Badanie aktywnej protezy kolana w celu poprawy lokomocji dla osób po amputacji powyżej kolana

Rekrutowani będą zdrowi uczestnicy z amputacją powyżej kolana. Uczestnicy będą spełniać następujące kryteria kwalifikacyjne. Będą doświadczeni w chodzeniu protetycznym, ze zdolnością chodzenia co najmniej na poziomie K3 (tj. posiadające zdolność lub potencjał poruszania się ze zmienną kadencją). Ponadto uczestnicy po amputacji będą ogólnie zdrowi i nie będą mieli innych problemów mięśniowo-szkieletowych ani żadnych znanych zaburzeń sercowo-naczyniowych, płucnych ani neurologicznych.

Celem badań jest ocena skuteczności aktywnej protezy stawu kolanowego, która ma na celu zwiększenie symetrii chodu, szybkości oraz zmniejszenie metabolicznego zapotrzebowania energetycznego podczas chodu.

Pełne badanie dla każdego uczestnika po amputacji obejmie trzy oddzielne sesje eksperymentalne przeprowadzone w trzech różnych lokalizacjach. Te lokalizacje to: The Biomechatronics Group, MIT Media Laboratory; pokój Holodeck w CSAIL na MIT; oraz Indoor Track w Johnson Athletic Center MIT. Czas między sesjami eksperymentalnymi będzie wynosił około jednego do dwóch tygodni, a każda sesja będzie trwała od dwóch do trzech godzin. Podczas każdej sesji uczestnik badania po amputacji zostanie poproszony o chodzenie w wolnym, normalnym i szybkim tempie w dwóch różnych stanach. Warunki doświadczalne to:

1. Korzystanie z przypisanej, dostępnej w handlu protezy kolana (np. Otto Bock C-Leg lub Ossur Rheo)
2. Korzystanie z aktywnej protezy kolana

W pierwszej sesji każdy uczestnik po amputacji zostanie zaplanowany na wizytę w Biomechatronics Group w The MIT Media Laboratory. Głównym celem tej sesji jest jakościowa ocena stopnia, w jakim aktywna proteza może poprawić chód osoby po amputacji. Dane morfologiczne (na przykład wzrost, waga, długość i obwód kończyn) uczestnika zostaną zapisane za pomocą formularza zbierania danych biomechanicznych. Dane te zostaną wykorzystane podczas analizy danych zebranych podczas sesji badań chodu.

Każdy uczestnik zostanie poproszony o przejście 30-metrowym chodnikiem w Grupie Biomechatroniki. Podczas sesji każdy uczestnik zostanie poproszony o chodzenie wolnym, normalnym i szybkim tempem dla każdego z dwóch warunków chodu. Dla każdego warunku i prędkości zostanie wykonanych około 10-15 prób. Równoległe poręcze zostaną wykorzystane, aby zapobiec obrażeniom podmiotu w przypadku utraty równowagi i upadku. Bezpieczna uprząż przymocowana do sufitu zostanie również wykorzystana, jeśli podmiot wyrazi taką prośbę. Ponadto uczestnikowi badania towarzyszyć będzie również pracownik laboratorium, aby w razie potrzeby złapać go w razie upadku. Uczestnik może w każdej chwili poprosić o odpoczynek lub przerwanie udziału w badaniu.

Każdy uczestnik będzie przechodził po platformie 60-90 razy przez całą pierwszą sesję, która powinna zająć około 2 godzin. Podczas korzystania z aktywnej protezy z programem chodu nasi badacze dostosują parametry programu chodu do własnego wzorca chodu uczestnika. Parametry użyte do dostrojenia programu chodzenia zostaną zapisane do wykorzystania w sesjach 2 i 3.

Podczas drugiej sesji uczestnicy badania po amputacji odwiedzą salę Holodeck w CSAIL w MIT (Rm 33-339), w której zainstalowano system przechwytywania ruchu do pomiaru ruchu człowieka. Głównym celem tej sesji jest zebranie informacji o stanie kolana, momencie obrotowym i mocy u osób po amputacji poruszających się z małą, średnią i dużą prędkością. Te dane aktywnej protezy kolana zostaną następnie porównane z zachowaniami konwencjonalnej protezy kolana mierzonymi przy tych samych trzech prędkościach.

Każdy uczestnik zostanie poproszony o przejście 30-metrowym chodnikiem w sali Holodeck w CSAIL na MIT. Przed przeprowadzeniem eksperymentów jeden z badaczy przykleja taśmą odblaskowe znaczniki na skórze uczestnika w określonych punktach nad stawami ciała. Te specjalne znaczniki są następnie widoczne dla kamer w pomieszczeniu (zob. Instrumenty do gromadzenia danych). Podczas sesji każdy uczestnik zostanie poproszony o chodzenie wolnym, normalnym i szybkim tempem dla każdego z dwóch warunków chodu. Dla każdego warunku i prędkości zostanie wykonanych około 10-15 prób. Dane o ruchu są zbierane z kamer w pomieszczeniu oraz z płyt siłowych umieszczonych na chodniku. Ponieważ urządzenie zostało skonfigurowane podczas pierwszej sesji, dwóch członków personelu laboratoryjnego będzie chodzić po każdej stronie uczestnika podczas całego eksperymentu. Druga sesja powinna trwać od 2 do 3 godzin.

Podczas trzeciej sesji każdy uczestnik po amputacji kości udowej zostanie zaplanowany na wizytę w krytym torze Johnson Athletic Center w MIT, który znajduje się na drugim piętrze Athletic Center. Głównym celem tej sesji jest sprawdzenie, czy aktywna proteza kolana rzeczywiście zmniejsza metaboliczny koszt chodzenia po amputacji.

Podczas sesji każdy uczestnik zostanie poproszony o założenie maski Cosmed do pomiaru zużycia tlenu (VO2), która będzie mierzyć tempo przemiany materii. Dwóch członków personelu laboratorium będzie chodzić po każdej stronie uczestnika przez cały czas trwania eksperymentu. Procedura eksperymentu będzie następująca:

Uczestnik zostanie poproszony o założenie systemu VO2 i pierwszy spacer przez 8 minut po bieżni z przypisaną komercyjnie dostępną protezą powyżej kolana (Otto Bock C-Leg lub Ossur Rheo) w celu ustalenia kontrolnego tempa metabolizmu. Po 8 minutach odpoczynku zakłada aktywną protezę i aklimatyzuje się do urządzenia spacerując przez 5 minut. Następnie będzie chodził po bieżni przez 8 minut, podczas gdy my będziemy mierzyć jego tempo przemiany materii za pomocą urządzenia. Następnie uczestnik odpoczywa przez kolejne 8 minut. Ten protokół zostanie powtórzony jeszcze dwa razy, a cały eksperyment zajmie około 3 godzin. W trakcie badania każdy uczestnik zostanie nagrany na wideo i sfotografowany, aby udokumentować wpływ protezy na chodzenie.