A aplicação de visualizações gráficas para a análise biomecânica do controle postural estático adquirido por plataforma de força: estudo de caso para dados antes e após intervenção de treinamento muscular de resistência em idosos com sarcopenia

Abstract

As análises biomecânicas sobre o comportamento postural humano a partir de dados mensurados por plataforma de força (PF) podem ser desafiadoras para quem não possui experiência em operar ferramentas de tratamento e análise de dados, tornando a execução destas ações mais limitada e dependente do nível de domínio apresentado pelo pesquisador. O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de uma abordagem de análise visual de dados para apoiar profissionais e pesquisadores das áreas das Ciências Biológicas e Saúde no seu entendimento e interpretação dos dados de plataforma de força relacionados ao controle postural estático. Como condição para a implementação das visualizações gráficas, entrevistas semiestruturadas foram conduzidas com pesquisadores de universidades brasileiras para compreender, do ponto de vista dos usuários de PF, quais as suas aplicações com ela; as ferramentas utilizadas para manipulação dos dados e as necessidades, facilidades e dificuldades em relação ao uso delas; além das percepções acerca da aplicação das visualizações em análises biomecânicas. Nas verbalizações dos entrevistados, evidenciou-se que dados estatísticos, obtidos rotineiramente para análises clínicas, em determinados momentos não condizem com o contexto de melhora e/ou piora da condição clínica da qualidade de vida e saúde dos pacientes, por apresentarem uma informação resumida dos valores presentes em uma amostra. A partir de dados coletados de PF para estudo da aplicação de uma intervenção de treinamento muscular em idosos com sarcopenia, as amplitudes e velocidades de deslocamento do Centro de Pressão em suas direções médio-lateral e ântero-posterior foram calculadas e utilizadas para representarem visualmente o equilíbrio postural estático dos sujeitos. O tratamento dos dados, os cálculos das variáveis e as visualizações foram implementadas diretamente a partir dos dados brutos da PF, por meio da linguagem Python. Gráficos de dispersão, mapas de calor, gráficos de violino e diagramas de caixa corresponderam às representações gráficas modeladas. A abordagem de análise visual foi aplicada em estudos de caso para os dados coletados de idosos sarcopênicos antes e após uma intervenção muscular. Cada estilo de visualização empregado fornece características próprias e distintas de se olhar para uma amostra, proporcionando diversas maneiras de se observar os resultados e tomar decisões a partir deles.

Biomechanical analyses of human postural behavior data measured by a force plate (FP) may present a challenge for those who do not have experience in working with software for processing and analyzing data, which makes the execution of these steps more limiting and dependent on the level of expertise presented by the researcher. This dissertation aims to implement a visual data analysis approach to support professionals and researchers in the areas of Biological Sciences and Healthcare in their understanding and interpretation of force plate data related to static postural control. As a condition for implementing the graphical visualizations, semi-structured interviews were conducted with Brazilian universities researchers to understand, from the point of view of FP users, their applications with the equipment; the software used to manipulate data, along with the necessities, facilities, and difficulties in using them; as well as their perceptions about the application of visualizations in biomechanical analyses. The interviewees’ verbalizations revealed that statistical data, routinely obtained for clinical analyses, at certain times do not correspond to the context of improvement and/or deterioration in the clinical condition of patients’ quality of life and health, as the statistical information summarizes the values present in a sample. Based on data obtained from a FP for a study of the application of a muscular training intervention in elderly people with sarcopenia, the amplitudes and velocities of the Center of Pressure’s displacements in its medial‑lateral and anterior-posterior directions were calculated to visually represent the subjects’ static postural balance. Data processing, variable calculations and visualization modeling were implemented directly from the FP’s raw data, by using Python programming language. Scatter plots, heat maps, violin plots and box plots corresponded to the graphical representations modeled. The visual analysis approach was applied in case studies for the data collected from sarcopenic elderly people before and after a muscular intervention. Each of the employed visualization techniques provides its own distinctive characteristics for looking at a sample, which provides different ways of observing the results and making decisions based on them.