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
http://dx.doi.org/10.4322/rbeb.2011.001
Rev. Bras. Eng. Bioméd., vol.27, n1, p.3-11, 2011
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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.