상지 의지 사용 시 보상 운동에 관한 연구

문제 설명:

상지 의지 디자인의 현재 개선 사항에는 인간의 움직임을 모방하고 의지의 기능을 개선하는 제어 시스템 및 전자 회로의 첨단 기술이 포함됩니다. 종종 이러한 개선에는 사용자의 더 많은 노력이 필요할 수 있는 보철물 말단을 따라 많은 양의 전력, 회로 및 과도한 질량이 필요합니다. 상지 의지의 기능이 좋지 않으면 어색한 보상 운동이 발생할 수 있습니다. 이러한 보상 운동과 같은 비정상적인 움직임은 나머지 관절에 더 큰 스트레스를 유발하는 것으로 알려져 있습니다. 절단 환자는 고급 전자 장치가 제공하는 추가 기능이 피로, 소켓 문제 및 나머지 관절에 더 큰 스트레스를 유발할 수 있는 추가 질량을 짊어질 가치가 있는지 결정해야 합니다. 예를 들어 상지 보철물의 손목 회전 장치 구성 요소는 더 큰 기능을 허용하고 보상 동작을 감소시킬 수 있지만 말단에 질량을 추가하여 잠재적으로 나머지 관절에 더 큰 토크를 유발할 수 있습니다.

현재 문헌의 개요:

상지 보철물의 움직임 제한 및 과도한 무게는 절단 환자들 사이에서 불만 사항으로 기록되었습니다[1], [2], [3], [4], [5], [6]. 설문 조사를 통해 Atkins et al. 절단 환자가 의지의 손목 구성 요소가 더 많은 움직임을 수행하기를 원한다고 결정했습니다. 이 연구는 또한 절단 수술을 받은 환자의 최우선 순위인 유리잔으로 물을 마시고 문을 여는 것을 나열했습니다[7]. 이것은 의수에서 손목 구성 요소가 중요하다는 것을 의미합니다.

보행의 역학, 운동학 및 대사 분석이 하지 보철 설계 기준의 개선으로 이어지는 방법을 보여주는 과학 문헌 전반에 걸쳐 많은 예가 있습니다[8,9]. 2003년 Twiste et al. 보철 보행 중 해부학적 관절의 회전 및 변환에 대한 문헌 검토를 수행했습니다. 이 검토의 요약에서는 최적화된 보행 패턴을 보여주는 보다 정확한 운동학적 보행 분석이 제조업체가 이러한 패턴을 모방하는 보철 구성 요소를 설계하는 데 도움이 될 수 있다고 언급합니다[9]. 보철물의 관성 특성을 평가하는 방법을 결정하기 위해 하지 절단 환자에 대한 질량 섭동의 영향이 조사되었습니다[10].

상지 운동과 관련된 연구도 있었지만 그 양은 제한적입니다. 일상 생활 활동을 수행하는 건강하고 보강된 대상자의 상지 운동 범위가 기록되고 분석되었습니다[11,12,13]. 이러한 연구는 손목 위치의 영향을 살펴보았지만 손목 구성 요소의 질량에는 영향을 미치지 않았습니다.

연구 목표:

이 연구의 두 가지 주요 목표가 있습니다.

1. 손목 회전 장치가 없는 상지 보철물이 일반적인 작업 중 나머지 관절의 보상 동작 및 토크에 미치는 영향을 확인하기 위해
2. 일반적인 작업 중 보상 운동에 대한 상지 의지에 대한 손목 회전근의 위치(원위 또는 근위)의 영향을 결정하기 위해

가설:

1. 네 가지 일반적인 작업 동안 건강한 피험자, 보조기를 착용한 피험자 및 상지 절단 환자 사이에 상지 관절의 운동 범위에 통계적으로 유의미한 차이가 있을 것입니다.
2. 세 가지 일반적인 작업 동안 건강한 피험자, 보조기를 착용한 피험자 및 상지 절단 환자 사이의 관절 상지 관절 회전력에 통계적으로 유의미한 차이가 있을 것입니다.
3. 일반적인 작업 중에 원위로 추가된 질량과 근위로 추가된 질량 사이에 상지 각도와 관절 토크에 통계적으로 유의미한 차이가 있을 것입니다.

방법 참가자 상지 부상의 병력이 없는 10명의 건강한 성인 지원자가 이 연구에 참여할 것입니다. 남자 5명과 여자 5명이 참가합니다. 이 10명의 피험자는 대조군을 구성한 다음 팔꿈치 아래 보철물을 시뮬레이션하기 위해 보강됩니다. 편측 상지 절단 환자 7명이 참여합니다.

테스트 프로토콜 8 카메라 적외선 Vicon 모션 분석 ​​시스템은 움직임 데이터의 수집 및 분석에 사용됩니다. 19개의 구형 반사 마커는 세그먼트 또는 로컬 좌표계를 설명하기 위해 피험자의 상지와 몸통의 뼈가 있는 랜드마크에 배치됩니다.

공동 센터를 결정하는 데 도움이 되도록 각 주제에 대해 정적 시험을 수집합니다. 체질량, 키, 어깨 깊이, 손목 및 손 두께와 같은 대상 매개변수를 수집하여 계산에 사용합니다. 운동학적 데이터는 120Hz에서 수집됩니다.

피험자는 다음 네 가지 작업을 완료해야 합니다.

• 컵에서 마시는
• 문 열기
• 5파운드 상자 들기
• 스티어링 휠 돌리기(이 작업의 역학 분석은 제외됨)

건강한 피험자는 다음 개입 동안 각 작업을 완료합니다. (1) 개입 없음 (2) 팔뚝과 손목 움직임을 제한하는 보조기 착용, (3) 팔꿈치 근처에 추가된 96g(평균 보철 손목 회전 장치의 질량)으로 보조기, (4) 보조기 착용 손목 근처에 96g이 추가되었습니다. 절단 환자는 손목 회전 장치 없이 위에서 언급한 중재(3) 및 (4)를 완료하지만 하나의 질량을 시뮬레이션합니다. 각 실험 테스트 조건에 대해 3개의 시험을 수집하고 이러한 시험은 각 피험자를 대표하여 평균화합니다. 시험 순서는 과목별로 무작위로 배정됩니다.

실험 설계:

이 연구는 네 가지 활동 동안 어깨, 팔꿈치 및 몸통 움직임에 대한 손목 및 팔뚝 움직임의 부재의 영향을 살펴볼 것입니다. 이 연구는 피험자 간 분석과 피험자 내 분석을 결합합니다.

독립 요인(피험자 간): 손목 및 팔뚝 움직임의 제한(보철물에 손목 회전근 구성 요소가 없음을 시뮬레이션)

수준:

• 대조군
• 브레이스 그룹 - 팔꿈치 아래 상지 의지 시뮬레이션
• 의지 착용 그룹

반복 요인(with-in subject): 추가된 질량(손목 회전근의 질량 시뮬레이션)

수준:

• 손목 회 전자의 추가 질량 없음
• 근위부(팔꿈치 근처)에 추가된 손목 회전근의 질량
• 말단에 추가된 손목 회전근의 질량(손목 근처)

하나의 반복 측정을 사용한 양방향 분산 분석을 사용하여 주 효과와 상호 작용 효과를 분석합니다.

데이터 처리

어깨, 팔꿈치 및 몸통의 움직임과 토크는 Vicon Bodybuilder 언어로 작성된 프로그램을 사용하여 계산됩니다. 피사체에 배치된 마커의 위치가 디지털화되고 몸통, 상완, 하완 및 손 세그먼트가 결정됩니다. 오일러 각이 계산됩니다. 힘과 토크를 계산하기 위해 역 동역학 및 인체 측정학이 사용됩니다. 다음 결과 측정이 비교됩니다.

• 어깨 외전 및 굴곡
• 팔꿈치 굴곡
• 몸통 굽힘(L/R)
• 어깨 관절의 힘과 토크
• 팔꿈치 관절의 힘과 토크

이러한 결과 측정의 최대, 최소 및 범위는 피험자와 피험자 내에서 비교됩니다.

예상 결과/토론

컵으로 마시기:

• 보조기 및 보철물 착용 그룹은 팔뚝 회전 및 손목 확장 부족을 보상하기 위해 어깨 외전이 더 커집니다.
• 질량(손목 회전 장치)을 말단에 추가하면 팔꿈치에 더 큰 힘과 토크가 발생합니다. 팔꿈치에 가해지는 이러한 힘의 증가는 척골 결절에 삽입될 때 상완근에 대한 손상 가능성으로 인해 절단 환자 그룹에서 가장 클 것입니다.

문 열기:

• 보조기 및 보철물 착용 그룹은 팔뚝 회전 및 손목 확장 부족을 보상하기 위해 어깨 외전이 더 커집니다. 이 그룹은 또한 어깨 외전을 증가시키는 대신 몸통을 구부림으로써 보상할 수 있습니다.
• 관상면에서 증가된 어깨 운동 범위로 인해 보조기 및 보철물 착용 그룹은 어깨 관절에서 더 큰 토크를 갖게 됩니다. 이 어깨 관절 토크의 증가는 레버 암의 증가로 인해 질량(손목 회전 장치)이 말단에 추가될 때 증가합니다.

5파운드 상자 들기:

• 이 작업에는 최소한의 손목 편차, 손목 굴곡/신장 및 최소한의 팔뚝 회전이 필요합니다. 그것은 양자 작업이기 때문에 이 연구에 포함됩니다.
• 보조기 및 보철물 착용 그룹은 팔뚝과 손목의 제한으로 인해 어깨 외전이 커지고 어깨 굴곡이 줄어듭니다.
• 어깨와 팔꿈치 관절의 힘과 회전력은 수족 절단 환자 그룹이 작업에 대한 가이드로만 보철물을 사용하기 때문에 건측 손에서 더 클 것입니다. 그러나 그 반대가 발생할 수 있습니다.

스티어링 휠 돌리기:

• 보조기 및 보철물 착용 그룹은 손목 굴곡 및 확장 부족을 보상하기 위해 어깨 외전이 더 커집니다. 그러나 트렁크 굽힘에서도 보상이 발생할 수 있습니다.
• 이 작업을 위해 절단 대상자는 먼저 건강한 팔로 작업을 완료한 다음 보상이 발생하는 위치를 결정하기 위해 보철물로 작업을 완료합니다.

기여 이 작업은 생체역학 분야와 보철 디자인 분야에 많은 기여를 할 것입니다. 인간 질병 연구의 한 가지 중요한 측면은 비교에 사용할 일련의 제어 데이터를 확보하는 것입니다. 네 가지 일반적인 작업 중에 상지의 운동학적 데이터를 문서화하면 많은 상지 문제 또는 부상을 연구할 때 비교할 수 있습니다.

이 작업은 새로운 구성 요소의 위치가 상지 의지의 설계, 피팅 및 지침에서 고려되어야 하는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 것입니다. 또한 엔지니어링 분야의 기술 혁신과 매일 최종 사용자와 접촉하는 보철 기사의 임상적 기민함 사이의 격차를 해소하는 데 도움이 될 수 있습니다.

참조

1. S.C. Jacobsen, D.F. 크누티, R.T. Johnson 및 H.H. Sears, "유타 인공 팔 개발" IEEE Trans.Biomed.Eng., vol. 29쪽. 249-269, 4월. 1982.
2. J.E. Uellendahl, "상지 근전성 보철물", Phys.Med.Rehabil.Clin.N.Am., vol. 11쪽. 639-652, 2000년 8월.
3. 센티미터. 빛, P.H. Chappell, B. Hudgins 및 K. Engelhart, "손 보철물의 지능형 다기능 근전 제어", J.Med.Eng.Technol., vol. 26쪽. 139-146, 7-8월. 2002.
4. P.J. Kyberd, D.J. Beard 및 J.D. Morrison, "Oxford Limb Fitting Service에 참석하는 상지 의지 사용자 인구" Prosthet.Orthot.Int., vol. 21쪽. 85-91, 1997년 8월.
5. W. Daly, "상지 소켓 설계 옵션," Phys.Med.Rehabil.Clin.N.Am., vol. 11쪽. 627-638, 2000년 8월.
6. H.H. Sears 및 J. Shaperman, "비례 근전도 손 제어: 평가", Am.J.Phys.Med.Rehabil., vol. 70쪽. 1991년 2월 20-28일.
7. 디제이. Atkins, Heard D. 및 W.H. Donovan, "상지 손실이 있는 개인의 역학적 개요 및 보고된 연구 우선순위", JPO, vol. 8쪽. 1996년 2월 11일. 1996.
8. J.S. Rietman, K. Postema 및 J.H. Geertzen, "보철물에서의 보행 분석: 의견, 아이디어 및 결론," Prosthet.Orthot.Int., vol. 26쪽. 4월 50-57일 2002.
9. M. Twiste 및 S. Rithalia, "보철 보행 중 횡방향 회전 및 종방향 병진--문헌 검토", J.Rehabil.Res.Dev., vol. 40쪽. 9-18, 1-2월. 2003.
10. R.W. Selles, J.B. Bussmand, L.M. Klip, B. Speet, A.J. Van Soest, H.J. Stam, "Transradial 절단 환자의 질량 섭동에 대한 적응: 운동 또는 운동학적 불변성?" Arch. 물리학 중간 재활, 권. 85쪽. 2046-2052, 2004년 12월.
11. A. Murgia, P.J. Kyberd, P.H. 채플과 C.M. Light, "주기적인 작업에서 일상 생활 활동 중 손목 움직임을 설명하기 위한 마커 배치", Clin.Biomech.(Bristol, 에이번), vol. 19쪽. 248-254, 3월. 2004.
12. R. Safaee-Rad, E. Shwedyk, A.O. Quanbury 및 J.E. Cooper, "세 가지 수유 활동을 수행하는 동안 상지 관절의 정상적인 기능적 운동 범위", Arch.Phys.Med.Rehabil., vol. 71쪽. 505-509, 6월. 1990.
13. J.S. Landry, "팔꿈치 아래, 파워드, 의수를 위한 최적의 고정 손목 정렬", pp. 1-80, 2000. 2000.