Studie van compenserende beweging tijdens het gebruik van een prothese van de bovenste ledematen

PROBLEEMSTELLING:

Huidige verbeteringen van het ontwerp van de prothese van de bovenste ledematen omvatten geavanceerde technologie in controlesystemen en elektronische schakelingen die menselijke bewegingen nabootsen en de functie van de prothese verbeteren. Vaak vereisen deze verbeteringen grote hoeveelheden kracht, circuits en overtollige massa distaal langs de prothese, wat een grotere inspanning van de gebruiker kan vergen. Een slechte werking van een prothese van de bovenste ledematen kan ongemakkelijke compenserende bewegingen veroorzaken. Van afwijkende bewegingen, zoals deze compenserende bewegingen, is bekend dat ze de resterende gewrichten meer belasten. Geamputeerden worden gedwongen te beslissen of de extra functie van de geavanceerde elektronica het dragen van de extra massa waard is, wat kan leiden tot vermoeidheid, problemen met de kom en een grotere belasting van de resterende gewrichten. Een voorbeeld is de polsrotatorcomponent van een prothese van de bovenste ledematen die een grotere functie mogelijk maakt en compenserende beweging vermindert, maar distaal massa toevoegt, waardoor mogelijk grotere torsie op de resterende gewrichten ontstaat.

SYNOPSIS VAN HUIDIGE LITERATUUR:

Bewegingsbeperking en overgewicht van een prothese voor de bovenste ledematen zijn gedocumenteerd als klachten bij geamputeerden [1], [2], [3], [4], [5], [6]. Door middel van enquêtes Atkins et al. stelde vast dat geamputeerden graag zouden willen dat de polscomponent van de prothese meer bewegingen uitvoert. Deze studie vermeldde ook het drinken uit een glas en het openen van een deur, topprioriteiten onder geamputeerden [7]. Dit suggereert dat de polscomponent op een armprothese belangrijk is.

Er zijn veel voorbeelden in de wetenschappelijke literatuur die laten zien hoe kinetische, kinematische en metabolische analyses van het lopen hebben geleid tot verbetering van de ontwerpcriteria voor prothesen van de onderste ledematen [8],[9]. In 2003 hebben Twiste et al. voerde een literatuuronderzoek uit over rotatie en translatie van de anatomische gewrichten tijdens het lopen met een prothese. De samenvatting van deze recensie vermeldt dat een nauwkeurigere kinematische ganganalyse die geoptimaliseerde looppatronen laat zien, fabrikanten zou kunnen helpen bij het ontwerpen van prothetische componenten om deze patronen na te bootsen [9]. De effecten van massaverstoringen op geamputeerden van de onderste ledematen zijn onderzocht om te bepalen hoe traagheidseigenschappen van een prothese moeten worden geëvalueerd [10].

Er zijn ook onderzoeken geweest met bewegingen van de bovenste ledematen, maar de hoeveelheid is beperkt. Het bewegingsbereik van de bovenste extremiteit van gezonde proefpersonen en personen met een brace die dagelijkse activiteiten uitvoeren, is vastgelegd en geanalyseerd [11],[12],[13]. In deze onderzoeken is gekeken naar het effect van de polspositie, maar niet naar de massa van een polscomponent.

DOELEN VAN DE STUDIE:

Er zijn twee hoofddoelen van deze studie:

1. om de impact te bepalen van een prothese van de bovenste ledematen zonder polsrotator op de compenserende beweging en koppels in de resterende gewrichten tijdens veelvoorkomende taken
2. om de impact te bepalen van de locatie (distaal of proximaal) van een polsrotator op een prothese van de bovenste ledematen op de compenserende beweging tijdens veelvoorkomende taken

HYPOTHESEN:

1. Er zal een statistisch significant verschil zijn in het bewegingsbereik van de gewrichten van de bovenste ledematen tussen gezonde proefpersonen, proefpersonen met een brace en geamputeerden van de bovenste ledematen tijdens vier veelvoorkomende taken.
2. Er zal een statistisch significant verschil zijn in de gewrichtskoppels van de bovenste ledematen tussen gezonde proefpersonen, proefpersonen met een brace en geamputeerden van de bovenste ledematen tijdens drie veelvoorkomende taken.
3. Er zal een statistisch significant verschil zijn in de hoeken van de bovenste ledematen en de gewrichtskoppels tussen distaal toegevoegde massa en proximaal toegevoegde massa tijdens gewone taken.

METHODEN Deelnemers Tien gezonde volwassen vrijwilligers zonder voorgeschiedenis van letsel aan de bovenste ledematen zullen deelnemen aan dit onderzoek. Er doen vijf mannen en vijf vrouwen mee. Deze tien proefpersonen vormen de controlegroep en krijgen vervolgens een brace om een ​​onder-elleboogprothese te simuleren. Zeven unilateraal geamputeerden van de bovenste ledematen zullen deelnemen.

Testprotocol Een infrarood Vicon-bewegingsanalysesysteem met 8 camera's zal worden gebruikt voor het verzamelen en analyseren van bewegingsgegevens. Negentien sferische reflecterende markeringen zullen op de benige oriëntatiepunten van de bovenste ledematen en romp van de proefpersonen worden geplaatst om segmenten of lokale coördinatensystemen te beschrijven.

Voor elk onderwerp wordt een statische proef verzameld om de gewrichtscentra te helpen bepalen. Onderwerpparameters zoals lichaamsgewicht, lengte en schouderdiepte, pols- en handdikte worden verzameld voor gebruik in berekeningen. Kinematische gegevens worden verzameld bij 120 Hz.

Onderwerpen wordt gevraagd om vier taken uit te voeren:

• Drinken uit een beker
• Een deur openen
• Een doos van 5 lb optillen
• Draaien aan een stuur (kinetische analyse van deze taak is uitgesloten)

De gezonde proefpersonen zullen elke taak voltooien tijdens de volgende interventies: (1) geen interventie (2) brace die de beweging van de onderarm en pols beperkt, (3) brace met 96 g (massa van gemiddelde prothetische polsrotator) toegevoegd nabij de elleboog, (4) brace met 96 g toegevoegd bij de pols. De geamputeerden zullen bovengenoemde interventies (3) en (4) uitvoeren zonder een polsrotator, maar simuleren de massa van één. Er zullen drie proeven worden verzameld voor elke experimentele testconditie en deze proeven zullen worden gemiddeld als representatief voor elk onderwerp. De volgorde van de tests wordt willekeurig toegewezen voor elk onderwerp.

Ontwerp van experiment:

Deze studie zal kijken naar de effecten van de afwezigheid van pols- en onderarmbewegingen op schouder-, elleboog- en rompbewegingen tijdens vier activiteiten. Deze studie combineert tussen-subject en binnen-subject analyse.

Onafhankelijke factor (tussen proefpersonen): beperking van pols- en onderarmbeweging (simuleert geen polsrotatorcomponent op prothese)

niveaus:

• Controlegroep
• Braced group - simuleren van een prothese van de bovenste ledematen onder de elleboog
• Prothese draaggroep

Herhaalde factor (with-in proefpersonen): toegevoegde massa (simulatie van de massa van de polsrotator)

niveaus:

• Geen toegevoegde massa van een polsrotator
• Massa van een polsrotator proximaal toegevoegd (nabij elleboog)
• Massa van een polsrotator distaal toegevoegd (bij de pols)

Een tweeweg variantieanalyse met één herhaalde meting zal worden gebruikt om de hoofdeffecten en de interactie-effecten te analyseren.

Gegevensverwerking

Schouder-, elleboog- en torsobewegingen en draaimomenten worden berekend met behulp van een programma geschreven in Vicon Bodybuilder-taal. De posities van de markeringen die op het onderwerp zijn geplaatst, worden gedigitaliseerd en de torso-, bovenarm-, onderarm- en handsegmenten worden bepaald. Euler-hoeken worden berekend. Inverse dynamica en antropometrie zullen worden gebruikt om krachten en koppels te berekenen. De volgende uitkomstmaten worden vergeleken:

• Schouderabductie en flexie
• Elleboog flexie
• Torso buigen (L/R)
• Schouder gezamenlijke kracht en torsie
• Elleboog gezamenlijke kracht en koppel

Het maximum, minimum en bereik van deze uitkomstmaten zullen tussen proefpersonen en binnenproefpersonen worden vergeleken.

VOORSPELLENDE RESULTATEN/BESPREKING

Drinken uit een beker:

• Groepen met een brace en prothesedragers zullen een grotere schouderabductie hebben om het gebrek aan onderarmrotatie en polsextensie te compenseren.
• Het distaal toevoegen van de massa (polsrotator) zal een grotere kracht en torsie bij de elleboog veroorzaken. Deze toename van krachten bij de elleboog zal het grootst zijn in de geamputeerde groep vanwege mogelijk letsel aan de brachialis bij het inbrengen op de tuberositas van de ellepijp.

Een deur openen:

• Groepen met een brace en prothesedragers zullen een grotere schouderabductie hebben om het gebrek aan onderarmrotatie en polsextensie te compenseren. Deze groepen kunnen ook compenseren door de romp te buigen in plaats van de schouderabductie te vergroten.
• Vanwege het grotere bewegingsbereik van de schouder in het coronale vlak, zullen de bracedgroep en de prothesedrager een groter koppel hebben bij het schoudergewricht. Deze toename van het schoudergewrichtskoppel zal toenemen wanneer de massa (polsrotator) distaal wordt toegevoegd vanwege de toename van de hefboomarm.

Een doos van 5 lb optillen:

• Deze taak vereist minimale polsafwijking, polsflexie/-extensie en minimale onderarmrotatie. Het is in deze studie opgenomen omdat het een bilaterale taak is
• Groepen met een brace en prothesedragers zullen meer schouderabductie en minder schouderflexie hebben vanwege de beperkingen van de onderarm en pols.
• Schouder- en ellebooggewrichtkrachten en draaimomenten zullen groter zijn op de niet-aangedane hand voor de geamputeerde groep omdat zij de prothese alleen als leidraad voor de taak zullen gebruiken. Het tegenovergestelde kan echter voorkomen.

Draaien aan een stuur:

• Groepen met een brace en prothesedragers zullen een grotere schouderabductie hebben om het gebrek aan polsflexie en -extensie te compenseren. Compensatie kan echter ook optreden bij rompbuiging.
• Voor deze taak zullen de geamputeerde proefpersonen het eerst voltooien met een niet-aangedane arm en vervolgens de prothese om te bepalen waar compensatie plaatsvindt.

BIJDRAGEN Dit werk zal veel bijdragen leveren op het gebied van biomechanica en prothetisch ontwerp. Een belangrijk aspect van het bestuderen van ziekten bij de mens is het hebben van een set controlegegevens die ter vergelijking kunnen worden gebruikt. Het documenteren van kinematische gegevens van de bovenste ledematen tijdens vier veelvoorkomende taken maakt een vergelijking mogelijk bij het bestuderen van veel problemen of verwondingen aan de bovenste ledematen.

Dit werk zal helpen bepalen of de locatie van nieuwe componenten moet worden overwogen bij het ontwerp, de montage en de instructie van de prothese van de bovenste ledematen. Het kan ook helpen om de kloof te overbruggen tussen de technologische innovatie van het technische veld en de klinische scherpzinnigheid van de tandprothetici die dagelijks in contact staan ​​met de eindgebruikers.

REFERENTIES

1. SC Jacobsen, DF Knutti, R.T. Johnson en H.H. Sears, "Development of the Utah artificial arm", IEEE Trans.Biomed.Eng., vol. 29, blz. 249-269, april. 1982.
2. JE Uellendahl, "Bovenste extremiteit myo-elektrische prothesen," Phys.Med.Rehabil.Clin.N.Am., vol. 11, blz. 639-652, augustus 2000.
3. CM. Licht, PH Chappell, B. Hudgins en K. Engelhart, "Intelligente multifunctionele myo-elektrische controle van handprothesen," J.Med.Eng.Technol., vol. 26, blz. 139-146, juli-aug. 2002.
4. PJ Kyberd, DJ Beard en JD Morrison, "De populatie van gebruikers van prothesen van de bovenste ledematen die de Oxford Limb Fitting Service bijwonen", Prosthet.Orthot.Int., vol. 21, blz. 85-91, augustus 1997.
5. W. Daly, "Ontwerpopties voor de bovenste extremiteit", Phys.Med.Rehabil.Clin.N.Am., vol. 11, blz. 627-638, augustus 2000.
6. HH Sears en J. Shaperman, "Proportionele myo-elektrische handbediening: een evaluatie", Am.J.Phys.Med.Rehabil., vol. 70, blz. 20-28 februari 1991.
7. DJ Atkins, Heard D. en W.H. Donovan, "Epidemiologisch overzicht van personen met verlies van bovenste ledematen en hun gerapporteerde onderzoeksprioriteiten", JPO, vol. 8, blz. 2-11, 1996. 1996.
8. JS Rietman, K. Postema en J.H. Geertzen, "Loopanalyse in protheses: meningen, ideeën en conclusies," Prosthet.Orthot.Int., Vol. 26, blz. 50-57, april 2002.
9. M. Twiste en S. Rithalia, "Dwarsrotatie en longitudinale translatie tijdens prothetische gang - een literatuuroverzicht", J.Rehabil.Res.Dev., vol. 40, blz. 9-18 januari-februari. 2003.
10. R.W. Selles, J.B. Bussmand, L.M. Klip, B. Speet, A.J. Van Soest, HJ Stam, "Aanpassingen aan massaverstoringen bij transradiale geamputeerden: kinetische of kinematische invariantie?" Arch. Fysiek. Med. Rehabilitatie, vol. 85, blz. 2046-2052, dec. 2004.
11. A. Murgia, PJ Kyberd, PH Chapelle en C.M. Licht, "Markerplaatsing om de polsbewegingen te beschrijven tijdens activiteiten van het dagelijks leven in cyclische taken," Clin.Biomech. (Bristol, Avon), vol. 19, blz. 248-254, mrt. 2004.
12. R. Safaee-Rad, E. Shwedyk, A.O. Quanbury en J.E. Cooper, "Normaal functioneel bewegingsbereik van gewrichten van de bovenste ledematen tijdens uitvoering van drie voedingsactiviteiten", Arch.Phys.Med.Rehabil., vol. 71, blz. 505-509, juni. 1990.
13. JS Landry, "Optimale vaste polsuitlijning voor onder de elleboog aangedreven, prothetische handen", pp. 1-80, 2000. 2000.