Comparación de dos principios de diseño de órtesis de tobillo no actuadas para asistir en la fase de propulsión: un estudio de caso

Abstract

[Resumen] La propulsión que ejerce el tobillo es esencial para la ejecuci´on de una marcha humana eficiente. En los últimos años, se han venido aplicando diversos principios de funcionamiento a las ortesis de tobillo y pie (AFO), con el fin de mejorar el trabajo de los músculos flexores plantares y lograr así una propulsión adecuada durante la marcha. Es difícil comparar la ejecución y eficacia de los diferentes diseños debido a que los investigadores no siguen un conjunto estandarizado de criterios y procedimientos comunes. Esto lleva a la realización de una amplia gama de pruebas, con variaciones en factores importantes como la velocidad de marcha y la asistencia proporcionada, lo que afecta en gran medida a la cinemática y la cinética de los usuarios. Este trabajo está enfocado a comprender las posibilidades y los potenciales beneficios de dos importantes principios de diseño para asistir la propulsión del tobillo con una AFO no actuada. Para ello, presentamos y evaluamos dos prototipos de AFO con resorte paralelo al tendón de Aquiles, basados en: (i) un resorte de compresión lineal, y (ii) una transmisión no lineal y personalizada de leva con resorte de ballesta. Se presentan los efectos de ambas AFOs para un estudio de caso con un usuario sano usando ambos prototipos a dos velocidades de marcha bajo las mismas condiciones experimentales. Se encontraron grandes reducciones en la actividad muscular cuando el usuario recibió asistencia, y la cinemática del tobillo estuvo influenciada por los diferentes principios de dicha asistencia. Este estudio de caso fue pensado como un primer intento para proporcionar información sobre cómo dos principios prometedores pueden asistir de forma pasiva la propulsión de tobillo durante la marcha.

[Abstract] Ankle propulsion is essential for efficient human walking. In recent years, several working principles have been investigated and applied to ankle-foot orthoses (AFOs) to enhance the work of the plantarflexor muscles and achieve proper propulsion during gait. Comparing the performance and effectiveness of different designs is difficult because researchers do not have a standardized set of criteria and procedures to follow. This leads to a wide range of tests being conducted, with variations in important factors such as walking speed and assistance provided, which greatly affect users’ kinematics and kinetics. In this work, we try to better understand the possibilities and potential benefits of two of the most important design principles for supporting ankle propulsion with unpowered AFOs. To do so, we present and evaluate two AFO prototypes with springs parallel to the Achilles tendon based on: (i) a linear compression spring, and (ii) a customized leaf spring-cam transmission with a nonlinear ankle torque–angle curve. The effects of both AFOs are reported for a case study with one healthy user using both prototypes at two walking speeds under the same experimental conditions. Large reductions in muscular activity were found when the user received assistance, and ankle kinematics were influenced by the different assistance principles. This case study was intended as a first attempt to provide insights on how two promising principles can passively support push-off during gait.