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Bioengineering

एक से नीचे घुटने की जोड़ के आकलन जड़त्वीय गुण के लिए दोलन और रिएक्शन बोर्ड तकनीक

Published: May 8, 2014 doi: 10.3791/50977
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 3
1School of Sport & Exercise Science, University of Northern Colorado, 2Kinesiology Program, Arizona State University, 3Department of Kinesiology, Iowa State University

Summary

शरीर कमानी Inertial गुण उलटा मॉडलिंग की गतिशीलता के लिए आवश्यक हैं. एक कंपन और प्रतिक्रिया बोर्ड तकनीक, नीचे घुटने कृत्रिम अंग की Inertial गुणों का उपयोग मापा गया. कृत्रिम पैर का उलटा गतिशीलता मॉडल में कृत्रिम अंग जड़ता के प्रत्यक्ष उपायों का उपयोग परिणामी संयुक्त बलों और क्षणों में से कम परिमाण में हुई.

Abstract

इस अध्ययन का उद्देश्य दो गुना था: 1) सीधे एक से नीचे घुटने कृत्रिम अंग की Inertial गुणों का अनुमान किया जा सकता है कि एक तकनीक का प्रदर्शन, और 2) बरकरार अंग Inertial गुणों का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा तकनीक और उस के प्रभाव के विपरीत एकतरफा, transtibial amputees में चलने के दौरान संयुक्त गतिज अनुमानों पर. एक कंपन और प्रतिक्रिया बोर्ड प्रणाली मान्य है और जाना जाता ज्यामितीय ठोस का Inertial गुणों को मापने जब विश्वसनीय होना दिखाया गया था. कृत्रिम अंग के Inertial गुणों का सीधा माप एक अक्षुण्ण टांग और पैर पर आधारित Inertial अनुमान के साथ तुलना निचले छोर की उलटा गतिशीलता मॉडलिंग में इस्तेमाल कर रहे थे, कूल्हे और घुटने में संयुक्त कैनेटीक्स चलने की स्विंग चरण के दौरान काफी कम थे. रुख दौरान संयुक्त कैनेटीक्स में अंतर, हालांकि, झूले के दौरान मनाया उन लोगों की तुलना में छोटे थे. इसलिए, चलने की स्विंग चरण पर ध्यान केंद्रित शोधकर्ताओं prosthes के प्रभाव पर विचार करना चाहिएअध्ययन के परिणामों पर जड़ता संपत्ति का अनुमान है. रुख के लिए, हमारे अध्ययन में जांच दो Inertial मॉडल में से किसी एक संभावना एक व्युत्क्रम गतिशीलता आकलन के साथ इसी तरह के परिणामों के लिए नेतृत्व करेंगे.

Introduction

अनुभवजन्य डेटा के साथ काम कर जब आंदोलन के दौरान उसके एवज में संयुक्त बलों और क्षणों यों, ब्याज की प्रणाली का एक उलटा गतिशीलता मॉडल की जरूरत है. निचले छोर बायोमैकेनिक्स के लिए, उलटा गतिशीलता मॉडल आम तौर पर, टांग पैर का प्रतिनिधित्व करते हैं, और के रूप में कठोर शरीर जांघ. एक) गति कीनेमेटीक्स, ख) जमीन प्रतिक्रिया बलों, और ग) खंड anthropometrics और inertial गुण: इन मॉडलों के लिए इनपुट तीन प्राथमिक स्रोतों से आते हैं. मोशन डेटा गति विश्लेषण प्रणाली की एक किस्म के साथ एकत्र, लेकिन सभी सिस्टम अनिवार्य रूप से आंदोलन (स्थिति, गति, और त्वरण) की बुनियादी कीनेमेटीक्स प्रदान कर रहे हैं. भूमि प्रतिक्रिया बल बल की थाली के साथ एकत्र और पैरों पर अभिनय बलों संपर्क प्रदान कर रहे हैं. Anthropometrics शासकों, लचीला टेप, और / या नली का व्यास का उपयोग कर शरीर से सीधे लिया नाप रहे हैं. ये मानवशास्त्रीय माप उलटा dynami में इस्तेमाल शरीर खंडों की Inertial गुण अनुमान लगाने के लिए उपयोग किया जाता हैसीएस का विश्लेषण करती है. Inertial गुण खंड COM या समीपस्थ या बाहर का संयुक्त के माध्यम से एक धुरी के खंड रिश्तेदार के द्रव्यमान का द्रव्यमान, केंद्र (DE) स्थान और जड़ता के पल (MOI) शामिल हैं. गति और जमीन प्रतिक्रिया बल डेटा इकट्ठा करने के लिए इस्तेमाल के तरीके और उपकरणों के अनुसंधान समूहों के बीच समान हैं, लेकिन शरीर खंडों की Inertial अनुमानों शोधकर्ता इन Inertial गुणों के आकलन के लिए चुनता है जो विधि के आधार पर शोधकर्ताओं के बीच व्यापक रूप से भिन्न हो सकती हैं.

एक पूरी तरह से बरकरार मानव शरीर खंड के Inertial गुणों के आकलन के लिए उपलब्ध विभिन्न तकनीकों में शामिल हैं: 1) शव डेटा 1-5, 2) गणितीय मॉडल (यानी, ज्यामितीय मॉडल) 6,7, और 3) स्कैनिंग और इमेजिंग तकनीक पर आधारित प्रतिगमन समीकरण 8-15. इन तकनीकों के कई शरीर से प्रत्यक्ष माप की आवश्यकता होती है, लेकिन यह पहले से, चाहे आकलन विधि का इस्तेमाल किया जा रहा है कि शरीर SEG की शुद्धता दिखाया गया हैइन तरीकों के आधार पर बयान Inertial अनुमानों उच्च 16 है. यह भी बरकरार शरीर खंडों की Inertial गुणों के अनुमान में त्रुटियों 17,18 चलने के दौरान परिणामी संयुक्त क्षणों के परिमाण पर मामूली असर है कि दिखाया गया है. संयुक्त क्षणों जमीन प्रतिक्रिया बलों, दबाव स्थानों, पल हाथ लंबाई, और खंड कीनेमेटीक्स 17-19 के केंद्र से एक बड़ी हद तक प्रभावित हैं. इसलिए, यह अनुसंधान प्रतिभागियों इन अनुमानों में छोटी त्रुटियों अध्ययन के परिणामों पर थोड़ा प्रभाव है की संभावना है कि दिया के रूप में ह्रष्ट - पुष्ट व्यक्तियों का उपयोग करते समय शरीर खंडों की Inertial गुणों का आकलन करने के लिए तरीकों साहित्य भर में व्यापक रूप से भिन्न है कि आश्चर्य की बात नहीं है.

एक पूरी तरह से बरकरार शरीर खंड के लिए इन Inertial अनुमानों से कई बार निचले छोर amputees के लिए कृत्रिम अंग की Inertial गुणों के आकलन के लिए किया जाता है. आधुनिक निचले अंग कृत्रिम अंग हल्के सामग्री का उपयोग कर निर्मित कर रहे हैं resultiएनजी की जगह वे अंग की तुलना में काफी हल्का कर रहे हैं कि कृत्रिम अंग में. इस कृत्रिम अंग और बरकरार अंग के बीच एक inertial विषमता में यह परिणाम है. एक ठेठ बरकरार टांग और पैर, एक नीचे घुटने कृत्रिम अंग के द्रव्यमान और अवशिष्ट अंग के साथ तुलना में लगभग 35% कम है और संयुक्त घुटने 20-23 के लिए लगभग 35% के करीब स्थित द्रव्यमान का एक केंद्र है. कम द्रव्यमान और कृत्रिम अंग की अधिक समीपस्थ जन वितरण भी बरकरार टांग और पैर की तुलना में कृत्रिम अंग के लिए संयुक्त घुटने को जड़ता रिश्तेदार के लिए एक बहुत कम (~ 60%) क्षण पैदा करता है. शोधकर्ताओं 24,25 पहले कृत्रिम अंग के लिए बरकरार Inertial अनुमानों का उपयोग संयुक्त गतिज अनुमानों पर खास असर नहीं सुझाव दिया है कि हालांकि, इन तुलना जमीन प्रतिक्रिया बल पर उत्पादित पल हावी जहां चलने का रुख चरण के दौरान परिणामी संयुक्त क्षणों पर ध्यान केंद्रित संयुक्त. स्विंग के दौरान, जहां जमीन प्रतिक्रिया बलों, मौजूद नहीं हैंकृत्रिम अंग के कम Inertial गुण परिणामी संयुक्त क्षणों के अनुमानों को प्रभावित करने की संभावना है. कुछ शोधकर्ताओं जैसे यह देखते हुए कि, 26-32 कृत्रिम अंग Inertial गुणों का प्रतिनिधित्व करने के लिए बरकरार खंड जड़ता गुणों का उपयोग और दूसरों को यह कृत्रिम अंग की Inertial गुणों के आकलन के लिए चुना तरीकों के प्रभाव को समझने के लिए महत्वपूर्ण है, सीधे 21-23 अनुमान कृत्रिम अंग Inertial गुण जैसे . कृत्रिम अंग के Inertial गुणों को मापने के लिए आवश्यक समय कम से कम हमारे तकनीक के विकास में एक महत्वपूर्ण विचार था. सभी माप माप के बाद कृत्रिम अंग अर्बन के साथ जुड़े किसी भी अतिरिक्त टाइम्स माप समय कम और से बचने के लिए यहाँ प्रस्तुत तकनीक में कृत्रिम अंग पूरी तरह बरकरार है.

इस प्रकार, इस अध्ययन का उद्देश्य दो गुना था: 1) अटल बिहारी की Inertial गुण आकलन करने के लिए सीधे इस्तेमाल किया जा सकता है कि एक तकनीक का प्रदर्शनelow घुटने कृत्रिम अंग, और 2) एकतरफा, transtibial amputees में चलने के दौरान संयुक्त गतिज अनुमान पर बरकरार अंग Inertial गुणों का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा तकनीक और उस के प्रभाव के विपरीत. इसे बरकरार टांग और पैर की Inertial गुण कृत्रिम अंग Inertial गुणों का सीधा माप की तुलना में कृत्रिम अंग के लिए Inertial अनुमानों के रूप में उपयोग किया जाता है जब संयुक्त गतिज परिमाण बड़े होते हैं जो धारणा थी.

Protocol

प्रतिभागियों

छह एकतरफा, transtibial amputees (5 पुरुषों, 1 महिला, उम्र = 46 ± 16 साल, जन = 104.7 ± 9.7 किलो, ऊंचाई = 1.75 ± 0.08 मीटर) इस अध्ययन में भाग लिया. पांच छह की amputees के कारण जन्मजात हड्डी रोग के लिए अन्य के साथ दर्दनाक चोटों के कारण amputations था. सभी amputees एक ताला और पिन प्रकार निलंबन प्रणाली कृत्रिम सॉकेट अंतरफलक के लिए और एक गतिशील लोचदार प्रतिक्रिया कृत्रिम पैर (3 कॉलेज पार्क, 2 फ्लेक्स फुट, और 1 उत्पत्ति द्वितीय) का उपयोग किया. भागीदार भर्ती, कम से कम एक वर्ष के लिए एक कम अंग कृत्रिम अंग पूरी तरह से चल इस्तेमाल किया था, जो amputees पर केंद्रित है, और उनके व्यावसायिक या दैनिक गतिविधियों में भी शारीरिक गतिविधि के कुछ डिग्री बनाए रखा. प्रोटोकॉल विश्वविद्यालय के संस्थागत समीक्षा बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया था, और सूचित सहमति से पहले भाग लेने के लिए प्रत्येक भागीदार से प्राप्त हुई थी.

ओवरग्राउंड चलना परीक्षण

तीन खंड (जांघ, पैर, और पैर) बाण के समान विमान उलटा गतिशीलता मॉडल कूल्हे, घुटने, और टखने में परिणामी संयुक्त बलों और क्षणों का अनुमान किया गया था. बरकरार शरीर क्षेत्रों के लिए खंड Inertial गुण डे Leva 8 से प्रतिगमन समीकरणों के आधार पर अनुमान लगाया गया था. कृत्रिम अंग और अवशिष्ट अंग की जड़त्वीय गुण सीधे मापा और कृत्रिम टांग और पैर (नीचे कदम प्रोटोकॉल द्वारा कदम देखें) के बीच वितरित किए गए. दोहराया उपायों के साथ एक एकल कारक MANOVA कृत्रिम अंग जड़ता का अनुमान है, प्रत्यक्ष उपायों या रुख और स्विंग के दौरान शिखर परिणामी संयुक्त बलों और क्षणों पर बरकरार खंड के अनुमानों का उपयोग कर के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. परिणामी संयुक्त प्रतिक्रिया बल और पल प्रोफाइल के सभी प्रतिभागियों के बीच समान थे कि यह देखते हुए, एक एल्गोरिथ्म MATLAB में लिखा गया था (Mathworks, Natick, एमए) व्यक्तिगत शिखर quantit में से प्रत्येक की पहचान करने के लिए चाल चक्र के भीतर विशिष्ट खिड़कियों पर ध्यान केंद्रित करने के लिएएँ (2 तालिका में% चाल चक्र देखें). विश्वास अंतराल के लिए एक Bonferroni समायोजन निर्भर चर की संख्या के आधार पर बनाया गया था. महत्व मतभेद पी <0.05 पर विचार किया गया.

दोलन और रिएक्शन बोर्ड प्रणाली का विवरण

एक कृत्रिम अंग के Inertial गुणों को मापने के लिए इस्तेमाल किया दोलन प्रणाली 80/20 एल्यूमीनियम, समायोज्य है कि एक आंतरिक एल्यूमीनियम पिंजरे, और एक अवरक्त photocell (चित्रा 1 ए देखें) से बना एक बाहरी पिंजरे या संरचना का समर्थन भी शामिल है. भीतरी पिंजरे दो कम घर्षण प्रेस फिट बियरिंग्स के माध्यम से गुजरता है कि एक धुरा साथ बाहरी पिंजरे से निलंबित कर दिया है. भीतरी पिंजरे छोटा किया जा सकता विभिन्न आकार के कृत्रिम अंग को समायोजित या लगभग 15 सेमी (या 6 इंच) से लंबा करने के लिए. इसके अलावा, भीतरी पिंजरे भी पिंजरे के भीतर कृत्रिम अंग की एक सुरक्षित फिट सुनिश्चित करने के लिए उपयोग किया जाता है कि दो समायोज्य प्लेटें है. एक सेट पेंच के साथ एक थाली इस्तेमाल होता हैअनुमानों सरल हार्मोनिक प्रस्ताव के समीकरणों के आधार पर किया जा सकता है, ताकि आंतरिक पिंजरे के दोलनों आयाम का कम से कम 5 ° है यह सुनिश्चित करने के लिए डी. photocell पिंजरे photocell के सामने से गुजरता के रूप में प्रत्येक टीटीएल पल्स रिकॉर्ड करने के लिए कंप्यूटर में एक डाटा अधिग्रहण कार्ड पर एक काउंटर से सीधे अजीब है. एक LabVIEW आभासी लिखत (छठी) कार्यक्रम इकट्ठा किया और टीटीएल दालों प्रक्रिया है. दोलन प्रणाली (चित्रा 1 ए) की अंदरूनी पिंजरे प्रतिक्रिया बोर्ड प्रणाली 10 किलो और संवेदनशीलता निकटतम 1 ग्राम के लिए और दो ​​चाकू भीतरी पिंजरे का समर्थन किया किनारों के लिए रेंज के साथ एक पैमाने के साथ संयोजन में (चित्रा 2) के रूप में प्रयोग किया जाता है प्रतिक्रिया बोर्ड माप के दौरान. एक से नीचे घुटने कृत्रिम अंग की Inertial गुण बढ़ाता के लिए तकनीक तीन मुख्य चरण शामिल हैं: 1) दोलन और रिएक्शन बोर्ड प्रोटोकॉल, आकलन प्रोस्थेसिस जड़ता के लिए 2) गणितीय समीकरण, और 3) पैर और टांग Seg में प्रोस्थेसिस जड़ता ड बयान.

चित्रा 1
दोलन की अवधि को मापने के लिए इस्तेमाल किया दोलन रैक के चित्रा 1. ए) छवि. , कृत्रिम अंग ठीक किया गया है, जिसमें आंतरिक पिंजरे के रूप में स्थिर बनी हुई है समय. बी के लिए इस्तेमाल एक photocell के सामने आगे पीछे oscillates) दोलन अक्ष के ऊपर बंद देखें कि एक बाहरी समर्थन संरचना सूचना है कि वहाँ भी पता चलता है कि सेट पेंच समायोज्य अंत प्लेटों को वर्णन करने के लिए कम से कम 5 ° photocell और भीतरी पिंजरे के बाहर का अंत की. सी) बंद हुआ देखने के लिए दोलन आयाम स्थापित करने के लिए प्रयोग किया जाता है. हम पतली एल्यूमीनियम का इस्तेमाल किया और संरचना की ताकत त्याग के बिना किसी भी अतिरिक्त एल्यूमीनियम हटा भीतरी पिंजरे के भार को कम करने के लिए ध्यान दें.

ighres.jpg "/>
जन की प्रणाली के केंद्र आकलन करने के लिए प्रयोग किया जाता प्रतिक्रिया बोर्ड सेटअप illustrating दोलन प्रणाली के बाहरी समर्थन संरचना से हटा समायोज्य एल्यूमिनियम फ्रेम (यानी, भीतरी केज) के चित्रा 2. रिएक्शन बोर्ड योजनाबद्ध. ध्यान दें कि दो कुल्हाड़ियों (उर्फ, चाकू किनारों ) भीतरी पिंजरे का समर्थन करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं; पिंजरे और अन्य (समीपस्थ) के लिए छोड़ दिया (बाहर) किनारे पर एक पैमाने के शीर्ष पर तैनात. इन दोनों के समर्थन कुल्हाड़ियों के बीच की दूरी प्रतिक्रिया बोर्ड की लंबाई का प्रतिनिधित्व करता है. दोलन अक्ष पेज से बाहर आ रहा है.

1. Inertial मापन प्रोटोकॉल

  1. प्रारंभ में, व्यक्ति घुटने मोड़ और रोटेशन के घुटने केंद्र (कोर) के रूप में विस्तार कार्यों की एक श्रृंखला की पहचान की है प्रदर्शन कर सकते हैं तो कृत्रिम पैर आराम से सीट से उठाया जा सकता है, जहां एक कुर्सी में ऐम्प्युटी बैठो.
  2. घुटने भ्रष्टाचार पहचान की है (यह एक छोटा सा पाई स्थान के लिए सहायक हो सकता हैभ्रष्टाचार पर टेप की सीई), ऐम्प्युटी खड़ा करना है और निम्नलिखित उपाय.
    1. घुटने भ्रष्टाचार को कृत्रिम अंग के शीर्ष (होंठ) से दूरी को मापने; घुटने भ्रष्टाचार इस मूल्य एक नकारात्मक मूल्य के रूप में दर्ज किया जाना चाहिए कृत्रिम अंग के होंठ को नीचा बैठता है.
    2. घुटने भ्रष्टाचार और टखने भ्रष्टाचार के बीच दूरी को मापने. टखने भ्रष्टाचार बरकरार टखने के रूप में एक ऐसी ही स्थान में माना जाता है.
  3. कृत्रिम अंग और अंतर्निहित आस्तीन हटा दिया साथ, एक लचीला टेप उपाय का उपयोग अवशिष्ट अंग के कई नाप लेते हैं. एक सही परिपत्र शंकु 6,21 के frustum के रूप में अवशिष्ट अंग मॉडलिंग और 1.1 का एक समान ऊतक घनत्व जी ∙ सेमी -3 13 संभालने पर आधारित अवशिष्ट अंग की Inertial गुण अनुमान लगाने के लिए इन माप का उपयोग करें.
    1. अवशिष्ट अंग के समीपस्थ परिधि को मापने. इस परिधि संयुक्त घुटने के करीब सबसे बड़ी परिधि (<रूप में मापा जाना चाहिएउन्हें> जैसे, आमतौर पर संयुक्त घुटने से लगभग दो उंगली widths).
    2. अवशिष्ट अंग के बाहर का परिधि को मापने. इस परिधि अवशिष्ट अंग के बाहर का अंत पर पिछले बोनी प्रमुखता में मापा जाना चाहिए.
    3. अवशिष्ट अंग के सबसे बाहर का पहलू को अनुजंघास्थिक सिर से दूरी के रूप में अवशिष्ट अंग की लंबाई को मापने.
  4. धुरा निकाल कर दोलन रैक से भीतरी पिंजरे निकालें. ऐम्प्युटी के जहाज और ऐम्प्युटी वर्तमान में कृत्रिम अंग की सॉकेट भीतर उपयोग कर रहा है किसी भी प्लाई रखो. फिर सुरक्षित भीतरी दोलन पिंजरे (चित्रा 1) के भीतर अभी भी पर जूते के साथ कृत्रिम अंग की स्थिति. इस प्रणाली में, दो समायोज्य प्लेटें क्षैतिज स्लाइड और स्थिति में कड़ा जब पिंजरे के भीतर कृत्रिम अंग के शीर्ष सुरक्षित. कृत्रिम अंग के पैर के लिए पिंजरे के बाहर का प्लेट पर यह सुरक्षित करने के लिए एक वेल्क्रो का पट्टा का उपयोग करें.
  5. दोलन रैक के भीतर आंतरिक पिंजरे का स्थान बदलें. सुरक्षाधुरा Re और भीतरी पिंजरे के निलंबित हाथ कम से कम 5 डिग्री तक दोलन के कोण सेट होगा कि सेट पेंच के साथ संरेखित करता है सुनिश्चित करें.
  6. भीतरी पिंजरे में तैनात कृत्रिम अंग के साथ तीन दोलन परीक्षण लीजिए. दोलन की अवधि है कि वह अपने ही बोझ के नीचे भीतरी पिंजरे झूल के साथ एक पूर्ण दोलन को पूरा करने के लिए लेता है और केवल गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित समय का प्रतिनिधित्व करेंगे. एक कंपन परीक्षण यह सेट पेंच हिट जब तक वापस भीतरी पिंजरे खींचने के लिए और फिर सेट पेंच और भीतरी पिंजरे के बीच अंतरिक्ष तक इसे आगे ले जाने के लिए शुरू करने के लिए दिखाई है. प्रत्येक परीक्षण के लिए दोलन की एक पूर्ण चक्र के लिए औसत समय रिकॉर्ड.
  7. पूर्व प्रतिक्रिया बोर्ड मापन के लिए स्थानांतरण करने के लिए उपाय और अभी भी डिजिटल नली का व्यास या एक लचीला मापने टेप का उपयोग कर रैक में तय कृत्रिम अंग के साथ आंतरिक पिंजरे के निम्न आयाम रिकॉर्ड. इन उपायों से कदम 1.9 में कृत्रिम अंग हटाने पर और भीतरी पिंजरे विन्यास बदलाव अगर उपयोग किया जाएगायह भी व्यवस्था की Inertial गुणों के अनुमानों के दौरान. इन मापों क्षैतिज तैनात आंतरिक पिंजरे के साथ लेने के लिए आसान कर रहे हैं और प्रतिक्रिया बोर्ड परीक्षा के लिए चाकू किनारों पर आराम.
    1. शीर्ष समायोज्य प्लेट और भीतरी पिंजरे के शीर्ष पर तय पार सदस्य के बीच दूरी को मापने.
    2. नीचे समायोज्य प्लेट और भीतरी पिंजरे के शीर्ष पर तय पार सदस्य के बीच दूरी को मापने.
    3. नीचे समायोज्य प्लेट और भीतरी पिंजरे के तल पर तय पार सदस्य के बीच दूरी को मापने.
    4. प्रतिक्रिया बोर्ड की लंबाई को मापने; इस प्रतिक्रिया बोर्ड परीक्षा के दौरान समर्थन के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा कि दो चाकू किनारों के स्थानों के बीच की दूरी है.
  8. प्रतिक्रिया बोर्ड सेटअप में रैक और कृत्रिम अंग स्थिति. पैमाने में इस बिंदु पर शून्य पढ़ता सुनिश्चित करें. पैमाने पर आंतरिक पिंजरे के एक छोर रखें, और मैं के तल पर चाकू बढ़त की स्थितिnner पिंजरे दो चाकू किनारों और भीतरी पिंजरे स्तर है के बीच बनाई गई कोई तनाव नहीं है कि इतनी. पैमाने के अंत में कई बार उठा और नीचे पैमाने पर इसे वापस जगह है. पैमाने से लगातार पढ़ने हासिल हो जाने के बाद, इस मूल्य रिकॉर्ड.
  9. भीतरी पिंजरे से कृत्रिम अंग निकालें. शीर्ष और / या नीचे प्लेटों कृत्रिम अंग निकालने के लिए ले जाया जा सकता था, तो चरण 1.7 में मापा आयामों का उपयोग कर अपनी मूल स्थिति के प्लेटें लौटें. पिंजरे आयाम वे प्रतिक्रिया बोर्ड सिर्फ पिंजरे के लिए पढ़ने रिकॉर्ड करने के लिए कदम 1.8 दोहराने, पिंजरे में कृत्रिम अंग के साथ थे क्या कर रहे हैं एक बार.
  10. कृत्रिम अंग से जूता निकालें और जूते के बिना कृत्रिम अंग की जन द्वारा पीछा जूते के जन, उपाय.
  11. कृत्रिम अंग के कई नाप लो.
    1. टखने की भ्रष्टाचार के बीच की दूरी और पैर के तल सतह उपाय.
    2. जूता बिना कृत्रिम पैर की लंबाई को मापने.
    3. वापस पी पर जूता रखेंrosthesis और जूते के एकमात्र टखने भ्रष्टाचार से दूरी और पर जूते के साथ पैर की लंबाई को मापने.
  12. चिंतनशील टेप के साथ काले कोने photocell के सबसे करीब है यह सुनिश्चित करने दोलन रैक के भीतर आंतरिक पिंजरे का स्थान बदलें. अक्ष सुरक्षित और भीतरी पिंजरे के निलंबित हाथ कम से कम 5 डिग्री तक दोलन के कोण सेट होगा कि सेट पेंच के साथ संरेखित करता है सुनिश्चित करें. प्रत्येक परीक्षण की केवल पहली दोलन की अवधि में इस समय दर्ज हो जाएगा, जहां 10 दोलन परीक्षण, ले लीजिए. नोट: इनर पिंजरे कृत्रिम अंग के बिना अपने आप में डोलती है जब हम केवल पहली दोलन की अवधि का उपयोग क्यों के बारे में स्पष्टीकरण के लिए देखें परिशिष्ट A.

आकलन प्रोस्थेसिस जड़ता के लिए 2. गणितीय समीकरण

  1. कृत्रिम पूर्व निम्न समीकरण का उपयोग बरकरार खंड Inertial गुणों का आकलन करने के कम द्रव्यमान के लिए खाते में शरीर द्रव्यमान समायोजित करें:
    एबीएम समायोजित शरीर द्रव्यमान कहाँ है, यूके कृत्रिम अंग पहने, एम पेशेवरों कृत्रिम अंग की बड़े पैमाने पर है, जबकि एम अवशिष्ट (संरचनात्मक ढांचे विच्छेदन कि रहने के बाद घुटने के नीचे) अवशिष्ट अंग के द्रव्यमान है मापा शरीर द्रव्यमान है, और सी (पुरुषों के लिए 0.057, महिलाओं के लिए 0.061) एबीएम का प्रतिशत बरकरार टांग और पैर 8 से हिसाब है.
  2. जांघ, टांग और पैर एबीएम पर आधारित कृत्रिम पैर के बरकरार पैर और जांघ की और अपने संबंधित खंड लंबाई 8 Inertial गुणों का अनुमान है.
  3. जन स्थान के कृत्रिम अंग केन्द्र पहला संदर्भ अक्ष (चित्रा 2) के सापेक्ष व्यक्त किया है:
    मुख्यमंत्री pros_ax = (Lrxn * (नि. पेशेवरों + फ्रेम - आर फ्रेम)) / एम पेशेवरों (2)
    Lrxn समर्थन के अंक के बीच की दूरी का प्रतिनिधित्व करता है, अनुसंधान पेशेवरों + फ्रेम पैमाने पढ़ने का प्रतिनिधित्व करता है एक साथ कृत्रिम अंग और एल्यूमिनियम फ्रेम के लिए, आर फ्रेम ही फ्रेम के लिए पैमाने पढ़ने का प्रतिनिधित्व करता है, और एम पेशेवरों कृत्रिम अंग के द्रव्यमान का प्रतिनिधित्व करता है.
  4. दोलन और संदर्भ कुल्हाड़ियों (Losc_ref) के बीच की दूरी के आधार पर कृत्रिम अंग के द्रव्यमान स्थान का केन्द्र दोलन अक्ष के सापेक्ष व्यक्त किया है:
    मुख्यमंत्री pros_osc = Losc_ref - मुख्यमंत्री pros_ax (3)
    यह इस दोलन की धुरी को कृत्रिम अंग रिश्तेदार की जड़ता के पल के बाद संगणना में की जरूरत है.
  5. अंत में, बड़े पैमाने पर स्थान का केन्द्र दोलन अक्ष और शीर्ष समायोज्य अंत प्लेट (d_plate) के बीच की दूरी के आधार पर कृत्रिम सॉकेट के समीपस्थ अंत के सापेक्ष व्यक्त किया है:
    मुख्यमंत्री pros_prox = मुख्यमंत्री pros_osc - d_plate (4)
  6. प्रत्येक हालत (अकेले पिंजरे और पिंजरे + कृत्रिम अंग) के लिए जड़ता का क्षण कंप्यूट:
    977eq5.jpg "/> (5)
    जहां मैं अक्ष दोलन अक्ष के सापेक्ष जड़ता का क्षण है, τ एक दोलन की औसत अवधि है, एम प्रणाली के बड़े पैमाने पर है, जी गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है, और डी दोलन अक्ष और बीच की दूरी है प्रणाली के द्रव्यमान का केंद्र. मैं अकेले पिंजरे के लिए अक्ष और मैं पिंजरे प्लस कृत्रिम अंग के लिए अक्ष के बीच दोलन अक्ष को कृत्रिम अंग रिश्तेदार की जड़ता के क्षण अंतर के रूप में गणना की जाती है. समानांतर अक्ष प्रमेय तो संयुक्त घुटने के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में कृत्रिम अंग की जड़ता के पल व्यक्त करने के लिए प्रयोग किया जाता है.
  7. घुटने के लिए जन सापेक्ष स्थिति के संयुक्त जन, केन्द्र निर्धारण, और समानांतर अक्ष प्रमेय जन स्थान के संयुक्त केन्द्र के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में सिस्टम की जड़ता के पल एक्सप्रेस का उपयोग करने के लिए अवशिष्ट अंग और कृत्रिम अंग की Inertial गुण गठबंधन .

3. डपैर और टांग खंडों में कृत्रिम अंग जड़ता

एक पैर में कृत्रिम अंग और अवशिष्ट अंग की Inertial गुण वितरित करने के लिए (कृत्रिम पैर ही) और टांग खंड उलटा मॉडलिंग की गतिशीलता खंड Inertial संपत्तियों के लिए (कृत्रिम सॉकेट, तोरण, और अवशिष्ट अंग) एक ध्वस्त कृत्रिम अंग से डेटा के आधार पर निर्धारित किया गया है. ध्वस्त कृत्रिम अंग के कुल द्रव्यमान 1.406 किलो (तोरण जन सहित) एक सॉकेट द्रव्यमान और 0.72 किलो का एक पैर जन के साथ 2.126 किलो था. इस प्रकार, कुल कृत्रिम अंग द्रव्यमान का 66% कृत्रिम सॉकेट को विभाजित किया गया था और 34% पैर को विभाजित किया गया था. एक संवेदनशीलता विश्लेषण इस संयुक्त घुटने के बारे में कृत्रिम अंग की जड़ता की अनुमानित क्षण था पर क्या प्रभाव का निर्धारण किया गया था. इस विश्लेषण Mattes एट अल से घुटने कृत्रिम अंग नीचे छह की Inertial गुणों की प्रयोगात्मक माप के आधार पर किया गया था. 21 (डेटा लेखकों के साथ व्यक्तिगत संचार के माध्यम से प्राप्त किया गया). जब पेशेवरोंthetic टांग और पैर जनता डे Leva 8 के आधार पर निर्धारित किया गया है (पैर = 24%; टांग = कुल कृत्रिम अंग द्रव्यमान का 76%), संयुक्त घुटने के बारे में कृत्रिम अंग की जड़ता की कुल पल वास्तविक की तुलना में लगभग 5% से कम करके आंका गया था प्रयोगात्मक मूल्य एक कंपन तकनीक का उपयोग कर अनुमान लगाया. ध्वस्त पैर के लिए कृत्रिम अंग (34%) और टांग (66%) जनता पर आधारित प्रतिशत का उपयोग करना, संयुक्त घुटने के बारे में जड़ता की कुल पल प्रयोगात्मक उपाय की तुलना में लगभग 2% द्वारा overestimated गया था.

  1. कृत्रिम अंग कृत्रिम पैर के बीच बड़े पैमाने पर (34%) और सॉकेट (66%) एक ध्वस्त कृत्रिम अंग की माप पर आधारित क्षेत्रों में वितरित करें.
  2. कृत्रिम पैर के COM स्थान बरकरार है एक पैर 8 प्रतिगमन समीकरणों के आधार पर निर्धारित किया गया था. यह कदम संवेदनशीलता के परिणामों के आधार पर किया गया था मिलर 25 और Czerniecki एट अल 24 से विश्लेषण करती है. मिलर 25 KNE में परिणामी संयुक्त क्षणों का अनुमानकृत्रिम अंग Inertial संपत्तियों की एक) प्रत्यक्ष माप, और ख) एक अक्षुण्ण टांग और पैर के लिए प्रतिगमन समीकरणों से अनुमान लगाया कृत्रिम अंग Inertial गुणों का उपयोग: ई का उपयोग कर. दो अलग अलग तरीकों के लिए और दो विषयों के लिए घुटने पल प्रोफाइल के बीच औसत अंतर लगभग 3 एन · मीटर था. परिमाण में यह औसत फर्क रुख दौरान शिखर घुटने पल के लिए कम से कम 2% की राशि. Czerniecki एट अल. 24 अपने COM स्थान निर्धारित करने के लिए एक से अधिक नीचे घुटने कृत्रिम अंग और एक चाकू बढ़त पर संतुलित कृत्रिम पैर उखाड़ी. वे एक अक्षुण्ण पैर के लिए प्रतिगमन समीकरणों पर आधारित अनुमानों के इन परिणामों की तुलना करते हैं, तो वे दो अनुमानों के बीच थोड़ा अंतर था.
  3. इसके COM चरण 1 से एक अक्षुण्ण पैर और अनुमानित पैर जन के लिए Leva के 8 प्रतिगमन डी का उपयोग कर निर्धारित किया जाता है, हालांकि एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में कृत्रिम पैर के MOI. पैर की MOI भी घुटने संयुक्त usin के सापेक्ष व्यक्त किया हैजी समानांतर अक्ष प्रमेय.
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  4. (; अवशिष्ट अंग Inertial संपत्तियों सहित नहीं CMpros_limb), एक प्रतिक्रिया बोर्ड तकनीक, और कृत्रिम का सौंपा COM स्थान प्राप्त के साथ कृत्रिम सॉकेट (CMpros_sock) के COM स्थान संपूर्ण कृत्रिम अंग के लिए COM स्थिति के एक अनुमान के संयोजन द्वारा निर्धारित किया गया था 3.2 चरण से संयुक्त घुटने (CMpros_ft) को पैर रिश्तेदार. CMpros_sock घुटने और टखने के बीच एक सीधी रेखा पर झूठ बोलने के लिए विवश किया गया था और के रूप में निर्धारित किया गया था:
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  5. एक धुरी के बारे में कृत्रिम पैर के MOI संयुक्त घुटने केवल कृत्रिम सॉकेट की MOI निर्धारित करने के लिए संयुक्त घुटने (Iknee_limb) के बारे में संपूर्ण कृत्रिम अंग के MOI के लिए प्रयोगात्मक माप से घटाया थासंयुक्त घुटने (Iknee_sock) के बारे में. समानांतर अक्ष प्रमेय तो इसकी COM (Icm_sock) के माध्यम से एक धुरी के बारे में कृत्रिम सॉकेट की MOI व्यक्त करने के लिए लागू किया गया था.
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  6. अवशिष्ट अंग (विच्छेदन के बाद घुटने के नीचे शेष संरचनात्मक ढांचे) का Inertial गुण उलटा गतिशीलता मॉडल में कृत्रिम पक्ष पर टांग खंड के Inertial गुण के रूप में इस्तेमाल कर रहे थे, जो कृत्रिम अंग टांग, के Inertial गुणों के साथ संयुक्त थे.
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    पाठ

Representative Results

घुटने के लिए कृत्रिम पैर के बाहर की जड़त्वीय गुण बरकरार पैर (1 टेबल) की तुलना में कम थे. प्रतिभागियों के पार औसत, कृत्रिम ओर बड़े पैमाने पर घुटने के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में जड़ता के क्षण 52% से भी कम था, 39% से भी कम था, और बड़े पैमाने पर स्थान का केन्द्र बरकरार पैर के लिए मूल्यों के साथ तुलना में घुटने के लिए 24% के करीब था.

विषय बरकरार * मास (किलो) मास † पेशेवरों (किलो) स्था. मास का अंतर (किलो) ‡ Iknee बरकरार (किलो · 2 मीटर) Iknee पेशेवरों (किलो · 2 मीटर) संयुक्त घुटने से नीचे बरकरार मुख्यमंत्री (एम) संयुक्त घुटने से नीचे पेशेवरों मुख्यमंत्री (एम)
एक 6.03 4.27 1.76 0.604 0.325 0.268 0.215
बी 6.07 3.39 2.68 0.400 0.196 0.215 0.177
सी 5.80 3.12 2.68 0.575 0.194 0.264 0.198
डी 5.72 3.17 2.55 0.559 0.317 0.265 0.191
ए 7.14 4.65 2.49 0.742 0.325 0.276 0.200
एफ 6.23 4.22 2.01 0.585 0.287 0.260 0.192
± एसटीडी मतलब 6.17 ± 0.51 3.80 ± 0.66 2.36 ± 0.38 0.578 ± 0.109 0.274 ± 0.063 0.258 और# 177; 0.022 0.196 ± 0.013

* बरकरार संयुक्त बरकरार टांग और पैर के लिए मूल्यों को दर्शाता है.
† पेशेवरों संयुक्त कृत्रिम अंग और अवशिष्ट अंग के लिए मूल्यों को दर्शाता है.
घुटने के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में जड़ता की ‡ पल.

नीचे घुटने से कृत्रिम और बरकरार अंगों के बीच Inertial गुणों की तालिका 1. तुलना करें.

उसके एवज में संयुक्त बलों (चित्रा 3) और क्षणों टखने में (चित्रा 4), घुटने, और कूल्हे उलटा गतिशीलता मॉडल में इस्तेमाल किया Inertial मापदंडों से प्रभावित थे. कृत्रिम अंग जड़ता के प्रत्यक्ष उपायों बरकरार शरीर रचना विज्ञान (पर आधारित प्रतिगमन के साथ तुलना में उलटा गतिशीलता आकलन में इस्तेमाल किया गया है जब विशेष रूप से, संयुक्त कैनेटीक्स स्विंग दीक्षा (~ चाल चक्र के 65%) और स्विंग समाप्ति (~ चाल चक्र के 95%) के दौरान कम हो गई थी (आंकड़े 3 और 4 देखें) एक अक्षुण्ण अंग के उन जैसे लगते थे. रुख दौरान सांख्यिकीय मतभेद की एक संख्या मनाया गया. रुख दौरान कोई फर्क के लिए सबसे बड़ा प्रभाव आकार हिप anterioposterior परिणामी संयुक्त बल (= 0.86 ते) के लिए मनाया गया. इस आशय का आकार बड़ा है और अभी भी रुख के हिस्से के रूप में माना जाता है, इस उपाय के लिए शिखर मूल्य टर्मिनल रुख (~ 52%) के दौरान हुई, या अंग झूले में परिवर्तित किया गया था. अन्य सभी significa के लिए प्रभाव आकाररुख दौरान मनाया NT मतभेद हिप परिणामी संयुक्त प्रतिक्रिया बलों में मनाया जा रहा है इन मूल्यों के बड़े से छोटे प्रभावों पर विचार किया जाएगा, जो 0.01-0.41 बताया गया. महत्वपूर्ण मतभेद रुख के दौरान पाया गया है, फर्क (यानी, प्रभाव आकार) के आकार के संदर्भ में माना जाता है जब इन मतभेदों इन मतभेदों की सार्थकता पर सवाल उठाने से एक हो सकती है.

चित्रा 3
चित्रा 3. Anterioposterior (बाएं पैनल) और ऊर्ध्वाधर दिशाओं (सही पैनल) में टखने, घुटने, और कूल्हे का परिणामी संयुक्त प्रतिक्रिया बलों. डेटा प्रस्तुति के लिए विषयों भर में औसतन थे. रुख चरण पैर संपर्क के साथ चाल चक्र के 0% पर शुरू होता है और पैर के अंगूठे के साथ बंद चाल चक्र का लगभग 60% पर समाप्त होता है. घुमाओ टी के अगले पैर से संपर्क जारी है जब तकवह चाल चक्र के 100% पर एक ही पैर. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 4
चित्रा 4. टखने, घुटने, और कूल्हे के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष (उर्फ, mediolateral अक्ष) के बारे में परिणामी संयुक्त क्षणों. डेटा प्रस्तुति के लिए विषयों भर में औसतन थे. रुख चरण पैर संपर्क के साथ चाल चक्र के 0% पर शुरू होता है और पैर के अंगूठे के साथ बंद चाल चक्र का लगभग 60% पर समाप्त होता है. स्विंग चाल चक्र के 100% पर एक ही पैर के अगले पैर संपर्क तक जारी है.

तालिका 2
तालिका 2. पीक परिणामी संयुक्त प्रतिक्रियाबलों और क्षणों कृत्रिम पक्ष के संयुक्त कैनेटीक्स के लिए विषयों और दो ​​Inertial मॉडलों के बीच सांख्यिकीय तुलना में औसतन नोट्स:. मीन डेटा मतलब (एसडी) के रूप में प्रस्तुत कर रहे हैं. % चाल चक्र स्तंभ शिखर मूल्य उस चर के लिए हुई जहां विषयों भर में औसत प्रतिशत का प्रतिनिधित्व करता है. पी <.05 महत्वपूर्ण माना जाता है.

Discussion

एक कंपन और प्रतिक्रिया बोर्ड तकनीक से नीचे घुटने कृत्रिम अंग की Inertial गुणों के आकलन के लिए प्रस्तुत किया गया था. इस प्रणाली को मान्य है और जाना जाता ज्यामितीय ठोस (परिशिष्ट ए) के Inertial गुणों का आकलन जब विश्वसनीय होना दिखाया गया था. एक) प्रत्यक्ष माप से दोलन और प्रतिक्रिया बोर्ड तकनीक का उपयोग कर, और ख) बरकरार अंगों के लिए बनाया मानक भविष्यवाणी समीकरण का उपयोग: एकतरफा, transtibial amputees के एक समूह के लिए कृत्रिम अंग अंग Inertial गुण दो मायनों में अनुमान लगाया गया था. कृत्रिम अंग के लिए जिसके परिणामस्वरूप Inertial संपत्ति का अनुमान दो दृष्टिकोणों के लिए काफी अलग थे. Inertial गुणों में यह अंतर बड़ा मतभेद स्विंग के दौरान देखा जा रहा है, चलने के दौरान संयुक्त कैनेटीक्स का काफी अलग अनुमानों में हुई.

संयुक्त कैनेटीक्स में काफी अंतर दो अलग Inertial पैरामीटर अनुमानों का उपयोग रुख दौरान हुई हालांकि, इन मतभेदों के थेप्रभावों पर विचार जब मॉल इन मतभेदों के लिए और स्विंग के दौरान मनाया मतभेद के साथ तुलना में आकार. मानव आंदोलन की सबसे अध्ययन में, रुख दौरान इन सांख्यिकीय महत्वपूर्ण मतभेद अध्ययन में परिणामों पर प्रभाव पड़ता है नहीं हो सकता है. भूमि प्रतिक्रिया बलों चलने का रुख चरण के दौरान कम सिरा जोड़ों के समग्र पल परिमाण पर एक बड़ा प्रभाव है. दोनों मॉडलों के लिए Inertial मानकों में महत्वपूर्ण मतभेद थे 17-19 हालांकि, इन मतभेदों के महत्व पर काबू पाने के लिए पर्याप्त नहीं थे रुख दौरान संयुक्त क्षण उत्पादन के लिए भूमि प्रतिक्रिया बल योगदान. मिलर 25 भी पहले कृत्रिम पक्ष की Inertial गुण चलाने का रुख चरण के दौरान कम सिरा संयुक्त कैनेटीक्स का परिमाण पर खास असर नहीं पड़ा है कि सुझाव दिया. प्रो फेरबदल हालांकि, जब मिलर 25 केवल खाते में बड़े पैमाने पर और अंग के द्रव्यमान स्थान के केंद्र में मतभेद ले लियाउलटा गतिशीलता मॉडल के लिए sthetic अंग के Inertial गुण. जड़ता के क्षण में मतभेद मॉडल के लिए जिम्मेदार नहीं थे, लेकिन यह जड़ता का क्षण दोगुनी या आधा था, भले ही यह संभावना संयुक्त पल की भयावहता पर खास असर नहीं होता है कि सुझाव दिया गया था. गति के समीकरण में Iα अवधि चलाने का रुख चरण के दौरान किसी भी बिंदु पर समग्र संयुक्त पल के लिए कम से कम 3% के लिए जिम्मेदार है. निरपेक्ष संदर्भ में, हमारे अध्ययन के लिए पल परिमाण में सबसे बड़ा परिवर्तन औसत परिमाण वृद्धि ~ 2 एन · मीटर था जहां चाल चक्र के 11% ~ पर कूल्हे पल में मनाया गया. यह लगभग चलाने का रुख चरण के दौरान मिलर 25 से मनाया गया कि परिमाण वृद्धि का आधा था. मिलर की उन के साथ संयुक्त हमारे परिणाम जड़ता के पल सहित कृत्रिम अंग जड़ता के प्रत्यक्ष उपायों, stanc दौरान कूल्हे और घुटने के जोड़ों के पल परिमाण पर केवल एक छोटा सा या नगण्य प्रभाव है कि सुझाव हैचलना या चलाने की ई चरण.

चलने के झूले चरण के संबंध में, Inertial मॉडल का चुनाव निचले छोर संयुक्त कैनेटीक्स का परिमाण पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है. स्विंग के दौरान, इस तरह के रुख के दौरान जमीन प्रतिक्रिया बल के रूप में कोई बड़ा बाहरी बल, वहाँ है. अंग की गति प्रणाली में जड़ता और वर्गों के बीच बातचीत पर बहुत अधिक निर्भर है. यह दो अलग Inertial मॉडल उलटा गतिशीलता विश्लेषण में इस्तेमाल किया गया जब मनाया संयुक्त गतिज परिमाण में बड़े परिवर्तन से झलक रहा था. स्विंग के दौरान कृत्रिम अंग मॉडल पर बरकरार शरीर रचना विज्ञान पर आधारित प्रतिगमन समीकरण का उपयोग कर, एक बड़ी पेशी प्रयास कृत्रिम अंग के वास्तविक मापा Inertial गुण का उपयोग किया गया है जब से अपेक्षित था कि सुझाव दिया.

सीधे एक से नीचे घुटने कृत्रिम अंग की Inertial गुणों को मापने के लिए इस पत्र में वर्णित तकनीक कई सीमाएं हैं. हम तरीकों एक का वर्णन किया हैएन डी बाण के समान विमान का विश्लेषण करती है केवल के लिए पैरों की जड़ता संपत्ति मापन किया. इस प्रणाली में सुधार जड़ता की सभी तीन प्रमुख क्षणों मापा जा सकता है ताकि तीन अलग कुल्हाड़ियों से निलंबित किया जा सकता है कि एक आंतरिक पिंजरे संरचना बनाने में शामिल हैं. इसके अलावा, प्रतिक्रिया बोर्ड तकनीक जन की कृत्रिम अंग केन्द्र की तीन आयामी स्थान को मापने के लिए सभी तीन विमानों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. Czerniecki और एक समान ऊतक घनत्व है जबकि अवशिष्ट अंग इसकी मात्रा का अनुमान लगाने के लिए पानी की एक सिलेंडर में निलंबित कर दिया है, जहां उनके सहयोगियों ने 24 से वर्णित के रूप में बड़े पैमाने पर थोड़ा और अधिक सटीक अवशिष्ट अंग का अनुमान कर सकता है कि एक और सुधार एक बड़ा आकलन का इस्तेमाल होगा अंग के द्रव्यमान का अनुमान लगाने के लिए आवेदन किया. बजाय कृत्रिम सॉकेट और पैर के बीच कुल कृत्रिम अंग जन को वितरित करने के लिए एक ग्रहण प्रतिशत का उपयोग कर के प्रत्येक घटक weighe हो सकता है तो इसके साथ ही, प्रत्येक कृत्रिम अंग टखने में disarticulated किया जा सकता हैस्वतंत्र रूप से घ. हमारी तकनीक की एक और सीमा यह एक प्रायोगिक सत्र के दौरान कुछ अतिरिक्त समय की आवश्यकता होती है. सामान्य में, सीधे कृत्रिम अंग जड़ता को मापने के लिए हमारी तकनीक का उपयोग होने की संभावना एक डेटा संग्रह सत्र के लिए आवश्यक कुल समय 30 मिनट बढ़ जाएगा.

क्योंकि बरकरार अंग जड़ता गुणों के घुटने कृत्रिम अंग के रूप में नीचे सरल प्रतिशत की Inertial गुणों के आकलन के लिए निश्चित की सिफारिशों के विकास के समान डिजाइन (यानी, ताला और पिन निलंबन और गतिशील लोचदार प्रतिक्रिया कृत्रिम पैर), के साथ नीचे घुटने कृत्रिम अंग के लिए हमारे छोटे नमूने के समस्याग्रस्त है . फिर भी, अन्य अध्ययनों 20,21,23 से नीचे घुटने कृत्रिम अंग के लिए Inertial अनुमान के साथ हमारे परिणाम के संयोजन और बरकरार अंगों के लिए अनुमान जड़ता को इन परिणामों की तुलना, कुछ संगत रुझानों से स्पष्ट हो गया है. बरकरार अंग की तुलना में, कृत्रिम ओर से बड़े पैमाने पर लगातार 30-40% से भी कम है, COM स्थान 25-35% सी हैसंयुक्त घुटने, और MOI के हारे हुए संयुक्त घुटने के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में 50-60% कम है.

अंत में, एक से नीचे घुटने कृत्रिम अंग की Inertial गुण मॉडल के लिए एक अक्षुण्ण टांग और पैर के लिए प्रतिगमन समीकरण का उपयोग स्विंग के दौरान संयुक्त गतिज अनुमान के परिमाण को प्रभावित करेगा, लेकिन रुख दौरान इन परिमाणों पर केवल एक छोटा या कम से कम प्रभाव पड़ेगा. इस प्रकार, शोधकर्ताओं ने कृत्रिम पक्ष मॉडल पर बरकरार अंग की Inertial गुणों का उपयोग हरकत का रुख चरण पर ही ध्यान केंद्रित कर लिए जाने की संभावना अध्ययन के निष्कर्ष में परिवर्तन नहीं होगा. हालांकि, झूले चरण कैनेटीक्स में रुचि रखने वालों के लिए, कृत्रिम अंग Inertial संपत्तियों की प्रत्यक्ष उपायों कृत्रिम पैर स्विंग का सच गतिशीलता misrepresenting से बचने के लिए विचार किया जाना चाहिए.

परिशिष्ट A

मास अनुमानों की जड़ता और केंद्र की पल की विश्वसनीयता और वैधता

विश्वसनीयता और validit आकलन करने के लिएजड़ता और जन स्थान के केन्द्र के कृत्रिम अंग पल के हमारे प्रयोगात्मक माप के वाई, दो सरल प्रयोगों का प्रदर्शन किया गया. पहले प्रयोग में, जड़ता और चार वस्तुओं का द्रव्यमान स्थानों के केंद्र के क्षणों प्रयोगात्मक तीन अलग परीक्षणों में अनुमान लगाया गया था. चार वस्तुओं थे: इलाज लकड़ी (जन = 2.8 किलो), अनुपचारित लकड़ी के 2) 9 एक्स 9 एक्स 64 सेमी ब्लॉक (जन = 2.5 किलो), 3) 7 एक्स 9 एक्स 65 का 1) 9 एक्स 9 एक्स 61 सेमी ब्लॉक सेमी अनुपचारित लकड़ी (जन = 1.8 किलो), और 8 सेमी के व्यास और 9 सेमी (जन = 0.8 किलो) की एक बाहर व्यास के साथ और अंदर पीवीसी पाइप के 4) 61 सेमी लंबा टुकड़ा के ब्लॉक. एक कंपन तकनीक 12 इसके केंद्र जन के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में जड़ता की प्रत्येक वस्तु के क्षण का अनुमान किया गया था. एक वस्तु वस्तु की एक निश्चित धुरी, दोलन (τ) की अवधि के बारे में झूल रहे जब कि तय अक्ष के बारे में जड़ता की वस्तु की पल के लिए आनुपातिक है. दोलन आयाम कम से कम एक तटस्थ स्थिति के सापेक्ष 5 डिग्री, है तोवस्तु की जड़ता के क्षण का अनुमान एक सरल पेंडुलम की गति के आधार पर किया जा सकता है:

समीकरण A1 (A.1)

मैं दोलन अक्ष के सापेक्ष जड़ता का क्षण है अक्ष जहां, एम प्रणाली के बड़े पैमाने पर, जी गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है, और डी दोलन अक्ष और प्रणाली के द्रव्यमान का केंद्र के बीच की दूरी है.

एक प्रतिक्रिया बोर्ड तकनीक बड़े पैमाने पर स्थान की प्रत्येक वस्तु के केंद्र का अनुमान किया गया था. स्टेटिक संतुलन मान लिया गया था (Σ लम्हें = 0) और वस्तु के वजन से उत्पादित क्षणों, फ्रेम का वजन, और प्रतिक्रिया बल एक निश्चित संदर्भ अक्ष के बारे में अभिव्यक्त किया गया. जड़ता और प्रत्येक वस्तु का द्रव्यमान स्थान के केन्द्र के पल भी अनुमान लगाया सरल ज्यामितीय समीकरणों पर आधारित थे. हमारे प्रयोगात्मक उपायों इन ज्यामितीय estimatio की तुलना में थेवैधता का आकलन करने एनएस. जन स्थान और जड़ता के पल के केंद्र के लिए हमारे अनुमानों की विश्वसनीयता एकल कारक सामान्य रेखीय मॉडल ANOVAs तीन परीक्षणों को दर्शाती 3 दोहराया उपायों के साथ,, (COM आकलन के लिए एक और MOI आकलन के लिए एक) दो का उपयोग कर मूल्यांकन किया गया था. Intraclass सहसंबंध गुणांक (ICC देखने) भी हमारे अनुमानों के repeatability निर्धारित करने के लिए अभिकलन थे.

एक दूसरे प्रयोग में, हम दोलन की हमारी अवधि (τ) माप की विश्वसनीयता का आकलन किया. τ एक लकड़ी के ब्लॉक एल्यूमिनियम फ्रेम में सुरक्षित (जन = 2.8 किलो, आयाम = 9 एक्स 9 एक्स 61 सेमी) और दोनों से निलंबित साथ दोलन अक्ष और लगातार 10 परीक्षणों से निलंबित ही एल्यूमिनियम फ्रेम के साथ लगातार 10 परीक्षणों के लिए मापा गया था दोलन अक्ष. प्रत्येक परीक्षण के दौरान, τ जिसका उत्पादन में वोल्टेज विविध परिलक्षित प्रकाश की तीव्रता के आधार पर एक photocell का उपयोग लगातार 10 दोलनों के लिए मापा गया था. Τ के लिए हमारे माप की विश्वसनीयता एक था10 दोहराया उपायों के साथ, चार, एक कारक सामान्य रेखीय मॉडल ANOVAs का उपयोग ssessed. दो (फ्रेम केवल परीक्षणों के लिए एक और फ्रेम + ब्लॉक परीक्षण के लिए एक) ANOVAs τ लगातार दोलनों (कारक एक दिया परीक्षण के भीतर दोलन की लगातार अवधियों था कि इतनी यानी, डाटा मैट्रिक्स सेटअप था) के बीच मतभेद है कि क्या यह निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया. कारक लगातार परीक्षण था और दो और ANOVAs τ लगातार परीक्षण के पार मतभेद है कि क्या निर्धारित किया गया है, ताकि फिर डेटा matrices 90 डिग्री तक घुमाया गया. Intraclass सहसंबंध गुणांक (ICC देखने) भी हमारे माप repeatability निर्धारित करने के लिए अभिकलन थे.

प्रयोग 1 परिणाम - चार वस्तुओं

जन के अपने केंद्र (I_obj_cm) के माध्यम से एक अनुप्रस्थ अक्ष के बारे में जड़ता की प्रत्येक वस्तु का क्षण लगातार प्रत्येक objectR पर आधारित अनुमानों की तुलना में (लकड़ी के ब्लॉक के लिए ~ 5% की और पीवीसी पाइप के लिए 12% ~) द्वारा overestimated गया था17; जन और ज्यामिति (iz) (3 टेबल). हमारे अनुमानों, तथापि, अत्यंत विश्वसनीय थे. जड़ता का मतलब क्षण में कोई अंतर नहीं था (एफ 2,6 = 0.154, पी = .861) तीन परीक्षणों में चार वस्तुओं के लिए. इसके अलावा, ICC देखने परीक्षण के पार जड़ता आकलन के हमारे पल (आईसीसी = 1.00) उच्च repeatable था कि पता चला. हमारे आकलन जड़ता की वस्तु के पल overestimate हो जाती थी, हालांकि इस प्रकार, ज्यामितीय अनुमान की तुलना में हमारे अनुमानों विश्वसनीय थे.

एक प्रतिक्रिया बोर्ड तकनीक का उपयोग बड़े पैमाने पर स्थान आकलन के हमारे केंद्र वर्दी घनत्व और एक ज्यामितीय मॉडल संभालने पर आधारित अनुमानों के अनुरूप था. मतभेद कम से कम 1% थे. जन स्थान का मतलब केन्द्र में कोई अंतर नहीं था (एफ 2,6 = 1.126, पी = 0.384) तीन परीक्षणों में चार वस्तुओं के लिए. इसके अलावा, ICC देखने परीक्षण के पार जन आकलन के हमारे केंद्र (आईसीसी> 0.99) उच्च repeatable था कि पता चला. इस प्रकार,जन अनुमानों के बारे में हमारी केन्द्र वैध और विश्वसनीय थे.

तालिका 3
.. 3 तालिका जड़ता और चार वस्तुओं के लिए जन स्थानों के केंद्र के क्षणों की हमारी प्रायोगिक अनुमानों द्रव्यमान और प्रत्येक वस्तु की ज्यामिति पर आधारित अनुमानों की तुलना में तालिका के एक बढ़े हुए देखने के लिए यहाँ क्लिक करें. चर परिभाषाएँ: mframe = जन की एल्यूमिनियम फ्रेम; mobject = वस्तु की मात्रा; t_frame = केवल फ्रेम के दोलन की अवधि; दोलन की अवधि लगातार 10 दोलनों का मतलब के रूप में और लगातार तीन परीक्षणों में निर्धारित किया गया था. t_object = फ्रेम के दोलन की अवधि और एक साथ आपत्ति; t_frame के रूप में ही निर्धारित; I_Frame_osc = दोलन धुरी के फ्रेम रिश्तेदार की मैं;I_Frame_obj_osc = दोलन धुरी के फ्रेम के साथ साथ वस्तु के सापेक्ष मैं; I_obj_osc = दोलन अक्ष पर आपत्ति रिश्तेदार की मैं; जन की वस्तु के केंद्र के माध्यम से एक धुरी के बारे में वस्तु की I_obj_cm = मैं; निम्नलिखित ज्यामितीय भविष्यवाणी समीकरण का उपयोग कर वस्तु के मुख्यमंत्री के बारे में मैं के Iz = सैद्धांतिक भविष्यवाणी:
परमवीर चक्र: ; आर बाहरी त्रिज्या था जहां, आर आंतरिक त्रिज्या था, और ज लंबाई था
लकड़ी: ; एक लंबाई है और ख है जहां चौड़ाई जियोमेट्रिक मुख्यमंत्री स्थान वस्तु की लंबाई के 50% के रूप में भविष्यवाणी की थी.

2 प्रयोग के परिणाम - दोलन की अवधि (τ) आकलन

अकेले एल्यूमिनियम फ्रेम दोलन धुरी से निलंबित कर दिया और आ रहा था, τ लगातार और योजनाबद्ध तरीके (एफ = 123.25 9,81, पी <0.001) की कमी हुई पहले 10 oscil खत्मसभी 10 दोलन परीक्षण में लगभग 6 मिसे (; पैनल छोड़ दिया चित्रा 5) से रिश्तों. परीक्षण के पार, दोलन का मतलब अवधि भी काफी अलग पाया गया था (एफ 9,81 = 13.97, पी <0.001) ही फ्रेम डोलती गया था. हालांकि, ICC देखने किसी दिए गए परीक्षण के भीतर पहले 10 दोलनों अधिक τ में व्यवस्थित कमी (आईसीसी = 0.99) repeatable था कि पता चला. फ्रेम और लकड़ी के ब्लॉक (एम = 2797 छ) एक साथ आ रहे थे, τ पहले 10 दोलनों के साथ बदल नहीं किया था (एफ 9,81 = 3.031, पी = .116) और लगातार 10 परीक्षण के पार मतलब τ काफी अलग नहीं किया था ( एफ 9,81 = 3.533, पी = 0.093) (चित्रा 5, सही पैनल). फ्रेम प्लस वस्तु परीक्षण के लिए ICC देखने के लिए एक दिया परीक्षण τ भीतर दोलन से दोलन (आईसीसी = 0.17) के लिए repeatable नहीं है कि सुझाव है. इन आंकड़ों फ्रेम के लिए केवल परीक्षणों τ बेहतर त्रि की एक श्रृंखला भर पहले दोलन का एक मतलब के रूप में अनुमान लगाया गया है कि सुझाव है एक से नीचे घुटने कृत्रिम अंग के उन लोगों के लिए इसी तरह की विशेषताओं के साथ एक वस्तु डोलती है जब ए एल एस और कि, τ बेहतर लगातार दोलनों भर में मतलब के रूप में और परीक्षणों की संख्या में अनुमान लगाया गया है.

चित्रा 5
(ए) एल्यूमिनियम फ्रेम केवल और (बी) के फ्रेम और लकड़ी के ब्लॉक (ब्लॉक जन = 2.8 किलो, ब्लॉक आयाम = 9 एक्स 9 एक्स 61 सेमी) के लिए मापा दोलन की चित्रा 5. अवधि. प्रत्येक पैनल पहले 10 से 10 अलग परीक्षणों से पता चलता है प्रत्येक परीक्षण के दोलनों का प्रदर्शन किया. दोलन अक्ष (बाएं पैनल) से निलंबित ही फ्रेम के साथ, τ योजनाबद्ध तरीके से पहले 10 दोलनों से अधिक की कमी हुई. एक लकड़ी के ब्लॉक फ्रेम करने के लिए जोड़ा गया था हालांकि, जब τ योजनाबद्ध तरीके से पहले 10 दोलनों (सही पैनल) में अलग अलग नहीं किया था.

दोलन की अवधि को जड़त्व के पल की संवेदनशीलता

टी "> प्रयोग 1 से परिणाम जड़ता का एक उद्देश्य के पल के हमारे अनुमानों लगातार overestimated और प्रयोग 2 से परिणाम फ्रेम के τ पहले 10 दोलनों में, हम बढ़ाता के लिए सबसे अच्छा तरीका निर्धारित करने के लिए एक संवेदनशीलता विश्लेषण प्रदर्शन कम हो जाती है सुझाव है कि कर रहे हैं सुझाव है क्योंकि . फ्रेम केवल परीक्षण और फ्रेम प्लस वस्तु परीक्षणों (तालिका 4) τ के लिए τ एक वस्तु की जड़ता के पल के लिए आनुपातिक है:

समीकरण A2 (A.2)

मैं दोलन अक्ष के सापेक्ष जड़ता का क्षण है अक्ष जहां, एम प्रणाली के बड़े पैमाने पर, जी गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण है, और डी दोलन अक्ष और प्रणाली के द्रव्यमान का केंद्र के बीच की दूरी है. Τ कम हो जाती है, तो एम, जी, और डी एक दिया परीक्षण के भीतर स्थिरांक हैं इसलिए, क्योंकि, तब तो मैं अक्ष करता है. हम अनुमान के बाद से: के रूप में एक वस्तु की जड़ता के क्षण दोस्त

मैं = मैं + फ्रेम obj obj - अगर टहनी (A.3)

फ्रेम (मैं फ्रेम) की जड़ता के पल underestimating प्रयोग 1 में हमारे अनुमानों के अनुरूप है जो वस्तु के लिए जड़ता अनुमान का एक बड़ा पल (मैं obj), उत्पादन होगा. 6 दिखाता है फ्रेम ही दोनों के लिए प्रयोग 1 से τ चित्रा परीक्षण और lightest वस्तु और भारी वस्तु के लिए फ्रेम प्लस वस्तु परीक्षणों. यह आंकड़ा (घुटने कृत्रिम अंग नीचे जैसे,) भारी वस्तुओं के लिए पहले 10 दोलनों अधिक τ में कोई स्पष्ट कमी आई है, लेकिन हल्का वस्तुओं के लिए τ में मामूली व्यवस्थित कमी है कि दिखाता है.

तालिका 4
तालिका 4. तुलना कादोलन की अवधि का निर्धारण करने के लिए चार अलग अलग तरीकों. इस विश्लेषण में इस्तेमाल किया वस्तु इलाज लकड़ी के 9 एक्स 9 एक्स 61 सेमी ब्लॉक था. वस्तु का द्रव्यमान और ज्यामिति के आधार पर एक विकल्प के सैद्धांतिक अनुमान की तुलना में जब हालत सी जड़ता की वस्तु के क्षण का सबसे अच्छा अनुमान का उत्पादन किया. तालिका के एक बढ़े हुए देखने के लिए यहाँ क्लिक करें. नोट: चर परिभाषाएँ 3 तालिका के रूप में वही कर रहे हैं की स्थिति. एक: t_frame और t_object 3 परीक्षण भर में लगातार 10 दोलनों के दोलन का मतलब अवधि के रूप में गणना कर रहे थे दशा बी:. t_frame और t_object 3 अलग परीक्षण के पार दोलन के पहले की अवधि की औसत के रूप में गणना कर रहे थे दशा सी:. t_frame के रूप में निर्धारित किया गया था हालत बी में; t_object दशा ए दशा विकास के रूप में निर्धारित किया गया था: t_frame में के रूप में निर्धारित किया गया थाहालत एक; t_object दशा बी के रूप में निर्धारित किया गया था

चित्रा 6
चित्रा 6. भारी और सबसे हल्का वस्तुओं के लिए दोलन की अवधि. छोड़ दिया पैनलों केवल फ्रेम के लिए तीन परीक्षणों के दोलन के पहले 10 अवधियों प्रदर्शित करें, और सही पैनल फ्रेम प्लस वस्तु परीक्षण के लिए एक ही प्रदर्शन. प्रयोग 2 के रूप में, केवल फ्रेम डोलती है जब पहले 10 दोलनों अधिक τ में एक व्यवस्थित कमी आई है. भारी वस्तु (एम = 2.797 किलो) डोलती गया था, τ में कोई व्यवस्थित कमी थी. हालांकि, τ में मामूली कमी प्रकाश वस्तु (एम = 0.716 किलो) डोलती गया था जब मनाया गया. ठेठ नीचे घुटने कृत्रिम अंग जन 1.2 से 2.1 किलो 20,21 करने के लिए सीमा को सूचित किया गया है. इस प्रकार, यहां तक ​​कि सबसे हल्का वजन कृत्रिम अंग के लिए, τ नहीं करना चाहिएपहले 10 दोलनों के ऊपर काफी कमी दिखा रहे हैं.

समापन

अकेले एल्यूमिनियम फ्रेम डोलती है, जब दोलन की अवधि 10 दोलन परीक्षण से पहले दोलन का मतलब के रूप में निर्धारित किया जाएगा. एल्यूमिनियम फ्रेम और कृत्रिम अंग डोलती रहे हैं, दोलन की अवधि 30 दोलनों (3 परीक्षण, प्रत्येक परीक्षण के भीतर लगातार 10 दोलनों) का मतलब के रूप में निर्धारित किया जाएगा.

Disclosures

लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.

Acknowledgments

Biomechanics के अमेरिकी और अंतरराष्ट्रीय समाज से अनुदान इस अध्ययन के लिए प्रदान किया गया.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Oscillation Rack & Reaction Board Custom Built Outer cage made from 80/20 aluminum, inner cage from various thicknesses of solid of aluminum.
Laboratory scale
NI LabView National Instruments Software for recording TTL pulses from infrared photocell.
BNC-1050 National Instruments BNC Breakout box with direct pin connections to the data acquisition card.
MATLAB Mathworks Inc. Software for processing oscillation and reaction board data to predict inertial properties of prosthesis.

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