Proposta metodológica para o cálculo da força de contato patelofemoral

Abstract

O principal objetivo deste estudo foi propor uma metodologia para calcular da força de contato patelofemoral in vivo durante uma atividade dinâmica. Para isso, um protocolo foi operacionalizado permitindo a determinação de parâmetros biomecânicos das articulações tibiofemoral e patelofemoral. Especificamente, os parâmetros determinados foram: centro de rotação tibiofemoral, centro de rotação patelofemoral, linha de ação do ligamento patelar, linha de ação do músculo quadríceps, distância perpendicular do ligamento patelar, distância perpendicular do músculo quadríceps, força do ligamento patelar e força do músculo quadríceps. Para a determinação dos parâmetros foram utilizadas imagens radiográficas dinâmicas, obtidas no plano sagital, de um indivíduo executando um exercício de extensão de joelho em cadeia cinética aberta, a uma velocidade de 45o/s, em seis situações distintas: sem carga externa e com caneleiras de 1 a 5kg (implementadas de 1kg em 1kg) aplicadas à tíbia. As imagens radiográficas foram captadas a uma freqüência de amostragem de 50 Hz, utilizando-se um videofluoroscópio de marca Axiom Siemens Iconos R100. As imagens obtidas foram reproduzidas e digitalizadas utilizando uma placa de captura da marca Silicon Graphics 320. Foram desenvolvidas rotinas computacionais utilizando o software MatlabÒ para a análise dos dados. A propagação do erro na determinação da força de contato patelofemoral foi calculada pelo método de Kleine & McClintock. O protocolo desenvolvido com base na videofluoroscopia permite determinar todos parâmetros biomecânicos necessários para o modelamento da articulação patelofemoral. Os resultados sugerem que, em comparação com a lei de Hooke, a utilização da dinâmica inversa como forma de determinação da força de contato patelofemoral é mais apropriada. Isso pode ser confirmado pelos menores níveis de erro apresentados pela dinâmica inversa. Com base no método de Kleine & McClintock, a linha de ação do músculo quadríceps parece ser um parâmetro crítico no cálculo da força de contato patelofemoral.

The primary goal of this study was to propose a method to calculate the patellofemoral contact force in vivo during a dynamic activity. In order to do that, a protocol was operacionalized allowing to determine the biomechanical parameters of the tibiofemoral and patellofemoral joints. Specifically, the parameters determinated were: tibiofemoral rotation center, patellofemoral rotation center, patellar ligament’s action line, quadriceps muscle’s action line, the patellar ligament moment arm, the quadriceps muscle moment arm, patellar ligament’s force and quadriceps muscle force. To determine such parameters were used dynamic radiographycal images, obtained in the sagital plane, from one individual executing an exercise of knee’s extension in open kinetic chain, in a speed of 45º/s, in six distinct situations: without external load and with weights of 1 to 5kg (implemented 1kg to 1kg) applied to the tibia. The radiographic images were captured in a sampling frequency of 50Hz, through a videofluoroscope from Axiom Siemens Iconos R100. The images obtained were reproduced and digitalized using a capture plate Slicon Graphics 320. Computer routines were developed with the software Matlab® to analyze the data. The error propagation on patelofemoral contact force determination was calculated by the method of Kleine & McClintock. The protocol developed based on the videofluoroscopy allow to determine all the biomechanical parameters needed to the modeling of the patelofemoral joint. The results suggest that, in comparison with Hooke’s law, the use of inverse dynamics as a way to determine the patellofemoral contact force is more appropriated. This can be confirmed by lower levels of error presented in the inverse dynamics. Based on the Kleine & McClintock’s method, the action line of the quadriceps muscle seems to be a critical parameter on the calculus of the patelofemoral’s contact force.