Valutazione dell'efficacia degli esoscheletri passivi per i lavori di costruzione: studio di laboratorio

Il protocollo sperimentale richiederà circa 3 ore del tempo del partecipante. Sarà composto da sei fasi:

Fase I: questionari sul disagio corporeo e sulla manualità In primo luogo, il gruppo di ricerca somministrerà un questionario di intervista al partecipante per ottenere informazioni sul livello di dolore/disagio del corpo dei partecipanti e per determinare la dominanza della mano del partecipante utilizzando l'Edinburgh Handedness Inventory.

Fase II: Misurazioni antropometriche del corpo e test di forza Diverse dimensioni del corpo antropometriche saranno misurate in posizione eretta utilizzando un metro a nastro standard e un antropometro. Le misurazioni del corpo includeranno l'altezza in piedi, l'altezza delle spalle, l'altezza dalla vita al pavimento, la lunghezza delle gambe, l'altezza del ginocchio, la lunghezza della parte superiore e inferiore del braccio, la lunghezza del piede e la distanza tra le spalle. Il peso corporeo dei partecipanti allo studio verrà misurato utilizzando una bilancia standard. La forza massima della presa di potenza su entrambe le mani sarà misurata per 3 prove utilizzando un dinamometro manuale standard.

Fase III: Fitting BSE Quattro tipi di BSE commerciali (backX, Laevo 2, FLx ErgoSkeleton, V22 ErgoSkeleton) saranno presentati ai partecipanti. Seguendo le istruzioni dei produttori, i partecipanti potranno testare ciascun dispositivo, adattare il dispositivo al proprio corpo per il massimo comfort utilizzando funzioni regolabili (ad es. Cinghie).

Fase IV: marcatore ottico di acquisizione del movimento, sensori inerziali indossabili e posizionamento del sensore per l'elettromiografia di superficie (sEMG) Un sistema commerciale di acquisizione del movimento (Qualisys AB, Kvarnbergsgatan, Göteborg, Svezia) sarà utilizzato per monitorare e analizzare le traiettorie di movimento del segmento corporeo in tre spazio dimensionale. Diversi marcatori ottici verranno posizionati sui punti di riferimento anatomici dei partecipanti allo studio tra cui testa, spalle, braccia, mani, schiena, bacino, gambe e piedi. Verrà utilizzato nastro biadesivo ipoallergenico per fissare i marcatori ottici ai punti di repere anatomici. I sensori inerziali indossabili saranno attaccati utilizzando un nastro biadesivo ipoallergenico nella parte bassa della schiena vicino alla vita (S1), parte superiore della schiena (T6), sterno, parte superiore del braccio (R, L), parte inferiore del braccio (R, L), coscia ( R, L) e gambo (R, L). Otto sensori sEMG saranno posizionati su Trapezio Discendente (TRP), Deltoide Anteriore (AD), Iliocostalis Lumborum (ILL), Retto Addominale (RA), Obliquo Esterno (EO), Cervical Erector Spinae (CES), Latissimus Dorsi (LD), e Vastus Lateralis (VL) per misurare il livello di attivazione muscolare durante l'esecuzione di attività lavorative simulate, descritte nella Fase VI.

Fase V: misurazione della contrazione volontaria massima (MVC) per l'attivazione muscolare Durante l'esecuzione di attività lavorative, il livello di attivazione muscolare varia tra i muscoli e tra i soggetti. Un modo comune è normalizzare le attività mioelettriche di ciascun muscolo per ogni partecipante misurando la contrazione volontaria massima isometrica (MVC). In questo studio, gli investigatori misureranno 11 MVC prima dell'inizio delle attività lavorative effettive. I nostri test MVC si baseranno su uno studio dei muscoli del tronco. Prima della misurazione MVC, ai partecipanti verrà chiesto di riscaldarsi con 5 esercizi di allungamento: (a) Stare in piedi con i piedi alla larghezza delle spalle. Metti le mani sui glutei per sostenerti. Guarda in alto e inclinati lentamente all'indietro. Mantieni le sue gambe robuste. (b) Stare in piedi con i piedi alla larghezza delle spalle. Metti una mano sui suoi glutei per sostenerti. Guarda in alto e inclinati lentamente all'indietro. Allungati con la mano opposta. Ruota la parte superiore del corpo in vita. (c) Inginocchiarsi su un piede. Metti le mani sui fianchi. Spingi i fianchi in avanti. Se necessario, aggrappati a qualcosa per mantenere l'equilibrio. (d) Stare in piedi con i piedi alla larghezza delle spalle. Incrocia le braccia e metti le mani sulle spalle. Ruota lentamente le spalle da un lato. Per aumentare l'intensità di questo allungamento, usa le mani per aiutarti a ruotare lateralmente. (e) Inginocchiarsi a quattro zampe. Sostenersi con una mano e raggiungere la caviglia con l'altra. Tieni la schiena parallela al suolo. Tieni la schiena dritta, parallela al suolo e la coscia in posizione verticale. Distribuisci uniformemente il suo peso su entrambe le mani e le ginocchia. Dopo il riscaldamento, verrà eseguito il test MVC, che include (1) flessione della parte superiore del tronco: il soggetto sarà in posizione di sit-up posizionato su una panca con le gambe piegate e i piedi legati con una cintura. Quindi tenterà di flettere la parte superiore del tronco sul piano sagittale mentre il suo torace verrà sostenuto manualmente dallo sperimentatore; (2) torsione della parte superiore del tronco (Dx e L): nella stessa posizione seduta supportata, il soggetto tenterà di torcere la parte superiore del tronco sul piano orizzontale mentre il suo torace sarà sostenuto manualmente dallo sperimentatore; (3) flessione della parte inferiore del tronco: il soggetto tenterà di flettere la parte inferiore del tronco sul piano sagittale mentre sarà in posizione supina, ma con le ginocchia e le anche piegate a circa 90 gradi. Il suo torace sarà legato con una cintura e le sue gambe saranno sostenute manualmente dallo sperimentatore; (4) torsione della parte inferiore del tronco (Dx e L): nella stessa posizione sdraiata e sostenuta, il soggetto tenterà di torcere la parte inferiore del tronco sul piano orizzontale mentre le sue gambe saranno sostenute manualmente dallo sperimentatore; (5) flessione della parte superiore del tronco (R e L): il soggetto tenterà di piegare lateralmente la parte superiore del tronco sul piano frontale mentre sarà in posizione sdraiata di lato, con le ginocchia piegate e legate con una cintura, e il torace e le braccia saranno sostenuti manualmente dal sperimentatore; (6) flessione della parte inferiore del tronco: il soggetto manterrà una posizione del ponte laterale destra e sinistra mentre lo sperimentatore applicherà la massima pressione verso il basso sul bacino; (7) estensione della parte superiore del tronco: il soggetto sarà legato in posizione prona, con il busto orizzontalmente a sbalzo oltre l'estremità della panca (posizione Biering-Sorensen). Tenterà quindi di estendere la parte superiore del tronco sul piano sagittale e ritrarre le spalle (stringendo insieme le scapole) mentre lo sperimentatore applicherà resistenza manuale sulle spalle; (8) estensione della parte inferiore del tronco: il soggetto tenterà di estendere la parte inferiore del tronco e le anche contro la resistenza manuale quando è in posizione prona, con il busto sulla panca e le gambe orizzontalmente a sbalzo oltre l'estremità della panca; (9) rotazione e adduzione della spalla (Dx e L): il soggetto tenterà di addurre e ruotare internamente la spalla contro la resistenza manuale con la spalla abdotta e il gomito flesso, entrambi a 90 gradi. Inoltre, verranno eseguite due contrazioni addominali massimali senza resistenza in posizione eretta; (10) svuotamento addominale con sforzo massimo: il soggetto tenterà di attivare al massimo i muscoli addominali profondi mentre attira il basso addome; (11) tutore addominale al massimo sforzo: il soggetto tenterà di attivare al massimo tutta la parete addominale senza alcun cambiamento nella posizione dei muscoli. In tutti i test MVC, ai partecipanti verrà chiesto di esercitare la loro forza massima in una postura statica (le istruzioni saranno fornite dal nostro ricercatore) ogni cinque secondi. Per i primi due secondi, verrà chiesto loro di aumentare al massimo e mantenere la forza per i successivi tre secondi. I MVC saranno testati almeno due volte per ciascun gruppo muscolare.

Fase VI: raccolta di dati in attività di lavoro di costruzione simulate I dati posturali verranno registrati dai partecipanti durante l'esecuzione di sei attività di lavoro concreto simulate (ad esempio, spalare, incorniciare, trasportare e sollevare materiali da costruzione, martellare e legare armature) a diverse intensità. Il materiale che solleveranno, trasporteranno, spaleranno e manterranno non supererà il limite di sicurezza di 30 libbre, come dichiarato da NIOSH. I partecipanti eseguiranno i compiti con vs. senza indossare diversi BSE. Le prove delle attività saranno videoregistrate per la corrispondenza visiva durante l'analisi della cattura del movimento e dei dati del sensore inerziale. Ai partecipanti verranno concessi due minuti di pausa tra le attività e trenta secondi di pausa tra le prove. L'ordine delle condizioni dell'attività all'interno di ogni attività di lavoro sarà casuale.

• Attività 1: Spalare e spostare materiale da costruzione dalla posizione A alla B. La distanza tra A e B sarà impostata su 0,5 m, entrambe situate a livello del suolo. Ai partecipanti verrà chiesto di spalare materiali da costruzione con tre diversi pesi (ad esempio terra, cemento e ghiaia). Ai partecipanti verrà chiesto di spalare a un ritmo ad alta frequenza (15 palette al minuto).
• Compito 2: inquadrare un muro da 30" utilizzando un cacciavite elettrico. Il telaio verrà posizionato sul pavimento, rispetto a una superficie rialzata (altezza 28"). Ai partecipanti verrà chiesto di utilizzare un cacciavite elettrico per guidare una vite dentro e fuori dal telaio.
• Compito 3: trasportare materiali da costruzione di pesi diversi (ad es. telai e tubi in legno) per un massimo di 10 metri in ciascuna prova. Il peso massimo dei materiali trasportati non supererà i 30 libbre.
• Attività 4: Sollevamento di materiali da costruzione di pesi diversi. Gli stessi materiali saranno utilizzati per il compito di trasporto.
• Attività 5: martellare un sacco da boxe situato nel terreno rispetto a 18 pollici di altezza rispetto a 36 pollici di altezza utilizzando una mazza di pesi diversi (ad esempio, 0, 6, 12, 16 e 20 libbre).
• Compito 6: legatura dell'armatura in una griglia incorniciata situata su diversi livelli di altezza (ad es. 0", 50").

I compiti e i livelli di intensità sono stati selezionati per essere diversi ma riproducibili (in termini di posture del corpo) e assomigliano a compiti comuni incontrati in compiti di lavoro concreti.

Ai partecipanti verrà chiesto di rispondere a questionari chiedendo la loro esperienza, usabilità e accettabilità su ciascun esoscheletro dopo aver completato ogni attività lavorativa.

Il processo di raccolta dei dati si concluderà con la rimozione dei marcatori ottici e dei sensori indossabili. Ai partecipanti verrà offerta una pausa di riposo e un rinfresco se necessario, seguiti da un compenso e dalla compilazione del modulo di pagamento.