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