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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La preparazione di questo manoscritto è stata sostenuta finanziariamente da una sovvenzione di Samenwerkingsverband Noord-Nederland (OPSNN0109) ed è stata co-finanziata dal PPP-allowance dei migliori consorzi per la conoscenza e l'innovazione del Ministero degli Affari Economici.

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Nelle sezioni precedenti è stata presentata una metodologia accessibile per determinare e standardizzare la potenza di uscita per diverse modalità di laboratorio. Inoltre, è stato effettuato un confronto tra l'uscita di potenza impostata e la potenza misurata durante la propulsione a stato costante. Mentre era presente un errore sistematico e una certa variabilità, gli strumenti presentati sono migliori dell'alternativa: non standardizzare affatto. Questi risultati sono simili a un altro studio che ha riportato la potenza misurata e ha impostato la potenza di uscita50. Inoltre, l'accordo tra le condizioni era scarsamente moderato, indicando che occorre prestare maggiore attenzione quando si confrontano gli studi utilizzando modalità diverse. Come previsto, la condizione ergometrica presentava l'ambiente più semplice da standardizzare dal punto di vista dell'operatore. L'ergometro ha ottenuto prestazioni migliori nelle impostazioni ad alto attrito. I blocchi (3 x 4 min) all'interno di una modalità hanno mostrato un accordo da buono a eccellente e da moderato a eccellente. È interessante notare che l'ergometro ha ottenuto risultati peggiori nel tempo, probabilmente a causa della deriva del sensore. Pertanto, potrebbe essere prudente ricalibrare l'ergometro tra ogni blocco. Si noti che questi risultati sono per l'esercizio a basso livello di steady state e potrebbero differire per protocolli diversi.
Piccoli cambiamenti meccanici o ergonomici nella combinazione sedia a rotelle-utente possono avere un grande impatto sui risultati sperimentali12,51. La manutenzione dei materiali e la piena consapevolezza dei principi meccanici dei veicoli sono essenziali per i risultati prestazionali e la validità dell'esperimento. I meccanici del veicolo (ad esempio, massa, dimensioni delle ruote, tipo di pneumatico e pressione, allineamento) e vestibilità (ad esempio, posizione anteriore, centro di massa, massa, piano frontale) della combinazione sedia a rotelle-utente determineranno il rotolamento e la resistenza all'aria in combinazione con le condizioni ambientali. La massa e l'orientamento del centro di massa influenzeranno la resistenza rotante rispetto alle ruote posteriori più grandi e alle ruote di ricino più piccole davanti. Una sintesi dei fattori che influenzano l'attrito di rotolamento è presentata nella tabella 2. Inoltre, la sedia a rotelle è spesso individualizzata. Oltre alle condizioni di intervento (ad esempio, meccanica del veicolo o interfaccia) ad ogni prova, anche le condizioni della sedia a rotelle devono essere costanti e devono essere controllati i suoi meccanici, tra cui telaio, sedile e pneumatici. Gli pneumatici devono essere a pressione fissa sui test e tra gli individui. Punti di arrestoimportanti 52 sono possibili punti di attrito, posizione della ruota posteriore e potenziali cambiamenti nel tracciato della ruota36,53,54,55.
I test in superficie richiedono anche una tecnologia ambulante per ciascuno degli indicatori per il ceppo cardiopolmonare, la cinetica o i risultati cinetici. Questo può essere soddisfatto, ma la praticità delle misurazioni complesse è limitata in un ambiente non di ricerca. I test Coast-down sono specifici per la combinazione individuale sedia a rotelle-utente e superficie di rotolamento. Tuttavia, sono statici, quindi potrebbero non catturare tutte le caratteristiche della combinazione sedia a rotelle-utente56. Sono particolarmente sensibili ai cambiamenti nel centro di massa, che potrebbero spiegare le piccole differenze tra il test coast-down e la potenza misurata fuori terra. Queste limitazioni si trovano anche nel test di resistenza e nella calibrazione dell'ergometro, che assumono anche una posizione statica dell'utente della sedia a rotelle.
Il test di resistenza misura le forze resistenti di rotolamento e resistenza interna di ogni singola combinazione sedia a rotelle-utilizzatore. È chiaramente sensibile alla meccanica del veicolo della sedia a rotelle, ma anche alla posizione e all'orientamento del corpo dell'utente. Una procedura standardizzata è essenziale20,36, dove ad una velocità costante della cinghia, la combinazione utente-sedia a rotelle viene tirata sopra la cintura collegata a un trasduttore di forza calibrato unidimensionale sul telaio del tapis roulant ad una serie di angoli dipendenza( Figura 2 ). È necessario un adattatore per tapis roulant per celle di carico che possono essere regolate in base all'altezza dell'asse centrale della sedia a rotelle. L'utilizzo dell'analisi di regressione lineare fornisce una stima statica della forza di trascinamento media sulla cinghia del tapis roulant a un'inclinazione zero per una determinata combinazione utente-sedia a rotelle, che fornisce l'uscita di potenza esterna media con il prodotto della velocità della cinghia e della forza di trascinamento. Il test di resistenza è robusto per quanto riguarda le piccole differenze nell'esecuzione del test da parte di diversi operatori (ad esempio, la posizione della corda)37.
Anche se a volte assunto un test apparentemente semplice, ciascuno degli elementi di test del test di resistenza richiede la comprensione della teoria sottostante e la formazione su tutti i dettagli delle procedure8. Simile al test coast-down, questo test è particolarmente sensibile ai cambiamenti nel centro di massa. Inoltre, il comportamento e la sensibilità dei trasduttori di forza basati su misura di deformazione, la loro calibrazione coerente (cioè la precisione dei pesi di calibrazione, la sequenza di montaggio)20,36,37, così come una qualsiasi delle procedure della prova di resistenza che sono sensibili ai cambiamenti nella velocità o nell'angolo di inclinazione del tapis roulant devono essere tutti considerati. Ciò significa che il tapis roulant stesso deve essere controllato e calibrato anche37. La consapevolezza costante di tali fenomeni di generazione di rumore deve essere tracciata ed eseguita nella sperimentazione quotidiana.
La precisione delle simulazioni basate sull'output energetico e i loro risultati dipendono pienamente dalla standardizzazione, dalla pratica e dalla formazione di coloro che conducono gli esperimenti. La diversità di tapis roulant, ergometri o qualsiasi altro dispositivo a motore elettronicamente può essere un problema, come mostrato da De Groot et al.51. In cambio di dati basati sulla popolazione, si dovrebbe essere consapevoli del potenziale ruolo di tali differenze sui risultati dei test. In ogni esperimento sulla sedia a rotelle, deve essere presentata una spiegazione adeguata delle condizioni di prova e la presentazione aperta dei valori effettivi per la velocità, la resistenza e l'uscita di potenza per qualsiasi sottogruppo o condizione di misurazione.
Nella sperimentazione su sedia a rotelle, l'eterogeneità del campione di prova è difficile da sfuggire quando si concentra sugli utenti effettivi della sedia a rotelle. Tra questi, le persone con una lesione del midollo spinale sono più frequentemente oggetto di ricerca, perché tendono ad avere una lesione stabile del midollo spinale per il resto della loro vita. Livello di lesion, completezza, genere, età, talento e stato di formazione determinano l'eterogeneità di tali gruppi di studio57. Aumentare il numero di partecipanti attraverso la collaborazione multicentrica è un modo importante per aggirare questo e aumentare la potenza della sperimentazione57,anche nelle prime fasi della riabilitazione10. Si spera che questo documento sia un trampolino di lancio per un'ampia discussione sulla sperimentazione di sedie a rotelle nelle comunità sportive di riabilitazione e adattiva che, si spera, porti alla collaborazione internazionale e allo scambio di conoscenze attraverso le reti esistenti e nuove di ricercatori. La disponibilità di un'adeguata infrastruttura di test consente un monitoraggio e una valutazione costanti dei progressi compiuti nella riabilitazione clinica, negli sport adattivi e oltre.

Con una stima dell'1% della popolazione mondiale che dipende oggi dalla mobilità su ruote1,2, un flusso costante di lavoro di ricerca internazionale emerge sempre più in riviste internazionali peer-reviewed in diversi campi come la riabilitazione1,3, ingegneria4, e scienze dello sport5,6. Questo porta ad una crescente base di conoscenze e comprensione delle complessità di questo modo comune di ambulation umana. Tuttavia, per lo sviluppo e l'attuazione continui nelle pratiche sportive di riabilitazione e adattative, è necessario un ulteriore scambio internazionale e collaborazione nella ricerca. Integrale a tali reti collaborative è stata migliorata la standardizzazione delle procedure sperimentali e di misurazione e della tecnologia. Inoltre, l'attuazione coerente di un monitoraggio accurato delle prestazioni della combinazione sedia a rotelle in laboratorio e/o sul campo è importante per un funzionamento e una partecipazione individuali ottimali, mentre uno stile di vita sano e attivo viene mantenuto per tutta la durata dell'individuo7,8,9.
Sperimentalmente, la propulsione manuale della sedia a rotelle durante le condizioni di esercizio stabile o di picco10,11 è spesso avvicinata come movimento ciclico della parte superiore del corpo allo scopo di esaminare l'interfaccia12,13, carico muscolo-scheletrico14,15,16, e l'apprendimento motorio e l'acquisizione di abilità17,18. Le nozioni biomeccaniche e fisiologiche combinate dei movimenti ciclici permettono l'uso del "Power balance", un approccio di modellazione inizialmente introdotto da Van Ingen Schenau19 per il pattinaggio di velocità e il ciclismo, e successivamente introdotto nella mobilità manuale a ruote8,20,21. La figura 1 mostra un diagramma di bilanciamento dell'alimentazione per la propulsione manuale della sedia a rotelle. Si converge da una selezione di fattori critici che determinano le prestazioni per la combinazione sedia a rotelle-utente e i suoi tre componenti centrali (la sedia a rotelle, l'utente e la loro interfaccia), sul lato sinistro nel layout di denominatori di potenza (bio) meccanici e fisiologici ed equazioni.
La potenza di uscita è un parametro importante risultato nei contesti sportivi e di vita quotidiana in cui la potenza di picco può rappresentare sia un aumento delle prestazioni negli sport adattati che una facilità di funzionamento durante le attività nella vita quotidiana22. Inoltre, in combinazione con il consumo energetico può essere utilizzato per valutare le prestazioni in termini di efficienza meccanica lorda17,18,23 (cioè, dove un individuo più qualificato richiederebbe meno energia interna per produrre la stessa quantità di potenza esterna). Da un punto di vista sperimentale, l'output di potenza è un parametro che deve essere strettamente controllato durante un test, perché i cambiamenti nella potenza sono di influenza diretta su tutti i risultati delle prestazioni come il tempo di push, il tempo di recupero24e l'efficienza meccanica25. Di conseguenza, il controllo e la segnalazione della potenza sono essenziali per tutti gli studi relativi alla propulsione manuale della sedia a rotelle.
Il test overground è lo standard d'oro in termini di validità (ad esempio, inerzia, attrito dell'aria, flusso ottico e movimento dinamico)26, ma la standardizzazione della potenza esterna, velocità e condizioni ambientali associate è molto più difficile e la ripetibilità nel tempo ne risente. Gli studi relativi alle sedie a rotelle in superficie sono iniziati negli anni'60 27,28 e si sono concentrati sullo sforzo fisico della mobilità su ruote. Sebbene cruciali nell'interpretazione e nella comprensione dei dati8,20, le nozioni sulla potenza esterna si limitavano all'osservazione del costo metabolico interno quando svolgevano diverse attività su superfici diverse. Al giorno d'oggi, ruote di misura possono essere utilizzati per misurare la potenza29,30 e test coast-down31,32 possono essere eseguiti per dedurre le perdite di attrito durante la propulsione e quindi la potenza.
Diverse tecnologie basate su laboratorio sono state sviluppate per i test di esercizio specifici per sedia a rotelle33, che vanno da una moltitudine di ergometri a dimensioni diverse e marche di tapis roulant. I tapis roulant sono considerati più vicini ai test in superficie in termini di validità34 e sono stati utilizzati dagli anni '60 per i test di esercizio su sedia a rotelle35,36. Prima della prova, la pendenza e la velocità del tapis roulant devono essere controllate regolarmente. Anche tapis roulant della stessa marca e fare possono differire notevolmente e cambiare nel loro comportamento nel tempo37. Per la determinazione della potenza esterna, viene utilizzato un test di trascinamento20,36 per il totale della combinazione di rotolamento e forza di trascinamento interna38della singola combinazione sedia a rotelle. Anche il sensore di forza per il test di trascinamento deve essere periodicamente calibrato. Per l'individualizzazione sperimentale del protocollo in termini di carico esterno complessivo di ruote nel tempo e tra i soggetti, un sistema di puleggia (Figura 2) è stato progettato come alternativa per i precedenti gradienti dipendenti dalla pendenza di carico36.
Un'altra alternativa per i test standardizzati per l'esercizio della sedia a rotelle è stato l'uso di ergometri stazionari33, da semplici soluzioni ergometri che si dirigonoda 39 a i quali sono altamente specializzate l'ergometri su computer e gli equiloni stilizzati40. Pochissimi sono disponibili in commercio. L'enorme diversità nella tecnologia ergometrica e le caratteristiche meccaniche introduce grandi gradi sconosciuti di variabilità tra i risultati del test33. Gli ergometri e le sedie a rotelle devono essere collegati o intrinsecamente fusi per progettazione. L'attrito dell'aria non è presente e l'inerzia percepita è limitata all'inerzia simulata sulle ruote e al movimento sperimentato nel tronco, nella testa e nei bracci durante la propulsione, mentre l'utilizzatore della sedia a rotelle è essenzialmente fermo. L'ergometro consente sprint o test anaerobici, nonché test isometrici, se le ruote possono essere adeguatamente bloccate.
Viene presentata una metodologia di base per la ricerca manuale sulla mobilità su ruote negli studi di laboratorio. Inoltre, viene fornita una breve prospettiva sulla metodologia di ricerca sul campo sulle sedie a rotelle e sui suoi potenziali risultati. L'obiettivo centrale è il controllo e la misurazione della potenza esterna (W) sia in esperimenti sul campo che in quelli di laboratorio. Viene inoltre aggiunta la determinazione della potenza interna attraverso la spirometria, in quanto viene spesso utilizzata per determinare l'efficienza meccanica lorda. Oltre all'attuazione delle buone pratiche, l'obiettivo è quello di produrre discussioni sulla standardizzazione sperimentale e lo scambio internazionale di informazioni. Lo studio attuale si occuperà principalmente della propulsione a mano e della sua misurazione perché è la forma più importante di mobilità su ruote manuale nella letteratura scientifica. Tuttavia, le nozioni discusse di seguito sono ugualmente valide per altri meccanismi di propulsione per sedie a rotelle (ad esempio, leve, manovelle41).
Il protocollo attuale descrive la standardizzazione e la misurazione della potenza durante i test in superficie, tapis roulant e prove basati su ercemetro per sedie a rotelle durante la propulsione a stato costante a 1,11 m/s. Ad esempio, l'attrito di rotolamento sarà determinato prima nei test in superficie con un test coast-down. Utilizzando questa stima dell'attrito, le uscite di potenza saranno impostate nei test del tapis roulant e del ergometro utilizzando protocolli disponibili dalla letteratura di ricerca. Per i test sul tapis roulant, l'attrito sarà determinato con un test di trascinamento e l'uscita di potenza verrà regolata utilizzando un sistema di puleggia. Per i test ergometer viene utilizzato un ergometro controllato dal computer per abbinare la potenza esterna con il test in superficie.

<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

L'uso di una sedia a rotelle manuale è fondamentale per l'1% della popolazione mondiale. La ricerca sulla mobilità su ruote alimentata dall'uomo è notevolmente maturata, il che ha portato a migliorare le tecniche di ricerca disponibili negli ultimi decenni. Per aumentare la comprensione delle prestazioni di mobilità su ruote, monitoraggio, formazione, acquisizione di competenze e ottimizzazione dell'interfaccia utente sedia a rotelle nella riabilitazione, nella vita quotidiana e nello sport, un'ulteriore standardizzazione delle è necessaria un'analisi. Un trampolino di lancio cruciale è l'accurata misurazione e standardizzazione della potenza esterna (misurata in Watt), che è fondamentale per l'interpretazione e il confronto di esperimenti che mirano a migliorare la pratica riabilitativa, le attività della vita quotidiana, e sport adattivi. Le diverse metodologie e i vantaggi della determinazione accurata dell'uscita di potenza durante i test in superficie, tapis roulant e ergometri sono presentati e discussi in dettaglio. La propulsione overground fornisce la modalità più valida esternamente per i test, ma la standardizzazione può essere fastidiosa. La propulsione del tapis roulant è meccanicamente simile alla propulsione in superficie, ma non è possibile girare e accelerare. Un ergometro è il più vincolato e la standardizzazione è relativamente facile. L'obiettivo è quello di stimolare le buone pratiche e la standardizzazione per facilitare l'ulteriore sviluppo della teoria e la sua applicazione tra le strutture di ricerca e le scienze cliniche e sportive applicate in tutto il mondo.

Utilizzando la suddetta procedura, la potenza è stata determinata per 17 partecipanti familiari (due sessioni di pratica da 30 minuti) con un test di andata e ritorno in avanti (media di cinque prove). Il profilo coast-down è stato caratterizzato da una ruota di misura in un corridoio dell'ospedale liscio. Successivamente, i partecipanti sono stati misurati durante il circuito in superficie (25,0 x 9,0 m), il tapis roulant (2,0 x 1,2 m) e la propulsione su sedia a rotelle ergometro. L'uscita di potenza nelle modalità tapis roulant ed ergometro è stata abbinata alla condizione di superficie utilizzando i protocolli descritti in questo documento.
L'uscita di potenza è stata ottenuta dalla stessa ruota di misurazione durante tre blocchi di 4 min di propulsione su sedia a rotelle dopo un blocco di familiarizzazione di uguale lunghezza. Solo l'ultimo minuto di ogni blocco è stato utilizzato per l'analisi, assumendo una propulsione a stato costante. Per i dati di propulsione in superficie sono stati utilizzati solo i lunghi rettilinei (25 m). Tutti i dati (pre-)elaborazione sono stati eseguiti in Python 3.7 (Python Software Foundation). Le stime ICC e i loro intervalli di confidenza del 95% sono stati calcolati in R 3.3.4 (R Core Team), utilizzando un modello a rating singolo, accordo assoluto e effetti casuali.
Il peso medio combinato del sistema per l'uso della sedia a rotelle era di 92,6 kg. La potenza media prevista dal test coast-down è stata di 9,7 W (1,6). La potenza calcolata dalla ruota di misurazione è stata inferiore per la propulsione su carrozzeria in superficie 8,1 W (1,4), tapis roulant 7,8 W (1,9) e il ergometro di propulsione in carrozzeria da 8,2 W (2,2). La differenza media tra la potenza di potenza di destinazione e la potenza misurata è stata rispettivamente di -1,6 (1,6), -1,8 (1,4), -1,0 W per la propulsione in superficie, del tapis roulant e dell'ergometro. Questi risultati sono illustrati anche nella tabella 1, Figura 5e Figura 6.
La potenza della propulsione fuori terra ha mostrato un accordo povero-moderato (ICC: 0,38, CI: 0,00-0,73) con l'uscita obiettivo. Al contrario, la propulsione del tapis roulant ha mostrato un accordo povero-buono (ICC: 0,45, CI: 0,00-0,79) e la propulsione ergometrica ha mostrato un accordo da povero a eccellente (ICC: 0,77, CI: 0,11-0,93). L'errore assoluto è stato correlato negativamente con l'uscita di potenza per la propulsione sull'ergometro (r -0,55, p - 0,02), ma non per le altre due condizioni (overground: r : 0,47, p - 0,06; tapis roulant: r - 0,22, p - 0,40).
L'accordo tra le condizioni era scarsamente moderato (ICC: 0,49, CI: 0,20-0,74). L'affidabilità all'interno della modalità (tra i tre blocchi da 4 min) era buona per l'ottimità in superficie (ICC: 0,91, CI: 0,82-0,97) e tapis roulant (ICC: 0,97, CI: 0,93-0,99) propulsione e da moderato a eccellente per la propulsione ergometrica (ICC: 0,97, CI: 0,71-0,99). L'ergometro sembrava avere un rendimento peggiore nel tempo, che è stato confermato da un ripetuto propulsori ANOVA (F(2, 32) , 64,7 , p < 0,01), ma non c'era alcun effetto temporale per la messa a terra (F(2, 32) , 0,9 , p , 0,418) e tapis roulant (F(2, 32) , p , 0,402 propulsione.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig1.jpg"> Figura 1: Bilanciamento di potenza applicato alla propulsione manuale della sedia a rotelle. Pout: uscita esterna (W); ME: Efficienza meccanica lorda (%); F: forza di resistenza media; V: velocità di costeggiamento media; A: lavoro per push o ciclo (J); fr: frequenza di spinte o cicli (1/s); Pint: perdite interne (W); Paria: resistenza aerodinamica (W); PRoll: attrito di rotolamento (W); Pincl: perdite dovute all'inclinazione (W). Questa cifra è ristampata da van der Woude et al.20. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig1large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig2.jpg"> Figura 2: impostazione del tapis roulant. Sinistra: Configurazione della pulley per aumentare la potenza esterna su un tapis roulant durante la propulsione. A destra: Trascinare la configurazione del test per misurare le forze di attrito durante la propulsione della sedia a rotelle del tapis roulant. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig2large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig3a.jpg"> Figura 3: Finestra Delle impostazioni del protocollo per l'ergometro della sedia a rotelle. L'uscita di potenza può essere impostata scegliendo un'uscita di potenza e una velocità di destinazione o un attrito di rotolamento e una velocità di destinazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig3large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig4.jpg"> Figura 4: Feedback sull'ergometro della sedia a rotelle sotto forma di un grafico di linea. Le velocità del rullo sinistro e destro vengono tracciate. I partecipanti dovrebbero cercare di mantenere una velocità costante mentre vanno in linea retta (mantenendo la linea sullo schermo orizzontale). I dati di velocità vengono smussati con una finestra scorrevole che può essere modificata nelle impostazioni. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig4large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig5.jpg"> Figura 5: Distribuzioni di differenze relative e assolute tra attrito costiero e potenza misurata durante la propulsione in superficie (OG), tapis roulant (TM) ed ergometro (WE). I baffi mostrano 1,5 x la gamma interquartile. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig5large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60492/60492fig6.jpg"> Figura 6: Trama Bland-Altman per l'attrito coast-down e la potenza misurata durante la propulsione in superficie (a sinistra), tapis roulant (al centro) e ergometro (destra) propulsione su sedia a rotelle. Le linee tratteggiate grigio scuro indicano la media raggruppata per una combinazione e le linee tratteggiate rosse sono la media di 1,96 deviazioni standard. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/60492fig6alarge.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>Valore fronte/retro (W)2
</td>
			<td>Differenza con l'obiettivo</td>
			<td>Differenza con l'obiettivo (%)</td>
			<td>Differenza con il bersaglio (abs)</td>
			<td>Accordo con l'obiettivo PO (ICC)3
</td>
			<td>Affidabilità tra i blocchi (ICC)3
</td>
		</tr>
<tr>
<td>Ordine difornitore di destinazione 1
</td>
			<td>9,68 (1,57)</td>
			<td>N.a</td>
			<td>N.a</td>
			<td>N.a.</td>
			<td>N.a</td>
			<td>N.a.</td>
		</tr>
<tr>
<td>PO in superficie</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 (0,00-0,73)</td>
			<td>0,91 (0,82-0,97)</td>
		</tr>
<tr>
<td>TAPis roulant 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 (0,00-0,79)</td>
			<td>0,97 (0,93,0,99)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Po Ergometro</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 (0,11-0,93)</td>
			<td>0,97 (0,71-0,99)</td>
		</tr>
<tr>
<td colspan="7">1. Calcolato dall'attrito coast-down. 2. Determinato con ruota di misurazione. 3. Accordo assoluto a due vie, tassi fissi con intervalli di confidenza del 95%. p < 0.001.</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 1: Confronto tra potenza impostata e potenza effettiva misurata con una ruota di misurazione.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>Fattori</td>
			<td>Resistenza al rotolamento</td>
		</tr>
<tr>
<td>Massa corporea</td>
			<td>↑</td>
		</tr>
<tr>
<td>Massa di una sedia a rotelle</td>
			<td>↑</td>
		</tr>
<tr>
<td>Pressione degli pneumatici</td>
			<td>↑</td>
		</tr>
<tr>
<td>Dimensioni della ruota</td>
			<td>↓</td>
		</tr>
<tr>
<td>Pavimento di durezza</td>
			<td>↑</td>
		</tr>
<tr>
<td>Angolo Camber</td>
			<td>?</td>
		</tr>
<tr>
<td>Toe-in/out</td>
			<td>" " "</td>
		</tr>
<tr>
<td>Ricastolo</td>
			<td>↑</td>
		</tr>
<tr>
<td>Centro di massa sulle ruote posteriori</td>
			<td>↓</td>
		</tr>
<tr>
<td>Cornice pieghevole</td>
			<td>↑</td>
		</tr>
<tr>
<td>Manutenzione .</td>
			<td>↑</td>
		</tr>
</tbody></table>Tabella 2: Fattori che influenzano l'attrito di rotolamento e la potenza durante la propulsione manuale della sedia a rotelle. Questo tavolo è ristampato da van der Woude et al.8.
Materiale supplementare 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement1.zip" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare questo file (fare clic con il pulsante destro del mouse per scaricare).</a>
Materiale supplementare 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement2.zip" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare questo file (fare clic con il pulsante destro del mouse per scaricare).</a>
Materiale supplementare 3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60492/supplement3.zip" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare questo file (fare clic con il pulsante destro del mouse per scaricare).</a>
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Determining and Controlling External Power Output During Regular Handrim Wheelchair Propulsion

Una valutazione accurata e standardizzata della produzione di potenza esterna è fondamentale nella valutazione dello stress, della tensione e della capacità fisiologica, biomeccanica e percepita nella propulsione manuale della sedia a rotelle. L'articolo corrente presenta vari metodi per determinare e controllare la potenza durante gli studi di propulsione su sedia a rotelle in laboratorio e oltre.

Determinazione e controllo della potenza esterna durante la propulsione regolare della sedia a rotelle Handrim

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 ...

Il controllo e la segnalazione della potenza erogata è essenziale per tutte le ricerche sulla propulsione su sedia a rotelle. Queste tecniche di misurazione consentono la misurazione e la stima della potenza erogata che possiamo quindi applicare alla propulsione overground per sedie a rotelle ma anche alle misurazioni sul tapis roulant o sull'ergometro. La propulsione su sedia a rotelle è un'attività di sforzo con un alto rischio di lesioni alla spalla e inattività, motivo per cui abbiamo bisogno di tecniche di ricerca adeguate.Questi metodi non sono solo per la propulsione quotidiana su sedia a rotelle, ma possono anche essere utilizzati per gli sport su sedia a rotelle o durante la riabilitazione. A dimostrare le procedure saranno Marika Leving, una delle post-doc del nostro team, e Rick de Klerk, uno dei dottorandi. Per eseguire un test coast down, far sedere il partecipante in una posizione attiva il più standardizzata possibile con i piedi sul poggiao, le mani sul giro e guardando dritto avanti.Il posizionamento del partecipante sulla sedia a rotelle è fondamentale e dovrebbe riflettere la posizione durante le misurazioni. Per registrare i dati di decelerazione utilizzando le IMU, collegare un'IMU a ciascun mozzo ruota e una al centro della sedia sotto il sedile. Annotare l'IMU collegato dove e in quale orientamento per riferimento successivo e utilizzare l'eseguibile di Gestione reti sincronizzate IMU NextGen per attivare e connettere le IMU.Per raccogliere i dati relativi a tempo e velocità, aprire la scheda strumenti, selezionare il data logger e fare clic su Avvia. Quindi accelerare brevemente la sedia a rotelle ad alta velocità e lasciare immediatamente che la sedia a rotelle decelerati a un arresto completo senza interferenze durante la registrazione dei dati di tempo e velocità. Dopo l'ultima analisi, aprire il software di test coast down sul computer e impostare il peso del partecipante.Selezionare importa dati per importare il file di dati coast down. Usa il dispositivo di scorrimento per selezionare le sezioni della costa verso il basso nei dati, facendo clic su cattura selezione dopo ogni selezione di dati. Una volta selezionati tutti i dati, fare clic su calcola risultati e notare l'attrito medio di rotolamento e il coefficiente di attrito di rotolamento.Per eseguire un test di trascinamento, almeno 30 minuti prima della misurazione, accendere l'alimentatore del tapis roulant e impostare il computer di prova di trascinamento e il sensore di forza. Nel software del computer di prova di trascinamento, fare clic sulle misurazioni della power table e assicurarsi che il partecipante si trova sul tapis roulant nella posizione attiva standardizzata. Per misurare l'offset della cella di carico, registrare prima la forza senza corda attaccata.Al termine della misurazione, fare clic su OK. Collegare la sedia a rotelle al trasduttore di forza con una corda leggera garantendo che la cella di carico e la corda siano allineate orizzontalmente con l'asse della ruota posteriore della sedia a rotelle. Accelerare la cinghia alla velocità desiderata e aumentare l'inclinazione del tapis roulant. Quando la posizione della combinazione di tapis roulant e sedia a rotelle è stabile, registrare la forza e l'angolo.Quindi usa l'angolo e la forza per adattare un'equazione di regressione lineare e fai clic su accetta e OK per calcolare la forza con l'angolo zero del tapis roulant. Per impostare la presa di corrente, sottrarre l'attrito del test di trascinamento dall'attrito del bersaglio per calcolare il peso della puleggia richiesto e posizionare la puleggia davanti o dietro il tapis roulant assicurandosi che la puleggia sia centrata. Attaccare la puleggia alla sedia a rotelle e assicurarsi che la corda sia livellata.Informare il partecipante che il peso nella puleggia potrebbe spostare la sedia a rotelle e utilizzare un cesto di massa bassa nota e un moschettone per attaccare uno zero a un chilogrammo di peso al sistema di pulegge. Quindi aumentare lentamente il peso se necessario fino a raggiungere l'uscita di potenza desiderata. Per l'uscita di potenza esterna durante il test basato sull'ergometro, accendere l'ergometro almeno 30 minuti prima del test e aprire il software associato sul computer.Fare clic sul widget partecipante e aggiungere e assegnare al partecipante un ID.Immettere il peso corporeo del partecipante e fare clic su OK. Fare clic sull'icona della sedia a rotelle, immettere le specifiche della sedia a rotelle e fare clic su OK. Fare clic sul widget del protocollo. Per creare un protocollo personalizzato, selezionare Aggiungi e protocollo personalizzato e fare clic su Avanti. Assegnare al protocollo un nome appropriato e fare clic su Crea.Per impostare la resistenza al coefficiente di attrito ottenuto dal test coast down, selezionare le fasi e fare clic su aggiungi stadio e resistenza. Impostare il coefficiente di resistenza su 0,01, la velocità di destinazione del partecipante su quattro chilometri all'ora e la durata fissa dell'utilizzo su 16 e fare clic su OK. Per configurare la schermata dei partecipanti, rimuovere tutti i widget dallo schermo e fare clic su Aggiungi widget. Quindi selezionare il widget di direzione della sedia a rotelle e trascinare il widget nella finestra principale.Utilizzare il sistema di allineamento per allineare la sedia a rotelle sui rulli e utilizzare il sistema a quattro cinghie per fissare la sedia a rotelle. Verificare che le ruote non tocchino l'ergometro e siano correttamente allineate e posizionare il partecipante nella posizione attiva standardizzata. Per calibrare l'ergometro nel software associato, fare clic sull'icona del mirino e premere avvia calibrazione.Per stimare l'uscita di potenza interna durante la propulsione su sedia a rotelle handrim, accendere lo spirometro almeno 45 minuti prima di eventuali calibrazioni o test. Utilizzare il software associato per calibrare lo spirometro in base alle linee guida di fabbrica. Posizionare la maschera dello spirometro sul partecipante.Regolare le fasce elastiche sul cappuccio della testa per creare una tenuta stretta intorno al viso e fissare il tubo dello spirometro in modo che non interferisca con il movimento. Quindi premere l'icona del test per iniziare l'analisi. Selezionare un nuovo soggetto sul display dello spirometro.Per i test di esercizio submasomale, selezionare la modalità respiro per respiro. Per avviare la registrazione, premere il tasto di registrazione. In questa analisi, le distribuzioni delle differenze relative e assolute tra l'attrito coast down e la potenza misurata durante la propulsione overground, tapis roulant ed ergometro per sedie a rotelle sono determinate con una potenza complessiva inferiore calcolata per la propulsione overground.L'analisi di Bland-Altman per l'attrito coast down e la potenza misurata durante la propulsione overground, tapis roulant ed ergometro su sedia a rotelle ha confermato questi risultati. Si ricorda che l'uscita di potenza stimata è valida solo per la posizione in cui si trovava il partecipante durante la calibrazione ed è fortemente dipendente dalla superficie. Dopo questa procedura, possiamo utilizzare ruote di registrazione e misurazione di precisione per calcolare le forze sulla spalla.Grazie a queste tecniche, siamo ora in grado di monitorare e standardizzare la potenza erogata, il che semplifica la collaborazione. Il soggetto non deve indossare abiti sciolti o penzoloni durante nessuno dei test.

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