Określanie i kontrolowanie zewnętrznej mocy wyjściowej podczas zwykłego napędu wózka inwalidzkiego
5 lutego 2020
Dokładna i ustandaryzowana ocena zewnętrznej mocy wyjściowej jest kluczowa w ocenie fizjologicznego, biomechanicznego i odczuwanego stresu, obciążenia i możliwości w manualnym napędzie wózka inwalidzkiego. W artykule przedstawiono różne metody określania i kontrolowania mocy wyjściowej podczas badań napędów wózków inwalidzkich w laboratorium i poza nim.
Kontrolowanie i raportowanie mocy wyjściowej jest niezbędne dla wszystkich badań nad napędem wózków inwalidzkich. Te techniki pomiarowe pozwalają na pomiar i oszacowanie mocy wyjściowej, którą możemy następnie zastosować do naziemnego napędu wózka inwalidzkiego, ale także do pomiarów na bieżni lub na ergometrze. Napęd wózka inwalidzkiego jest czynnością obciążającą z wysokim ryzykiem kontuzji barku i braku aktywności, dlatego potrzebujemy odpowiednich technik badawczych.
Metody te służą nie tylko do codziennego napędu wózka inwalidzkiego, ale mogą być również stosowane do sportów na wózkach inwalidzkich lub podczas rehabilitacji. Procedury zademonstrują Marika Leving, jedna z post-doc w naszym zespole, oraz Rick de Klerk, jeden z doktorów. Aby wykonać test wybiegu, poproś uczestnika, aby usiadł w aktywnej pozycji tak ustandaryzowanej, jak to możliwe, ze stopami na podnóżku, rękami na kolanach i patrzeniem prosto przed siebie.
Ułożenie uczestnika na wózku inwalidzkim ma kluczowe znaczenie i powinno odzwierciedlać pozycję podczas pomiarów. Aby rejestrować dane dotyczące opóźnienia za pomocą IMU, należy przymocować jeden IMU do każdej piasty koła i jeden do środka fotela pod siedzeniem. Zapisz, który IMU jest podłączony, gdzie i w jakiej orientacji, aby móc z niego skorzystać później, a następnie użyj pliku wykonywalnego NextGen IMU Synchronized Network Manager, aby włączyć i połączyć IMU.
Aby zebrać dane dotyczące czasu i prędkości, otwórz kartę narzędzi, wybierz rejestrator danych i kliknij przycisk Start. Następnie na krótko rozpędź wózek inwalidzki do dużej prędkości i natychmiast pozwól wózkowi inwalidzkiemu zwolnić do całkowitego zatrzymania bez zakłóceń, rejestrując dane dotyczące czasu i prędkości. Po ostatniej analizie otwórz oprogramowanie testowe do wybiegu na komputerze i ustaw wagę uczestnika.
Wybierz opcję importuj dane, aby zaimportować plik danych z wybiegiem. Użyj suwaka, aby zaznaczyć sekcje wybiegu w danych, klikając opcję chwyć zaznaczenie po każdym wyborze danych. Po wybraniu wszystkich danych kliknij przycisk Oblicz wyniki i zanotuj średnie tarcie toczne i współczynnik tarcia tocznego.
Aby wykonać test oporu, co najmniej 30 minut przed pomiarem włącz zasilanie bieżni i ustaw komputer testowy oporu oraz czujnik siły. W oprogramowaniu komputerowym do testowania oporu kliknij wymiary tabeli mocy i upewnij się, że uczestnik znajduje się na bieżni w znormalizowanej pozycji aktywnej. Aby zmierzyć przesunięcie ogniwa obciążnikowego, najpierw zapisz siłę bez przymocowanej liny.
Na końcu pomiaru kliknij przycisk OK. Podłącz wózek inwalidzki do przetwornika siły za pomocą lekkiej liny, upewniając się, że ogniwo obciążnikowe i lina są wyrównane poziomo z osią tylnego koła wózka inwalidzkiego. Przyspiesz pas do żądanej prędkości i zwiększ nachylenie bieżni. Gdy pozycja kombinacji bieżni i użytkownika wózka inwalidzkiego jest stabilna, zapisz siłę i kąt.
Następnie użyj kąta i siły, aby dopasować równanie regresji liniowej i kliknij akceptuj i OK, aby obliczyć siłę pod kątem zerowym bieżni. Aby ustawić gniazdko elektryczne, odejmij tarcie testowe oporu od tarcia docelowego, aby obliczyć wymagany ciężar koła pasowego i ustaw koło pasowe przed lub za bieżnią, upewniając się, że koło pasowe jest wyśrodkowane. Przymocuj bloczek do wózka inwalidzkiego i upewnij się, że lina jest wypoziomowana.
Poinformuj uczestnika, że ciężar w kole pasowym może przesunąć wózek inwalidzki i użyj kosza o znanej niskiej masie oraz karabinka, aby przymocować ciężar od zera do jednego kilograma do układu koła pasowego. Następnie powoli zwiększaj wagę w razie potrzeby, aż do osiągnięcia pożądanej mocy wyjściowej. Aby uzyskać zewnętrzne zasilanie wyjściowe podczas testowania opartego na ergometrze, włącz ergometr co najmniej 30 minut przed testowaniem i otwórz odpowiednie oprogramowanie na komputerze.
Kliknij widżet uczestnika, a następnie dodaj i przypisz uczestnikowi identyfikator.Wprowadź masę ciała uczestnika i kliknij przycisk OK. Kliknij ikonę wózka inwalidzkiego, wprowadź specyfikacje wózka inwalidzkiego i kliknij przycisk OK. Kliknij widżet protokołu. Aby utworzyć protokół niestandardowy, wybierz opcję dodaj i niestandardowy protokół i kliknij przycisk Dalej. Przypisz protokołowi odpowiednią nazwę i kliknij przycisk Utwórz.
Aby ustawić opór względem współczynnika tarcia uzyskanego z testu rozbiegu w dół, wybierz etapy i kliknij dodaj stopień i opór. Ustaw współczynnik oporu na 0,01, prędkość docelową uczestnika na cztery kilometry na godzinę, a czas użycia ustalonego czasu na 16 i kliknij OK.To skonfigurować ekran uczestnika, usuń wszystkie widżety z ekranu i kliknij dodaj widżet. Następnie wybierz widżet kierunku wózka inwalidzkiego i przeciągnij widżet do okna głównego.
Użyj systemu wyrównywania, aby ustawić wózek inwalidzki na rolkach i użyj systemu czterech pasów, aby przymocować wózek inwalidzki. Sprawdź, czy koła nie stykają się z ergometrem i są prawidłowo wyrównane, a następnie ustaw uczestnika w znormalizowanej pozycji aktywnej. Aby skalibrować ergometr w powiązanym oprogramowaniu, kliknij ikonę krzyża nitkowego i naciśnij rozpocznij kalibrację.
Aby oszacować wewnętrzną moc wyjściową podczas napędu wózka inwalidzkiego, należy włączyć spirometr co najmniej 45 minut przed jakimikolwiek kalibracjami lub testami. Użyj odpowiedniego oprogramowania, aby skalibrować spirometr zgodnie z wytycznymi fabrycznymi. Zakładaj maskę spirometru na uczestnika.
Wyreguluj elastyczne opaski na nasadce głowy, aby uzyskać szczelne uszczelnienie wokół twarzy i zabezpiecz wąż spirometru tak, aby nie przeszkadzał w ruchu. Następnie naciśnij ikonę testu, aby rozpocząć analizę. Wybierz nowy temat na wyświetlaczu spirometru.
W przypadku submaksymalnych testów wysiłkowych wybierz tryb oddech po oddechu. Aby rozpocząć nagrywanie, naciśnij nagrywania. W tej analizie względne i bezwzględne rozkłady różnic między tarciem wybiegu a zmierzoną mocą wyjściową podczas napędu wózka inwalidzkiego na lądzie, bieżni i ergometrze są określane przy ogólnej niższej mocy wyjściowej obliczonej dla napędu naziemnego.
Analiza Blanda-Altmana dotycząca tarcia o wybieg i zmierzona moc wyjściowa podczas napędu wózków inwalidzkich na lądzie, bieżni i ergometru potwierdziła te ustalenia. Należy pamiętać, że szacowana moc wyjściowa jest ważna tylko dla pozycji, w której uczestnik znajdował się podczas kalibracji i jest w dużym stopniu zależna od powierzchni. Po tej procedurze możemy użyć precyzyjnych kół rejestracyjnych i pomiarowych do obliczenia sił działających na pobocze.
Dzięki tym technikom jesteśmy teraz w stanie monitorować i standaryzować moc wyjściową, co ułatwia współpracę. Osoba badana nie powinna nosić luźnych lub zwisających ubrań podczas żadnego z testów.
Przegląd
Niniejszy artykuł omawia znaczenie dokładnej oceny zewnętrznej mocy wyjściowej w badaniach nad napędem manualnych wózków inwalidzkich. Przedstawia on różne metody pomiaru i kontrolowania mocy wyjściowej zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i w rzeczywistych sytuacjach użytkowych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biomechanika
- Rehabilitacja
Wstęp
- Napędzanie wózka inwalidzkiego jest czynnością wymagającą dużego wysiłku fizycznego.
- Właściwe techniki pomiarowe są niezbędne w celu zapobiegania kontuzjom.
- Metody badawcze można stosować zarówno w codziennym użytkowaniu, jak i w sporcie.
- Precyzyjna ocena mocy wyjściowej ma kluczowe znaczenie dla skutecznej rehabilitacji.
Cel badania
- Ocena aspektów fizjologicznych i biomechanicznych napędu wózka inwalidzkiego.
- Standaryzacja technik pomiaru mocy wyjściowej.
- Poprawa bezpieczeństwa i wydajności u użytkowników wózków inwalidzkich.
Zastosowane metody
- Testy wybiegu z wykorzystaniem jednostek IMU do pomiaru danych o opóźnieniu.
- Testy oporu na bieżni w celu pomiaru siły i kąta.
- Badania z użyciem ergometru do szacowania wewnętrznej mocy wyjściowej.
- Spirometria do oceny parametrów oddechowych podczas napędu.
Główne wyniki
- Średnie opory toczenia i współczynniki obliczono na podstawie testów wybiegu.
- Do danych z testów oporu dopasowano równania regresji liniowej.
- Oszacowano moc wyjściową dla różnych metod napędu.
- Podczas napędu nadziemnego zaobserwowano ogólnie niższą moc wyjściową.
Wnioski
- Znormalizowane metody poprawiają wiarygodność ocen mocy wyjściowej.
- Wyniki mogą być wykorzystane w praktykach rehabilitacyjnych oraz przy projektowaniu wózków inwalidzkich.
- Dalsze badania są niezbędne w celu optymalizacji technik napędu.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Dokładny pomiar zewnętrznej mocy wyjściowej podczas ręcznego napędzania wózka inwalidzkiego jest niezbędny do standaryzacji ocen biomechanicznych w środowiskach badawczych i klinicznych. Standaryzacja ta umożliwia wiarygodne porównywanie interwencji rehabilitacyjnych, wyników w sporcie adaptacyjnym oraz czynności dnia codziennego. Dzięki precyzyjnej kwantyfikacji wysiłku użytkownika metody te ułatwiają ograniczanie ryzyka mechanicznego w rozwoju technologii wspomagających oraz przedkliniczną ocenę pomocy do przemieszczania się.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju sektora biofarmaceutycznego
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie hipotez terapeutycznych dotyczących efektywności mobilności oraz mechanizmów urazów barku u użytkowników wózków inwalidzkich.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ilościowe odczyty biomechaniczne służące do minimalizacji ryzyka w zakresie oddziaływania na cele w szlakach nerwowo-mięśniowych lub mięśniowo-szkieletowych.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Dostarcza zestandaryzowanych, powtarzalnych wskaźników mocy wyjściowej w celu oceny gotowości testów do przesiewowych badań interwencji w zakresie mobilności.
- Wartość operacyjna: Wspiera skalowalne wykorzystanie platformy w systemach naziemnych, bieżniach oraz ergometrach w celu spójnej oceny związków chemicznych lub urządzeń.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Zapewnia dopasowanie systemu w kontekście danej choroby poprzez pomiar mocy wyjściowej w ustandaryzowanych pozycjach użytkownika, co jest kluczowe dla walidacji translacyjnej.
- Wartość operacyjna: Umożliwia zachowanie ciągłości od etapu odkryć po walidację przedkliniczną dzięki normalizacji mocy wyjściowej pomiędzy różnymi platformami.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje cały proces badawczy, dostarczając standaryzowanych pomiarów mocy wyjściowej, które służą do wczesnego weryfikowania hipotez, oceny powtarzalności badań przesiewowych oraz zapewnienia ciągłości w badaniach przedklinicznych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera redukcję ryzyka mechanistycznego poprzez kwantyfikację zewnętrznej pracy wykonanej podczas napędu, co pozwala wyjaśnić zapotrzebowanie specyficzne dla poszczególnych szlaków.
- Przesiewanie: Zapewnia standaryzację testów dzięki współczynnikom tarcia wyznaczonym na podstawie testów wybiegu i oporu, co umożliwia wiarygodne porównywanie warunków.
- Analityka: Generuje ilościowe pomiary zmiennej zależnej (Watts) z danych z IMU i czujników siły, co umożliwia analizę statystyczną wydajności napędu.
- Badania translacyjne: Zachowuje ciągłość prognostyczną poprzez powiązanie mocy wyjściowej w warunkach laboratoryjnych z rzeczywistą sprawnością napędu naziemnego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania oceny mocy wyjściowej w różnych programach badawczych nad mobilnością i w procesach testowania urządzeń.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwa
- Wartość naukowa: Redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad mobilnością poprzez standaryzowaną kwantyfikację mocy wyjściowej zależnej od pozycji.
- Wartość operacyjna: Zwiększa powtarzalność i skalowalność dzięki zestandaryzowanym procedurom kalibracji (np. wprowadzenie masy ciała uczestnika, synchronizacja IMU).
- Wartość strategiczna: Poprawia proces podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu prac (go/no-go) w rozwoju technologii wspomagających poprzez dostarczenie obiektywnych progów biomechanicznych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację interwencji w zakresie mobilności z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o porównywalne profile mocy wyjściowej w różnych modalnościach testowych.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu biomechaniki, instrumentacji czujnikowej (IMU, przetworniki siły) oraz oprogramowania do synchronizacji danych.
- Zależne od infrastruktury aparatury, w tym sieci IMU, czujników siły bieżni, systemów oporu ergometru oraz spirometrii do szacowania mocy wewnętrznej.
- Wymaga międzyzespołowej standaryzacji pozycjonowania uczestników, protokołów mocowania czujników oraz kryteriów wyboru danych (np. identyfikacji sekcji wybiegu).
- Wiąże się z koniecznością uwzględnienia adaptacji między systemami modelowymi (podłoże naturalne, bieżnia, ergometr) ze względu na różnice w ograniczeniach mechanicznych i wymaganiach walidacyjnych.
- Ograniczone przez zależność od powierzchni oraz specyficzną dla pozycji ważność szacunków mocy wyjściowej, zgodnie z zastrzeżeniami dotyczącymi kalibracji.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:59
External Power Output During Overground Testing
2:48
External Power Output During Treadmill Testing
4:46
External Power Output During Ergometer-based Testing
6:38
Internal Power Output Estimates During Handrim Wheelchair Propulsion
7:35
Results: Representative External Power Output Analyses
8:12
Conclusion
