STRUMENTI PER L’ANALISI DEL MOVIMENTO Organizzazione della postura e del movimento Sistemi sensoriali Altri recettori Centri Superiori Centri Spinali Sistema Muscolare Sistema Meccanico MOVIMENTO POSTURA Organi del Golgi Fusi Muscolari Università degli studi di Cagliari Forze esterne Non solo cammino ANALISI DEL MOVIMENTO Università degli studi di Cagliari MAL Università degli studi di Cagliari TIPI DI MISURA Università degli studi di Cagliari 5 TIPI DI MISURA MODELLI Università degli studi di Cagliari 6 FASI TEMPORALI: FOOTSWITCH Solette plantari, basate su sensori FSR (Force Sensitive Resistors) sensibili alla pressione (on-off). L’appoggio delle diverse zone plantari chiude il circuito originando un segnale elettrico di ampiezza predeterminata. La compressione di più are è evidenziata dal segnale somma di uscita. Università degli studi di Cagliari SPOSTAMENTO ANGOLARE Trasformazione della variazione variazione di tensione elettrica) angolare Goniometri comparativi manuali (statici, qualità della misura bassa +/- 2°) Misurano lo spostamento angolare di due segmenti rigidi vincolati da un’articolazione. Qualità della misura dipendente da: - Allineamento dei bracci del g. con assi funzionali - Allineamento tra CdR dell’articolazione e del g. - Identificazione del CdR dell’articolazione dall’esterno Università degli studi di Cagliari in SPOSTAMENTO ANGOLARE Principi di funzionamento ELETTROGONIOMETRI α Trasduttore ALIMENTAZIONE CONDIZIONAMENTO V = f (α) α) Università degli studi di Cagliari Resistivi Avvolgimento Striscia mento Film plastici Induttivi Capacitivi Encoder Estensimetrici Ultrasuoni α = f(R) α = f(L) α = f(C) α = lettura ottica α = f(R) α = f(∆ fase) Caratteristiche Basso costo Rumore strisciamento Resistenza meccanica Alto costo, dimensioni Alto costo, dimensioni Dimensioni Alto costo Alto costo, grandi ROM APPLICAZIONI Analisi statiche Analisi specifiche Strumenti di esercizio (isocinetica) Organi meccanici (pedivella bicicletta) ELETTROGONIOMETRI ESTENSIMETRICI Elettrogoniometro: misura tramite estensimetri la deformazione attraverso la variazione di resistività di un resistore di caratterisitche fisico – geometriche particolari. Elettrogoniometri a strain gauges ∆ R / R = (1 + 2µ) (∆ L / L ) + (∆ ρ / ρ ) Effetto dimensionale * Università degli studi di Cagliari Effetto piezoresistivo L’uscita non è proporzionale alla posizione angolare di due corpi ottenibile attraverso una convenzione Euleriana o Cardanica. L’uscita può però essere facilmente trasformata in una di questa convenzioni. SPOSTAMENTO ANGOLARE Traslazione libera DEFORMAZIONE PLANARE Anima in materiale isotropo di sezione rettangolare con due strain gauges applicati ai lati opposti del materiale. Cavo di misura Slitta Cavi di connessione BIPLANARE Anima in materiale isotropo di sezione cilindrica con quattro strain gauges su quattro generatrici del cilindro. I diametri 1-2 e 3-4 sono perpendicolari Base 2 TORSIONALE Base 1 Anima in materiale isotropo di sezione cilindrica con due strain gauges avvolti a formare due eliche opposte. Università degli studi di Cagliari Applicazioni elettrogoniometri per l’analisi del movimento Università degli studi di Cagliari 13 ELETTROGONIOMETRI Permettono una misura diretta dell’angolo di un’articolazione, in modo che un braccio del goniometro sia attaccato ad un segmento, prossimale, mentre l’altro ad un segmento adiacente, distale. Forniscono in uscita una tensione proporzionale alla variazione angolare dell’articolazione. DIMENSIONI: non ci sono regole fisse dipendono dalla grandezza dell’articolazione del soggetto. FISSAGGIO: le due estremità vengono fissate dove è minimo il movimento tra la pelle e la struttura scheletrica sottostante e in modo che l’asse del goniometro sia allineato con l’asse dell’articolazione. Università degli studi di Cagliari 14 VANTAGGI - poco costosi facili da usare il segnale di uscita è immediatamente convertito sul PC e utilizzabile ridotto numero di attacchi sul corpo leggerezza misura accurata SVANTAGGI - angoli relativi e non assoluti valori diagnostici limitati - può essere richiesto un tempo eccessivo per applicarlo o allinearlo - movimento limitato e ostacolato se in numero elevato - sono richiesti goniometri più complessi per articolazioni che non si muovono come cerniere Università degli studi di Cagliari 15 Misura del movimento di flesso-estensione GINOCCHIO Università degli studi di Cagliari CAVIGLIA VELOCITA’ ANGOLARE GIROSCOPIO Misura della velocità angolare Costituito da: prisma triangolare di Elinvar trasduttori piezoelettrici Effetto accelerazione di Coriolis Errori: deriva non costante nel tempo per effetti termici Movimento strumenti cinematica Università degli studi di Cagliari ACCELERAZIONE La misura dell’accelerazione è una misura derivabile da: spostamento di un sistema del 2° ordine forza inerziale esercitata da una massa y y Y Y m k m µ x Cella di carico X Una scelta opportuna di m, k e µ garantisce la validità della relazione aY ≈ y aY = accelerazione del sistema y = spostamento di m rispetto al sistema Università degli studi di Cagliari x X La cella di carico misura F che è dipendente dalla massa. Eliminata la componente gravitazionale vale F = m aY F = forza misurata dalla cella m = massa agente sulla della aY = accelerazione del sistema ACCELEROMETRI Estensimetri di trazione Massa Massa: Frequenza naturale: Risposta in frequenza: Vantaggi: Svantaggi: bassa 1-2 g 2000 5000 Hz 0 1000 Hz misura accelerazioni statiche e dinamiche range limitato Massa: Frequenza naturale: Risposta in frequenza: Vantaggi: Svantaggi: bassa 1-2 g 20000 50000 Hz 0 5000 Hz range eccellente limitazioni per l’uso in statica Massa: Frequenza naturale: Risposta in frequenza: Vantaggi: Svantaggi: ridotta (microchip) 6000 Hz ± 2 g bassa, no impatti accuratezza accelerazioni bassa frequenza range limitato Estensimetri di compressione Massa Vite di precarico Piezoelettrico Movimento strumenti cinematica Armatura mobile Università degli studi di Cagliari SISTEMI INTEGRATI 53 mm 30 g 21 mm 38 mm IN FORMA TRIDIMENSIONALE ACCELERAZIONE LINEARE VELOCITA’ DI ROTAZIONE ORIENTAMENTO CAMPO GRAVITAZIONALE 5g e 18g 300 °/sec fondo scala Risoluzione Angolare 0,05° Accuratezza Statica: < 1° Accuratezza dinamica 2° Movimento strumenti cinematica Università degli studi di Cagliari Altri sistemi indossabili G-JUMP/G-WALK (BTS, It) Università degli studi di Cagliari SISTEMI INTEGRATI SENSORI INTEGRATI: FSR, Giroscopi, … Movimento strumenti cinematica Università degli studi di Cagliari SEGNALI ALGORITMI PRESSIONI DI INTERFACCIA La Pressione è il rapporto tra una Forza e una Superficie e la sua azione è perpendicolare alla superficie P=F/S [Pa =N / m2] La valutazione funzionale utilizza la misura delle pressioni di interfaccia sia per valutare la funzionalità del soggetto (es. pressione plantare), sia per valutare la funzionalità del dispositivo (calzatura, protesi, ortesi) utilizzato dal soggetto. Università degli studi di Cagliari Prof. Renato Rodano Movimento degli strumenti studi dinamica di Cagliari Università APPLICAZIONI Università degli studi di Cagliari
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