Distribución de presión plantar en pacientes con amputación transtibial unilateral / Distribution de la pression plantaire chez les patients amputés trans-tibiaux unilatéraux / Distribution of plantar pressure in patients with unilateral transtibial amputation

Introducción: La prótesis es el método más utilizado para la rehabilitación del amputado. La adaptación protésica requiere conocer el comportamiento biomecánico del usuario de prótesis. Objetivo: Evaluar la distribución de presión plantar en pacientes con amputación transtibial unilateral y usuarios de prótesis. Métodos: Se realizó la medición de la distribución de presión plantar en bipedestación estática en amputados transtibiales. Se tomó como muestra siete hombres con amputación transtibial unilateral, usuarios de prótesis con suspensión por liner y pin, y pie en fibra de carbono de alta actividad. Se calculó presión máxima y mínima en las máscaras del pie. Se utilizó el análisis de varianza (ANOVA) para investigar la variabilidad de la presión en las diferentes regiones del pie. Resultados: Los datos obtenidos en las mediciones de las presiones de cada máscara presentan confiabilidad (cr< 10 por ciento). La distribución de la presión del pie fue significativamente diferente entre máscaras para el lado ipsolateral y el contralateral (presión máxima y media p< 0,001). La mayor presión del lado ipsolateral se presentó en la región 4; y la menor, en la 3, en ambos pies. La región posterior en ambos pies soportó mayor presión media y máxima que la anterior. En el lado ipsolateral hay mayor presión media y máxima en la región medial, en contraste con el lado contralateral que es en la región lateral. Conclusiones: Se presenta un patrón de distribución de la presión plantar en posición de bipedestación, con diferencias significativas entre ambos lados. La distribución de presión plantar para personas no amputadas propuesta en la literatura se ve alterada en los pacientes amputados(AU)

Introduction: The prosthesis is the most used method for rehabilitating the amputee. Prosthetic adaptation requires knowing the biomechanical behavior of prosthesis users. Objective: To evaluate the distribution of plantar pressure in patients with unilateral transtibial amputation and prosthesis users. Methods: Transtibial amputee plantar pressure distribution was measured in static standing. Seven men with unilateral transtibial amputation, who were prosthesis users with liner and pin suspension, foot in high activity carbon fiber were the sample. Maximum and minimum pressure were calculated in the foot masks. ANOVA analysis of variance was used to investigate the variability of pressure in different regions of the foot. Result: Data obtained from the pressure measurements of each mask show reliability (cr< 10 por ciento). The distribution of foot pressure was significantly different between masks for the ipsilateral side and the contralateral side (maximum and mean pressure p< 0.001). The highest pressure on the ipsilateral side occurred in region 4; and the lowest, in 3, on both feet. The posterior region on both feet supported higher mean and maximum pressure than the previous one. On the ipsilateral side, there is higher mean and maximum pressure in the medial region, in contrast to the contralateral side that is in the lateral region. Conclusion: A distribution pattern of the plantar pressure is present in the standing position, with significant differences between both sides. The distribution of plantar pressure for non-amputees as proposed in the literature is different in amputees(AU)

Introduction: La prothèse est la méthode la plus utilisée dans la réadaptation du patient amputé. L'adaptation prothétique exige la connaissance du comportement biomécanique de l'usager de la prothèse. Objectif: Le but de cet article est d'évaluer la distribution de la pression plantaire chez des patients amputés trans-tibiaux unilatéraux utilisant des prothèses. Méthodes: Une mesure de la distribution de la pression plantaire en bipédie statique a été effectuée chez des patients amputés trans-tibiaux. On a utilisé un échantillon de 7 hommes ayant subi une amputation trans-tibiale unilatérale, et utilisant des prothèses à gaine et verrou de suspension et pied tout usage en fibre de carbone. La pression maximale et la pression minimale des coquilles de pied ont été aussi mesurées. On a utilisé l'analyse de variances (ANOVA) pour examiner la variabilité de la pression dans différentes régions du pied. Résultats: Les données obtenues grâce à la mesure de la pression de chaque coquille sont très fiables (r< 10 pourcent). La distribution de la pression du pied a été significativement différente entre les coquilles du côté ipso-latéral et du côté controlatéral (pression maximale et moyenne p< 0.001). Dans tous les deux pieds, la pression la plus élevée du côté ipso-latéral a eu lieu dans la région 4, tandis que la moins élevée a eu lieu dans la région 3. La région postérieure de tous les deux pieds a supporté une pression moyenne et maximale plus élevée que la région antérieure. Au côté ipso-latéral, la pression moyenne et maximale a été plus élevée dans la région médiale, tandis qu'au côté controlatéral la pression moyenne et maximale a été plus élevée dans la région latérale. Conclusions: Le modèle de distribution de la pression plantaire en bipédie a montré des différences significatives dans tous les deux côtés. La distribution de la pression plantaire des personnes non amputées, proposée dans la littérature, est altérée chez les patients amputés(AU)

Modeling and Simulation of Prosthetic Gait Using a 3-D Model of Transtibial Prosthesis / Modelado y simulación de la marcha protésica usando modelo en 3D de una prótesis transtibal / Modelagem e simulação da marcha protética usando modelo em 3D de uma prótese transtibial

Abstract Introduction: There are over 10 million amputees in the world, amputation below the knee, or transtibial amputation, is extremely common. Due to the physiological changes that affect transtibial amputees, the biomechanics of their gait is altered and may significantly affect their mobility. Materials and methods: To determine the dynamic behavior of transtibial amputees and generate knowledge about their biomechanical behavior to facilitate their physical rehabilitation, it was proposed to study prosthetic gait using simulations generated by a computational model. A model of human gait was constructed using Lagrangian analysis to describe the interchange of energy that characterizes this set of movements based on the Lagrange analysis. In addition, a mathematical model (block diagram) of an active transtibial prostheses was obtained through 3D design using carried out using Solidworks® sofware. This model was analyzed in Matlab® to simulate the use of the prosthesis. To observe the prosthetic gait, the model of normal gait was altered to replace one of the legs using the model of the prosthesis. Results: The results obtained through this modeling agreed with the results of previous studies with respect to both articular range and spatial-temporal parameters. A kinematic analysis of the model's behavior showed that the prosthesis provides support to the body and allows for an effective gait in the absence of the body part, and the data produced by this analysis of the model's gait pattern correspond to data in the existing literature. Discussion: In recent years, the usefulness of simulations in the medical context has been observed and verified. This particular simulation should be useful to students who are learning about the biomechanics of prosthetic gait as well as to medical doctors working in this field.

Resumen Introducción: el número de amputados en el mundo supera los diez millones, y la amputación transtibial (por debajo de la rodilla) es bastante recurrente. Debido a los cambios fisiológicos que presenta esta amputación, la mecánica de la marcha se ve alterada y puede llegar a afectar significativamente la movilidad del sujeto. Con el fin de conocer el comportamiento dinámico de los amputados transtibiales, entender su conducta biomecánica y ayudar en el proceso de su rehabilitación física, se propuso estudiar la marcha protésica desde simulaciones generadas de un modelo computacional. Materiales y métodos: se construyó un modelo de la marcha humana haciendo uso del intercambio de energía que se presenta en este movimiento, a partir del análisis de Lagrange. Se obtuvo el modelado matemático (diagrama de bloques) de una prótesis transtibial activa a partir del diseño en 3D realizado con el software Solidworks®; este modelo se procesó en Matlab® con el fin de emular el uso de la prótesis. En el modelo de la marcha normal obtenido se reemplazó una de las piernas por el modelo de la prótesis para observar la marcha protésica. Resultados: de acuerdo con lo observado en otros estudios, la prótesis proporciona soporte al cuerpo, ya que los datos arrojados por el modelo del patrón de la marcha obtenido concuerdan con los datos existentes en la literatura. Conclusión: esta propuesta de simulación permite el aprendizaje del estudiante y del médico respecto al comportamiento biomecánico de la marcha protésica.

Resumo Introdução: o número de amputados no mundo, supera os dez milhões, e a amputação transtibial (embaixo do joelho), é bastante recorrente. Devido às mudanças fisiológicas que apresenta esta amputação, a mecânica da marcha vê-se alterada e pode chegar a afetar significativamente a mobilidade do sujeito. Com o objetivo de conhecer o comportamento dinâmico dos amputados transtibiais, entender a sua conduta biomecânica e ajudar no processo de reabilitação física, se propôs estudar a marcha protética desde simulações geradas de um modelo computacional. Materiais e métodos: construiu-se um modelo da marcha humana fazendo uso do intercâmbio de energia que se apresenta neste movimento a partir da análise de Lagrange. Se obteve a modelagem matemática (diagrama de bloques) de uma prótese transtibial ativa a partir do desenho em 3D realizado com o software Solidworks®; este modelo se processou em Matlab® com o objetivo de emular o uso da prótese. No modelo da marcha normal obtido se substituiu uma das pernas pelo modelo da prótese para observar a marcha protética. Resultados: de acordo com o observado em outros estudos, a prótese proporciona suporte o corpo, devido a que os dados obtidos pelo modelo de patrão da marcha concordam com os dados existentes em literatura. Conclusão: esta proposta de simulação permite a aprendizagem do estudante e do médico respeito ao comportamento biomecânico da marcha protética.

Alineación Estática de Prótesis a través de Variables Cinéticas y Métodos de Aprendizaje de Máquina / Static Alignment of Prosthetics using Kinetic Variables and Machine Learning Methods

El proceso complejo de la alineación en las prótesis y la no existencia de un modelo predictivo para alineación estática de prótesis transtibiales es el foco de esta investigación.Objetivo: Obtener un modelo computacional que permita establecer la existencia de la alineación estática de prótesis transtibiales a través de parámetros cinéticos presentes en amputados transtibiales unilaterales. Métodos: Se realizó la construcción de una base de datos de valores de Centro de Presión (COP) y distribución de presión plantar en amputados medidos en el Servicio de Amputados y Prótesis del Hospital Militar Central, Bogotá, Colombia. Los datos incluyen valores cinéticos medidos con la prótesis en alineación y en desalineación. Resultados: Se desarrollaron tres modelos computacionales, una red neuronal, una máquina de soporte vectorial y un árbol de decisión, se realizó la comparación del desempeño de los modelos. Conclusiones: Los modelos que hacen uso de máquinas de soporte vectorial y de árboles de decisión tuvieron mayor desempeño que la red neuronal. De esta forma, se comprueba que la alineación estática se puede llevar a cabo de forma objetiva empleando recursos tecnológicos(AU)

The complex process of alignment in prosthesis and the non-existence of a model for static alignment of transtibial prostheses is the focus of this research. Objective: Obtain a computational model to establish the existence of the static alignment of transtibial prostheses through kinetic parameters present in unilateral transtibial amputees. Methods: In the Amputee and Prosthetic Service of the Central Military Hospital, Bogotá, Colombia, the construction of a data base of Pressure Center (COP) and distribution of plantar pressure in amputees was carried out. The data include kinetic values ​​measured with the prosthesis in alignment and misalignment. Results: Three computational models were developed, a neural network, vector support machines and decision trees, the performance of the models was compared. Conclusions: Models that make use of vector support machines and decision trees had higher performance than the neural network. In this way, it is verified that the static alignment can be carried out objectively using technological resources(AU)