Corso Laboratorio
Laboratorio di analisi del movimento
umano
Università degli studi di Cagliari
Studio del
Movimento
Analisi del
cammino
Università degli studi di Cagliari
Analisi quantitativa
del movimento
Gait
Analysis
Università degli studi di Cagliari
GAIT ANALYSIS
ANALISI INTEGRATA
MULTIFATTORIALE
QUANTITATIVA
NON INVASIVA
3D
GAIT ANALYSIS
Protocolli standard
• Posizionamento dei marker
• Modalità della prova
• Organizzazione dei tracciati
• Parametri analizzati
• Normalità
Università degli studi di Cagliari
Step principali per una prova di GA
Acquisizione della
prova
Preparazione del
paziente
Elaborazione della
prova
Università degli studi di Cagliari
Since clinical decisions are based on the output of gait
analysis models, we should be cautious when
interpreting our data.
“The effective use of movement analysis in a
professional context depends on the universal
agreement on parameter definitions, conventions and
terminology”
Davis et al. (1997)
Università degli studi di Cagliari
European Society of Movement Analysis
for Adults and Children
Gait Lab review:
processo per la valutazione dell’attività di un
Laboratorio di Gait Analysis in ambito clinico
CERTIFICAZIONE
Università degli studi di Cagliari
Argomenti trattati
Descrizione approfondita dei tracciati di Gait Analysis:
Cinematica.
Normalità e deviazioni patologiche piu’ comuni.
Gait Analysis
Il ciclo del passo
Valori di normalità
Stance phase o fase di
appoggio: 60%
Swing phase o fase di
volo : 40%
Stance o
appoggio
Swing o
volo
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Senza tutori
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Con tutori
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Dal posizionamento dei marker…….
Flesso/estensione abdo/adduzione
rotazione esterna ed interna
2^ pagina REPORT
Cinematica del cammino
• Serie complessa di rotazioni articolari tra loro
coordinate che portano ad una fluida progressione del
centro di massa (COM).
• Transferimento dell’energia meccanica
• Riduzione del costo metabolico del cammino
Shumway-Cook/Woollacott: Motor Control, 3rd edition ©2007 LWW
Università degli studi di Cagliari
Marker reali (messi su paziente)
Marker Virtuali (Calcolati
Matematicamente)
Zg
Reading the graphs
Left
Right
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Frontal
PELVIS
HIP
KNEE
ANKLE
Sagittal
Horizontal
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LEGAME TRA I GRAFICI
ANATOMICO
PLANARE
Articolazioni
Within
Between
Caso clinico
VIDEO
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Pdf
Senza tutori
Università degli studi di Cagliari
Con tutori
DINAMICA
Studia i meccanismi che controllano e
producono il movimento
E’ lo studio della relazione tra le forze agenti
su un corpo e il suo moto
KINETICS DESCRIBE THE CAUSES OF THE MOVEMENT
Ground Reaction Forces
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Measured
Ground-reaction force: Action Reaction
Magnitude
Direction
Point of application
External Forces
Internal Forces
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GROUND REACTION FORCES and COP
Ant/posterior
Vertical
Medio/lateral
CoP
Ground Reaction Forces
Gravitational forces
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Ft=mtg
Thigh-bone
Fs=msg
Shank
Ff=mfg
Foot
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Ground Reaction Forces
Gravitational forces
Inertial forces
Università degli studi di Cagliari
Fi= -ma
Fti=-mta
Thigh-bone
Fsi=- msa
Shank
Ffi=- mfa
Foot
Università degli studi di Cagliari
Ground Reaction Forces
Gravitational forces
Inertial forces
Università degli studi di Cagliari
Measured
and computed
Forces
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Joint Moment
Biomech model
MOMENT OF FORCE
A force acting at a distance from the rotational center causing the
body to rotate
M=FxD
Università degli studi di Cagliari
Mint
MOMENTUM
Fxb
b
Fex
Mex
Mex= M int
M int= ligament and muscles
actions
Courtesy of the National Institutes of Health - USA
Forces and moment
INTERNAL
EXTERNAL
F e M produced by
muscles, ligaments and
soft tissues
F e M produced by ground
reaction forces, by segments
weight and inertial forces
Plan
Dorsi
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EQUILIBRIUM
Internal Moments = External Moments
THE BODY PRODUCES >>>> INTERNAL MOMENTS
IN RESPONSE TO >>>>>>>>>EXTERNAL LOADS
THAT PRODUCE>>>>>>>EXTERNAL MOMENTS
M
α
POWER.
Mx α
Courtesy of the National Institutes of Health - USA
Power = Moment x Angular Velocity
Power = Force x Distance x Angular Velocity
[W]
Generated power > 0
Momentum and movement are in the same direction
Flex-extension velocity increases
Muscle concentric contraction (the contracting muscle
shortens under tension)
Absorbed power < 0
Momentum and movement are not in the same direction
Flex-extension velocity decreases
Muscle eccentric contraction (the contracting muscle
lengthens under tension)
GENERATION
ABSORPTION
Clinical examples
Kinetics
of an hemiplegic child
right hemiplegia
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Clinical example - ankle kinetics
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EMG
Tibialis Anterior
Gastrocnemius
Equipment: EMG
PRINCIPALI MUSCOLI DELLA COSCIA
ILEOPSOAS: flessione anca (M)
GLUTEI: estensione, rotazione,
abduzione anca (M)
HAMSTRINGS o
ISCHIOCRURALI: estensione
anca, flessione ginocchio (B)
RETTO FEMORALE: estensione
ginocchio, flessione anca (B)
VASTI: flessione ginocchio (M)
ADDUTTORI
PRINCIPALI MUSCOLI DELLA GAMBA
GASTROCNEMIO: flessione
ginocchio, flessione plantare
caviglia (B)
SOLEO: flessione plantare
caviglia (M)
TIBIALE ANTERIORE:
flessione dorsale caviglia
(M)
TABELLA RIASSUNTIVA
DELL’ATTIVAZIONE MUSCOLARE DEI
PRINCIPALI MUSCOLI DELL’ARTO
INFERIORE DURANTE IL CICLO DEL
PASSO
EMG evaluation
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NORMAL WALKING: MUSCLE ACTIVITY
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Ankle joint
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K+K+EMG: ankle joint
M
ω
X
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CINEMATICA
PIANO SAGITTALE
PIANO FRONTALE
MOMENTO
PIANO TRASVERSALE
POTENZA
GROUND REACTION FORCES E COP
EQUILIBRIO
PROPULSIONE
SUPPORTO
Gait analysis pre and post…….
Valutazione della dinamica
Università degli studi di Cagliari
Case study
Surgery
F.S
Formisano
Università
degli studi di Cagliari
Clinical Case : pre and post surgery
F.S. 10 years, male, CP (diplegia)
Pretermine (7 weeks before) with respiratory problems
Spasticity of gastrocnemius (sx > dx)
No crouches
No previous treatments
TREATMENT EVALUATION
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Gait Analysis PRE
Gait Analysis PRE
The question??
Bilateral Achille tendon lenghtening
Muscular weakness
Reduced range of motion
Good momentum but….
M= F * b
Reduced power
P= M * w
Moment?
Range of motion?
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Gait Analysis POST (15 mesi)
Gait Analysis POST (15 mesi)
Come refertare una prova di Gait Analysis:
1)
2)
3)
4)
Tipologia del referto;
Indici sintetici e indici puntuali;
Valutazione della consistency del dato;
Curve medie? Prova selezionata?
ESMAC Lab Peer review
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Gait Analysis data evaluation: consistency
Right vs Right vs Right vs Right
Left vs Left vs Left vs Left
Trials n. 2782xA04, 2782xA05, 2782xA06, 2782xA07da mod
(pdf format)
Main considerations: high consistency both in kinematics and kinetics patterns
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Pelvic obliquity- obliquità pelvica
Media
Media+Dev.St
Media-Dev.St
40
80
10
Gradi
Up
5
0
-5
Dw n
-10
0
20
60
% Ciclo del Passo
NORMALI
IC: 0°
LOADING RESPONSE: 5°
MIDSTANCE: 0°
TERMINAL-STANCE/PRESWING: -5°
TERMINAL-SWING: 0°
100
Pelvic obliquity- obliquità pelvica
Media
Media+Dev.St
Media-Dev.St
40
80
10
Gradi
Up
5
0
-5
Dw n
-10
0
20
60
% Ciclo del Passo
NORMALI
IC: 0°
LOADING RESPONSE: 5°
MIDSTANCE: 0°
TERMINAL-STANCE/PRE-SWING: -5°
TERMINAL-SWING: 0°
100
Anterior Posterior Tilt- antiversione e retroversione
pelvica
Media
Media+Dev.St
Media-Dev.St
20
Ant
Gradi
10
0
Pos
-10
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
NORMALI
IC: 10°
ROM: 5°
MEAN VALUE: 10°
80
100
Pelvic rotation – Rotazione pelvica
M edia
M edia+Dev.St
M edia-Dev.St
20
Int
Gradi
10
0
-10
Ext
-20
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
NORMALI
IC: 5°
TERMINAL-STANCE/PRESWING: -5°
TERMINAL-SWING: 5°
80
100
Hip Abd/adduction –abdo/adduzione dell’anca
3D
Media
Media+Dev.St
Media-Dev.St
Add 10
5
Gradi
NORMALI
IC: 0°
LOADING RESPONSE: 5°
MIDSTANCE: 0°
TERMINAL-STANCE/PRESWING: -5°
TERMINAL-SWING: 0°
0
-5
Abd
-10
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
80
100
-
+
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Università degli studi di Cagliari
Hip flexion extension- flesso estensione dell’anca
+
Gradi
NORMALI
IC: 35°
TERMINAL-STANCE: -5°Flx;
-10°
TOE-OFF: 0°
MID-SWING/TERMINALExt
SWING: 35°
-
Media
Media+Dev.St
Media-Dev.St
50
40
30
20
10
0
-10
-20
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
80
100
HIP ROTATION
30
20
10
degrees
NORMALI
ROM <10°
IC: -10°
LOADING RESPONSE: 0°
0
-10
-20
-30
% gait cycle
MEDIA
Università degli studi di Cagliari
MEDIA - DS
MEDIA + DS
Knee flexion estention – flesso estensione di ginocchio
Media+Dev.St
Media-Dev.St
80
Flx
60
Gradi
NORMALI
IC: 10°
LOADING RESPONSE: 20°
MIDSTANCE: 5°
TOE-OFF: 40° - 50°
EARLY-SWING: 60°
TERMINAL-SWING: 5°
ROM: 55°
Media
40
20
0
Ext
-20
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
80
100
Knee varo Valgus –varismo e valgismo del ginocchio
Media
Media-Dev.St
15
Var
10
Gradi
NORMALI
STANCE PHASE : 0°
LATE-STANCE/SWING
PHASE: 10°
Media+Dev.St
Val
5
0
-5
-10
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
80
100
Università degli studi di Cagliari
Ankle plantar/dorsiflexion- dorsiflessione plantare
Media
NORMALI
IC: -5°
MIDSTANCE: 10° - 15°
TOE-OFF: -25°
ROM: 35°
Gradi
Dor
Media+Dev.St
Media-Dev.St
20
10
0
-10
-20
Pla
-30
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
80
100
Foot progression- Rotazione del piede
Media
Int
Media+Dev.St
Media-Dev.St
15
Gradi
5
NORMALI
IC: -10°
ROM STANCE PHASE: 5°
TOE-OFF: -5°
ROM SWING PHASE: 5°
-5
-15
Ext
-25
0
20
40
60
% Ciclo del Passo
80
100
Movimenti permessi e convenzioni
Piano sagittale
FLESSIONE: avvicinamento di due segmenti
adiacenti
ESTENSIONE: allontanamento di due segmenti
adiacenti
Piano frontale o coronale
ADDUZIONE: avvicinamento all’asse mediale
ABDUZIONE: allontanamento dall’asse mediale
Piano orizzontale o trasversale
INTRAROTAZIONE: avvicinamento all’asse mediale
EXTRAROTAZIONE: allontanamento dall’asse
mediale