Aktiv knæproteseundersøgelse til forbedring af bevægelsen for amputerede over knæet

Raske deltagere med amputationer over knæet vil blive rekrutteret. Deltagerne vil opfylde følgende berettigelseskriterier. De vil opleves ved proteseambulering med en ambulationskapacitet på mindst et K3-niveau (dvs. har evnen eller potentialet til ambulation med variabel kadence). Derudover vil amputerede deltagere generelt være raske og vil ikke have andre muskuloskeletale problemer eller kendte kardiovaskulære, lunge- eller neurologiske lidelser.

Forskningsmålet er at evaluere effektiviteten af ​​en aktiv knæprotese, der er designet til at øge gangsymmetri, hastighed og til at sænke metaboliske energikrav under gang.

For hver amputeret deltager vil en komplet undersøgelse omfatte tre separate eksperimentelle sessioner udført på tre forskellige steder. Disse steder er: The Biomechatronics Group, MIT Media Laboratory; Holodeck-rummet i CSAIL ved MIT; og indendørsbanen ved MIT's Johnson Athletic Center. Tiden mellem eksperimentelle sessioner vil være cirka en til to uger, og varigheden af ​​hver session vil være to til tre timer. For hver session vil en amputeret undersøgelsesdeltager blive bedt om at gå langsomt, normalt og hurtigt under to forskellige tilstande. De eksperimentelle forhold er:

1. Ved at bruge en tildelt kommercielt tilgængelig knæprotese (f.eks. Otto Bock C-Leg eller Ossur Rheo)
2. Brug af den aktive knæprotese

I den første session vil hver amputeret deltager være planlagt til at besøge Biomechatronics Group i MIT Media Laboratory. Hovedformålet med denne session er at kvalitativt vurdere, i hvilken grad den aktive protese kan forbedre amputeredes gang. Morfologiske data (for eksempel højde, vægt, lemmerlængde og omkreds) for deltageren vil blive registreret ved hjælp af den biomekaniske dataindsamlingsformular. Disse data vil blive brugt under analyse af data indsamlet under gangforskningssessionerne.

Hver deltager vil blive bedt om at gå langs en gangbro på 30 fod i Biomechatronics Group. Under sessionen vil hver deltager blive bedt om at gå i langsomt, normalt og hurtigt tempo for hver af to gangforhold. For hver tilstand og hastighed vil der blive udført cirka 10-15 forsøg. Parallelle stænger vil blive brugt til at forhindre enhver skade på emnet, hvis han skulle miste balancen og falde. En sikker sele fastgjort til loftet vil også blive brugt, hvis forsøgspersonen fremsætter denne anmodning. Derudover vil et medlem af laboratoriepersonalet også ledsage forsøgsdeltageren for at fange ham i tilfælde af et fald, hvis det er nødvendigt. Deltageren kan til enhver tid bede om at hvile sig eller at afslutte sin deltagelse i undersøgelsen.

Hver deltager vil gå på platformen 60-90 gange i hele den første session, som bør tage cirka 2 timer. Ved brug af den aktive protese med gangprogrammet vil vores forskere afstemme gåprogrammets parametre til deltagerens eget gangmønster. De parametre, der bruges til at indstille gangprogrammet, vil blive optaget til brug i session 2 og 3.

I den anden session vil deltagere i amputerede undersøgelser være planlagt til at besøge Holodeck-rummet i CSAIL ved MIT (Rm 33-339), som har installeret motion capture-systemet til at måle menneskelig bevægelse. Hovedformålet med denne session er at indsamle knætilstand, drejningsmoment og kraft på amputerede, der går ved langsom, moderat og hurtig hastighed. Disse aktive knæprotesedata vil derefter blive sammenlignet med konventionel knæproteseadfærd målt ved de samme tre hastigheder.

Hver deltager vil blive bedt om at gå langs en gangbro på 30 fod i Holodeck-rummet i CSAIL ved MIT. Før de udfører eksperimenter, vil en af ​​efterforskerne placere reflekterende markører på deltagerens hud med tape på bestemte punkter over led i deres krop. Disse specielle markører ses derefter af kameraerne i rummet (se dataindsamlingsinstrumenter). Under sessionen vil hver deltager blive bedt om at gå i langsomt, normalt og hurtigt tempo for hver af to gangforhold. For hver tilstand og hastighed vil der blive udført cirka 10-15 forsøg. Bevægelsesdata indsamles fra kameraer i rummet og fra kraftpladerne, der er placeret i gangbroen. Da enheden er blevet sat op i den første session, vil to medlemmer af laboratoriepersonalet gå på hver side af deltageren under hele forsøget. Den anden session bør tage mellem 2 og 3 timer.

I den tredje session vil hver transfemoral amputeret deltager være planlagt til at besøge indendørsbanen i Johnson Athletic Center på MIT, som er placeret på 2. sal i Athletic Center. Hovedformålet med denne session er at teste, om den aktive knæprotese i virkeligheden reducerer de metaboliske omkostninger ved amputeret gang.

Under sessionen vil hver deltager blive bedt om at bære en Cosmed Oxygen Consumption (VO2) maske, der vil måle stofskiftet. To medlemmer af laboratoriepersonalet vil gå på hver side af deltageren under hele forsøget. Proceduren for eksperimentet vil være som følger:

Deltageren vil blive bedt om at bære VO2-systemet og først gå i 8 minutter på banen med en tildelt kommercielt tilgængelig overknæprotese (Otto Bock C-Leg eller Ossur Rheo) for at etablere en kontrolmetabolisk hastighed. Efter at have hvilet i 8 minutter, vil han/hun bære den aktive protese og vænne sig til enheden ved at gå i 5 minutter. Han/hun vil derefter gå på banen i 8 minutter, mens vi måler hans/hendes stofskifte med enheden. Herefter hviler deltageren i yderligere 8 minutter. Denne protokol vil blive gentaget yderligere to gange, og hele eksperimentet vil tage cirka 3 timer. Gennem hele undersøgelsen vil hver deltager blive videofilmet og fotograferet for at dokumentere protesens effekt på gang.