemiplegic patients. / Mestre