a w f we wydział wychowania...
TRANSCRIPT
![Page 1: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/1.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 1
Akademia Wychowania Fizycznego
we Wrocławiu
Wydział Wychowania Fizycznego
BIOMECHANICZNE PARAMETRY CHODU CZŁOWIEKA PO REKONSTRUKCJI
WIĘZADŁA KRZYŻOWEGO PRZEDNIEGO
Sławomir Winiarski
promotor
dr hab. Alicja Rutkowska-Kucharska,prof. AWF Wrocław
WprowadzenieBiomechaniczne parametry chodu
Knee kinematics
![Page 2: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/2.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 2
Cele
� weryfikacja pośredniej metody pomiaru siły reakcji podłoża w
chodzie patologicznym;
� wyznaczenie znaczących, biomechanicznych parametrów chodu
patologicznego monitorujących postępowanie fizjoterapeutyczne
u osób po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego;
� opracowanie metody badania chodu patologicznego przy użyciu
komputerowego systemu analizy ruchu SIMI Motion w
przestrzeni trójwymiarowej.
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
Hipotezy
� 1. Energia potencjalna szacowana na podstawie pomiaru amplitudy wychyleń środka ciężkości zmniejsza się w czasie trwania procesu fizjoterapii.
� 2. Siła reakcji podłoża uzyskana w pomiarze pośrednim jest istotnym miernikiem ilościowym i jakościowym lokomocji człowieka i jest statystycznie tożsama z pomiarem bezpośrednim.
� 3. Parametry biomechaniczne, tj.: długość kroku, prędkość chodu, czas podparcia, zakres ruchu w stawie kolanowym, amplituda wychyleńpionowych OSC, energia potencjalna, maksymalna siła reakcji, gradient
przyrostu siły i współczynniki asymetrii chodu ulegają istotnym zmianom w procesie fizjoterapii.
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
![Page 3: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/3.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 3
Materiał badawczy(N=161)
Eksperyment pierwszy(osoby zdrowe)
� 23 osoby (mężczyźni)
� wiek 20-25 lat
� masa ciała 62-96 kg
� wysokość ciała 172-190 cm
Grupa eksperymentalna(artroskopowa rekonstrukcja ACL)
� 86 osób (33K, 53 M)
� wiek 17-58 lat
� masa ciała 50-115 kg
� wys. ciała 158-192 cm
Grupa kontrolna(osoby zdrowe)
� 75 osób (31K, 44M)
� wiek 19-33 lat
� masa ciała 46-97 kg
� wys. ciała 158-191 cm
Eksperyment drugi
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
Okresy badawcze monitoringu rehabilitacji:badanie 1: 2-4 tydz., badanie 2: 3-8 tydz., badanie 3: 9-12 tydz.
Stanowisko pomiarowe
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
SIMISIMI®®
Certyfikat Systemu Jakości nr 1374-b/1/2004, PN-EN ISO 9001:2001
![Page 4: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/4.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 4
Metoda – Przygotowanie osoby badanejModel biomechaniczny
� głowa
� st. ramienny prawy
� st. ramienny lewy
� st. łokciowy prawy
� st. łokciowy lewy
� st. promieniowo-nadgarstkowy prawy
� st. promieniowo-nadgarstkowy lewy
� st. biodrowy prawy
� st. biodrowy lewy
� st. kolanowy prawy
� st. kolanowy lewy
� st. skokowy prawy
� st. skokowy lewy
� pięta prawa
� pięta lewa
� palce prawe
� palce lewe
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
znaczniki
Metoda – obliczenia wstępne
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
![Page 5: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/5.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 5
� Kartezjańskie składowe wektora GRF
� pionowa
� przednio-tylna
� boczna
Metoda Siła reakcji podłoża – metoda bezpośrednia
Siła reakcji podłoża – metoda pośrednia
oF++=⋅ QRam ( )gagaR +⋅=⋅+⋅= mmmg
gaR[BW]
gm
R +==
⋅
![Page 6: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/6.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 6
Siła reakcji podłoża – metoda pośrednia
( )gagaR +⋅=⋅+⋅= mmm
g
gaR[BW]
+=
( )
( )
≤<−⋅−
<≤−⋅−
≤≤⋅+⋅
=
323
23
2z
100
01
1z
21
z
tt t, dla tttt
)(tR
ttt, dla tttt
)(tR
ttdla ta(t), mgm
(t)R
Sato i Andrew (2002) (dla chodu prawidłowego)
Biomechaniczne parametry chodu – w monitoringu fizjoterapii ACL
� Parametry przestrzenne
� długość kroku podwójnego (m);
� długość kroku pojedynczego (m);
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
![Page 7: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/7.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 7
� Parametry czasowe� czas postawienia pięty (s);
� czas oderwania palców (s);
� czas trwania cyklu (s);
� czas trwania podporu (s);
� czas trwania wymachu (s);
� czas trwania pojedynczego podporu (s);
� czas trwania początkowego podparcia (s);
,
Parametry
� Parametry pochodne� częstotliwość kroczenia (kr.\s);
� prędkość chodu (m\s);
� względny czas podporu (%);
� względny czas wymachu (%);
� względny czas podporu pojedynczego (%);
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
![Page 8: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/8.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 8
Parametry� Kinematyka stawu kolanowego:
� w momencie pierwszego kontaktu stopy (kHS);
� maksymalnego zgięcia na początku podparcia (k1) oraz czas wystąpienia k1 (tk1);
� największego wyprostu w czasie pojedynczego podparcia (k2) oraz czas wystąpienia wartości k2 (tk2);
� w momencie oderwania palców na końcu podporu (kTO);
� maksymalnego zgięcia podczas fazy przeniesienia kończyny (k3) oraz czas wystąpienia maksimum (tk3);
180 - αααα
� maksymalnego wyprostu w fazie
przygotowawczej (k4) oraz czas
wystąpienia maksymalnego
wyprostu (tk4);
� zakres ruchu (Z);
)k,min(kkZ423
−=
Parametry� Trajektoria ogólnego środka ciężkości
� wartość położenia pionowego OSC w momencie pierwszego kontaktu (hmin1) oraz czas wystąpienia hmin1 (thmin1);
� największa wartość w czasie podporu pojedynczego (hmax1) oraz czas wystąpienia hmax1 (thmax1);
� najmniejsza wartość w czasie końcowego podwójnego podparcia (hmin2) oraz czas wystąpienia hmin2 (thmin2);
� największa wartość w czasie wymachu (hmax2) oraz czas wystąpienia hmax2 (thmax2);
� amplituda wychyleń pionowych OSC;
� energia potencjalna;
( ) ( )
H
hhh
w
−∆=∆
−= min2min1max2max1 h,hminh,hmax∆h
Lgm
EE
hgmE
p
wp
p
⋅⋅=
∆⋅⋅=
,
![Page 9: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/9.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 9
Parametry� Siła reakcji podłoża
� wartość siły reakcji na końcu początkowego podwójnego podparcia (FTO);
� maksymalna wartość siły (F1) oraz czas wystąpienia F1 (tF1);
� minimalna wartość siły (F2) oraz czas wystąpienia F2 (tF2);
� maksymalna wartość siły (F3) oraz czas wystąpienia F3 (tF3);
� wartość siły na początku końcowego podwójnego podparcia (FHS);
� gradient przyrostu maksymalnej wartości siły reakcji F1 (LR);
� gradient ubytku maksymalnej wartości siły reakcji F3 (ULR);
3
3
1
1
tt
FULR
t
FLR
St
F
−−=
=
Parametry
� Współczynniki asymetrii chodu:
� Robinson i wsp., 1987; Herzog i wsp., 1989; White i wsp., 1999:
� Chen, 2005:
( )100%
XX2
1
XXW1
PL
PL⋅
+⋅
−=
( )100%
X,Xmax
XXW2
norm..
norm..⋅
−=
pat
pat
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
![Page 10: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/10.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 10
Procedury
normalizacyjne
Pierrynowski i Galea (2001)Stansfield i wsp. (2006)
Wyniki
1. Weryfikacja metody pośredniej szacowania siły reakcji (test istotności różnic t-Studenta)
![Page 11: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/11.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 11
Wyniki
2. Monitoring fizjoterapii osób po rekonstrukcji ACL
� Parametry przestrzenne
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
(ANOVA - porównanie post-hoc metodą NIR)
� Parametry czasowe:
Wyniki - 2. Monitoring fizjoterapii
bad.1
bad.2
bad.3
(ANOVA - porównanie post-hoc metodą NIR)
![Page 12: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/12.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 12
Wyniki - 2. Monitoring fizjoterapii
� Kinematyka stawu
kolanowego:
(ANOVA - porównanie post-hoc metodą NIR)
Wyniki - 2. Monitoring fizjoterapii
� Trajektoria
ogólnego
środka ciężkości:
(ANOVA - porównanie post-hoc metodą NIR)
![Page 13: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/13.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 13
Wyniki - 2. Monitoring fizjoterapii
� Siła reakcji
podłoża:(metoda pośrednia)
(ANOVA - porównanie post-hoc metodą NIR)
Wnioski
1. Parametry biomechaniczne podstawowe (tj. przestrzenne: długość kroku pojedynczego kończyny rekonstruowanej długość kroku podwójnego i asymetria kroczenia; czasowe: średnia prędkość chodu, względny czas podparcia na kończynie rekonstruowanej, względny czas podparcia pojedynczego na kończynie rekonstruowanej i asymetria podporu; kątowe: kąt maksymalnego zgięcia w podporze pojedynczym, kąt maksymalnego wyprostu w podporze pojedynczym, kąt maksymalnego zgięcia w wymachu, asymetria zginania i prostowania, zakres ruchu w stawie kolanowym i asymetria zakresu ruchu) i dodatkowedodatkowe (tj. energetyczne: minimalne pionowe obniżenie OSC, maksymalne pionowe uniesienie OSC, amplituda wychyleń pionowych OSC, asymetria wychyleń pionowych, względna energia potencjalna i asymetria energii potencjalnej, oraz dynamiczne: maksymalna siła na początku pojedynczego podparcia (F1), szybkość narastania siły maksymalnej, minimum lokalne siły na środku podparcia pojedynczego, maksymalna siła na końcu pojedynczego podparcia i szybkość ubywania siły maksymalnej na końcu podwójnego podparcia) istotnie różnicują chód osób po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego.
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
![Page 14: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/14.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 14
Wnioski
2. Biomechaniczne parametry chodu zmieniają się istotnie w trakcie procesu fizjoterapii, a w szczególności:
� istotnie rośnie: długość kroku pojedynczego kończyny rekonstruowanej; długość kroku podwójnego; względny czas podparcia na kończynie rekonstruowanej; średnia prędkość chodu; względny czas podparcia pojedynczego na kończynie rekonstruowanej; kąt maksymalnego zgięcia w podporze pojedynczym; kąt maksymalnego wyprostu w podporze pojedynczym; kąt maksymalnego zgięcia w wymachu; zakres ruchu w stawie kolanowym; maksymalne pionowe uniesienie OSC; amplituda wychyleńpionowych OSC; maksymalna siła na początku pojedynczego podparcia; szybkość narastania siły maksymalnej; maksymalna siła na końcu pojedynczego podparcia; szybkość ubywania siły maksymalnej na końcu pojedynczego podparcia;
� istotnie maleje: asymetria kroczenia; asymetria podporu; asymetria zginania i prostowania; minimalne pionowe obniżenie OSC; asymetria wychyleńpionowych; względna energia potencjalna; asymetria energii potencjalnej; minimum lokalne siły na środku podparcia pojedynczego;
Wnioski
3. Wydatek energetyczny (względna energia potencjalna) szacowany na podstawie pionowych wychyleń OSC człowieka zmniejsza się istotnie w kolejnych tygodniach fizjoterapii i może być parametrem determinującym chód naturalny człowieka.
4. Siła reakcji podłoża uzyskana w pomiarze pośrednim (z kinematyki ruchu OSC) jest tożsama z pomiarem bezpośrednim i może być użyta w pomiarze dynamiki chodu.
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego
![Page 15: A W F we Wydział Wychowania Fizycznegobiofizyka.awf.wroc.pl/omnie_pliki/s.winiarski_phdprez.pdf(test istotno ści różnic t-Studenta) materiały pochodz ąze strony Autor: dr in](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071406/60fc768c871a785e95790d54/html5/thumbnails/15.jpg)
materiały pochodzą ze strony
www.biofizyka.awf.wroc.pl
Autor: dr inż. S.Winiarski 15
Zalecenia
� Propozycja 13. parametrów istotnych w procesie fizjoterapii osób po rekonstrukcji ACL i istotnych w zdeterminowaniu chodu prawidłowego:
� parametry podstawowe:
(1) długość kroku pojedynczego kończyny rekonstruowanej;(2) asymetria długości kroku; (3) względny czas podparcia na kończynie rekonstruowanej;
(4) asymetria podporu;(5) średnia prędkość chodu;
(6) zakres ruchu w stawie kolanowym;(7) asymetria zakresu ruchu;
� parametry dodatkowe:(8) amplituda wychyleń pionowych OSC;
(9) asymetria wychyleń pionowych OSC;(10) względna energia potencjalna;(11) asymetria energii potencjalnej;
(12) maksymalna siła na początku pojedynczego podparcia; (13) szybkość narastania siły maksymalnej.
Biomechaniczne parametry chodu człowieka po rekonstrukcji więzadła krzyżowego przedniego