A Novel Kinematic Knee Model as a Parallel Mechanism for Computing Ligament Length Variations

Abstract

Se propone un sistema de medición basado en fotogrametría, el cual usa una sola cámara y dos patrones planos para extraer datos cinemáticos en 3D. Se realizó un estudio de precisión para asegurar la confiabilidad del sistema. Con este sistema de medición se propone además un nuevo procedimiento experimental para medir el espacio de trabajo de la rodilla durante tres tareas de movimiento (flexión-extensión pasiva, rotación interna-externa pasiva y flexión semi-activa) y calcular sus parámetros geométricos. Entonces, se propone un nuevo modelo cinemático de rodilla, como una plataforma paralela con 4-GdL y arquitectura RRPP+4-SPS con significancia anatómica, capaz de emular un espacio de trabajo de flexión específico de un paciente obtenido experimentalmente, así como de simular variaciones de longitud de los ligamentos: ACL, PCL, MCL y LCL, a través de las distancias ente los pares esféricos de las cadenas cinemáticas SPS. De igual manera, se presenta el análisis cinemático inverso mediante notación de Denavit-Hartenberg y el análisis de movilidad. Finalmente, se desarrolla un proceso de optimización para obtener curvas de variones de longitud de los ligamentos similares a unas pre-escritas tomadas de la literatura. Dos ejemplos del modelo cinemático de rodilla antes y después del proceso de optimización han sido validados mediante el software SolidWorks.