Bisakah airbag mencegah cedera ACL? Menguji teknologi hemat lutut di lab

Oleh Bhavy Metakar, Exoskeleton Hippos Incorporated

Perkenalan

Cedera ligamen anterior (ACL) adalah salah satu ancaman paling serius bagi atlet. Di Hippos Exoskeleton Incorporated, kami sedang mengembangkan penjepit lutut adaptif pintar pertama di dunia – perangkat yang dapat dipakai yang dirancang untuk mengurangi kemungkinan cedera ini. Inti dari prototipe kami adalah sistem airbag berkecepatan tinggi yang mengembang selama gerakan kritis untuk menstabilkan lutut.

Untuk menguji desain kami, kami melakukan eksperimen penangkapan gerak dengan atlet yang melompat dari platform dan mendarat dengan satu kaki. Tujuan kami adalah untuk menyelidiki bagaimana berbagai konfigurasi airbag mempengaruhi Cahaya sudut dari lutut – faktor kunci yang terkait dengan risiko cedera ACL.

Memahami sudut valgus

Penculikan lutut valgus adalah kontributor yang signifikan terhadap penyebab cedera ACL, di samping hiperekstensi dan rotasi tibialis [3]. Gerakan Penculikan Valgus (atau “Knock-Lute”) meningkatkan ketegangan pada ACL selama aktivitas berdampak tinggi seperti melompat. Kami mendefinisikan Cahaya sudut sebagai sudut antara tulang paha dan tibia pada pesawat yang sejajar dengan garis singgung patella. Sudut yang lebih tinggi (lebih dekat ke 180 °) berarti lutut lebih lurus dan di bawah ketegangan lebih sedikit (Gambar 1).

Desain airbag kami

Kami menguji tiga konfigurasi airbag berpemilik:

• Airbag 1: Mendukung fossa popliteal (belakang lutut) hanya seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
• Airbag 2: Mendukung fossa popliteal dan baik pangkalan dan puncak patella seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
• Airbag 3: Desain sampul silinder.

Pengaturan Eksperimental

Kami merekrut 17 atlet dan menggunakan sistem penangkapan gerak in-house kuda nil exoskeleton dan alat pengujian tekanan tinggi (HPTA) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.

Sistem penangkapan gerak in-house kami menggunakan visi komputer dan pelacakan aliran optik untuk melacak penanda putih yang ditempatkan pada setiap atlet seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4. Setiap atlet melakukan lompatan yang sama dalam tiga kondisi berbeda:

1. Tidak mengenakan airbag
2. Mengenakan setiap airbag tanpa inflasi
3. Mengenakan setiap airbag yang meningkat

Hasil utama

Perubahan mentah dalam sudut valgus

Perubahan negatif maksimum (yaitu, lutut “caving in”) diukur di semua konfigurasi:

Konfigurasi	Perubahan sudut valgus (°)
Airbag 1 tidak terflasi	−4.4 °
Airbag 1 meningkat	−2.0 °
Airbag 2 tidak terflasi	−6.1 °
Airbag 2 meningkat	−1.95 °
Airbag 3 tidak terpadamkan	−3.2 °
Airbag 3 meningkat	−1.6 °

Kemanjuran

Kami mendefinisikan kemanjuran sebagai pengurangan persentase dalam deviasi valgus antara keadaan yang tidak terflasi dan meningkat:

• Airbag 1: 54,5%
• Airbag 2: 68,0%
• Airbag 3: 50,0%

Plot sudut valgus dengan airbag yang berbeda dalam kondisi yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 5 – 10. Hasil berikut dari Gambar 5 – 10 menunjukkan perubahan sudut lutut valgus dengan desain airbag yang berbeda sambil melompat dari platform dan mendarat pada satu kaki. Nilai sumbu y positif mewakili pelurusan sendi lutut, yang mengurangi risiko cedera karena ketegangan ligamen lutut berkurang saat sendi lutut diluruskan [5]. Nilai sumbu y negatif mewakili penculikan valgus sendi lutut yang meningkatkan risiko cedera karena saat lutut membungkuk, itu meningkatkan ketegangan ligamen lutut [6].

Analisis komparatif

Beberapa pengamatan utama:

• Airbag 2ketika meningkat, menunjukkan kemanjuran tertinggi dan paling konsisten dalam mengurangi valgus lutut.
• Airbag 3sementara bermanfaat tidak terpapar, menjadi kurang efektif ketika meningkat karena keterbatasan tekanan.
• Semua airbag yang meningkat mengungguli rekan -rekan mereka yang tidak terflasi.
• Airbag 1 dan 2 yang tidak terinflasi sangat mirip dengan kondisi “tidak ada airbag”, menunjukkan sebagian besar efek perlindungan datang selama inflasi.

Kesimpulan

Airbag 2, yang mendukung Patella dan bagian belakang lutut, menunjukkan kemanjuran terbesar dalam mengurangi gerakan valgus berisiko – rata -rata pengurangan 68%. Ini juga menghasilkan hasil yang paling konsisten di semua peserta.

Pengujian ini memvalidasi arah desain kami. Iterasi di masa depan akan mengeksplorasi algoritma kontrol tekanan, integrasi sensor, dan faktor bentuk kompak untuk meningkatkan respons real-time.

Airbag mungkin tidak hanya untuk mobil lagi.

Pekerjaan di masa depan

Karena terbukti dari data yang dikumpulkan dalam Gambar 5 – 10, ada ukuran sampel yang berbeda (dan kecil) untuk setiap airbag dalam kondisi yang berbeda. Untuk validasi yang lebih ketat, perlu untuk mengulangi metodologi pengujian yang dijelaskan pada skala yang lebih besar sehingga ukuran sampel yang signifikan secara statistik diambil untuk setiap desain airbag dalam kondisi yang berbeda.

Ucapan Terima Kasih

Studi ini tidak akan mungkin terjadi tanpa kontribusi Tamanna Shah, dan peserta atlet kami yang luar biasa: Abdullah Mohammad, Hameem Islam, Kyoka Costantini, Anastasiia Tymko, Shreeya Agarwal, Saanvi Bajaj, Zion Darko, Pratyaksh Gulivi, Pratyaksh Guamiz, Long, Xiyangi Tan, Beatriz Vicario Santos, Kristian Olsen, Lilia Michaut, Oli Sharratt, dan Levine Salim.

Referensi

1. Teachmesurgery: patah patella
2. Kenhub: Fossa popliteal
3. Hewtt et al., Jurnal Penelitian Ortopedi2016
4. Centeno, “Bisakah Anda mengobati lutut valgus tanpa operasi?”, Blog Regenexx, 2024
5. Markolf et al., Jurnal Penelitian Ortopedi1995
6. Irlandia, “Cedera ACL pada atlet wanita,” Jurnal Pelatihan Atletik1999