Studie aktivních protéz kolene pro zlepšení lokomoce u pacientů s amputací nad kolena

Budou přijati zdraví účastníci s nadkolenními amputacemi. Účastníci splní následující kritéria způsobilosti. Budou mít zkušenosti s chůzí protézy se schopností chůze alespoň na úrovni K3 (tj. mající schopnost nebo potenciál pro chůzi s proměnlivou kadencí). Kromě toho budou účastníci po amputaci obecně zdraví a nebudou mít žádné další muskuloskeletální problémy ani žádné známé kardiovaskulární, plicní nebo neurologické poruchy.

Cílem výzkumu je zhodnotit účinnost aktivní kolenní protézy, která je určena ke zvýšení symetrie chůze, rychlosti a ke snížení metabolických energetických nároků při chůzi.

Pro každého účastníka s amputací bude kompletní studie zahrnovat tři samostatná experimentální sezení prováděná na třech různých místech. Tato místa jsou: The Biomechattronics Group, MIT Media Laboratory; Holodeck room v CSAIL na MIT; a Indoor Track v Johnson Athletic Center na MIT. Doba mezi experimentálními relacemi bude přibližně jeden až dva týdny a doba trvání každé relace bude dvě až tři hodiny. Při každém sezení bude účastník studie po amputaci požádán, aby šel pomalým, normálním a rychlým tempem pro dva různé stavy. Experimentální podmínky jsou:

1. Pomocí přiřazené komerčně dostupné kolenní protézy (např. Otto Bock C-Leg nebo Ossur Rheo)
2. Použití aktivní kolenní protézy

V první relaci bude každý účastník s amputací naplánován na návštěvu Biomechatronické skupiny v The MIT Media Laboratory. Hlavním účelem tohoto sezení je kvalitativně posoudit, do jaké míry může aktivní protéza zlepšit chůzi po amputaci. Morfologické údaje (např. výška, váha, délka končetiny a obvod) účastníka budou zaznamenány pomocí formuláře pro sběr biomechanických dat. Tato data budou použita při analýze dat shromážděných během sezení výzkumu chůze.

Každý účastník bude požádán, aby se prošel po 30 stop dlouhém chodníku v Biomechatronické skupině. Během sezení bude každý účastník požádán, aby šel pomalým, normálním a rychlým tempem pro každou ze dvou podmínek chůze. Pro každou podmínku a rychlost bude provedeno přibližně 10-15 pokusů. Paralelní tyče budou použity, aby se zabránilo jakémukoli zranění subjektu, pokud by ztratil rovnováhu a upadl. Pokud subjekt požaduje, bude také použit bezpečný postroj připevněný ke stropu. Účastníka studie navíc doprovodí také člen laboratorního personálu, aby jej v případě potřeby zachytil v případě pádu. Účastník může kdykoli požádat o odpočinek nebo ukončit svou účast ve studii.

Každý účastník bude chodit po plošině 60-90krát za celou první relaci, která by měla trvat přibližně 2 hodiny. Při použití aktivní protézy s programem chůze naši výzkumníci vyladí parametry programu chůze podle vlastního vzorce chůze účastníka. Parametry použité k vyladění programu chůze budou zaznamenány pro použití v relacích 2 a 3.

Ve druhém zasedání bude účastníkům studie po amputaci naplánována návštěva Holodeck room v CSAIL na MIT (Rm 33-339), která instalovala systém pro snímání pohybu pro měření lidského pohybu. Hlavním účelem tohoto sezení je shromáždit stav kolena, točivý moment a výkon u pacientů po amputaci, kteří chodí pomalou, střední a vysokou rychlostí. Tyto údaje o aktivní protetické protéze kolena budou poté porovnány s konvenčním chováním protetických kolen měřeným při stejných třech rychlostech.

Každý účastník bude požádán, aby se prošel po 30 stop dlouhém chodníku v místnosti Holodeck v CSAIL na MIT. Před provedením experimentů jeden z výzkumníků umístí reflexní značky na kůži účastníka pomocí pásky na konkrétní body přes klouby jeho těla. Tyto speciální značky pak vidí kamery v místnosti (viz Nástroje pro sběr dat). Během sezení bude každý účastník požádán, aby šel pomalým, normálním a rychlým tempem pro každou ze dvou podmínek chůze. Pro každou podmínku a rychlost bude provedeno přibližně 10-15 pokusů. Pohybová data se shromažďují z kamer v místnosti a ze silových desek, které jsou umístěny na chodníku. Protože bylo zařízení nastaveno v první relaci, dva členové laboratorního personálu budou během experimentu chodit po každé straně účastníka. Druhé sezení by mělo trvat 2 až 3 hodiny.

Ve třetím sezení bude každému účastníkovi s transfemorální amputací naplánována návštěva Indoor Track Johnsonova atletického centra na MIT, která se nachází ve 2. patře Atletického centra. Hlavním účelem tohoto sezení je otestovat, zda aktivní kolenní protéza ve skutečnosti snižuje metabolické náklady na chůzi po amputaci.

Během sezení bude každý účastník požádán, aby měl na sobě masku Cosmed Oxygen Consumption (VO2), která bude měřit rychlost metabolismu. Po celou dobu experimentu budou po každé straně účastníka chodit dva členové laboratorního personálu. Postup experimentu bude následující:

Účastník bude požádán, aby si nasadil systém VO2 a nejprve 8 minut chodil po trati s přidělenou komerčně dostupnou nadkolenní protézou (Otto Bock C-Leg nebo Ossur Rheo), aby se stanovila kontrolní rychlost metabolismu. Po 8 minutách odpočinku si nasadí aktivní protézu a aklimatizuje se na přístroj 5 minutovou chůzí. Poté bude 8 minut chodit po dráze, zatímco měříme jeho rychlost metabolismu pomocí přístroje. Poté bude účastník odpočívat dalších 8 minut. Tento protokol bude opakován ještě dvakrát a celý experiment bude trvat přibližně 3 hodiny. V průběhu studie bude každý účastník natáčen a fotografován, aby se dokumentoval účinek protézy na chůzi.