Biomechanica
Hoofdstuk 1: inleiding tot de biomechanica
Biomechanica is de wetenschap die gewrichten, spieren en ledematen van de mens bestudeert met
behulp van Newtoniaanse mechanica. Het valt onder de overkoepelende term kinesiologie
(bewegingsleer) die ook inspanningsfysiologie, sportpsychologie, LO, pedagogie en motorisch leren
omvat.
Biomechanica omvat 3 verschillende takken:
Kinematica: beschrijven van bewegingen: verplaatsing, snelheid, versnelling
Kinetica: verklaren van bewegingen (oorzaken vinden): krachten en momenten
o Statica: geen versnelling
o Dynamica: wel versnelling
Neuromechanica: begrijpen hoe spieren en … met hersenmechanismen samenwerken om
gecoördineerde bewegingen te produceren. Er zijn 3 niveaus die een rol spelen bij het tot stand
komen van een beweging
o Niveau van neurale controle: processen die zich in het zenuwstelsel bevinden en
bijdragen aan de controle van de beweging
o Niveau van mechanische controle: musculoskeletaal systeem – bewegingen die het
resultaat zijn van spierkrachten en andere interne en externe krachten en mechanische
eigenschappen
o Niveau van collectieve output: uiteindelijke bewegingsresultaat als gevolg van een
combinatie van neuraal en mechanische controle
Samengevat: de biomechanica beschrijft, analyseert en beoordeelt menselijke bewegingen. Om dit te
doen wordt gebruik gemaakt van een biomechanisch model dat bestaat uit antropometrie, mechanische
eigenschappen en kinematische en kinetische gegevens
Hoofdstuk 2: meetsystemen
Om biomechanica te kunnen realiseren is het nodig om meetsystemen te hebben omdat het blote oog
niet een exacte precisie heeft.
Verschillende manieren om bewegingen (kinematica) te meten:
(Elektro)goniometer: meet de beweging van een segment
o Voordelen: direct (onmiddellijk bruikbaar, geen extra verwerking nodig), goedkoop, kan
in elk vlak gemeten worden (maar 1 tegelijkertijd)
o Nadelen: het meet de relatieve beweging en niet de absolute positie, vraagt om
precisiewerk, door huid en vet en … kan de beweging een beetje wijzigen, elk gewricht
wordt als scharnier beschouwd terwijl dit niet altijd het geval is, te veel goniometers =
kabelspaghetti
Accelerometer: meet de versnelling van een segment door middel van piezo-elektrisch
materiaal: een accelerometer bestaat uit een bepaald gewicht in een behuizing dat vast is met
piezo-elektrisch materiaal dat evenredig vervormt met de beweging van het gewichtje
, o Voordelen: relatief goedkoop, klein en eenvoudig, meten in “real time” en in het
dagelijks leven, directe meting
o Nadelen: versnelling die wordt gemeten is afhankelijk van positionering op segment,
validiteit en betrouwbaarheid sterk afhankelijk van algoritme van toestel, schokgevoelig,
makkelijk meetruis
Activiteitstrackers en wearables: sporthorloge, fit bit, … ze bevatten meestal automatisch een
accelerometer, GPS, altimeter, hartslagmeter
o Voordelen: normaal gezien vrij accuraat
o Nadelen: resultaten minder geschikt om in te schatten van fysieke eigenschappen,
slaapkwaliteit wordt er niet goed op gemeten
Beeldvormingstechnieken (opto – elektronische systemen): er wordt een beeld genomen, dan
worden marker coördinaten aangeduid, wordt een assenstelsel gedefinieerd en krijg je een
biomechanisch model
o Voordelen: absolute en relatieve positie kan bepaald worden, geen limiet aan markers
(betere precisie), aanbrengen van markers gaat snel
o Nadelen: duur, vraagt veel kennis en ervaring (palpatie), dataverwerking is tijdrovend
(alles moet gecontroleerd worden), metingen kunnen enkel in een bewegingslab
uitgevoerd worden
Elektromagnetische trackers: positie bepalen binnen een elektromagnetisch veld
o Voordelen: sensoren zijn toegewezen en worden gedurende de hele meting herkend
o Nadelen: relatief kleine meetvolume, meetfrequentie daalt wanneer aantal sensoren
stijgt
Ultrageluid
Verwerking van de kinematische gegevens:
Na een meting krijg je alleen ruwe data met ruis (meetfouten). Ruis kan door verschillende manieren
ontstaan: elektronische storingen, beperkingen in resolutie, digitalisatie fouten, soft tissue artefacten.
De ruis kan op 2 manier verwijderd worden
1. Smoothing
2. Digitale filtering
Verschillende manieren om krachten (kinetica) te meten:
o Krachttransducer: werkt door elektrisch signaal (volt) dat evenredig is met de daarop
uitgeoefende kracht, het meet de spanning en werkt tri-directioneel
o Krachtenplatform: plaat gemaakt uit enkele transducers
o Meten van druk: zoals bij runnerslab bvb
Meten van spieractiviteit:
Met EMG meten we signalen: vanuit het ruggenmerg vertrekken zenuwen dat de spieren innerveren en
een signaal aan de spieren geven om te contraheren. Deze zenuw heet een alfamotorneuron. Wanneer
zo een neuron communiceert met een spiervezel gebeuren fysiologische processen en ontstaat er een
potentiaalverschil in het membraan (1 kant is positief gelanden, en de andere negatief ->
Hoofdstuk 1: inleiding tot de biomechanica
Biomechanica is de wetenschap die gewrichten, spieren en ledematen van de mens bestudeert met
behulp van Newtoniaanse mechanica. Het valt onder de overkoepelende term kinesiologie
(bewegingsleer) die ook inspanningsfysiologie, sportpsychologie, LO, pedagogie en motorisch leren
omvat.
Biomechanica omvat 3 verschillende takken:
Kinematica: beschrijven van bewegingen: verplaatsing, snelheid, versnelling
Kinetica: verklaren van bewegingen (oorzaken vinden): krachten en momenten
o Statica: geen versnelling
o Dynamica: wel versnelling
Neuromechanica: begrijpen hoe spieren en … met hersenmechanismen samenwerken om
gecoördineerde bewegingen te produceren. Er zijn 3 niveaus die een rol spelen bij het tot stand
komen van een beweging
o Niveau van neurale controle: processen die zich in het zenuwstelsel bevinden en
bijdragen aan de controle van de beweging
o Niveau van mechanische controle: musculoskeletaal systeem – bewegingen die het
resultaat zijn van spierkrachten en andere interne en externe krachten en mechanische
eigenschappen
o Niveau van collectieve output: uiteindelijke bewegingsresultaat als gevolg van een
combinatie van neuraal en mechanische controle
Samengevat: de biomechanica beschrijft, analyseert en beoordeelt menselijke bewegingen. Om dit te
doen wordt gebruik gemaakt van een biomechanisch model dat bestaat uit antropometrie, mechanische
eigenschappen en kinematische en kinetische gegevens
Hoofdstuk 2: meetsystemen
Om biomechanica te kunnen realiseren is het nodig om meetsystemen te hebben omdat het blote oog
niet een exacte precisie heeft.
Verschillende manieren om bewegingen (kinematica) te meten:
(Elektro)goniometer: meet de beweging van een segment
o Voordelen: direct (onmiddellijk bruikbaar, geen extra verwerking nodig), goedkoop, kan
in elk vlak gemeten worden (maar 1 tegelijkertijd)
o Nadelen: het meet de relatieve beweging en niet de absolute positie, vraagt om
precisiewerk, door huid en vet en … kan de beweging een beetje wijzigen, elk gewricht
wordt als scharnier beschouwd terwijl dit niet altijd het geval is, te veel goniometers =
kabelspaghetti
Accelerometer: meet de versnelling van een segment door middel van piezo-elektrisch
materiaal: een accelerometer bestaat uit een bepaald gewicht in een behuizing dat vast is met
piezo-elektrisch materiaal dat evenredig vervormt met de beweging van het gewichtje
, o Voordelen: relatief goedkoop, klein en eenvoudig, meten in “real time” en in het
dagelijks leven, directe meting
o Nadelen: versnelling die wordt gemeten is afhankelijk van positionering op segment,
validiteit en betrouwbaarheid sterk afhankelijk van algoritme van toestel, schokgevoelig,
makkelijk meetruis
Activiteitstrackers en wearables: sporthorloge, fit bit, … ze bevatten meestal automatisch een
accelerometer, GPS, altimeter, hartslagmeter
o Voordelen: normaal gezien vrij accuraat
o Nadelen: resultaten minder geschikt om in te schatten van fysieke eigenschappen,
slaapkwaliteit wordt er niet goed op gemeten
Beeldvormingstechnieken (opto – elektronische systemen): er wordt een beeld genomen, dan
worden marker coördinaten aangeduid, wordt een assenstelsel gedefinieerd en krijg je een
biomechanisch model
o Voordelen: absolute en relatieve positie kan bepaald worden, geen limiet aan markers
(betere precisie), aanbrengen van markers gaat snel
o Nadelen: duur, vraagt veel kennis en ervaring (palpatie), dataverwerking is tijdrovend
(alles moet gecontroleerd worden), metingen kunnen enkel in een bewegingslab
uitgevoerd worden
Elektromagnetische trackers: positie bepalen binnen een elektromagnetisch veld
o Voordelen: sensoren zijn toegewezen en worden gedurende de hele meting herkend
o Nadelen: relatief kleine meetvolume, meetfrequentie daalt wanneer aantal sensoren
stijgt
Ultrageluid
Verwerking van de kinematische gegevens:
Na een meting krijg je alleen ruwe data met ruis (meetfouten). Ruis kan door verschillende manieren
ontstaan: elektronische storingen, beperkingen in resolutie, digitalisatie fouten, soft tissue artefacten.
De ruis kan op 2 manier verwijderd worden
1. Smoothing
2. Digitale filtering
Verschillende manieren om krachten (kinetica) te meten:
o Krachttransducer: werkt door elektrisch signaal (volt) dat evenredig is met de daarop
uitgeoefende kracht, het meet de spanning en werkt tri-directioneel
o Krachtenplatform: plaat gemaakt uit enkele transducers
o Meten van druk: zoals bij runnerslab bvb
Meten van spieractiviteit:
Met EMG meten we signalen: vanuit het ruggenmerg vertrekken zenuwen dat de spieren innerveren en
een signaal aan de spieren geven om te contraheren. Deze zenuw heet een alfamotorneuron. Wanneer
zo een neuron communiceert met een spiervezel gebeuren fysiologische processen en ontstaat er een
potentiaalverschil in het membraan (1 kant is positief gelanden, en de andere negatief ->
