Análisis biomecánico de la marcha en paciente con secuelas de poliomielitis y artroplastia de rodilla / Análise biomecânica da marcha em um paciente com sequelas de poliomielite e artroplastia do joelho / Clinical gait analysis in patient with poliomyelitis sequelae and total knee arthroplasty

Resumen: La poliomielitis es una enfermedad que puede provocar secuelas irreversibles, generando pérdida de fuerza muscular, parálisis e hiporreflexia, entre otras. Hoy en día las infecciones por poliovirus están controladas, pero se siguen tratando personas con secuelas que pueden ver afectada su calidad de vida y funciones cotidianas, tales como la marcha. Habiendo agotado las opciones de tratamiento conservadoras, la artroplastia total de rodilla (ATR) es una de las intervenciones quirúrgicas más habituales cuando las secuelas afectan la morfología y funcionalidad de dicha articulación. El objetivo del estudio es realizar un análisis instrumentado de la marcha de un paciente con secuelas de poliomielitis y una ATR, con el fin de definir las mejores estrategias de rehabilitación y mejorar la recuperación de la máxima funcionalidad. El estudio se realizó en un Laboratorio de Análisis de Movimiento con 8 cámaras, mediante la colocación de marcadores reflectivos en el cuerpo del paciente. Los resultados muestran alteraciones del patrón de marcha en todas las articulaciones de las extremidades inferiores y en cada uno de los planos anatómicos, siendo la más relevante la rotación interna de la articulación de la cadera derecha y una flexión fija en 9 ° de la articulación de la rodilla ipsilateral, durante la primera mitad del ciclo de marcha. El análisis sugiere que el paciente adopta estrategias que favorecen la activación del tensor de la fascia lata como flexor de cadera y estabilizador de la articulación de la rodilla en la máxima extensión disponible (9 ° de flexión), en sustitución del músculo cuádriceps, debilitado debido a las secuelas de la poliomielitis.

Resumo: A poliomielite é uma doença que pode causar sequelas irreversíveis, causando perda de força muscular, paralisia e hiporreflexia, entre outras. Hoje as infecções por poliovírus são controladas, mas ainda existen pessoas en tratamento pelas sequelas que podem danificar sua qualidade de vida e funções diárias, como caminhar. Esgotadas as opções de tratamento conservador, a artroplastia total do joelho (ATJ) é uma das intervenções cirúrgicas mais comuns quando as sequelas afetam a morfologia e a funcionalidade dessa articulação. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise instrumentada da marcha de um paciente com sequela de poliomielite e ATJ, a fim de definir as melhores estratégias de reabilitação e melhorar a recuperação da funcionalidade máxima. O estudo foi realizado em um Laboratório de Análise de Movimento com 8 câmeras, por meio da colocação de marcadores reflexivos no corpo do paciente. Os resultados mostram alterações no padrão de marcha em todas as articulações dos membros inferiores e em cada um dos planos anatômicos, sendo as mais relevantes a rotação interna do quadril direito e a flexão fixa do joelho ipsilateral a 9 ° durante o primeiro ciclo do meio da marcha. A análise sugere que o paciente adote estratégias que favoreçam a ativação do tensor da fáscia lata como flexor do quadril e estabilizador do joelho na extensão máxima disponível (9 ° de flexão), substituindo o músculo quadríceps, enfraquecido pelas sequelas de poliomielite.

Abstract: Poliomyelitis is a disease that may cause irreversible sequelae, generating muscle strength deficits, flaccid paralysis and hyporeflexia, among others. Even though poliovirus infections are under control, people with sequelae that can affect their quality of life and everyday functions such as walking, are still being treated. When these sequelae affect the morphology and functionality of the knee joint, and every other conservative option has been exhausted, the total knee arthroplasty (TKA) is one of the most common surgical interventions. The main goal of the present study is to perform an instrumented gait analysis test of a patient with poliomyelitis sequelae and TKA, in order to define the best rehabilitation strategy and achieve the highest level possible of the patient's function. 3D Gait Analysis was performed with an 8-camera motion capture system and reflective markers placed on specific body landmarks. Results show gait pattern disturbances in every joint and at every anatomical plane, being the most relevant the right hip internal rotation and a fixed 9 degrees ipsilateral knee flexion during the first half of the gait cycle. The analysis suggests that the patient adopts strategies that promote the activation of the tensor fascia lata as hip flexor and knee stabilizer at the maximum available extension (9 ° of flexion) replacing the weakened quadriceps muscle due to the poliomyelitis sequelae.

Knee and ankle disorders during functional gait in mucopolysaccharidosis type VI / Distúrbios articulares de joelho e tornozelo durante a marcha funcional na mucopolissacaridose tipo VI / Trastornos de la rodilla y el tobillo durante la marcha funcional en mucopolisacaridosis tipo VI

ABSTRACT To evaluate knee and ankle disorders during functional gait assessment in individuals with Mucopolysaccharidosis type VI (MPS VI). 19 subjects were included in this cross-sectional study and allocated in three groups according to age: Children Group (n=11); Adolescent Group (n=4); and Adult Group (n=4). Subphases of one gait cycle were analyzed: Initial contact; Medium support, and Pre-Balance. All volunteers with MPS VI presented greater knee and ankle flexion angles, in all gait subphases, when compared to the normal values defined by literature (p<0.05). Initial contact subphase: knee flexion angle ranging from 8.5º to 15º; Ankle = Child Group −23.73º ± 8.53º; Adolescent Group = −25º ± 11.22º; Adult Group = −27.75º ± 3.3º. Medium support subphase: Knee = Child Group 19.64º ± 10.47º; Adolescent Group 16.75º ± 10.34º; Adult Group = 21.25º ± 12.84º. Ankle = Child Group −18.82º ± 8.91º ± 8.53º; Adolescent Group = −16.5º ± 9.33º; Adult Group = −22.25º ± 4.19º. Pre-Balance subphase: Knee = Child Group 22.72º ± 13.49º; Adolescent Group 21.25º ± 7.97º; Adult Group = 27º ± 16.27º. Ankle = Child Group -15º ± 9.76º; Adolescent Group = −15.75º ± 5.31º; Adult Group = −14.75º ± 3.86º. In this study, MPS VI individuals presented hyperflexion of knee and ankle as the main joint disorders during functional gait, regardless of age.

RESUMO O objetivo deste estudo foi avaliar distúrbios articulares de joelho e tornozelo durante a marcha funcional na Mucopolissacaridose tipo VI (MPS VI). 19 indivíduos foram incluídos neste estudo transversal e alocados em três grupos de acordo com a idade: Grupo Crianças (n=11); Grupo Adolescentes (n=4); e Grupo Adultos (n=4). Foram analisadas as subfases de um ciclo da marcha: contato inicial; apoio médio e pré-balanço. Todos os voluntários com a MPS VI apresentaram maiores ângulos de flexão do joelho e tornozelo, em todas as subfases da marcha, quando comparados aos valores normais definidos pela literatura (p<0,05). Subfase contato inicial: ângulo de flexão do joelho variando de 8,5º a 15º; Tornozelo = Grupo Criança -23,73º ± 8,53º; Grupo Adolescente = -25º ± 11,22º; Grupo Adulto = -27,75º ± 3,3º. Subfase apoio médio: Joelho = Grupo Criança 19,64º ± 10,47º; Grupo Adolescente 16,75º ± 10,34º; Grupo Adulto = 21,25º ± 12,84º. Tornozelo = Grupo Criança -18,82º ± 8,91º ± 8,53º; Grupo Adolescente = -16,5º ± 9,33º; Grupo Adulto = -22,25º ± 4,19º. Subfase pré-balanço: Joelho = Grupo Criança 22,72º ± 13,49º; Grupo Adolescente 21,25º ± 7,97º; Grupo Adulto = 27º ± 16,27º. Tornozelo = Grupo Criança = -15º ± 9,76º; Grupo Adolescente = -15,75º ± 5,31º; Grupo Adulto = -14,75º ± 3,86º. Neste estudo, os indivíduos com MPS VI apresentaram hiperflexão do joelho e tornozelo como principais distúrbios articulares durante a marcha funcional, independentemente da idade.

RESUMEN El objetivo de este estudio fue evaluar los trastornos de la articulación de la rodilla y el tobillo durante la marcha funcional en mucopolisacaridosis tipo VI (MPS VI). En este estudio transversal participaron 19 personas, las cuales se asignaron a tres grupos según la edad: Grupo Niños (n=11); Grupo Adolescente (n=4); y Grupo Adulto (n=4). Se analizaron las subfases de un ciclo de marcha: contacto inicial; soporte mediano y balance previo. Todos los voluntarios con MPS VI tuvieron mayores ángulos de flexión de rodilla y tobillo en todas las subfases de la marcha en comparación con los valores normales definidos por la literatura (p<0,05). En la subfase de contacto inicial: ángulo de flexión de la rodilla varia de 8,5º a 15º; Tobillo = Grupo Niños -23,73º ± 8,53º; Grupo Adolescente = -25º ± 11,22º; Grupo Adulto = -27,75º ± 3,3º. En la subfase de soporte mediano: Rodilla = Grupo Niños 19,64º ± 10,47º; Grupo Adolescente 16,75º ± 10,34º; Grupo Adulto = 21,25º ± 12,84º. Tobillo = Grupo Niños -18,82º ± 8,91º ± 8,53º; Grupo Adolescente = -16,5º ± 9,33º; Grupo Adulto = -22,25º ± 4,19º. En la subfase de balance previo: Rodilla = Grupo Niños 22,72º ± 13,49º; Grupo Adolescente 21,25º ± 7,97º; Grupo Adulto = 27º ± 16,27º. Tobillo = Grupo Niños = -15º ± 9,76º; Grupo Adolescente = -15,75º ± 5,31º; Grupo Adulto = -14,75º ± 3,86º. En este estudio, los individuos con MPS VI presentaron hiperflexión de rodilla y tobillo como los principales trastornos articulares durante la marcha funcional independiente de la edad.

Patrón cinemático de la marcha con ortesis de tobillo-pie de silicón en pacientes con pie caído / Kinematic gait pattern with silicone ankle-foot ortesis in patients with drop foot

Resumen: Introducción: El pie caído es una condición que suele manejarse con ortesis cortas, normalmente fabricadas en polipropileno. Se ha descrito también su tratamiento con ortesis de silicón, poco estudiadas pero que parecen mejorar el patrón cinemático de la marcha y, dada su comodidad, ser más aceptadas por los pacientes. Nuestro estudio describe cuáles son las características cinemáticas de la marcha y la satisfacción referida por los pacientes al usar una ortesis tobillo pie de silicón y compara dicho patrón con el no uso de la ortesis en casos con pie caído. Material y métodos: Estudio seudoexperimental descriptivo en pacientes con pie caído desde el año 2010 al 2012, en el que se evaluaron las variables cinemáticas del patrón de marcha a partir de laboratorios de marcha y además de la satisfacción de los sujetos con las ortesis de silicón y con el no uso de las mismas. Resultados: Cinco casos con pie caído fueron objeto del estudio. El análisis de marcha de los pacientes que usaron la ortesis constató una mejora de la posición del tobillo en el contacto inicial, en la velocidad promedio de marcha y en la longitud del paso, así como un aumento de la cadencia. Sin embargo, en términos de comodidad en comparación con el no uso de la ortesis, el resultado fue exiguo. Conclusiones: Las ortesis tobillo pie de silicón mejoran la posición del tobillo en el contacto inicial, así como los parámetros temporoespaciales de la marcha.

Abstract: Introduction: The Drop foot is a condition that is usually handled with short orthosis, usually made of polypropylene. It has also been described as being treated with silicon orthosis, little studied but which seem to improve the kinematic pattern of gait and, given its comfort, be more accepted by patients. Our study describes the kinematic characteristics of gait and patient satisfaction when using a silicon foot ankle orthosis, and compares this pattern to the non-use of the orthosis, in patients with a drop foot. Material and methods: Pseudo-experimental descriptive study in patients with dropped feet from 2010 to 2012, in which the kinematic variables of the gait pattern were evaluated from gait laboratories and in addition to the satisfaction of subjects with silicon orthosis and non-use of them. Results: Five patients with a drop foot were the subject of the study. Gait analysis of patients using the orthosis found an improvement in ankle position at initial contact, average walking speed and step length, as well as increased cadence. However, in terms of comfort compared to the non-use of the orthosis, the result was meager. Conclusions: Silicon foot ankle orthosis improve the position of the ankle in the initial contact, as well as the temporo-spatial parameters of the gait.

Algoritmo para estimación de ángulo de rodilla en marcha normal: enfoque a trazado de trayectoria en prótesis transfemorales inteligentes / Algorithm to estimate the knee angle in normal gait: trajectory generation approach to intelligent transfemoral prosthesis

Resumen En este trabajo se presenta un algoritmo para estimar el ángulo de rodilla a partir del ángulo de cadera y parámetros de marcha, el cual sólo utiliza un sensor en el muslo para la estimación. Para el desarrollo del algoritmo fue indispensable realizar un análisis de marcha para establecer parámetros de diseño. Se utilizó la correlación natural entre cadera y rodilla para separar los movimientos de flexión-extensión de marcha en dos etapas:1) movimientos donde el pie no está en contacto total con el piso; 2) movimientos de contacto total del pie con el piso. La estimación es para movimientos de marcha, se realiza en tiempo real y la variación de velocidad en la marcha no afecta la estimación del ángulo. Se utilizaron regresores lineales para aproximar el ángulo estimado de rodilla al ángulo real. En todos los casos de estudio de marcha, los resultados mostraron una aproximación aceptable del ángulo de la rodilla; el error promedio de estimación fue de 8.25◦. El principal logro de este trabajo fue desarrollar un algoritmo para dar una posible solución al problema de coordinación entre el cuerpo humano y prótesis transfemorales inteligentes, aun ante cambios de velocidad en la marcha.

Abstract This paper presents an algorithm to estimate the knee angle from hip angle and gait parameters. This algorithm uses a single sensor on the thigh to achieve the estimation. Hip-knee natural correlations were employed in order to analyze the gait flexion-extension movements in two stages: 1) when the foot is not in full contact with the floor (swing phase and heel contact); 2) when the whole sole makes contact with the ground (stance phase). The estimation is developed in real-time for gait movements and speed fluctuations do not distort the angle estimated. In addition, the simple linear regression were used to approximate the estimated angle to actual knee angle. The experimental results obtained from the gait studies, showed an acceptable knee angle approximation; the mean error estimation was 8.25◦. The major goal of this work was the development of an algorithm that can solve the problem of human body-intelligent transfemoral prosthesis coordination, even if there are gait speed fluctuations.

Análisis de la marcha en lesionado medular: a propósito de un caso / Gait analysis in spinal cord injured population: a case report

La lesión medular en edad pediátrica constituye una patología poco frecuente, con una incidencia menor que en la edad adulta. Supone una especial relevancia por las graves secuelas a nivel físico, emocional, social, familiar y económico. El análisis de la marcha en población lesionada medular es una herramienta diagnóstica actual y muy eficaz para poder prescribir un acertado y adecuado tratamiento rehabilitador. Se describe el caso clínico de un varón con lesión medular a nivel cervical, que requirió el uso de la toxina botulínica para su tratamiento de marcha. Se hizo un estudio pre y postratamiento para comprobar la efectividad de la terapia en la consecución de los objetivos propuestos.

Gait analysis in spinal cord injured population is a very effective current diagnostic tool to prescribe an appropriate rehabilitation treatment. Spinal cord injury in childhood is a rare condition, with lower incidence than in adulthood. It carries particular importance due to physical, emotional, social, family and economic consequences. A case of a man with cervical level spinal cord injury has been described; for his treatment it is necessary the use of botulinum toxin. It was made a pre and post-treatment study to test the effectiveness of this therapy. This clinical case, along with a literature review, will help clinicians in the best treatment of this pathology.

METODOLOGÍA PARA DIMENSIONAMIENTO DE MECANISMO POLICÉNTRICO DE RODILLA UTILIZANDO ANÁLISIS DE MARCHA Y ALGORITMOS GENÉTICOS / METHODOLOGY TO GAUGE A FOUR-BAR LINKAGE PROSTHETIC KNEE MECHANISM BASED ON GAIT ANALYSIS AND GENETIC ALGORITHMS

El objetivo de esta investigación es desarrollar una metodología para dimensionar un mecanismo policéntrico de rodilla de 4 barras para máxima estabilidad. Basado en el hecho de que la estabilidad del mecanismo durante la respuesta a la carga depende de la posición del centro instantáneo de rotación (CIR) respecto la fuerza de reacción del piso (FRP) durante la fase de apoyo, se desarrolló una plataforma de cómputo que representa el movimiento real de la pierna, el vector FRP y el mecanismo con su CIR. Para obtener los datos de entrada a la plataforma, se realizó un análisis de marcha a una paciente con amputación transfemoral unilateral, obteniendo la FRP, el ángulo de flexo-extensión de rodilla y la cinemática de los miembros inferiores. Por otra parte, a través de los algoritmos genéticos (AGs), se obtienen las dimensiones y configuración de los eslabones del mecanismo requeridas para iterar con la plataforma en la cual, comparando la ubicación de la FRP respecto al CIR en el plano sagital, se determinan las dimensiones funcionales adecuadas. El mecanismo se dimensionó exitosamente utilizando la metodología desarrollada, garantizando estabilidad de la rodilla después del contacto inicial y flexión voluntaria antes del despegue de punta.

This research was aimed to develop a methodology for establishing the proper dimensions of a four-bar linkage prosthetic knee mechanism for maximum stability. Based on the fact that the stability of a four-bar knee during load-bearing is determined by the location of the instantaneous center of rotation (ICR) with respect to the ground reaction force (GRF) vector, a computational platform was developed to simulate the movement of the leg, the GRF vector and the position of the ICR of the mechanism. On one hand, a gait analysis was carried out on a subject with unilateral transfemoral amputation, from which the GRF, the knee flexion-extension angle and the kinematics of the lower limbs were determined. On the other hand, genetic algorithms (GAs) technique provided the dimensions and mechanism links configuration required to iterate with the platform on which, comparing the location of the GRF and the ICR in the sagittal plane, the functional dimensions of the mechanism were obtained. The polycentric knee mechanism was gauged successfully by ensuring knee stability during the initial contact and load response as well as the ability to initiate voluntary flexion toward late stance before the toe-off.

CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS DE LA MARCHA HUMANA. TÉCNICAS DE VIDEOGRAMETRÍA, ELECTROMIOGRAFÍA Y DINAMOMETRÍA

El análisis de la marcha humana resulta ser de gran utilidad para una amplia gama de aplicaciones, como el diagnóstico y elección de tratamientos en pacientes con enfermedades neuro-músculo-esqueléticas. Los métodos y tecnologías existentes para este análisis son numerosos, y permiten la obtención de los parámetros cuantitativos característicos de un patrón de marcha de manera objetiva. Durante el análisis de marcha muchos factores deben ser considerados para realizar los estudios adecuadamente, algunos de ellos se deben tener en cuenta desde la etapa de configuración y planeación del laboratorio, otros para el proceso de adquisición de los parámetros, y otros para el análisis de los resultados. En este trabajo se presentan algunas de estas consideraciones que parten tanto de la revisión bibliográfica como de la experiencia directa con pacientes, enfocadas principalmente en sistemas que combinan técnicas de videogrametría, dinamometría y electromiografía, por ser estos los de mayor utilización en la actualidad.

Human gait analysis has been used in a wide range of applications, such as diagnosis and treatment selection for patients with neuro-muscular-skeletal diseases. The methods and technologies that exist for gait analysis are numerous, and they allow the recollection of the main quantitative parameters of a gait pattern in an objective way. A lot of factors must be considered during gait analysis in order to obtain reliable results; some of them must be taken into account, including the planning and configuration of the laboratory, the acquisition process and the results analysis system. This paper presents some considerations derived from the literature review and also from the direct experience with patients. They are mainly focused in systems which use techniques such as videogrammetry, dynamometry and electromyography, since they are the most used nowadays.