Soleus laadrespons tijdens lopen

Deelnemers worden toegewezen aan een enkele groep in deze fundamentele wetenschappelijke studie. Het protocol omvat het testen van een draagbaar aangedreven enkelapparaat en het besturingsalgoritme tijdens het lopen op de loopband. Het gerobotiseerde enkelapparaat wordt met behulp van een kunststof enkel-voet-orthese en klittenband aan de kuit en voet van de deelnemer bevestigd. Het gerobotiseerde enkelapparaat wordt gedragen aan de aangedane zijde terwijl de contralaterale zijde vrij is tijdens het lopen. De deelnemer plaatst de voet (hemiparetische zijde) op het gerobotiseerde enkelapparaat met behulp van het aangepaste orthetische frame. Het mechanische gewricht van het apparaat is uitgelijnd met het midden van het enkelgewricht van de deelnemer. Een lus rond de omtrek van de schacht bevestigt het been van de deelnemer aan het enkelapparaat om ervoor te zorgen dat het mechanische gewricht het enkelgewricht roteert. De pasvorm moet niet onaangenaam strak zitten, maar strak genoeg om relatieve (ongewenste) verplaatsing te voorkomen. Kabels zijn verbonden met een paar elektromotoren die koppel uitoefenen in de richting van plantairflexie en dorsiflexie. Het apparaat verzamelt metingen van de gewrichtshoek. De motoren worden gereguleerd met behulp van de hoek van het enkelgewricht, zodat het robotapparaat verstoringen van de enkelrotatie toepast om veranderingen in de activiteit van de soleusspier teweeg te brengen. Het enkelapparaat integreert druksensoren die onder de voetzool bij de hiel en teen zijn geplaatst om verticale grondreactiekrachten te verzamelen.

Elektromyografische (EMG) sensoren worden op de spiergroepen soleus en tibialis anterior geplaatst. EMG-sensoren worden gelijmd met een biocompatibele tape om de sensoren op de huid te bevestigen. EMG-activiteit wordt versterkt, banddoorlaatfilter (10-1000 Hz), bemonsterd bij 3000 Hz en opgeslagen. Een studielid zal beschikbaar zijn om deelnemers te helpen bij het plaatsen van de EMG-sensoren. Hartslag en bloeddruk worden voorafgaand aan het begin van het protocol gecontroleerd. De kinematica van enkel, knie en heupgewricht wordt bilateraal geregistreerd met behulp van draagbare elektro-goniometers. Deelnemers dragen een veiligheidsharnas dat is bevestigd aan een draagbaar systeem (hangbaan en statief) om vallen te voorkomen zonder de bewegingsvrijheid te beperken. Er is een noodstopknop beschikbaar voor deelnemers om het experiment onmiddellijk te stoppen. Deelnemers kunnen het personeel mondeling verzoeken de noodstopknop in te drukken.

Deelnemers lopen met een zelfgekozen comfortabele hoge snelheid (bijv. 3,5-4 km/u) tijdens korte periodes van lopen op de loopband (4-6 minuten per periode). De loopband wordt extern bestuurd door een computer om de snelheid van de band aan te passen. De loopsessie zal naar verwachting ongeveer 60-90 minuten duren om vermoeidheid en tijdsafhankelijke veranderingen in de spierreacties te voorkomen. Tijdens de warming-up wordt de maximale vrijwillige contractie (MVC) van de plantairflexor verzameld in staande positie, en worden loopkinematica, spier-EMG en grondreactiekrachten geregistreerd terwijl men loopt zonder het gerobotiseerde enkelapparaat te dragen.

Na de warming-up, terwijl u op de loopband loopt terwijl u het robotapparaat draagt, worden enkelrotaties toegepast met behulp van het ontwikkelde algoritme om de soleus-belastingsreactie op te roepen tijdens de midden-late standfase. Het besturingsalgoritme past enkelverstoringen toe, dit zijn verschuivingen van de natuurlijke enkelkinematica om de soleusbelastingsrespons te richten in de midden-late standfase om de 4-6 loopcycli om gewenning te voorkomen. De mate van verstoring, snelheid en timing worden geregeld tijdens het lopen op de loopband. Vanwege de unieke parameters van de verstoring (omvang en snelheid) die door het apparaat worden toegepast, is er een minimaal valrisico omdat het gedurende een korte duur in de standfase wordt toegepast om een ​​spierreactie op te roepen (het is bijvoorbeeld analoog aan een mechanische rekoefening). reflex). Daarom wordt de verstoring niet toegepast om de beweging van de enkel te begeleiden of te ondersteunen, wat een grote invloed zal hebben op de kinematica van het looppatroon. Buiten het venster van verstoring binnen de stand is de enkelbediening uitgeschakeld.

Voor elke stapcyclus zijn slechts twee voorwaarden mogelijk. Of de deelnemer is in een verstoorde of onverstoorde toestand. Tijdens verstoorde stapcycli draagt ​​de deelnemer het enkelapparaat en oefent het kracht uit om de enkel-voetbeweging te veranderen (d.w.z. het apparaat is geactiveerd). Tijdens ongestoorde stapcycli draagt ​​de deelnemer het enkelapparaat, maar oefent het geen kracht uit om de enkel-voetbeweging te veranderen (d.w.z. het apparaat is passief en niet actief).

Een loopsessie bestaat uit 4-5 looprondes, waarbij verstoorde en onverstoorde loopstappen worden afgewisseld (totdat gegevens worden verzameld van ongeveer 30 verstoorde en onverstoorde stappen per loopronde), waarbij ten minste één onverstoorde stap overblijft voor een verstoorde stap. Tussen de wedstrijden door zijn er rustpauzes.

Het onderzoeksteam zal de deelnemer tijdens een loopsessie continu monitoren en mondeling om feedback vragen om het comfort en de veiligheid van de deelnemer te waarborgen. Er zijn automatische en handmatige softwarebeveiligingen geplaatst om de sessie te stoppen als de prestatie de veilige/gewenste snelheids- of koppelbereiken overschrijdt. De loopsessie wordt afgesloten met een cooling-down om gewrichtskinematica, spier-EMG en voortstuwing te meten bij het lopen zonder het apparaat te dragen. Aan het einde van de experimenten worden de draagbare sensoren voorzichtig van het lichaam verwijderd. Het studiepersoneel zal de deelnemer helpen het enkelapparaat af te doen.

De studie omvat een enkele groep van 15 personen zonder bekende neurologische aandoeningen of voorgeschiedenis van orthopedische verwondingen. Veranderingen in de soleus EMG worden vergeleken tussen verstoorde en onverstoorde loopstappen tijdens een loopsessie. Voor de primaire maatstaf (soleus EMG-respons), zal het verschil tussen het niet-verstoorde en verstoorde EMG worden beoordeeld door Student's t-test. elk, de soleus EMG-respons op verstoring binnen een foutmarge van 5,4% niet-verstoorde EMG. Deze berekening is gebaseerd op eerder onderzoek, waarbij een groepsanalyse met een s.d. van 0,87% verandering (% niet-verstoorde EMG) werd waargenomen in de soleus EMG als reactie op 1 deg/s gewrichtsbewegingsverstoring tijdens de mid-late standfase (d.w.z. de variatie in de soleus EMG is lineair gerelateerd aan de snelheid en /of amplitude van de verstoringen). Een soortgelijke s.d. wordt aangenomen voor de voorgestelde studie, die een steekproefomvang van N = 15 valide individuen oplevert. Daarnaast zal een steekproef van 5 deelnemers met hemiparese en loopstoornissen als gevolg van een beroerte worden bestudeerd om de haalbaarheid te onderzoeken van de voorgestelde algoritmen en het apparaat om de soleus-belastingsrespons op te roepen. Vanwege het gebrek aan beschikbaarheid van gegevens met deelnemers na een beroerte, s.d. verandering % onverstoorde soleus EMG kan niet worden gedefinieerd voordat tests worden uitgevoerd bij personen na een beroerte. Daarom zal deze pilootstudie voorlopige resultaten opleveren om het soleus-EMG te karakteriseren als gevolg van de toegepaste verstoringen bij mensen na een beroerte.