Studio di protesi di ginocchio attivo per il miglioramento della locomozione per gli amputati al di sopra del ginocchio

Verranno reclutati partecipanti sani con amputazioni sopra il ginocchio. I partecipanti soddisferanno i seguenti criteri di ammissibilità. Saranno esperti nella deambulazione protesica, con una capacità di deambulazione almeno di livello K3 (es. avere la capacità o il potenziale per la deambulazione con cadenza variabile). Inoltre, i partecipanti amputati saranno generalmente sani e non avranno altri problemi muscoloscheletrici o disturbi cardiovascolari, polmonari o neurologici noti.

L'obiettivo della ricerca è valutare l'efficacia di una protesi di ginocchio attiva progettata per aumentare la simmetria dell'andatura, la velocità e ridurre le richieste di energia metabolica durante la deambulazione.

Per ogni partecipante amputato, uno studio completo includerà tre sessioni sperimentali separate condotte in tre luoghi diversi. Queste sedi sono: The Biomechatronics Group, MIT Media Laboratory; la stanza del ponte ologrammi in CSAIL al MIT; e la pista indoor del Johnson Athletic Center del MIT. Il tempo tra le sessioni sperimentali sarà di circa una o due settimane e la durata di ciascuna sessione sarà di due o tre ore. Per ogni sessione, a un partecipante allo studio amputato verrà chiesto di camminare a ritmi lenti, normali e veloci per due diverse condizioni. Le condizioni sperimentali sono:

1. Utilizzando una protesi del ginocchio assegnata disponibile in commercio (ad es. Otto Bock C-Leg o Ossur Rheo)
2. Utilizzo della protesi di ginocchio attiva

Nella prima sessione, ogni partecipante amputato sarà programmato per visitare il gruppo di biomeccatronica nel laboratorio multimediale del MIT. Lo scopo principale di questa sessione è valutare qualitativamente il grado in cui la protesi attiva può migliorare l'andatura dell'amputato. I dati morfologici (ad esempio altezza, peso, lunghezza e circonferenza degli arti) del partecipante verranno registrati utilizzando il modulo di raccolta dei dati biomeccanici. Questi dati verranno utilizzati durante l'analisi dei dati raccolti durante le sessioni di ricerca sull'andatura.

Ad ogni partecipante verrà chiesto di camminare lungo una passerella di livello 30 nel gruppo di biomeccatronica. Durante la sessione, a ciascun partecipante verrà chiesto di camminare a ritmi lenti, normali e veloci per ciascuna delle due condizioni di deambulazione. Per ogni condizione e velocità verranno eseguite circa 10-15 prove. Saranno utilizzate barre parallele per prevenire eventuali lesioni al soggetto se dovesse perdere l'equilibrio e cadere. Verrà utilizzata anche un'imbracatura sicura attaccata al soffitto se il soggetto fa tale richiesta. Inoltre, un membro del personale di laboratorio accompagnerà anche il partecipante allo studio per prenderlo in caso di caduta, se necessario. Il partecipante può chiedere di riposare o di interrompere la propria partecipazione allo studio in qualsiasi momento.

Ogni partecipante camminerà sulla piattaforma 60-90 volte per l'intera prima sessione, che dovrebbe durare circa 2 ore. Quando si utilizza la protesi attiva con il programma di deambulazione, i nostri ricercatori adatteranno i parametri del programma di deambulazione al modello di andatura del partecipante. I parametri utilizzati per regolare il programma di camminata verranno registrati per l'uso nelle sessioni 2 e 3.

Nella seconda sessione, i partecipanti allo studio sugli amputati visiteranno la stanza Holodeck in CSAIL al MIT (Rm 33-339), che ha installato il sistema di motion capture per misurare il movimento umano. Lo scopo principale di questa sessione è raccogliere lo stato del ginocchio, la coppia e la potenza su amputati che camminano a velocità lenta, moderata e veloce. Questi dati protesici del ginocchio attivo verranno quindi confrontati con i comportamenti convenzionali del ginocchio protesico misurati alle stesse tre velocità.

Ad ogni partecipante verrà chiesto di camminare lungo una passerella a livello di 30 piedi nella stanza del ponte ologrammi in CSAIL al MIT. Prima di condurre esperimenti, uno degli investigatori posizionerà marcatori riflettenti sulla pelle del partecipante con nastro adesivo in punti specifici sopra le articolazioni del loro corpo. Questi marcatori speciali vengono poi visti dalle telecamere nella stanza (Vedi Strumenti di raccolta dati). Durante la sessione, a ciascun partecipante verrà chiesto di camminare a ritmi lenti, normali e veloci per ciascuna delle due condizioni di deambulazione. Per ogni condizione e velocità verranno eseguite circa 10-15 prove. I dati di movimento vengono raccolti dalle telecamere nella stanza e dalle piastre di forza posizionate sulla passerella. Poiché il dispositivo è stato configurato nella prima sessione, due membri del personale di laboratorio cammineranno su ciascun lato del partecipante durante l'esperimento. La seconda sessione dovrebbe durare tra le 2 e le 3 ore.

Nella terza sessione, ogni partecipante amputato transfemorale visiterà la pista indoor del Johnson Athletic Center al MIT, che si trova al 2° piano dell'Athletic Center. Lo scopo principale di questa sessione è testare se la protesi di ginocchio attiva, effettivamente, riduce il costo metabolico della deambulazione dell'amputato.

Durante la sessione, a ciascun partecipante verrà chiesto di indossare una maschera Cosmed Oxygen Consumption (VO2) che misurerà il tasso metabolico. Due membri del personale di laboratorio cammineranno su ciascun lato del partecipante durante l'esperimento. La procedura per l'esperimento sarà la seguente:

Al partecipante verrà chiesto di indossare il sistema VO2 e di camminare per la prima volta per 8 minuti in pista con una protesi sopra il ginocchio disponibile in commercio (Otto Bock C-Leg o Ossur Rheo) per stabilire un tasso metabolico di controllo. Dopo 8 minuti di riposo, indosserà la protesi attiva e si abituerà al dispositivo camminando per 5 minuti. Quindi camminerà sulla pista per 8 minuti mentre misuriamo il suo tasso metabolico con il dispositivo. Il partecipante riposerà quindi per altri 8 minuti. Questo protocollo verrà ripetuto altre due volte e l'intero esperimento richiederà circa 3 ore. Durante lo studio, ogni partecipante verrà filmato e fotografato per documentare l'effetto della protesi sulla deambulazione.