一个双关节假肢脚调节步态生物力学和改善行走经济

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 假肢手术 假肢手术是一门专业.
• 人机界面 人机界面

背景情况:

• 带有单关节驱动的动力假肢脚可以恢复脚的生物力学,但会导致步态不对称和增加跨截肢者的努力.
• 胃半腹肌 (GAS) 是一个双关节肌肉,在人类自然运动中提供了足部和大腿之间的关键机械合.
• 假设目前的假肢中没有这种双关节合,这可能导致步行效率低下.

研究的目的:

• 为了研究一个带有双关节性胃内膜 (GAS) 执行器的动力假肢脚对行走生物力学和代谢成本的影响.
• 为了确定双关节GAS执行器对足总扭矩的最佳扭矩贡献比率 (κ),以减少代谢成本.
• 分析对代谢成本和步态对称性的任何观察到变化负责的潜在生物力学机制.

主要方法:

• 九名没有残疾的受试者在跑步机上行走,带有动力假肢脚,配备了单关节脚和双关节GAS执行器.
• 调节了GAS执行器的扭矩贡献比率 (κ),同时保持了脚的总扭矩.
• 记录了动力学,动力学和代谢成本,以评估双关节执行器的影响.

主要成果:

• 在GAS执行器扭矩贡献比率 (κ) 为0.36±0.09的情况下,观察到最大的平均代谢成本降低8.8%±4.4%.
• 这种代谢成本的降低是由于减少了生物部工作,改善了群体工作和推进中心的腿间对称性,并提高了群体运动中心的效率.
• 双关节执行器证明了它有助于部曲的能力,这有助于观察到的节能.

结论:

• 将双关节执行器集成到动力假肢脚中,与单关节设计相比,具有显著的优势.
• 这项技术有效地模仿了胃半径肌肉的自然功能,从而降低了代谢成本,并改善了跨截肢患者的步态生物力学.
• 双关节执行器提供了额外的自由度,使人类步行的调节能够提高性能和效率.