Name: determining and controlling external power output during regular handrim wheelchair propulsion
Uploaded: 2020-02-05T12:30:00
Duration: 8 min 55 s
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Die Erstellung dieses Manuskripts wurde durch einen Zuschuss des Samenwerkingsverbandes Noord-Nederland (OPSNN0109) finanziell unterstützt und durch die PPP-Zulage der Top-Konsortien für Wissen und Innovation des Wirtschaftsministeriums kofinanziert.

Die Autoren haben nichts zu verraten.

In den vorhergehenden Abschnitten wurde eine zugängliche Methodik zur Bestimmung und Standardisierung der Leistung für verschiedene laborbasierte Modalitäten vorgestellt. Zusätzlich wurde ein Vergleich zwischen der eingestellten Leistung und der gemessenen Leistung während des stationären Antriebs durchgeführt. Während systematischer Fehler vorhanden war und eine gewisse Variabilität vorhanden war, sind die vorgestellten Werkzeuge besser als die Alternative: überhaupt nicht standardisierend. Diese Ergebnisse ähneln einer anderen Studie, in der die gemessene Leistung und die eingestellte Leistung50gemeldet wurden. Darüber hinaus war die Übereinstimmung zwischen den Bedingungen schlecht bis mäßig, was darauf hindeutet, dass beim Vergleich von Studien mit unterschiedlichen Modalitäten besondere Aufmerksamkeit zu berücksichtigen ist. Wie erwartet, stellte der Ergometerzustand die einfachste Umgebung dar, um aus der Sicht des Bedieners zu standardisieren. Das Ergometer schnitt bei hohen Reibungseinstellungen besser ab. Die Blöcke (3 x 4 min) innerhalb einer Modalität zeigten eine gute bis ausgezeichnete und mäßig-zu-hervorragende Übereinstimmung. Interessanterweise schnitt das Ergometer im Laufe der Zeit schlechter ab, möglicherweise aufgrund von Sensordrift. Daher kann es sinnvoll sein, das Ergometer zwischen jedem Block neu zu kalibrieren. Beachten Sie, dass diese Ergebnisse für eine Konstante mit niedriger Intensität sind und sich für verschiedene Protokolle unterscheiden können.
Geringfügige mechanische oder ergonomische Änderungen in der Rollstuhl-Benutzer-Kombination können einen großen Einfluss auf die experimentellen Ergebnisse haben12,51. Materialpflege und ein umfassendes Bewusstsein für die mechanischen Prinzipien des Fahrzeugs sind für die Leistungsergebnisse und die Gültigkeit des Experiments unerlässlich. Die Fahrzeugmechanik (z.B. Masse, Radgrößen, Reifentyp und Druck, Ausrichtung) und Passform (z.B. Vorschussposition, Masse, Masse, Frontebene) der Rollstuhlfahrerkombination bestimmen das Rollen und den Luftwiderstand in Kombination mit Umgebungsbedingungen. Die Masse und die Ausrichtung des Massenmittelpunkts wirken sich auf den Rollwiderstand in Bezug auf die größeren Hinterräder und die kleineren Rollen vorn aus. Tabelle 2enthält eine Zusammenfassung der Faktoren, die die Walzreibung beeinflussen. Darüber hinaus ist der Rollstuhl oft individualisiert. Abgesehen von den Einsatzbedingungen (z. B. Fahrzeugmechanik oder Schnittstelle) bei jeder Prüfung müssen auch die Rollstuhlbedingungen konstant sein und die Fahrzeugmechanik, einschließlich Rahmen, Sitz und Reifen, überprüft werden. Die Reifen müssen bei einem festen Druck über Tests und unter Einzelpersonen sein. Wichtige Kontrollpunkte52 sind mögliche Reibungspunkte, Hinterradposition und mögliche Änderungen in der Radausrichtung36,53,54,55.
Oberbodentests erfordern auch ambulante Technologie für jeden der Indikatoren für herzkaritatorische Belastung, Kinematik oder Kinematik Ergebnisse. Dies kann erfüllt werden, aber die Praktikabilität komplexer Messungen ist in einem nicht-forschungsorientierten Umfeld begrenzt. Coast-Down-Tests sind spezifisch für die individuelle Rollstuhlfahrer-Kombination und Rollfläche. Sie sind jedoch statisch, so dass sie möglicherweise nicht alle Eigenschaften der Rollstuhlfahrer-Kombination56erfassen. Sie reagieren besonders empfindlich auf Veränderungen im Massenzentrum, was die kleinen Unterschiede zwischen dem Küstentest und der gemessenen oberirdischen Leistung erklären könnte. Diese Einschränkungen finden sich auch im Drag-Test und der Ergometerkalibrierung, die auch eine statische Position des Rollstuhlfahrers annehmen.
Der Drag-Test misst die Widerstandskräfte des Rollens und des Innenwiderstands jeder einzelnen Rollstuhl-Benutzer-Kombination. Es ist deutlich empfindlich auf die Fahrzeugmechanik des Rollstuhls, aber auch auf die Position und Die Körperorientierung des Benutzers. Ein standardisiertes Verfahren ist unerlässlich20,36, wobei bei konstanter Gurtgeschwindigkeit die Benutzer-Rollstuhl-Kombination über den Gurt gezogen wird, der mit einem eindimensionalkalibrierten Kraftwandler am Rahmen des Laufbandes bei einer Reihe von Neigungswinkeln verbunden ist (Abbildung 2). Ein Laufbandadapter für Wägezellen, der an die Höhe der Mittelachse des Rollstuhls angepasst werden kann, ist erforderlich. Die Verwendung der linearen Regressionsanalyse liefert eine statische Schätzung der mittleren Zugkraft am Laufbandband bei Nullneigung für eine bestimmte Rollstuhl-Benutzer-Kombination, die die mittlere externe Leistung mit dem Produkt von Bandgeschwindigkeit und Zugkraft liefert. Der Schlepptest ist robust in Bezug auf kleine Unterschiede in der Ausführung der Prüfung durch verschiedene Bediener (z.B. Position des Seils)37.
Obwohl manchmal von einem scheinbar einfachen Test ausgegangen wurde, erfordert jedes der Testelemente des Drag-Tests das Verständnis der zugrunde liegenden Theorie und Schulung zu allen Details der Verfahren8. Ähnlich wie beim Coast-Down-Test ist dieser Test besonders empfindlich auf Veränderungen im Massenzentrum. Darüber hinaus müssen das Verhalten und die Empfindlichkeit der auf Dehnungsmessstreifen basierenden Kraftwandler, ihre konsistente Kalibrierung (d.h. Genauigkeit der Kalibriergewichte, Montagereihenfolge)20,36,37, sowie alle Verfahren des Ziehtests, die empfindlich auf Geschwindigkeitsänderungen oder Neigungswinkel des Laufbandes reagieren, berücksichtigt werden. Das bedeutet, dass das Laufband selbst überprüft und kalibriert werden muss37. Das konsequente Bewusstsein für solche lärmerzeugenden Phänomene muss in täglichen Experimenten verfolgt und ausgeführt werden.
Die Genauigkeit von leistungsoutputbasierten Simulationen und deren Ergebnisse hängen vollständig von der Standardisierung, Praxis und Schulung der Erlausführenden ab. Die Vielfalt von Laufbändern, Ergometern oder anderen elektronisch angetriebenen Geräten kann ein Problem sein, wie De Groot et al.51zeigen. Im Austausch von bevölkerungsbasierten Daten sollte man sich der potenziellen Rolle solcher Unterschiede bei den Testergebnissen bewusst sein. Bei jedem Rollstuhlexperiment sollten für jede Untergruppe oder Messbedingung eine korrekte Erläuterung der Prüfbedingungen und eine offene Darstellung der tatsächlichen Werte für Geschwindigkeit, Widerstand und Leistung vorgelegt werden.
Beim Rollstuhlexperiment ist die Heterogenität der Testprobe schwer zu entkommen, wenn man sich auf die eigentlichen Rollstuhlfahrer konzentriert. Unter diesen sind Menschen mit einer Rückenmarksverletzung am häufigsten Gegenstand von Forschung, weil sie dazu neigen, eine stabile Rückenmarksläsion für den Rest ihres Lebens zu haben. Läsionsstufe, Vollständigkeit, Geschlecht, Alter, Talent und Ausbildungsstatus bestimmen die Heterogenität solcher Studiengruppen57. Die Erhöhung der Teilnehmerzahl durch multizentrische Zusammenarbeit ist ein wichtiger Weg, dies zu umgehen und die Fähigkeit des Experimentierens zu erhöhen57, auch in den frühen Stadien der Rehabilitation10. Dieses Papier ist hoffentlich ein Sprungbrett zu einer breiten Diskussion über Rollstuhlexperimente in Rehabilitations- und adaptiven Sportgemeinschaften, die hoffentlich zu internationaler Zusammenarbeit und wissensaustausch durch die bestehenden und neuen Netzwerke von Forschern führt. Die Verfügbarkeit einer angemessenen Testinfrastruktur ermöglicht eine konsistente Überwachung und Bewertung der Fortschritte bei der klinischen Rehabilitation, dem adaptiven Sport und darüber hinaus.

Mit schätzungsweise 1% der Weltbevölkerung, die heute von Radmobilität abhängig sind1,2, taucht ein konsistenter Fluss internationaler Forschungsarbeit zunehmend in internationalen Fachzeitschriften in verschiedenen Bereichen wie Rehabilitation1,3, Ingenieurwesen4und Sportwissenschaften5,6auf. Dies führt zu einer wachsenden Wissensbasis und einem Verständnis der Komplexität dieser gemeinsamen Art der menschlichen Ambulation. Für die kontinuierliche Weiterentwicklung und Umsetzung von Rehabilitations- und adaptiven Sportpraktiken besteht jedoch Bedarf an weiterem internationalen Austausch und Zusammenarbeit in der Forschung. Integral in solchen kollaborativen Netzwerken sind eine verbesserte Standardisierung von Versuchs- und Messverfahren und -technologie. Darüber hinaus ist eine konsequente Umsetzung einer genauen Leistungsüberwachung der Rollstuhlfahrer-Kombination im Labor und/oder im Feld wichtig für eine optimale individuelle Funktion und Partizipation, während ein gesunder und aktiver Lebensstil über die Lebensdauer des Einzelnen7,8,9aufrechterhalten wird.
Experimentell wird der manuelle Rollstuhlantrieb bei stationären oder Spitzenübungsbedingungen10,11 oft als zyklische Oberkörperbewegung zur Untersuchung der Rollstuhl-Benutzer-Schnittstelle12,13, Muskel-Skelett-Belastung14,15,16, und Motorlernen und Geschicklichkeitserwerb17,18. Die kombinierten biomechanischen und physiologischen Vorstellungen von zyklischen Bewegungen ermöglichen die Verwendung des "Power Balance", eines Modellierungsansatzes, der ursprünglich von Van Ingen Schenau19 für Eisschnelllauf und Radfahren eingeführt und später in der manuellen Radmobilitäteingeführtwurde 8,20,21. Abbildung 1 zeigt ein Leistungsbilanzdiagramm für den manuellen Rollstuhlantrieb. Es konvergiert aus einer Auswahl kritischer Leistungsfaktoren für die Rollstuhlfahrer-Kombination und ihre drei zentralen Komponenten (Rollstuhl, Benutzer und deren Schnittstelle) auf der linken Seite in das Layout von (bio-)mechanischen und physiologischen Leistungsnennern und Gleichungen.
Die Leistung ist ein wichtiger Ergebnisparameter im Kontext von Sport und Alltag, wo Spitzenleistung sowohl eine erhöhte Leistung in angepassten Sportarten als auch eine einfache Funktion bei Aktivitäten im täglichen Leben darstellen kann22. Darüber hinaus kann es in Kombination mit dem Energieverbrauch verwendet werden, um die Leistung in Bezug auf den brutto mechanischen Wirkungsgrad17,18,23 zu bewerten (d. h., wenn ein qualifizierterer Mensch weniger interne Energie benötigen würde, um die gleiche Menge an externer Leistung zu erzeugen). Aus experimenteller Sicht ist die Leistung ein Parameter, der während eines Tests streng kontrolliert werden muss, da Änderungen der Leistung auf alle Leistungsergebnisse wie Push-Zeit, Recovery-Zeit24und mechanische Effizienz25von direktem Einfluss sind. Daher ist die Kontrolle und Meldung der Leistung für alle Studien zum manuellen Rollstuhlantrieb von wesentlicher Bedeutung.
Überbodenprüfung ist der Goldstandard in Bezug auf Gültigkeit (d. h. Trägheit, Luftreibung, optischer Fluss und dynamische Bewegung)26, aber die Standardisierung der externen Leistung, Geschwindigkeit und damit verbundene Umgebungsbedingungen ist viel schwieriger, und wiederholbarkeit im Laufe der Zeit leidet. Die überirdischen Rollstuhlstudien begannen in den 1960er Jahren27,28 und konzentrierten sich auf die körperliche Belastung der Radmobilität. Obwohl entscheidend für die Dateninterpretation und das Verständnisvon 8,20, waren Begriffe über die externe Leistung auf die Beobachtung der internen Stoffwechselkosten beschränkt, wenn verschiedene Aktivitäten auf verschiedenen Oberflächen durchgeführt wurden. Heute können Messräder verwendet werden, um die Leistung29,30 und Coast-Down-Tests31,32 zu messen, um die Reibungsverluste während des Antriebs und damit die Leistung abzuleiten.
Für rollstuhlspezifische Übungstests wurden verschiedene laborbasierte Technologien entwickelt33, die von einer Vielzahl von Ergometern bis hin zu unterschiedlich großen und Marken von Laufbändern reichen. Laufbänder gelten als der oberirdischen Prüfung in Bezug auf die Gültigkeit34 am nächsten und werden seit den 1960er Jahren für Rollstuhlübungen35,36verwendet. Vor der Prüfung müssen Die Steigung und Geschwindigkeit des Laufbandes regelmäßig überprüft werden. Auch Laufbänder von der gleichen Marke und Marke können sich erheblich unterscheiden und sich im Laufe der Zeit in ihrem Verhalten ändern37. Zur Bestimmung der externen Leistung wird ein Drag Test20,36 für die gesamte Roll- und Innenwiderstandskraft38der einzelnen Rollstuhlfahrerkombination verwendet. Auch der Kraftsensor für den Luftwiderstandstest muss regelmäßig kalibriert werden. Für die experimentelle Individualisierung des Protokolls in Bezug auf die gesamte externe Belastung im Zeitverlauf und zwischen Densubjekten wurde als Alternative für die bisherigen hangabhängigen Steigungen der Belastung36ein Riemenscheibensystem (Abbildung 2) entwickelt.
Eine weitere Alternative für standardisierte Rollstuhlübungen war die Verwendung von stationären Ergometern33, von einfachen Off-the-Shelf-Ergometerlösungen39 bis hin zu hochspezialisierten computergestützten und instrumentierten Ergometern40. Nur sehr wenige sind kommerziell erhältlich. Die enorme Vielfalt an Ergometertechnologie und mechanischen Eigenschaften führt zu großen unbekannten Variabilitätsgraden unter den Testergebnissen33. Ergometer und Rollstühle müssen durch Design verbunden oder inhärent verschmolzen werden. Die Luftreibung ist nicht vorhanden und die wahrgenommene Trägheit beschränkt sich auf die simulierte Trägheit auf den Rädern und die Bewegung, die im Kofferraum, Kopf und in den Armen während des Antriebs erlebt wird, während der Rollstuhlfahrer im Wesentlichen stationär ist. Das Ergometer ermöglicht Sprint- oder anaerobe Tests sowie isometrische Tests, wenn die Räder ausreichend blockiert werden können.
Eine grundlegende Methodik für die manuelle Radmobilitätsforschung in laborbasierten Studien wird vorgestellt. Außerdem wird ein kurzer Überblick über die feldbasierte Rollstuhlforschungsmethodik und ihre potenziellen Ergebnisse gegeben. Im Mittelpunkt steht die Steuerung und Messung der externen Leistung (W) sowohl in Feld- als auch in Laborexperimenten. Die Bestimmung der internen Leistung durch Spirometrie wird ebenfalls hinzugefügt, da diese häufig zur Bestimmung der groben mechanischen Effizienz verwendet wird. Neben der Umsetzung bewährter Verfahren sollen Diskussionen über experimentelle Standardisierung und internationalen Informationsaustausch geführt werden. Die aktuelle Studie wird sich in erster Linie mit dem handrimrollstuhlten Rollstuhlantrieb und deren Messung befassen, da er die prominenteste Form der manuellen Mobilität in der wissenschaftlichen Literatur ist. Die nachstehend erörterten Begriffe gelten jedoch auch für andere Rollstuhlantriebsmechanismen (z. B. Hebel, Kurbeln41).
Das aktuelle Protokoll beschreibt die Standardisierung und Messung der Leistung bei Ober-, Laufband- und Rollstuhlergometer-basierten Tests bei stationärem Antrieb bei 1,11 m/s. So wird beispielsweise die Rollreibung zunächst in oberirdischen Tests mit einem Küsten-Down-Test bestimmt. Anhand dieser Reibungsschätzung werden die Leistungsausgänge im Laufband und ergometer-Tests anhand verfügbarer Protokolle aus der Forschungsliteratur eingestellt. Bei Laufbandtests wird die Reibung mit einem Luftwiderstandstest bestimmt und die Leistung mit einem Riemenscheibensystem eingestellt. Für die Ergometertests wird ein computergesteuertes Ergometer verwendet, um die externe Leistung mit dem Oberlauftest abzugleichen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&#39;coast_down_test&#39; software</td>
			<td>University Medical Center Groningen</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ADA3 software</td>
			<td>University Medical Center Groningen</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angle sensor</td>
			<td>Mitutoyo</td>
			<td>Pro 360</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calibration weights (0-10kg in 1kg increments)</td>
			<td>University Medical Center Groningen</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drag test force sensor (20kg)</td>
			<td>AST</td>
			<td>KAP-E/Z</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extra wide treadmill</td>
			<td>Motek-forcelink</td>
			<td>14-890-0387</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IMU sensor set</td>
			<td>X-IO Technologies</td>
			<td>NGIMU</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inertial dummy</td>
			<td>Max Mobility</td>
			<td>Optipush</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lightweight rope</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lode Ergometry Manager</td>
			<td>Lode</td>
			<td>LEM 10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Measurement wheel</td>
			<td>Max Mobility</td>
			<td>Optipush</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulley system</td>
			<td>University Medical Center Groningen</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spirometer</td>
			<td>COSMED</td>
			<td>K-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stopwatch</td>
			<td>Oneplus</td>
			<td>6T</td>
			<td>Phone stopwatch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tachometer</td>
			<td>Checkline</td>
			<td>CDT-2000HD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Treadmill attachment for drag test</td>
			<td>University Medical Center Groningen</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Weights for pulley (0-2kg in 5g increments)</td>
			<td>University Medical Center Groningen</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wheelchair</td>
			<td>K&#252;sschall</td>
			<td>K-series</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wheelchair roller ergometer</td>
			<td>Lode</td>
			<td>Esseda</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

determining and controlling external power output during regular handrim wheelchair propulsion

Die Verwendung eines manuellen Rollstuhls ist für 1% der Weltbevölkerung von entscheidender Bedeutung. Die Forschung über die Mobilität mit menschlichem Antrieb ist erheblich ausgereift, was dazu geführt hat, dass in den letzten Jahrzehnten verbesserte Forschungstechniken verfügbar geworden sind. Um das Verständnis von Radmobilität, Überwachung, Schulung, Kompetenzerfassung und Optimierung der Rollstuhl-Benutzer-Oberfläche in Rehabilitation, Alltag und Sport zu verbessern, Analysen erforderlich sind. Ein entscheidender Schritt ist die genaue Messung und Standardisierung der externen Leistung (gemessen in Watt), die für die Interpretation und den Vergleich von Experimenten zur Verbesserung der Rehabilitationspraxis, der Aktivitäten des täglichen Lebens, und adaptiven Sportarten. Die verschiedenen Methoden und Vorteile einer genauen Leistungsbestimmung bei Obergrund-, Laufband- und Ergometertests werden ausführlich vorgestellt und diskutiert. Der Überbodenantrieb bietet den äußerlich gültigsten Modus zum Testen, aber die Standardisierung kann lästig sein. Der Laufbandantrieb ähnelt mechanisch dem Oberlaufantrieb, aber Das Drehen und Beschleunigen ist nicht möglich. Ein Ergometer ist am stärksten eingeschränkt und die Standardisierung ist relativ einfach. Ziel ist es, bewährte Verfahren und Standardisierung zu fördern, um die Weiterentwicklung der Theorie und ihrer Anwendung unter Forschungseinrichtungen und angewandten klinischen und Sportwissenschaften auf der ganzen Welt zu erleichtern.

Mit dem oben genannten Verfahren wurde die Leistung für 17 mitgemachte (zwei 30 min Übungssitzungen) körperbehinderte Teilnehmer mit einem oberirdischen Hin- und Her-Coast-Down-Test (Mittelwert von fünf Versuchen) ermittelt. Das Küstenprofil wurde durch ein Messrad in einem glatten Krankenhausflur charakterisiert. Anschließend wurden die Teilnehmer im Überlandkreis (25,0 x 9,0 m- und Laufband), Laufband (2,0 x 1,2 m) und Ergometer-Rollstuhlantrieb gemessen. Die Leistung im Laufband und die Ergometermodalitäten wurden mit den in diesem Dokument beschriebenen Protokollen mit dem oberirdischen Zustand abgeglichen.
Die Leistung wurde vom gleichen Messrad während drei Blöcken von 4 min Rollstuhlantrieb nach einem einlänglichen Block gleicher Länge erzielt. Nur die letzte Minute jedes Blocks wurde für die Analyse verwendet, unter der Annahme eines stationären Antriebs. Für die oberirdischen Antriebsdaten wurden nur die langen Geraden (25 m) verwendet. Alle Daten (Vor-)Verarbeitung wurde in Python 3.7 (Python Software Foundation) durchgeführt. DIE ICC-Schätzungen und ihre 95 %-Konfidenzintervalle wurden in R 3.3.4 (R Core Team) unter Verwendung eines Modells mit absoluter Übereinstimmung und Zufallseffekten berechnet.
Das mittlere Gesamtgewicht des Rollstuhlfahrersystems betrug 92,6 kg. Die durchschnittliche erwartete Leistung des Coast-Down-Tests betrug 9,7 W (ca. 1,6). Die vom Messrad berechnete Leistung war niedriger für überirdischen 8,1 W (ca. 1,4), Laufband 7,8 W (ca. 1,9) und Ergometer 8,7 W (ca. 2,2) Rollstuhlantrieb. Die durchschnittliche Differenz zwischen der Zielleistung und der gemessenen Leistung betrug -1,6 (-1,6), -1,8 (ca. 1,4), -1,0 (ca. 1,0) W für Über-, Laufband- und Ergometerantrieb. Diese Ergebnisse sind auch in Tabelle 1, Abbildung 5und Abbildung 6dargestellt.
Die Leistung für oberirdische Antriebe zeigte eine schlechte bis mäßige (ICC: 0,38, KI: 0,00-0,73) Übereinstimmung mit der Zielleistung. Im Gegensatz dazu zeigte der Laufbandantrieb eine schlechte Bis-Gut-Vereinbarung (ICC: 0,45, CI: 0,00-0,79) und der Ergometerantrieb zeigte sich schlecht bis ausgezeichnet (ICC: 0,77, CI: 0,11-0,93). Absoluter Fehler korrelierte negativ mit der Leistung für den Antrieb auf dem Ergometer (r = -0,55, p = 0,02), aber nicht für die beiden anderen Bedingungen (überirdisch: r = 0,47, p = 0,06; Laufband: r = 0,22, p = 0,40).
Die Vereinbarung zwischen den Bedingungen war schlecht bis mäßig (ICC: 0.49, CI: 0.20-0.74). Die Zuverlässigkeit innerhalb der Modalität (zwischen den drei 4 min Blöcken) war gut bis hervorragend für Denkmittel (ICC: 0,91, CI: 0,82-0,97) und Laufband (ICC: 0,97, CI: 0,93-0,99) Antrieb und mittel- bis hervorragend für Ergometerantrieb (ICC: 0,97, CI: 0,71-0,99). Das Ergometer schien im Laufe der Zeit schlechter zu funktionieren, was durch eine wiederholte Messung ANOVA (F(2, 32) = 64,7 , p < 0,01) bestätigt wurde, aber es gab keinen Zeiteffekt für den Übergrund (F(2, 32) = 0,9 , p = 0,418) und das Laufband (F(2, 32) = 0,9 , p = 0,402).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig1.jpg"> Abbildung 1: Leistungsbilanz für den manuellen Rollstuhlantrieb. P-Ausgang: externe Leistung (W); ME: Brutto-mechanische Effizienz (%); F: mittlere Widerstandskraft; V: mittlere Küstengeschwindigkeit; A: Arbeit pro Druck oder Zyklus (J); fr: Frequenz von Stößen oder Zyklen (1/s); Pint: interne Verluste (W); PLuft: aerodynamischer Widerstand (W); P-Rolle: Rollreibung (W); Pinkl.: Verluste aufgrund von Neigung (W). Diese Figur wird aus van der Woude et al.20nachgedruckt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig2.jpg"> Abbildung 2: Einrichtung des Laufbandes. Links: Riemenscheiben-Setup, um die externe Leistung auf einem Laufband während des Antriebs zu erhöhen. Rechts: Drag-Test-Setup, um die Reibungskräfte während des Rollband-Rollstuhlantriebs zu messen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig3a.jpg"> Abbildung 3: Protokoll-Einstellungsfenster für das Rollstuhlergometer. Die Leistung kann durch Die Wahl einer Leistung und einer Zielgeschwindigkeit oder einer Rollreibung und einer Zielgeschwindigkeit eingestellt werden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig4.jpg"> Abbildung 4: Rückmeldung auf das Rollstuhlergometer in Form eines Liniendiagramms. Die Geschwindigkeiten der linken und rechten Walze werden geplottet. Die Teilnehmer sollten versuchen, eine konstante Geschwindigkeit zu halten, während sie in einer geraden Linie gehen (durch Beibehaltung der Bildschirmlinie horizontal). Geschwindigkeitsdaten werden mit einem Schiebefenster geglättet, das in den Einstellungen geändert werden kann. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig5.jpg"> Abbildung 5: Relative und absolute Differenzverteilungen zwischen Coast-Down-Reibung und gemessener Leistung bei Obergrund (OG), Laufband (TM) und Ergometer (WE)-Rollstuhlantrieb. Die Schnurrhaare zeigen das 1,5-fache des Interquartilbereichs. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig6.jpg"> Abbildung 6: Bland-Altman-Plot für Coast-Down-Reibung und gemessene Leistung bei Obergrund (links), Laufband (Mitte) und Ergometer (rechts) Rollstuhlantrieb. Die dunkelgrau gepunkteten Linien geben den gepoolten Mittelwert für eine Kombination an, und die roten gepunkteten Linien sind der Mittelwert + 1,96 Standardabweichungen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig6alarge.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>Wert beidseitig (W)2
</td>
			<td>Differenz zum Ziel</td>
			<td>Differenz zum Ziel (%)</td>
			<td>Differenz zum Ziel (abs)</td>
			<td>Vereinbarung mit Ziel-PO (ICC)3
</td>
			<td>Zuverlässigkeit zwischen Blöcken (ICC)3
</td>
		</tr>
<tr>
<td>Ziel PO1
</td>
			<td>9,68 (€1,57)</td>
			<td>K.a</td>
			<td>K.a</td>
			<td>K.a.</td>
			<td>K.a</td>
			<td>K.a.</td>
		</tr>
<tr>
<td>Overground PO</td>
			<td>8,12 (€1,41)</td>
			<td>-1,56 (€1,57)</td>
			<td>-15,30 €(€ 13,70)</td>
			<td>1,72 (€1,57)</td>
			<td>0,38 (0,00 bis 0,73)*</td>
			<td>0,91 (0,82 bis 0,97)*</td>
		</tr>
<tr>
<td>Laufband PO</td>
			<td>7,84 (€1,92)</td>
			<td>-1,84 (€1,38)</td>
			<td>-18,98 (€13,42)</td>
			<td>1,91 (€1,16)</td>
			<td>0,45 (0,00 bis 0,79)*</td>
			<td>0,97 (0,93 bis 0,99)*</td>
		</tr>
<tr>
<td>Ergometer PO</td>
			<td>8,65 (€2,24)</td>
			<td>-1,02 (€0,97)</td>
			<td>-11,82 (€11,94)</td>
			<td>1,16 (€0,78)</td>
			<td>0,77 (0,11 bis 0,93)*</td>
			<td>0,97 (0,71 bis 0,99)*</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="7">1. Berechnet aus Deranlandereibung. 2. Mit Messrad bestimmt. 3. Zweiwegige, absolute Vereinbarung, feste Rater mit 95% Konfidenzintervallen. * p < 0,001.</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 1: Vergleich der eingestellten Leistung und der tatsächlichen Leistung, gemessen mit einem Messrad.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Faktoren</td>
			<td>Rollwiderstand</td>
		</tr>
<tr>
<td>Körpermasse</td>
			<td>€ €</td>
		</tr>
<tr>
<td>Rollstuhl-Masse</td>
			<td>€ €</td>
		</tr>
<tr>
<td>Reifendruck</td>
			<td>€ €</td>
		</tr>
<tr>
<td>Radgröße</td>
			<td>↓</td>
		</tr>
<tr>
<td>Härteboden</td>
			<td>€ €</td>
		</tr>
<tr>
<td>Camber-Winkel</td>
			<td>?</td>
		</tr>
<tr>
<td>Toe-in/out</td>
			<td>€</td>
		</tr>
<tr>
<td>Castor shimmy</td>
			<td>€ €</td>
		</tr>
<tr>
<td>Massenmittelpunkt auf Hinterrädern</td>
			<td>↓</td>
		</tr>
<tr>
<td>Faltrahmen</td>
			<td>€ €</td>
		</tr>
<tr>
<td>Wartung</td>
			<td>€ €</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabelle 2: Faktoren, die die Rollreibung und die Leistung beim manuellen Rollstuhlantrieb beeinflussen. Diese Tabelle ist nachgedruckt von van der Woude et al.8.
Ergänzendes Material 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement1.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei anzuzeigen (Rechtsklick zum Herunterladen).</a>
Ergänzendes Material 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement2.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei anzuzeigen (Rechtsklick zum Herunterladen).</a>
Ergänzendes Material 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement3.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei anzuzeigen (Rechtsklick zum Herunterladen).</a>
Ergänzendes Material 4. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement4.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei anzuzeigen (Rechtsklick zum Herunterladen).</a>
Ergänzendes Material 5. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement5.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei anzuzeigen (Rechtsklick zum Herunterladen).</a>
Ergänzendes Material 6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement6.zip" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um diese Datei anzuzeigen (Rechtsklick zum Herunterladen).</a>

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Determining and Controlling External Power Output During Regular Handrim Wheelchair Propulsion

Eine genaue und standardisierte Bewertung der externen Leistung ist entscheidend für die Bewertung physiologischer, biomechanischer und wahrgenommener Belastungen, Belastungen und Kapazitäten im manuellen Rollstuhlantrieb. Der aktuelle Artikel stellt verschiedene Methoden zur Bestimmung und Steuerung der Leistung während Rollstuhlantriebsstudien im Labor und darüber hinaus vor.

Bestimmung und Steuerung der externen Leistung während des regulären Handrim-Rollstuhlantriebs

The use of a manual wheelchair is critical to 1% of the world&#39;s population. Human powered wheeled mobility research has considerably matured, which ...

Die Steuerung und Meldung der Leistung ist für die gesamte Rollstuhlantriebsforschung unerlässlich. Diese Messtechniken ermöglichen die Messung und Abschätzung der Leistung, die wir dann auf den oberirdischen Rollstuhlantrieb anwenden können, aber auch für Messungen am Laufband oder am Ergometer. Rollstuhlantrieb ist eine anstrengende Aktivität mit einem hohen Risiko von Schulterverletzungen und Inaktivität, weshalb wir geeignete Forschungstechniken brauchen.Diese Methoden sind nicht nur für den täglichen Rollstuhlantrieb geeignet, sondern können auch für Rollstuhlsportarten oder während der Rehabilitation eingesetzt werden. Die Verfahren werden Marika Leving, eine der Post-Docs in unserem Team, und Rick de Klerk, einer der Doktoranden, demonstrieren. Um einen Coast-Down-Test durchzuführen, lassen Sie den Teilnehmer in einer aktiven Position so standardisiert wie möglich mit den Füßen auf der Fußstütze sitzen, Hände auf dem Schoß, und geradeaus schauen.Die Positionierung des Teilnehmers im Rollstuhl ist entscheidend und sollte die Position während der Messungen reflektieren. Um die Verzögerungsdaten mithilfe von IMUs aufzuzeichnen, befestigen Sie eine IMU an jeder Radnabe und eine an der Mitte des Stuhls unter dem Sitz. Notieren Sie sich, welche IMU wo und in welcher Ausrichtung für einen späteren Verweis angefügt ist, und verwenden Sie die ausführbare Datei NextGen IMU Synchronized Network Manager, um die IMUs einzuschalten und zu verbinden.Um die Zeit- und Geschwindigkeitsdaten zu erfassen, öffnen Sie die Registerkarte Werkzeuge, wählen Sie datenlogger aus, und klicken Sie auf Start. Beschleunigen Sie dann kurz den Rollstuhl auf eine hohe Geschwindigkeit und lassen Sie den Rollstuhl sofort unbeirrend zum Stillstand kommen, während die Zeit- und Geschwindigkeitsdaten aufgezeichnet werden. Öffnen Sie nach der letzten Analyse die Testsoftware auf dem Computer und legen Sie das Teilnehmergewicht fest.Wählen Sie Importdaten aus, um die Datendatei "Küste nach unten" zu importieren. Verwenden Sie den Schieberegler, um die Nachuntenabschnitte in den Daten auszuwählen, und klicken Sie nach jeder Datenauswahl auf die Aufnahmeauswahl. Wenn alle Daten ausgewählt wurden, klicken Sie auf Ergebnisse berechnen, und notieren Sie den mittleren Rollreibungs- und Rollreibungskoeffizienten.Um einen Ziehtest durchzuführen, schalten Sie mindestens 30 Minuten vor der Messung das Netzteil des Laufbandes ein und richten Sie den Drag-Test-Computer und den Kraftsensor ein. Klicken Sie in der Drag-Test-Computer-Software auf Power Table-Messungen und stellen Sie sicher, dass sich der Teilnehmer in der standardisierten aktiven Position auf dem Laufband befindet. Um den Versatz der Wägezelle zu messen, notieren Sie zuerst die Kraft ohne Seil.Klicken Sie am Ende der Messung auf OK. Verbinden Sie den Rollstuhl mit einem leichten Seil an den Kraftwandler, um sicherzustellen, dass die Wägezelle und das Seil horizontal mit der Hinterradachse des Rollstuhls ausgerichtet sind. Beschleunigen Sie den Gurt auf die gewünschte Geschwindigkeit und erhöhen Sie die Neigung des Laufbandes. Wenn die Position des Laufbandes und der Rollstuhlfahrer-Kombination stabil ist, erfassen Sie die Kraft und den Winkel.Verwenden Sie dann den Winkel und die Kraft, um eine lineare Regressionsgleichung anzupassen, und klicken Sie auf Akzeptieren und OK, um die Kraft im Nullwinkel des Laufbandes zu berechnen. Um die Steckdose einzustellen, subtrahieren Sie die Reibung des Widerstandstests von der Zielreibung, um das erforderliche Riemenscheibengewicht zu berechnen, und positionieren Sie die Riemenscheibe vor oder hinter dem Laufband, um sicherzustellen, dass die Riemenscheibe zentriert ist. Befestigen Sie die Riemenscheibe am Rollstuhl und stellen Sie sicher, dass das Seil eben ist.Informieren Sie den Teilnehmer, dass das Gewicht in der Riemenscheibe den Rollstuhl bewegen könnte und verwenden Sie einen Korb mit bekannter geringer Masse und einen Karabiner, um ein Gewicht von null bis einem Kilogramm am Riemenscheibensystem zu befestigen. Dann langsam erhöhen Sie das Gewicht nach Bedarf, bis die gewünschte Leistung erreicht ist. Schalten Sie das Ergometer mindestens 30 Minuten vor dem Testen ein, und öffnen Sie die zugehörige Software auf dem Computer, um die externe Leistung während des Ergometer-basierten Tests durchzuführen.Klicken Sie auf das Teilnehmer-Widget, und fügen Sie dem Teilnehmer eine ID hinzu und weisen Sie diese zu. Geben Sie das Körpergewicht des Teilnehmers ein, und klicken Sie auf OK. Klicken Sie auf das Rollstuhlsymbol, geben Sie die Rollstuhlspezifikationen ein und klicken Sie auf OK. Klicken Sie auf das Protokoll-Widget. Um ein benutzerdefiniertes Protokoll zu erstellen, wählen Sie Hinzufügen und benutzerdefiniertes Protokoll aus, und klicken Sie auf Weiter. Weisen Sie dem Protokoll einen entsprechenden Namen zu, und klicken Sie auf Erstellen.Um den Widerstand gegen den Reibungskoeffizienten des Küstentests festzulegen, wählen Sie Stufen aus und klicken Sie auf Stufe und Widerstand hinzufügen. Legen Sie den Widerstandskoeffizienten auf 0,01, die Zielgeschwindigkeit des Teilnehmers auf vier Kilometer pro Stunde und die Verwendung seramerung eisern auf 16 fest, und klicken Sie auf OK. Um den Teilnehmerbildschirm einzurichten, entfernen Sie alle Widgets aus dem Bildschirm, und klicken Sie auf Widget hinzufügen. Wählen Sie dann das Widget für Rollstuhlrichtung aus und ziehen Sie das Widget in das Hauptfenster.Verwenden Sie das Ausrichtsystem, um den Rollstuhl an den Rollen auszurichten, und verwenden Sie das Vier-Gürtel-System, um den Rollstuhl zu befestigen. Stellen Sie fest, dass die Räder das Ergometer nicht berühren und richtig ausgerichtet sind, und positionieren Sie den Teilnehmer in der standardisierten aktiven Position. Um das Ergometer in der zugehörigen Software zu kalibrieren, klicken Sie auf das Fadenkreuzsymbol und drücken Sie die Startkalibrierung.Um die interne Leistung beim Handrim-Rollstuhlantrieb abzuschätzen, schalten Sie das Spirometer mindestens 45 Minuten vor Kalibrierungen oder Tests ein. Verwenden Sie die zugehörige Software, um das Spirometer gemäß den Werksrichtlinien zu kalibrieren. Legen Sie die Spirometermaske auf den Teilnehmer.Stellen Sie die elastischen Bänder an der Kopfkappe ein, um eine enge Dichtung um das Gesicht zu schaffen, und befestigen Sie den Spirometerschlauch, damit er die Bewegung nicht beeinträchtigt. Drücken Sie dann das Testsymbol, um mit der Analyse zu beginnen. Wählen Sie neues Motiv auf dem Display des Spirometers aus.Wählen Sie für submaximale Übungstests den Atem-by-Atemmodus aus. Um mit der Aufnahme zu beginnen, drücken Sie die Aufnahmetaste. In dieser Analyse werden die relativen und absoluten Differenzverteilungen zwischen Küsten-Down-Reibung und gemessener Leistung bei Obergrund-, Laufband- und Ergometer-Rollstuhlantrieb enden, wobei eine insgesamt geringere Leistung für den Oberlandantrieb berechnet wird.Die Bland-Altman-Analyse für die Reibung an der Küste und die gemessene Leistung beim Oberboden-, Laufband- und Ergometer-Rollstuhlantrieb bestätigten diese Erkenntnisse. Bitte beachten Sie, dass die geschätzte Ausgangsleistung nur für die Position gilt, in der sich der Teilnehmer während der Kalibrierung befand, und in hohem Maße von der Oberfläche abhängig ist. Nach diesem Verfahren können wir Präzisions-Registrierungs- und Messräder verwenden, um die Kräfte auf der Schulter zu berechnen.Aufgrund dieser Techniken sind wir nun in der Lage, die Leistung zu überwachen und zu standardisieren, was die Zusammenarbeit erleichtert. Das Motiv sollte während eines der Tests keine lose oder baumelnde Kleidung tragen.

Research

Education

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JoVE Journal

Physics

Medicine

Unit 1

Current and Resistance

SCIENTISTS IN ACTION

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Dorsal Column Lenkbarkeit mit Dual Parallel Leads mit Dedicated Power Sources: ein Rechenmodell

In spinal cord stimulation (SCS), concordance of stimulation-induced paresthesia over painful body regions is a necessary condition for therapeutic ...

Forschung

Medizin

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Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

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Verfahren für Menschen V. saphena<em&gt; Ex-vivo-</em&gt; Perfusion und Außen Verstärkung

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