ENERGY STORING KNEE PROSTHETIC

commit to user II - 30 Gambar 2.29 SACH foot Sumber: www.medexinternational.com, 2009

2.9 ENERGY STORING KNEE PROSTHETIC

Permasalahan prosthetic pada dasarnya lebih banyak menekankan pada komponen joint dan link sesuai fungsi tubuh. Dalam menghasilkan prosthetic yang baik agar mampu mengakomodir kondisi lapangan yang di lingkungan sekitar, hal ini tergantung pada kemampuan dalam perancangan pada knee joint yang menghubungkan antara tubular shank dan socket . Semakin baik perancangan knee joint semakin baik juga performasi prosthetic yang dihasilkan untuk mampu menjawab kondisi lingkungan sekitar. Adapun prosthetic atau kaki palsu yang memiliki knee joint atau sendi lutut umumnya digunakan oleh para penderita amputasi atas lutut above - knee amputee . Desain above-knee prosthetic konvensional memiliki tingkat kestabilan yang cukup pada saat stance phase . Tetapi pada saat swing phase , kaki hanya mengayun seperti pendulum yang mengayunkan bagian shank dan foot . Kelemahan dari desain ini adalah kecepatan ayunnya sangat rendah, dan tidak dapat beradaptasi dengan perubahan kecepatan, selain itu konsumsi energi yang diperlukan akan bertambah, bilamana pengguna ingin menambah kecepatan langkahnya. Energy storing prosthetic merupakan salah satu bentuk perkembangan dari teknologi prosthetic . Teknologi ini memperbaiki cara berjalan amputee dari sisi fleksibilitas, kenyamanan dan kemampuan mekanis dalam melakukan aktifitas sehari-hari. Secara dinamis, energy storing prosthetic mengakomodasi kemampuan untuk melintasi daerah permukaan yang tidak rata, berbeda ketinggian dan kenyamanan serta stabilitas untuk berjalan di berbagai permukaan commit to user II - 31 bidang. Selain itu, teknologi ini memberikan stabilitas dalam berbagi kegiatan olahraga. Cara kerja energy storing prosthetic berbeda degan cara kerja jenis prosthetic lain. Konsep energy storing menganalogikan sebagai sebuah peer yang menggantikan fungsi otot hamstring dan quadriceps yang berada di sepanjang thigh paha sampai knee lutut. Ketika meregang dan mengendur tendon ini menyimpan dan kemudian melepaskan energi potensial elastis. Gerakan peer yang terdapat pada knee prosthetic inilah yang akan mengurangi jumlah kerja yang harus dilakukan otot kaki amputee akibat gaya ayun ketika beraktifitas. Above-knee prosthetic dengan energy storing didesain dengan menambahkan komponen mechanical spring pada bagian knee joint atau sering juga disebut Energy Storing Prosthetic Knee ESPK. Mechanical spring digunakan untuk menyimpan tenaga pada saat kaki menekuk flexion yang diberikan oleh berat tubuh pengguna lalu dilepaskan kembali agar knee joint dapat melakukan extension dengan mudah dan cepat. Desain prosthetic dengan energy storing ini memberikan respon untuk melakukan extension dengan cepat sehingga sangat cocok digunakan pada amputee untuk melakukan aktifitas-aktifitas olahraga ekstrem, misalnya panjat tebing dan bermain ski. Salah satu prosthetic energy storing yang mempunyai desain dengan mechanical spring coil-over spring ini yaitu XT9 energy storing prosthetic knee yang diproduksi Symbiotechs USA. Gambar 2.30 XT9 Energy storing prosthetic knee Sumber: Symbiotechs USA, 2006 Desain lain dari energy storing prosthetic adalah dengan mengganti komponen mechanical spring dengan komponen gas spring . Gas spring atau juga commit to user II - 32 bisa disebut gas struts adalah salah satu perangkat energy storing , dimana prinsip kerjanya sama dengan prinsip kerja mechanical spring . Mechanical spring menyimpan energi dengan memberi tekanan pada material penyusunnya. Gas spring menyimpan energi dengan cara mengkompresi gas nitrogen yang terdapat pada gas spring . Semakin ditekan maka ruang udara dalam gas spring akan semakin berkurang yang menyebabkan tekanan gas semakin meningkat dan semakin menyimpan banyak energi. . Gambar 2.31 Energy storing prosthetic knee Sumber: Ardian U., 2010 Kelebihan gas spring dibandingkan dengan mechanical spring terdapat pada kecepatan respon, gas spring cenderung lebih smooth dibandingkan dengan mechanical spring . Dengan mengganti penggunaan mechanical spring dengan gas spring pada ESPK memungkinkan pengguna above-knee prosthetic leg dapat menggunakan ESPK untuk aktivitas keseharian dengan berkurangnya respon untuk melakukan extension yang membuat amputee lebih nyaman saat berjalan. commit to user II - 33 2.10 PENELITIAN SEBELUMNYA Boris S . Farber, DSc, PhD dan Jacob S . Jacobson, PhD pada tahun 1995 melakukan kajian mengenai prostetik atas lutut dengan system energy recovery . Penelitian ini dilakukan pada 32 pasien yang berumur 17-82 tahun. Sebelumnya, pasien mayoritas menggunakan prosthetic dengan uniaxial knee , tiga pasien menggunakan 4-bar linkage , dan enam pasien dipakaikan prosthetic baru dengan mekanisme 4-bar linkage. Hasil penelitian ini didapatkan koefisien energy recovery meningkat 30 dibandingkan dengan AK prosthetic konvensional. Konsumsi energi menurun 35 selama berjalan dengan prosthetic baru. F. Farahmand, T. Rezaeian, R. Narimani and P. Hejazi Dinan pada tahun 2006 melakukan kajian mengenai kinematik dan analisis dinamik gait cycle pada amputee atas lutut. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur dan menganalisis variabel dinamik dan kinematik. Karakteristik gait dari lima transfemoral amputee dan lima subjek normal diukur dengan menggunakan videografi dan force platform . Tubuh subjek dimodelkan pada bidang sagital 2D dibagi menjadi 8 segmen dan dianalisis dengan pendekatan kinematik dan dinamik. Hasilnya, terdapat perbedaan yang signifikan antara subjek amputee dan subjek normal, tetapi perbedaan antara kaki yang utuh dan kaki yang teramputasi tidak terlalu signifikan. Kinematik kaki utuh amputee dan kaki orang normal hampir sama tetapi kaki yang teramputasi mempunyai lebih banyak keterbatasan gerak angular. Momen hip kaki amputee yang utuh lebih besar dari momen kaki normal 2,08 Nmkg dibanding 1,68 Nmkg dan momen lututnya juga 1,84Nmkg dibanding 1,14 Nmkg. Sedangkan momen hip kaki teramputasi lebih rendah dari kaki normal 0,97 Nmkg dibanding 1,67 Nmkg Yulie Khrisna pada tahun 2006 melakukan kajian mengenai usulan perbaikan pada prosthetic anggota gerak bawah jenis socket quardrilateral berdasarkan pendekatan biomekanika. Penelitian ini dilakukan terhadap pengguna prothese kaki atas lutut jenis soket quardilateral . Hal yang dikaji dalam penelitian ini adalah gaya dan momen pada tiap persendian anggota gerak bawah serta energi expenditure pengguna prothese kaki atas lutut saat melakukan aktivitas jalan. Dari pengolahan data yang dilakukan dapat diketahui bahwa energi commit to user II - 34 expenditure yang dikeluarkan pengguna untuk gerakan jalan santai masih sangat besar yaitu sebesar 6,559 Kkaljamkg atau 129 lebih besar dari energi expenditure orang normal 2,86 Kkaljamkg. Untuk itu dilakukan penyesuaian gaya dan momen antara segmen kaki normal dengan segmen prosthetic yang sehingga dihasilkan massa ideal untuk prosthetic kaki atas lutut sebesar 3,1187 kg untuk segmen paha, 2,154 Kg untuk segmen betis, dan 0,699 kg untuk segmen telapak kaki. Putu Primawati dan Agus Susanto pada tahun 2009 melakukan penelitian mengenai kajian biomekanika dan fisiologi pada pengguna prosthetic bawah lutut dengan memperhatikan fungsi ankle joint . Kedua penelitian ini bertujuan untuk mengetahui desain prosthetic bawah lutut endoskeletal terbaik dengan menggunakan hasil pengukuran dari dua perspektif yang berbeda yakni biomekanik dan fisiologis. Desain prosthetic bawah lutut yang dibahas pada kedua penelitian ini ada tiga jenis yaitu prosthetic eksoskeletal , endoskeletal impor dan endoskeletal model pengembangan, dimana focus perbedaan ketiga prosthetic tersebut terletak pada bagian ankle joint . Penelitian Putu Primawati menitik beratkan pada aspek fisiologis. Penelitian dilakukan dengan cara mengukur CVL, energi ekspenditur, kebutuhan kalori, dan VO 2 max. Amputee berjalan normal sejauh 12 meter dan berjalan pada treadmill sejauh 100 meter menggunakan 3 desain prosthetic bergantian dengan tiga kecepatan berbeda 1,2kmjam; 1,6 kmjam; dan 2 kmjam. Sedangkan Agus susanto menitikberatkan pada kajian biomekanika dalam menganalisis jenis prosthetic yang mampu memeberikan keseimbangan terbaik saat berjalan. Perhitungan gaya dan momen dilakukan berdasarkan data yang telah dikumpulkan pada masing- masing fase gerakan pada waktu pengguna prosthetic bawah lutut menggunakan masing-masing model prosthetic secara bergantian. Perhitungan meliputi gaya dan momen yang bekerja pada persendian hip, knee, dan ankle baik kaki normal maupun kaki prosthetic . Berdasarkan kedua penelitian ini diperoleh hasil bahwa desain prosthetic endoskeletal model pengembangan memiliki keseimbangan gaya dan momen serta tingkat keluaran energi fisiologis yang lebih baik dari prosthetic eksoskeletal maupun prosthetic endoskeletal import. commit to user II - 35 Mamoru Umemura dan Nobuya Yamasaki pada tahun 1998 melakukan penelitian mengenai pengaruh prosthetic atas lutut pada tingkat konsumsi energi. Dalam penelitian tersebut subjeknya adalah 4 orang amputee yang telah menggunakan prosthetic atas lutut. Keempat amputee dipasang 3 jenis prosthetic secara bergantian yaitu spring knee , pneumatic knee , dan hydraulic knee . Metode penelitian yang digunakan adalah dengan pengukuran three dimensional coordinate yang dilengkapi dengan alat force plate. Pengolahan data yang dilakukan dimulai dengan menghitung sudut pada joint kemudian menghitung momen inersia. Semua nilai momen kemudian disubstitusikan dengan 0 untuk menghitung torsi pada lutut dan kaki. Strength dan power dihitung dari model fisika. Daya kemudian diintegralkan sehingga didapat jumlah konsumsi energi. Hasilnya, konsumsi energi semakin menurun saat kecepatan semakin dipercepat dan mencapai keadaan yang stabil pada kecepatan 0.7 ms – 1.4 ms. Kemampuan berjalan tidak disebabkan oleh perbedaan knee joints baik pada spring knee, pneumatic knee maupun hydraulic knee. commit to user III - 1 BAB III METODE PENELITIAN Metode penelitian berisi tentang tahapan penelitian yang dimulai dari latar belakang sampai dengan kesimpulan. Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini akan dijelaskan pada gambar 3.1. Gambar 3.1 Metodologi penelitian commit to user III - 2 Tahapan yang dijelaskan pada gambar 3.1 digunakan untuk mengukur kemampuan prosthetic endoskeletal dengan energy storing mekanisme 2 bar pada aktivitas berjalan cepat pada bidang datar. Penjelasan lebih rinci mengenai metode penelitian di atas dijelaskan dalam sub bab di berikut ini.

3.1 IDENTIFIKASI PERMASALAHAN