Aktive Knieprothesenstudie zur Verbesserung der Fortbewegung bei Oberschenkelamputierten

Gesunde Teilnehmer mit Oberschenkelamputationen werden rekrutiert. Die Teilnehmer erfüllen die folgenden Zulassungskriterien. Sie verfügen über Erfahrung im Gehen mit Prothesen, mit einer Gehfähigkeit von mindestens K3-Niveau (d. h. mit der Fähigkeit oder dem Potenzial zum Gehen mit variabler Kadenz). Darüber hinaus sind amputierte Teilnehmer im Allgemeinen gesund und haben keine anderen muskuloskelettalen Probleme oder bekannte kardiovaskuläre, pulmonale oder neurologische Erkrankungen.

Das Forschungsziel ist die Bewertung der Wirksamkeit einer aktiven Knieprothese, die darauf ausgelegt ist, die Gangsymmetrie und Geschwindigkeit zu erhöhen und den metabolischen Energiebedarf beim Gehen zu senken.

Für jeden amputierten Teilnehmer umfasst eine vollständige Studie drei separate experimentelle Sitzungen, die an drei verschiedenen Orten durchgeführt werden. Diese Standorte sind: The Biomechatronics Group, MIT Media Laboratory; der Holodeck-Raum in CSAIL am MIT; und die Indoor-Strecke im Johnson Athletic Center des MIT. Die Zeit zwischen den experimentellen Sitzungen beträgt ungefähr ein bis zwei Wochen, und die Zeitdauer jeder Sitzung beträgt zwei bis drei Stunden. Für jede Sitzung wird ein amputierter Studienteilnehmer gebeten, für zwei verschiedene Bedingungen langsam, normal und schnell zu gehen. Die Versuchsbedingungen sind:

1. Unter Verwendung einer zugeordneten handelsüblichen Knieprothese (z. Otto Bock C-Leg oder Ossur Rheo)
2. Einsatz der aktiven Knieprothese

In der ersten Sitzung wird jeder amputierte Teilnehmer die Biomechatronics Group im MIT Media Laboratory besuchen. Der Hauptzweck dieser Sitzung besteht darin, qualitativ zu beurteilen, inwieweit die aktive Prothese den Gang des Amputierten verbessern kann. Morphologische Daten (z. B. Größe, Gewicht, Gliedmaßenlänge und -umfang) des Teilnehmers werden mithilfe des biomechanischen Datenerhebungsformulars erfasst. Diese Daten werden bei der Analyse von Daten verwendet, die während der Gangforschungssitzungen gesammelt wurden.

Jeder Teilnehmer wird gebeten, in der Biomechatronik-Gruppe einen 30 Fuß langen Gehweg entlangzugehen. Während der Sitzung wird jeder Teilnehmer gebeten, für jede der beiden Gehbedingungen langsam, normal und schnell zu gehen. Für jede Bedingung und Geschwindigkeit werden ungefähr 10-15 Versuche durchgeführt. Parallelbarren werden verwendet, um Verletzungen des Subjekts zu vermeiden, wenn es das Gleichgewicht verlieren und stürzen sollte. Ein an der Decke befestigter Sicherheitsgurt wird ebenfalls verwendet, wenn die Person dies wünscht. Zusätzlich begleitet ein Mitarbeiter des Labors den Studienteilnehmer, um ihn gegebenenfalls im Falle eines Sturzes aufzufangen. Der Teilnehmer kann jederzeit verlangen, dass er sich ausruht oder seine Teilnahme an der Studie beendet.

Jeder Teilnehmer wird während der gesamten ersten Sitzung, die ungefähr 2 Stunden dauern sollte, 60-90 Mal auf der Plattform laufen. Bei der Verwendung der Aktivprothese mit dem Gehprogramm stimmen unsere Forscher die Parameter des Gehprogramms auf das eigene Gangbild des Teilnehmers ab. Die zur Abstimmung des Gehprogramms verwendeten Parameter werden zur Verwendung in den Sitzungen 2 und 3 aufgezeichnet.

In der zweiten Sitzung besuchen amputierte Studienteilnehmer den Holodeck-Raum im CSAIL am MIT (Rm 33-339), in dem das Bewegungserfassungssystem zur Messung menschlicher Bewegungen installiert ist. Der Hauptzweck dieser Sitzung besteht darin, Kniezustand, Drehmoment und Kraft bei Amputierten zu erfassen, die mit langsamen, mäßigen und schnellen Geschwindigkeiten gehen. Diese aktiven Knieprothesendaten werden dann mit dem Verhalten herkömmlicher Knieprothesen verglichen, das bei denselben drei Geschwindigkeiten gemessen wird.

Jeder Teilnehmer wird gebeten, im Holodeck-Raum im CSAIL am MIT einen 30 Fuß langen Gehweg entlangzugehen. Vor der Durchführung von Experimenten bringt einer der Forscher reflektierende Markierungen mit Klebeband an bestimmten Stellen über Gelenken ihres Körpers auf der Haut des Teilnehmers an. Diese speziellen Markierungen werden dann von den Kameras im Raum gesehen (siehe Datenerfassungsinstrumente). Während der Sitzung wird jeder Teilnehmer gebeten, für jede der beiden Gehbedingungen langsam, normal und schnell zu gehen. Für jede Bedingung und Geschwindigkeit werden ungefähr 10-15 Versuche durchgeführt. Bewegungsdaten werden von Kameras im Raum und von Kraftmessplatten erfasst, die im Laufgang platziert sind. Da das Gerät in der ersten Sitzung eingerichtet wurde, gehen während des Experiments zwei Mitglieder des Laborpersonals auf jeder Seite des Teilnehmers. Die zweite Sitzung sollte zwischen 2 und 3 Stunden dauern.

In der dritten Sitzung wird jeder Teilnehmer mit Oberschenkelamputation den Indoor Track des Johnson Athletic Center am MIT besuchen, der sich im 2. Stock des Athletic Center befindet. Der Hauptzweck dieser Sitzung besteht darin, zu testen, ob die aktive Knieprothese tatsächlich die Stoffwechselkosten des Gehens bei Amputierten senkt.

Während der Sitzung wird jeder Teilnehmer gebeten, eine Cosmed-Sauerstoffverbrauchsmaske (VO2) zu tragen, die die Stoffwechselrate misst. Zwei Mitglieder des Laborpersonals gehen während des gesamten Experiments auf jeder Seite des Teilnehmers. Das Verfahren für das Experiment wird wie folgt sein:

Der Teilnehmer wird gebeten, das VO2-System zu tragen und zunächst 8 Minuten lang mit einer zugewiesenen, im Handel erhältlichen Oberknieprothese (Otto Bock C-Leg oder Ossur Rheo) auf der Strecke zu gehen, um eine kontrollierte Stoffwechselrate zu erreichen. Nach 8 Minuten Ruhe trägt er/sie die aktive Prothese und gewöhnt sich durch 5-minütiges Gehen an das Gerät. Er/sie wird dann 8 Minuten lang auf der Strecke laufen, während wir seinen/ihren Stoffwechsel mit dem Gerät messen. Der Teilnehmer ruht sich dann weitere 8 Minuten aus. Dieses Protokoll wird zwei weitere Male wiederholt, und das gesamte Experiment dauert ungefähr 3 Stunden. Während der gesamten Studie wird jeder Teilnehmer auf Video aufgezeichnet und fotografiert, um die Wirkung der Prothese auf das Gehen zu dokumentieren.