A cirurgia de Girdlestone é um procedimento que altera o estilo de vida dos pacientes gerando alterações na postura, na marcha e nas atividades de vida diária. Nesse contexto, as órteses de quadril são utilizadas como um adjunto no processo de reabilitação favorecendo o tratamento terapêutico, contudo órteses específicas para estes pacientes não estão disponíveis no mercado nacional. Assim, o estudo teve como objetivo desenvolver e confeccionar um protótipo de órtese de quadril e avaliar os efeitos e a segurança do dispositivo na reabilitação funcional dessa população. A participante da pesquisa realizou o Protocolo Fisioterapêutico do Hospital de Clínicas de Porto Alegre associado ao uso do protótipo de órtese de quadril. Os efeitos da órtese na reabilitação funcional foram avaliados através do questionário Harris Hip Score, teste de caminhada dos seis minutos e escala visual analógica da dor. A segurança foi avaliada através da análise dos dados registrados no formulário de eventos adversos. O dispositivo é composto por duas partes: uma cinta abdominal e uma cinta que envolve a coxa ligadas por faixas elásticas ajustáveis as quais proporcionam conforto além de facilidade para colocação. O estudo gerou resultados indicativos de que o dispositivo apresentado é viável e pode ser utilizado como adjuvante na reabilitação. O modelo proposto agregou melhora do desempenho físico, do alívio de dor, da funcionalidade além de ser seguro. Além disso, este estudo ofereceu um modelo de tecnologia assistiva confeccionado com custo inferior aos importados para o mercado. Contudo, é necessário um estudo mais amplo para gerar conclusões significativas. / Girdlestone procedure is a surgical operation that causes lifestyle changes in patients followed by modifications in posture, gait and activities in everyday life. In this context, hip orthoses are used as an adjunct in the rehabilitation process supporting the therapeutic treatment. However, these devices are not available in the brazilian market. Thus, the study aimed to develop and make a prototype of a hip orthosis and to evaluate the effects and safety of the device in the functional rehabilitation of this population. The research participant performed the physiotherapeutic protocol of the Hospital de Clínicas de Porto Alegre associated to the use of the hip orthosis’ prototype. The effects of orthosis on functional rehabilitation were rated by using the Harris Hip score, six-minute walk test and visual analogue pain scale. Safety was rated by analyzing the data recorded on the adverse events form. The device consists of two parts: an abdominal strap and a thigh-wrapped strap attached by adjustable elastic straps which provide comfort and make it easy to apply the product. The results indicated that the device is suitable and can be used as an adjuvant in rehabilitation. The proposed model promoted improvement in physical performance, pain relief, functionality and it’s also safe. In addition, this research developed an assistive technology model made at a lower cost than those ones imported. However, a larger study is needed to produce more meaningful conclusions.

Ankle foot orthosis (AFO) stiffness affects ankle range of motion but can also provide energy storage and return to improve mobility. To perform multiple activities during the day, a person may want to change their AFO stiffness to meet their activity’s demand. Carrying multiple AFO and changing the AFO is inconvenient and could discourage users from engaging in multiple activities. This thesis developed a new quick-release mechanism (QRM) that allows users to easily change posterior strut elements to change AFO stiffness. The QRM attaches to the AFO and requires no tools to operate. The new QRM includes a quick-release key, weight-bearing pin, receptacle anchor, and immobilization pin. A prototype was modelled with SolidWorks and simulated with SolidWorks Simulation. The QRM was designed to have no mechanical failure during intense activities such as downhill walking and running. Unlike a solid screw connection, the QRM needed an additional part to eliminate unsecured motion related to clearance between the quick release key and receptacle anchor. Mechanical test results and measurement data demonstrated no deformation on each part after mechanical testing. User testing revealed that, although the quick release mechanism can be locked or unlocked rapidly, the person’s posture when operating can facilitate strut swapping. A learning effect occurred by repeated practice. The Quick Release AFO (QRAFO) prototype verified the manufacturing feasibility of the QRAFO design. Overall, the novel quick release AFO improved strut swapping time without sacrificing device strength.

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Background: This study, the first of its kind, originated with the need for a brace (an ankle foot orthosis), to constrain ankle plantarflexion and dorsiflexion within a motion threshold of <5°. A conventional thermoplastic, solid brace failed during a quasi-static loading study, informing the investigation and development of an experimental carbon composite brace, maximizing stiffness and proximity of shank and foot cylindrical shells to provide the required degree of control. Methods: Two experiments were conducted: a quasi-static loading study, using cadaveric limbs (n = 2), and a gait study with healthy subjects (n = 14). Conditions tested were STOP, FREE, and CONTROL. Data for all studies were collected using six motion-capture cameras (Vicon, Oxford, UK; 120 Hz) tracking bone-anchored markers (cadaveric limbs) and skin-anchored markers (subjects). In the quasi-static loading study, loading conditions were congruent with the gait study. Study 1 involved a quasi-static loading analysis using cadaveric limbs, compared motion data from a conventional thermoplastic solid brace and the experimental brace. Study 2 involved quantifying ankle plantarflexion and dorsiflexion in subjects during treadmill walking, in brace STOP, FREE, and CONTROL conditions. Findings: The experimental brace in STOP condition consistently constrained ankle plantarflexion and dorsiflexion below the motion threshold of <5°, across all studies. Interpretation: Collectively, these findings demonstrate (1) that a conventional thermoplastic, solid brace was ineffective for clinical applications that required significant motion control, and (2) that ankle motion control is most effective when considered as a relationship between the brace, the ankle-foot complex, and the external forces that affect them both.

As progressivas inovações tecnológicas na área de engenharia mecânica contribuem para a adoção de novos procedimentos terapêuticos para programas de reabilitação. Este trabalho trata do projeto e desenvolvimento de um auxiliar deambulatório para ser utilizado como uma forma de dar continuidade à reabilitação clínica de pessoas com dificuldade ou incapacidade na marcha independente. Nesse sentido, procurou-se desenvolver um deambulador incorporando novas abordagens ao seu projeto mecânico básico, tais como novos materiais, fabricação e conformação da estrutura mecânica, bem como possíveis controles de mobilidade articulares. Nesse contexto, a relação peso-volume foi cuidadosamente explorada de forma a tornar um auxiliar eficiente na marcha de crianças e adultos com paralisia cerebral. Os deambuladores convencionais hodiernos são fundamentalmente caracterizados pelo nível de segurança proporcionada aos usuários em movimento, todavia não oferecem condições para o treino do autoequilíbrio, o que os torna dependentes de ferramentas de auxílio para a realização correta da marcha. Portanto, é importante desenvolver um deambulador autotransferente que satisfaça as restrições de projeto, com volume e peso mínimos, e que seja essencial para a reabilitação de pacientes com paralisia cerebral, sem torná-los dependentes pela ausência do autoequilíbrio. Esse equipamento promove a autotransferência e o treinamento do autoequilíbrio do usuário seja ele adulto ou criança. Neste projeto, o deambulador foi denominado de Auxiliar Deambulatório Autotransferente - ADA devido à ação recíproca da marcha que transfere o torque muscular do tronco inferior para a mobilização dos membros inferiores. Assim, o ADA poderá fornecer situações sinestésicas nas quais o autoequilíbrio do paciente será estimulado a se manifestar. Com isso, o paciente poderá estar apto para adquirir ou recuperar o autoequilíbrio e a confiança para efetuar o treino da marcha. / The progressive technological innovations in mechanical engineering contribute to the adoption of new therapeutic procedures for rehabilitation programs. This work addresses the design and development of an ambulatory aid to be used as a way to continue the clinic rehabilitation for people with difficulty or inability in walking independently. Accordingly, we sought to develop a deambulador incorporating new approaches to its basic mechanical design, such as new materials, manufacturing and conformation of the mechanical structure and possible controls of joint mobility. In this context, the volume-weight ratio has been carefully explored in order to make an assist in the efficient running of children and adults with cerebral palsy. The conventional modern-day ambulatory are fundamentally characterized by the level of security provided to users on the move, but do not offer conditions for the auto balance training, which makes them dependent on aid tools to achieve the correct gait. It is therefore important to develop an autotransfer deambulator satisfying the design constraints, with minimum volume and weight, and with the essential characteristic for the rehabilitation of patients with cerebral palsy, without making them dependent on the absence of auto balance. This apparatus that promotes autotransfer and training of auto balance for the user whether adult or child. In this project the deambulador was named Assistant Deambulator Autotransfer (Auxiliary Ambulation Autotransfer) - ADA due to the interplay of movement, which transfers the torque of the lower trunk muscles for the mobilization of the lower limbs. Thus, the ADA may provide situations in which the synaesthetic auto balance the patient will be encouraged to carry out. Thus, the patient may be able to acquire or retrieve the auto balance and confidence to make the training of the march.

Introdução: A distrofia muscular de Duchenne (DMD) é causada pela deleção ou deficiência do gene que codifica a proteína distrofina. Com a evolução da doença, ocorre um grande comprometimento na marcha com consequente perda da capacidade de deambulação, fato que causa grande impacto na qualidade de vida dos pacientes e de seus cuidadores. Recomendações para uso noturno da órtese suropodálica, também chamada AFO (Ankle-Foot Orthosis), já estão bem estabelecidos na literatura científica, porém o uso durante a deambulação ainda é incipiente. Recentemente, o uso da AFO articulada diurna foi avaliado e indicado como importante aliado no tratamento da reabilitação desses pacientes, capaz de minimizar as compensações características da doença e prolongar a marcha. Ainda assim, questões como o tempo recomendado para uso diário e efeitos do uso do dispositivo, a médio e longo prazo, aguardam investigações mais precisas . Objetivo: Identificar as adaptações cinemáticas e cinéticas da marcha de pacientes com DMD que fizeram uso da órtese tipo AFO articulada diurna durante dois períodos de três meses, pelo uso progressivo e livre, respectivamente. Método: A amostra foi composta por 8 pacientes deambuladores diagnosticados com DMD, de 6 a 10 anos de idade. As avaliações foram compostas por testes de força, medida da amplitude de movimento, teste de caminhada dos 10 metros, testes funcionais cronometrados, aplicação da escala de Medida da Função Motora (MFM) e análise cinética e cinemática da marcha, com órtese (CO) e sem órtese (SO). Cada voluntário participou de 4 avaliações ao longo de um período de 6 meses e fez um auto-relato do número de quedas. No período entre 1ª avaliação (AV1) e a 2ª avaliação (AV2) o paciente fez uso diurno da órtese durante 2 horas/dia que foi incrementado para 4 horas/dia (2º mês) e 6 horas/dia (3º mês), momento que foi realizada a 3ª avaliação (AV3). Entre o 3º e 6º mês, o voluntário ficou livre para usar, ou não, a AFO diurna. Ao final desse período, foi realizada a 4ª avaliação (AV4). Para análise dos dados, foi utilizado o teste de regressão linear com efeitos mistos (efeitos aleatórios e fixos) obtidas com o auxílio do Software SAS® 9.3. Os dados obtidos em nosso estudo foram comparados com dados normativos da literatura. Para os dados cinemáticos e cinéticos da marcha foram obtidas as médias, de 3 avaliações, dos picos máximos e mínimos dos parâmetros de cada fase da marcha (apoio e balanço) para cada paciente com e sem órtese. Posteriormente, foram calculadas as médias e os intervalos de confiança de cada grupo, com e sem órtese. Resultados: Os testes cronometrados demonstraram redução do tempo de subida de 4 degraus, sem órtese, quando comparados os tempos de execução na AV1 em relação à AV3 e na AV1 em relação à AV4 (p<0.05). A análise comparativa das médias de força muscular indicou que houve aumento significativo da força de flexores de joelho da AV3 para AV4, dos extensores de joelho da AV1 para AV3 e dos dorsiflexores da AV1 para AV3 e da AV1 para AV4 (p<0,05). A análise dos parâmetros espaço-temporais indicou diminuição da largura da passada (p<0.05) quando comparada a AV1 em relação à AV4 na situação sem órtese (AV1 vs AV4). Quando comparamos dados do grupo CO em relação ao grupo SO, pode ser observado que o grupo CO apresentou maior tempo do ciclo da marcha na AV1 (p<0.01), maior tempo de duplo apoio na AV1 (p<0.01), na AV2 (p<0.01) e na AV3 (p=0.02). Nas avaliações cinética e cinemática, a análise comparativa entre as condições com e sem órtese, na fase de apoio da marcha, indicou redução significativa dos seguintes 11 parâmetros, para condição CO: amplitude de abdução e adução (p=0.0002) e absorção de potência de quadril (p<0.0001), geração de potência de potência de tornozelo (p<0.0001). Outros parâmetros apresentaram aumento significativo na condição CO quando comparado à condição SO, fase de apoio: máximo momento extensor (p<0.0001) e geração de potência (p=0.0035) de quadril, máximo momento flexor (p<0.0001) e amplitud e de geração e absorção de potência (p<0.0001) de joelho, máximo ângulo de dorsiflexão (p<0.0001), máximo momento flexor plantar (p<0.0001) e absorção de potência (p<0.0001) de tornozelo. Na fase de balanço houve redução significativa para máximo momento extensor (p<0.0001) e geração de potência (p<0.0001) de quadril. Nesta mesma fase foi observado aumento significativo para máximo ângulo de flexão (p<0.0001) do joelho, máximo ângulo de dorsiflexão (p<0.0001), máximo momento flexor plantar (p<0.0001) e amplitude de momento dorsiflexor e flexor plantar (p<0.0001) do tornozelo. Foi observado ainda, na fase de balanço da marcha, aumento significativo na geração de potência de tornozelo (p=0.0251) nas AV1, AV3 e AV4, na condição CO quando comparada à condição SO. O efeito de interação das fases de apoio e balanço também indicou que a condição SO apresentou máximo ângulo de inclinação pélvica superior quando comparado à condição CO, nas AV2 (p=0.0011), AV3 (p=0.0024) e AV4 (p=0.0191). Conclusão: O uso diurno e progressivo da órtese AFO articulada, em situação de carga, provoca alterações biomecânicas positivas na marcha de pacientes com DMD que repercutem minimizando o número de quedas e favorecendo a funcionalidade geral das crianças . / Introduction: Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is caused by deletion or deficiency in the gene that encodes the protein dystrophin. The clinical evolution of this disease includes significant gait impairment with consequent loss of walking ability, and this fact causes negative impact on the quality of life of the affected ones and their caregivers. It has already been well established that there are beneficial effects of nocturnal use of Ankle Foot Orthosis (AFO), nevertheless, the discussion about the daytime use of articulated AFO is rare. Recently, the daytime use of AFO was evaluated and indicated as an important ally in the treatment of these patients, capable of minimizing the biomechanical compensations and prolonging gait cycle. Even so, some issues such as the recommended time and effects for daily use, in the medium and long term, await more precise investigation. Objective: To identify the effects of daytime use of articulated AFO on spatiotemporal, kinematic and kinetic gait parameters of DMD patients, during two periods of three months, by progressive and free use, respectively. Methods: Eight walking patients diagnosed with DMD between the ages of 6 and 10 years old were evaluated. The data were obtained according to the isometric muscle strength, joint range of motion, timed functional score, the Motor Function Measure (MFM) scale and gait analysis parameters, with (CO) and without (SO) AFO. Four evaluations were carried out over a period of six months and each volunteer self-reported your number of falls. During the first (AV1) and second (AV2) evaluation, patients u sed the daytime orthosis during two hours per day. This time was increased to four hours per day in the second month and six hours per day in the third month, then when the third (AV3) evaluation was conducted. Between third and sixth month, the use of the orthosis was optional. By the end of month six, the fourth (AV4) evaluation was conducted. The data were analyzed using the mixed linear regression model (Random and Fixed Effects) through the Software SAS® 9.3. The results obtained in the present study are compared with literature data. The means of 3 evaluations for the spatiotemporal, kinematic and kinetic gait data were obtained, for the maximum and minimum peaks of the parameters of each phases in a gait cycle (stance and swing) for each patient with and without orthosis. In the end, the means and the confidence interval were calculated for each group, with and without AFO. Results: The timed tests showed a reduction in time for climbing 4 steps without AFO, when compared the AV1 and AV3 runtime in relation to AV1 and AV4 runtime (p<0.05). The comparation of muscle strength showed a significant increase in knee flexor strength from AV3 to AV4, knee extensors from AV1 to AV3 and dorsiflexors from AV1 to AV3 and from AV1 to AV4 (p<0.05). The analysis of s patiotemporal parameters indicates a decrease in the width stride (p<0.05) between AV1 and AV4 without orthosis (AV1 vs AV4). When comparing CO with SO, CO group presented longer gait cycle in AV1 (p<0.01), longer double support phase in AV1 (p<0.01), AV2 (p<0.01) and AV3 (p=0.02). In the kinetic and kinematic evaluations, the comparative analysis between the conditions with and without orthosis in the gait stance phase indicated a significant reduction of the following parameters for the CO condition: adduction-abduction range of motion (p = 0.0002) and hip power absorption (p<0.0001) and ankle power generation (p <0.0001). Other parameters showed a significant increase in the CO condition when compared to the SO in stance phase: peak extensor moment (p<0.0001) and hip power 14 generation (p=0.0035), peak flexor moment (p<0.0001) and power generation and absorption range of motion (p<0.0001), peak dorsiflexion angle (p<0.0001), peak plantar-flexor (p<0.0001) and ankle power absorption (p<0.0001). In the swing phase, a significant reduction in the extension angle (p<0.0001) and hip power generating (p<0.0001). Also in swing phase, a significant increase for peak knee flexion (p<0.0001), peak dorsiflexion range of motion (p<0.0001), peak plantar flexor moment (p<0.0001) and ankle joint dorsiflexor and plantar-flexor range of motion (p<0.0001) were observed. Besides this, in the gait swing phase was observed significant increase in ankle power generation (p=0.0251) in AV1, AV3 and AV4 in the condition CO when compared to the SO condition. The interaction effect of stance and swing phases also indicated that the SO condition presented higher pelvic tilt angle when compared to the CO condition, in AV2 (p=0.0011), AV3 (p=0.0024) and AV4 (p=0.0191). Conclusion: Thus, the progressive use of Articulated Ankle Foot Orthosis (AFO) in loading response phase can change the gait pattern of patients with Duchenne muscular dystrophy. This result turn to positivity when the temporal, kinematic and kinetic gait parameters are evaluated.

A deformidade em pescoço de cisne é uma postura anormal do dedo caracterizada por hiperextensão da articulação interfalangeana proximal juntamente com a flexão da interfalangeana distal, que pode causar dor e incapacidade funcional. Na prática clínica, as órteses são amplamente aplicadas no tratamento conservador da deformidade, sendo indicados modelos adquiridos comercialmente ou confeccionados sob medida pelos terapeutas. Trabalhos anteriores do grupo de pesquisa propuseram um modelo de órtese articulada para correção da deformidade pescoço de cisne denominada AOA (Anel em Oito Articulado) que teve sua funcionalidade aprovada pelos voluntários da pesquisa. O presente trabalho objetiva a evolução deste projeto na busca de um modelo mais anatômico (maior conforto), mais funcional e melhorar a compreensão acerca da relação entre materiais, manufatura e custo da órtese. Para isto, foram utilizados os processos de Manufatura Aditiva (MA) ou impressão 3D e parametrização, que permite o redezenhar automaticamente a órtese. A metodologia aplicada foi baseada no desenvolvimento de produtos e otimização integrada entre a técnica e a participação de adultos, atendidos nos ambulatórios do HCFMRP-USP, que apresentam a deformidade a fim de identificar sua percepção acerca da experimentação. A metodologia foi dividida didaticamente em duas etapas. Na primeira, foram realizadas as medidas antropométricas de dedos com a deformidade, além da definição das medidas de referência para parametrização através de medidas das mãos dos pesquisadores e de clientes; na segunda etapa, foi realizada a otimização e a parametrização do desenho, foi testada a manufatura da órtese com diferentes materiais, teste de usabilidade, por teste de bancada com os pesquisadores e após aprovação foram experimentadas por dois clientes para avaliar a opinião e na sequencia, foi feita análise descritiva dos dados. As principais alterações do projeto atual sobre o original foram a substituição dos diâmetros das seções dos dedos pela altura e largura que as aproximou de formatos elípticos; aumentos e reposicionamentos dos apoios ao dedo; reposicionamento do eixo de rotação da articulação; alteração do ângulo de bloqueio segundo recomendação do terapeuta pela avaliação da deformidade; modelagem paramétrica e manufatura aditiva em resina de alta resistência. Foram realizados também ensaios mecânicos para avaliação das propriedades das resinas curadas e teste com sensor de força, para conhecimento da distribuição de pressão da órtese no dedo. O presente modelo possibilitou aos usuários um ganho em funcionalidade e conforto e através do desenho paramétrico e manufatura aditiva direta possibilitou a dispensação da órtese personalizada com maior agilidade, em poucas horas. A evolução da AOA foi considerada promissora pois apresenta uma ferramenta inovadora muito próxima da aplicação comercial para a resolução de um problema de saúde crônico. / The swan neck deformity is an abnormal posture of the finger characterized by the hyperextension of the proximal interphalangeal joint with distal interphalangeal flexion, which can cause pain and lead to functional disability. In clinical practice, the orthosis is widely recommended in the conservative treatment of the deformity, and both commercially-acquirable models and on demand models made by therapists can be indicated. The previous work of the research group proposed an articulated orthosis model for the correction of swan neck deformity called AOA (Articulated Eight-shape Ring) that had its functionality approved by the research volunteers. The present work aims to further develop this project by searching for a more anatomical and functional model, providing greater comfort, and seeking a compromise among materials, manufacture and cost of the orthosis. For this, the processes of Additive Manufacturing (MA) or 3D printing and parameterization were used, which allows the automatic redesign of the orthosis The applied methodology was based on the product development and the integrated optimization between the technique and the feedback of adult patients who were affected by the deformity and treated at the HCFMRP-USP ambulatories. The methodology was divided into two steps: firstly, the anthropometric measurements of the fingers with the deformity were carried out, and the reference measurements for parameterization were defined through the measurement of the researchers\' and the patients\' hands; secondly, the optimization and parameterization of the design was performed, followed by the manufacturing of the orthosis with different materials that were submitted to usability tests and a bench test with the researchers. After approval, the orthosis were tested by two patients in order to obtain their opinion, and subsequently, the descriptive analysis of collected data was established. When comparing the current design to the original one, the main changes were the replacement of the diameters of fingers sections by slightly elliptical formats, the enlargement and repositioning of the finger supports, the repositioning of the rotation axis of the joint, the alteration of the blockage angle according to the recommendation of the therapist to evaluate the evolution of the deformity, and the parametric modelling and additive manufacture in high strength resin. Mechanical tests were also carried out to evaluate the properties of the cured resins as well as load sensor tests to identify the pressure distribution from the orthosis to the finger. The present model provided the users with greater functionality and comfort. Moreover, the personalized orthosis can be fabricated in matter of a few hours due to the parametric design and direct additive manufacture. The evolution of AOA was considered promising as it presents an innovative tool very close to the commercial application for the resolution of a chronic health issue.

Ageing is linked to a decrease in mobility, which affects the quality of life of many elderly individuals. This is a growing challenge in industrialised societies since the proportion of elderly individuals is becoming larger. One potential solution that would keep these individuals active and independent is the use of mobility assist devices. These devices are designed to reduce the energy demand of the user with the use of electric motors providing torques at joints of the lower limb. Although promising, these devices have a problem: they become uncomfortable after prolonged usage. This is especially true for devices designed to produce substantial assistance. The research goal consisted of quantifying the performance of the physical interfaces, or points of attachments, of an experimental device with multiple interface adjustments. The device was fabricated with design criteria similar to active assist devices to simulate the mechanical behaviour of these particular devices. This analysis provided design recommendations that could ultimately enhance the performance of assist devices available on the market and thus the quality of life of many individuals. This research used force mapping and motion capture to quantify the kinetic and the kinematic compatibility of the device. Experimental results have shown that the position, shape and other parameters of the interfaces had an effect on the relative movement of the brace, or the brace performance. The device interface migration was greater when the interfaces were positioned furthest away form the joint. An increasing level of assistance showed more relative movement between the brace and the user. Interface geometry had a noticeable effect on force distribution over the interface. The results and methodology of this research offers an in depth understanding of the mechanical behavior of the physical interfaces of the developed assist device. Nevertheless, further research and development in the field of human machine interactions are needed in order to develop a physical human-machine interface that will ensure the success of powered assist devices in the future.