Towards an efficient and robust foot classification from pedobarographic images

O documento em anexo encontra-se na versão post-print (versão corrigida pelo editor).

Estudo de caso

História Clínica: Um paciente com história de diversas lesões nos membros inferiores foi intervencionado em ambos os pés, onde realizou uma tenossinovectomia dos peroneais com reparação de ruptura desses tendões (ao pé direito em 2006 sendo actualmente ao esquerdo). Avaliação Objectiva: Apresentava dor, edema, limitação articular de todos os movimentos da tibio-társica, fraqueza muscular, pés cavos e alterações do padrão de marcha e do equilíbrio. Objectivo: foi verificar se a mobilização com movimento (MWM) do astrágalo e da articulação tibio-peroneal inferior levava a uma diminuição da dor e aumentava a amplitude de dorsiflexão e inversão neste doente com pé cavo. Intervenção: foi realizada MWM do astrágalo e do perónio na articulação tibioperoneal inferior em descarga e em semi-carga, sendo mantida essa nova posição com uma ligadura de tape. Resultados: o paciente aumentou as amplitudes articulares em descarga e em carga, diminuiu o edema da perna e pé, aumentou a funcionalidade, mas em termos de força muscular não foram quantificadas alterações. Conclusão: mesmo o paciente tendo pé cavo e sequelas de uma tenossinovectomia dos peroneais, as manobras de mobilização com movimento do astrágalo e da articulação tíbio-peroneal inferior levaram a uma eliminação da dor e a um aumento da amplitude articular.

Soleus activity in post-stroke subjects: movement sequence from standing to sitting

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Spatio-temporal alignment of pedobarographic image sequences

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Comfort and functionality of pregnant women's feet study of kinetic parameters with silicon insoles

As gestantes, fruto das suas alterações fisiológicas e biomecânicas, constituem uma população de risco relativamente a dores ou lesões do sistema músculo-esquelético, nomeadamente, nos membros inferiores e coluna. Os objectivos deste estudo consistiram em avaliar: (i) a dor e o conforto dos pés durante a marcha: sem o uso de qualquer palmilha nas gestantes e no grupo de controlo; com a aplicação de uma palmilha de retropé e com a aplicação de uma palmilha completa (nas gestantes); (ii) a distribuição das pressões plantares e, (iii) as forças de reacção do solo nas mesmas condições experimentais. Avaliámos ainda a duração das diferentes fases do ciclo de marcha nas gestantes, com e sem palmilhas, e no grupo de controlo, sem o uso de palmilha. Os nossos resultados mostraram que: (i) as gestantes demoram mais tempo a completar a fase de apoio da marcha, (ii) têm um aumento significativo de dores nos pés, face ao grupo de controlo, (iii) as gestantes sentem menos dor e mais conforto quando realizam marcha, com palmilhas, especialmente com a palmilha completa, (iv) a palmilha completa redistribui as forças, diminui os valores de pressão e aumenta a área de contacto do pé com o solo. Os nossos resultados sugerem que, o uso da palmilha completa de silicone, durante a marcha, pode ser eficaz na melhoria da sintomatologia dolorosa e no aumento do conforto da grávida.

Comparative analysis of the ground reaction forces, during the support phase, in a group of pregnant women on their 3rd trimester of pregnancy and in a group of not pregnant women

PURPOSE: To analyze and compare the Ground Reaction Forces (GRF), during the stance phase of walking in pregnant women in the 3rd trimester of pregnancy, and non pregnant women. METHODS: 20 women, 10 pregnant and 10 non pregnant, voluntarily took part in this study. GRF were measured (1000 Hz) using a force platform (BERTEC 4060-15), an amplifier (BERTEC AM 6300) and an analogical-digital converter of 16 Bits (Biopac). RESULTS: The study showed that there were significant differences among the two groups concerning absolute values of time of the stance phase. In what concerns to the normalized values the most significant differences were verified in the maximums values of vertical force (Fz3, Fz1) and in the impulse of the antero-posterior force (Fy2), taxes of growth of the vertical force, and in the period of time for the antero-posterior force (Fy) be null. CONCLUSIONS: It is easier for the pregnant to continue forward movement (push-off phase). O smaller growth rates in what concerns to the maximum of the vertical force (Fz1) for the pregnant, can be associated with a slower speed of gait, as an adaptation strategy to maintain the balance, to compensate the alterations in the position of her center of gravity due to the load increase. The data related to the antero-posterior component of the force (Fy), shows that there is a significant difference between the pregnant woman’s left foot and right foot, which accuses a different functional behavior in each one of the feet, during the propulsion phase (TS).

Caracterização cinética e cinemática da marcha de indivíduos adultos obesos

O presente estudo apresenta a caracterização cinemática e cinética da marcha de indivíduos obesos. Envolveu instrumentos como Pedar-Novel, para recolha de dados da pressão plantar; Plataforma Bertec 4060-10, para dados de Força de Reacção ao Solo (FRS), Câmaras digitais Sony, 50Hz para ângulos do pé; IPAQ para dados de actividade física. Foram seleccionados individuos com IMC≥30Kg/m2, para o grupo experimental e com IMC≤ 30Kg/m2 para o grupo controlo. Os resultados mostraram pelos valores de FRS e respectivos tempos de ocorrência que indivíduos obesos, quando comparados com indivíduos eutróficos, exercem forças superiores ocasionando uma sobrecarga mecânica ao nível do sistema músculo-esquelético.

Relatório de estágio: intervenção em fisioterapia na sindrome da cirurgia lombar falhada

Introdução: A síndrome da cirurgia lombar falhada (SCLF) caracteriza-se pela persistência ou recidiva da dor ou aparecimento de novos sintomas após discectomia, descompressão de canal estreito ou artrodese lombares. Objectivos: O objectivo deste estudo foi descrever a abordagem em fisioterapia de um caso com Síndrome da Cirurgia Lombar Falhada e avaliar os seus efeitos na funcionalidade e sintomatologia dolorosa neste indivíduo. Metodologia: A amostra foi constituída por um sujeito com 41 anos, trabalhador da construção civil, apresentando dor lombar com irradiação para o membro inferior, após ter sido submetido a discectomia lombar e artrodese, que realizou sessões de fisioterapia convencional antes e depois da cirurgia, e que apresentava sinais compatíveis com compressão radicular. A intensidade da dor foi medida através da escala visual analógica (EVA), as amplitudes com o goniómetro universal, a funcionalidade foi avaliada utilizando o Questionário de Incapacidade Roland-Morris (RMDQ), o estado psicológico foi avaliado através da “Escala de Desânimo Associado à Dor” e do “Inventário de Convicções e Percepções Relacionadas com a Dor”. Resultados: A dor era inicialmente em média de 5,5/10 EVA, sendo de 3,4/10 EVA no final do tratamento. Quanto à funcionalidade (RMDQ) esta variou de 14/24 no início para 17/24 no final. De uma forma geral, após a aplicação de técnicas para diminuir a tensão do piriforme, técnicas neuurodinâmicas e um programa de exercícios para melhoria do controlo motor, o paciente apresentou alívio das queixas de dor na nádega esquerda e anca, aumento da amplitude de rotação medial da coxo-femoral, ausência das parestesias na face plantar do pé esquerdo e melhoria das queixas de dor na face anterior e lateral da coxa. Verificamos que houve diminuição dos índices de dor e melhorias dos níveis de funcionalidade. Conclusão: Neste estudo de caso, foi salientado o processo de raciocínio clínico desenvolvido pelo fisioterapeuta: a interpretação dos dados da história e levantamento das primeiras hipóteses e a realização dos testes no exame objectivo, permitiram estabelecer um diagnóstico funcional e elaborar um plano de intervenção através do qual o utente recuperou parcialmente a sua funcionalidade e diminuiu os seus índices de dor.

Controlo postural na sequência de movimento de sentado para de pé em crianças com alterações do desenvolvimento neuromotor

A Sequência de Movimento de Sentado para de Pé (SMSP) é um marco importante na independência funcional da criança, sendo a sua qualidade afetada em casos de alteração do controlo postural do tronco. É por isso motivo de especial foco neste estudo, como elemento avaliativo e interventivo. Este estudo tem como objetivo a análise da modificação de componentes motores relacionados com o controlo postural, durante a SMSP, em 5 crianças com alterações neuromotoras, face à aplicação de um programa de intervenção baseado no Tratamento de Neuro Desenvolvimento (TND). Foi para tal utilizada a análise cinemática da SMSP - nomeadamente as variáveis “variação do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco” e “variação do ângulo perna-pé” entre o momento inicial e o seat-off – complementada com a aplicação do Teste de Medida da Função Motora 88 (TMFM-88) e a Classificação Internacional da Funcionalidade Incapacidade e Saúde-Versão Crianças e Jovens (CIF-CJ), bem como a avaliação de componentes de movimento com recurso a registo de imagem. A análise cinemática demonstrou uma diminuição do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco na maioria dos casos, bem como uma maior mobilidade da tíbia sobre pé. Verificou-se um aumento do score final do TMFM-88, em todos os casos. A CIF-CJ não evidenciou alterações entre o início e o término do período de intervenção. O registo de imagem demonstrou alterações positivas visíveis no alinhamento de segmentos, nível de atividade, controlo postural, e recurso a estratégias compensatórias no conjunto postural sentado e na SMSP. Após o período de intervenção as crianças deste estudo evidenciaram modificações positivas nas variáveis em estudo, nomeadamente 1) diminuição do deslocamento dos segmentos cabeça e tronco na fase inicial da SMSP, 2) aumento da variação do ângulo perna-pé na fase inicial da SMSP, 3) aumento do score total da TMFM-88, 4) alteração positiva dos componentes de movimento alinhamento de segmentos e nível de atividade e 5) redução do recurso a estratégias compensatórias de movimento na SMSP. Estas modificações sugerem um controlo postural mais eficiente.

Inperlys – independente personal location system

O desenvolvimento de sistemas de localização pedestre com recurso a técnicas de dead reckoning tem mostrado ser uma área em expansão no mundo académico e não só. Existem algumas soluções criadas, no entanto, nem todas as soluções serão facilmente implementadas no mercado, quer seja pelo hardware caro, ou pelo sistema em si, que é desenvolvido tendo em conta um cenário em particular. INPERLYS é um sistema que visa apresentar uma solução de localização pedestre, independentemente do cenário, utilizando recursos que poderão ser facilmente usados. Trata-se de um sistema que utiliza uma técnica de dead reckonig para dar a localização do utilizador. Em cenários outdoor, um receptor GPS fornece a posição do utilizador, fornecendo uma posição absoluta ao sistema. Quando não é possível utilizar o GPS, recorre-se a um sensor MEMS e a uma bússola para se obter posições relativas à última posição válida do GPS. Para interligar todos os sensores foi utilizado o protocolo de comunicações sem fios ZigBee™. A escolha recaiu neste protocolo devido a factores como os seus baixos consumos e o seu baixo custo. Assim o sistema torna-se de uso fácil e confortável para o utilizador, ao contrário de sistemas similares desenvolvidos, que utilizam cabos para interligarem os diferentes componentes do sistema. O sensor MEMS do tipo acelerómetro tem a função de ler a aceleração horizontal, ao nível do pé. Esta aceleração será usada por um algoritmo de reconhecimento do padrão das acelerações para se detectar os passos dados. Após a detecção do passo, a aceleração máxima registada nesse passo é fornecida ao coordenador, para se obter o deslocamento efectuado. Foram efectuados alguns testes para se perceber a eficiência do INPERLYS. Os testes decorreram num percurso plano, efectuados a uma velocidade normal e com passadas normais. Verificou-se que, neste momento, o desempenho do sistema poderá ser melhorado, quer seja a nível de gestão das comunicações, quer a nível do reconhecimento do padrão da aceleração horizontal, essencial para se detectar os passos. No entanto o sistema é capaz de fornecer a posição através do GPS, quando é possível a sua utilização, e é capaz de fornecer a orientação do movimento.

Estudo comparativo entre criança com e sem joelhos valgos praticantes de hóquei em patins utilizando diferentes sistemas de análise

O presente estudo tem como objetivo comparar experimentalmente duas crianças praticantes de Hóquei em Patins, uma normal e uma com a patologia dos joelhos valgos, avaliando qualitativamente as diferenças posturais, estáticas e dinâmicas, decorrentes da utilização dos patins específicos desta modalidade, através do sistema de análise da Força de Reação do Solo (FRS), de Eletromiografia (EMG), de captura de movimento, e de modelação e simulação. Para atingir o objetivo definiu-se um protocolo de ensaios com as seguintes tarefas: repouso com e sem patins, marcha, corrida, deslizar com os dois pés apoiados e deslizar com o pé esquerdo levantado. No repouso avaliou-se a variação do ponto de aplicação da FRS da criança normal e patológica, com e sem patins. Ainda na tarefa de repouso avaliou-se também as componentes médio-lateral, antero-posterior individualmente e a componente vertical da FRS, juntamente com a atividade muscular dos músculos Gastrocnémio Medial (GM), Recto Femoral (RF), Vasto Medial (VM), Vasto Lateral (VL), Bicípete Femoral (BF), Semitendinoso (ST), Tensor da Fascia Lata (TFL), Gastrocnémio Lateral (GL), de forma a comparar os valores de intensidade de FRS e da atividade muscular dos diferentes instantes de tempo desta tarefa. Para as restantes tarefas apenas se avaliou individualmente as componentes médio-lateral e antero-posterior da FRS e a componente vertical da FRS juntamente com a atividade muscular dos referidos músculos, salientando as diferenças evidentes entre as curvas da criança normal e as curvas da criança patológica durante os diferentes instantes do movimento. Todas as tarefas referidas, exceto a tarefa de repouso com patins, foram ainda simuladas recorrendo a modelos músculo-esqueléticos. A partir destas simulações do movimento obtiveram-se os ângulos articulares e efetuou-se a respetiva análise. No final dos resultados obtidos apresentou-se uma tabela de resumo com o cálculo dos coeficientes de variação de cada grandeza, exceto nos gráficos da posição no espaço da FRS, onde se constatou que existe uma grande variabilidade inter-individuo em cada tarefa. A análise dos resultados de cada tarefa permite concluir que a utilização de patins pode trazer uma maior ativação muscular para a criança patológica, embora se verifique instabilidade articular. Apesar dessa instabilidade pode-se inferir que, uma maior ativação muscular decorrente da utilização de patins, tal como acontece na prática do hóquei em patins, pode trazer uma melhoria, a longo prazo, na estabilidade da articulação do joelho e na sustentação corporal, proporcionada pelo fortalecimento muscular.

In-shoe plantar pressures and ground reaction forces during overweight adults' overground walking

Purpose: Because walking is highly recommended for prevention and treatment of obesity and some of its biomechanical aspects are not clearly understood for overweight people, we compared the absolute and normalized ground reaction forces (GRF), plantar pressures, and temporal parameters of normal-weight and overweight participants during overground walking. Method: A force plate and an in-shoe pressure system were used to record GRF, plantar pressures (foot divided in 10 regions), and temporal parameters of 17 overweight adults and 17 gender-matched normal-weight adults while walking. Results: With high effect sizes, the overweight participants showed higher absolute medial-lateral and vertical GRF and pressure peaks in the central rearfoot, lateral midfoot, and lateral and central forefoot. However, analyzing normalized (scaled to body weight) data, the overweight participants showed lower vertical and anterior-posterior GRF and lower pressure peaks in the medial rearfoot and hallux, but the lateral forefoot peaks continued to be greater compared with normal-weight participants. Time of occurrence of medial-lateral GRF and pressure peaks in the midfoot occurred later in overweight individuals. Conclusions: The overweight participants adapted their gait pattern to minimize the consequences of the higher vertical and propulsive GRF in their musculoskeletal system. However, they were not able to improve their balance as indicated by medial-lateral GRF. The overweight participants showed higher absolute pressure peaks in 4 out of 10 foot regions. Furthermore, the normalized data suggest that the lateral forefoot in overweight adults was loaded more than the proportion of their extra weight, while the hallux and medial rearfoot were seemingly protected.

Complex-order dynamics in hexapod locomotion

This paper studies the dynamics of foot–ground interaction in hexapod locomotion systems. For that objective the robot motion is characterized in terms of several locomotion variables and the ground is modelled through a non-linear spring-dashpot system, with parameters based on the studies of soil mechanics. Moreover, it is adopted an algorithm with foot-force feedback to control the robot locomotion. A set of model-based experiments reveals the influence of the locomotion velocity on the foot–ground transfer function, which presents complex-order dynamics.

Influência do alinhamento do pé nos Ajustes Posturais Antecipatórios em crianças com Paralisia Cerebral

Introdução: A dificuldade na organização dos ajustes posturais antecipatórios (APAs) é frequentemente associada ao défice de controlo postural (CP) em crianças/jovens com um quadro motor de hemiplegia espástica, resultante de paralisia cerebral. As alterações biomecânicas da tibiotársica e do pé são características comummente observadas nestas crianças/jovens e influenciam o CP na sua globalidade. Objectivo(s): descrever o comportamento dos APAs associados ao início da marcha, face à modificação do alinhamento do pé em crianças/jovens com hemiplegia espástica, após 12 semanas de intervenção, segundo o Conceito Bobath-TND e aplicação de uma Ligadura Funcional (LF). Métodos: Foram avaliadas quatro crianças/jovens num momento inicial (M0) e após 12 semanas de intervenção e de aplicação de uma LF (M1). Recorrendo à eletromiografia de superfície, registaram-se os timings de activação dos músculos tibial anterior, solear, recto abdominal e erector da espinha (bilateralmente). O início do movimento foi calculado a partir da alteração do sinal obtido através da plataforma de pressões. Recorreu-se à aplicação da TMFM-88 para avaliar a função motora global e à aplicação da CIF-CJ para classificar a funcionalidade mediante as actividades e a participação. Procedeu-se ao registo de imagem para facilitar a observação/avaliação das componentes de movimento das crianças/jovens em estudo. Resultados: Após o período de intervenção, verificou-se uma modificação nos valores dos timings de ativação dos músculos em análise, que se aproximaram da janela temporal definida como APAs, bem como na distribuição de carga na base de suporte, nos scores da TMFM-88 e nos qualificadores das “Actividades e Participação”, sugestivos de uma melhor organização dos mecanismos de controlo postural. Conclusão: As crianças/jovens em estudo evidenciaram, após uma intervenção de fisioterapia baseada no Conceito Bobath- TND e aplicação de uma LF, uma evolução favorável tanto ao nível do CP da tibiotársica e do pé, apresentando timings de ativação muscular temporalmente mais ajustados à tarefa, com repercussões positivas nas actividades e participação.

Estruturas flexíveis multicamada para gestão de humidade

O conforto é uma necessidade para a maioria das pessoas. A busca de vestuário que se adapte às condições ambientais tornou-se essencial. Queremos materiais que nos mantenham quentes ou frescos, em condições de frio ou calor, e sejam capazes de nos manter secos se chover, ou se transpirarmos, devido a actividade intensa, ou simplesmente porque está quente. O objectivo principal deste trabalho era desenvolver uma estrutura multicamada respirável, para posterior aplicação num sapato perfurado, tornando-o respirável e impermeável. São já aplicados em peças de roupa e calçado, materiais que permitem essa gestão de calor e humidade – as membranas. Neste trabalho, foram apresentadas algumas membranas, de fabricantes e materiais diferentes, que foram testadas de modo a obter valores para a transmissão de vapor de água e classificá-las quanto à sua respirabilidade, relativamente a uma membrana de referência. Foram feitos testes com as membranas isoladas, laminadas e com sobreposição de duas membranas laminadas. Verificou-se que a laminagem não diminuía, substancialmente, a respirabilidade das membranas. Já a sobreposição de membranas, demonstrou diminuir em 35 % a respirabilidade das membranas. A membrana com melhor desempenho é constituída por um polímero de base éter e blocos de amida (PEBA). Ainda pouco aplicado em vestuário e calçado, mas com algum potencial, são os não-tecidos impregnados com polímeros super absorventes (SAP’s). Estes podem absorver até 500 vezes o seu peso em água, dependendo da quantidade de SAP’s com que o não tecido é impregnado e da aplicação final. Esta capacidade de adsorção seria uma mais-valia, em condições de chuva intensa, mas por outro lado, se atingir a saturação, não permite a entrada ou saída de ar, o que poderia levar a desconforto no utilizador. Por fim, foi utilizado um manequim térmico (pé), onde se testaram diferentes calçados, verificando-se que só é possível perder calor e vapor de água pela sola do sapato se esta se encontrar perfurada e utilizar um sistema respirável. Futuramente, pretende-se aplicar uma outra camada de não-tecido, na outra face das membranas já testadas, de modo a criar um sistema de 3 camadas, e testar a sua respirabilidade. Sugere-se, também, criar uma estrutura sólida e arejada para utilizar os não-tecidos impregnados em SAPs. Posteriormente, deve-se aplicar estas estruturas num sapato com a sola perfurada e testá-las no manequim térmico.