Surgical correction of scoliosis: Numerical analysis and optimization of the procedure

A previously developed model is used to numerically simulate real clinical cases of the surgical correction of scoliosis. This model consists of one-dimensional finite elements with spatial deformation in which (i) the column is represented by its axis; (ii) the vertebrae are assumed to be rigid; and (iii) the deformability of the column is concentrated in springs that connect the successive rigid elements. The metallic rods used for the surgical correction are modeled by beam elements with linear elastic behavior. To obtain the forces at the connections between the metallic rods and the vertebrae geometrically, non-linear finite element analyses are performed. The tightening sequence determines the magnitude of the forces applied to the patient column, and it is desirable to keep those forces as small as possible. In this study, a Genetic Algorithm optimization is applied to this model in order to determine the sequence that minimizes the corrective forces applied during the surgery. This amounts to find the optimal permutation of integers 1, ... , n, n being the number of vertebrae involved. As such, we are faced with a combinatorial optimization problem isomorph to the Traveling Salesman Problem. The fitness evaluation requires one computing intensive Finite Element Analysis per candidate solution and, thus, a parallel implementation of the Genetic Algorithm is developed.

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.

Relatório de estágio em terapia manual ortopédica

Este estudo visa descrever o caso de um paciente de 63 anos que recorreu aos serviços de Fisioterapia após uma crise de lombalgia com 3 dias de evolução. O doente apresentava dor intensa situada entre a zona lombar e sacro-ilíaca direita (7/10-EVA), irradiando pelas cristas ilíacas, virilha e face anterior da coxa direita. A intervenção dividiu-se em duas fases: aguda e sub-aguda. A primeira exigiu uma abordagem limitada e essencialmente orientada para a mecânica articular, em que foram utilizadas técnicas de terapia manual. A segunda, com um quadro clínico menos doloroso, permitiu avaliar o comprometimento de outras estruturas, nomeadamente miofasciais e neurológicas. Entre as várias etiologias possíveis, foram encontrados sinais e sintomas consistentes com síndroma miofascial do músculo Psoas ilíaco. A intervenção incluiu técnicas de terapia manual, exercício terapêutico e educação do paciente. No final de 9 semanas de tratamento o paciente mantém limitações mínimas relacionadas com a mecânica articular que se traduzem pela sensibilidade em L4-L5 (3/10), e observa-se uma atitude menos sedentária comparativamente ao que se apurou antes desta ocorrência. A abordagem terapêutica foi fundamentada pela anatomia, biomecânica e raciocínio clínico, tendo em conta a evidência científica, experiência clínica e factores psico-sociais.

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

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

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).

Finite element studies of the mechanical behaviour of the diaphragm in normal and pathological cases

The diaphragm is a muscular membrane separating the abdominal and thoracic cavities, and its motion is directly linked to respiration. In this study, using data from a 59-year-old female cadaver obtained from the Visible Human Project, the diaphragm is reconstructed and, from the corresponding solid object, a shell finite element mesh is generated and used in several analyses performed with the ABAQUS 6.7 software. These analyses consider the direction of the muscle fibres and the incompressibility of the tissue. The constitutive model for the isotropic strain energy as well as the passive and active strain energy stored in the fibres is adapted from Humphrey's model for cardiac muscles. Furthermore, numerical results for the diaphragmatic floor under pressure and active contraction in normal and pathological cases are presented.

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 em reabilitação neurológica

Mestrado em Fisioterapia.

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.

O uso de palmilhas de contato total e o impacte nas alterações posturais no trabalho em ortostatismo

Mestrado em Higiene e Segurança no Trabalho

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.

Efeitos imediatos da mobilização com movimento da rotação medial da tibio-femural m movimento da rot e movimento, em ind com flexão do joelho, na dor e na amplitude de movimento, em indivíduos com síndrome s da mobilização com dor e na amplitude de patelo-femural

Introdução: O síndrome patelo-femural é uma das disfunções músculo-esqueléticas mais comuns ao nível do joelho. É de etiologia multifatorial, sendo a rotação lateral da tíbia um dos fatores contribuintes, sendo que pode potenciar alterações da biomecânica da articulação patelo-femural por aumentar as forças de reação sobre a articulação. Brian Mulligan sugere que a técnica para a correção da rotação lateral da tíbia pode ser benéfica no alívio da dor e no aumento da amplitude de flexão do joelho, em pacientes com síndrome patelo-femural, apesar da evidência acerca da efetividade desta técnica ser ainda escassa. Objetivo: Avaliar os efeitos da técnica de mobilização com movimento de rotação medial da tíbio-femural com flexão do joelho, ao nível da intensidade da dor e da amplitude de movimento de flexão do joelho, durante o agachamento, em indivíduos com síndrome patelo-femural. Métodos: Estudo experimental, com uma amostra constituída por 20 estudantes universitários, do género feminino, com síndrome patelo-femural e dor ao agachamento bilateral. Estes foram distribuídos aleatoriamente por dois grupos: experimental (intervenção com técnica de mobilização com movimento) e placebo (intervenção placebo). Foram avaliadas a amplitude de flexão do joelho com um goniómetro eletrónico (Biometrics®) e a intensidade de dor com a Escala Visual Analógica, durante o agachamento bilateral, antes e imediatamente após as respetivas intervenções. O nível de significância foi de 0,05. Resultados: A realização da Análise da Covariância revelou que, relativamente à intensidade da dor, foi possível constatar que existiram diferenças significativas entre os dois grupos (p<0,001). Entre a avaliação inicial e a final, o grupo experimental diminuiu mais 2,1cm na Escala Visual Analógica do que o grupo placebo. Em relação à avaliação da amplitude articular, foi possível constatar que, existiram diferenças significativas, entre os dois grupos (p=0,004). Entre a avaliação inicial e a final, o grupo experimental teve mais 8,6º de aumento na amplitude articular do que o grupo placebo. Conclusão: Para indivíduos com síndrome patelo-femural, a técnica de mobilização com movimento para correção da rotação lateral da tíbia, parece ser benéfica no alívio da dor e no ganho de amplitude de flexão do joelho, analisando o movimento de agachamento bilateral.

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.

Desenvolvimento e validação de um sistema de recolha de sinal eletromiográfico baseado em placa de aquisição

A eletromiografia é, hoje em dia, uma das técnicas mais utilizadas no estudo dos músculos, estando presente em áreas como a medicina, a biomecânica e a fisiologia, possibilitando o desenvolvimento científico e contribuindo para proporcionar melhorias na qualidade da vida humana. Sendo assim, este trabalho apresenta um protótipo de um aparelho de aquisição de sinais eletromiográficos, explicando também toda a teoria, técnicas, componentes utilizadas e softwares que estiveram presentes na sua implementação. De uma forma sucinta, para a aquisição do sinal eletromiográfico usou-se uma placa de aquisição NI-USB 6009 e para a visualização do mesmo recorreu-se ao software LabVIEW. Para validar o sinal adquirido com o equipamento desenvolvido, utilizou-se um outro equipamento, o Biopac MP36 Student Lab System, fazendo-se assim recolhas de sinais eletromiográficos com ambos os equipamentos. Os sinais recolhidos pelos dois equipamentos foram analisados no software Acknowledge 3.9.0 (Biopac Systems, Inc.), podendo observar-se os espetros de frequência correspondentes a cada sinal e retirar valores para posterior análise estatística. Feita essa análise, concluiu-se que não foram detetadas diferenças significativas entre os sinais eletromiográficos recolhidos com ambos os equipamentos, validando-se assim, o equipamento desenvolvido.

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.