Soleus Loading Response beim Gehen

Die Teilnehmer werden in dieser naturwissenschaftlichen Grundlagenstudie einer einzelnen Gruppe zugeordnet. Das Protokoll umfasst das Testen eines tragbaren angetriebenen Knöchelgeräts und seines Steueralgorithmus während des Gehens auf dem Laufband. Das Roboter-Knöchelgerät wird mit einer Kunststoff-Knöchel-Fuß-Orthese und Klettverschlüssen an Wade und Fuß des Teilnehmers befestigt. Das Roboter-Knöchelgerät wird auf der beeinträchtigten Seite getragen, während die kontralaterale Seite beim Gehen frei ist. Der Teilnehmer platziert den Fuß (hemiparetische Seite) mit dem benutzerdefinierten Orthesenrahmen auf der Roboter-Knöchelvorrichtung. Das mechanische Gelenk des Geräts ist auf das Sprunggelenkzentrum des Teilnehmers ausgerichtet. Ein Riemen, der um den Umfang des Schafts geschlungen ist, befestigt das Bein des Teilnehmers an der Knöchelvorrichtung, um sicherzustellen, dass das mechanische Gelenk das Knöchelgelenk dreht. Die Passform sollte nicht unangenehm eng sein, aber fest genug, um eine relative (ungewollte) Verschiebung zu verhindern. Kabel sind mit einem Paar Elektromotoren verbunden, die ein Drehmoment in Plantarflexions- und Dorsalflexionsrichtung aufbringen. Das Gerät sammelt Messungen des Gelenkwinkels. Die Motoren werden unter Verwendung des Knöchelgelenkwinkels reguliert, so dass das Robotergerät Knöchelrotationsstörungen anwendet, um Änderungen in der Soleus-Muskelaktivität zu induzieren. Das Knöchelgerät integriert Drucksensoren, die unter der Fußsohle an Ferse und Zehe platziert sind, um vertikale Bodenreaktionskräfte zu erfassen.

Elektromyographische (EMG) Sensoren werden an den Muskelgruppen Soleus und Tibialis anterior platziert. EMG-Sensoren werden unter Verwendung eines biokompatiblen Klebebands geklebt, um die Sensoren an der Haut zu befestigen. Die EMG-Aktivität wird verstärkt, bandpassgefiltert (10–1000 Hz), bei 3.000 Hz abgetastet und gespeichert. Ein Studienmitglied wird zur Verfügung stehen, um die Teilnehmer bei der Platzierung der EMG-Sensoren zu unterstützen. Herzfrequenz und Blutdruck werden vor Beginn des Protokolls überwacht. Knöchel-, Knie- und Hüftgelenkskinematik werden bilateral mit tragbaren Elektrogoniometern erfasst. Die Teilnehmer tragen einen Sicherheitsgurt, der an einem tragbaren System (Überkopfschiene und Stativ) befestigt ist, um einen Sturz zu verhindern, ohne die Bewegung einzuschränken. Ein Not-Aus-Knopf steht den Teilnehmern zur Verfügung, um das Experiment sofort zu stoppen. Die Teilnehmer können das Personal mündlich auffordern, den Not-Aus-Knopf zu drücken.

Die Teilnehmer gehen mit einer selbstgewählten bequemen schnellen Geschwindigkeit (z. B. 3,5–4 km/h) während kurzer Geheinheiten auf dem Laufband (4–6 Minuten pro Übung). Das Laufband wird extern von einem Computer gesteuert, um die Geschwindigkeit des Bandes einzustellen. Die Gehsitzung wird voraussichtlich etwa 60-90 Minuten dauern, um Ermüdung und zeitabhängige Veränderungen der Muskelreaktionen zu vermeiden. Während des Aufwärmens wird die maximale freiwillige Kontraktion des Plantarflexors (MVC) im Stehen erfasst, und Gangkinematik, Muskel-EMG und Bodenreaktionskräfte werden beim Gehen ohne Tragen des Roboter-Knöchelgeräts aufgezeichnet.

Nach dem Aufwärmen werden beim Gehen auf dem Laufband mit dem Robotergerät Knöchelrotationen unter Verwendung des entwickelten Algorithmus angewendet, um die Soleus-Belastungsreaktion während der mittleren bis späten Standphase hervorzurufen. Der Kontrollalgorithmus wendet Knöchelstörungen an, die Verschiebungen von der natürlichen Knöchelkinematik sind, um die Soleus-Belastungsreaktion in der mittleren bis späten Standphase alle zwei bis sechs Gangzyklen zu zielen, um eine Gewöhnung zu verhindern. Größe, Geschwindigkeit und Zeitablauf der Störung werden während des Gehens auf dem Laufband gesteuert. Aufgrund der einzigartigen Parameter der vom Gerät aufgebrachten Störung (Größe und Geschwindigkeit) besteht ein minimales Sturzrisiko, da es in der Standphase für kurze Zeit angewendet wird, um eine Muskelreaktion hervorzurufen (z. B. analog zu einer mechanischen Dehnung). Reflex). Daher wird die Störung nicht angewendet, um die Knöchelbewegung zu führen oder zu unterstützen, was einen großen Einfluss auf die Gangkinematik haben wird. Außerhalb des Störungsfensters innerhalb der Haltung wird die Knöchelsteuerung ausgeschaltet.

Für jeden Schrittzyklus sind nur zwei Bedingungen möglich. Entweder ist der Teilnehmer in einem gestörten oder ungestörten Zustand. Während gestörter Schrittzyklen trägt der Teilnehmer das Knöchelgerät und übt Kraft aus, um die Knöchel-Fuß-Bewegung zu ändern (d. h. das Gerät wird aktiviert). Während ungestörter Schrittzyklen trägt der Teilnehmer das Knöchelgerät, aber es übt keine Kraft aus, um die Knöchel-Fuß-Bewegung zu ändern (d. h. das Gerät ist passiv und nicht aktiv).

Eine Gangsitzung besteht aus 4-5 Gehrunden, die gestörte und ungestörte Gehschritte verschachteln (bis zum Sammeln von Daten von etwa 30 gestörten und ungestörten Schritten pro Gehrunde), wobei mindestens ein ungestörter Schritt vor einem gestörten Schritt verbleibt. Zwischen den Kämpfen sind Ruhepausen vorgesehen.

Das Studienteam überwacht den Teilnehmer während einer Gangsitzung kontinuierlich und bittet mündlich um Feedback, um den Komfort und die Sicherheit des Teilnehmers zu gewährleisten. Es werden automatische und manuelle Software-Sicherheitsvorkehrungen getroffen, um die Sitzung zu stoppen, wenn die Leistung sichere/gewünschte Geschwindigkeits- oder Drehmomentbereiche überschreitet. Die Gangsitzung wird mit einer Abkühlung beendet, um die Gelenkkinematik, das Muskel-EMG und den Vortrieb beim Gehen ohne Tragen des Geräts zu messen. Am Ende der Experimente werden die tragbaren Sensoren sanft vom Körper entfernt. Das Studienpersonal wird dem Teilnehmer helfen, die Knöchelprothese abzunehmen.

Die Studie umfasst eine einzelne Gruppe mit 15 Personen ohne bekannte neurologische Erkrankungen oder orthopädische Verletzungen in der Vorgeschichte. Änderungen im Soleus-EMG werden zwischen gestörten und ungestörten Gehschritten während einer Gangsitzung verglichen. Für das primäre Maß (Soleus-EMG-Reaktion) wird der Unterschied zwischen dem nicht gestörten und dem gestörten EMG durch den Student-t-Test bewertet. Die Stichprobengröße für nichtbehinderte Personen ermöglicht uns eine Schätzung mit einem zweiseitigen Konfidenzniveau von 95 % jeweils die Soleus-EMG-Reaktion auf Störungen innerhalb einer Fehlergrenze von 5,4 % bei nicht gestörtem EMG. Diese Berechnung basiert auf einer früheren Studie, in der eine Gruppenanalyse mit einem s.d. von 0,87 % Veränderung (% nicht gestörtes EMG) wurde im Soleus-EMG als Reaktion auf eine Gelenkbewegungsstörung von 1 Grad/s während der mittleren bis späten Standphase beobachtet (d. h. die Variation im Soleus-EMG steht in linearer Beziehung zur Geschwindigkeit und /oder Amplitude der Störungen). Eine ähnliche s.d. wird für die vorgeschlagene Studie angenommen, die eine Stichprobengröße von N = 15 arbeitsfähigen Personen ergibt. Darüber hinaus wird eine Stichprobengröße von 5 Teilnehmern mit Hemiparese und Gangdefiziten aufgrund eines Schlaganfalls untersucht, um die Machbarkeit der vorgeschlagenen Algorithmen und Vorrichtungen zur Hervorrufung der Soleus-Belastungsreaktion zu untersuchen. Aufgrund der fehlenden Verfügbarkeit von Daten mit Teilnehmern nach einem Schlaganfall, s.d. Änderung % ungestörtes Soleus-EMG kann nicht definiert werden, bevor Tests mit Personen nach einem Schlaganfall durchgeführt wurden. Daher wird diese Pilotstudie vorläufige Ergebnisse liefern, um das Soleus-EMG aufgrund der angewandten Störungen bei Menschen nach einem Schlaganfall zu charakterisieren.