基于运动学习的老年人轮椅推进训练

样本量：

计算得出三组中每组 10 名参与者的样本量，以在显着性水平 0.05 (G*Power 3.1) 下以 80% 的功效检测显着差异。 为了解释缺失数据和失访，样本量增加了 15%，这样三组中的每组将由 12 名参与者组成，总共 36 名参与者。

参加者酬金：

• 所有参与者将在三个测试阶段中的每个阶段获得 15 美元
• 随机分配到任一干预组（实践或培训）的参与者每次访问（不包括测试课程）将获得 5 美元，以部分补偿他们的差旅费用。

资格评估：

有兴趣参加这项研究的参与者将通过电话进行资格筛选，以确保他们符合年龄和体重要求，上肢没有受伤，并且他们了解潜在的时间承诺。 参与者将被告知，他们将需要填写一份问卷，以在他们第一次预约时确认他们的资格。 参与者将在提供认知障碍筛查的知情同意后完成迷你心理测验。

人口统计描述信息（基线）：

将在基线收集对描述参与者人群很重要的变量，包括：年龄；高度;性别;接触使用手动轮椅的家人或朋友。

身体参与者信息（基线、干预后和干预后两周）：

测试程序所需或可能影响结果的物理变量将在数据收集的每个点进行测量，包括：体重；握力;上肢关节灵活性；和自我感知的身体健康等级。

评估：

测量将在干预前（基线）、4 周和基线后 6 周进行。 一名训练有素的评估员将管理所有评估。

随机化：

当参与者被注册时，他们将被随机化算法随机分配到基于运动学习的训练、练习或控制组。

数据采集​​：

在提供知情同意并通过医生签署的体力活动准备体检 (PARMED X)（如果超过 69 岁）或体力活动准备问卷 (PAR-Q+)（如果 69 岁以下）副本证明锻炼后，参与者将完成人口统计问卷，包括性别、身高、体重、年龄、一般健康水平和手动驾驶经验。

完成问卷后，参与者将被安装到合适尺寸的 Elevation 轮椅上（Instinct Mobility，温哥华，不列颠哥伦比亚省）。 当参与者坐在轮椅上时，他们的手放在轮子的顶部时，他们的肘部会形成大约 100 度的角度。 为确保测量点之间的一致性，将在后期测试期间记录和复制轮椅装配的详细信息，以最大程度地减少偏差。 用于收集动力学和时间变量的仪表测量轮（SmartWheel - 三河控股公司，梅萨，亚利桑那州）将与轮椅的右轮交换，惯性匹配的假轮将应用于轮椅的左侧。 轮胎压力将充气至建议的 100 psi 水平。

然后将进行阻力测试以确定轮椅用户系统在跑步机上的阻力（最大移动性）。 在阻力测试期间，参与者将被动地坐在实验室配备的轮椅上，该轮椅通过绳索连接到力传感器。 在恒定速度（1.1 m/s 或 4.0 km/h）下，跑步机的角度将以 10 步（0.5% 的坡度）增加，并且在每个角度下，将确定阻力。 这 10 个力测量值将用于计算跑步机上每个倾斜角度的功率输出 (PO)。 将使用线性回归来确定 PO（通过根据 PO (W) = 阻力 (N) · 皮带速度 (m/s) 将阻力乘以速度来计算）。 阻力测试大约需要 5 分钟才能完成。

位于轮椅跑步机两侧的安全带将连接到 Elevation 轮椅的前部（在前脚轮上方的金属框架上）。 在数据收集之前，参与者将有五分钟时间熟悉轮椅跑步机，并逐渐提高到用于数据收集的 1.1 m/s（4.0 km/h）的设定速度。 之前的研究使用 1.1m/s 的速度进行生物力学测试，因为这是穿越美国某些十字路口所需的最低速度。 为确保所有参与者在测试试验中执行相同的工作量，功率输出将在 0.7% 的倾斜度下标准化为 0.15 W/kg，因为 0.7% 的倾斜度产生的结果与速度为4-6 公里/小时。 阻力将通过滑轮系统施加到轮椅的后部，以确保 PO 为 0.15 W/kg。 轮椅推进的氧气成本受 PO 影响，因此标准化 PO 使我们能够消除因体重和轮椅配置差异导致的阻力差异。 标准化 PO 还将考虑参与者体重从预测试到后测试到一个月后测试的变化。

在参与者在跑步机上舒适地转动后，Parvo Medics 的 TrueOne 2400 代谢测量系统的咬嘴和鼻塞将安装到个人身上。 将收集十分钟的基线（静息状态）数据，以确保参与者呼吸正常（即没有过度换气）并且他们的呼吸交换比值合适（小于 0.9）。 然后参与者将开始转动，速度逐渐增加到 1.1 m/s，一旦达到达到的速度（大约 15 s），将开始五分钟的数据收集。

动力学和时空特征：

来自 SmartWheel 的数据将使用专有软件以 240 Hz 的频率收集，并使用截止频率为 20 Hz 的四阶低通巴特沃斯滤波器进行过滤。 使用 SmartWheel™ 收集的变量将包括三维力、总力 (√(Fx2+Fy2+Fz2))、切向力（作用于向前推进的力）、节奏（周期/秒）、推动角度和速度。

旋转模式 两个 Optotrak 3020（NDI，Waterloo，ON）位置传感器将用于记录第 3 掌指关节位置的矢状面二维运动学数据。 放置在第 3 掌指关节上的标记将用于定义每个受试者的转动策略。 将以 200 Hz 的采样频率收集运动学数据。 所有数据都将使用四阶 7 Hz 低通巴特沃斯滤波器进行过滤。

数据分析：

动力学和运动学车轮数据将通过外部触发脉冲同步，根据施加到推轮的力的开始分为周期，并及时标准化为周期的 100%。 最后 5 分钟内发生的轮转循环数据将为每个参与者取平均值。

在最后 5 分钟内发生的转轮循环的手部轨迹配置文件将用于将转轮模式分为四类之一。 两名对参与者组分配不知情的调查员将根据他们的定义独立对轮式策略进行分类。 将在两名研究人员之间比较轮式策略以确保一致性。

基于运动学习的训练干预：

基于运动学习的培训将由 1 名培训师管理。 她在研究轮椅推进方面拥有超过 6 年的经验，并且拥有提供与手动和电动轮椅技能相关的其他基于 ML 的培训的经验。 三名训练有素的志愿者将协助进行前后测试以及轮流进行为期一个月的保留测试。 志愿者将接受 3 小时的测试协议培训。 参与者将被要求在 3 周的时间内（2 节课/周）参加 6 x 20 分钟的一对一培训课程。 之所以选择 6 个课程，是因为在短短 12 分钟的训练中观察到了生物力学变量的改善，但是在 6 个课程中观察到了其他连续技能的运动效率的提高。

基于运动学习的培训将侧重于运动学习领域的一些核心概念。 运动学习概念将包括关于速度的可变练习、反馈（内在和外在但侧重于外在）、侧重于三个主要变量的反馈（转动模式、接触推轮缘时的手速、推角）、顺序学习（特别是与旋转模式有关）和心理意象（在休息期间）。

练习干预：

练习干预将由 1 名培训师管理。 她拥有超过 6 年的手动轮椅推进研究经验。 参与者将被要求在 3 周的时间内（2 节课/周）参加 6 x 20 分钟的一对一培训课程。 之所以选择 6 个课程，是因为在短短 12 分钟的训练中观察到了生物力学变量的改善，但是在 6 个课程中观察到了其他连续技能的运动效率的提高。

虽然一般练习通过接触提供经验，并且从练习中获得的重复可以被视为运动学习的一个要素，但重要的是要确定一对一训练是否有额外的好处，强调运动学习原则而不是什么一个人可以自己表演。 预计在练习干预期间会发生一些“运动学习”，但假设它发生的程度较小。

基于运动学习的训练和练习安排和设备：

对于这项研究，培训将在温哥华人类活动实验室的 Blusson 脊髓中心进行。 Blusson 脊髓中心是一个以社区为基础的设施，拥有脊柱医疗诊所和多个研究实验室。

控制组：

对照组将不接受任何培训，但将在与干预组相同的时间点进行测试。

其他：

在完成预测试后，将向参与者简要介绍基于实践或运动学习的培训，具体取决于他们被分配到两组中的哪一组。 参与者将被告知有一个“基于运动学习的训练”和“控制”组，但是我们不会透露我们正在探索两种不同类型的训练这一事实，这样练习组就不会觉得他们的训练较差以运动学习为基础的训练组。

完成练习或基于运动学习的培训后，将要求参与者完成一份开放式退出问卷，了解他们喜欢和不喜欢培训的哪些方面，以及他们是否认为这对新轮椅使用者有用。

数据综合与分析：

将针对人口统计和身体信息综合描述性统计数据。

基于运动学习的培训对主要结果（总机械效率以及次要结果）的有效性将使用 3 x 3 混合因子重复测量方差分析 (ANOVA) 进行评估。 调整后的 p 值将用于校正基线特征之间的多重比较。 卡方检验将用于确定基于训练暴露的分类变量（推进技术）前后测试的差异。 显着性将为 alpha = 0.05。