Kinematic and muscular characterisation of the hand during activities of daily living

Abstract

This thesis presents contributions to the kinematic and muscular characterisation of the hand during the activities of daily living (ADL). Orientation and position data of the rotation axes of metacarpophalangeal and interphalangeal joints are provided, obtained in vivo using a robust optimization method. Multivariate statistical methods are used for dimensional reduction of kinematics by identifying synergies (and providing their temporal evolution during ADL and grasps), and to identify a minimum set of representative forearm areas of superficial muscle activity (sEMG) during ADL. The role of the muscles to perform different grasps is deepened, and a synchronized database of sEMG and hand kinematics in ADL is presented. Finally, the database is used in a preliminary study of the relationship between kinematics and sEMG during reaching and manipulation phases. The results can be applied in prosthetic control and functional evaluation.

Esta tesis presenta contribuciones a la caracterización cinemática y muscular de la mano durante la realización de actividades de la vida diaria (AVD). Se proporcionan datos de orientación y posición de los ejes de rotación de articulaciones metacarpofalángicas e interfalángicas, obtenidos in vivo aplicando un método de optimización robusto. Se utilizan métodos de estadística multivariante para la reducción dimensional de la cinemática identificando sinergias (y proporcionando su evolución temporal durante AVD y agarres), y para identificar un conjunto mínimo de zonas representativas de la actividad muscular superficial (sEMG) durante AVD. Se profundiza en el rol de los músculos para realizar diferentes agarres, y se presenta una base de datos sincronizada de sEMG y cinemática en AVD, sobre la que se acomete un estudio preliminar de la relación entre cinemática y sEMG en las fases de alcance y manipulación, con resultados de aplicación en el control de prótesis y evaluación funcional.