PENGOLAHAN DATA KAJIAN GAIT DYNAMIC PADA BIDANG MIRING BAGI PENGGUNA PROSTHETIC ENDOSKELETAL SISTEM ENERGY STORING KNEE MEKANISME 2 BAR

commit to user IV-41

4.4 PENGOLAHAN DATA

Pengolahan data dalam penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan prosthetic endoskeletal sistem energy storing knee mekanisme 2 bar dalam menunjang aktifitas berjalan amputee pada bidang miring. Melalui kajian gait dynamic ini kemampuan prosthetic dapat diketahui dari karakteristik gait yang terbentuk. Karakteristik gait amputee dilihat berdasarkan komparasi nilai external work, serta komponen gaya dan torsi yang dihasilkan amputee pengguna prosthetic endoskeletal sistem energy storing knee mekanisme 2 bar antara kaki normal dengan kaki prosthetic saat berjalan pada bidang miring.

4.4.1 Pengukuran Data Hasil Penelitian Aktifitas Berjalan Amputee pada

Bidang Miring Hasil penelitian berjalan pada bidang miring digunakan untuk mendapatkan data yang menjadi input analisis biomekanika. Data yang didapatkan pada penelitian ini diantaranya data video penelitian dan data pengambilan sudut. Selanjutnya data ini diolah kembali utuk mendapatkan data utama yang menjadi input permodelan Lagrange.

A. Pengukuran Sudut di setiap Fase Gerakan

Penentuan sudut kaki ditentukan pada segmen kaki meliputi hip, knee, ankle dan upper body baik pada kaki normal maupun kaki prosthetic. Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui sudut pada masing-masing joint dimana pengukuran dilakukan dengan menggunakan electrogoniometer RF yang dipasang pada masing-masing joint saat melakukan aktifitas berjalan. Rekapitulasi data pengukuran sudut tubuh amputee pengguna prosthetic endoskeletal sistem energy storing prosthetic knee mekanisme 2 bar pada bidang naik dan turun permukaan bidang miring dapat dilihat pada tabel 4.7 dan 4.8 Tabel 4.7 Data sudut tubuh amputee saat naik permukaan bidang miring Fase Time Sudut pada Kaki Normal degree Sudut pada Kaki Prosthetic degree Foot q Shank q 2 Thigh q 3 Upper body q 4 Foot q Shank q 2 Thigh q 3 Upper body q 4 1 17:16:54 3 81 87 90 15 100 103 90 2 17:16:54 7 67 87 90 16 94 96 90 3 17:16:55 13 77 121 90 16 91 94 90 4 17:16:55 16 84 115 90 6 82 85 90 commit to user IV-42 Lanjutan tabel 4.7 5 17:16:55 15 89 107 90 16 80 90 90 6 17:16:56 15 87 92 90 2 77 106 90 7 17:16:58 16 91 91 90 13 100 109 90 8 17:16:58 4 81 84 90 16 100 102 90 Pengukuran sudut kaki amputee pada media naik permukaan bidang miring, menunjukkan fase gerakan berjalan dengan sudut kaki normal dan kaki prosthetic yang kurang seimbang dalam menopang tubuh pengguna. Sudut pada foot ankle joint kaki prosthetic cukup mampu mengimbangi gerakan kaki normal. Sedangkan, kondisi sudut pada bagian thigh dan shank kaki prosthetic pada aktifitas berjalan naik permukaan bidang miring, belum dapat mengimbangi kaki normal dilihat dari perbedaan yang muncul diatara kedua komparasi sudut. Tabel 4.8 Data sudut tubuh amputee saat turun permukaan bidang miring Fase Time Sudut pada Kaki Normal degree Sudut pada Kaki Prosthetic degree Foot q Shank q 2 Thigh q 3 Upper body q 4 Foot q Shank q 2 Thigh q 3 Upper body q 4 1 17:17:07 31 53 102 90 16 91 92 90 2 17:17:08 42 58 99 90 16 90 90 90 3 17:17:09 20 96 98 90 16 86 86 90 4 17:17:09 16 88 88 90 32 68 92 90 5 17:17:10 16 90 91 90 42 59 100 90 6 17:17:10 16 86 86 90 23 70 93 90 7 17:17:10 16 74 93 90 12 99 98 90 8 17:17:10 31 55 96 90 16 91 90 90 Sama halnya dengan media naik permukaan bidang miring, pengukuran sudut kaki amputee pada media turun permukaan bidang miring, menunjukkan fase gerakan berjalan dengan sudut kaki normal dan kaki prosthetic yang kurang seimbang dalam menopang tubuh pengguna. Sudut pada foot ankle joint dan shank kaki prosthetic cukup mampu mengimbangi gerakan kaki normal. Sedangkan, kondisi sudut pada bagian thigh kaki prosthetic pada aktifitas berjalan naik permukaan bidang miring, belum dapat mengimbangi kaki normal dilihat dari perbedaan yang muncul diatara kedua komparasi sudut.

B. Pengukuran Perpindahan Linear di setiap Fase Gerakan

Pengukuran perpindahan linear dilakukan pada jarak antara dua point gerakan dalam satu siklus berjalan saat amputee melakukan aktifitas berjalan pada commit to user IV-43 bidang naik dan turun permukaan bidang miring. Pengukuran dilakukan dengan software AutoCad 2004 untuk mengetahui besarnya perpindahan gerakan antar fase berjalan. Bagian ankle joint digunakan sebagai referensi titik perpindahan linear pada gerakan berjalan. Berikut rekapitulasi data pengukuran perpindahan linear pada media naik dan turun permukaan bidang miring. Tabel 4.9 Perpindahan linear amputee saat naik permukaan bidang miring Fase Perpindahan pada kaki normal m Perpindahan pada kaki prosthetic m q 1x q 1y q 1x q 1y 1 0.05094 0.09939 0.12954 0.05109 2 0.02826 0.04758 3 0.52902 0.11427 4 0.12228 0.08037 0.1134 0.0441 5 0.07515 0.05697 6 0.31359 0.05952 7 0.24024 0.03858 8 0.05094 0.09939 0.12954 0.05109 Tabel 4.10 Perpindahan linear amputee saat turun permukaan bidang miring Fase Perpindahan pada kaki normal m Perpindahan pada kaki prosthetic m q 1x q 1y q 1x q 1y 1 0.06945 0.054 0.0243 0.07086 2 0.07191 0.01788 3 0.47172 0.15138 4 0.06675 0.08406 0.05541 0.04752 5 0.04641 0.02862 6 0.1167 0.0675 7 0.477 0.12363 8 0.06945 0.054 0.0243 0.07086 Berdasarkan tabel 4.9 dan 4.10 di atas, terdapat kesamaan model gerakan berjalan pada setiap fase. Kaki berada pada kondisi diam flat dalam suatu permukaan pada fase 5-6-7 untuk kaki normal dan pada fase 2-3 untuk kaki prosthetic. commit to user IV-44 C. Pengukuran Kecepatan dan Percepatan di setiap Fase Gerakan Pengukuran kecepatan dan percepatan segmen tubuh dilakukan dengan menggunakan software CV Mob berdasarkan input video dokumentasi aktifitas gerakan berjalan amputee pada bidang miring menggunakan prosthetic endoskeletal sistem energy storing prosthetic knee mekanisme 2 bar. Pengambilan data CV Mob dilakukan pada segmen tubuh amputee, baik pada kaki normal maupun kaki prosthetic. Adapun point pengukuran kecepatan dan percepatan segmen tubuh diambil pada center of mass foot, ankle joint, center of mass shank, knee joint, center of mass thigh, hip joint, dan center of mass upper body, baik pada kaki normal maupun kaki prosthetic. Hasil pengukuran dengan software CV Mob merupakan kecepatan dan percepatan linear pada bagian segmen tubuh yang menjadi poin pengukuran. Tabel 4.11 dan 4.12 berikut ini menampilkan hasil rekapitulasi data output pengukuran kecepatan dan percepatan pada center of mass foot dan ankle joint kaki prosthetic saat naik permukaan bidang miring. Tabel 4.11 Kecepatan dan percepatan pada center of mass foot kaki prosthetic saat naik permukaan bidang miring Fase Frame Time Vel Acce X ΔX Y ΔY fase 1 134 134 0.052 0.016 228.795 468.886 135 135 0.036 0.002 228.796 0.001 468.884 -0.002 fase 2 147 147 0.093 0.01 228.581 468.594 148 148 0.115 0.013 228.486 -0.095 468.39 -0.204 fase 3 158 158 0.388 3.788 241.798 457.111 159 159 0.001 1.894 241.808 0.01 457.122 0.011 fase 4 178 178 0.589 0.273 230.161 454.892 179 179 1.476 0.597 230.091 -0.07 453.108 -1.784 fase 5 183 183 1.028 0.476 229.783 447.102 184 184 0.869 0.559 229.719 -0.064 445.366 -1.736 fase 6 191 191 3.989 1.222 238.125 429.135 192 192 4.391 1.294 241.321 3.196 425.968 -3.167 fase 7 201 201 2.818 1.186 276.879 423.763 202 202 3.013 1.245 282.906 6.027 423.813 0.05 fase 8 243 243 0.523 0.261 297.357 427.361 244 244 0.532 0.249 296.293 -1.064 427.425 0.064 commit to user IV-45 Tabel 4.12 Kecepatan dan percepatan pada ankle joint kaki prosthetic saat naik permukaan bidang miring Fase Frame Time Vel Acce X ΔX Y ΔY fase 1 134 134 0.17 0.038 228.738 457.503 135 135 0.097 0.037 228.74 0.002 457.502 -0.001 fase 2 147 147 0.084 0.012 229.195 457.068 148 148 0.095 0.029 229.219 0.024 456.881 -0.187 fase 3 158 158 0.444 1.583 235.698 450.251 159 159 0.002 0.383 235.7 0.002 450.247 -0.004 fase 4 178 178 0.574 0.241 224.486 448.045 179 179 1.456 0.601 224.669 0.183 446.277 -1.768 fase 5 183 183 1.038 0.52 224.999 440.055 184 184 0.948 0.532 225.198 0.199 438.172 -1.883 fase 6 191 191 3.974 1.171 235.124 421.678 192 192 4.26 1.199 238.328 3.204 418.718 -2.96 fase 7 201 201 2.475 1.207 272.176 417.241 202 202 2.841 1.065 277.859 5.683 417.441 0.2 fase 8 243 243 0.472 0.185 283.916 422.048 244 244 0.466 0.217 282.986 -0.93 422.009 -0.039 Rekapitulasi data kecepatan dan percepatan hasil pengukuran dengan software CV Mob untuk bagian segmen tubuh lainnya terdapat dalam lampiran 3. Hasil pengukuran pada tabel 4.11 dan 4.12, selanjutnya digunakan untuk menentukan besarnya kecepatan linear pada setiap segmen dengan menentukan besarnya kecepatan linear segmen dari center of mass relatif terhadap joint pada setiap segmen. Berikut contoh perhitungan kecepatan linear segmen foot q fase 1 kaki prosthetic naik permukaan bidang miring.  Displacement Δ segmen Δ com – Δ joint = 0.001 – 0.002 = -0.001 Δ segmen Δ com – Δ joint = -0.002 – -0.001 = -0.001 θ 0.001 - 0.001 - = 45 commit to user IV-46  Kecepatan linear V qx = V com θ = 0.036 cos 45 = 0.0189 V qy = V com θ = 0. 036 sin 45 = 0.0306 Vq = 2 2 0.0306 0.0189  = 0.036 0.036 - = Vq Perhitungan kecepatan dan percepatan pada segmen tubuh lainnya dilakukan dengan pendekatan yang sama. Berikut rekapitulasi data pengukuran kecepatan linear tubuh saat naik permukaan bidang miring. Tabel 4.13 Kecepatan linear segmen tubuh saat naik permukaan bidang miring Fase Kec Linear pada Kaki Normal ms Kec Linear pada Kaki Prosthetic ms q q 2 q 3 q 4 q q 2 q 3 q 4 1 1.002 0.070 0.028 0.093 -0.036 -0.030 -0.059 0.077 2 0.480 0.022 -0.029 0.013 0.115 -0.009 -0.025 0.058 3 1.748 0.047 -0.038 0.040 -0.001 -0.030 -0.030 -0.051 4 -0.046 -0.021 -0.174 0.186 1.476 0.088 0.098 0.093 5 0.109 -0.025 -0.053 0.066 0.869 0.054 -0.060 0.068 6 0.050 0.029 0.018 0.018 -4.391 -0.322 -0.271 -0.071 7 -0.006 -0.036 -0.019 -0.032 3.013 0.073 -0.028 0.031 8 0.580 0.020 0.013 0.015 -0.532 -0.012 -0.054 0.062 Rekapitulasi data kecepatan dan percepatan linear segmen tubuh lainnya baik pada media naik permukaan dan turun permukaan bidang miring terdapat dalam lampiran 4. Tabel 4.13 di atas menunjukkan data kecepatan linear segmen tubuh berdasarkan hasil pengukuran software CV Mob. Output ini kemudian ditransformasikan ke dalam bentuk rotasional untuk mendapatkan nilai kecepatan sudut dan percepatan sudut pada setiap segmen, karena pada dasarnya segmen tubuh bergerak secara rotasional relatif terhadap pusat persendian joint. Hasil kecepatan dan percepatan rotasional inilah yang menjadi input dalam permodelan Lagrange. Berikut contoh perhitungan kecepatan sudut segmen tubuh. commit to user IV-47 1. Kecepatan sudut q fase 1 kaki prosthetic = -0.0034 rads 2. Kecepatan sudut q 4 fase 8 kaki prosthetic = 0.0012 rads Rekapitulasi data pengukuran kecepatan sudut segmen tubuh saat amputee melakukan aktifitas berjalan pada media naik permukaan bidang miring, terdapat dalam tabel 4.14. Tabel 4.14 Kecepatan sudut segmen tubuh saat naik permukaan bidang miring Fase Kec. Sudut pada Kaki Normal rads Kec. Sudut pada Kaki Prosthetic rads q q 2 q 3 q 4 q q 2 q 3 q 4 1 0.093 0.003 0.001 0.002 -0.003 -0.001 -0.002 0.001 2 0.045 0.001 -0.001 0.000 0.011 0.000 -0.001 0.001 3 0.163 0.002 -0.001 0.001 0.000 -0.001 -0.001 -0.001 4 -0.004 -0.001 -0.006 0.004 0.138 0.004 0.003 0.002 5 0.010 -0.001 -0.002 0.001 0.081 0.002 -0.002 0.001 6 0.005 0.001 0.001 0.000 -0.409 -0.014 -0.009 -0.001 7 -0.001 -0.002 -0.001 -0.001 0.281 0.003 -0.001 0.001 8 0.054 0.001 0.000 0.000 -0.050 -0.001 -0.002 0.001 Perhitungan segmen tubuh lainnya dilakukan dengan menggunakan metode yang sama. Metode ini juga berlaku pada pengukuran percepatan sudut baik pada data aktifitas berjalan pada media naik maupun turun permukaan bidang miring. Hasil pengukuran kecepatan dan percepatan sudut segmen tubuh amputee ditampilkan pada lampiran 5. commit to user IV-48 4.4.2 Pengukuran Nilai External Work serta Komponen Gaya dan Torsi Gerakan Berjalan pada Bidang Miring External work, gaya dan torsi merupakan komponen pengukuran yang dicari berdasarkan permodelan Lagrange yang digunakan dalam mengukur kemampuan prosthetic endoskeletal sistem energy storing prosthetic knee mekanisme 2 bar dalam mengakomodasi aktifitas berjalan pada bidang miring. External work merupakan kerja yang dihasilkan dari perubahan energi mekanik pada center of mass COM dalam menghasilkan pergerakan yang terjadi pada tubuh.

A. Pengukuran Nilai External Work pada Saat Naik permukaan bidang

miring Permodelan Lagrange disusun berdasarkan karakteristik gerakan berjalan amputee pada bidang miring. Input permodelan dinamis merupakan hasil pengumpulan data dan pengolahan data aktifitas gerakan berjalan amputee, terhadap sejumlah variabel yang digunakan dalam menyusun permodelan gerakan berjalan. Penentuan nilai external work serta komponen gaya dan torsi dilakukan pada delapan fase gerakan saat amputee berjalan pada media naik permukaan bidang miring.

1. Naik Permukaan Bidang Miring Fase 1: Initial Contact

Kemampuan prosthetic dapat dinilai dari besarnya external work kedua kaki baik kaki normal dan kaki prosthetic dalam mendukung tubuh saat berpindah posisi. Berikut tabulasi data variabel dan parameter pengukuran yang menjadi input dalam permodelan Lagrange fase initial contact. Tabel 4.15 Variabel dan parameter pengukuran fase initial contact saat naik permukaan bidang miring Variabel dan Parameter Nilai Satuan Variabel dan Parameter Nilai Satuan Kaki Kiri Normal Kaki Kanan Prosthetic Kaki Kiri Normal Kaki Kanan Prosthetic m 1 1.039 0.992 kg 3 q 0.099 -0.187 rads m 2 3.200 1.550 kg 4 q 0.177 0.147 rads m 3 7.438 6.269 kg q  1.342 -0.019 rads 2 m 4 51.022 51.022 kg 1x q  -0.231 0.0194 ms 2 I 1 0.012 0.011 kg.m 2 1y q  -0.225 0.0315 ms 2 I 2 0.165 0.083 kg.m 2 2 q  3.104 -1.287 rads 2 commit to user IV-49 Lanjutan tabel 4.15 I 3 0.598 0.626 kg.m 2 3 q  5.556 -1.855 rads 2 I 4 14.055 14.055 kg.m 2 4 q  2.408 0.956 rads 2 q 0.052 0.262 rad L 1 0.250 0.250 m q 1x 0.051 0.130 m r 1 0.107 0.107 m q 1y 0.099 0.051 m L 2 0.400 0.407 m q 2 1.414 1.745 rad r 2 0.227 0.231 m q 3 1.518 1.798 rad L 3 0.500 0.500 m q 4 1.571 1.571 rad r 3 0.284 0.316 m q 9.340 -0.336 rads r 4 0.525 0.525 m 1x q -0.559 0.0510 ms k 1 1 - 1y q -0.114 0.0825 ms g 9.800 9.800 ms 2 2 q 0.309 -0.130 rads Tabulasi nilai variabel dan parameter di atas digunakan sebagi input dalam pengukuran external work serta komponen gaya dan torsi pada fase initial contact, sebagai berikut:

a. Kaki prosthetic kaki biru