Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-01-06T13:15:09Z No. of bitstreams: 1 2015_ClaudiaPatriciaOchoaDiaz.pdf: 26753660 bytes, checksum: 15579b037057aaf08266122ead782a12 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-02-28T11:36:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_ClaudiaPatriciaOchoaDiaz.pdf: 26753660 bytes, checksum: 15579b037057aaf08266122ead782a12 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-28T11:36:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_ClaudiaPatriciaOchoaDiaz.pdf: 26753660 bytes, checksum: 15579b037057aaf08266122ead782a12 (MD5) / Esta tese propõe uma abordagem biomecânica para a caracterização da marcha de amputado de membro inferior, como um caso particular da marcha humana. O estudo foi dividido em duas partes. Na primeira parte, uma análise de marcha completa é executada a partir de experimentos realizados em sujeitos amputados e não amputados. Foram medidas diferentes variáveis cinemáticas e cinéticas, detectando assimetrias entre os membros amputados. Foi realizada uma avaliação quantitativa de simetria nos membros inferiores usando técnicas no domínio do tempo e da frequência. Os resultados obtidos, em termos de índices, confirmam as observações feitas na fase experimental. A segunda parte está orientada à análise de marcha usando o modelo SLIP (do inglês springloaded inverted pendulum), o qual explora o comportamento elástico das pernas para recriar o movimento periódico do centro de massa corporal (CoM) durante um ciclo de marcha. Foram realizadas comparações entre a saída do modelo e os dados reais dos resultados experimentais de ambos os grupos. O modelo foi capaz de representar ambas as situações: alto nível de simetria nas perna para uma marcha normal, e pernas assimétricas para uma marcha de amputado. Finalmente, é apresentada uma proposta para a estimação da rigidez da perna baseado em um filtro de Kalman estendido (EKF) utilizando o modelo SLIP. ________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This thesis proposes a biomechanical approach for the characterization of the lower limb amputee gait as a particular case of human gait. The study is divided in two parts. First, a complete gait analysis study is carried out by running some experiments in a non-amputee and an amputee group. Several kinematics and kinetics variables were measured and limb asymmetry in the amputee subjects was detected by visual inspection of the gait analysis results. A quantitative evaluation of limb symmetry was performed using techniques in the time and the frequency domain. The obtained results, in terms of indices values, confirm the observations from the experimental phase. The second part is oriented to the analysis of human walking using the spring-loaded inverted pendulum (SLIP) model, which exploits the elastic behavior of legs to recreate the periodical motion of the body center of mass (CoM) during a gait cycle. Comparisons were made between the model output and the real data from the experiment results of both groups. The model was capable of representing both situations: high level of leg symmetry for a normal gait, and asymmetric legs for an amputee gait. Finally, a proposal for estimation of leg stiffness based on a extended Kalman filter (EKF) using the SLIP model is presented.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2018. / A amputação é definida como a perda de parte do membro de um indivíduo. Sua alta incidência faz com que as pesquisas e busca pela melhora dos dispositivos que o auxiliem durante a realização das atividades de vida diária possam ser cada dia mais aprimorados. Portanto, o objetivo da pesquisa é determinar a melhor colocação dos marcadores reflexivos na pele do indivíduo a fim de comparar e analisar a marcha de um indivíduo amputado utilizando sua prótese e um indivíduo não amputado e assim dar indícios de melhoras para a fabricação de futuras próteses. Foi inicialmente testado um protocolo de análise de marcha com o auxílio do Qualisys Track Manager (QTM) juntamente com o suporte de vários outros softwares que auxiliaram na análise dos dados (Anaconda, Jupyter, Open Gait Analitics). Os locais de colocação dos marcadores determinados após as devidas análises dos estudos desses autores foram no quadril, coxa, joelho, perna e tornozelo. O protocolo foi testado pelos pesquisadores e dessa forma foi dado prosseguimento nas coletas de análise de marcha. Os resultados encontrados evidenciaram que os ângulos durante a marcha dos amputados se diferenciam muito do considerado normal e que essas alterações deveriam ser levadas em conta pelos fabricantes de próteses. O intuito é minimizar os efeitos que uma deambulação inadequada causa no indivíduo amputado e, assim, proporcioná-lo uma marcha o mais próximo possível da marcha fisiológica. Conclui-se que a marcha humana dos amputados é muito prejudicada pela adaptação ruim que a prótese tem no membro e no coto desses indivíduos e, que, possivelmente um trabalho ruim pós protetização possa ser o motivo de não haver sido sanado as debilidades encontradas na marcha após a colocação da prótese. / Amputation is defined as the loss of part of an individual's limb. Its high incidence makes that the researches and search for the improvement of the devices that help it during the accomplishment of the activities of daily life can be each day more improved. Therefore, the objective of the research is to determine the best placement of reflexive markers on the skin of the individual in order to compare and analyze the gait of an amputated individual using his or her prosthesis and an individual not amputated and thus provide evidence of improvements for the manufacture of future prostheses . A gait analysis protocol was initially tested with the help of the Qualisys Track Manager (QTM) along with the support of several other software that aided in analyzing the data (Anaconda, Jupyter, Open Gait Analytics). The sites of placement of the markers determined after due analysis of the studies of these authors were in the hip, thigh, knee, leg and ankle. The protocol was tested by the researchers and in this way was continued in the analyzes of gait analysis. The results showed that the angles during the walk of the amputees are very different from the normal ones and that these changes should be taken into account by the manufacturers of prostheses. The aim is to minimize the effects that an improper ambulation causes in the amputated individual and, thus, to provide a gait as close as possible to the physiological gait. It is concluded that the human gait of the amputees is greatly impaired by the poor adaptation that the prosthesis has on the limb and limb of these individuals and that, possibly, poor postprosthesis work may be the reason for not having solved the gait weaknesses after placement of the prosthesis.

Submitted by Fernanda Rodrigues de Lima (fernanda.rlima@ufpe.br) on 2018-09-28T22:24:37Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Vicente Júlio Barbosa de Lima.pdf: 3260180 bytes, checksum: 266a84db735351f521f495c4e7ab12d3 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-11-23T18:36:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Vicente Júlio Barbosa de Lima.pdf: 3260180 bytes, checksum: 266a84db735351f521f495c4e7ab12d3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-23T18:36:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO Vicente Júlio Barbosa de Lima.pdf: 3260180 bytes, checksum: 266a84db735351f521f495c4e7ab12d3 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / A cirurgia de amputação de membros é considerada o procedimento cirúrgico mais antigo da humanidade. Nas últimas décadas têm aumentado consideravelmente o número de pacientes jovens ativos que sofrem amputação e que necessitam de prótese como substituto do membro perdido. Esse estudo realizou análise comparativa entre a prótese passiva mais utilizada e a prótese ativa microprocessada. O objetivo da pesquisa consistiu em oferecer critérios técnicos para a modelagem de joelhos protéticos ativos, com uso de microprocessadores. Considerando a dimensão e as mudanças na vida de um jovem que é submetido a amputação, a pesquisa contribui para o desenvolvimento de novos estudos nessa área. Desta forma foi realizado mapeamento sistemático e revisão da literatura, antropometria com a avaliação do eixo anatômico e mecânico dos membros inferiores, avaliação cinemática e dinâmica com testes de circuito baseado no protocolo de teste da Ottobock®; cinética da marcha e comportamento do centro de pressão e centro de massa com utilização de baropodômetro. Assim, realizou-se uma descrição detalhada do mapeamento e da avaliação cinemática e dinâmica com elaboração de tabelas e imagens das forças de pressão e centro de massa. Observou-se melhor desempenho de função e mobilidade da prótese microprocessada em relação a prótese mecânica: menor alteração do eixo anatômico em relação ao eixo de carga; melhor equilíbrio do corpo, melhor resposta a mudanças espaciais e obstáculos, melhor a juste e controle do paciente sobre a prótese; menor força de atuação do solo sobre o coto; menor alteração entre o centro de gravidade do corpo e o centro de pressão do pé protético. Foram estabelecidos critérios técnicos biomecânicos para a modelagem de joelho protético e oferecido subsídio para futuros trabalhos para o desenvolvimento de joelhos protéticos ativos de baixo custo. / The limb amputation surgery is considered the oldest surgical procedure of humanity. In recent decades have greatly increased the number of active young patients suffering amputation and who need prosthesis as a substitute for the missing limb. This study was conducted comparative analysis of the most widely used passive prosthesis and microprocessor active prosthesis. The research objective was to provide technical criteria for modeling active prosthetic knees, using microprocessors. Given the size and the changes in the life of a young man who undergoes amputation, research contributes to the development of new studies in this area. Thus it was carried out systematic mapping and review of the literature, anthropometry with the assessment of the anatomical axis and mechanical lower limbs, kinematic and dynamic evaluation with circuit testing based on the test protocol Ottobock; kinetic gait and center of pressure behavior and mass center using baropodometry. Thus, there was a detailed description of the mapping and kinematic and dynamic evaluation with drafting tables and images of pressure forces and center of mass. There was better performance function and mobility microprocessor prosthesis in relation to mechanical prosthesis: minor change to the anatomical axis in relation to the load axis; body better balance, better response to spatial changes and obstacles, the better the juste and patient control over the prosthesis; lower ground actuation force on the stump; minor variation between the center of gravity of the body and the center of pressure of the prosthetic foot. Biomechanical were established technical criteria for knee prosthetic modeling and offered allowance for future work for the development of prosthetic knees low cost assets.