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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.17.2019.tde-27052020-074258
Document
Author
Full name
Alexandre Junior Fenato
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2019
Supervisor
Committee
Maranho, Daniel Augusto Carvalho (President)
Araujo, Paulo Henrique Mendes de
Marques, Paulo Mazzoncini de Azevedo
Salim, Rodrigo
Title in Portuguese
Desenvolvimento de sistema de avaliação dinâmica e vibracional do quadril para auxílio diagnóstico de impacto femoroacetabular
Keywords in Portuguese
Acelerômetros
Amplitude de movimento
Impacto femoroacetabular
Quadril
Vibração
Abstract in Portuguese
O impacto femoroacetabular (IFA) é a afecção do quadril caracterizada pelo contato anormal sintomático entre o fêmur e o rebordo acetabular, devido a deformidade anatômica ou movimento suprafisiológico. O diagnóstico é uma combinação de achados clínicos e imagens, que podem apresentar desvantagens como radiação ionizante (radiografia e tomografia), alto custo (ressonância magnética), e limitações para avaliação dinâmica do quadril. Um método alternativo que avaliasse o quadril de forma dinâmica, sem radiação, e barato poderia auxiliar no diagnóstico. Objetivos: a) mensurar as amplitudes de movimento (ADM) de flexão, adução, abdução e rotações do quadril por unidades inerciais de movimento (IMU) e verificar suas confiabilidade e reprodutibilidade; b) mensurar retroversão e inclinação pélvicas durante a flexão, adução e abdução do quadril, c) avaliar por meio de acelerômetros a amplitude do sinal vibracional propagado através da articulação do quadril durante teste de impacto anterior do quadril. Métodos: O sistema detector de vibração foi composto por fonte vibracional de 350 Hz, placa de aquisição de dados e acelerômetro ultrassensível. A fonte vibracional foi posicionada no terço médio diafisário da tíbia, ipsilateralmente ao quadril avaliado e o acelerômetro detector da vibração no maléolo lateral contralateral. O sistema aferidor da ADM foi alicerçado em plataforma eletrônica de baixo custo e utilizou quatro IMUs. O sensor aferidor de flexão do quadril foi posicionado no terço medial da coxa, o aferidor de adução, abdução e rotações do quadril no terço distal da perna, o aferidor de inclinação pélvica, anteriormente na pelve, e o sensor mensurador da retroversão pélvica foi fixado lateralmente na pelve. Um observador (engenheiro) examinou 84 quadris, dos quais 23 quadris, foram examinados adicionalmente por mais dois observadores (ortopedista e fisioterapeuta). Foram sequencialmente avaliadas a ADM com goniômetro digital e, após, com acelerômetros, que também mensuraram a inclinação e retroversão pélvicas. A concordância intra- e interobservadores foi analisada, e os resultados da goniometria foram comparados com as medidas ajustadas dos acelerômetros, em que foram deduzidos os movimentos pélvicos. Após, mensurou-se a vibração transmitida pela articulação do quadril. Os sinais vibracionais aquisitados foram filtrados e analisados com relação à atenuação de amplitude durante o teste de impacto. Resultados: Os coeficientes de correlação intraclasse (CCI) interobservadores com acelerômetro variaram de 0,30 a 0,87 enquanto com goniômetro variaram de 0,29 a 0,82. OsCCIs intra-avaliadores variaram de 0,54, 0,67 e 0,71 para adução e de 0,84, 0,87 e 0,93 para rotação externa. A retroversão pélvica média foi de 8° ± 1°, mensurada no limite clínico da flexão do quadril. As inclinações pélvicas foram de 5° ± 1° e 7° ± 2°, mensuradas no limite clínico da adução e abdução do quadril. O sinal vibracional obteve elevação média de amplitude de 91% (54% - 128%, IC = 95%). Conclusão: Os acelerômetros mostraram-se confiáveis para mensurações das ADMs do quadril em comparação à goniometria tradicional. Durante avaliação clínica de flexão, adução e abução do quadril os acelerômetros identificaram e mensuraram os movimentos pélvicos associados, o que confere a eles importante vantagem com relação ao goniômetro universal. O detector de vibração identificou elevação da amplitude vibracional através do quadril no limite do teste de impacto anterior com potencial aplicacão no diagnóstico do IFA.
Title in English
Development of a system of dynamic hip evaluation for diagnostic assistance of femoroacetabular impingement
Keywords in English
Accelerometers
Femoroacetabular impingement
Hip
Range of motions
Vibration
Abstract in English
The femoroacetabular impingement (FAI) is the affection of the hip characterized by abnormal contact between the femur and the acetabular rim, due to anatomical deformity or supraphysiological movement. The diagnosis is a combination of clinical findings and images, which may have disadvantages such as ionizing radiation (radiography and tomography), high cost (magnetic resonance imaging), and limitations for dynamic hip evaluation. An alternative method that evaluates the hip dynamically, without radiation, and inexpensively could aid in the diagnosis. Objectives: a) measure the hip ranges of motion (ROM) of flexion, adduction, abduction and rotations by inertial motion units (IMU) and verify their reliability and reproducibility; b) measure retroversion and pelvic tilt during hip flexion, adduction and abduction, respectively; c) to assess the amplitude of the propagated vibrational signal through the hip joint during anterior impingement test by accelerometers. Methods: The vibration detector system consisted of 350 Hz vibrational source, data acquisition board and ultrasensitive accelerometer. The vibrational source was positioned on the middle third of the tibial shaft, ipsilaterally to the evaluated hip and the vibration detector accelerometer on the contralateral lateral malleolus. The ROM gauge system was based on a low cost electronic platform and used four IMUs. The hip flexion measurement sensor was positioned on the medial third of the thigh, the sensor of adduction, abduction and rotations of the hip on the distal third of the leg, the pelvic tilt meter was positioned anteriorly on the pelvis and the pelvic retroversion measuring sensor was fixed laterally on the pelvis. One observer examined 84 hips, of which 23 hips were examined by two additional observers. The ROMs were sequentially evaluated with a digital goniometer and, later, with accelerometers, which also measured tilt and retroversion of the pelvis. The intra- and interobserver agreement was analyzed and the results of goniometry were compared with the adjusted measurements of IMUs (deduced from pelvic movements). Afterwards, the vibration transmitted by the hip joint was measured. The acquired vibrational signals were filtered and the gain of amplitude was analyzed during the impingement test. Results: The interobserver intraclass correlation coefficients (ICC) with accelerometer ranged from 0.30 to 0.87 while with goniometer ranged from 0.29 to 0.82. Intra-rater ICCs ranged from 0.54, 0.67 and 0.71 for adduction to 0.84, 0.87 and 0.93 for external rotation. The average of pelvic retroversion was 8 ° ± 1 °, measured at the clinical limit of hip flexion. The pelvic tiltswere 5 ° ± 1 ° and 7 ° ± 2 °, measured at the clinical limit of hip adduction and abduction. The amplitude of the vibrational signal increased 91% on average (54% - 128%, CI = 95%). IMUs were reliable for hip ROM measurements compared to traditional goniometry. During clinical evaluation of hip flexion, adduction and abduction, there were, respectively, about 8 ° of pelvic retroversion and 5 ° and 7 ° of pelvic tilt. The vibration detector identified elevation of 91% of vibrational amplitude across the hip during the femoroacetabular impingement test.
 
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Publishing Date
2020-07-10
 
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