Dispositivo para Análise Articular do Ombro Gerenciado por Software

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1 Dispositivo para Análise Articular do Ombro Gerenciado por Software Gabriela Alejandra Moya Fernandez 1, Helio Martucci Neto 1 e Ricardo Toshiyuiki Irita 1 1 Universidade de Mogi das Cruzes (UMC), Brasil. Resumo Durante o tratamento de reabilitação, a avaliação das dificuldades motoras apresentadas pelo paciente é realizada não somente para que o terapeuta defina qual o melhor tratamento a ser seguido, como também afim de verificar a evolução do paciente obtida com o tratamento proposto. Neste trabalho é apresentada uma ferramenta para auxiliar na análise angular da articulação de ombro, composto por sensores magnéticos gerenciados por um programa desenvolvido em Visual Basic, sendo que sensores do tipo acelerômetro também foram utilizados a fim de que permitir o acompanhamento da aceleração nos ângulos verificados. O sistema desenvolvido atendeu o objetivo proposto, e, mesmo que tenham sido escolhidos sete pontos de análise angular durante a execução do movimento de flexão de ombro, foi verificada a possibilidade na expansão dos ângulos a serem analisados, com a possibilidade de implementar esta metodologia para futuramente realizar análises angulares de outros segmentos de interesse. Palavras-chave: reabilitação, análise, ângulo, programa, sensor magnético, acelerômetro. Abstract - During the treatment in the rehabilitation, the evaluation of motor difficulties presented by the patient is carried not only for the therapist set the best treatment to be followed, but also to check the progress of the patient obtained with the treatment proposed. Therefore, in this work is presented a tool to assist in the angular analysis of shoulder joint, composed of magnetic sensors managed by a program developed in Visual Basic, and sensors of the accelerometer type also were used in the monitor the acceleration in angles checked. The system developed corresponded the goal proposed, and, even that have been chosen seven points of angular analysis during the execution of the shoulder movement, there was a possibility in the expansion of angles to be tested, with the possibility of implementing this methodology for in the future to make angular analysis in other segments of interest. Key-words: rehabilitation, analysis, angle, program, magnetic sensor, accelerometer. Introdução A mensuração dos movimentos corporais têm apresentado grande importância para aplicações médicas [1], pois sabe-se que um programa de tratamento de reabilitação efetivo tem início com uma coleta detalhada das dificuldades motoras apresentadas pelo paciente, permitindo assim que o terapeuta possa traçar da melhor maneira as metas e objetivos de tratamento [2]. Embora existam metodologias que auxiliem na mensuração de movimentos corporais, podem ocorrer situações que comprometam as informações obtidas, como no caso da goniometria, amplamente empregada para a verificação angular de uma articulação, mas que em algumas situações apresenta dificuldades de posicionamento em um determinado seguimento ou articulação. Outra alternativa para análise de movimento, é a videografia ou fotogrametria [3], porém, esse tipo de metodologia muitas vezes apresenta um custo elevado, dificultando sua utilização por muitos profissionais. No entanto, a utilização de sensores sensíveis ao movimento têm encontrado grande aceitação em campos como a bioengenharia e engenharia de reabilitação [4], pois possibilitam a quantificação e mensuração dos movimentos durante sua análise de forma independente dos examinadores. Da mesma forma, é observada a utilização de softwares na área da cinemática, seja para atividades de modelagem computacional, ou para auxílio na interpretação gráfica [5]. Neste trabalho é apresentada uma ferramenta para auxiliar na análise angular da articulação de ombro, composto por sensores magnéticos gerenciados por um programa desenvolvido em Visual Basic responsável pelo contador de tempo, que, acionado por sensores magnéticos nos ângulos de interesse, possibilita o armazenamento dos dados, utilizando em conjunto, sensores do tipo acelerômetro, que permitem o acompanhamento da aceleração nos ângulos verificados, gerando assim, uma análise angular documentada e com maiores informações acerca do movimento realizado.

2 Metodologia Para a verificação angular, foram utilizados 7 sensores magnéticos dispostos em uma placa de isopor revestida com uma folha de papel em branco com marcações semelhantes a um transferidor variando de 0º a 90º. Esses sensores trabalham como uma chave aberta e são formados por um bulbo com duas lâminas flexíveis internas separadas que sofrem ação de campos magnéticos. Aproximando um ímã ao dispositivo, as lâminas se encostam devido à força de Lorentz gerada pelo campo magnético. Nesta condição, o contato elétrico é fechado e é enviado um sinal para o PC. Foi utilizado um ímã cilíndrico, com 45mm de diâmetro e 8mm de comprimento, composto de Boro de Ferro e Neodímio. Este ímã foi escolhido devido ao seu custo mais baixo e a melhor relação indução/peso. Sete pontos de controle foram escolhidos - 0º, 15º, 30º, 45º, 60º, 75º e 90º - para a disposição dos sensores magnéticos (figura 2). Utilizando porta serial, os sensores foram conectados ao computador, e através do software Visual Basic foi desenvolvido o programa responsável por gerenciar o funcionamento do sistema, conforme o fluxograma apresentado na figura 1. Figura 1: Fluxograma do programa desenvolvido em Visual Basic

3 LV_LynxDAS.DLL permitiram o acesso à placa A/D da LYNX no programa LabVIEW. Sendo assim, conforme a movimentação do circuito com o acelerômetro, foi possível então a visualização das alterações do período ativo da onda (T on ) dentro do ciclo de trabalho dos sinais apresentados pelos 2 canais do sensor, X e Y, em forma de ondas quadradas (figura 4), com posterior gravação destes dados em um arquivo tipo texto. Figura 2: Vista posterior da disposição dos sensores magnéticos na placa de isopor. Um voluntário sem qualquer tipo de acometimento patológico, teve o imã posicionado no punho que serviu para acionar os sensores magnéticos, com o contador de tempo iniciandose com a ativação do primeiro sensor, posicionado em 0º, e terminando quando o último sensor, posicionado em 90º, fosse acionado, gerando ao término da seqüência um arquivo tipo.xls com os ângulos coletados em função do tempo. Conforme cada sensor fosse acionado, um sinal sonoro era ouvido, para que o voluntário estivesse ciente do acionamento dos sensores. Com o voluntário posicionado ao lado da placa de isopor (figura 3) contendo os sensores magnéticos, foi fixado na região interna do seu braço o sensor de aceleração, de maneira a não interferir no deslocamento do ímã. Foram realizados disparos mecânicos simultâneos, que deram início ao contador de tempo de ambos os sistemas, e a partir do tempo coletado, foi possível então sincronizar os sinais obtidos com os sensores para posterior análise. Figura 4: Visualização dos sinais do sensor acelerômetro utilizando o programa LabVIEW Com os valores de T on e do Ciclo de Trabalho captados, foi realizado o cálculo da aceleração durante a verificação angular através da equação 1, fornecida pelo fabricante do sensor [6]: A rel =(T on / Ciclo de Trabalho 0.5) /12.5% (1) Onde: A rel : é a aceleração relativa do movimento Ton: é o período ativo dentro de um ciclo de trabalho Ciclo de Trabalho: é o período que compreende o início de um período ativo em uma onda até o início do período ativo seguinte. A aceleração relativa do movimento A rel é utilizada para calculo da aceleração real A real. Para se ter a aceleração real e necessário fazer a decomposição em termos de A real e aceleração da gravidade g, como mostra a Figura 5. Figura 3: Posicionamento do voluntário durante a verificação angular de ombro e posicionamento do imã em região de punho. Para a verificação da aceleração durante o movimento, foi utilizado um circuito baseado no sensor de aceleração biaxial ADXL202 da ANALOG DEVICES [6], conectados a uma placa de aquisição de dados CAD 12/32 LYNX para conversão A/D. As funções da biblioteca Figura 5: Geometria adotada para calculo da aceleração real (A real )

4 Portanto, através da relação trigonométrica chegamos a equação 2 : possível elaborar o gráfico da aceleração em função do tempo, conforme a figura 8. A real = (A 2 rel - g 2 ) 1/2 (2) Onde: A real : é a aceleração real em função da gravidade e da aceleração A rel: aceleração medida g: é a gravidade Resultados Após a elaboração do programa que gerenciou os sensores, a tela apresentada ao usuário pode ser vista na figura 6. A celeração Comportamento da Aceleração Tempo (ms) Figura 8: Gráfico demonstrando os valores da aceleração em função do tempo do movimento realizado. Discussão e Conclusões Figura 6: Tela apresentada ao usuário na utilização do software desenvolvido em Visual Basic. Com a captação dos ângulos em função do tempo, foi gerado um arquivo no Excel, onde foi traçado um gráfico com os dados captados (figura 7). Ângulo ( ) Análise Angular tempo (ms) Figura 7: Gráfico gerado a partir dos dados coletados com o programa desenvolvido. Com os dados da aceleração obtidos a partir dos sinais do sensor de aceleração, foi Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de apresentar uma ferramenta para auxiliar na avaliação da amplitude articular de ombro. Na prática clínica a goniometria é amplamente utilizada para mensuração dos ângulos articulares. Comparando-se este tipo de metodologia com o uso da ferramenta proposta, problemas como dificuldades no posicionamento do goniômetro sobre o segmento de interesse neste caso o ombro foram sanados, bem como possíveis diferenças de medidas coletadas por diferentes examinadores. Os ângulos foram verificados independentemente do examinador, pois os sensores utilizados foram totalmente gerenciados por software. As eventuais diferenças entre os valores coletados pelo programa, e os valores apresentados na marcação realizada manualmente onde estavam posicionados os sensores, foram levadas em consideração durante o processo de calibração do sistema, proporcionando também uma sincronia adequada que evitasse possíveis erros devido ao tempo de atraso de captura. Embora tenham sido escolhidos 7 pontos de análise angular durante a execução do movimento de flexão de ombro, foi verificado a possibilidade na expansão dos ângulos a serem analisados, pois, durante os testes realizados, não houveram dificuldades quanto à utilização do programa por parte da terapeuta, que rapidamente se familiarizou com o software desenvolvido. Também foi observada a possibilidade de implementar esta metodologia para futuramente realizar análises angulares de outros segmentos e movimentos, e, já que o programa realizou a gravação dos dados captados em uma planilha do Excel, esta metodologia mostra-se capaz de ser utilizada não apenas dentro de um protocolo

5 de avaliação física, mas também como forma de acompanhamento dentro de um programa de reabilitação, concluindo-se portanto, que a ferramenta apresentada atendeu ao objetivo proposto. Agradecimentos À FAEP (Fundação de Amparo ao Ensino e Pesquisa da UMC), e à CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pelo auxílio financeiro Referências [1]D Apuzzo N. Surface measurement and tracking of human body parts from multiimage video sequences. ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, 2002, 56, p [2] Bates A., Hanson N., Exercícios Aquáticos Terapêuticos, 1 ª edição, ed. Manole, São Paulo, [4] Scapellato S, Cavallo F, Martelloni C, Sabatini AM. In-use calibration of bodymounted gyroscopes for applications in gait analysis. Sensors and Actuators A , 2005, p [5] Araújo I S, Veit E A, Moreira M A. Atividades de Modelagem computacional no auxílio à interpretação de gráficos da cinemática. Revista Brasileira de Ensino de Física, 2004, v. 6, n2, p [6]Analog Devices ADXL202. Disponível em Sheets/ADXL202E.pdf. Contato Gabriela Alejandra Moya Fernandez UMC- Av. Dr. Cândido Xavier de Almeida e Souza, 200, Mogi das Cruzes SP, Brasil Tel: (11) , Fax: (11) gabi_amf@yahoo.com.br [3] Bahm J., Meinecke L., Brandenbusch V., Rau G., Disselhorst-Klug C., High spatial resolution electromyography and videoassisted movement analysis in children with obstetric brachial plexus palsy., Hand Clinics, 2003,19, pp