Soleus-belastningsrespons under gang

Deltagerne tildeles en enkelt gruppe i denne grundlæggende naturvidenskabelige undersøgelse. Protokollen inkluderer test af en bærbar ankelenhed og dens kontrolalgoritme under løbebåndsgang. Robotankelanordningen fastgøres til deltagerens læg og fod ved hjælp af en plastik ankel-fod-ortose og velcro-stropper. Robotankelanordningen vil blive båret på den svækkede side, mens den kontralaterale side er fri under gang. Deltageren placerer foden (hemiparetisk side) på robotankelenheden ved hjælp af den brugerdefinerede ortotiske ramme. Enhedens mekaniske led er på linje med deltagerens ankelledscenter. En rem løkket rundt om skaftets omkreds fastgør deltagerens ben til ankelanordningen for at sikre, at det mekaniske led roterer ankelleddet. Pasformen bør ikke være ubehagelig stram, men stram nok til at forhindre relativ (uønsket) forskydning. Kabler er forbundet til et par elektriske motorer, der påfører drejningsmoment i plantarfleksions- og dorsalfleksionsretningen. Enheden indsamler målinger af ledvinklen. Motorerne reguleres ved hjælp af ankelledsvinklen, således at robotanordningen påfører ankelrotationsforstyrrelser for at inducere ændringer i soleus muskelaktivitet. Ankelanordningen integrerer tryksensorer placeret under fodsålen ved hælen og tåen for at opsamle lodrette reaktionskræfter på jorden.

Elektromyografiske (EMG) sensorer er placeret på soleus og tibialis anterior muskelgrupper. EMG-sensorer limes ved hjælp af en biokompatibel tape for at fastgøre sensorerne til huden. EMG-aktivitet forstærkes, båndpasfiltreres (10-1000 Hz), samples ved 3.000 Hz og lagres. Et studiemedlem vil være tilgængelig for at hjælpe deltagerne med at placere EMG-sensorerne. Hjertefrekvens og blodtryk overvåges før begyndelsen af ​​protokollen. Ankel-, knæ- og hofteledskinematik registreres bilateralt ved hjælp af bærbare elektrogoniometre. Deltagerne bærer en sikkerhedssele, som er fastgjort til et bærbart system (overheadbane og stativ) for at forhindre fald uden at begrænse bevægelsen. En nødstopknap er tilgængelig, så deltagerne straks kan stoppe eksperimentet. Deltagerne kan mundtligt bede personalet om at trykke på nødstopknappen.

Deltagerne går med en selvvalgt behagelig hurtig hastighed (f.eks. 3,5-4 km/t) under korte løbebåndsgange (4-6 minutter pr. kamp). Løbebåndet styres eksternt af en computer for at justere båndets hastighed. Gangsessionen forventes at vare omkring 60-90 minutter for at undgå træthed og tidsvarierende ændringer i muskelreaktionerne. Under opvarmning opsamles plantarflexor maksimal frivillig kontraktion (MVC) i stående stilling, og gangkinematik, muskel-EMG og jordreaktionskræfter registreres gående uden at bære robotankelanordningen.

Efter opvarmning, mens du går på løbebåndet iført robotanordningen, vil ankelrotationer blive anvendt ved hjælp af den udviklede algoritme for at fremkalde soleus-belastningsreaktionen under den midt-sene stillingsfase. Kontrolalgoritmen anvender ankelforstyrrelser, som er skift fra den naturlige ankelkinematik for at målrette soleus-belastningsreaktionen i mid-sen stance fase hver anden 4-6 gangcyklus for at forhindre tilvænning. Forstyrrelsens størrelse, hastighed og timing styres under løbebåndsgang. På grund af de unikke parametre for forstyrrelsen (størrelse og hastighed), der påføres af enheden, er der minimal faldrisiko, fordi den påføres i en kort varighed i standfasen for at fremkalde en muskelreaktion (det er f.eks. analogt med en mekanisk strækning refleks). Derfor anvendes forstyrrelsen ikke til at guide eller hjælpe ankelbevægelsen, hvilket vil have stor indflydelse på gangskinematikken. Uden for perturbationsvinduet i stilling er ankelkontrollen slået fra.

For enhver trincyklus er kun to betingelser mulige. Enten er deltageren i en forstyrret eller uforstyrret tilstand. Under forstyrrede trincyklusser bærer deltageren ankelanordningen, og den anvender kraft for at ændre ankel-fodbevægelsen (dvs. enheden aktiveres). Under uforstyrrede skridtcyklusser bærer deltageren ankelanordningen, men den anvender ikke kraft til at ændre ankel-fodbevægelsen (dvs. enheden er passiv og ikke aktiv).

En gangsession består af 4-5 gangkampe, der interleaver forstyrrede og uforstyrrede gangtrin (indtil der indsamles data på omkring 30 forstyrrede og uforstyrrede skridt pr. gang), hvilket efterlader mindst ét ​​uforstyrret skridt før et forstyrret skridt. Der er pauser mellem kampene.

Undersøgelsesholdet vil løbende overvåge deltageren under en gangsession og mundtligt anmode om feedback for at sikre deltagerens komfort og sikkerhed. Automatiske og manuelle softwaresikringer er placeret for at stoppe sessionen, hvis ydeevnen overstiger sikre/ønskede hastigheds- eller drejningsmomentområder. Gangsessionen afsluttes med en nedkøling for at måle ledkinematik, muskel-EMG og fremdriftsgang uden at bære enheden. Ved afslutningen af ​​eksperimenterne vil de bærbare sensorer forsigtigt blive fjernet fra kroppen. Undersøgelsespersonalet vil hjælpe deltageren med at tage ankelanordningen af.

Undersøgelsen involverer en enkelt gruppe, der indskriver 15 personer uden kendte neurologiske tilstande eller historie med ortopædiske skader. Ændringer i soleus EMG vil blive sammenlignet mellem forstyrrede og uforstyrrede gangtrin under en gangsession. For det primære mål (soleus EMG-respons) vil forskellen mellem den ikke-forstyrrede og forstyrrede EMG blive vurderet ved Elevens t-test. Stikprøvestørrelsen for raske personer giver os mulighed for at estimere med et tosidet 95 % konfidensniveau hver, soleus EMG-reaktion på forstyrrelse inden for en fejlmargin på 5,4 % ikke-forstyrret EMG. Denne beregning er baseret på en tidligere undersøgelse, hvor en gruppeanalyse med en s.d. på 0,87 % ændring (% ikke-forstyrret EMG) blev observeret i soleus EMG som reaktion på 1 grader/s ledbevægelsesforstyrrelse under den midterste stance fase (dvs. variationen i soleus EMG er lineært relateret til hastigheden og /eller amplitude af forstyrrelserne). En lignende s.d. er antaget for den foreslåede undersøgelse, som giver en stikprøvestørrelse på N=15 arbejdsdygtige individer. Derudover vil en stikprøvestørrelse på 5 deltagere med hemiparese og gangbesvær på grund af et slagtilfælde blive undersøgt for at undersøge gennemførligheden af ​​de foreslåede algoritmer og enheden til at fremkalde soleus-belastningsresponsen. På grund af manglende tilgængelighed af data med post-slagtilfælde deltagere, s.d. ændring % uforstyrret soleus EMG kan ikke defineres før udførelse af test med individer efter slagtilfælde. Derfor vil denne pilotundersøgelse give foreløbige resultater til at karakterisere soleus EMG på grund af de anvendte forstyrrelser hos mennesker efter slagtilfælde.