بررسي اثر وسيله كمكي قابل پوشيدن در كاهش نيروهاي عضلات اركتور اسپاين در كارهاي مربوط به نگه داشتن بار با استفاده از مدل‌سازي بيومكانيكي و داده‌برداري EMG

Investigation on a developed Wearable Assistive Device (WAD) on decreasing lumbar muscles activity during static holding tasks; EMG analysis and biomechanical modeling

چكيده بيماري‌هاي مربوط به كمر درد از رايج‌ترين بيماري‌هاي اسكلتي- عضلاني هستند؛ به طوري كه سالانه ميلياردها دلار صرف درمان اين بيماري مي‌شود. استراتژي‌هاي جلوگيري از كمر درد شامل آموزش بلند كردن بار به طور صحيح، طراحي ارگونوميكي ابزار، اتوماسيون صنعتي و ... وجود داشته‌اند. در سال‌هاي اخير وسايل كمكي پوشيدني قابل نصب بر روي بدن براي جلوگيري از كمر درد نيز مورد استفاده قرار گرفته‌اند، كه به طور قابل توجهي نيروهاي مورد نياز براي عضلات Erector spinae (ES) را كاهش داده‌اند. در اين مطالعه با بررسي نواقص موجود در وسيله كمكي قابل نصب بر روي بدن، يك وسيله كمكي قابل پوشيدن (Wearable assistive device يا WAD) بهبود و ساخته شد. گشتاورهاي وارد بر كمر با استفاده از مدل‌سازي در دو حالت با و بدون استفاده از وسيله كمكي به دست آمدند. همچنين نيروهاي فشاري و برشي وارد بر كمر و سطح فعاليت عضلات با استفاده از نرم‌افزار Anybody در دو حالت به دست آمدند. براي صحه‌گذاري از Electromyography عضلات استفاده شد. EMG نرمال شده عضلات راست و چپ Erector spinae كمري و Thoracic (قفسه سينه‌اي)، Latissimus dorsi، External oblique، Internal oblique و Rectus abdominus در زواياي Flexion (خم شدن به سمت جلو) 0، 30 و 60 درجه و نگه‌ داشتن سه بار (0، 5 و 15 كيلوگرم) تحت دو شرايط با استفاده از وسيله كمكي و بدون استفاده از آن، مقايسه شدند. نتايج نشان دادند كه گشتاورهاي وارد بر كمر، با استفاده از وسيله كمكي 23-15 درصد كاهش يافتند. نتايج حاصل از مدل Anybody نشان داد كه نيروهاي فشاري و برشي با استفاده از وسيله كمكي به ترتيب 24 درصد و 29 درصد كاهش يافتند. همچنين فعاليت عضلاني با استفاده از اين مدل 26-18 درصد كاهش يافتند. نتايج حاصل از الكترومايوگرافي نشان داد كه با استفاده از اين وسيله كمكي، فعاليت عضلات راست و چپ Erector spinae كمري و Thoracic و Latissimus dorsi به ترتيب 9/21 درصد، 4/20 درصد، 6/23 درصد، 4/20 درصد، 7/23 درصد و 7/16 درصد كاهش يافت، كه اين كاهش‌ها معني‌دار بودند. فعاليت عضلات Rectus abdominus با استفاده از اين وسيله كمكي 10 درصد افزايش يافت. كليد واژه‌ها: وسيله كمكي قابل پوشيدن، گشتاور وارد بر كمر، فعاليت عضلاني، مدل‌سازي، الكترومايوگرافي.

Abstract One of the most common diseases associated with musculo-skeletal ailment is low back pain which is epidemic among general public. If manual tasks are performed inappropriately by workers at workplaces, it may cause back pain in the lumbar spine. In recent years, a variety of assistive devices has been presented and used to utilize a passive force generator which has been effective in decreasing lumbar moments and the force requirements by Erector Spinae muscles. In forward flexion, trunk muscles balance the weight of upper body and external loads. Regarding to small moment arm of these muscle, they create great forces that may lead to high intradiscal pressure and cause disc injury. The aim of this paper is to present a new Wearable Assistive Device that decreases trunk muscle activity during static holding task. The performance of this device is simulated biomechanically with link-segment model. Using ANYBODY software, compressive and shearing forces and also muscle activity of Lumbar were determined. To validate the results, electromyography (EMG) of muscles of fifteen male participated in the study was analyzed. Results of link-segment model indicated that there was a reduction in the Lumbar moment by 15- 23% using WAD. Moreover ANYBODY model demonstrated that compressive and shearing forces decreased by 24% and 29% respectively in average and muscle activities decreased by 18-25%, too. Statistical analysis demonstrated that normalized electromyography of right and left Lumbar, Thoracic Erector Spinae and Latissimus Dorsi muscles significantly decreased (P < 0.05) by 21.9%, 20.4%, 23.6%, 20.4%, 23.7%, and 16.7% respectively and electromyography of right and left External Oblique, Internal Oblique and Rectus Abdominus muscles had significant change (P < 0.05). Keywords: Wearable assistive device (WAD), lumbar moments, Muscle activity, biomechanical model, EMG.