Research on Biomedical Engineering
http://www.rbejournal.periodikos.com.br/article/doi/10.4322/rbeb.2011.001
Research on Biomedical Engineering
Original Article

Esteira instrumentada para medição da força de reação vertical do solo para análise de membros com próteses

A vertical ground reaction force-measuring treadmill for the analysis of prosthetic limbs

Bagesteiro, Léia Bernardi; Gould, David; Ewins, David John

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Resumo

Este artigo apresenta o desenvolvimento de uma esteira instrumentada projetada para utilização na avaliação de membros com prótese durante a corrida de indivíduos amputados. A esteira motorizada foi escolhida para este estudo devido as suas vantagens com relação às convencionais plataformas de força, e.g. diminuição do tempo de coleta de dados, espaço requerido para o laboratório, repetibilidade, velocidade constante e melhora da força estatística devido à aquisição de grande número de contatos sucessivos. A longo termo, o objetivo deste trabalho é investigar a corrida de indivíduos amputados e, portanto, identificar características membro/usuário da prótese, o que poderá melhorar o processo de treinamento e subsequentemente a experiência da corrida. Uma esteira existente foi modificada a fim de medir a força de reação do solo embaixo da cinta. Uma nova base para a esteira foi projetada usando técnicas de elementos finitos. Quatro transdutores biaxiais de força com extensômetros de resistência elétrica foram projetados e fabricados para medir as forças aplicadas. A esteira instrumentada foi calibrada e testada estática e dinamicamente, mostrando um erro máximo de ± 3% com um crosstalk de ± 4% nas forças horizontais, uma histerese até 8 N, e uma frequência natural de 250 Hz. Programas computacionais específicos foram desenvolvidos para capturar, processar e visualizar a informação relativa aos dados da marcha num formato apropriado para comparações entre membros esquerdo e direito. Um estudo piloto foi desenvolvido a fim de testar a esteira instrumentada na avaliação da corrida de amputados.

Palavras-chave

Análise de marcha, Esteira, Amputado abaixo do joelho, Prótese.

Abstract

This paper presents the development of an instrumented-treadmill, designed for use in the evaluation of prosthetic limbs during amputee running. The motorised treadmill was chosen for this study because of its advantages over conventional ground mounted force platforms, e.g. decreased time required for the datacollection, laboratory space required, repeatability, control of speed, and improved statistical power through collection of a high number of successive foot contacts. The long-term aim of this work is to investigate amputee running and thus identify prosthetic limb/wearer characteristics, which may improve the training process and subsequent running experience. An existing treadmill was modified to measure the ground reaction force underneath the belt. A new treadmill bed was designed using finite element analysis techniques. Four biaxial strain gauge transducers were designed and fabricated in-house to measure the applied loads. The instrumented-treadmill has been statically and dynamically tested and calibrated, showing a maximum error of ± 3% and crosstalk of ± 4% to the horizontal force components, a hysteresis up to 8 N, and a 250 Hz natural frequency. Associated software has been developed to capture, process and display information related to gait data in a format suitable for left and right limb comparison. A pilot study was conducted to examine the force-measuring treadmill for evaluating amputee running.

Keywords

Gait analysis, Treadmill, Lower-extremity amputee, Prosthesis.
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Res. Biomed. Eng.

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