建設作業におけるパッシブ外骨格の有効性の評価: ラボベースの研究

実験プロトコルは、参加者の時間の約 3 時間を必要とします。 次の 6 つの段階で構成されます。

ステージ I: 身体の不快感と利き手アンケート まず、研究チームは参加者にインタビュー アンケートを実施して、参加者の体の痛み/不快感のレベルに関する情報を取得し、エジンバラ利き手インベントリを使用して参加者の手の優位性を判断します。

ステージ II: 人体測定および強度テスト 標準的な巻き尺と人体計を使用して、直立姿勢でいくつかの人体測定寸法を測定します。 身長、肩の高さ、腰から床までの高さ、脚の長さ、膝の高さ、上腕と下腕の長さ、足の長さ、肩幅が含まれます。 研究参加者の体重は、標準体重計を使用して測定されます。 両手の最大パワー握力は、標準的なハンドヘルド グリップ ダイナモメーターを使用して 3 回の試行で測定されます。

ステージ III: BSE のフィッティング 4 種類の商用 BSE (backX、Laevo 2、FLx ErgoSkeleton、V22 ErgoSkeleton) が参加者に紹介されます。 製造元の指示に従って、参加者は各デバイスをテストし、調整機能 (ストラップなど) を使用してデバイスを身体にフィットさせて快適に使用できます。

ステージ IV: 光学式モーション キャプチャ マーカー、ウェアラブル慣性センサー、および表面筋電図 (sEMG) センサーの配置 市販のモーション キャプチャ システム (Qualisys AB、Kvarnbergsgatan、ヨーテボリ、スウェーデン) を使用して、3 段階で身体セグメントの運動軌跡を監視および分析します。・次元空間。 頭、肩、腕、手、背中、骨盤、脚、足など、研究参加者の解剖学的ランドマークにいくつかの光学マーカーが配置されます。 低刺激性の両面テープを使用して、光学マーカーを解剖学的ランドマークに取り付けます。 ウェアラブル慣性センサーは、腰に近い腰部 (S1)、背中上部 (T6)、胸骨、上腕 (R、L)、下腕 (R、L)、太もも ( R、L)、およびシャンク (R、L)。 8 つの sEMG センサーは、下行僧帽筋 (TRP)、三角筋前部 (AD)、腰腸肋筋 (ILL)、腹直筋 (RA)、外腹斜筋 (EO)、頸椎起立筋 (CES)、広背筋 (LD)、外側広筋 (VL) は、ステージ VI で説明されているシミュレートされた作業タスクを実行しながら、筋肉の活性化レベルを測定します。

段階 V: 筋肉活性化の最大随意収縮 (MVC) 測定 作業タスクを実行している間、筋肉活性化レベルは筋肉間および被験者間で異なります。 一般的な方法は、等尺性最大随意収縮 (MVC) を測定することによって、すべての参加者の各筋肉の筋電活動を正規化することです。 この調査では、調査員は実際の作業タスクの開始前に 11 の MVC を測定します。 私たちの MVC テストは、体幹の筋肉の研究に基づいています。 MVC 測定の前に、参加者は 5 つのストレッチ エクササイズでウォームアップするよう求められます: (a) 足を肩幅に離して直立します。 手をお尻に置いてサポートします。 上を向いて、ゆっくりと後ろに傾けます。 彼の足を丈夫にしてください。 (b) 足を肩幅に開いて直立します。 片手をお尻に置いて支えます。 上を向いて、ゆっくりと後ろに傾けます。 反対側の手で手を伸ばします。 上半身を腰で回転させます。 (c) 片足でひざまずきます。 腰に手を置きます。 腰を前に突き出す。 必要に応じて、バランスを保つために何かにつかまってください。 (d) 足を肩幅に開いて直立します。 腕を交差させ、両手を肩に置きます。 ゆっくりと肩を片側に回します。 このストレッチの強度を上げるには、手を横に回転させます。 (e) 四つん這いでひざまずく。 片手で体を支え、もう片方の手で足首に手を伸ばします。 背中を地面と平行に保ちます。 背中を地面と平行にまっすぐに保ち、太ももを垂直に保ちます。 両手と両膝に体重を均等に分散します。 ウォームアップの後、MVC テストが実行されます。これには、(1) 上体の屈曲が含まれます。被験者は、脚を曲げ、足をベルトで縛り付けた状態で、ベンチに配置された腹筋姿勢になります。 次に、実験者が胸部を手動で固定している間に、胴体上部を矢状面で曲げようとします。 (2) 上体のねじれ (R および L): 同じ座位で、被験者は実験者が胸部を手動で支えながら、水平面内で上体をねじろうとします。(3) 下体の屈曲:被験者は、仰臥位で胴体下部を矢状面で曲げようとしますが、膝と腰は両方とも約90度に曲げます。 彼の胸部はベルトで縛り付けられ、彼の脚は実験者によって手動で固定されます。 (4) 下半身のねじれ (R および L): 同じ横たわって支持された位置で、被験者は実験者が脚を手動で支えながら、水平面内で下半身をねじろうとします。(5) 上半身の曲げ(R および L): 被験者は、膝を曲げてベルトで縛り付け、側臥位になり、前額面で体幹上部を横に曲げようとします。実験者; (6) 胴体下部の曲げ: 実験者が骨盤に下向きの圧力を最大限に抵抗しながら、被験者は左右のブリッジ位置を維持します。(7) 胴体上部の伸展: 被験者は、ベンチの端に胴体を水平にカンチレバーで固定します (Biering-Sorensen 位置)。 次に、実験者が手で抵抗を肩に加えながら、胴体上部を矢状面に伸ばして肩を引っ込めようとします (肩甲骨を一緒に締めます)。 (8) 胴体下部の伸展: 被験者は、胴体をベンチに置き、脚をベンチの端に水平に片持ばしした状態で、腹臥位にあるとき、胴体下部と腰を手の抵抗に逆らって伸ばそうとします。 (9) 肩の回転と内転 (R と L): 被験者は、肩を外転させ、肘を曲げて、両方とも 90 度まで、手の抵抗に逆らって肩を内転および内旋しようとします。 さらに、立位で 2 回の抵抗のない最大腹部収縮が行われます。 (10) 最大限の努力による腹部の空洞化: 被験者は下腹部を引き込みながら、深部の腹部の筋肉を最大限に活性化しようとします。 (11) 最大限の努力による腹部ブレース: 被験者は、筋肉の位置を変えることなく、腹壁全体を最大限に活性化しようとします。 すべての MVC テストでは、参加者は 5 秒ごとに静的な姿勢で最大の力を発揮するように求められます (指示は研究者によって与えられます)。 最初の 2 秒間は、最大値まで上げて、次の 3 秒間力を維持するよう求められます。 MVC は、筋肉群ごとに少なくとも 2 回テストされます。

ステージ VI: シミュレートされた建設作業タスクでのデータ収集 6 つのシミュレートされたコンクリート作業タスク (すなわち、シャベル、フレーミング、建設資材の運搬と持ち上げ、ハンマーで叩き、鉄筋を結ぶ) をさまざまな強度で実行しながら、参加者から姿勢データが記録されます。 彼らが持ち上げたり、運んだり、シャベルを使ったり、保持したりする材料は、NIOSH が述べているように、30 ポンドの安全制限を超えません。 参加者は、異なる BSE を着用した場合と着用しない場合でタスクを実行します。 タスク トライアルは、モーション キャプチャと慣性センサー データを分析する際の視覚的な対応のためにビデオ録画されます。 参加者には、タスク間に 2 分間の休憩、試行間に 30 秒間の休憩が与えられます。 各作業タスク内のタスク条件の順序はランダム化されます。

• タスク 1: 場所 A から B に建設資材をシャベルで移動します。A と B の間の距離は 0.5m に設定され、どちらも地面に配置されます。 参加者は、3 つの重さの異なる建設資材 (土、セメント、砂利) をシャベルで運ぶよう求められます。 参加者は、高頻度でシャベルを使うように求められます (1 分あたり 15 スコップ)。
• タスク 2: 電動ドライバーを使用して 30 インチの壁を組み立てます。 フレームは、高さのある面 (高さ 28 インチ) に対して、床に配置されます。 参加者は、電動ドライバーを使用してネジをフレームに出し入れするよう求められます。
• タスク 3: 重量の異なる建設資材 (木枠やパイプなど) を各試験で最大 10 メートル運ぶ。 運ばれる材料の最大重量は 30 ポンドを超えません。
• タスク 4: さまざまな重量の建築資材を持ち上げます。 運搬作業と同じ材料を使用します。
• タスク 5: 地面にあるサンドバッグを叩き、高さ 18 インチ、高さ 36 インチ、重さの異なるハンマー (0、6、12、16、20 ポンド) を使用します。
• タスク 6: 異なる高さレベル (つまり、0 インチ、50 インチ) にあるフレーム付きグリッドで鉄筋を結びます。

タスクと強度レベルは、多様でありながら (身体の姿勢に関して) 再現可能であり、具体的な作業タスクで発生する一般的なタスクに似ているように選択されました。

参加者は、各作業タスクを完了した後、各外骨格の経験、使いやすさ、受容性を尋ねるアンケートに回答するよう求められます。

データ収集プロセスは、光学マーカーとウェアラブル センサーを取り外すことで終了します。 参加者には、必要に応じて休憩と軽食が提供され、その後、補償と支払いフォームへの記入が行われます。