D1 Análise Cinemática Avançada

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A análise cinemática avançada descreve o movimento de segmentos corporais no espaço e no tempo sem fazer referência explícita às forças que o causam. Essa descrição é construída reconstruindo, em três dimensões, as trajetórias de marcadores ou pontos anatômicos, a partir de imagens capturadas simultaneamente por várias câmeras sincronizadas. A reconstrução se baseia na geometria projetiva: cada câmera define um raio óptico que viaja do plano da imagem para o espaço tridimensional onde o movimento ocorre, e a posição tridimensional de cada marcador é determinada pelo ponto onde pelo menos dois desses raios ópticos se cruzam, correspondendo ao mesmo marcador visto de duas câmeras diferentes.

A posição tridimensional de cada marcador, uma vez reconstruída câmera por câmera, é expressa como uma trajetória de coordenadas cartesianas no tempo. Essa trajetória é então filtrada para eliminar o ruído de alta frequência introduzido pelo próprio processo de medição, preservando a faixa de baixa frequência — até cerca de vinte ciclos por segundo — onde se concentra a informação biomecânica relevante do movimento. A partir dessas posições filtradas, a velocidade e a aceleração de cada marcador são obtidas por meio de diferenciação numérica sucessiva ao longo do tempo. A aceleração é particularmente sensível a qualquer ruído remanescente no sinal, razão pela qual a pré-filtragem da posição é uma etapa crítica antes de derivar os valores.

A partir das trajetórias filtradas de marcadores localizados em segmentos corporais adjacentes, a cinemática articular descreve como a orientação relativa de um segmento corporal muda ao longo do tempo em relação ao segmento vizinho com o qual forma a articulação. Essa orientação relativa pode ser representada de duas maneiras: por uma sequência de três ângulos de rotação sucessivos ou por uma representação alternativa que evita um problema inerente a esses ângulos, no qual certas combinações de orientação fazem com que dois dos três eixos de rotação se alinhem e o sistema perca temporariamente a capacidade de distinguir uma rotação da outra.

A partir dessas mesmas trajetórias de marcadores, os parâmetros espaço-temporais da marcha são derivados diretamente: a frequência com que cada passo é repetido, o comprimento de cada passo, a velocidade de caminhada e a cadência com que os passos ocorrem. Para comparar a velocidade de caminhada entre espécies com tamanhos corporais muito diferentes, essa velocidade é combinada com o tamanho do animal em um número adimensional que nos permite avaliar se dois animais de tamanhos diferentes estão se movendo, em relação ao seu próprio tamanho corporal, de maneira equivalente ou não.

A análise cinemática avançada com a qual esta descrição começou encontra um comportamento característico na marcha normal: a energia potencial e cinética do corpo são trocadas suavemente ao longo de cada passo, e a variabilidade temporal de um passo para o seguinte é muito baixa, com um coeficiente de variação inferior a três por cento. Na presença de patologia, no entanto, assimetrias espaço-temporais aparecem entre um lado do corpo e o outro, e essa variabilidade temporal aumenta acentuadamente; ambas as mudanças — assimetria e aumento da variabilidade — são, dentro da análise cinemática avançada, os marcadores diagnósticos fundamentais de um distúrbio do movimento.

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