Samenvatting Biomechanica

Biomechanica

1. Inleiding tot de biomechanica

1.1. Biomechanica: Definiëring en domeinbepaling
 Biomechanica =
o toepassing vd principes vd mechanica op biologische systemen
o Bewegingsleer = kinesiologie = synoniem
o wetenschap die de beweging van de gewrichten, spieren en ledematen van mens
en dier bestudeert
o wetenschap die zich bedient van de klassieke Newtoniaanse mechanica om de
beweging van gewrichten, spieren en ledematen van mens en dier te bestuderen
o kinesitherapie: analyse vd vorm & functie vh musculoskeletaal systeem

1.2. biomechanica binnen de opleiding revalidatiewetenschappen en kinesitherapie




1.3. De neuro-mechanische visie op beweging
 Neurale controle:
o Processen die bijdragen een de controle van de van beweging vindt plaats in het
centrale zenuwstelsel
o Vb. informatieverwerking, uitsturen commando’s naar musculoskeletaal systeem, …
 Mechanische controle:
o Musculoskeletaal systeem
o Evenwicht tussen gegenereerde spierkrachten en andere interne & externe krachten
o Interne: wrijving, contactkrachten, trekkrachten in pezen en ligamenten
o Externe: zwaartekracht, contactkrachten, de grondreactiekracht
 Collectieve output:
o Uiteindelijke bewegingsresultaat
o Neuraal + mechanisch
o Combinatie van bewegingscoördinatie en houdingsregulatie
 Kinematica:
o Beschrijving van het bewegingspatroon  lineaire of angulaire positie, snelheid en
versnellingen van het lichaam of lichaamssegmenten
 Kinetica:
o Inzichten in oorzaken van de bewegingen  krachten en krachtmomenten 
directe oorzaak van beweging
 Antropometrie (vorm) : koppeling tussen geleverde kracht & uiteindelijke bewegingsresultaat
 Mechanische eigenschappen vd spier:
o Actieve kenmerken: mogelijke krachtoutput  afhankelijk van lengte & snelheid contractie
1

, o Passieve kenmerken: massa, elasticiteit & viscositeit




 Doel biomechanische analyse van het menselijk bewegen = beschrijven, analyseren en
beoordelen van menselijke beweging
 Invers dynamische analyse: berekenen mechanische energie en vermogen op basis van
kinematische gegevens in combinatie met externe krachten & de interne
gewrichtsreactiekrachten

1.4. wiskunde in de biomechanica
1.4.1. driehoeken en de stelling van Pythagoras
 A2 + B2 = C2
 Oppervlakte rechthoekige driehoek: opp. = ½ab
1.4.2. overstaande hoeken en enkele andere nuttige relaties
 Overstaande hoeken zijn even groot
1.4.3. de goniometrische cirkel
 Straal = 1 / oorsprong: (0,0)
 Sos, cas, toa
 Tan = sin / cos
1.4.4. omrekenen van graden naar radialen (en omgekeerd)
  radialen = 180°

2

,  1 radiaal = 180° : 
 1° =  : 180°
2. Meetsystemen
2.1. Meten van beweging
 Meten van beweging/ kracht/ spieractiviteit

2.1.1. Directe meettechnieken
 Geen verdere verwerking nodig

De goniometer
 Hoekuitwijkingen te meten
 Geeft niet de absolute hoekpositie van een gewricht
 Voordelen:
o Relatief goedkoop
o Meet ingesloten gewrichtshoek
o Signaal is onmiddellijk bruikbaar voor registratie
o Onafhankelijk van vlak waarin gemeten wordt
 Nadelen:
o Hoek is de relatieve beweging  segment tov segment ≠ absolute positie
o Aanbrengen vraagt veel tijd en precisiewerk
o Geassocieerde beweging vet/ spieren
o Meerdere gonios -> kabels kunnen elkaar storen

De accelerometer
 Meten versnelling
 Piëzo-elektrische materiaal of strain gauges
 Voordelen:
o Relatief goedkoop
o Klein en eenvoudig in gebruik
o Meten in real time
o Ogenblikkelijke versnelling
o Signaal is direct = onmiddellijk bruikbaar
 Nadelen:
o gemeten versnelling afhankelijk van positionering segment
o  goniometers = kabelspaghetti + verstoring meting
o schokgevoelig  makkelijk stuk
o bij grote versnelling (bvb impact) makkelijk meetruis
 sedentaire activiteit onderscheiden van matige en intense fysieke activiteit

activiteitstrackers en “wearables”

2.1.2. beeldvormingstechnieken
 positie van 1 of meerdere markeerpunten (markers) op het lichaam worden geregistreerd

optische meetsystemen
 passieve en actieve markers
 voordelen opto-elektrische systemen:
o absolute positie en relatieve beweging van 1 segment tov een ander kan bepaald worden
3

, o # markers is niet gelimiteerd
o Aanbrengen markers gaat relatief snel

 Nadelen:
o gewenste markeerpunten moeten manueel op elk beeld aangeduid worden =>
arbeidsintensief
o duur
o vergt voldoende kennis
o dataverwerking is tijdrovend
o metingen kunnen enkel uitgevoerd worden in bewegingslab

elektromagnetische trackers
 bepalen de absolute positie en oriëntatie binnen een elektromagnetisch veld
 voordelen:
o sensoren zijn toegewezen en worden gedurende de hele meting herkend
 nadelen:
o beschikbare meetvolume is relatief klein
o meetfrequentie daalt wanneer # sensoren stijgt => gelimiteerd

tracking op basis van ultrageluid
 gebruikt de vluchttijd van een ultrasone impuls
 ROM gewricht bepalen of snelheid en versnelling vastleggen
 Voor- & nadelen zijn vergelijkbaar met de elektromagnetische trackers

2.1.3. verwerking van kinematische gegevens
 Beeldvormingstechnieken geven positiecoördinaten (x,y,z) van markeerpunten
= ruwe data
o Er is ruis (meetfouten) aanwezig in deze data
 Ruis = alle componenten (info) in het uiteindelijke signaal die niet afkomstig zijn van de
beweging die we meten
o Afkomstig van elektronica, beperking in resolutie & fouten in detectie van de
markeerpunten
o Ruis leidt tot variabele fouten (random error)
 Deze zo goed mogelijk elimineren  2 manieren:
o Smoothing:
 Veronderstelling dat het signaal een specifieke vorm heeft -> met wiskundige
functie benaderen
 Op het hele signaal of een stuk -> wiskundige curve (polynoom) gefit
o Digitale filtering:
 Bepaalde frequenties worden doorgelaten, diegene die ruis bevatten worden
tegengehouden
 Verschillende types: low-pass, high-pass, band-pass
 Cut-off waarde = de frequentie die de grens aangeeft tussen frequenties die
worden doorgelaten en deze die worden tegengehouden

2.2. meten van kracht en druk
2.2.1. een krachttransducer


4