Processamento de dados Visual 3D

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1 Página 1 de 14 Processamento de dados Visual 3D Visão geral do programa O que é? Vantagens - Software de análise biomecânica, principalmente relacionado à análise e modelagem de movimento tridimensional. - Minimiza a necessidade de desenvolvimento de softwares para customizar a realidade da pesquisa. - Permite gerenciar dados de captura do movimento. - Durante o processo de análise, o software mantém os dados originais sem modificá-los, o que permite, o reprocessamento a qualquer momento Extensão dos arquivos CMO Arquivo que salva todo o ambiente de trabalho, ou seja, irá englobar os arquivos que são adicionados para análise, modelos, dados processados, assim como os relatórios produzidos. C3D Arquivo que representa cada coleta de dados Outras extensões também existem para salvar p.ex. o modelo utilizado na pesquisa como template Observação: Levar em consideração se algum procedimento já foi realizado no QTM. - Área de trabalho dividia em abas - Pipelines Organização básica Workspace Status Tab Local em que estarão presentes os arquivos de coleta (modelo, arquivos da coleta dos movimentos) Signal and Events Tab Local em que há a animação da coleta, conteúdo dos arquivos originais C3D, local em que os dados calculados serão exibidos, delimitação dos eventos. Models Tab Local em que será construído o modelo biomecânico Reports Tab Local em que irá definir e construir o relatório para ser impresso Real-Time Tab Local em que os dados podem ser vistos e processados em tempo real Conjunto de comandos para processamento de dados

2 Página 2 de 14 - Indicação do arquivo que está sendo analisado Criação do modelo - Clicar em Model/Create (Add Static Calibration File)/Hybrid Model form C3DFile - Na janela Select the calibration file for the new model, selecionar o arquivo de coleta estática exportado do QTM - O Visual 3D irá mudar para o modo Model Building Nesse momento, pode ser aplicado um Model Template, caso já exista algum salvo para a coleta de pesquisa. Do contrário, deve ser realizado a criação do modelo. Model Template Criação do modelo: - Criação de segmentos - É um arquivo ASCII que contêm as definições e especificações das marcas e segmentos. - Salvo como.mdh - Pode ser aplicado a diferentes voluntários Clicar na aba Models Ir em Segments Observar que já há opções de segmentos no próprio software. Contudo, pode ser criado também novos segmentos. Caso o processamento envolva somente dados cinemáticos, marcar a opção Kinematic only. Caso não seja somente cinemática, o software irá solicitar a massa corporal total e a altura. No segmento criado, definir as marcas anatômicas proximais e distais do segmento. As marcas serão aquelas já nomeadas no QTM. Indicar a marca lateral e medial de cada segmento. Observação: A referência de proximal e distal é o centro de massa. Nessa perspectiva, no caso do tronco as marcas mais inferiores são as marcas proximais e as mais superiores, as marcas distais. Observação: O modelo do Visual 3D é nomeado como sendo um modelo conectado, ou seja, a articulação é definida como a ligação (conexão mecânica) entre a parte distal de um segmento e a parte proximal do outro.

3 Página 3 de 14 A partir das marcas anatômicas definidas, o software determina a orientação dos eixos X, Y e Z. Definição das marcas de rastreamento (Tracking targets). No mínimo 3 marcas de rastreamento, não colineares. Clicar em Apply Ir em Segments Properties Comentar: Massa do segmento: É proporcional a massa corporal total e com uma constante (Dempster) Comprimento: Foi calculado com base na localização das marcas anatômicas Geometria do segmento: Os segmentos já nomeados pelo software apresentam essa característica pré-definida. Baseado nessas definições, o software já cria os valores inerciais e centro de massa. Clicar em Modify Segment Coordinate System - Todos os segmentos devem ter o mesmo sistema de coordenadas que deve ser o mesmo do laboratório; - Considerando dois sistemas de coordenadas, o Visual 3D realiza os cálculos entre pontos desses sistemas por meio de transformações de coordenadas que são expressas por meio de matrizes e computadas por meio de álgebra de matrizes. - Demais itens: Landmarks No caso da integração com o QTM, para a maior parte dos segmentos, não é necessária a criação de marcas extras. Subject Data/Metrics Observar que algumas variáveis são editáveis, como massa, altura, gravidade. As demais variáveis já foram calculadas pelo software e não há como editar. - Especificidade do Segmento Pé Rígido

4 Página 4 de 14 Ao considerar os marcadores anatômicos proximais para o segmento pé rígido como sendo os maléolos lateral e medial, o pé tende a ficar com o seu eixo em flexão plantar. Para minimizar esse problema, uma estratégia é criar o pé virtual, com o objetivo de deixar a articulação do tornozelo na posição zero grau na postura estática. O pé virtual pode ser criado por meio de dois métodos: Método 1 Definir o sistema de coordenada do segmento pé virtual como sendo o mesmo do segmento perna. Para isso é definido as mesmas marcas proximais e distais do segmento perna para o segmento pé virtual. - Na aba Segments, criar o segmento Right/Left Virtual Foot, indicar como sendo do tipo Visual 3D e marcar o item Kinematic Only. Observação: Somente análise cinemática pode ser realizada com qualquer segmento virtual. - Definir as marcas anatômicas como sendo as mesmas marcas proximais e distais da perna. - No item Extra Target to Define Orientation (if needed), colocar Location: Lateral: None - Definir as marcas de rastreamento como as marcas de rastreamento do segmento pé. Método 2 Esse método consiste em projetar as marcas usadas para definir o pé no mesmo plano, em que, por conveniência, pode ser utilizado o chão do laboratório. Criação de 3 marcas do laboratório: Landmark Name: Lab_Origin Starting Point: Não colocar nada Existing Segment: LAB Offset Using the Following ML/AP/AXIAL Offset Eixo ML=0, Eixo AP=0, Eixo Axial=0 Calibration Only Landmark: Deixar desmarcado Landmark Name: Lab_Y (Observação: Marca relacionada ao eixo ML) Starting Point: Não colocar nada Existing Segment: LAB Offset Using the Following ML/AP/AXIAL Offset Eixo ML=0.1, Eixo AP=0, Eixo Axial=0

5 Página 5 de 14 Calibration Only Landmark: Deixar desmarcado Landmark Name: Lab_X (Observação: Marca relacionada ao eixo AP) Starting Point: Não colocar nada Existing Segment: LAB Offset Using the Following ML/AP/AXIAL Offset Eixo ML=0, Eixo AP=0.1, Eixo Axial=0 Calibration Only Landmark: Deixar desmarcado Criação de 3 marcas projetadas Landmark Name: ML Floor (Observação: Marca projetada do maléolo lateral) Starting Point: Lab Origin Targets and/or Landmarks: Marcar Ending Point: Lab Y Lateral Object: Lab X Project From: ML (Observação: Marca do maléolo lateral) Calibration Only Landmark: Marcar Landmark Name: MM Floor (Observação: Marca projetada do maléolo medial) Starting Point: Lab Origin Targets and/or Landmarks: Marcar Ending Point: Lab Y Lateral Object: Lab X Project From: MM (Observação: Marca do maléolo medial) Calibration Only Landmark: Marcar Landmark Name: C5MT Floor (Observação: Marca projetada da cabeça do 5º metatarso) Starting Point: Lab Origin

6 Página 6 de 14 Targets and/or Landmarks: Marcar Ending Point: Lab Y Lateral Object: Lab X Project From: C5MT (Observação: Marca da cabeça do 5º metatarso) Calibration Only Landmark: Marcar Caso tenha a marca anatômica da cabeça do 1º metatarso Landmark Name: C1MT Floor (Observação: Marca projetada da cabeça do 1º metatarso) Starting Point: Lab Origin Targets and/or Landmarks: Marcar Ending Point: Lab Y Lateral Object: Lab X Project From: C1MT (Observação: Marca da cabeça do 1º metatarso) Calibration Only Landmark: Marcar Esse método não colocará a articulação do tornozelo a zero grau na postura ortostática (coleta estática), mas irá criar o sistema de coordenada do segmento paralelo ao plano do chão. Esse procedimento é conveniente para descrever o ângulo do segmento pé relativo ao laboratório, e também produz um ângulo do tornozelo que é próximo de zero na postura ortostática (se a perna está vertical, o ângulo será zero). Define Proximal Joint and Radius Lateral: ML Floor Joint: None Medial: MM Floor Define Distal Joint and Radius Lateral: C5MT Floor Joint: None

7 Página 7 de 14 Medial: C1MT Floor Extra Target To Define Orientation (if needed) Location: Lateral: None Select Tracking Markers Selecionar as marcas de rastreamento do pé Abrindo arquivos das coletas dinâmicas - File/Open/Add - Selecionar Insert new files into your currently open workspace - Clicar OK - Selecionar os arquivos desejados e clicar em Open - Verificar se os arquivos dinâmicos apareceram na coluna Motion Files, no modo Workspace - Para associar os arquivos dinâmicos abertos com o modelo: - No menu Model, selecionar Assign Model to Motion Files - Na próxima janela, indicar os arquivos que se deseja associar com o modelo e clicar em OK Analisando os arquivos das coletas dinâmicas - No modo Workspace, clicar duas vezes no arquivo dinâmico que se deseja analisar, ou selecionar alguma tag criada Criação de tags - Os arquivos dinâmicos podem ser associados por meio da criação de tags. Esse processo realiza o agrupamento de arquivos dinâmicos de forma que eles possam ser processados em conjunto. - Para criação de tags, clique no botão Add new file tag, presente no modo Workspace. - Identifique a tag criada por meio de um nome. - Para deletar uma tag: Quando nenhum arquivo é associado a uma tag, ao mudar para qualquer outra página, essa tag será excluída. - Processamento do sinal - Filtro e interpolação

8 Página 8 de 14 Interpolação Processo de preenchimento de lacunas na série temporal dos dados. Esse preenchimento é realizado por meio do ajuste de mínimos quadrados de polinômio cuja a ordem é determinada pelo usuário. Além disso, o usuário determina o Num Fit, em que se determina quantos quadros antes e após a lacuna serão usados para o cálculo dos coeficientes do polinômio, assim como o Maximum Gap, em que se indica a quantidade máxima de quadros que podem ser substituídos pelos valores da interpolação. Esse processo pode ser executado clicando com o botão direito no dado desejado ou por meio de Pipeline. Lowpass filter (Filtro passa baixa) Observação: O Visual 3D utiliza um filtro Butterworth Bidirecional de segunda ordem tanto para o filtro Lowpass quanto Highpass. A quantidade de vezes que o filtro passa determinada a ordem do filtro. Dessa forma, a ordem mínima do filtro, será de 4ª ordem (ou seja, ao selecionar passar uma vez). Esse filtro pode ser rodado ao clicar com o botão direito no dado que se deseja rodar ou por meio de comando Pipeline. O usuário pode determinar a frequência de corte (cutoff frequency). Para dados cinemáticos de marcha, de acordo com os estudos apresentados em Winter (2009), a frequência de corte mais indicada seria a 6 Hz. Como os filtros digitais não funcionam adequadamente no final da série de dados, o Visual 3D apara (buffer) a série de dados em suas duas extremidades. O usuário pode determinar para o dado ser refletido ao início e final da série e/ou que os dados sejam linearmente extrapolados ao início e ao fim da série de dados. Por exemplo, se for escolhido para refletir 10 pontos (# Samples reflected) e o tamanho do buffer é ajustado em 20, 10 pontos serão refletidos no início da série, enquanto que no final, 10 quadros serão adicionados na série de dados por extrapolação linear. Após o processo de filtragem, o buffer é retirado. Todo sinal processado irá aparecer em uma subpasta Processed. O Visual 3D criará somente uma pasta Processed, ou seja, essa pasta terá sempre o processamento mais recente do sinal. Se clicar com o botão esquerdo do mouse sobre a pasta, abrirá uma janela (Data View) com abas. Uma dessas abas é a Signal Processing History, em que são identificados todos os passos já realizados de análise. Caso se deseje proteger uma pasta Processed para não ser sobreposta no próximo processamento, a pasta deve ser renomeada. Assim, no próximo processamento, o Visual 3D irá criar uma nova pasta Processed.

9 Página 9 de 14 - Criação de ângulos - Processo pode ser realizado por meio do menu Model/Compute Model Based Data ou então por meio do Pipeline correspondente - Todo o processo de geração baseado no modelo (Compute Model Based Data), considerará a modelagem de corpos rígidos - Definição: O ângulo articular é definido como a orientação de um segmento relativo a outro. Esses segmentos não precisam necessariamente estar conectados ou nem mesmo perto um do outro. Ao iniciar o processo do Compute Model Based Data, irá abrir uma janela com os seguintes itens: - Data name: Colocar o nome do ângulo a ser criado - Model Based Item Properties: Selecionar Joint Angle - Negate: O Visual 3D sempre computa todos os sinais baseados na regra da mão direita. Essa regra consiste em alinhar o polegar na direção do eixo que deseja se analisar, a direção dos demais dedos indica para qual direção o movimento articular será positivo. A direção contrária será negativa. Por exemplo, no esquema abaixo, o polegar está alinhado com o eixo médiolateral do quadril, indicando que o movimento de flexão do quadril direito será positivo, enquanto o de extensão será negativo. Considerando essa regra, podem ocorrer diferenças entre os lados direito e esquerdo para um mesmo segmento, assim como pode ser gerado uma direção que irá contra a referência da literatura que está sendo utilizada para definição do que seria positivo ou negativo. Nesses casos, ao negar um eixo (X, Y ou Z), o dado gerado apresentará as direções (positiva ou negativa) invertidas do que seria a definição da regra da mão direita. - Normalization: O processo de normalização significa que quando os segmentos da coleta dinâmica estiverem na mesma postura relativa aos mesmos segmentos da postura estática, o ângulo articular será zero.

10 Página 10 de 14 Nesse processo, a posição ortostática da coleta estática e a coleta dinâmica devem estar alinhadas com os eixos do laboratório, o que nem sempre é possível. Assim, essa é uma opção que não é geralmente recomendada utilizar. - Segment e Reference Segment O Segment seria o segmento que se deseja analisar em referência a outro (Reference Segment). Por exemplo, para criação do ângulo do joelho, comumente utiliza-se como Segment como sendo a perna e o Reference Segment como sendo a coxa. Geralmente, o Segment é o segmento distal a articulação, enquanto o Reference Segment é o segmento proximal. - Resolution Coordinate System: - Para a definição dos movimentos do segmento no espaço, são necessários dois processos de transformação de coordenadas: Transformação das coordenadas globais de referência (coordenadas do laboratório) para às coordenadas das marcas de rastreamento e a transformação das coordenadas das marcas de rastreamento para as coordenadas das marcas anatômicas. Essas transformações ocorrem por meio de rotações, sendo necessário definir a sequência como os eixos irão rodar. Dessa forma, ao definir uma sequência de rotações: Y (médio-lateral), X (ântero-posterior) e Z (súpero-inferior), isso significaria que inicialmente rodou-se ao redor eixo Y primeiramente, sem seguida ao redor do novo eixo X (sua posição mudou devido a mudança do eixo Y) e por último, ao redor do novo eixo Z. De acordo com Winter (2009), a sequência X, Z, Y é conhecida como sistema de Cardan e a sequência Y, X, Z, como sistema de Euler. - O Visual 3D dá liberdade ao usuário para definir a sequência que desejar. - Clicar em Create - Logo em seguida, irá aparecer uma janela Processing Results. Essa uma janela que indica qualquer erro durante o processamento de dados solicitados. Ela também indica quais arquivos de coletas dinâmicas foram utilizados durante o processamento. Além disso, ao realizar algumas análises, essa janela também indicará todos os passos realizados durante a mesma, o que ocorre, por exemplo, ao se utilizar uma lista de comandos por meio do Pipeline. - Uma pasta (LINK_MODEL_BASED) será criada, em que conterá os resultados do ângulo pedido. - Explorando o dado criado: - Ao clicar com o botão direito do mouse no dado criado (dentro da pasta LINK_MODEL_BASED) há opções para: - Graph X; Graph Y; Graph Z: Criação de gráficos em cada eixo

11 Página 11 de 14 - Graph X, Y and Z: Criação dos gráficos nos três eixos - Remove All Graphs: Remover gráficos existentes no canto direito da janela. Esse comando também pode ser executado ao clicar com o botão direito do mouse na região dos gráficos. Ao realizar esse procedimento, haverá a opção de remoção de somente um gráfico ou de todos os gráficos. Na escolha da primeira opção, será aberto uma janela, em que o gráfico desejado pode ser escolhido para remoção. - Delete Data: Apagar o dado criado - Generate Metric: Opção com alguns comandos para análise, como média do dado, que podem também ser encontrados por meio do Pipeline - Criação de Momento Articular - Pressupostos: - Forças articulares são iguais e opostos ao redor da articulação. - Momentos articulares são iguais e opostos ao redor da articulação - O Visual 3D calcula o Momento Interno - Na janela do Compute Model Based Data (a mesma janela para criação de ângulos articulares), considerar os itens: - Model Based Item Properties: Joint_Moment - Negate: A interpretação do que é positivo ou negativo é baseado na regra da mão direita, como na determinação dos ângulos. - Normalization: - Normalize using default normalization: Utiliza a massa do voluntário para normalizar - Normalize to local metric value: Utiliza outro valor calculado pelo usuário. Ao selecionar esse item, aparecerá as opções de outros valores para serem utilizados, dentro de Metric - Normalize to GLOBAL metric value: Similar ao anterior, exceto que assume que o sinal é GLOBAL. - Joint: Selecionar a articulação de interesse. Por exemplo, RKNEE (nome padrão) é parte proximal do segmento perna. - Resolution Coordinate System: Usualmente, seleciona-se o segmento proximal à articulação que está sendo analisada

12 Página 12 de 14 - Criação de eventos Procedimento para delimitação de períodos para serem analisados na série temporal. Por exemplo, criação dos eventos contato inicial e retirada do pé para delimitação da fase de apoio da marcha. A criação de eventos pode ser feita de várias maneiras. Por exemplo, a literatura apresenta descrição para delimitação do evento contato inicial da marcha por meio cinemático (mínimo valor no eixo súpero-inferior da marca mais inferior do retropé) ou por meio cinético (quando a plataforma de força registra o primeiro valor em Z). Além de eventos característicos para cada movimento analisado, podem ser criados eventos para delimitação de outras variáveis de interesse específicos da pesquisa, como por exemplo, a determinação do evento início e fim para delimitar a o período da série temporal coletada para ser analisado. A criação dos eventos pode ser realizada manualmente ou por meio de Pipelines. - Determinação manual por meio de gráfico - Abrir o gráfico desejado, por exemplo, o eixo Z da força de reação do solo - Clicar duas vezes com o botão esquerdo do mouse no quadro em que ocorre o primeiro registro de força - Nomear o evento, por exemplo, CI (Contato Inicial) - Determinação por meio do Pipeline Automatic Gait Events Disponível quando a coleta utiliza plataforma de força - No comando Pipeline, selecionar Event Creation/Automatic_Gait_Events - Ao clicar duas vezes com o botão esquerdo do mouse no nome Automatic Gait Events, que aparece na lista de pipelines presente no meio da janela, abrirá a janela de edição desse comando. A edição também pode ser acessada clicando no botão Edit no canto inferior direito da janela Pipeline Workshop - Na janela de edição desse comando, o eixo que indica a direção da gravidade - Clicar em Done e em seguida em Execute Pipeline - Para destacar o evento no gráfico, clique com o botão direito no evento desejado dentro da pasta EVENT_LABEL e marque a opção Highlight Event on Graphs - Editando um evento: - Clicar no ícone EDIT EVENTS - Na janela que surgirá, o evento pode ser editado quanto ao quadro em que foi criado, copiado ou renomeado

13 Página 13 de 14 Criando Relatórios A aba Report apresenta as opções para criação de relatórios. No geral, as informações são gerenciadas nesse espaço por meio da determinação da página, linha e coluna. Cada página do relatório pode ter um número diferente de linhas e colunas, de acordo com desejo do usuário. Após a criação de um relatório modelo, o mesmo pode ser salvo como Report Template Report Template - Contém o layout da página dos gráficos e tabelas selecionados; - Não contêm dados, uma vez que cada gráfico está referenciando um local específico na área de trabalho; - Para reutilizar o template é necessário usar os mesmos nomes de marcas, eventos, métricas, abas, entre outros. - Relatório das variáveis espaço-temporais - No modo Report, selecionar Temporal and Distance Metrics em Item to add - Clicar em Add - Na janela seguinte, Edit Temporal Distance Properties, selecionar o nome dos eventos criados para os eventos indicados na janela (Left Heel Strike Label,..., Right Toe Off Label), assim como para as demais informações solicitadas. Caso haja somente parte das informações (por exemplo, somente foi avaliado um membro inferior), ainda sim pode ser gerado as variáveis espaço-temporais correspondentes ao dado coletado. - Relatório dos gráficos - Selecionar 2D Graph em Item to add - Clicar em Add

14 Página 14 de 14 1 Define a localização (Column, Row, Page) e o tamanho do gráfico (Span). A opção Span define o número de linhas e colunas que o gráfico irá ocupar. 2 Define a cor e estilo da linha, assim como permite a criação de linhas no gráfico para representar a média e o desvio padrão. 3 Define o grupo de arquivos que irá fornecer os dados para o gráfico. Dessa forma, pode ser colocado alguma tag criada no modo Workspace ou então selecionar ALL_FILES para que seja considerado todos os arquivos dinâmicos 4 Define o eixo X 5 Normaliza os dados para apresentação, como por exemplo, fase de apoio da marcha 6 Define o eixo Y 7 Permite a criação, visualização dentro da janela do gráfico 2D 8 Permite a criação de anotações específicas no gráfico