Research on Biomedical Engineering
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Research on Biomedical Engineering
Original Article

Uma interface força-pressão para a avaliação de força muscular

A force-pressure interface for muscle strength evaluation

Novo Junior, J.M.; Martins, L.E.B.; Cliquet Junior, A.; Gallo Junior, L.

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Resumo

caracterizado pela ação inibida do polegar (power grip). O projeto, a construção e uma aplicação de uma interface específica são apresentados, baseados nas características mecânicas de um diafragma metálico, ligado a sensores de pressão dentro de dispositivos hidráulicos, para a avaliação da força muscular. A interface é composta de um diafragma com um pistão fixado em sua área central. A borda do diafragma é rigidamente engastada dentro do dispositivo hidráulico. Os testes de calibração foram executados através de uma máquina de ensaio de materiais (Instron), quando verificou-se a ocorrência de linearidade (r = 0,98) entre o sinal de saída (0-5 V) com a carga aplicada (0-15 Kgf), a valores crescentes e decrescentes. A histerese para cada dispositivo descreveu uma diferença constante entre as curvas. Os resultados obtidos mostraram a possibilidade de aplicação dos dispositivos em testes de preensão. Uma empunhadura foi construída em poliestireno, cujo formato possibilitou o posicionamento da mão em power grip. Um sistema foi, então, montado, consistindo de um dinamômetro ligado a um microcomputador. Um registrador de oito canais proporcionou a adequada amplificação dos sinais analógicos de saída dos sensores, os quais são armazenados e processados em computador, após a conversão A/D. Num teste preliminar, um indivíduo sentado em posicionamento padrão foi instruído a executar, durante cinco segundos, esforço máximo de preensão. Após a aquisição dos dados, este sistema possibilita a análise qualitativa no sentido de permitir a comparação das formas das curvas força-tempo entre cada dedo. Portanto, a importância deste trabalho é demonstrada pela vantagem do sistema proposto identificar as contribuições individuais dos dedos à força de preensão total.

Palavras-chave

Diafragma metálico, Dinamômetro, Esforço isométrico, Força muscular, Preensão

Abstract

This study considers the development a dynamometer for measuring isometric forces generated on specific muscle strength test: the handgrip test. The model of prehension is characterized by no action of the thumb (power grip). The design, construction and an application of a specific interface based on the mechanical characteristics of a metal diaphragm linked to pressure sensors by a hydraulic system for muscle strength evaluation is presented. The interface is assembled by a diaphragm with a piston in its central area, held inside the device with its edge clamped rigidly. Calibration tests were performed using a Materials Testing Machine (Instron) and the linearity of the voltage output (0-5 V) for the upscale and downscale loading (0-15 kgf) was verified with a correlation coefficient of 0.98. The hysteresis of the diaphragm-based hydraulic devices, describes a constant difference between curves. The results obtained showed the feasibility of utilizing the device in handgrip tests. Thus, a handle was constructed in polystyrene, whose shape accords with the "power-grip" position of the hand. A system has been assembled, consisting of a PC-based hand dynamometer fitted with the hydraulic devices, linked to an ergonomic chair. An 8-channel programmable signal-conditioner recorder provided the adequate amplification of analog signals from the sensors that were collected by a software system for monitoring and controlling the Analog-to-Digital data acquisition board. In an early test of the hydraulic system, a subject was seated in a standardized position and was instructed to squeeze the dynamometer as hard could as possible during five seconds, in an isometric effort. After recording data, our system can be used in a first moment as a qualitative tool for analysis, permitting a comparison of force-time curve shapes among each finger. Therefore, the importance of this work is demonstrated by the advantage of the system to identify the fingers’ contributions to the handgrip. However, additional research on how the total handgrip is affected by fingers action have been developed.

Keywords

Metal Diaphragm, Handgrip, Muscle Strength, Hand Dynamometer, Isometric Effort
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