Soleus belastningsreaktion under gång

Deltagarna tilldelas en enda grupp i denna grundläggande naturvetenskapliga studie. Protokollet inkluderar testning av en bärbar ankelenhet och dess kontrollalgoritm under löpbandsgång. Robotankelanordningen fästs på deltagarens vad och fot med hjälp av en fotled-fotortos i plast och kardborreband. Robotankelanordningen kommer att bäras på den handikappade sidan medan den kontralaterala sidan är fri under gång. Deltagaren placerar foten (hemiparetisk sida) på robotankelenheten med hjälp av den anpassade ortosramen. Den mekaniska leden på enheten är i linje med deltagarens fotledscentrum. En rem öglad runt skaftets omkrets fäster deltagarens ben på fotledsanordningen för att säkerställa att den mekaniska leden roterar fotleden. Passformen ska inte vara obekvämt åtsittande, men tillräckligt tät för att förhindra relativ (oönskad) förskjutning. Kablar är anslutna till ett par elmotorer som applicerar vridmoment i plantarflexions- och dorsalflexionsriktningen. Enheten samlar in mätningar av ledvinkeln. Motorerna regleras med hjälp av fotledsvinkeln så att robotanordningen applicerar ankelrotationsstörningar för att inducera förändringar i soleus muskelaktivitet. Ankelanordningen integrerar trycksensorer placerade under fotsulan vid häl och tå för att samla vertikala markreaktionskrafter.

Elektromyografiska (EMG) sensorer placeras på soleus och tibialis anterior muskelgrupper. EMG-sensorer limmas med en biokompatibel tejp för att fästa sensorerna på huden. EMG-aktivitet förstärks, bandpassfiltreras (10-1000 Hz), samplas vid 3000 Hz och lagras. En studiemedlem kommer att finnas tillgänglig för att hjälpa deltagarna att placera EMG-sensorerna. Hjärtfrekvens och blodtryck övervakas före i början av protokollet. Ankel-, knä- och höftledskinematik registreras bilateralt med hjälp av bärbara elektrogoniometrar. Deltagarna bär en säkerhetssele som är fäst vid ett bärbart system (overheadbana och stativ) för att förhindra fall utan att begränsa rörelsen. En nödstoppsknapp är tillgänglig för deltagarna att omedelbart stoppa experimentet. Deltagarna kan muntligen be personalen att trycka på nödstoppsknappen.

Deltagarna går i en självvald bekväm snabb hastighet (t.ex. 3,5-4 km/h) under korta anfall av löpbandsgång (4-6 minuter per match). Löpbandet styrs externt av en dator för att justera bältets hastighet. Gångpasset förväntas pågå i cirka 60-90 minuter för att undvika trötthet och tidsvarierande förändringar i muskelsvaren. Under uppvärmning samlas plantarflexor maximal frivillig kontraktion (MVC) i stående position, och gångkinematik, muskel-EMG och markreaktionskrafter registreras när man går utan att bära robotankelanordningen.

Efter uppvärmning, medan du går på löpbandet med robotenheten, kommer fotledsrotationer att tillämpas med den utvecklade algoritmen för att framkalla soleus-belastningssvaret under mitt-sena ställningsfasen. Kontrollalgoritmen tillämpar fotledsstörningar, som är förskjutningar från den naturliga fotledskinematiken för att rikta in soleus-belastningssvaret i mitten av den sena hållningsfasen varannan 4-6 gångcykler för att förhindra tillvänjning. Störningens storlek, hastighet och timing kontrolleras under gång på löpbandet. På grund av de unika parametrarna för störningen (storlek och hastighet) som appliceras av enheten, finns det minimal fallrisk eftersom den används under en kort tid i ställningsfasen för att framkalla ett muskelsvar (t.ex. är det analogt med en mekanisk sträckning) reflex). Därför appliceras inte störningen för att styra eller hjälpa fotledsrörelsen, vilket kommer att ha ett stort inflytande på gångkinematik. Utanför störningsfönstret inom ställning är fotledskontrollen avstängd.

För varje stegcykel är endast två villkor möjliga. Antingen är deltagaren i ett stört eller ostört tillstånd. Under störda stegcykler bär deltagaren fotledsanordningen och den applicerar kraft för att ändra fotled-fotrörelsen (dvs. enheten aktiveras). Under opåverkade stegcykler har deltagaren fotledsanordningen på sig, men den utövar ingen kraft för att ändra fotled-fotrörelsen (dvs. enheten är passiv och inte aktiv).

En gångpass består av 4-5 promenader som interfolierar störda och ostörda gångsteg (tills man samlar in data om cirka 30 störda och ostörda steg per gång) och lämnar minst ett ostört steg före ett stört steg. Vilopauser finns mellan matcherna.

Studieteamet kommer kontinuerligt att övervaka deltagaren under en gångpass och muntligen begära feedback för att säkerställa deltagarens komfort och säkerhet. Automatiska och manuella mjukvaruskydd placeras för att stoppa sessionen om prestandan överskrider säkra/önskade hastighets- eller vridmomentområden. Gångpasset avslutas med en nedkylning för att mäta ledkinematik, muskel-EMG och framdrivningsgång utan att bära enheten. I slutet av experimenten kommer de bärbara sensorerna att försiktigt tas bort från kroppen. Studiepersonalen kommer att hjälpa deltagaren att ta av fotledsanordningen.

Studien involverar en enda grupp som registrerar 15 individer utan kända neurologiska tillstånd eller historia av ortopediska skador. Förändringar i soleus EMG kommer att jämföras mellan störda och ostörda gångsteg under ett gångpass. För det primära måttet (soleus EMG-svar) kommer skillnaden mellan den icke-störda och den störda EMG att bedömas med Students t-test. Urvalsstorleken för arbetsföra individer tillåter oss att uppskatta, med en dubbelsidig 95 % konfidensnivå vardera, soleus-EMG-svaret på störning inom en felmarginal på 5,4 % icke-stört EMG. Denna beräkning bygger på en tidigare studie, där en gruppanalys med en s.d. av 0,87 % förändring (% icke-stört EMG) observerades i soleus EMG som svar på 1 grad/s ledrörelsestörning under mitt-sena ställningsfasen (dvs variationen i soleus EMG är linjärt relaterad till hastigheten och /eller störningarnas amplitud). En liknande s.d. antas för den föreslagna studien, som ger en urvalsstorlek på N=15 arbetsföra individer. Dessutom kommer en provstorlek på 5 deltagare med hemipares och gångstörningar på grund av en stroke att studeras för att undersöka genomförbarheten av de föreslagna algoritmerna och enheten för att framkalla soleusbelastningssvaret. På grund av bristen på tillgänglighet av data med post-stroke deltagare, s.d. förändring % ostörd soleus EMG kan inte definieras innan man genomför tester med individer efter stroke. Därför kommer denna pilotstudie att ge preliminära resultat för att karakterisera soleus EMG på grund av de applicerade störningarna hos personer efter stroke.