RAZVOJ IN VODENJE NAPRAVE ZA URJENJE SPREMINJANJA SMERI HOJEPAVČIČ, JANEZ (Avtor) Matjačič, Zlatko (Mentor) vrteči se tekoči trakkinematični parametri med spreminjanjem smeri hojevodenje kotne hitrosti tekočega trakurehabilitacijska robotikaOsnovni način premikanja človeka po prostoru je hoja. Zaradi poškodb ali bolezni, ki prizadenejo delovanje centralnega in/ali perifernega živčevja, se sposobnost samostojne hoje v velikem številu primerov poslabša. V preteklosti je rehabilitacija oseb s težavami pri hoji potekala predvsem med hojo po tleh pod vodstvom in s podporo izkušenih terapevtov. Z razvojem rehabilitacijske tehnologije, pa se je vadba hoje pričela izvajati tudi na motoriziranih tekočih trakovih, ki omogočajo hojo z velikim številom ponovitev želenih gibov na omejenem prostoru. Uporaba tekočih trakov je v kliničnem okolju postala uveljavljena praksa. Tekoči trakovi so lahko opremljeni tudi z različnimi senzorji, s katerimi lahko merimo način hoje. Tekoči trakovi so lahko sestavni del različnih robotskih sistemov, ki so namenjeni vadbi hoje oziroma cikličnemu gibanju spodnjih udov. Z obstoječimi rehabilitacijskimi napravami se pretežno vadi le hojo naravnost. Kljub napredku na področju rehabilitacijske robotike, še ne obstaja ustrezna naprava, s katero bi lahko vadili hojo, ki vključuje tudi izvajanje zavojev, kar je precejšnja omejitev. Izvajanje zavoja je namreč zahtevnejša naloga od hoje naravnost, zato se pri spreminjanju smeri hoje pri starejši populaciji ter pri osebah s težavami pri hoji večkrat primerijo padci. Da bi zapolnili vrzel, ki obstaja na področju rehabilitacijskih naprav za urjenje hoje, smo razvili novo napravo – vrteči se tekoči trak (VTT), ki omogoča vadbo tako hoje naravnost, kakor tudi urjenje hoje v zavoju. Običajnemu tekočemu traku smo dodali novo prostostno stopnjo – rotacijo v transverzalni ravnini, s katero uporabniku vsiljujemo spremembo smeri hoje. x Disertacija je sestavljena iz dveh vsebinsko zaokroženih sklopov. V prvem delu disertacije je predstavljena študija, s katero smo ugotavljali podobnost med spreminjanjem smeri hoje po tleh in hojo po VTT, ki se je v transverzalni ravnini vrtel s konstantno kotno hitrostjo. Drugi del disertacije opisuje izsledke raziskave, pri kateri smo primerjali dva različna načina vodenja kotne hitrosti tekočega traku. VTT je sestavljen iz treh delov: nepremične podlage, nosilnega ogrodja in običajnega tekočega traku. Na podlago je integrirana nepremična os rotacije, medtem ko nosilno ogrodje, z ustrezno nameščenimi koleščki, omogoča kroženje okoli omenjene osi rotacije in hkrati nosi tekoči trak. Sestavni del naprave je tudi medenična opora, s katero zagotavljamo nastavljivo stopnjo mehanske podpore v višini medenice. Medenična opora preko elastičnih sil, ki delujejo na medenico hodeče osebe, nudi ustrezno podporo pri vzdrževanju dinamičnega ravnotežja, hkrati pa osebi vsiljuje smer tekočega traku, če se le-ta giblje z neko kotno hitrostjo. Medenična opora je obenem tudi varnostni ukrep, ki ob morebitni izgubi dinamičnega ravnotežja uporabnika preprečuje padec. Na medenično oporo sta nameščena dva senzorja naklona, ki dajeta krmilni signal za vodenje VTT. Naprava ima dva načina delovanja: voden ali prost način. Pri vodenem načinu naprava vsiljuje gibanje uporabniku (npr. s spremembo linearne in/ali kotne hitrosti), pri prostem načinu pa je upravljanje linearne ali kotne hitrosti naprave prepuščeno uporabniku. Razvita sta bila dva načina vodenja kotne hitrosti tekočega traku; oba temeljita na gibanju medenice v medenični opori. Pri prvem načinu uporabnik spreminja kotno hitrost naprave s premikanjem medenice v medio-lateralni smeri, pri drugem načinu pa z rotacijo medenice v transverzalni ravnini. Uporabnik naprave preko zaslona spremlja okolje navidezne resničnosti, ki prikazuje animirano pokrajino in se spreminja skladno z gibanjem tekočega traku. S pomočjo okolja navidezne resničnosti uporabnik prejema povratne informacije o uspešnosti vadbe, hkrati pa postane vadba hoje zanimivejša in manj monotona. V sklopu študije o primerljivosti hoje s spreminjanjem smeri po tleh s hojo po VTT smo zasnovali protokol hoje, s katerim smo dosegli podobne pogoje za obe vrsti hoje (po tleh in po VTT). V raziskavi je sodelovala skupina desetih zdravih ljudi, katerim smo med izvajanjem obeh načinov hoje z optičnim sistemom VICON izmerili kinematične in dolžinske parametre hoje. Stopnjo podobnosti kinematičnih parametrov medenice in trupa med obema načinoma hoje smo ocenili z uporabo intraklasne korelacije. Izmerili smo tudi kinematične parametre sklepov spodnjih udov (kolk, koleno, gleženj) med obema načinoma hoje ter izračunali obseg gibov za vsak sklep posebej. Izračunali smo tudi parne t-teste obsegov gibov. xi Zaradi karakterističnih sprememb, ki nastanejo pri hoji po tekočem traku, nismo mogli neposredno primerjati dolžin dvojnih korakov med obema načinoma hoje. Zato smo se osredotočili na razlike, ki nastanejo med levo in desno nogo pri izvajanju zavojev pri izbranem načinu hoje. Statistično pomembnost razlik med dolžinami korakov leve in desne noge smo raziskali z uporabo parnega t-testa. Pri eni osebi smo z uporabo merilnih vložkov za merjenje pritiska izvedli tudi meritev vertikalnih sil pri odrivu med obema načinoma hoje. Primerjali smo odrivne sile iste noge, ko se je le-ta nahajala na notranji ali zunanji strani zavoja (npr. leva noga je zunanja noga pri desnem zavoju, ter notranja noga pri levem zavoju). Rezultati primerjave kinematičnih podatkov medenice in trupa kažejo na visoko stopnjo ujemanja med obema načinoma hoje. Med hojo po tleh smo v primerjavi s hojo po tekočem traku izmerili malenkostno povečan obseg gibov sklepov spodnjih udov. Vendar kljub izvajanju zavojev, nismo zaznali pomembnih razlik med obsegom gibov sklepov notranje in zunanje noge. Rezultati primerjave dolžinskih parametrov pa nakazujejo, da obstaja statistično pomembna razlika med dolžinama korakov leve in desne noge med izvajanjem zavojev pri obeh načinih hoje. Meritve kinetičnih parametrov hoje med izvajanjem zavojev pri obeh načinih hoje so pokazale večje odrivne sile pri zunanji nogi v primerjavi z notranjo nogo. V drugem delu disertacije je opisana študija, s katero smo primerjali dva načina vodenja kotne hitrosti tekočega traku. Namen študije je bil ugotoviti stopnjo podobnosti med kinematičnimi parametri hoje po VTT (pri dveh različnih načinih vodenja) in kinematičnimi parametri spreminjanja smeri hoje po tleh. Z uporabo inercialnih senzorjev za zajem gibanja (Xsens MTx), smo zajeli kinematične parametre stopal, medenice in trupa v transverzalni ravnini. En senzor smo uporabili za merjenje rotacije VTT. V raziskavi je sodelovalo 11 zdravih oseb, vendar podatki dveh oseb niso bili primerni, zato so bili izključeni iz nadaljnje analize. Iz izmerjenih kinematičnih parametrov medenice in trupa lahko opazimo glavno razliko med obema načinoma vodenja: pri vodenju z odmikom medenice v medio-lateralni smeri so kinematični parametri hoje na VTT podobni kinematičnim parametrom hoje v smeri naravnost, medtem ko se pri vodenju z rotacijo medenice opazi povečan zasuk celotnega telesa v smeri zavoja. Primerjali smo tudi relativno gibanje medenice in trupa v transverzalni ravnini med obema načinoma vodenja VTT in hojo po tleh. Za ocenjevanje stopnje podobnosti relativnega gibanja medenice in trupa smo uporabili intraklasno korelacijo. Dobljene vrednosti kažejo, da oba uporabljena načina vodenja VTT izkazujeta približno enako stopnjo podobnosti s kinematičnimi podatki hoje po tleh. xii Rezultati prve študije nakazujejo, da obstaja podobnost med kinematičnimi meritvami pri izvajanju zavojev po tleh in hojo po vrtečem se tekočem traku. Ugotovili smo tudi, da se med izvajanjem zavojev pri obeh načinih hoje pojavi razlika med dolžinama dvojnega koraka leve in desne noge. Meritve sil odriva nakazujejo podobne mehanizme izvajanja zavoja tako na VTT kot tudi med hojo v zavoju po tleh. Iz rezultatov druge študije lahko sklepamo, da sta oba načina vodenja kotne hitrosti enakovredna, tako da je izbira načina vodenja kotne hitrosti VTT lahko prepuščena izbiri posameznemu uporabniku oziroma terapevtu. Na podlagi teh rezultatov lahko zaključimo, da je hoja v zavoju po VTT zelo podobna hoji v zavoju po tleh, kar nakazuje na uporabnost VTT za urjenje spreminjanja smeri med hojo oseb z nevrološkimi okvarami.20152015-05-29 11:10:00Doktorsko delo/naloga30810VisID: 30923COBISS_ID: 11038804sl