보행 중 가자미근 부하 반응

참가자는 이 기초 과학 연구에서 단일 그룹에 배정됩니다. 이 프로토콜에는 러닝머신을 걷는 동안 웨어러블 전동 발목 장치와 제어 알고리즘 테스트가 포함됩니다. 로봇 발목 장치는 플라스틱 발목 보조기 및 벨크로 스트랩을 사용하여 참가자의 종아리와 발에 부착됩니다. 로봇식 발목 장치는 장애가 있는 쪽에 착용하고 반대쪽은 걷는 동안 자유롭습니다. 참가자는 맞춤형 보조기 프레임을 사용하여 로봇 발목 장치에 발(반마비 쪽)을 배치합니다. 장치의 기계적 관절은 참가자의 발목 관절 중심과 정렬됩니다. 정강이 둘레에 고리가 있는 스트랩은 참가자의 다리를 발목 장치에 연결하여 기계적 관절이 발목 관절을 회전하도록 합니다. 피팅은 불편할 정도로 조이지 않아야 하지만 상대(원치 않는) 변위를 방지할 수 있을 만큼 충분히 조여야 합니다. 케이블은 저측 굴곡 및 배측 굴곡 방향으로 토크를 가하는 한 쌍의 전기 모터에 연결됩니다. 장치는 관절 각도의 측정값을 수집합니다. 모터는 로봇 장치가 발목 회전 섭동을 적용하여 가자미근 활동의 변화를 유도하도록 발목 관절 각도를 사용하여 조절됩니다. 발목 장치는 수직 지면 반력을 수집하기 위해 발뒤꿈치와 발가락의 발바닥 아래에 배치된 압력 센서를 통합합니다.

근전도(EMG) 센서는 가자미근과 전경골근 그룹에 배치됩니다. EMG 센서는 센서를 피부에 부착하기 위해 생체 적합성 테이프를 사용하여 접착됩니다. EMG 활동은 증폭되고 대역 통과 필터링(10-1000Hz)되고 3,000Hz에서 샘플링되어 저장됩니다. 연구 구성원은 참가자가 EMG 센서를 배치하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 심박수와 혈압은 프로토콜 시작 전에 모니터링됩니다. 발목, 무릎 및 고관절 운동학은 웨어러블 전자 각도계를 사용하여 양측으로 기록됩니다. 참가자는 움직임을 제한하지 않고 추락을 방지하기 위해 휴대용 시스템(오버헤드 트랙 및 삼각대)에 부착된 안전 장치를 착용합니다. 참가자가 실험을 즉시 중단할 수 있도록 비상 정지 버튼을 사용할 수 있습니다. 참가자는 직원에게 비상 정지 버튼을 누르도록 구두로 요청할 수 있습니다.

참가자는 러닝머신 걷기의 짧은 시합(시합당 4~6분) 동안 스스로 선택한 편안한 빠른 속도(예: 3.5~4km/h)로 걷습니다. 트레드밀은 벨트의 속도를 조절하기 위해 컴퓨터에 의해 외부에서 제어됩니다. 보행 세션은 피로와 근육 반응의 시변 변화를 피하기 위해 약 60-90분 동안 지속될 것으로 예상됩니다. 워밍업 동안 선 자세에서 저측굴곡근 최대 자발적 수축(MVC)을 수집하고 로봇 발목 장치를 착용하지 않고 걷는 보행 운동학, 근전도 및 지면 반력을 기록합니다.

워밍업 후 로봇 장치를 착용하고 런닝머신 위를 걷는 동안 개발된 알고리즘을 사용하여 발목 회전을 적용하여 중후반 입각 단계에서 가자미근 부하 반응을 유발합니다. 제어 알고리즘은 습관화를 방지하기 위해 매 4-6 보행 주기마다 중간 후기 입각기에서 가자미근 부하 반응을 목표로 하는 자연스러운 발목 운동학에서 이동하는 발목 섭동을 적용합니다. 러닝머신을 걷는 동안 섭동 크기, 속도 및 타이밍이 제어됩니다. 장치에 의해 적용되는 섭동(크기 및 속도)의 고유한 매개변수로 인해 근육 반응을 불러일으키기 위해 입각기에서 짧은 기간 동안 적용되기 때문에 낙상 위험이 최소화됩니다(예: 기계적 스트레칭과 유사함). 휘어진). 따라서 섭동은 보행 운동학에 큰 영향을 미칠 발목 동작을 안내하거나 보조하는 데 적용되지 않습니다. 자세 내 섭동 창 외부에서는 발목 컨트롤이 꺼집니다.

모든 단계 주기에 대해 두 가지 조건만 가능합니다. 참가자가 교란 상태이거나 교란되지 않은 상태에 있습니다. 교란된 단계 주기 동안 참가자는 발목 장치를 착용하고 있으며 발목-발 동작을 변경하기 위해 힘을 적용합니다(즉, 장치가 활성화됨). 교란되지 않은 단계 주기 동안 참가자는 발목 장치를 착용하고 있지만 발목-발 동작을 변경하는 데 힘을 가하지 않습니다(즉, 장치가 수동적이고 능동적이지 않음).

보행 세션은 교란된 단계 이전에 적어도 하나의 교란되지 않은 단계를 남기는 교란된 단계와 교란되지 않은 걷기 단계(걷기 시합당 약 30개의 교란된 단계 및 교란되지 않은 단계의 데이터를 수집할 때까지)를 인터리빙하는 4-5개의 걷기 시합으로 구성됩니다. 시합 사이에 휴식 시간이 제공됩니다.

연구 팀은 보행 세션 동안 참가자를 지속적으로 모니터링하고 참가자의 편안함과 안전을 보장하기 위해 구두로 피드백을 요청합니다. 성능이 안전/원하는 속도 또는 토크 범위를 초과하는 경우 세션을 중지하도록 자동 및 수동 소프트웨어 보호 장치가 배치됩니다. 보행 세션은 장치를 착용하지 않고 관절 운동학, 근육 근전도 및 추진력 보행을 측정하기 위한 쿨다운으로 마무리됩니다. 실험이 끝나면 웨어러블 센서를 몸에서 부드럽게 제거합니다. 연구 직원은 참가자가 발목 장치를 벗도록 도울 것입니다.

이 연구에는 알려진 신경학적 상태나 정형외과적 부상 병력이 없는 15명의 개인을 등록한 단일 그룹이 포함됩니다. 가자미근 EMG의 변화는 보행 세션 동안 교란된 보행 단계와 교란되지 않은 보행 단계 사이에서 비교됩니다. 1차 측정(발가락근 근전도 반응)의 경우, 교란되지 않은 근전도와 교란된 근전도 간의 차이는 학생의 t-테스트로 평가됩니다. 건강한 개인의 표본 크기를 통해 양측 95% 신뢰 수준으로 추정할 수 있습니다. 각각, 섭동에 대한 가자미근 EMG 반응은 5.4% 비섭동 EMG의 오차 한계 내에서입니다. 이 계산은 sd를 사용한 그룹 분석이 있는 이전 연구를 기반으로 합니다. 0.87%의 변화(% 비섭동 EMG)는 중후반 입각기 동안 1deg/s 관절 운동 섭동에 대한 응답으로 가자미근 근전도에서 관찰되었습니다(즉, 가자미근 근전도의 변화는 속도 및 /또는 섭동의 진폭). 유사한 S.D. N=15의 신체 건강한 개인의 표본 크기를 생성하는 제안된 연구에 대해 가정합니다. 또한 뇌졸중으로 인한 편마비 및 보행 장애가 있는 5명의 참가자 샘플 크기를 연구하여 가자미근 부하 반응을 유발하는 제안된 알고리즘 및 장치의 타당성을 조사할 것입니다. 뇌졸중 후 참가자의 데이터 가용성 부족으로 인해 s.d. 불안정한 가자미근 근전도 % 변화는 뇌졸중 후 개인을 대상으로 테스트를 수행하기 전에 정의할 수 없습니다. 따라서 이 파일럿 연구는 뇌졸중 후 사람들에게 적용된 섭동으로 인해 가자미근 EMG를 특성화하기 위한 예비 결과를 제공할 것입니다.