Análise de coerência entre cinemática e atividade muscular simulada em modelo de pêndulo invertido triplo na postura ereta quase-quieta antes e após uma perturbação mecânica
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| Data de Publicação: | 2017 |
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | por |
| Fonte: | Repositório Institucional da UFG |
| Texto Completo: | http://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/7158 |
Resumo: | The analysis of muscle activation and the modeling of the human body as a triple inverted pendulum reveal some interesting quasi-quiet standing posture maintenance mechanisms not observable in simpler models. Studies have shown some patterns of coordination between body segments and muscles when standing under an upright position, but due to the use of simpler models they did not reveal the exact role of the knee in the upright posture. In this study, 25 young people participated in an experiment, in which kinematic data and force platforms were collected. A complex coherence and phase analysis was used between simulation of muscle activity, body segment kinematics and inverse dynamics, in order to verify if there is a difference between the signals before and after an induced disturbance, and how the trunk and knee joint behaves in a triple inverted pendulum model of the body. Complex coherence is an analysis in the frequency domain and reveals how well two signals correspond to one another. The activation of nine muscles was simulated, and the resulting torque using the inverse dynamics at the ankle, knee and hip joints was calculated, both using OpenSim software. The trunk worked in phase with leg and thigh at low frequencies, and switched to anti-phase at high frequencies. However, the trunk does not show significant coherence with any of the muscles analyzed besides moving in delay with respect to the torque in the hip, which suggests that the trunk oscillations occur passively. However, thigh and leg muscles activated in phase with trunk muscles, suggesting a relationship between the movement of these segments. However, it has to be considered that there are limitations in the simulations of muscle activation, so that future experimental studies that confirm the data presented here are necessary. The results show no significant difference between the pre-perturbation and post-perturbation oscillations, but there is a greater variability in the angular oscillations of the segments, indicating the challenge imposed to the postural control system and the work of recovering the disturbance. Patterns of muscular activation in the ankle and pelvis were compatible with previous studies, acting to maintain upright posture. |
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Studies have shown some patterns of coordination between body segments and muscles when standing under an upright position, but due to the use of simpler models they did not reveal the exact role of the knee in the upright posture. In this study, 25 young people participated in an experiment, in which kinematic data and force platforms were collected. A complex coherence and phase analysis was used between simulation of muscle activity, body segment kinematics and inverse dynamics, in order to verify if there is a difference between the signals before and after an induced disturbance, and how the trunk and knee joint behaves in a triple inverted pendulum model of the body. Complex coherence is an analysis in the frequency domain and reveals how well two signals correspond to one another. The activation of nine muscles was simulated, and the resulting torque using the inverse dynamics at the ankle, knee and hip joints was calculated, both using OpenSim software. The trunk worked in phase with leg and thigh at low frequencies, and switched to anti-phase at high frequencies. However, the trunk does not show significant coherence with any of the muscles analyzed besides moving in delay with respect to the torque in the hip, which suggests that the trunk oscillations occur passively. However, thigh and leg muscles activated in phase with trunk muscles, suggesting a relationship between the movement of these segments. However, it has to be considered that there are limitations in the simulations of muscle activation, so that future experimental studies that confirm the data presented here are necessary. The results show no significant difference between the pre-perturbation and post-perturbation oscillations, but there is a greater variability in the angular oscillations of the segments, indicating the challenge imposed to the postural control system and the work of recovering the disturbance. Patterns of muscular activation in the ankle and pelvis were compatible with previous studies, acting to maintain upright posture.A análise da ativação muscular e a modelagem do corpo humano como um pêndulo invertido triplo revelam alguns interessantes mecanismos de manutenção da postura ereta quase-quieta não observáveis em modelos mais simples. Estudos já demonstraram alguns padrões de coordenação entre os segmentos e músculos do corpo quando este se encontra sob uma perturbação em posição ereta, mas devido ao uso de modelos mais simples não revelaram o exato papel do joelho na postura ereta. Neste estudo, 25 jovens participaram de um experimento, no qual foram coletados dados cinemáticos e de plataformas de força. Foi utilizada uma análise de coerência complexa e de fase entre a simulação da atividade muscular, a cinemática dos segmentos corporais e a dinâmica inversa, com o objetivo de verificar se existe diferença entre os sinais antes e após uma perturbação induzida, e como se comportam tronco e articulação do joelho em um modelo de pêndulo invertido triplo do corpo. A coerência complexa é uma análise no domínio da frequência e revela o quão bem dois sinais correspondem um ao outro. A ativação de nove músculos foi simulada, e o torque resultante usando a dinâmica inversa nas articulações do tornozelo, joelho e quadril foi calculado, ambos utilizando o software OpenSim. O tronco trabalhou em fase com perna e coxa em baixas frequências, e muda para anti-fase em altas frequências. No entanto, o tronco não apresenta coerência significativa com nenhum dos músculos analisados além de se mover em atraso com relação ao torque no quadril, o que sugere que as oscilações do tronco ocorrem de forma passiva. Entretanto, músculos da coxa e da perna ativaram em fase com músculos do tronco, sugerindo relação entre a movimentação desses segmentos. Porém, há de se considerar que há limitações nas simulações da ativação muscular, de forma que estudos experimentais futuros que confirmem os dados ora apresentados são necessários. Os resultados encontrados não apontam diferença significativa entre as oscilações pré perturbação e pós perturbação, mas existe uma maior variabilidade nas oscilações angulares dos segmentos, indicando o desafio imposto ao sistema de controle postural e o trabalho de recuperação da perturbação. Padrões de ativação muscular no tornozelo e na pelvis foram compatíveis com estudos anteriores, agindo na manutenção da postura ereta.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade Federal de GoiásPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e da Computação (EMC)UFGBrasilEscola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RG)http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessAnálise de faseDinâmica inversaModelagem matemáticaControle posturalPhase analisysInverse dynamicsMathematical modelingPostural controlBIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOSAnálise de coerência entre cinemática e atividade muscular simulada em modelo de pêndulo invertido triplo na postura ereta quase-quieta antes e após uma perturbação mecânicaCoherence analysis between kinematic and simulated muscle activity in triple inverted pendulum model in quasi-quiet upright stance before and after a mechanical disturbanceinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis-5088589215393046129600600600600-7705723421721944646-10172551146380262152075167498588264571reponame:Repositório Institucional da UFGinstname:Universidade Federal de Goiás (UFG)instacron:UFGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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