Os airbags podem impedir lesões no LCA? Testando tecnologia de economia de joelhos no laboratório

Por Bhavy Metakar, Hippos ExoSkeleton Integrated

Introdução

As lesões do ligamento cruzado anterior (ACL) estão entre as ameaças mais sérias aos atletas. Na Hippos ExoSkeleton Integrated, estamos desenvolvendo o primeiro cinto de joelho adaptativo inteligente do mundo – um dispositivo vestível projetado para reduzir a probabilidade dessas lesões. Central para o nosso protótipo é um sistema de airbag de alta velocidade que infla durante os movimentos críticos para estabilizar o joelho.

Para testar nossos projetos, realizamos um experimento de captura de movimento com atletas pulando de uma plataforma e aterrissando em um pé. Nosso objetivo period investigar como várias configurações de airbag influenciam o ângulo de valgo do joelho – um fator -chave ligado ao risco de lesão no LCA.

Compreendendo o ângulo do valgo

O seqüestro de Valgus do joelho é um contribuinte significativo para a causa de uma lesão no LCA, juntamente com hiperextensão e rotação tibial [3]. O seqüestro de Valgus (ou movimento “Knock-Knee”) aumenta a tensão na ACL durante atividades de alto impacto, como salto. Nós definimos o ângulo de valgo como o ângulo entre o fêmur e a tíbia em um plano paralelo à tangente da patela. Um ângulo mais alto (mais próximo de 180 °) significa que o joelho é mais reto e sob menor tensão (Figura 1).

Nossos desenhos de airbag

Testamos três configurações proprietárias de airbag:

• Airbag 1: Suporta a fossa poplítea (traseira do joelho) apenas como mostrado na Figura 2.
• Airbag 2: Suporta a fossa poplítea e a base e o ápice da patela, como mostrado na Figura 2.
• Airbag 3: Um design de envolvente cilíndrico.

Configuração experimental

Recrutamos 17 atletas e usamos o sistema de captura de movimento interno do exoesqueleto do Hippos e o aparelho de teste de alta pressão (HPTA), como mostra a Figura 3.

Nosso sistema interno de captura de movimento usou a visão computacional e o rastreamento de fluxo óptico para rastrear marcadores brancos que foram colocados em cada atleta, como mostra a Figura 4. Cada atleta realizou o mesmo salto em três condições diferentes:

1. Não usando o airbag
2. Vestindo cada airbag não inflado
3. Vestindo cada airbag inflado

Resultados -chave

Mudança bruta no ângulo de valgo

A mudança negativa máxima (ou seja, o joelho “ceder”) foi medido em todas as configurações:

Eficácia

Definimos eficácia como a redução percentual no desvio de valgo entre estados não inflados e inflados:

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

Os gráficos do ângulo de valgo com diferentes airbags em diferentes condições são mostrados nas Figuras 5 – 10. Os seguintes resultados das Figuras 5 – 10 mostram a mudança no ângulo do Valgo do joelho com diferentes projetos de airbag enquanto pula uma plataforma e aterrissam em um pé. Os valores positivos do eixo y representam o endireitamento da articulação do joelho, o que diminui o risco de lesão, porque a tensão dos ligamentos do joelho diminui à medida que a articulação do joelho endireita [5]. Os valores negativos do eixo y representam o seqüestro de valgo da articulação do joelho, o que aumenta o risco de lesão porque, à medida que o joelho se dobra, aumenta a tensão dos ligamentos do joelho [6].

Análise comparativa

Algumas observações importantes:

• Airbag 2quando inflado, mostrou a eficácia mais alta e consistente na redução do valgo do joelho.
• Airbag 3embora não inflado, tornou -se menos eficaz quando inflado devido a limitações de pressão.
• Todos os airbags inflados superaram suas contrapartes não infladas.
• Os airbags não inflados 1 e 2 se assemelhavam à condição “sem airbag”, sugerindo que a maior parte do efeito protetor ocorre durante a inflação.

Conclusão

O Airbag 2, que suporta a patela e a parte de trás do joelho, demonstrou a maior eficácia na redução do movimento de risco de Valgus – redução de 68% em média. Também produziu os resultados mais consistentes em todos os participantes.

Este teste valida nossa direção de design. As iterações futuras explorarão os algoritmos de controle de pressão, integração de sensores e fatores de forma compactos para aumentar a capacidade de resposta em tempo actual.

Os airbags podem não ser mais apenas para carros.

Trabalho futuro

Como é evidente nos dados coletados nas Figuras 5 – 10, havia um tamanho de amostra diferente (e pequeno) para cada airbag em diferentes condições. Para uma validação mais rigorosa, seria necessário repetir a metodologia de teste descrita em uma escala maior, para que um tamanho de amostra estatisticamente significativo seja obtido para cada projeto de airbag em diferentes condições.

Agradecimentos

This examine wouldn’t have been doable with out the contributions of Tamanna Shah, and our unimaginable athlete individuals: Abdullah Mohammad, Hameem Islam, Kyoka Costantini, Anastasiia Tymko, Shreeya Agarwal, Saanvi Bajaj, Zion Darko, Pratyaksh Gupta, Akhilesh Sivananthan, Bhairav ​​Shankar, Oli Lengthy, Xiyangi Tan, Beatriz Vicario Santos, Kristian Olsen, Lilia Michaut, Oli Sharratt e Levine Salim.

Referências

1. TeachMesurery: Fratura da patela
2. Kenhub: Fossa poplítea
3. Hewett et al., Jornal de Pesquisa Ortopédica2016
4. Centeno, “Você pode tratar um joelho Valgus sem cirurgia?”, Regenexx Weblog, 2024
5. Markolf et al., Jornal de Pesquisa Ortopédica1995
6. Irlanda, “Lesão no LCA em atletas do sexo feminino”. Jornal de Treinamento Atlético1999