by Ho Kim Kong Enoch. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 1991. / Includes bibliographical references (leaves 98-102). / ABSTRACT --- p.I / ACKNOWLEDGMENT --- p.IV / TABLE OF CONTENTS --- p.V / LIST OF TABLES --- p.VIII / LIST OF ILLUSTRATIONS --- p.X / Chapter CHAPTER 1 - --- INTRODUCTION --- p.1-5 / Chapter 1.1 --- Introduction / Chapter 1.2 --- Questions address / Chapter 1.3 --- Definition / Chapter CHAPTER 2 - --- LITERATURAL REVIEW - DEVELOPMENT OF HAND FUNCTION TESTS --- p.6-14 / Chapter 2.1 --- Introduction / Chapter 2.2 --- Trends of studies of hand injury in Hong Kong / Chapter 2.3 --- Previous studies to compare and relate physical and functional impairment / Chapter 2.4 --- Conclusion / Chapter CHAPTER 3 - --- FUNCTION ASSESSMENT - CRITERIA FOR THE EVALUATION --- p.15-28 / Chapter 3.1 --- Introduction / Chapter 3.2 --- Functional Anatomy / Chapter 3.3 --- Grip force study / Chapter 3.4 --- Sensation / Chapter 3.5 --- Functional assessment / Chapter 3.6 --- Conclusion / Chapter CHAPTER 4 - --- METHODOLOGY --- p.29-43 / Chapter 4.1 --- Subject selection / Chapter 4.2 --- Organization / Chapter 4.3 --- Physical assessment / Chapter 4.4 --- Functional assessment / Chapter 4.5 --- Evaluation of loss of earning capacity / Chapter 4.6 --- Control group / Chapter 4.7 --- Statistical analysis / Chapter CHAPTER 5 - --- RESULT --- p.44-57 / Chapter 5.1 --- Introduction / Chapter 5.2 --- Subject characteristics / Chapter 5.3 --- Result of individual tests / Chapter 5.4 --- Assessment of loss of earning capacity / Chapter 5.5 --- Hand function assessment after return to work / Chapter 5.6 --- Effect of severity of injury / Chapter CHAPTER 6 - --- DISCUSSION --- p.58-67 / Chapter 6.1 --- Introduction / Chapter 6.2 --- Impairment of hand function in finger amputation / Chapter 6.3 --- The effect of return to work / Chapter 6.4 --- Official schema for assessment of percentage of loss of earning capacity / Chapter 6.5 --- Severity of injury and the outcome / Chapter 6.6 --- The hand assessment protocol / Chapter CHAPTER 7 - --- CONCLUSION --- p.68-70 / APPENDIX --- p.71-90 / ILLUSTRATIONS --- p.91-97 / REFERENCES --- p.98-102

The loss of a hand or arm is a devastating life event that results in many months of healing and challenging rehabilitation. Technology has allowed the development of an electronic replacement for a lost limb but similar advancements in therapy have not occurred. The situation is made more challenging because people with amputations often do not live near specialized rehabilitation centres. As a result, delays in therapy can worsen common complications like nerve pain and joint stiffness. For children born without a limb, poor compliance with the use of their prosthesis leads to delays in therapy and may affect their development. In many parts of the world, amputation rehabilitation does not exist. Fortunately, we live in an age where advances in technology and engineering can help solve these problems. Virtual reality creates a simulated world or environment through computer animation much like what is seen in modern video games. An experienced team of rehabilitation doctors, therapists, engineers and computer scientists are required to realize a system such as this. A person with an amputation will be taught to control objects in the virtual world by wearing a modified electronic prosthesis. Using computers, it will be possible to analyze his or her movements within the virtual world and improve the wearer's skills. The goals of this system include making the system portable and internet compatible so that people living in remote areas can also receive therapy. The novel approach of using virtual reality to rehabilitate people with upper limb amputations will help them return to normal activities by providing modern and appropriate rehabilitation, reducing medical complications, improving motivation (via gaming modules), advancing health care technology and reducing health care costs. The use of virtual reality technology in the field of amputee rehabilitation is in its earliest stages of development world wide. A virtual environment (VE) will facilitate the early rehabilitation of a patient before they are clinically ready to be fitted with an actual prosthesis. In order to create a successful virtual reality rehabilitation system such as this, an accurate method of tracking the arm in real-time is necessary. A linear displacement sensor and a microelectromechanical system (MEMS) inertial measurement unit (IMU) were used to create a device for capturing the motion of a user's movement with the intent that the data provided by the device be used along with a VE as a virtual rehabilitation tool for new upper extremity amputation patients. This thesis focuses on the design and testing of this motion capture device in order to determine the suitability of current commercially available sensing components as used in this system. Success will be defined by the delivery of accurate position and orientation data from the device so that that data can be used in a virtual environment. Test results show that with current MEMS sensors, the error introduced by double integrating acceleration data is too significant to make an IMU an acceptable choice for position tracking. However, the device designed here has proven to be an excellent cable emulator, and would be well suited if used as an orientation tracker.

Introdução: O amputado transfemoral apresenta alterações anatômicas e funcionais importantes que se manifestam na marcha e nas atividades diárias. Apesar do lado envolvido na amputação apresentar menor força, não se sabe ao certo se há alguma posição angular ou velocidade angular específica em que isso ocorre, o tipo de contração muscular mais acometido e, além disso, se o lado não envolvido na amputação, também, possui variações da força muscular. Objetivos: Avaliar o torque e trabalho nos músculos do quadril através da dinamometria isocinética nos amputados transfemorais, em contrações isométricas, concêntricas e excêntricas dos músculos do quadril dos amputados transfemorais e comparar estes valores com o lado não envolvido pela amputação e grupo controle. Casuística e Método: A característica do estudo é do tipo transversal, no qual 23 sujeitos do sexo masculino, sedentários, foram divididos em dois grupos. O grupo controle foi constituído de 13 sujeitos com média de idade de 27,2 ± 7,6 anos, massa corporal de 69,7 ± 9,9 kg, e estatura de 1,74 ± 0,05 m. O grupo de amputados foi constituído de 10 (dez) sujeitos amputados transfemorais, com 37,7 ± 12,5 anos de idade, massa corporal de 63,9 ± 7,5 kg e estatura média de 1,70 ± 0,09 m. O dinamômetro isocinético Biodex modelo System 3 Pro foi utilizado para as coletas dos dados isométricos e dos movimentos isocinéticos, tanto para contração muscular concêntrica quanto para contração excêntrica. As posições angulares foram de 0º,10º, 20º e 30 º de abdução do quadril, para os grupos adutores e abdutores, e 0º, 30º, 60º e 90º para os grupos flexores e extensores. As contrações concêntricas e excêntricas foram avaliadas nas velocidades angulares de 30º/s, 90º/s e 150º/s. Resultados: O grupo amputado apresentou reduções significativas do torque e trabalho no lado envolvido nas contrações isométricas, principalmente nas posições de maior grau de alongamento muscular. Os achados das contrações concêntricas e excêntricas mostraram que o lado envolvido e não envolvido têm menores torque que o grupo controle, principalmente em maior velocidade. O grupo adutor do quadril tem importante diminuição de força em ambos os lados no amputado. Interessantemente, o torque e trabalho dos músculos extensores do quadril, nos amputados, em ambos os lados, foram maiores que o grupo controle, o que indicar uma adaptação dos músculos ao uso da prótese. A variável trabalho pode ser importante para revelar as condições musculares desta população. Conclusão: Os achados do presente estudo mostraram que os amputados transfemorais têm alterações no torque e trabalho mecânico gerados pelos músculos do quadril, no lado envolvido e não envolvido, dependendo da velocidade angular e da posição da articulação. / Introduction Amputation at the transfemoral level leads to anatomical and functional adaptations that change the gate pattern and influences daily-life activities. It is well known that the side of the amputation presents lower force. However, it is not known if there is a specific angular position or angular velocity in that the force is even lower. Moreover, how amputation affects the type of muscular contraction and the force generated in the contralateral side needs further investigation. Objectives: to investigate torque and mechanical work generated by hip muscles in transfemoral amputees subjects during concentric and eccentric isometric contractions. Furthermore, to compare these parameters with the non-involved side and a control non-amputee group. Methods: Thirteen subjects (mean age ±SD, 27,2 ± 7,6 years, mean height ± SD, 1,74 ± 0,05 cm, mean weight 69,7 ± 9,9 kg) in the control group and ten (mean age ±SD, 37,7 ± 12,5 years, mean height ± SD, 1,70 ± 0,09 cm, mean weight 63,9 ± 7,5 kg) in the amputee group participated in the study. A dynamometer Biodex System 3 Pro was used to measure torque and mechanical work in four (0º, 10º, 20º e 30) hip abduction positions during hip abduction and adduction efforts, and four (0º, 30º, 60º e 90) hip abduction positions during hip flexion and extension. Concentric and eccentric contractions were evaluated during 30º/s, 90º/s and 150º/s. Results: The amputee group presented significant reduction in the isometric torque generated in the ipsilateral side, mainly when the muscle was further stretched. For concentric and eccentric contractions, in high angular velocity, the control group presented significantly higher torque values when compared with the both sides of the amputee group. Interestingly, the torque and mechanical work generated by the amputee group, in both sides, were significantly higher compared with the control group. Mechanical work might be an important parameter to understand muscular conditions in the amputee population. Conclusion: The present study showed that transfemoral amputees have alterations in hip muscles torque and mechanical work generation, in the involved and uninvolved side, according to the joint position and angular velocity.

Introdução: O amputado transfemoral apresenta alterações anatômicas e funcionais importantes que se manifestam na marcha e nas atividades diárias. Apesar do lado envolvido na amputação apresentar menor força, não se sabe ao certo se há alguma posição angular ou velocidade angular específica em que isso ocorre, o tipo de contração muscular mais acometido e, além disso, se o lado não envolvido na amputação, também, possui variações da força muscular. Objetivos: Avaliar o torque e trabalho nos músculos do quadril através da dinamometria isocinética nos amputados transfemorais, em contrações isométricas, concêntricas e excêntricas dos músculos do quadril dos amputados transfemorais e comparar estes valores com o lado não envolvido pela amputação e grupo controle. Casuística e Método: A característica do estudo é do tipo transversal, no qual 23 sujeitos do sexo masculino, sedentários, foram divididos em dois grupos. O grupo controle foi constituído de 13 sujeitos com média de idade de 27,2 ± 7,6 anos, massa corporal de 69,7 ± 9,9 kg, e estatura de 1,74 ± 0,05 m. O grupo de amputados foi constituído de 10 (dez) sujeitos amputados transfemorais, com 37,7 ± 12,5 anos de idade, massa corporal de 63,9 ± 7,5 kg e estatura média de 1,70 ± 0,09 m. O dinamômetro isocinético Biodex modelo System 3 Pro foi utilizado para as coletas dos dados isométricos e dos movimentos isocinéticos, tanto para contração muscular concêntrica quanto para contração excêntrica. As posições angulares foram de 0º,10º, 20º e 30 º de abdução do quadril, para os grupos adutores e abdutores, e 0º, 30º, 60º e 90º para os grupos flexores e extensores. As contrações concêntricas e excêntricas foram avaliadas nas velocidades angulares de 30º/s, 90º/s e 150º/s. Resultados: O grupo amputado apresentou reduções significativas do torque e trabalho no lado envolvido nas contrações isométricas, principalmente nas posições de maior grau de alongamento muscular. Os achados das contrações concêntricas e excêntricas mostraram que o lado envolvido e não envolvido têm menores torque que o grupo controle, principalmente em maior velocidade. O grupo adutor do quadril tem importante diminuição de força em ambos os lados no amputado. Interessantemente, o torque e trabalho dos músculos extensores do quadril, nos amputados, em ambos os lados, foram maiores que o grupo controle, o que indicar uma adaptação dos músculos ao uso da prótese. A variável trabalho pode ser importante para revelar as condições musculares desta população. Conclusão: Os achados do presente estudo mostraram que os amputados transfemorais têm alterações no torque e trabalho mecânico gerados pelos músculos do quadril, no lado envolvido e não envolvido, dependendo da velocidade angular e da posição da articulação. / Introduction Amputation at the transfemoral level leads to anatomical and functional adaptations that change the gate pattern and influences daily-life activities. It is well known that the side of the amputation presents lower force. However, it is not known if there is a specific angular position or angular velocity in that the force is even lower. Moreover, how amputation affects the type of muscular contraction and the force generated in the contralateral side needs further investigation. Objectives: to investigate torque and mechanical work generated by hip muscles in transfemoral amputees subjects during concentric and eccentric isometric contractions. Furthermore, to compare these parameters with the non-involved side and a control non-amputee group. Methods: Thirteen subjects (mean age ±SD, 27,2 ± 7,6 years, mean height ± SD, 1,74 ± 0,05 cm, mean weight 69,7 ± 9,9 kg) in the control group and ten (mean age ±SD, 37,7 ± 12,5 years, mean height ± SD, 1,70 ± 0,09 cm, mean weight 63,9 ± 7,5 kg) in the amputee group participated in the study. A dynamometer Biodex System 3 Pro was used to measure torque and mechanical work in four (0º, 10º, 20º e 30) hip abduction positions during hip abduction and adduction efforts, and four (0º, 30º, 60º e 90) hip abduction positions during hip flexion and extension. Concentric and eccentric contractions were evaluated during 30º/s, 90º/s and 150º/s. Results: The amputee group presented significant reduction in the isometric torque generated in the ipsilateral side, mainly when the muscle was further stretched. For concentric and eccentric contractions, in high angular velocity, the control group presented significantly higher torque values when compared with the both sides of the amputee group. Interestingly, the torque and mechanical work generated by the amputee group, in both sides, were significantly higher compared with the control group. Mechanical work might be an important parameter to understand muscular conditions in the amputee population. Conclusion: The present study showed that transfemoral amputees have alterations in hip muscles torque and mechanical work generation, in the involved and uninvolved side, according to the joint position and angular velocity.