Background: Multiple sclerosis is a chronic inflammatory auto-immune disease with various symptoms, which requires comprehensive multidisciplinary treatment for distinct and individualized conditions. Reviews on this population address treatment alternatives (i.e., pharmaceutical and rehabilitation). Orthotic interventions are seldom mentioned or mentioned briefly in conjunction with physiotherapy interventions. Aim: This study aims to critically appraise and summarize current evidence regarding orthotic interventions for multiple sclerosis population with lower limb deficiencies. Methods: This study uses umbrella review protocol for systematic reviews. 5 databases were used (CINAHL, Cochrane, PubMed, Scopus, Web of Science). From 44 reviews, 6 systematic reviews were obtained using JBI appraisal tool. Methodological quality is appraised using AMSTAR II, data were extracted via JBI data extraction form for umbrella reviews. 2 articles were excluded and the evidence quality of the remaining 4 articles were appraised via GRADE. Results: 2 out of 4 investigated the effect of foot orthoses, whilst the remaining investigated FES devices. 3 out of 4 articles scored “Critically low” in methodological quality, 1 scored “High”. The evidence quality of the different outcomes ranges from "Very low” to “High”. Conclusion: Foot orthoses reported an increase RoM in ankle and knee joints. FES intervention found an increase in speed and endurance during gait and increased RoM of ankle and knee. However, more studies with higher quality are needed to establish clinical recommendations. / Bakgrund: Multipel skleros är en kroniskt inflammatorisk auto-immun sjukdom med komplexa symtom som kräver en omfattande multidisciplinär behandlingsplan för att främja positiva, måluppnående behandlingsresultat. Artiklar gällande denna populationen kollar på behandlings alternativ (som medicinska och rehabilitering). Ortos interventioner nämns kort men ofta vid sidan av diskuterade medicinska interventionerna eller som komplement till fysioterapin. Syfte: Denna studie syftar att kritiskt värdera och summera den nuvarande evidensen gällande användningen av ortoser som intervention för brister i lägre extremiteters funktion för patienter med multipel skleros. Metod: Sökningen genomfördes i 5 databaser (CINAHL, Cochrane, PubMed, Scopus, Web of Science). Från 44 artiklar, var 6 studier behöriga efter JBI utvärderings verktyg. Metodologisk kvalitet var testat genom AMSTAR II, data var framtagen genom ” JBI data extraktion form for Umbrella reviews”. 2 artiklar var exkluderade ytterligare och evidens kvalitén av de kvarstående 4 artiklarna var testat med GRADE. Resultat: Två av de fyra inkluderade studierna studerade användningen av fotortoser medans de kvarvarande studerade FES-enheter. Tre av fyra studier fick betyget ”Critically low” gällande metodologisk kvalitet, en fick betyget ”High”. Evidens kvaliten av interventionernas resultat varierade mellan ”Very low” till ”High”. Sammanfattning: Fotortoser rapporterade en chans att öka rörlighets omfånget i ankel och knä. FES-enhet visade en ökning av hastighet och uthållighet vid gång samt öka rörelseomfånget i ankel och knä. Denna studie konstaterar att det behövs fler starka studier för att kunna skapa kliniska rekommendationer gällande ortoser för nedre extremiteter för MS patienter.

Introduktion: Externt fokus har visats vara fördelaktigt jämfört med internt fokus för en rad olika motoriska uppgifter. Dessutom menar vissa studier att det kan ha en betydande roll för rehabilitering, från till exempel en främre korsbandsskada. Det är dock oklart om uppmärksamhetsfokus påverkar utförandet av knäböj på en balansplatta, en övning som ibland används vid träning och rehabilitering. Syfte: Det primära syftet med följande studie är att undersöka om uppmärksamhetsfokus har en påverkan på rörelsekontroll vid knäböj utförd på en balansplatta. Det sekundära syftet är att jämföra en kontrollgrupp med en grupp individer som haft en främre korsbandsskada. Metod: Femton kvinnor mellan 19 och 24 år deltog, varav tio friska samt fem med främre korsbandsskada. Deltagarnas aktivitetsnivå var minst fyra på Tegners aktivitetsskala. De uppfyllde även FYSS rekommendationer om fysisk aktivitet. De genomförde totalt 18 stycken knäböj på en balansplatta med neutralt, externt och internt fokus. Ett tredimensionellt kamerasystem fångade kinematiken. Variablerna som analyserades var maximal/ minimal flexion/extension, knäadduktion/ abduktion, smidighet i rörelsen, flexions-/extensionstiden, plattans rörelse samt absoluta vinkel. Resultat: Kontrollgruppens signifikanta skillnader gällde knäts rörelsekontroll samt balansplattans rörelse. I den sammanslagna gruppen framkom signifikanta skillnader i utförandet av knäböjen gällande maximala och minimala vinklar. Mellan kontrollgruppen och korsbandsgruppen skiljde endast plattans rörelse under externt fokus. Neutralt fokus verkar i övrigt ha en positiv inverkan på rörelsekontroll vid knäböj på en balansplatta. Slutsats: Uppmärksamhetsfokus har en påverkan på utförandet av knäböj på en balansplatta. Fokusinriktade instruktioner bör därför anpassas utifrån uppgift och individ. / <p>Uppsatsen är skriven inom projektet "Korsbandsskada i knät - orsak, behandling och hur det går senare i livet" vid Institutionen för samhällsmedicin och rehabilitering, avdelningen för fysioterapi.</p>

Wearable robotics and exoskeletons have been explored for their efficacy in physical rehabilitation and for assistance in daily activities for people with motor disorders. The overall objective of this thesis is to design a powered soft exoskeleton for people with dropfoot and excessive inversion, commonly after a stroke, and to optimize the control parameters for each individual while considering different dimensions. This compilation thesis is based on two papers that focus on the design and verification of the ankle joint exoskeleton prototype, and control parameters optimization using human-in-the-loop optimization, respectively. In the first paper, we presented the design of the powered soft ankle exoskeleton, mainly consisting of the actuation system, Bowden cables, and textile components, to assist two degrees of freedom (DoF), dorsiflexion and eversion, simultaneously.A proof-of-concept study was performed to verify the functionality of the exoskeleton in two aspects: assisting/controlling two DoFs simultaneously and compensating for the resistance during ankle plantarflexion. Our results suggested that two-DoF assistance can be delivered with the structure, and the proposed force-free controller can counteract the inherent resistance in the system. In the second paper, a multi-objective-based human-in-the-loop optimization method was proposed, aiming at optimizing gait quality in different aspects simultaneously.In this case study, the multi-objective optimization method, Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II, was implemented in the human-in-the-loop optimization. Four generations, comprising ten sets of control parameters in each generation, were tested on one non-disabled subject wearing the exoskeleton described in paper I. The results indicated that this novel method can identify the control laws that optimize both gait quality metrics. In the set of solutions, control laws with different focuses can be selected for different purposes or individual uses. / Bärbara robotar och exoskelett har utforskats för deras effektivitet inom fysisk rehabilitering och som stöd i dagliga aktiviteter för personer med motoriska störningar. Det övergripande målet med denna avhandling är att designa en kraftdriven mjuk exoskelett för personer med fallfot och överdriven inversion, vanligt efter en stroke, och att optimera kontrollparametrarna för varje individ med hänsyn till olika dimensioner. Denna sammanställda avhandling bygger på två artiklar som fokuserar på design och verifiering av prototypen för fotledsexoskelett samt optimering av kontrollparametrar med mänsklig medverkan. I den första artikeln presenterade vi designen av det kraftdrivna mjuka fotledsexoskelettet, som huvudsakligen består av aktiveringssystem, Bowden-kablar och textilkomponenter, för att assistera i två grader av frihet (DoF), dorsiflexion och eversion, samtidigt. En konceptbevisstudie genomfördes för att verifiera funktionen hos exoskelettet avseende två aspekter: assistera/styra två DoFs samtidigt och kompensera för motståndet under plantarflektion i fotleden. Våra resultat antydde att två-DoF-assistans kan levereras med strukturen och att den föreslagna kraftfria styrenheten kan motverka det inneboende motståndet i systemet. I den andra artikeln föreslogs en mänsklig medverkande optimeringsmetod baserad på flera mål, med syfte att optimera gångkvaliteten i olika aspekter samtidigt. I denna fallstudie implementerades den flerobjektiva optimeringsmetoden Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II i den mänskliga medverkansoptimeringen. Fyra generationer, med tio uppsättningar av kontrollparametrar i varje generation, testades på en icke-funktionshindrad försöksperson som bar det exoskelett som beskrivs i den första artikeln. Resultaten indikerade att denna nya metod kan identifiera styrregler som optimerar både gångkvalitetsmått. I uppsättningen lösningar kan styrregler med olika fokus väljas för olika ändamål eller individuella användningsområden. / <p>QC 231115</p>

Bakgrund  Bedömning av skaderisk bland lagidrottare görs ofta med analys av nedre extremiteternas mekanik under hopptester. Dessa hopptester saknar dock oftast samtidiga kognitiva krav och speglar inte den kaotiska idrottsmiljön. För att öka den validiteten av hopptesterna har ett antal studier de senaste åren undersökt inverkan av sekundära kognitiva uppgifter på prestation och rörelsemönster.  Syfte  Syftet var att sammanställa och utvärdera evidensen för inverkan av sekundära kognitiva uppgifter för prestation och nedre extremiteternas mekanik vid hopptester bland atleter.  Metod  En systematisk litteraturöversikt utfördes enligt PRISMA:s riktlinjer. Tre databaser (PubMed, Cinahl och SportDiscus) söktes för studier som jämförde prestation och/eller nedre extremiteternas mekanik mellan ett hopptest med och utan en kognitiv uppgift bland idrottsaktiva personer mellan 15 – 40 år. Studierna granskades för Risk of Bias med en modifierad version av Downs and Black checklista och för kvalitén av evidensen med GRADE.   Resultat  Av 241 hittade artiklar ansågs 10 uppfylla kriterierna för översikten. De hopptest som analyserats var till exempel drop vertical jump, enbenslandningar och riktningsförändringar. Kognitiva uppgifterna bestod bland annat av räkningsuppgifter, beslutsfattande och arbetsminne. Baserat på väldigt låg till moderat evidens, tyder resultaten på att en sekundär kognitiv uppgift vid hopptester leder till signifikant mindre knäflexion, större knäabduktion, samt större inåtrotation i knä och anklar bland idrottare. Baserade på samma evidensnivå visade resultaten på längre markkontakttid samt lägre reaktiv styrka och lägre hopphöjd.  Slutsats  Sekundär kognitiva uppgifter påverkar prestation och mekaniken i nedre extremitet under ett hopp. Resultaten tyder på att bedömning av skaderisk vid hopptester bör ske med en sekundär kognitiv uppgift för ökad känslighet.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol inst., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

Spinal cord injury, whether traumatic or nontraumatic, can partially or completely damage sensorimotor pathways between the brain and the body, leading to heterogeneous gait abnormalities. Mobility impairments also depend on other factors such as age, weight, time since injury, pain, and walking aids used. The ASIA Impairment Scale is recommended to classify injury severity, but is not designed to characterize individual ambulatory capacity. Other standardized tests based on subjective or timing/distance assessments also have only limited ability to determine an individual's capacity. Data-driven techniques have demonstrated effectiveness in analysing complexity in many domains and may provide additional perspectives on the complexity of gait performance in persons with spinal cord injury. The studies in this thesis aimed to address the complexity of gait and functional abilities after spinal cord injury using data-driven approaches. The aim of the first manuscript was to characterize the heterogeneous gait patterns in persons with incomplete spinal cord injury. Dissimilarities among gait patterns in the study population were quantified with multivariate dynamic time warping. Gait patterns were classified into six distinct clusters using hierarchical agglomerative clustering. Through random forest classifiers with explainable AI, peak ankle plantarflexion during swing was identified as the feature that most often distinguished most clusters from the controls. By combining clinical evaluation with the proposed methods, it was possible to provide comprehensive analyses of the six gait clusters.     The aim of the second manuscript was to quantify sensorimotor effects on walking performance in persons with spinal cord injury. The relationships between 11 input features and 2 walking outcome measures - distance walked in 6 minutes and net energy cost of transport - were captured using 2 Gaussian process regression models. Explainable AI revealed the importance of muscle strength on both outcome measures. Use of walking aids also influenced distance walked, and  cardiovascular capacity influenced energy cost. Analyses for each person also gave useful insights into individual performance.     The findings from these studies demonstrate the large potential of advanced machine learning and explainable AI to address the complexity of gait function in persons with spinal cord injury. / Skador på ryggmärgen, oavsett om de är traumatiska eller icke-traumatiska, kan helt eller delvis skada sensoriska och motoriska banor mellan hjärnan och kroppen, vilket påverkar gången i varierande grad. Rörelsenedsättningen beror också på andra faktorer såsom ålder, vikt, tid sedan skadan uppstod, smärta och gånghjälpmedel. ASIA-skalan används för att klassificera ryggmärgsskadans svårighetsgrad, men är inte utformad för att karaktärisera individens gångförmåga. Andra standardiserade tester baserade på subjektiva eller tids och avståndsbedömningar har också begränsad möjlighet att beskriva individuell kapacitet. Datadrivna metoder är kraftfulla och kan ge ytterligare perspektiv på gångens komplexitet och prestation. Studierna i denna avhandling syftar till att analysera komplexa relationer mellan gång, motoriska samt sensoriska funktion efter ryggmärgsskada med hjälp av datadrivna metoder. Syftet med den första studien är att karaktärisera de heterogena gångmönster hos personer med inkomplett ryggmärgsskada. Multivariat dynamisk tidsförvrägning (eng: Multivariate dynamic time warping) användes för att kvantifiera gångskillnader i studiepopulationen. Hierarkisk agglomerativ klusteranalys (eng: hierarchical agglomerative clustering) delade upp gång i sex distinkta kluster, varav fyra hade lägre hastighet än kontroller. Med hjälp av förklarbara AI (eng: explainable AI) identifierades det att fotledsvinkeln i svingfasen hade störst påverkan om vilken kluster som gångmönstret hamnat i. Genom att kombinera klinisk undersökning med datadrivna metoder kunde vi beskriva en omfattande bild av de sex gångklustren. Syftet med den andra manuskriptet är att kvantifiera sensoriska och motoriska faktorerans påverkan på gångförmåga efter ryggmärgsskada. Med hjälp av två Gaussian process-regressionsmodeller identiferades sambanden mellan 11 beskrivande faktorer och 2 gång prestationsmått, nämligen gångavstånd på 6 minuter samt metabola energiåtgång. Med hjälp av förklarbar AI påvisades det stora påverkan av muskelstyrka på både gångsträckan och energiåtgång. Gånghjälpmedlet samt kardiovaskulär kapaciteten hade också betydande påverkan på gångprestation. Enskilda analyser gav insiktsfull information om varje individ. Resultaten från dessa studier visar på potentiella tillämpningar av avancerad maskininlärning och AI metoder för att analysera komplexa relationer mellan funktion och motorisk prestation efter ryggmärgsskada. / <p>QC 20240221</p>

Globally, approximately 1.2 million people die each year due to traffic accidents. Upper extremity injuries account for 18% to 25% of all car accident injuries. In order to be able to analyze these crash-related injuries, Human body models(HBMs) are used as a complement to FE simulations. An example of a HBM is the THUMS SAFER that is based on a 50 percentile American male. The aim of this study was to improve the upper extremity of the THUMS SAFER with respect to Autoliv's requirements to better predict fractures. In addition, this was validated against the Forman experiment(Forman, et al., The journal of trauma and acute care surgery, vol. 77, 2014) where human cadavers of the upper extremity were axially impacted to replicate a car collision. This was done by generating the upper extremity geometry with segmentation of medical images of a right human hand in combination with the complete STL-geometry of the forearm from the Piper project. The STL-geometry of the segmented human hand and Piper forearm was integrated and a complete STL-geometry of the upper extremity was obtained. Based on the complete STL-geometry, the FE-arm HEX 4.0 was built with modelling of bones, ligaments, soft tissue and skin with corresponding material choice in accordance with Autoliv's requirements. The model HEX 4.0 was improved considering an increased mesh density from an average of 94% to 98%. HEX 4.0 was also validated against the data from the Forman experiment for experiments 5, 6 and 15. It showed a good correlation with the acceleration curves between the simulated and experimental values for the three experiments. The reaction force in the elbow was compared for experiment 15, where the simulated value 5.7 kN divided by a factor of 1.4 from 4 kN for the experiment. Furthermore, the fi rst principal strains that occurred in HEX 4.0 were analysed by 17 ms were the highest acceleration was achieved for experiments 5 and 6. Both experiments were shown to be close to the failure threshold of bones. However, the highest value e5=9.8E-03 occurred in the radius for experiment 5, while e6=9.3E-03 in a ligament for experiment 6. In addition, the failure threshold for experiment 15 exceeded 5 ms in lunate, schapoid and triquetrum. This indication of fractures is in good agreement with the experimental results where the corresponding bones resulted in fractures in experiment 15. HEX 4.0 was an improved upper extremity of the THUMS SAFER considering an increased mesh density. It is also capable of indicating fractures and corresponding positions in the form of analyzes of occurring stresses and strains. Nevertheless, improvements and further validation of HEX 4.0 has been proposed in the future work section. / Globalt, dör varje år ungefär 1.2 miljoner personer på grund av trafi kolyckor. Skador på övre extremitet utgör 18% till 25% av alla skador inom bilolyckor. För att kunna analysera dessa krockrelaterade skador används humanmodeller(HBM) som komplement för FE-simuleringar. Ett exempel på en HBM är THUMS SAFER som är baserad på en "50 percentile" amerikans man. Målet med denna studie är att förbättra över extremiten av THUMS SAFER med avseende på Autolivs krav för att bättre kunna förutspå frakturer. Dessutom validerades detta mot Forman experiment(Forman, et al., The journal of trauma and acute care surgery, vol. 77, 2014) där övre extremitet av människokadaver blev axiellt påverkade för att replikera en bilkollsion. Detta gjordes genom att generera STL-geometrin av en övre extremitet med segmentering av medicinska bilder av en höger människohand i kombination med färdig STL-geometri av underarmen från Piper projektet. STL-geometrin av den segmenterande människohanden och Piper underarmen integrerades och en komplett STL-geometri av övre extremiteten erhölls. Baserad på den kompletta STL-geometrin byggdes FE-armen HEX 4.0 med modellering av ben, ligament, mjukvävnad samt hud med motsvarande materialval i enighet med Autolivs krav. Modellen HEX 4.0 förbättrades i form av en ökad mesh densitet från medelvärdet 94% till 98%. Den validerades även gentemot data från Forman experimentet för experiment 5, 6 och 15. Det påvisade en god korrelation på accelerations kurvorna mellan de simulerade och experimentella värdena för de tre experimenten. Reaktionskraften i armbågen jämfördes för experiment 15 där den simulerade värdet 5.7 kN skiljde sig med en faktor 1.4 från 4 kN för experimentet. Ytterligare analyserades första huvudtöjningarna som uppkom i HEX 4.0 vid 17 ms, då den högsta accelerationen uppnådes för experiment 5 och 6. Det visades att båda experimenten låg nära gränsen för benfraktur, däremot uppkom det högsta värdet e5=9.8E-03 i radius för experiment 5, samt e6=9.3E-03 i ett ligament för experiment 6. Dessutom överskred gränsen för benfrakturer för experiment 15 efter 5 ms i lunate, schapoid och triquetrum. Denna indikation av frakturer stämmer väl med resultatet av experimentet där motsvarande benen resulterades i frakturer i experiment 15. HEX 4.0 är en förbättrad övre extremitet av THUMS SAFER i form av förbättrad meshdensitet. Den är även kapabel att indikera frakturer och motsvarande position i form av analyser på förekommande spänningar och töjningar. Förbättringar och ytterligare validering av HEX 4.0 föreslås för framtida arbete.