ASUMSI PENELITIAN HUMAN GAIT

commit to user I-4 dimana untuk bidang miring dengan kemiringan 20 tidak diujikan karena spesifikasi kemiringan bidang disesuaikan dengan desain prosthetic yang digunakan dalam penelitian dimana maksimal gerakan plantarflexion dan dorsiflexion pada bagian ankle sebesar 17 . 5. Penelitian gerak berjalan amputee, dilakukan dengan menggunakan bantuan harness dan parallel bar handraill sebagai peralatan keselamatan ketika berjalan pada bidang miring. 6. Pengukuran gerak berjalan amputee, dilakukan tanpa adanya beban tambahan. 7. Kajian gerakan jalan dilakukan pada bidang sagital dari bidang tubuh manusia. 8. Model perhitungan gait dynamic yang dikembangkan pada penelitian ini adalah Lagrange. 9. Karakteristik gait yang diamati hanya berdasarkan data kuantitatif dari hasil perhitungan model matematis yang dikembangkan dalam penelitian.

1.6 ASUMSI PENELITIAN

Asumsi-asumsi yang digunakan pada penelitian, sebagai berikut: 1. Gaya gesek antara kaki dengan landasan bidang miring mempunyai pengaruh yang tidak signifikan terhadap aktivitas berjalan tidak menimbulkan slip, sehingga tidak diperhitungankan dalam pengukuran external work, komponen gaya dan torsi. 2. Pegas pada komponen ankle joint prosthetic mempunyai dimensi dan massa yang relatif kecil, sehingga gaya pegas pada ankle joint prosthetic dianggap tidak mempengaruhi keseluruhan gaya yang dibutuhkan ketika berjalan. 3. Gaya berat segmen tubuh terjadi pada center of mass COM. 4. Anggota upper body kepala, leher, tangan, dan batang tubuh pengguna prosthetic dianggap sebagai satu kesatuan beban. 5. Sudut yang terbentuk pada bagian hip joint diasumsikan bernilai konstan 90 untuk semua fase gerakan, dalam memperoleh karakteristik gerakan berjalan yang sesuai dengan gerakan pada manusia normal akibat penggunaan harness dan parallel bar. 6. Capture gait yang terbentuk diasumsikan sebagai capture gait amputee yang paling terlatih pada bidang miring. commit to user I-5

1.7 SISTEMATIKA PENELITIAN

Penyusunan tugas akhir, disusun secara sistematis dan berisi uraian pada setiap bab untuk mempermudah pembahasan penelitian. Adapun pokok-pokok permasalahan dalam penelitian dapat dibagi menjadi enam bab, sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pengantar laporan penulisan tugas akhir yang menguraikan latar belakang masalah diadakannya penelitian, perumusan masalah bedasarkan latar belakang masalah penelitian yang diangkat, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi-asumsi dan sistematika penelitian. Pengantar penelitian dimaksudkan untuk memberikan wacana serta memperjelas fokus penelitian sesuai tujuan, manfaat dan asumsi yang diajukan, untuk menjawab permasalahan sehubungan dengan penelitian yang dilakukan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini menguraikan teori-teori yang digunakan sebagai dasar pemikiran, wawasan serta sebagai landasan yang memberikan penjelasan secara garis besar mengenai metode yang digunakan sebagai kerangka pemecahan masalah. Tinjauan pustaka berasal dari berbagai literatur tertulis, diantaranya buku, jurnal, karya ilmiah, maupun berbagai sumber lainnya. Teori yang dikemukakan berupa penjelasan mengenai gerakan berjalan, analisis gerak biomekanika, anthropometri data biomekanika, keseimbangan gerak biomekanika, kajian work, gaya dan torsi pada segmen tubuh, persamaan gerak Lagrange, energy storing knee, serta kajian bidang miring sebagai tempat penelitian.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Metodologi penelitian merupakan gambaran terstruktur yang disusun dalam flow chart dari alur pelaksanaan penelitian tugas akhir. Pada bab ini diuraikan materi penelitian, alat, tata cara penelitian, variabel dan data yang dikaji serta cara analisis yang dipakai untuk menarik kesimpulan. Kerangka metodologi penelitian disusun mulai dari tahap identifikasi permasalahan awal, tahap pengumpulan dan pengolahan commit to user I-6 data, serta analisis karakteristik gait bagi pengguna prosthetic endoskeletal sistem energy storing knee mekanisme 2 bar. BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA Bab ini menjelaskan proses pengumpulan dan pengolahan data yang diperoleh selama pelaksanaan penelitian, sesuai dengan usulan permasalahan yang diangkat. Data yang dikumpulkan berupa data antropometri amputee, data dimensi prosthetic endoskeletal sistem energy storing knee mekanisme 2 bar, data pengukuran sudut gerakan pada ankle, knee dan hip joint serta data pengukuran kecepatan dan percepatan di setiap fase gerakan dalam satu siklus berjalan pada bidang miring. Selanjutnya, data yang diperoleh diolah dengan menggunakan pendekatan Lagrange motion untuk mengetahui kontribusi prosthetic endoskeletal sistem energy storing knee mekanisme 2 bar dalam mengakomodasi gerakan berjalan amputee pada bidang miring.

BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL

Tahap analisis dan interpretasi hasil berisi pembahasan permasalahan yang ada berdasarkan hasil pengumpulan dan pengolahan data yang telah dilakukan pada bab sebelumnya. Bab ini menguraikan analisis karakteristik gait pada pengguna prosthetic endoskeletal sistem energy storing knee mekanisme 2 bar pada bidang miring.

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan dan saran merupakan tahap akhir penyusunan laporan penelitian yang berisi uraian pencapaian tujuan penelitian yang diperoleh dari analisis pemecahan masalah maupun hasil pengumpulan data serta saran-saran perbaikan bagi teknologi prosthetic. commit to user II-1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pengetahuan mengenai konsep biomekanik dan gerakan manusia digunakan sebagai landasan teori yang memberikan acuan dalam mengevaluasi masalah yang dibahas dalam penelitian ini. Konsep biomekanik digunakan untuk memodelkan manusia dalam suatu sistem benda jamak yang tersusun dari link dan joint yang saling terhubung membentuk satu kesatuan. Perilaku dinamik dari sebuah sistem dinyatakan dalam besaran kinematik dan kinetika. Besaran kinematik meliputi posisi, kecepatan, dan percepatan, dari sistem, sedangkan besaran kinetika melibatkan gaya yang menyebabkan sistem tersebut bergerak. Tinjauan pustaka mengenai prinsip gerakan berjalan dan prinsip biomekanik keseimbangan gerak berjalan manusia diperlukan untuk mengetahui keseluruhan konsep pendukung kajian gait dynamic pada pengguna prosthetic endoskeletal sistem energy storing knee mekanisme 2 bar di bidang miring.

2.1 HUMAN GAIT

Berdasarkan Vaughan dkk 1999, dua hal mendasar yang diperlukan untuk berjalan yaitu periodik gerakan setiap kaki dari satu posisi yang mendukung langkah pada posisi berikutnya dan gaya reaksi tanah yang cukup pada kaki yang memberi kestabilan pada tubuh saat berjalan. Pola gerakan yang menyebabkan cedera dan berbagai bentuk penyesuaian untuk dapat bergerak secara lebih efisien, dapat dipahami dengan mempelajari karakteristik berjalan manusia Perry, 1992.

2.1.1 Gait Cycle

Perry 1992, mengartikan berjalan sebagai gerakan tubuh untuk berpindah dari satu tempat ke tempat yang lain. Berjalan adalah rangkaian gait cycle, dimana satu gait cycle dikenal dengan sebutan langkah stride. Setiap langkah dalam gait cycle terdiri dari dua step. Step dikatakan sebagai interval diantara dua kaki saat melangkah. Gait cycle dengan step dan stide ini akan terus berulang ketika berjalan Whittle, 2007. commit to user II-2 Gambar 2.1 Step dan stride dalam gait cycle Sumber: Whittle, 2007 Menurut Perry 1992, pada dasarnya gait cycle terdiri dari 2 periode, yaitu periode berdiri stance dimana kaki mengenai landasan dan periode mengayun swing dimana kaki tidak mengenai landasan. Gait cycle dibagi kedalam delapan fase yang memiliki tiga tugas fungsional anggota tubuh diantaranya, weight acceptance, single support dan limb advancement Perry, 1992. Pada gambar 2.2 di bawah ini menunjukkan pembagian gait cycle menurut Rose dan Gamble 2006. Gambar 2.2 Pembagian gait cycle Sumber: Rose dan Gamble, 2006

2.1.2 Fase Gait Cycle

Setiap fase dalam gait cycle memiliki persentase waktu tertentu. Vaughan 1999, menganalogikan gait cycle sebagai gerak putar roda. Siklus pola gerakan roda tersebut, menggambarkan titik awal roda akan berputar, langkah commit to user II-3 demi langkah menuju ke titik awal. Pada persentase waktu gait cycle, 60 dilakukan pada periode berdiri stance dan 40 pada periode berayun swing. Berikut ini masing-masing fase gait cycle Perry, 1992; Whittle, 2007, yaitu:

1. Initial contact heel strike,

Initial contact merupakan koneksi awal dari gait cycle initial contactheel strike, dimana menjadi periode pertama dari stance phase. Heal strike calcaneous merupakan tulang pertama yang menyentuh landasan. Pada gambar 2.3, terlihat kaki kanan grey sebagai heel strike, sedangkan kaki kiri biru berada pada fase terminal stance heel off . Gambar 2.3 Gerakan kaki pada fase initial contact Sumber: Whittle, 2007 Bagian anggota gerak bawah pada posisi ini menjaga stabilisasi awal dalam periode berdiri. Sesaat setelah kaki mengenai landasan, bagian hip bergerak flexion sebesar 25 , ankle bergerak dorsiflexion sejauh 0 -10 menuju posisi normal, dan lutut dalam keadaan flexion di bawah center of mass sejauh 0 -15 . Pada posisi initial contact bagian trunk berputar, bahu kiri dan sisi kanan pelvis bergerak menjauh ke sisi depan meninggalkan lengan kiri yang berayun ke belakang. Jumlah ayunan lengan bervariasi pada setiap orang dan meningkat seiring bertambahnya kecepatan berjalan. Ketika posisi initial contact Murray 1967 dalam Whittle 2007, menemukan rata-rata siku flexion sebesar 8 dan bahu flexion sebesar 45 .

2. Loading response foot flat,

Fase loading response terjadi pada persentase waktu sekitar 10 dari gait cycle Perry, 1992. Selama fase loading response, kaki melakukan kontak sepenuhnya dengan landasan dan dalam keadaan rata foot flat dengan landasan commit to user II-4 lihat kaki warna grey pada gambar 2.4. Berat badan secara penuh dipindahkan ke kaki kanan grey, sedangkan kaki lainnya berada pada fase pre swing. Gambar 2.4 Gerakan kaki fase loading response Sumber: Whittle, 2007 Pada posisi ini terjadi penyerapan goncangan saat berjalan dan stabilisasi awal dalam periode berdiri. Menggunakan heel sebagai tumpuan ayunan, bagian knee bergerak 15 flexion untuk menahan goncangan sekaligus menyerap energi untuk mengayunkan kaki. Ankle bergerak 10 plantar flexion untuk membatasi ayunan tumit dengan kaki depan yang melakukan kontak sepenuhnya dengan landasan. Bagian atas tubuh selama loading response, trunk berada pada posisi terbawah sekitar 20 mm di bawah posisi normal. Bagian arms bergerak secara maksimal ke posisi depan dan belakang, sedangkan bagian hip memanjang akibat kontraksi otot ekstensor sejauh 25 , saat fase loading response.

3. Mid stance,

Fase mid stance terjadi pada periode waktu gait cycle 10-30 Perry, 1992. Fase ini dimulai sesaat sebelum heel meninggalkan landasan sehingga kaki berada sejajar dengan kaki bawah bagian depan. Bersamaan pada fase ini, terjadi perpindahan berat oleh kaki pada periode stance kaki kanan, warna grey, sedangkan kaki lain kaki kiri, warna biru berada fase mid swing gambar 2.5. commit to user II-5 Gambar 2.5 Gerakan kaki fase mid stance Sumber: Whittle, 2007 Kestabilan trunk dan anggota gerak bawah menjadi penting dalam posisi ini. Selam fase ini, knee mencapai puncak extension sampai pada sudut elevasi 0 dalam fase berdiri dan mulai untuk bergerak memanjang kembali. Pada posisi ini trunk berada pada titik tertinggi 20 mm di atas posisi normal. Bagian arms bergerak berlawanan arah gerakan leg. Sedangkan bagian trunk bergerak kembali ke posisi normal, sebagai akibatnya bagian bahu dan pelvis juga berada dalam posisi netral sebelum kembali berputar arah saat bergerak pada posisi berikutnya. Bagian ankle bergerak dorsi flexion pada 5 -10 .

4. Terminal stance heel off,

Fase terminal stance pada saat heel kaki kanan grey meninggi mulai meninggalkan landasan dan dilanjutkan sampai dengan heel dari kaki biru mulai mengenai landasan, seperti terlihat pada gambar 2.6. Fase terminal stance disebut juga dengan fase heel off karena heel kaki pada periode stance tidak mengenai landasan Perry, 1992. Fase ini terjadi pada periode waktu gait cycle 30-50 dimana berat badan dipindahkan dan bertumpu ke bagian bawah kaki depan toe. Gambar 2.6 Gerakan kaki pada fase terminal stance Sumber: Whittle, 2007 Saat tubuh bergerak ke depan, beban tubuh berpindah dari bagian tumit ke bagian jari kaki. Saat fase ini, bagian heel meninggi yang diikuti kenaikan knee commit to user II-6 flexion 0 -40 dan hip extension 20 -0 . Kenaikan bagian heel menyebabkan trunk bergerak turun dari posisi tertingginya. Ankle dalam posisi peralihan dari dorsi flexion sebesar 10 lalu bergerak 20 plantar flexion. Posisi tubuh mulai jatuh ke depan dengan salah satu kaki berayun untuk mencapai tanah. Dalam posisi ini berat tubuh mulai berpindah dari belakang menuju left leg.

5. Pre swing toe off,

Fase pre swing dimulai dengan fase initial contact heel strike oleh kaki kiri biru, dan kaki kanan grey berada posisi meninggalkan landasan untuk melakukan periode mengayun toe-off, seperti ditunjukkan oleh gambar 2.7. Periode waktu pre swing terjadi pada persentase waktu gait cycle 50-62, dan mulai terjadi pelepasan berat tubuh oleh kaki yang bersangkutan Perry, 1992. Gambar 2.7 Gerakan kaki pada fase pre-swing Sumber: Whittle, 2007 Posisi ini menyebakan terjadi rotasi yang extreme pada tubuh bagian atas, dimana bagian trunk, arms, dan trunk berotasi dari titik normalnya. Dalam posisi ini, bagian hip tetap dalam kondisi flexion sedangkan knee flexion bergerak menurun dari sudut elevasi sebesar 40 hingga 0 . Ankle berada dalam puncak plantar flexion dimana membentuk sudut sebesar 25 .

6. Initial swing acceleration,

Fase swing merupakan fase dimana kaki tidak berada di landasan atau pada posisi berayun. Fase swing terdiri dari tiga fase, yaitu: Initial swing, mid swing, dan terminal swing. Fase keenam merupakan fase initial swing, dimana kaki mulai melakukan ayunan. Persentase initial swing adalah 62-75 dari periode waktu gait cycle Perry, 1992. Fase initial swing dimulai pada saat commit to user II-7 telapak kaki kanan grey mulai diangkat dari posisi landasan toe off, sedangkan kaki kiri biru berada pada posisi midstance, seperti ditunjukkan oleh gambar 2.8. Gambar 2.8 Gerakan kaki fase pada initial swing Sumber: Whittle, 2007 Saat kaki diangkat, anggota badan naik dengan adanya 15 hip flexion and peningkatan knee flexion sampai 60 . Bagian ankle secara parsial berada dalam posisi 10 plantar flexion. Pada posisi ini, bagian atas tubuh bergerak menyesuaikan keseimbangan gerakan kaki. Saat kaki dalam posisi berdampingan, trunk berada dalam posisi tertinggi dan secara maksimal memindahkan posisi kaki untuk bergerak naik saat posisi kaki yang lain dalam keadaan berdiri. Bagian arms berada pada posisi yang sama, tangan yang satu bergerak maju dan yang lainnya bergerak mundur.

7. Mid swing,

Gambar 2.9 menunjukkan fase mid swing yang dimulai pada akhir initial swing dan dilanjutkan sampai kaki kanan grey mengayun maju berada di depan anggota badan sebelum mengenai landasan. Fase mid swing terjadi pada periode waktu gait cycle 75-85, dimana kaki kiri biru berada pada fase terminal stance Perry, 1992. Pada fase ini juga terjadi gerak perpanjangan tungkai kaki dalam persiapan melakukan fase heel strike. Gambar 2.9 Gerakan kaki pada fase mid-swing Sumber: Whittle, 2007 commit to user II-8 Pada posisi ini bagian trunk kehilangan posisi tertingginya dan bergerak dari titik maksimalnya untuk menahan kaki kiri kembali ke posisi midline. Hal ini juga disebabkan terjadinya hip flexion sebesar 25 dari fase sebelumnya yang mendukung anggota tubuh ke arah anterior dari titik berat tubuh. Bagian knee mengikuti respon gravitasi, dimana ankle pada posisi dorsi flexion menuju posisi netral 0 . Lengan kanan berada di posisi depan dan bagian kanan dari pelvis pada posisi di sisi depan kiri.

8. Terminal swing decceleration,

Fase terminal swing merupakan akhir dari gait cycle, terjadi pada periode waktu gait cycle 85-100 Perry, 1992. Fase terminal swing dimulai saat akhir dari fase mid swing, dimana tungkai kaki mengalami perpanjangan maksimum dan berhenti saat heel telapak kaki kanan grey mulai mengenai landasan. Pada periode ini, posisi kaki kanan grey berada kembali berada depan anggota badan, seperti pada posisi awal gait cycle, seperti ditunjukkan oleh gambar 2.10. Gambar 2.10 Gerakan kaki pada fase terminal swing Sumber: Whittle, 2007 Gerakan ke depan anggota badan disempurnakan oleh adanya ekstensi lutut. Hip bertahan dalam posisi 25 flexion, dimana knee berada dalam posisi flexion, begitu pula bagian ankle bergerak dorsi flexion menuju posisi netral 0 . Dengan gerakan demikian anggota tubuh siap untuk kembali dalam posisi berdiri.

2.1.3 Gait Analysis

Gait analysis merupakan studi sistematis tentang gerakan berjalan manusia, dimana menggunakan berbagi peralatan yang digunakan dalam mnegukur gerak tubuh, mekanika tubuh dan aktifitas yang terjadi pada otot ketika bergerak Whittle, 2007. Gait analysis mempunyai dua tujuan yaitu, pertama untuk membantu dalam menentukan jenis treatment yang tepat bagi pasien dan commit to user II-9 yang kedua digunakan untuk lebih memahami pola berjalan manusia melalui suatu penelitian gerak berjalan.

2.1.4 Gait Training

Gait training atau disebut pelatihan berjalan memainkan peranan penting dalam adaptasi penggunaan prosthtetic bagi amputee. Gait training mempunyai beberapa tujuan diantaranya, untuk membantu amputee beradaptasi dengan kondisi barunya, membantu amputee untuk memperoleh berat optimal dari prosthetic yang dikenakan, membantu meningkatkan keseimbangan dan reaksi terhadap gangguan ketika berjalan, membantu memperoleh pola berjalan optimal amputee kembali, untuk mengurangi jumlah energi yang dibutuhkan ketika berjalan dan membantu amputee untuk melakukan kegiatan sehari-hari seperti duduk serta berjalan pada bidang miring. Semua proses ini diharapkan dapat mengembalikan kepercayaan diri bagi amputee untuk hidup kembali dalam masyarakat. Langkah-langkah gait training International Committee of the Red Cross USA, 2008, sebagai berikut: 1. Pelatihan berat dan keseimbangan. Pada langkah ini dilakukan pelatihan keseimbangan saat amputee berdiri dengan prosthetic menggunakan bantuan parallel bar. 2. Pelatihan berjalan. Langkah kedua ini, amputee melakukan pelatihan berjalan menggunakan prosthetic yang diawali dengan menumpukan kedua tangan pada parallel bar dan secara bertahap amputee dilatih untuk berjalan tanpa bantuan parallel bar. 3. Pelatihan lanjutan Pelatihan lanjutan merupakan bentuk pelatihan berjalan dimana amputee akan dilatih mempertahankan keseimbangan saat melakukan aktifitas dengan menggunakan prosthetic. Misalnya saja berjalan dengan mendribel bola basket, berjalan pada area berbatu dan tidak rata serta berjalan menaiki dan menuruni area bidang miring. 4. Pelatihan fungsional Pada tahap akhir ini, amputee dilatih untuk dapat melakukan kegiatan fungsional sehari-hari dengan prosthetic yang dikenakan. Pelatihan diantaranya commit to user II-10 dilakukan untuk dapat duduk dalam sebuah kursi, berjalan menaiki dan menuruni tangga serta melatih untuk duduk kemudian berdiri kembali.

2.2 ANALISIS GERAK BIOMEKANIKA