Capitolo 1
Attività preliminare OpenSim
La selezione del modello in OpenSim da utilizzare per eseguire le simu-lazioni del movimento e le varie modi che da eettuarvi, ha richiesto uno studio preliminare.
L'obiettivo dello studio preliminare consiste nello stimare per ogni model-lo di arto superiore (`Upper Extremity Dynamic Model', `Delft Shoulder and Elbow Model', `Dynamic Arm Simulator' e `DAS3 Modi cato'), la coppia e la reazione al giunto gleno-omerale.
In attesa dei dati cinematici ottenuti dallo studio di analisi del movimento condotto in laboratorio con il sistema PhaseSpase, è stato creato un le di input.
Tale le è costituito da una matrice di valori in grado di simulare un movimento di semplice abduzione.
Con tutti i modelli sono stati utilizzati i Tool dell'OpenSim considerati utili per lo studio, mentre simulavano il movimento test.
Movimento test: L'abduzione è uno dei movimenti test utilizzati in let-teratura per studiare i modelli di arto superiore.
In questo studio preliminare, la procedura seguita per simulare il movi-mento di abduzione in un range tra 0◦ e 90◦ è stata la seguente:
• ssare un range di tempo (T ) e un time step (tstep);
• scegliere un algoritmo che fornisca il vettore contenente i valori della variabile giunto d'interesse al variare del tempo;
• determinare la variabile giunto responsabile dell'abduzione;
• costruire una matrice contenente i valori di tutte le variabili giunto del modello nel tempo, in grado si simulare il movimento di abduzione;
θ(τ ) = θi+ (θf − θi)s(τ ) (1.1)
dove θi = 0, θf = π/2, τ = t/T e s(τ) ha la seguente espressione (1.2).
s(τ ) = τ − 1
2πsin(2πτ ) (1.2)
La variabile di giunto θ(τ) ha l'andamento riportato in gura 1.1, varia tra 0 e π/2, ed ha le seguenti condizioni agli estremi:
˙
θ(τ ) = 0 per τ = 0; ¨
θ(τ ) = 0 per τ = 1.
Figura 1.1: Andamento della variabile di giunto θ(τ) per il movimento di abduzione.
In ogni modello di arto superiore implementato in OpenSim è stato in-dividuato il giunto responsabile del movimento di semplice abduzione (vedi tabella 1.1); a tale giunto è stato associato il vettore θ(τ) che indica i valori della variabile giunto al variare del tempo.
Alle altre variabili giunto del modello è stato associato il valore 0 rad per ogni istante di tempo implementato.
GDL Spalla Variabile Giunto Abduzione Upper piano di elevazione (`elvangle')
Extremity angolo toraco-omerale (`shoulderelv') `shoulderelv'
Dynamic angolo di rotazione (`shoulderrot')
Model (UEDM)
Delft giunto gleno-omerale
Shoulder (`GHy, GHz, GHyy') `GHz'
Elbow Model
(DSEM)
Dynamic giunto gleno-omerale
Arm (`GHy, GHz, GHyy') `GHz'
Simulator (DAS3)
DAS3 giunto gleno-omerale
Modi cato (`GHy, GHz, GHyy') `GHz'
(MS)
Figura 1.2: Esempio le `.mot' per il movimento di abduzione.
In conclusione la descrizione del movimento, ad esempio per il modello Dynamic Arm Simulator, avviene mediante un le `.mot' del tipo riportato in gura 1.2.
Noti i valori delle variabili di giunto in grado di descrivere il movimento di abduzione al variare del tempo, sono state eseguite con i vari modelli le simulazioni per riuscire a determinare la reazione agente sul giunto gleno-omerale (GH).
Per quanto riguarda i quattro modelli implementati in OpenSim i giunti in cui sono state valutate le reazioni sono quelli riportati in tabella 1.2.
Per ogni modello è possibile plottata la reazione al giunto gleno-omerale per valutare i risultati ottenuti.
Giunto `Padre' `Figlio' Frame Upper
Extremity shoulder0 scapphant humphant ground Dynamic
Model (UEDM)
Delft
Shoulder gh1 scapular humerus1 ground
Elbow Model
(DSEM) Dynamic
Arm gh1 scapular humerus1 ground
Simulator (DAS3)
DAS3 GH scapular humerusr ground
Modi cato (MS)
