Analysis and characterization of the normal gait phases of walking Warmblood horses as a tool for the diagnosis of lameness / Análise e caracterização das fases do andamento normal dos cavalos através da combinação de fotogrametria e acelerometria como ferramenta para o diagnóstico da claudicação

Horses with lameness modify gait behavior, but when it is subtle, it may not be possible to identify it clinically. The objective of this research is to characterize the normal gait phases of walking Warmblood horses by combining photogrammetry and accelerometry to monitor lameness to indicate a structural or functional disorder in the extremities. The study was conducted in 23 adult male Warmblood horses. Photogrammetry was used to identify the kinematic variables of the limbs and the markers path over time; triaxial accelerometers were used to capture the orthogonal acceleration components. It was determined that only 10 horses showed a normal gait pattern, there was a 43% correspondence between the expert´s judgment and the diagnostic techniques. According to the Stashak classification of the gait phases, cycle phases to forelimb were 34/4/8/13/41, while for hind limb were 54/11/8/8/19 (% of the stride). The range of motion (ROM) of the neck, knee and fetlock joints was 45.52±5.63°, 196.04±19.7° and 209±11.52° respectively. A combination of experimental methods was used to identify the phases of gait cycle of healthy horses. There was a correspondence in the location of the points of maximum displacement of the limbs with both techniques. More detailed information on the limbs movement was obtained using the accelerometer technology. These methods are applicable to other conditions either outdoors or in the lab.(AU)

Os cavalos com claudicação modificam o comportamento do andamento. Porém, uma leve modificação pode não ser identificada clinicamente. O objetivo desta pesquisa foi caracterizar as fases do andamento normal dos cavalos através da combinação de fotogrametria e acelerometria, para identificar alterações estruturais ou funcionais nos membros. O estudo foi conduzido em 23 cavalos Warmblood machos adultos. A partir da fotogrametria foi possível obter as variáveis cinemáticas das extremidades e a trajetória dos marcadores ao longo do tempo. Por outro lado, os acelerômetros triaxiais foram usados para capturar as componentes ortogonais da aceleração. Determinou-se que apenas 10 cavalos mostraram um padrão de marcha normal, e houve uma correspondência de 43% entre pareceres dos peritos e as técnicas de diagnóstico. De acordo com a classificação das fases da marcha de Stashak, as fases do ciclo da extremidade anterior foram 34/4/8/13/41 enquanto para a extremidade posterior foram 54/11/8/8/19. A amplitude de movimento (ROM) de pescoço, joelho e sesamóide foram 45,52±5,63°, 196,04±19,7° e 209±11,52°, respectivamente. Uma combinação dos métodos experimentais foi utilizada para identificar as fases do ciclo de marcha de cavalos saudáveis. Constatou-se correspondência na localização dos pontos de deslocamento máximo do membro com ambas as técnicas. A informação mais detalhada do movimento dos membros foi obtida usando a acelerometria. Estes métodos são aplicáveis em outras condições, quer a campo ou no laboratório.(AU)

Consideraciones en la definición del modelo específico al paciente de la tibia / Considerations about the definition of a patient specific model of the tibia

INTRODUCCIÓN: los análisis por elementos finitos se usan para entender y predecir los procesos biológicos. En la biomecánica ortopédica, los modelos específicos al paciente se generan a partir de Tomografía Computarizada y empleados en la toma de decisiones médicas. Algunos procesos correctivos ortopédicos pueden simularse a través, de los análisis por elementos finitos. Para obtener modelos biomecánicos confiables, es muy recomendable reducir los errores en la definición del modelo en la etapa de pre-procesamiento del análisis por elementos finitos. OBJETIVO: analizar la influencia de la densidad del mallado y las propiedades mecánicas durante la definición del modelo específico al paciente en los resultados del análisis por elementos finitos. MÉTODOS: se empleó el Método de Elementos Finitos en la simulación de la tibia a compresión. La geometría de la tibia del paciente se generó a partir de Tomografía Computarizada. Se emplearon mallas con tamaño de elementos no uniforme y uniforme. Al modelo se le aplicaron propiedades mecánicas homogéneas y no homogéneas. RESULTADOS: los elementos de bajo orden convergen a la solución, las tensiones para las mallas con estos elementos son inferiores a las correspondientes las mallas con elementos de tamaño uniforme y de alto orden. Por otra parte, las propiedades mecánicas no homogéneas reducen la diferencia en el cálculo de las tensiones. CONCLUSIONES: para obtener modelos específicos al paciente confiables se recomienda, generar la geometría del hueso con superficies suavisadas, controlar la calidad de la malla superficial, usar propiedades mecánicas no homogéneas, y utilizar la malla generada directo en Abaqus con elementos de bajo orden y tamaño no uniforme.

INTRODUCTION: finite element analysis is used to understand and predict biological processes. In orthopedic biomechanics patient specific models are generated by computed tomography and used for medical decision making. Some corrective orthopedic processes may be simulated by means of finite element analysis. In order to obtain reliable biomechanical models it is highly advisable to reduce the number of errors in the definition of the model during pre-processing of the finite element analysis. OBJECTIVE: analyze the influence of mesh density and mechanical properties on the results obtained by finite element analysis during the stage of definition of the patient specific model. METHODS: the finite element method was used to simulate tibial compression. The geometry of the patient's tibia was generated by computed tomography. Meshes were used with non-uniform and uniform element sizes. Homogeneous and non-homogeneous mechanical properties were applied to the model. RESULTS: low-order elements converge to the solution. Tensions for meshes with these elements are lower than those for meshes with uniform size and high-order elements. On the other hand, non-homogeneous mechanical properties reduce the difference in the estimation of tensions. CONCLUSIONS: to obtain reliable patient specific models it is recommended to generate the bone geometry with softened surfaces, control the quality of the surface mesh, use non-homogeneous mechanical properties, and use the mesh generated directly on Abaqus with low-order elements and non-uniform size.