i
KAJIAN BIOMEKANIKA PADA PENGGUNA PROSTHETIC
BAWAH LUTUT DENGAN MEMPERHATIKAN FUNGSI
ANKLE JOINT
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
AGUS SUSANTO WIBOWO
I0305011
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Tugas Akhir :
KAJIAN BIOMEKANIKA PADA PENGGUNA PROSTHETIC
BAWAH LUTUT DENGAN MEMPERHATIKAN FUNGSI
ANKLE JOINT
Ditulis oleh: Agus Susanto Wibowo
I 0305011
Mengetahui,
Dosen Pembimbing 1
Ir. Lobes Herdiman, MT NIP. 19641007 199702 1 001
Pembantu Dekan I Fakultas Teknik
Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 19561112 195403 2 007
Dosen Pembimbing II
Retno Wulan Damayanti, ST, MT NIP. 19800306 200501 2 002
Ketua Jurusan Teknik Industri
iii
LEMBAR VALIDASI
Judul Tugas Akhir :
KAJIAN BIOMEKANIKA PADA PENGGUNA PROSTHETIC
BAWAH LUTUT DENGAN MEMPERHATIKAN FUNGSI
ANKLE JOINT
Ditulis oleh: Agus Susanto Wibowo
I 0305011
Telah disidangkan pada hari Senin tanggal 1 Februari 2010
Di Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, dengan
Dosen Penguji
1. Taufiq Rochman, STP, MT NIP. 19701030 199802 1 001
2. Ilham Priadythama, ST, MT NIP. 19801124 200812 1 002
Dosen Pembimbing
1. Ir. Lobes Herdiman, MT NIP. 19641007 199702 1 001
SURAT PERNYATAAN
ORISINALITAS KARYA ILMIAH
Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan di bawah ini, Nama : Agus Susanto Wibowo
Nim : I 0305011
Judul tugas akhir : Kajian Biomekanika Pada Pengguna Prosthetic Bawah Lutut Dengan Memperhatikan Fungsi Ankle Joint.
Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun tidak mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti bahwa Tugas Akhir yang saya susun mencontoh atau melakukan plagiat dapat dinyatakan batal atau gelar Sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila dikemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung segala konsekuensinya.
Surakarta, Februari 2010
v
SURAT PERNYATAAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan di bawah ini, Nama : Agus Susanto Wibowo
Nim : I 0305011
Judul tugas akhir : Kajian Biomekanika Pada Pengguna Prosthetic Bawah Lutut Dengan Memperhatikan Fungsi Ankle Joint.
Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing 1 dan Pembimbing 2. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian dari publikasi karya ilmiah.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Surakarta, Februari 2010
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan pada Tuhan Yesus Kristus karena kasih karunia-Nya sehingga penulis berhasil menyelesaikan Laporan Tugas Akhir dengan judul “Kajian Biomekanika Pada Pengguna Prosthetic Bawah Lutut Dengan Memperhatikan Fungsi Ankle Joint” ini dengan baik.
Dengan segenap ketulusan hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih atas segala bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat menyelasaikan Laporan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Papa dan mamaku yang selalu memberi dukungan dan doa yang tak pernah putus sehingga penulis berhasil menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Tuhan selalu menyertai kalian dalam segala hal.
2. Bapak Ir. Lobes Herdiman, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Industri, selaku Dosen Pembimbing I, dan juga selaku Pembimbing Akademik atas segala bimbingan, bantuan dan juga kesabaran yang telah diberikan kepada penulis selama penyelesaian Laporan Tugas Akhir dan selama penulis menjadi mahasiswa di Teknik Industri UNS.
3. Ibu Retno Wulan Damayanti, ST, MT selaku Dosen Pembimbing II, terima kasih atas segala bantuan dan bimbingan ibu selama penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini.
4. Bapak Taufiq Rochman, STP, MT dan Bapak Ilham Priadythama, ST, MT selaku Dosen Penguji, terima kasih atas masukan dan perbaikan untuk Laporan Skripsi ini.
5. Bapak Taufik Rohman STP, MT selaku koordinator Tugas Akhir yang telah membantu mempermudah pelaksanaan Skripsi ini.
6. Seluruh dosen Teknik Industri yang telah mewariskan segala ilmu Teknik Industri kepada penulis.
7. Mbak Yayuk, Mbak Tutik, Mbak Rina & seluruh Admin TI atas segala bantuan administrasinya.
vii
9. Teman-teman seperjuangan pembuatan Tugas Akhir – Putu, Anna, Galih, dan mas Angga –. Thanks atas segala support kalian kepadaku. Merdeka!
10.Teman-teman angkatan 2005 jurusan Teknik Industri UNS atas kerjasama dan kebersamaan yang sangat berarti bagi penulis – Putu, Dian, Imung, Anna, Endri, Denta, Galih, Muha, Puput, Udin, Antok, Bryan, Deny, Antik, Tri, Dika, Anis, Putri, Nancy, Elok, Dewi, Indri, Iffa, Edwin, Heni, Diesel, Rizal, Aji, Agus Bison, Eryko, Syahrul, juga Fajri & Baarid –, beruntung memiliki sahabat seperti kalian semua, semoga kesuksesan selalu menyertai kita semua. Amin.
11.Teman-teman di segala penjuru dunia yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu. Makasih yah atas support kalian semua.
12.Seluruh Laboratorium beserta perangkatnya, atas bantuan-bantuan dan jadi tempat ngobrol selama ini.
13.Semua pihak yang belum tertulis di atas, terima kasih atas segala bantuan dan dukungannya.
Sebagai akhir dari kata pengantar ini, penulis menyampaikan bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna dikarenakan keterbatasan kemampuan yang penulis miliki. Saran dan kritik diharapkan untuk perbaikan. Semoga laporan ini bermanfaat dan dapat memberikan inspirasi bagi semua.
Surakarta, Februari 2010
ABSTRAK
Agus Susanto Wibowo, NIM: I 0305011. KAJIAN BIOMEKANIKA PADA
PENGGUNA PROSTHETIC BAWAH LUTUT DENGAN
MEMPERHATIKAN FUNGSI ANKLE JOINT. Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Februari 2010.
Keberadaan kaki sebagai anggota gerak tubuh manusia sangat penting untuk aktivitas sehari-hari seperti untuk menopang dan sebagai penyeimbang tubuh saat berdiri, berjalan, berlari, dan melompat. Apabila salah satu atau kedua anggota gerak bawah mengalami amputasi, maka hal tersebut sangat mengganggu keseimbangan tubuh manusia saat melakukan aktivitas sehari-hari.
Penggunaan prosthetic kaki bawah lutut adalah untuk menyeimbangkan tubuh amputee saat berjalan. Gerakan berjalan pada orang normal, memperlihatkan bagaimana kedua kaki saling menyeimbangkan beban tubuh dalam pergerakan berpindah. Pada saat berjalan dan kaki menyentuh lantai, beban tubuh yang dihasilkan dari efek tekanan gravitasi bumi akan menimbulkan gaya reaksi ke atas. Pada amputee, pemindahan beban tubuh pada kaki prosthetic dan kaki normal dikatakan baik apabila selama proses berjalan, pengguna prosthetic melangkah secara normal yaitu tidak terjadi gap dengan kaki yang sehat. Objek yang dikaji dalam penelitian ini dilihat dari fleksibilitas ankle joint, ada tiga jenis yaitu prosthetic eksoskeletal, endoskeletal merk Regal dan endoskeletal model pengembangan 2009. Kajian dalam penelitian ini digunakan untuk menentukan jenis prosthetic bagian bawah lutut yang mampu memberikan keseimbangan terbaik bagi pengguna prosthetic ditinjau dari aspek biomekanika yaitu yang memiliki keseimbangan gaya dan momen yang terbaik. Kajian biomekanika dalam penelitian ini merupakan kajian gaya dan momen pada pengguna prosthetic kaki bawah lutut saat melakukan aktivitas berjalan normal.
Gerakan aktivitas berjalan dibagi menjadi enam fase yaitu fase heel contact, foot flat, midstance point, heel off, toe off, dan swing. Dari pengolahan data didapatkan prosthetic endoskeletal pengembangan 2009 memiliki keseimbangan beban gaya dan momen terbaik dibandingkan kedua prosthetic yang lain. Sehingga didapatkan rekomendasi jenis prosthetic terbaik bagi amputee adalah jenis prosthetic endoskeletal model pengembangan 2009.
ix ABSTRACT
Agus Susanto Wibowo, NIM: I 0305011. BIOMECHANICAL STUDY OF BELOW KNEE PROSTHETIC USER THAT IS FOCUSSED ON FUNCTION OF THE ANKLE JOINT. Thesis. Surakarta: Industrial Engineering Department, Faculty of Engineering, Sebelas Maret University, February 2010.
Foot existence as element of body moving part is very important for human to support their daily activity such as to sustain and to equal body when standing up, walking, running, and jumping movement. If one or two of below movement element experiencing amputation, it will very disturbing the balance of human body in their daily activity.
Use of below knee prosthetic is to balance body’s amputee at walking movement. Walking movement at the normal people, showing how two foot balancing the body burden. At the time of walking movement and foot touch the floor, body burden yielded from the effect of gravitational pressure of earth that will generate upper reaction force. At amputee, the transfer of body burden on prosthetic foot and normal foot is good if at the walking process, amputee can step normally that is not happened the gap with the normal foot. The object that studied in this research if seen from flexibility of ankle joint, there is three type that is exoskeletal prosthetic, endoskeletal prosthetic that have brand name Regal and endoskeletal prosthetic that developed in 2009. Study in this research is used to determine the type of below knee prosthetic that capable to give the best balance for the amputee evaluated from biomechanical aspect that owning the best balance in force and torque. Biomechanical study in this research represent the study of force and torque from amputee at normal walking activity.
Walking activity movement divided to six phase that are heel contact, foot flat, midstance point, heel off, toe off, and swing phase. From data processing known that endoskeletal prosthetic that developed in 2009 has the best balance of force and torque if compared to the other prosthetics. So the best type prosthetic recommendation for amputee is endoskeletal prosthetic that developed in 2009. Key word: exoskeletal prosthetic, endoskeletal prosthetic, biomechanics, force
and momen.
DAFTAR ISI
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang... I-1 1.2 Perumusan Masalah... I-4 1.3 Tujuan Penelitian... I-4 1.4 Manfaat Penelitian... I-4 1.5 Batasan Masalah... I-4 1.6 Asumsi... I-5 1.7 Sistematika Penulisan... I-5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Prosthetic... II-1 2.1.1 Definisi Prosthetic... II-1 2.1.2 Komponen Prosthetic Kaki Bawah Lutut
(Below-Knee Prosthetic)... II-2 2.2 Biomekanika... II-11 2.3 Prinsip Biomekanika Anggota Gerak Bawah... II-13 HALAMAN JUDUL ...
LEMBAR PENGESAHAN ... LEMBAR VALIDASI ... SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ... SURAT PERNYATAAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... KATA PENGANTAR ... ABSTRAK ... ABSTRACT ... DAFTAR ISI………...
i ii iii iv v vi viii ix x DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR...
DAFTAR ISTILAH... DAFTAR LAMPIRAN ...
xi
2.3.1 Prinsip Biomekanika Below Knee Prosthetic... II-14 2.4 Analisis Gaya Pada Saat Berjalan... II-22 2.5 Momen Pada Gerakan Tubuh... II-25 2.6 Fungsi Gerakan Ankle Joint... II-27 2.7 Penelitian Sebelumnya... II-28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... III-1
3.1 Identifikasi Permasalahan... III-2 3.2 Pengumpulan Data... III-4 3.3 Pengolahan Data... III-7 3.4 Analisis dan Interpretasi Hasil Penelitian... III-7 3.5 Kesimpulan dan Saran... III-8 BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA... IV-1 4.1 Pengumpulan Data... IV-1
4.1.1 Data Anthropometri Pengguna Prosthetic Bawah
Lutut... IV-1 4.1.2 Pengukuran Dimensi Ketiga Prosthetic
Bawah Lutut... IV-2 4.1.3 Model Prosthetic Bawah Lutut... IV-3 4.1.4 Fase Dalam Siklus Berjalan... IV-10 4.2 Pemodelan Biomekanika Pada Pengguna Prosthetic
Bawah Lutut... IV-11 4.2.1 Posisi telapak kaki pada fase 1
(fase heel contact)... IV-12 4.2.2 Posisi telapak kaki pada fase 2 (fase foot flat)... IV-28 4.2.3 Posisi telapak kaki pada fase 3
(fase midstance point)... IV-50 4.2.4 Posisi telapak kaki pada fase 4 (fase heel off)... IV-32 4.2.5 Posisi telapak kaki pada fase 5 (fase toe off)... IV-67 4.2.6 Posisi telapak kaki pada fase 6 (fase swing)... IV-85 4.3 Pengolahan Data... IV-91
Momen Inersia (Mσ) Dalam 1 Siklus Berjalan... IV-91 4.3.2 Gerakan Flexi dan Extensi Pada Ankle Joint Foot.... IV-156
4.3.2.1 Bidang Plantar Flexion Foot Dari
Prosthetic Model Eksoskeletal... IV-157 4.3.2.2 Bidang Plantar Flexion Foot Dari
Prosthetic Endoskeletal Merk Regal... IV-158 4.3.2.3 Bidang Plantar Flexion Foot Dari
Prosthetic Endoskeletal Pengembangan... IV-159 BAB V ANALISIS BIOMEKANIKA... V-159
5.1 Analisis Hasil Penelitian... V-1 5.1.1 Fase Heel Contact... V-1 5.1.2 Fase Foot Flat... V-3 5.1.3 Fase Midstance Point... V-5 5.1.4 Fase Heel Off... V-6 5.1.5 Fase Toe Off... V-8 5.1.6 Fase Swing... V-10 5.2 Interpretasi Hasil Penelitian... V-11 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... VI-1
6.1 Kesimpulan... VI-1 6.2 Saran... VI-1 DAFTAR PUSTAKA
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Anthropometri pengguna prosthetic... IV-2 Tabel 4.2 Dimensi prosthetic kaki bawah lutut... IV-2 Tabel 4.3 Pemodelan distribusi berat badan... IV-91 Tabel 4.4 Dimensi prosthetic kaki bawah lutut... IV-91 Tabel 4.5 Massa segmen tubuh... IV-92 Tabel 4.6 Proporsi berat individual segmen tubuh... IV-93 Tabel 4.7 Panjang titik berat segmen kaki... IV-95 Tabel 4.8 Sudut kaki prosthetic model eksoskeletal... IV-96 Tabel 4.9 Sudut kaki prosthetic model endoskeletal
merk Regal... IV-96 Tabel 4.10 Sudut kaki prosthetic model endoskeletal
tipe pengembangan 2009... IV-97 Tabel 4.11 Besarnya gaya yang mempengaruhi gerakan
heel contact... IV-107 Tabel 4.12 Besarnya momen yang mempengaruhi gerakan
heel contact... IV-108 Tabel 4.13 Besarnya gaya yang mempengaruhi gerakan
foot-flat... IV-119 Tabel 4.14 Besarnya momen yang mempengaruhi gerakan
foot-flat... IV-120 Tabel 4.15 Besarnya gaya yang mempengaruhi gerakan
Midstance point... IV-126 Tabel 4.16 Besarnya momen yang mempengaruhi gerakan
Midstance point... IV-126 Tabel 4.17 Besarnya gaya yang mempengaruhi gerakan
heel off... IV-137 Tabel 4.18 Besarnya momen yang mempengaruhi gerakan
Toe off... IV-148 Tabel 4.20 Besarnya momen yang mempengaruhi gerakan
Toe off... IV-148 Tabel 4.21 Besarnya gaya yang mempengaruhi gerakan
swing... IV-155 Tabel 4.22 Besarnya momen yang mempengaruhi gerakan
swing... V-155 Tabel 4.23 Sudut plantar flexion prosthetic model
eksoskeletal... V-157 Tabel 4.24 Sudut plantar flexion prosthetic model
endoskeletal merk Regal... V-158 Tabel 4.25 Sudut plantar flexion prosthetic model
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.4 Electrogoniometer Rf... III-6 Gambar 4.1 Pengukuran anthropometri pengguna prosthetic
bawah lutut... IV-1 Gambar 4.2 Prosthetic bawah lutut yang digunakan pengguna
pada saat diteliti... IV-3 Gambar 4.3 Fork strap dan thigh corset... IV-3 Gambar 4.4 Prosthetic eksoskeletal dari bahan campuran
Fiberglass... IV-4 Gambar 4.5 SACH foot ... IV-4 Gambar 4.6 Ankle joint dengan sistem double axis... IV-5 Gambar 4.7 Ankle joint dengan double axis yang
dikembangkan Regal... IV-5 Gambar 4.8 Desain ankle joint dengan double axis... IV-6 Gambar 4.9 Komponen penyambung ankle joint dengan shank.... IV-6 Gambar 4.10 Sistem double axis pada prosthetic pengembangan.... IV-7 Gambar 4.11 Komponen ankle joint dengan kemampuan
double axis... IV- 7 Gambar 4.12 Prosthetic pengembangan dengan sistem
double axis... IV- 8 Gambar 4.13 Komponen prosthetic pengembangan... IV- 9 Gambar 4.14 Komponen sistem double axis pada prosthetic
model pengembangan... IV- 9 Gambar 4.15 Double support dan single support... IV- 10 Gambar 4.16 Fase berjalan dari pengguna prosthetic
bawah lutut... IV- 11 Gambar 4.17 Fase heel contact dari pengguna prosthetic
xvii
Gambar 4.48 Momen pada jarak r3... IV-27 Gambar 4.49 Momen pada jarak rN... IV-28
Gambar 4.50 Fase foot flat dari pengguna prosthetic
xix
Gambar 4.73 Momen pada jarak r5... IV-40 Gambar 4.74 Momen pada jarak rN... IV-41 Gambar 4.75 Momen pada jarak r5... IV-42 Gambar 4.76 Momen pada jarak rs... IV-42 Gambar 4.77 Momen pada jarak r4... IV-42 Gambar 4.78 Momen pada jarak r1... IV-43 Gambar 4.79 Momen pada jarak r2... IV-43 Gambar 4.80 Momen pada jarak r3... IV-44 Gambar 4.81 Momen pada jarak rN... IV-44 Gambar 4.82 Momen pada jarak r6... IV-45 Gambar 4.83 Fase midstancedari pengguna prosthetic
bawah lutut... IV-46 Gambar 4.84 Gaya berat pada jarak r1... IV-47 Gambar 4.85 Gaya berat pada jarak r2... IV-47 Gambar 4.86 Gaya berat pada jarak r3... IV-47 Gambar 4.87 Gaya berat pada jarak r6... IV-48 Gambar 4.88 Momen pada jarak r2... IV-49 Gambar 4.89 Momen pada jarak r3... IV-49 Gambar 4.90 Momen pada jarak r6... IV-50 Gambar 4.91 Fase heel offdari pengguna prosthetic
xxi
Gambar 4.150 Momen pada jarak r5... IV-81 Gambar 4.151 Momen pada jarak rs... IV-82 Gambar 4.152 Momen pada jarak r4... IV-82 Gambar 4.153 Momen pada jarak r1... IV-83 Gambar 4.154 Momen pada jarak r2... IV-83 Gambar 4.155 Momen pada jarak r3... IV-84 Gambar 4.156 Momen pada jarak rN... IV-84
Gambar 4.157 Fase swingdari pengguna prosthetic
xxiii
Gambar 4.176 Momen pada gerakan heel off... IV-138 Gambar 4.177 Gaya pada gerakan toe off... IV-148 Gambar 4.178 Momen pada gerakan toe off... IV-149 Gambar 4.179 Gaya pada gerakan swing... IV-155 Gambar 4.180 Momen pada gerakan swing... IV-156 Gambar 4.181 Gerakan flexi dan extensi pada ankle joint... IV-156 Gambar 4.182 Pemodelan flexi dan extensi pada bidang
plantar foot... IV-157 Gambar 4.183 Bumper plantar flexion... IV-158 Gambar 4.184 Bumper plantar flexion dengan sistem
double pegas... IV-159 Gambar 5.1 Perbandingan pola gaya fase heel contact
dengan fase heel off... V-11 Gambar 5.2 Perbandingan pola gaya fase foot flat
dengan fase toe off... V-11 Gambar 5.3 Perbandingan pola gaya fase midstance point
DAFTAR ISTILAH
A
Amputasi = Pemotongan anggota tubuh.
Ankle Circumreference = Nilai lingkar terkecil pada segmen betis. Anterior = Bagian depan dari anggota tubuh. Anterodistal of tibia = Ujung depan tulang kering. Anteroposterior = Arah depan dan belakang tubuh. C
Calf Circumreference = Nilai dari lingkar terbesar pada segmen betis. Cushion = Bantalan busa.
D
Distal = Ujung segmen tubuh yang terjauh dari pusat tubuh.
Dorsi flexion = Gerak pergelangan kaki yang memungkinkan telapak kaki bergerak mendekati bagian betis. E
Edema = Bengkak.
F
Fibula = Tulang betis.
Foot-flat = Kondisi saat fase berdiri dimana keseluruhan telapak kontak dengan lantai, telapak dalam posisi mendatar.
H
Heel contact = Kondisi saat fase berdiri pada siklus berjalan, dimana posisi tumit menyentuh lantai.
Heel-off = Konsisi saat fase berdiri pada siklus berjalan, dimana posisi tumit mulai terangkat dari lantai. Hip = Bagian tubuh yang berada pada pangkal paha,
xxv I
Ischial tuberosity = Jarak antara telapak kaki dengan tulang duduk, diukur saat keadaan berdiri.
K
Kinematika = Studi yang menjelaskan karakteristik gerakan dari segi ruangan tanpa melihat gaya yang
menyebabkan gerakan tersebut. M
Midstance = Fase berdiri pada siklus berjalan dimana telapak dalam posisi setengah menahan bobot tubuh. P
Patellar-tendon bearing = Jenis prothese bawah lutut dimana beban tubuh diakomodasi oleh tendon patellar pada lutut.
Pelvis = Pinggul.
Plantar flexion = Gerak pergelangan kaki yang memungkinkan telapak kaki bergerak menjauhi bagian betis. Popliteal = Bagian belakang lutut.
Posterior = Bagian belakang dari anggota tubuh. Q
Quadriceps = Otot yang terletak pada paha kaki. S
Stance phase = Fase berdiri pada siklus berjalan.
Strap = Penyangga paha pada pengguna prosthetic.
Stump = Bagian segmen tubuh sisa dari amputasi, dihitung dari pangkal segmen tubuh itu sendiri.
Swing phase = Fase melayang pada siklus berjalan.
SACH foot = Jenis telapak alat ganti anggota gerak bawah (telapak prothese kaki) dengan bahan kayu dilapisi karet dan bersifat statis.
T
Toe-off = Bagian dari fase berdiri pada siklus berjalan dimana ujung kaki mulai off atau terangkat dari lantai.
xxvii
DAFTAR LAMPIRAN
BAB I
PENDAHULUAN
Bab ini membahas latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan yang ingin dicapai, manfaat penelitian, batasan penelitian, asumsi-asumsi yang digunakan dan sistematika penulisan penelitian.
1.1LATAR BELAKANG
Gerak kaki manusia termasuk dalam pergerakan anggota gerak bawah. Pergerakan anggota gerak bawah sangat penting untuk aktivitas sehari-hari seperti untuk menopang dan sebagai penyeimbang tubuh saat berdiri, berjalan, berlari, dan melompat. Apabila salah satu atau kedua anggota gerak bawah mengalami gangguan hingga mengalami amputasi, maka hal tersebut sangat mengganggu aktivitas atau kegiatan sehari-hari. Beberapa hal yang dapat menyebabkan terjadinya amputasi kaki antara lain karena penyakit dengan persentase sebesar 47%, kecelakaan sebesar 23%, atau dikarenakan suatu kelainan sejak lahir sebesar 3% (Muilenberg, Alvin L. and A. Bennet Wilson Jr., 1996). Ketiadaan alat gerak bawah atau tungkai kaki masih dapat dibagi menjadi empat bagian yaitu ketiadaan tungkai kaki atas lutut (above-knee), ketiadaan tungkai kaki tengah lutut (middle-knee), ketiadaan tungkai kaki bawah lutut (below-knee) dan ketiadaan foot (syme). Kasus ketiadaan alat gerak bawah yang paling sering terjadi di Indonesia adalah kasus ketiadaan tungkai kaki bawah lutut dengan persentase sebesar 55% dari keseluruhan kasus ketiadaan alat gerak bawah (Data: Rumah Sakit RSO Orthopedi “Prof. Dr. Soeharso” Surakarta, 2007). Selanjutnya, penelitian ini membahas mengenai alat ganti untuk bagian bawah lutut.
iii
bawah penderita amputasi untuk dapat menjalankan aktivitasnya sehari-hari. Perancangan dan pembuatan prosthetic kaki meliputi kaki (foot), lutut (knee) dan sambungan, socket serta metode suspensi (May, 1996).
Penggunaan prosthetic kaki bawah lutut adalah untuk menyeimbangkan tubuh amputee saat berjalan. Pengguna prosthetic pada umumnya tidak dapat berjalan normal, sehingga aspek biomekanika sangat berperan dalam mengkaji apakah pola berjalan pasien telah menyerupai pola berjalan normalnya (C.W. Radcliffe, J. Foort, 1961).
Bagian terpenting pada gerakan berjalan dari pengguna prosthetic adalah keseimbangan beban tubuh amputee. Sehingga prosthetic yang baik harus mampu memberikan keseimbangan beban. Gerakan berjalan pada orang normal, memperlihatkan bagaimana kedua kaki saling menyeimbangkan beban tubuh dalam pergerakan berpindah. Pada saat berjalan dan kaki menyentuh lantai, beban tubuh yang dihasilkan dari efek tekanan gravitasi bumi akan menimbulkan gaya reaksi ke atas. Pada amputee, pemindahan gaya pada prosthetic dan kaki yang lain dikatakan baik apabila selama proses berjalan pengguna prosthetic melangkah secara normal yaitu tidak terjadi gap dengan kaki yang sehat.
metal pylon yang ringan untuk menghubungkan foot (kaki) ke socket. Sehingga prosthetic endoskeletal memiliki kemampuan menopang beban tubuh lebih besar dan lebih kuat dibanding prosthetic eksoskeletal. Prosthetic endoskeletal memiliki ankle joint yang memberikan fleksibilitas pada bagian ankle prosthetic sehingga memungkinkan seorang amputee untuk dapat berjalan mendekati gerakan berjalan manusia normal. Gerak yang terjadi pada ankle joint dibagi menjadi dua yaitu gerak plantar flexion dan dorsi flexion. Gerakan plantar flexion didapat dari tekanan pada tumit. Gerakan plantar flexion memungkinkan foot bergerak menjauhi bagian betis (shank). Sedangkan gerakan dorsi flexion memungkinkan bagian foot untuk mendekati daerah betis. Konsep perancangan prosthetic endoskeletal, diterapkan konsep modular yang artinya prosthetic dibuat dari beberapa bagian sehingga dapat dirakit dan dilepas kembali.
Desain prosthetic bawah lutut yang dibahas pada penelitian ada tiga jenis yaitu prosthetic eksoskeletal, endoskeletal impor dan endoskeletal model pengembangan. Mengacu pada penelitian Herdiman, Lobes (2009), Fokus perbedaan ketiga prosthetic tersebut terletak pada bagian ankle joint.
Prosthetic eksoskeletal merupakan jenis prosthetic bawah lutut yang berkembang di Indonesia. Hal ini disebabkan karena prosthetic eksoskeletal harganya lebih terjangkau dibandingkan prosthetic endoskeletal (May, 1996). Kelemahannya, produknya kurang presisi, kurang mampu memberikan keseimbangan dan pada bagian ankle, tidak terdapat ankle joint sehingga tidak fleksibel saat melakukan gerakan berjalan.
v
prosthetic ini lebih baik daripada prosthetic eksoskeletal. Kelemahan prosthetic ini, harganya kurang terjangkau bagi sebagian besar masyarakat Indonesia dan ukuran anthropometri prosthetic tidak sesuai dengan anthropometri orang Indonesia.
Mengakomodasi kekurangan baik prosthetic eksoskeletal maupun prosthetic endoskeletal impor merk Regal, Herdiman, Lobes pada tahun 2009 mengembangkan prosthetic endoskeletal pengembangan. Prosthetic pengembangan ini memiliki metal pylon pada bagian shank dan pada bagian ankle terdapat komponen ankle joint dengan sistem double axis. Sehingga prosthetic endoskeletal pengembangan memiliki fleksibilitas dan fungsi yang hampir sama dengan prosthetic endoskeletal impor merk Regal dan harganya lebih terjangkau.
Penelitian ini mengkaji model biomekanika pada pengguna prosthetic bawah lutut dengan memperhatikan fungsi ankle joint. Secara umum biomekanika didefinisikan sebagai konsep fisika dan teknik untuk menjelaskan gerakan pada bermacam-macam bagian tubuh dan gaya yang bekerja pada bagian tubuh pada aktivitas sehari-hari. Konsep biomekanika ini digunakan untuk menentukan besar gaya dan momen yang dihasilkan pengguna prosthetic bawah lutut dalam satu siklus berjalan baik pada prosthetic eksoskeletal, endoskeletal merk Regal dan endoskeletal pengembangan. Fungsi ankle joint diperhatikan untuk menentukan fleksibilitas prosthetic yang mempengaruhi keseimbangan gaya dan momen.
mampu memberikan keseimbangan terbaik bagi pengguna prosthetic saat proses berjalan dalam satu siklus.
1.2PERUMUSAN MASALAH
Permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana menentukan jenis prosthetic bawah lutut yang memberikan keseimbangan terbaik berdasarkan pendekatan biomekanika dengan memperhatikan aspek ankle joint untuk fleksibilitas saat gerakan berjalan.
1.3TUJUAN PENELITIAN
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini yaitu menentukan jenis prosthetic bagian bawah lutut yang mampu memberikan kenyamanan terbaik bagi pengguna prosthetic bawah lutut dengan memperhatikan aspek ankle joint. Tahapan prosesnya, sebagai berikut:
1. Menentukan model biomekanika untuk setiap fase dalam satu siklus berjalan pada pengguna prosthetic bawah lutut.
2. Menentukan nilai gaya dan momen yang dihasilkan oleh pengguna prosthetic bagian bawah lutut untuk setiap fase dalam satu siklus berjalan.
3. Menentukan jenis prosthetic bagian bawah lutut terbaik berdasarkan pendekatan biomekanika dengan memperhatikan keseimbangan gaya dan momen yang muncul.
1.4MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini, yaitu:
1. Mengetahui jumlah gaya dan momen yang muncul dari setiap fase dalam satu siklus berjalan.
vii
1.5BATASAN MASALAH
Agar sasaran dalam penelitian ini tercapai, maka diperlukan batasan-batasan, sebagai berikut:
1. Pengambilan data dilakukan terhadap satu pasien laki-laki usia produktif pengguna prosthetic kaki bawah lutut saat gerakan berjalan. 2. Penelitian dilakukan kepada individu yang kehilangan satu anggota
gerak bawah lutut. Bagian stump (bagian segmen tubuh sisa dari amputasi) dengan panjang 16,5 cm masih dapat digerakkan.
3. Pengkajian gaya dan momen dilakukan terhadap anggota gerak bawah.
4. Kajian gerakan jalan pada penelitian ini mengabaikan gaya kesamping atau gaya pada sumbu z.
5. Kajian gerakan jalan pada penelitian ini tidak memperhitungkan gaya pegas pada bagian ankle joint.
6. Kajian gerakan jalan pada penelitian ini tidak memperhitungkan gaya gesek yang terjadi saat aktivitas berjalan.
7. Model perhitungan yang dikembangkan pada penelitian ini adalah model statis.
1.6ASUMSI PENELITIAN
Asumsi-asumsi yang digunakan dalam penelitian ini, sebagai berikut:
1. Anggota gerak atas dan tubuh (kepala, leher, tangan, dan batang tubuh) pengguna prosthetic dianggap sebagai beban (M).
3. Gerakan tubuh bagian atas tidak mempengaruhi perhitungan gaya dan momen anggota gerak bawah.
4. Perubahan centroid segmen tubuh bagian atas yang muncul akibat gerakan tubuh bagian atas tidak mempengaruhi titik tangkap gaya pada bagian hip, knee dan ankle.
1.7SISTEMATIKA PENULISAN
Penyusunan tugas akhir ini terbagi menjadi beberapa bab yang berisi uraian penjelasan dan dibagi kembali dalam beberapa topik subbab. Secara garis besar, uraian pada bab-bab dalam sistematika penulisan, dijelaskan di bawah ini.
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan berbagai hal mengenai latar belakang perlunya diadakan penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi-asumsi dan sistematika penulisan. Uraian bab ini dimaksudkan untuk menjelaskan latar belakang penelitian sehingga dapat memberikan manfaat sesuai dengan tujuan penelitian dengan batasan-batasan dan asumsi yang digunakan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini berisi dasar-dasar teori yang menjadi landasan bagi penelitian, baik dari buku, jurnal, maupun berbagai sumber literatur lainnya. Bab ini menjelaskan tentang bagian-bagian prosthetic, konsep biomekanika bagi pengguna prosthetic, kajian gaya dan momen pada segmen bawah tubuh manusia, dan ankle joint.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
ix
permasalahan awal, tahap pengumpulan dan pengolahan data, penentuan besar gaya dan momen pengguna prosthetic bawah lutut, dan rekomendasi jenis prosthetic terbaik bagi pengguna prosthetic.
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Bab ini berisi mengenai data penelitian yang digunakan dalam proses pengolahan data dan hasil pengolahan data digunakan sebagai rekomendasi pemilihan model prosthetic terbaik.
BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
Tahap analisis dan interpretasi hasil berisi analisis hasil pengolahan data yang telah dilakukan pada bab sebelumnya yaitu pengukuran gaya dan momen pada satu siklus gerakan berjalan.
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Kajian biomekanik manusia dapat disamakan dengan sistem benda jamak. Sistem ini sangat sesuai untuk memodelkan manusia karena sistem benda jamak adalah sistem yang tersusun dari banyak benda atau batang yang saling berhubungan membentuk satu kesatuan tunggal. Perilaku dinamik dari sebuah sistem biasanya dinyatakan dalam besaran kinematik dan dinamik. Besaran kinematik meliputi posisi, kecepatan, dan percepatan, dari sistem, sedangkan besaran dinamik melibatkan gaya yang menyebabkan sistem tersebut bergerak. Tinjauan pustaka mengenai anatomi dan biomekanik kaki manusia diperlukan untuk mengetahui prinsip dan fungsi kaki prosthetic bawah lutut.
2.1PROSTHETIC
Seperti telah dijelaskan pada bagian pendahuluan, prosthetic merupakan alat ganti anggota gerak tubuh yang tidak ada. Diperlukan suatu pemaparan yang lebih mendetail mengenai definisi dan indikasi prosthetic, fungsi, komponen-komponen, serta bahan prosthetic kaki bagian bawah lutut.
2.1.1Definisi Prosthetic
xi
Ketiadaan kaki dapat dibagi menjadi empat yaitu ketiadaan kaki bagian atas lutut (above- knee) dan ketiadaan kaki bagian bawah lutut (below- knee), ketiadaan bagian tengah lutut (middle-knee) dan ketiadaan telapak kaki (syme).Pembahasan berikutnya hanya menyangkut permasalahan ketiadaan kaki bawah lutut saja, karena tujuan dari penelitian ini yaitu untuk menentukan jenis prosthetic bawah lutut yang memberikan kenyamanan terbaik saat gerakan berjalan.
2.1.2Komponen Prosthetic Kaki Bawah Lutut (Below-Knee Prosthetic)
Komponen dasar dari prosthetic bawah lutut (below-knee) terdiri dari foot, ankle, shank, socket, dan sistem suspensi. Bentuk prosthetic bawah lutut ditunjukkan pada gambar 2.1 di bawah ini.
Gambar 2.1 Below knee prosthetic
Sumber: Prosthetic and Orthotic New York University
Post-Graduate Medical, 1972
1. Foot - Ankle
tubuh tegak dan bergerak ke depan pada tahap selanjutnya. Karakteristik yang harus dimiliki oleh foot-ankle, yaitu
a. Mampu menahan bobot (berat) tubuh.
b. Mampu meredam getaran saat kontak tumit (heel contact). c. Mampu secara cepat mencapai posisi mendatar (foot-flat). d. Mampu mendukung sendi metatarsophalangeal saat fase berdiri. e. Menyerupai atau mirip dengan kontur kaki yang sebenarnya.
SACH foot prosthetic masih merupakan salah satu bagian pada kaki prosthetic. SACH (Solid Ankle Cushion Heel) foot terdiri dari heel kayu, material yang dimampatkan di sekitar heel, sabuk yang dipasangkan dibawah heel sampai ke bagian jari kaki, palang atau baut yang menjaga kaki ke tulang kering, dan cushion heel.
Gambar 2.2 SACH foot
Sumber: Prosthetic and Orthotic New York University
Post-Graduate Medical, 1972
xiii
SACH foot banyak digunakan pada kaki prosthetic dan terutama sekali lebih disukai oleh wanita.
a. Single axis foot.
Model single axis foot sendi pergelangan kaki terbuat dari logam, meniru gerak pergelangan kaki sesungguhnya, meski tidak dapat melakukan gerak inversi (pembalikan bagian luar ke arah dalam) atau eversi (pembalikan bagian dalam ke arah luar).
Gambar 2.3 Single axis foot
Sumber: Prosthetic and Orthotic New York University Post-Graduate Medical, 1972
Bumper plantar flexion meredam goncangan akibat gerak tumit. Jari-jari elastis memungkinkan adanya gerakan mendorong. Gerak pergelangan kaki memungkinkan perputaran menjadi semakin mudah. Adanya logam pada pergelangan kaki, kaki menjadi berat dan cepat rusak. Pada single axis foot dasar kaki dihubungkan kepada blok mata kaki oleh baut.
b. Multi axis foot.
bumper karet. Multi axis foot digunakan pada kaki endoskeletal. Kaki ini bergerak seperti asli, tapi tidak stabil pada posisi berdiri.
Gambar 2.4 Multi axis foot
Sumber: Prosthetic and Orthotic New York University Post-Graduate Medical, 1972
c. Energy recovery foot.
Energy recovery foot dibuat untuk pasien amputasi yang mampu berlari atau berjalan dengan sangat cepat. Ketika berlari, beban pada kaki bertambah tiga kali lipat. Tumit kaki yang elastis yang kuat untuk meredam beban pada saat berlari dan jari elastis yang kuat yang memberi energi dorong yang diperlukan untuk berlari. Desain SACH sebenarnya dibuat untuk penggunaan dengan prosthetic eksoskeletal. Sebagian besar prosthetic yang dibuat adalah desain endoskeletal.
Gambar 2.5 Energy recovery foot
Sumber: Prosthetic and Orthotic New York University Post-Graduate Medical, 1972
xv
sepatu dapat divariasi antara lembut, medium dan keras disesuaikan menurut karakteristik gaya berjalan, tingkatan aktivitas, umur, berat, dan pilihan orang yang diamputasi. Tumit baji sepatu dapat menyerap goncangan pemakai yang merupakan heel-strike dan mengikuti plantarflexion yang terbatas (Goh,1984).
2. Shank
Shank adalah bagian penghubung antara foot, ankle dan socket. Shank berfungsi untuk memindahkan dan membagi beban dari socket ke bagian foot. Terdapat dua jenis shank, yaitu eksoskeletal dan endoskeletal. Eksoskeletal shank pada umumnya dibuat dari bahan yang ringan namun kuat dan kokoh. Bahan yang sering dipakai misalnya plastik, aluminium dan kayu. Pada eksoskeletal shank, ruang bagian bawah socket dan blok ankle dilubangi untuk mengurangi berat. Pada endoskeletal shank, terdapat tambahan tumpuan yang berupa tonggak untuk lebih memperkokoh dan memudahkan pemindahan beban dari socket ke bagian foot. Tonggak pada endoskeletal shank biasanya terbuat dari metal pylon. Bagian luar juga dilapisi dengan bahan yang lembut agar penampilan menyerupai kaki yang sebenarnya.
Gambar 2.6 Eksoskeletal shank
Sumber: Hari Indo, 2009
Gambar 2.7 Endoskeletal shank
Sumber: Hari Indo, 2009
3. Socket
xvii
nyaman selama beraktivitas, dan mengakibatkan resiko yang lebih besar pada abrasi kulit.
Pembuatan socket didasarkan pada ukuran puntung tiap-tiap pengguna, agar socket benar-benar menempel pas. Jadi setiap pengguna mempunyai ukuran socket yang berbeda. Pembuat prosthetic mencatat karakter puntung dari masing-masing pengguna, mengukur puntung, mengukur batang kaki pasangannya yang masih utuh untuk kesimetrisan, kemudian membuat cetakan untuk pengepasan socket.
a. Socket patellar tendon bearing (PTB).
Mengurangi berbagai kesulitan maka dibuat patellar-tendon bearing below knee prosthetic. Bagian atas dari shank pada PTB terdiri dari suatu fiberglass yang dibentuk melapisi socket dan menyediakan suatu pasangan yang cocok pada keseluruhan area stump, mencakup ujung distal. Banyak kasus tidak ada sambungan sisi socket dan korset paha, sebab socket dibentuk sedemikian sehingga suatu jumlah beban dihubungkan dengan patellar tendon dan medial flare pada tibia. Socket dibuat cukup tinggi di depan untuk melindungi semua syaraf di bawah tempurung lutut. Sisi pada socket juga dibuat lebih tinggi dan terbuka dalam rangka memberi stabilitas terhadap tekanan dari samping. Suatu bahan lunak dan kulit dimasukkan dalam pengepasan sampai socket sering digunakan.
Gambar 2.8 Socket pattelar tendon bearing (PTB)
Pada gambar socket apabila dilihat dari atas, bagian yang dipertebal pada dinding socket meliputi dinding medial (1), dinding posterior (2), dinding lateral (3), dan dinding anterior (4).
b. Socket air cushion.
Socket PTB air cushion terdiri dari lengan bagian dalam yang elastis (stockinette dipenuhi dengan karet silikon) di dalam kulit luar yang kaku. Ada bilik tertutup antara dua dinding yang berisi udara pada tekanan atmosfer. Pendukung ujung stump diberikan tegangan lengan rongga pada socket air cushion dan tekanan udara pada bilik socket.
Gambar 2.9 Socket air cushion
Sumber: Prosthetic and Orthotic New York University Post-Graduate Medical, 1972
xix
merusak kulit dengan peregangan kulit terhadap permukaan yang kuat.
4. Sistem Suspensi
Sistem suspensi merupakan bagian yang berfungsi untuk mengaitkan keseluruhan prosthetic pada bagian dari tubuh. Tujuannya agar prosthetic terpasang sempurna pada tungkai kaki. Sistem suspensi bermacam-macam jenisnya, secara ringkas dijabarkan mengenai beberapa jenis dari suspensi tersebut, yaitu
a. Cuff Suspension.
Menggunakan manset yang terbuat dari kulit atau anyaman dakron yang kuat untuk dipasangkan pada bagian dalam socket yang kemudian dipasangkan atau diikatkan pada bagian paha. Bentuk suspensi ini dapat dilihat pada gambar 2.10.
Cuff Suspension
Gambar 2.10 Cuff suspension
Sumber: Staff Prosthetics and Orthotics, 1990
b. Waist belt.
Waist belt
Gambar 2.11 Waist belt
Sumber: Bella J. May, EdD 1996
c. Thigh corset.
Sistem penggantung tetap menggunakan waist belt, dimana sistem penggantungnya dililitkan pada pinggang. Terdapat tambahan yaitu paha dipasang korset yang berfungsi untuk lebih memperkuat penggantung. Sistem suspensi ini merupakan ciri dari prosthetic bawah lutut konvensional. Gambar 2.12 memperlihatkan bentuk dari thigh corset.
xxi
Gambar 2.12 Thigh corset
Sumber: Staff Prosthetics and Orthotics, 1990
2.2BIOMEKANIKA
Menurut Frankel dan Nordin (1980) dalam Chaffin (1999), biomekanika merupakan ilmu mekanika teknik untuk analisa sistem kerangka otot manusia dimana secara umum biomekanika didefinisikan, sebagai berikut:
Biomekanika menggunakan konsep fisika dan teknik untuk menjelaskan gerakan pada bermacam-macam bagian tubuh dan gaya yang bekerja pada bagian tubuh pada aktivitas sehari-hari.
Kajian biomekanika dapat dilihat dalam dua perspektif, yaitu kinematika yang lebih menjurus pada karakteristik gerakan yaitu meneliti gerakan dari segi ruangan yang digunakan dalam waktu yang bersifat sementara tanpa melihat gaya yang menyebabkan gerakan. Studi kinematika menjelaskan gerakan yang menyebabkan berapa cepat objek bergerak, berapa ketinggiannya atau berapa jauh objek menjangkau jarak. Posisi, kecepatan, percepatan tersebut merupakan studi kinematika.
Kajian kinetika menjelaskan tentang gaya yang bekerja pada satu sistem misalnya tubuh manusia. Kajian gerakan kinetika menjelaskan gaya yang menyebabkan gerakan. Dibandingkan dengan kajian kinematika, kajian kinetika lebih sulit untuk diamati, pada kajian kinetik yang terlihat adalah akibat dari gaya.
sendi yang ada. Menurut Chaffin dan Anderson tubuh manusia terdiri dari enam link, yaitu:
1. Link lengan bawah yang dibatasi oleh joint telapak tangan dan siku. 2. Link lengan atas yang dibatasi oleh joint siku dan bahu.
3. Link punggung yang dibatasi oleh joint bahu dan pinggul. 4. Link paha yang dibatasi oleh joint pinggul dan lutut. 5. Link betis yang dibatasi oleh joint lutut dan mata kaki.
6. Link kaki yang dibatasi oleh joint mata kaki dan telapak kaki.
Gambar 2.13 Tubuh sebagai sistem enam link dan joint
Sumber: Chaffin dan Anderson, 1999
xxiii
adalah mempelajari interaksi fisik antara pekerja dengan mesin, material dan peralatan dengan tujuan untuk meminimumkan keluhan pada sistem kerangka otot agar produktivitas kerja dapat meningkat. Menghindari keluhan pada sistem kerangka otot dapat ditanggulangi dengan melakukan pengendalian administratif (pemilihan personel yang tepat, pelatihan tentang teknik-teknik penanganan material).
Pada gerakan jalan yang terpenting adalah keseimbangan dari pasien. Gerakan ini akan memperlihatkan bagaimana kedua kaki saling menyeimbangkan berat tubuh dalam pergerakan berpindah. Pengguna alat bantu pada kaki gerak terlihat bagaimana alat bantu tersebut menyeimbangkan pasien dalam berjalan sehingga alat tersebut nyaman dipakai.
2.3PRINSIP BIOMEKANIKA ANGGOTA GERAK BAWAH
Berdasarkan sistem sambungan bagian-bagian tubuh secara umum, anggota gerak bawah terdiri dari pelvis (pinggul) dan tungkai bawah. Tungkai bawah terdiri dari beberapa bagian yaitu thigh, knee (penghubung thigh dan shank), shank, ankle (penghubung shank dan foot), dan foot.
Gambar 2.14 Sistem sambungan bagian bawah tubuh
Sumber: Chaffin dan Anderson, 1999
Gambar 2.15 Anggota gerak bawah
Sumber: Chaffin dan Anderson, 1999
Gambar 2.16 Pelvis
xxv
Menjalankan fungsi tersebut, pelvis mempunyai kecenderungan untuk bergerak dan berpindah (rotasi). Kecenderungan pelvis tersebut akan disesuaikan oleh pergerakan tungkai bawah sehingga keseimbangan dan kestabilan tubuh dapat dipertahankan. Penelitian ini menggambarkan pelvis sebagai poros tempat kedua pangkal kaki penahan berat badan.
2.3.1Prinsip Biomekanika Below Knee Prosthetic
Prinsip-prinsip biomekanika pada below knee prosthetic meliputi beberapa bagian, yaitu:
1. Prinsip-prinsip mekanik
Mekanik itu sendiri berhubungan dengan tindakan dari tekanan pada bodi. Biomekanik berhubungan dengan tindakan dari kekuatan fisik pada tubuh manusia dan yang digunakan. Biomekanik berhubungan juga dengan banyak faktor yang mempengaruhi sistem otot kerangka seperti aktivitas elektronik dalam otot, tekanan dari luar yang menghasilkan perubahan kulit, jumlah energi, untuk daya gerak, dan pola gerakan yang ektrim dari analisa kinematik atau gerak. Kekuatan adalah tindakan atau gerakan dari bagian tubuh atau lainnya yang cenderung merubah bentuk gerak dari bagian tubuh berikutnya. Lebih dari satu bagian tubuh selalu terlibat setiap membicarakan kekuatan. Kekuatan antara bagian-bagian tubuh selalu dalam bentuk berpasangan. Merupakan hukum gerak Newton ketiga. “Untuk tiap kekuatan gerakan ada kesamaan dan reaksi kekuatan yang bertolak belakang”.
mengisolasi bagian tubuh dari tiap-tiap hal disekitarnya dan menunjukkan kekuatan yang digunakan untuk mendorong dari bagian-bagian tubuh yang lain disebut diagram bagian-bagian tubuh bebas. Teknik ini akan digunakan secara manusiawi untuk analisa kekuatan kontak dari socket pada stump. Vektor-vektor merupakan kuantitas-kuantitas yang bisa diukur besarannya dan arah yang bisa disajikan secara grafik dengan anak panah. Besaran dari kuantitas vektor seperti kekuatan ditunjukkan secara skala arbitrasi dengan panjang oleh anak panah. Arah ditunjukkan dengan garis dari batang dan kepala dari anak panah.
xxvii
Gambar 2.17 Kekuatan momen
Sumber: C.W. Radcliffe and J. Foort, 1961
Untuk menjaga rotasi selama gerakan dari kekuatan F, aksi berbalik harus diterapkan. Tambahkan sedetik kekuatan P dengan lengan pengungkit b. Kekuatan P sekarang menghasilkan kebalikan arah jarum jam yang mana momen produk dari P kali b [lb-ft]. Untuk membuat momen equilibrium, untuk menjaga rotasi, produk dari F kali d harus sama dengan P kali b.
2. Tingkat berjalan normal
Gambar 2.18 Siklus berjalan normal
Sumber: C.W. Radcliffe, J. Foort, 1961
Gambar 2.19 Fase berdiri dan berayun
xxix
Momen lutut merupakan gerakan pada kelompok otot dimana lutut cenderung berubah sudutnya, baik flexi atau extensi. Momen sendi merujuk pada gerakan otot dari keseluruhan sendi yang menyebabkan fleksibilitas plantarflexion atau dorsiflexion. Mekanisme dari kelompok otot-otot utama dari extremity-lower ditunjukkan pada gambar 2.20.
Gambar 2.20 Mekanisme otot-otot kaki
Sumber: C.W. Radcliffe, J. Foort, 1961
Tahap-tahap dalam siklus berjalan dijelaskan dengan beberapa bagian. Mulai dari saat belum bergerak, melangkah, dan saat kedua kaki kembali seperti posisi semula. Beberapa bagian tersebut dijelaskan, sebagai berikut:
1. Kejadian-kejadian awal sebelum kontak tumit pertama,
tergantung pada gerakan dari kelompok otot-otot hamstring seperti yang terlihat pada kurva aktivitas otot. Kelompok otot hamstring mengikat sampai panggul bagian belakang pada persendian dan sampai tibia dan fibula di bawah sendi lutut. Tensi atau tekanan dalam kelompok hamstring dapat menyebabkan ekstensi pangkal paha, fleksibilitas lutut atau keduanya secara berurutan.
2. Tahap kontak tumit,
Ketika tumit membuat kontak, gerakan otot hamstring cenderung memberikan kekuatan ke belakang sehingga terjadi kontak dengan lantai. Lutut bergerak dengan cepat selama tahap ini. Aktivitas dalam kelompok otot hamstring ini terus berlanjut tetapi dengan besaran yang terus menurun sedangkan gerakan otot quadriceps mulai terjadi dengan cepat. Kelompok otot quadriceps bergerak ke depan sendi otot dan kelompok otot pretibial bergerak sekitar persendian, menjalankan fungsi interaksi lutut dan menjadi efek dari gerakan lembut dari kaki depan ke lantai. Funsi utama dari lutut dan sendi selama kontak tumit adalah penyerapan goncangan kontak tumit dan menjaga langkah lembut dari pusat gravitasi dari keseluruhan tubuh. Studi energi menunjukkan bahwa lutut dan sendi memberikan kontribuisi yang sama dalam fungsi kontak tumit. Fungsi dari lutut sama dengan penyerapan goncangan yang seringkali diabaikan.
3. Tahap tengah berdiri atau midstance point,
xxxi
extensi. Pada periode ini, kendali pada kaki dilakukan melalui interaksi sendi lutut, dengan aktivitas otot minimal dalam kelompok yang berfungsi pada pangkal paha dan lutut. Lutut mencapai posisi gerak extensi maksimalnya ketika tumit meninggalkan tanah, dengan kelompok otot calf yang memberikan ketahanan pada ekstensi lutut dan gerakan dorsifleksi sendi. Ketika tumit menginggalkan tanah, lutut memulai kembali periode flexinya, menghasilkan gerakan otot utama dari sendi pangkal paha atau panggul. Urutsan dari kendali gerakan fleksibel pada kontak tumit, menghasilkan perluasan sedikit demi sedikit dalam tahap midstance dan gerakan flexi yang terkendali sebagai persiapan untuk mengayun dalam menyelesaikan gerakan lutut atau cara berjalan yang menghemat energi pada orang normal. 4. Fase push-off,
Selama tahap push-off, lutut terbawa ke depan oleh gerakan sendi panggul dan keseimbangan sensitif sehingga harus dijaga agar terjadi interaksi pangkal paha, lutut, dan sendi pergelangan kaki. Kombinasi gerak ini memiliki dua tujuan yaitu menjaga gerakan halus ke depan dari tubuh secara keseluruhan dan mengawali gerakan angular dalam mengayun.
sampai 45 derajat pada maksimum 65 derajat yang mana akan tercapai pada tahap ayunan.
Perbaikan kaki prosthetic ke dalam fungsi yang normal pada fase push-off sangat sulit dilakukan. Posisi lutut sangat penting, sama seperti sumber aktif dari energi pergelangan kaki. Karena kurangnya sumber aktif dari energi pergelangan kaki, awalan dari gerak fleksi pada lutut pasien amputasi yang memakai prosthetic harus berasal dari gerakan flexi pangkal paha.
5. Fase mengayun gerakan quadriceps,
Tujuan keseluruhan dari fase mengayun adalah mendapatkan kaki dari satu posisi ke posisi berikutnya dengan gerakan yang lembut. Pada awal tahap ayunan, kaki harus menyelesaikan periode peningkatan kecepatan dalam energi geraknya yang disebabkan oleh gerakan ekstensi aktif dari pergelangan kaki dan flexi dari pangkal paha selama tahap push-off. Lutut melakukan gerakan flexi dan berlanjut menjadi menegang setelah jari kaki lepas dari pijakan. Selama melakukan jalan cepat, akan dihasilkan gerakan flexi lutut yang berlebih dan tumit meningkat tetapi hal ini tidak berlaku untuk gerakan kelompok otot quadriceps dalam membatasi sudut flexi lutut sekitar 65 derajat dan kemudian memulai gerakan extensi lutut. Gerakan extensi lutut berlanjut sebagai hasil dari kombinasi efek pendulum, dimana kecenderungan gerak terdapat pada bagian shank, kaki dan otot. Gerakan kecil otot quadriceps dibutuhkan karena faktor-faktor lainnya juga sama pentingnya. Misalnya otot iliopsoa memberikan kontribusi dengan mengembangkan flexi pangkal paha secara aktif yang mana mendorong akselerasi lutut ke depan dan ke belakang.
xxxiii
Selama midswing, terdapat periode dimana aktivitas otot minimal dan akselerasi kaki ke belakang dan ke depan seperti pendulum dengan kekuatan gerakan yang disebut pivot point.
7. Terminal deceleration-hamstring action,
Pada akhir ayunan, tingkat dari extensi gerakan lutut harus dikurangi dalam rangka untuk menurunkan kaki pada awal kontak tumit. Penurunan akselerasi terminal ini pada kaki normal untuk menahan gerakan extensi dari kelompok otot hamstring.
8. Gerakan lutut dalam gaya berjalan pasien amputasi,
Penyebab kesulitan dalam penggunaan prosthetic muley (bawah lutut tanpa ada sendi bantu sisi) adalah kerusakan stump, khususnya sendi lutut. Penyebab dari kesulitan karena tegangan yang berlebih pada struktur ligamen dari lutut oleh extensi berlebih dari lutut yang menerima beban. Melindungi struktur ligamen pada sisi yang teramputasi, penting untuk menjaga dimana batas keamanan dari kekuatan dan momen dari lutut yang cenderung menekan lutut sampai posisi extensi yang berlebihan. Pada orang normal, rasa yang nyaman akan posisi lutut membatasi momen gerak yang berlebih dengan menjaga pusat lutut pada garis dimana kekuatan di kirim melalui kaki. Cara ini lutut untuk bergerak lebih terkendali.
2.4ANALISIS GAYA PADA SAAT BERJALAN
pengganti alat gerak tubuh bagian bawah lutut minimal harus dapat menyeimbangkan gaya-gaya tersebut. Analisis mengenai gaya pada kaki dan gaya pada prosthetic dijabarkan, sebagai berikut:
1. Gaya mediolateral
Gaya mediolateral kaki pada individu yang diamputasi bawah lututnya timbul pada puntung akibat tidak adanya bagian bawah lutut. Gaya mediolateral terdiri dari dua tipe, yaitu gaya berat tubuh (W) yang timbul akibat gravitasi bumi dan gaya puntung. Gaya puntung terdiri dari gaya lateral yang timbul pada puntung dari sisi sebelah luar dan gaya medial yang timbul pada puntung dari sisi sebelah dalam. Gaya-gaya mediolateral dapat dilihat pada gambar 2.21.
Gambar 2.21 Gaya mediolateral
Sumber: C.W.Radcliffe & J. Foort, 1961
xxxv
dilihat dari depan, prosthetic dipertimbangkan sebagai pendukung tubuh, maka harus mampu memberikan dukungan vertikal dan keseimbangan mediolateral. Mempertimbangkan tekanan S sebagai keseimbangan, gaya lateral L sebagai massa jarak b sama dengan berat tubuh W kali jarak a dalam persamaan.
Lb = Wa dan L = b Wa
...persamaan 2.1
Efek dari akselerasi horizontal dari pusat gravitasi tidak dapat diabaikan, hasil dari gaya lateral inertia yang cenderung bertentangan dengan akselerasi. Tekanan inertia ini dimasukkan menyeimbangkan. Hubungan yang tepat maka Lb + Ic = Wa.
L = b
Ic Wa
-...persamaan 2.2
Gambar 2.22 Gaya penyeimbang pada prosthetic
Sumber: C.W.Radcliffe & J. Foort, 1961
Pemindahan gaya pada prosthetic dikatakan baik apabila selama proses berjalan, pengguna prosthetic melangkah secara normal yaitu tidak terjadi gap dengan kaki yang sehat. Socket merupakan bagian terpenting yang memegang peranan pemindahan gaya, sebab socket adalah bagian prosthetic yang kontak langsung dengan puntung (stump). Seseorang yang diamputasi minimum harus mampu melakukan pergerakan lutut, sebagai berikut :
a. Pasien amputasi mampu mengontrol gerakan flexion lutut saat kontak tumit (heel- contact) sampai telapak mencapai posisi stabil di lantai.
b. Pasien amputasi mampu meluruskan lutut secara berangsur-angsur saat tumit terangkat dari lantai. Bagian foot-shank harus memberikan dukungan yang kokoh selama phase berdiri (stance phase).
c. Pasien amputasi mampu mengontrol flexion lutut selama phase push-off sebagai tujuan untuk menyelaraskan prosthetic saat swing – phase.
2. Gaya anteroposterior
xxxvii
belakang (posterior) puntung. Analisis gaya ini dianalisa selama fase kontak tumit, fase midstance dan fase push-off. Gaya anteroposterior dan gaya penyeimbang prosthetic bawah lutut secara lengkap dapat dilihat pada gambar 2.23.
Gambar 2.23 Gaya anteroposterior prosthetic bawah lutut
Sumber: C.W.Radcliffe & J. Foort, 1961
Saat kontak tumit (heel contact) stabilitas lutut diatur oleh perpanjangan aktif sendi pinggul. Gaya reaksi lantai (R) saat kontak tumit berpusat pada tumit. Saat midstance, gaya reaksi lutut (R) sepanjang posterior cenderung menuju ke pusat lutut. Pada individu normal kecenderungan lutut untuk melengkung ditahan oleh otot, sedangkan pada individu yang diamputasi di bagian bawah lutut, kecenderungan tersebut harus ditahan oleh prosthetic. Saat fase push-off, gaya reaksi lantai (R) bertumpu pada ujung kaki. Gaya posterior muncul saat fase kontak tumit, midstance dan push-off, sedangkan gaya anterior hanya muncul saat fase mid stance dan push-off. Secara garis besar gaya pada prosthetic akan dipusatkan di tiga area yaitu tendon patella, ujung depan tulang kering (anterodistal of tibia) dan daerah popliteal.
Selain bergerak sesuai arah bekerjanya, benda cenderung untuk memutar suatu benda terhadap suatu sumbu. Sumbu ini dapat merupakan sembarang garis yang tidak berpotongan maupun sejajar dengan garis kerja gaya tersebut. Momen juga dikenal sebagai puntiran (torque).
M = F x d...Persamaan 2.3
Gambar 2.24 Sebuah momen
Sumber: Meriam and Kraige, 1998
Momen adalah suatu vektor M yang tegak lurus terhadap bidang benda. Arah M adalah tergantung pada arah berputarnya benda akibat gaya F dan d yang merupakan jarak gaya dari titik acuan (sumbu 0). Kaidah tangan kanan, digunakan untuk menentukan arah ini, dan momen dari F terhadap dumbu 0-0 dapat digambarkan sebagai vektor yang ditunjukkan oleh ibu jari dan jari-jari yang dilipat menunjukkan arah berputarnya benda. Momen M mengikuti kaidah penjumlahan dan dapat ditinjau sebagai vektor geser dengan garis kerja yang berhimpit dengan sumbu momen. Satuan dasar dari momen dalam satuan SI adalah Newton-meter (N.m).
xxxix
lurus terhadap bidang dan melalui titik tersebut secara tidak langsung telah dinyatakan. Jadi momen akibat gaya F terhadap titik A mempunyai besar M = F x d dan berlawanan arah dengan arah jarum jam. Arah momen bisa dikonfirmasikan dengan konversi tanda, misalnya tanda plus (+) untuk yang berlawanan dengan arah jarum jam dan tanda (-) untuk yang searah jarum jam, atau sebaliknya. Konversi tanda momen akibat gaya F terhadap titik A (atau terhadap sumbu z yang melalui titik A) adalah positif. Panah melengkung pada gambar tersebut merupakan cara yang baik untuk menggambarkan momen dalam analisis dua dimensi.
2.6FUNGSI GERAKAN ANKLE JOINT
Ankle joint adalah sebuah mekanisme kompleks. Ankle terdiri atas dua joint yaitu true ankle joint dan subtalar joint, yaitu:
1. True ankle joint terdiri atas 3 tulang yaitu tibia yang terletak di tengah-tengah ankle, fibula yang berada disamping luar ankle, dan talus yang berada di bawah. True ankle joint bertanggung jawab pada gerakan naik turun dari kaki.
Gambar 2.25 Bagian-bagian ankle
2. Subtalar joint terletak di bawah true ankle joint dan terdiri atas talus pada bagian atas dan calcaneus pada bagian bawah. Subtalar joint bertanggung jawab untuk gerakan dari setiap sisi dari kaki.
Sendi kaki adalah bagian kaki manusia yang berfungsi sebagai engsel yang memungkinkan gerakan flexion (menekuk) dan extension (lurus) pada kaki manusia. Kaki manusia terdiri dari empat sendi yaitu sendi pinggul (hip joint), sendi lutut (knee joint), sendi pergelangan kaki (ankle joint) dan sendi telapak kaki (metatarsalphalangels joint). Sendi pinggul menghubungkan tulang pinggul dan tulang paha, sendi lutut menghubungkan tulang paha dan tulang tulang kering, sendi pergelangan kaki menghubungkan tulang kering dan foot, sendi telapak menghubungkan foot dan jari. Gerakan flexion-extension lutut dapat dilakukan atas peran sendi lutut, selain itu sendi lutut juga mampu berotasi inward dan outward. Gerakan dorsiflexion-plantarflexion dan inversion-eversion foot dapat dilakukan atas peran sendi pergelangan kaki. Gerakan yang dilakukan oleh foot atas peran sendi pergelangan kaki dapat dilihat pada gambar 2.26.
Dorsiflexion Plantarflexion
Gambar 2.26 Gerakan sendi pergelangan kaki
Sumber: Susan J. Hall, 1999
xli
dengan range 1600, dengan gerakan flexion hanya ke arah posterior atau
belakang.
2.7PENELITIAN SEBELUMNYA
Retno Wulan Damayanti pada tahun 2003 melakukan kajian mengenai Perancangan Dan Pengembangan Prosthetic Kaki Bagian
Bawah Lutut Dengan Menggunakan Quality Function Deployment
(QFD) diperoleh hasil yang menyatakan bahwa prosthetic kaki bagian
bawah lutut dengan komponen insert socket silicone, sistem suspensi cuff rubber, ankle jenis adaptor rotator, foot jenis Jaipur dan penguat pylon stainless steel. Prosthetic kaki bagian bawah lutut hasil pengembangan dapat lebih mengakomodasi keinginan pengguna.
Fabianus Adi Suryono pada tahun 2007 melakukan kajian mengenai Kajian Dalam Pengembangan Rancangan SACH Foot Untuk Pengguna Prosthetic Jenis Below Knee Amputation Berdasar
Pendekatan Biomekanika diperoleh hasil yang menyatakan bahwa gaya
kaki normal sebesar 330,661 N. Gaya normal untuk fase 7 yang terbesar terjadi pada bagian knee prosthetic yaitu sebesar 528,985 N dan yang terkecil terjadi pada ankle kaki normal sebesar 172,14 N. Gaya normal untuk fase 8 yang terbesar terjadi pada bagian ankle prosthetic yaitu sebesar 633,883 N dan yang terkecil terjadi pada hip sebesar 538,97 N. Gaya normal untuk fase 9 yang terbesar terjadi pada bagian knee prosthetic yaitu sebesar 481,183 N dan yang terkecil terjadi pada knee kaki normal sebesar 253,485 N. Pengembangan rancangan dititikberatkan pada berat SACH foot.
Yulie Khrisna pada tahun 2006 melakukan kajian mengenai Usulan Perbaikan Pada Prosthetic Anggota Gerak Bawah Jenis Socket
Quardrilateral Berdasarkan pendekatan Biomekanika diperoleh hasil
xliii
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini adalah menentukan jenis model prosthetic bawah lutut berdasarkan pendekatan biomekanika dengan memperhatikan aspek ankle joint untuk kenyamanan saat berjalan. Langkah-langkah penelitian yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.1.
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Penetapan Tujuan dan Manfaat Penelitian
Studi
Pengukuran Anthropometri Pada Pengguna Prosthetic Kaki Bawah Lutut
A Studi Literatur
Penentuan Fase Berjalan Dalam Satu Siklus
Gerakan
Pemodelan Fase Berjalan Dalam Satu Siklus
Gerakan Pengukuran Dimensi Pada Ketiga
Gambar 3.1 Metodologi penelitian
Gambar 3.1 Metodologi penelitian (lanjutan)
Pada gambar 3.1 dijelaskan langkah-langkah yang digunakan dalam penelitian mengenai kajian biomekanika untuk menentukan model prosthetic mana yang mampu memberikan kenyamanan dan keseimbangan saat digunakan dalam aktivitas berjalan, diuraikan dalam sub bab di bawah ini.
Ya
Analisis dan Interpretasi Hasil Penelitian
Kesimpulan dan Saran A
Pengukuran Sudut (θ) Gerakan Pada Ankle, Knee dan Hip Joint Saat Fase Berjalan Dalam Satu Siklus Gerakan
Ada Data
Penentuan Keseimbangan
Gaya (F) dan Momen (Mσ) Pada Ketiga Jenis Prosthetic Kaki Bawah Lutut, yaitu: a. Prosthetic Eksoskeletal
b. Prosthetic Endoskeletal Merk Regal c. Prosthetic Endoskeletal Model
Pengembangan 2009
Pengukuran Keseimbangan Pada Ketiga Prosthetic Bawah Lutut Saat Berjalan
Dalam Satu Siklus Berjalan
xlv
3.1IDENTIFIKASI PERMASALAHAN
Penelitian mengenai gaya dan momen pada pengguna prosthetic kaki bawah lutut, data-data yang diperlukan, sebagai berikut:
1. Latar Belakang,
