Hodnocení účinnosti pasivních exoskeletonů pro stavební práce: laboratorní studie

Experimentální protokol bude vyžadovat přibližně 3 hodiny času účastníka. Bude se skládat ze šesti etap:

Fáze I: Dotazníky tělesného nepohodlí a handedness Nejprve výzkumný tým zadá účastníkovi dotazník pro rozhovor, aby získal informace o úrovni bolesti/nepohodlí v těle účastníků a aby určil dominanci ruky účastníka pomocí Edinburghského inventáře rukou.

Fáze II: Antropometrická tělesná měření a testování síly Několik antropometrických tělesných rozměrů bude měřeno ve vzpřímené poloze pomocí standardního metru a antropometru. Měření těla bude zahrnovat výšku vestoje, výšku ramen, výšku pasu k podlaze, délku nohou, výšku kolen, délku horní a dolní paže, délku chodidla a vzdálenost mezi rameny. Tělesná hmotnost účastníků studie bude měřena pomocí standardní váhy. Maximální síla úchopu na obou rukou bude měřena ve 3 pokusech pomocí standardního ručního dynamometru.

Fáze III: Montáž BSE Účastníkům budou představeny čtyři typy komerčních BSE (backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton). Podle pokynů výrobců budou mít účastníci možnost otestovat každé zařízení, přizpůsobit si zařízení svému tělu pro pohodlí pomocí nastavitelných prvků (např. popruhů).

Fáze IV: Optický marker pro zachycení pohybu, nositelné inerciální senzory a umístění senzoru povrchové elektromyografie (sEMG) Komerční systém pro zachycení pohybu (Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Švédsko) bude použit k monitorování a analýze trajektorií pohybu segmentů těla ve třech -rozměrný prostor. Několik optických značek bude umístěno na anatomické orientační body účastníků studie včetně hlavy, ramen, paží, rukou, zad, pánve, nohou a chodidel. K připevnění optických značek na anatomické orientační body bude použita hypoalergenní oboustranná páska. Nositelné inerciální senzory budou připevněny pomocí hypoalergenní oboustranné pásky v dolní části zad v blízkosti pasu (S1), horní části zad (T6), hrudní kosti, horní části paže (R, L), dolní části paže (R, L), stehna ( R, L) a stopka (R, L). Osm senzorů sEMG bude umístěno na Descending Trapezius (TRP), Přední deltový sval (AD), Iliocostalis Lumborum (ILL), Rectus Abdominis (RA), External Oblique (EO), Cervical Erector Spinae (CES), Latissimus Dorsi (LD), a Vastus Lateralis (VL) k měření úrovně svalové aktivace při provádění simulovaných pracovních úkolů, které jsou popsány ve fázi VI.

Fáze V: Měření maximální dobrovolné kontrakce (MVC) pro svalovou aktivaci Při provádění pracovních úkolů se úroveň svalové aktivace mezi svaly a mezi subjekty liší. Běžným způsobem je normalizace myoelektrických aktivit každého svalu pro každého účastníka měřením izometrické maximální dobrovolné kontrakce (MVC). V této studii vyšetřovatelé změří 11 MVC před zahájením skutečných pracovních úkolů. Naše testy MVC budou založeny na studii svalů trupu. Před měřením MVC budou účastníci požádáni, aby se zahřáli 5 protahovacími cviky: (a) Postavte se vzpřímeně s nohama na šířku ramen. Položte jeho ruce na jeho hýždě, abyste jej podpořili. Podívejte se nahoru a pomalu se nakloňte dozadu. Udržujte jeho nohy pevné. (b) Postavte se vzpřímeně s nohama na šířku ramen. Položte mu jednu ruku na hýždě jako oporu. Podívejte se nahoru a pomalu se nakloňte dozadu. Natáhněte se jeho opačnou rukou. Otočte horní část těla v pase. (c) Klekněte si na jednu nohu. Položte mu ruce na boky. Zatlačte boky dopředu. V případě potřeby se něčeho držte, abyste udrželi rovnováhu. (d) Postavte se vzpřímeně s nohama na šířku ramen. Překřižte mu ruce a položte ruce na ramena. Pomalu otočte jeho ramena na jednu stranu. Chcete-li zvýšit intenzitu tohoto strečinku, použijte jeho ruce, které pomohou rotovat do stran. (e) Klekněte si na všechny čtyři. Jednou rukou se podepřete a druhou sáhněte ke kotníku. Udržujte jeho záda rovnoběžně se zemí. Udržujte záda rovná, rovnoběžná se zemí a jeho stehno ve svislé poloze. Rozložte jeho váhu rovnoměrně na obě ruce a kolena. Po zahřátí bude provedeno MVC testování, které zahrnuje (1) flexi horní části trupu: subjekt bude v sedu na lavičce s pokrčenýma nohama a chodidly připoutanými pásem. Poté se pokusí ohnout horní část trupu v sagitální rovině, zatímco její hrudník bude experimentátorem ručně podepřen; (2) zkroucení horního trupu (R a L): Ve stejné podepřené poloze vsedě se subjekt pokusí otočit horní trup v horizontální rovině, zatímco jeho hrudník bude experimentátorem ručně podpírán; (3) flexe dolní části trupu: subjekt se pokusí ohnout spodní trup v sagitální rovině, zatímco bude v poloze vleže na zádech, ale s koleny a kyčlemi ohnutými přibližně do 90 stupňů. Jeho hrudník bude připoután pásem a jeho nohy budou experimentátorem ručně podepřeny; (4) zkroucení dolní části trupu (R a L): Ve stejné poloze vleže a podepřený se subjekt pokusí otočit spodní část trupu v horizontální rovině, zatímco jeho nohy budou experimentátorem ručně podpírány; (5) ohnutí horní části trupu (R a L): subjekt se pokusí ohnout horní část trupu ve frontální rovině, zatímco bude v poloze na boku, s koleny ohnutými a připoutanými pásem, a hrudník a paže budou ručně podpírány experimentátor; (6) ohnutí dolní části trupu: subjekt bude udržovat polohu mostu na pravé a levé straně, zatímco experimentátor vyvine maximální odpor směrem dolů na pánev; (7) prodloužení horní části trupu: subjekt bude připoután v poloze na břiše, přičemž trup vodorovně vykonzolovaný přes konec lavice (poloha Biering-Sorensen). Poté se pokusí prodloužit horní část trupu v sagitální rovině a zatáhnout ramena (stlačit lopatky k sobě), zatímco experimentátor bude na ramena aplikovat manuální odpor; (8) prodloužení dolní části trupu: subjekt se pokusí prodloužit spodní část trupu a boky proti ručnímu odporu, když je v poloze na břiše, s trupem na lavici a nohama vodorovně vyloženými přes konec lavice; (9) rotace a addukce ramene (R a L): subjekt se pokusí o addukci a vnitřní rotaci ramene proti ručnímu odporu s ramenem v abdukci a loktem ohnutým, obojí do 90 stupňů. Kromě toho budou ve stoji provedeny dvě maximální břišní kontrakce bez odporu; (10) vyhloubení břicha s maximálním úsilím: subjekt se pokusí maximálně aktivovat hluboké břišní svaly při vtahování podbřišku; (11) maximální úsilí břišní vzpěry: subjekt se pokusí maximálně aktivovat celou břišní stěnu bez jakékoli změny polohy svalů. Ve všech testech MVC budou účastníci požádáni, aby vynaložili maximální sílu ve statické pozici (pokyny poskytne náš výzkumník) každých pět sekund. Během prvních dvou sekund budou požádáni, aby zvýšili své maximum a udrželi sílu po další tři sekundy. MVC budou testovány alespoň dvakrát pro každou svalovou skupinu.

Fáze VI: Sběr dat v úlohách simulovaných stavebních prací Údaje o poloze budou od účastníků zaznamenávány při provádění šesti simulovaných konkrétních pracovních úloh (tj. lopaty, rámování, přenášení a zvedání stavebních materiálů, zatloukání a vázání výztuže) s různou intenzitou. Materiál, který budou zvedat, přenášet, přehazovat a držet, nepřekročí bezpečnostní limit 30 lb, jak uvádí NIOSH. Účastníci budou plnit úkoly s vs. bez nošení různých BSE. Úkolové zkoušky budou nahrávány na video pro vizuální shodu při analýze dat zachycení pohybu a inerciálních senzorů. Účastníci dostanou dvouminutovou přestávku mezi úkoly a třicetisekundovou přestávku mezi zkouškami. Pořadí podmínek úkolu v rámci každého pracovního úkolu bude náhodné.

• Úkol 1: Lopatou a přemístěním stavebního materiálu z místa A do místa B. Vzdálenost mezi A a B bude nastavena na 0,5 m, obě budou umístěny na úrovni země. Účastníci budou požádáni, aby lopatou naházeli stavební materiály o třech různých hmotnostech (tj. hlínu, cement a štěrk). Účastníci budou požádáni, aby házeli lopatou vysokou frekvencí (15 odměrek za minutu).
• Úkol 2: Zarámujte 30" stěnu pomocí elektrického šroubováku. Rám bude umístěn na podlaze oproti zvýšené ploše (výška 28"). Účastníci budou požádáni, aby použili elektrický šroubovák k zašroubování šroubu do a z rámu.
• Úkol 3: Přenášení stavebních materiálů různých hmotností (tj. dřevěné rámy a trubky) na vzdálenost až 10 metrů v každém pokusu. Maximální hmotnost přepravovaných materiálů nepřesáhne 30 liber.
• Úkol 4: Zvedání stavebních materiálů různé hmotnosti. Jako nosný úkol budou použity stejné materiály.
• Úkol 5: Bušení do boxovacího pytle umístěného v zemi oproti výšce 18 palců proti výšce 36 palců pomocí perlíku o různé hmotnosti (tj. 0, 6, 12, 16 a 20 liber).
• Úkol 6: Vázání výztuže do zarámované mřížky umístěné v různých výškových úrovních (tj. 0", 50").

Úkoly a úrovně intenzity byly vybrány tak, aby byly různorodé, ale reprodukovatelné (z hlediska držení těla) a podobaly se běžným úkolům, se kterými se setkáváme u konkrétních pracovních úkolů.

Po dokončení každého pracovního úkolu budou účastníci požádáni, aby zodpověděli dotazníky s dotazem na jejich zkušenosti, použitelnost a přijatelnost na každém exoskeletu.

Proces sběru dat skončí odstraněním optických značek a nositelných senzorů. Účastníkům bude v případě potřeby nabídnuta přestávka na odpočinek a občerstvení, následuje kompenzace a vyplnění platebního formuláře.