สรุปผลงานวิจัยตีพิมพ์ Sit to Stand Trainer

​การออกแบบและพัฒนาเครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดในผู้สูงอายุสำหรับการฝึกลุกยืน
(Part I: Design, Development and Validation of Device )
​
เนื่องจากเรากำลังเผชิญกับสภาวะที่ผู้สูงอายุที่มีปัญหาด้านการเคลื่อนไหวเพิ่มมากขึ้น และการลุกยืนถือเป็นสิ่งจำเป็นขั้นพื้นฐานสำหรับการเคลื่อนไหว อย่างไรก็ตามผู้สูงอายุส่วนใหญ่ลุกยืนได้ไม่ดี สาเหตุเนื่องจากความอ่อนแรงของกล้ามเนื้อลดลดอย่างมาก บุคลากรทางการแพทย์จึงแนะนำให้ผู้สูงอายุฝึกลุกยืนเพื่อเสริมสร้างความแข็งแรงของกล้ามเนื้อและการทรงตัว ​แต่อย่างไรก็ตามเครื่องออกกำลังกายฝึกลุกยืนที่มีในท้องตลาดมีข้อจำกัดในการใช้งานสำหรับผู้สูงอายุ และผลิตภัณฑ์จำนวนมากไม่มีความเหมาะสมทางจลพลศาสตร์การเคลื่อนไหวมากพอ

ด้วยเหตุนี้บุคลากรทางการแพทย์ จึงลังเลที่จะนำมาใช้ในการฝึกการเคลื่อนไหวเนื่องจากข้อจำกัดด้านการลุกยืนที่ไม่เป็นธรรมชาติของเครื่องมือ ดังนั้นผู้วิจัยจึงมุ่งที่จะพัฒนาและออกแบบเครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดหรับการฝึกลุกยืนที่ถูกต้องตามหลักชีวกลศาสตร์ในผู้สูงอายุ ซึ่งมุ่งเน้นให้เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยพยุงให้ผู้สูงอายุและป่วยฝึกลุกยืนอย่างถูกต้องเหมาะสม เป้าหมายของผู้วิจัยคือเอื้อให้เกิดการเคลื่อนไหวที่เป็นธรรมชาติที่สามารถนำไปใช้ในการฟื้นฟูสมรรถภาพในทางคลินิกได้ นักวิจัยได้จึงได้ออกแบบเครื่องออกกำลังกายสำหรับการฝึกลุกยืน ที่มีกลไกการเชื่อมต่อแบบขนาน (parallel bars) เพื่อให้กลไกดันเก้าอี้ให้เคลื่อนไปข้างหน้าและยกขึ้นเพื่อให้ผู้ใช้งานลุกยืนอย่างเป็นธรรมชาติมากที่สุด

Sit to Stand Trainer

ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์เครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดหรับการฝึกลุกยืนในผู้สูงอายุ จึงช่วยให้ผู้ใช้สามารถลุกขึ้นยืนได้อย่างเป็นธรรมชาติ เครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดหรับการฝึกลุกยืนในผู้สูงอายุ แบบใหม่นี้ใช้ปริงเป็นแรงช่วยพยุงผู้ใช้งานให้ลุกยืน มีค่า k ของสปริงเท่ากับ 11.7 N/mm และให้แรงพยุงที่ 20-50 กิโลกรัม (สามารถปรับแรงพยุงน้ำหนักได้โดยการยืดมอร์เตอร์เชิงเส้นเพื่อยืดสปริง สปริงที่ถูกยืดให้ยาวขึ้นจะเพิ่มแรงพยุงน้ำหนักขึ้น  มอร์เตอร์เชิงเส้นสามารถยืดออกได้โดยใช้รีโมทควบคุม) เครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดหรับการฝึกลุกยืนในผู้สูงอายุ มีทั้งหมดเก้าระดับ ระดับแรกพยุงน้ำหนักที่ 20 กิโลกรัม และในแต่ละระดับที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มระดับแรงพยุงระดับละ 4 กิโลกรัม ดังนั้นเราสามารถคำนวณและปรับระดับการพยุงน้ำหนักตามความสามารถและน้ำหนักตัวของผู้ใช้​

เครื่องมือนี้เหมาะกับผู้ใช้งานที่มีน้ำหนักระหว่าง 40 - 120 กิโลกรัม ความสูงระหว่าง 150-190 เซนติเมตร ค่าความปลอดภัย (Factors of safety: FoS) ของเครื่องคือ 6

การทดสอบทาง Biomechanics

งานวิจัยนี้ได้ทำการตรวจสอบความเที่ยงตรงของเครื่งออกกำลังกาย โดยอาสาสมัครวิจัยอายุระหว่าง 18 - 25 ปี จำนวนสี่ราย (ชายสองรายและหญิงสองราย) ผู้วิจัยทำการบันทึกการเคลื่อนไหวในทาง จลพลศาสตร์ และจลนศาสตร์ในขณะที่ผู้เข้าร่วมการวิจัยทุกคนลุกยืนภายใต้สภาวะในการทดลองสองแบบใช้เครื่องออกกำลังกายและไม่ใช้เครื่องออกกำลังกายในการลุกยืน (No STST และ STST) ช่วงเวลาของการเคลื่อนไหว คือ 2.5 วินาที (1.25 วินาทีก่อนและ 1.25 วินาทีหลังของจุดกึ่งกลางการเคลื่อนไหว) การเคลื่อนไหวถูกนำไปคำนวณหามุม ความเร็วเชิงมุม ความเร็วและระยะของศีรษะ และแรงกดพื้น vGRFs จากนั้นคำนวณหาค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ของเพียร์สันเพื่อเปรียบเทียบความคล้ายคลึงกันของการลุกยืนโดยใช้เครื่องมือที่พัฒนาขึ้น กับการลุกยืนอย่างเป็นธรรมชาติ และใช้การทดสอบ Paired Samples T-tests ในการวัดความแตกต่างในทางจลนศาสตร์ ค่าแรงกดพื้นในการลุกยืน (vGRFs)

การทดสอบทาง Biomechanics

การศึกษาวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าการลุกยืนโดยใช้เครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดหรับการฝึกลุกยืนในผู้สูงอายุทำให้เกิดรูปแบบการเคลื่อนไหวและความเร็วในการเคลื่อนไหวที่เป็นธรรมชาติโดยไม่จำกัดการเคลื่อนไหวของข้อเข่าและลำตัว นอกจากนี้เครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดหรับการฝึกลุกยืนในผู้สูงอายุ ยังช่วยลดน้ำหนักตัวที่สัมผัสกับพื้นในช่วงเริ่มต้นและช่วงยกตัวขึ้นทำให้สามารถลุกขึ้นยืนได้ง่ายขึ้น เนื่องจากช่วงเริ่มต้นและช่วงยกตัวขึ้นเป็นช่วงที่ยากที่สุดในการลุกขึ้นยืนในผู้สูงอายุที่มีภาวะการอ่อนแรงของกล้ามเนื้อ Quadriceps และ Hamstring

จากผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการกับอาสาสมัครปกติ แสดงให้เห็นว่าเครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดสำหรับการฝึกลุกยืนนี้ ช่วยส่งเสริมการเคลื่อนไหวอย่างเป็นธรรมชาติและไม่จำกัดการเคลื่อนไหวในการลุกยืน ทั้งยังสามารถลดแรงกระทำกับพื้นสูงสุดในระยะเริ่มต้นได้ ซึ่งช่วยพยุงให้ผู้ใช้งาน ยืนได้ง่ายขึ้น ดังนั้นนักกายภาพบำบัด และนักวิทยาศาสตร์การกีฬา จึงสามารถพิจารณานวัตกรรมนี้สำหรับการฝึกออกกำลังกายและกายภาพบำบัดลุกยืนทางคลินิค

​
การออกแบบและพัฒนาเครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดในผู้สูงอายุสำหรับการฝึกลุกยืน
(Part II: Clinical Trial with Elderlies)

จากบทความที่แล้ว ตัว Sit to Stand Trainer ได้รับการทดสอบทาง Biomechanics แล้วว่า ตัวอุปกรณ์ไม่ได้ส่งผลให้การลุกยืนผิดไปจากธรรมชาติปกติของการ ลุก-ยืน และทำให้ผู้สูงอายุสามารถ ลุก-ยืน ได้ง่ายขึ้นจากการที่แรงดันก้น ที่สามารถปรับได้ตามความต้องการในการใช้งาน ดังน้ัน ในขั้นต่อไปคือ การนำ Sit to Stand Trainer ไปทดลองใช้กับผู้สูงอายุ เพื่อดูประสิทธิภาพที่เกิดขึ้น ว่าสามารถเพิ่มความแข็งแรงกล้ามเนื้อระยางค์ส่วนล่าง ลดความเสี่ยงในการล้มในผู้สูงอายุได้จริงไหม

ในการทดสอบใช้งาน ผู้วิจัยได้ทำการประเมินการทดสอบการวัดผลทางกายภาพอาสาสมัครวิจัย โดยในส่วนของการประเมินการทดสอบการวัดผลทางกายภาพนั้น มีผู้สูงอายุจำนวนยี่สิบเจ็ดราย (ชายสิบสี่รายและหญิงสิบสามราย) ที่ไม่มีความบกพร่องของกล้ามเนื้อและระบบประสาทเข้าร่วมในการศึกษาวิจัยนี้

นักวิจัยได้มอบเครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดสำหรับการฝึกลุกยืนในผู้สูงอายุให้แก่ลานอเนกประสงค์ของชุมชน จากนั้นนักวิจัยได้ทำการบันทึกขนาดของร่างกายและเก็บรวบรวมประวัติทางด้านสุขภาพ รวมถึงข้อมูลการวัดผลทางกายภาพจำนวนสามครั้ง ทำการเก็บข้อมูลการทดสอบการวัดผลครั้งแรกสี่สัปดาห์ก่อนเข้าสู่โปรแกรมการฝึกอบรม (สัปดาห์ที่ 4) ทำการเก็บข้อมูลการทดสอบการวัดผลครั้งที่สองก่อนวันแรกของโปรแกรมการฝึกอบรม (สัปดาห์ที่ 0) และทำการเก็บข้อมูลการทดสอบการวัดผลครั้งที่สามภายหลังหกสัปดาห์ของการฝึกอบรม (สัปดาห์ที่ 6) โดย Paired samples T-tests ถูกนำมาใช้เพื่อวัดความแตกต่างก่อนและหลังการทดสอบแต่ละครั้งในแต่ละช่วงเวลา

การทดลองใช้งานในผู้สูงอายุในชุมชน

จากผลการทดสอบกับผู้สูงอายุ พบว่าระยะเวลา 6 สัปดาห์ ของการฝึกลุกยืนด้วยเครื่องออกกำลังกายและกายภาพบำบัดสำหรับการฝึกลุกยืนนี้  สามารถช่วยเพิ่มการทรงตัว ความแข็งแรง ความคล่องแคล่วว่องไวและความเร็วในการเดินได้ ทั้งนี้เนื่องจากการฝึกลุกนั่งเป็นการออกกำลังกายที่กระทำทั้งร่างกาย โดยต้องใช้กล้ามเนื้อ ในการสอดประสานควบคุมการทรงตัว รวมทั้งต้องใช้ความแข็งแรงและความคล่องแคล่วว่องไวของกล้ามเนื้อและข้อ ดังนั้นการฝึกลุกยืนสามารถพัฒนาสมรรถภาพทางกายของผู้สูงอายุได้

ผลการทดสอบในผู้สูงอายุ

จากการศึกษานี้ทำให้นักกายภาพและนักวิทยาศาสตร์การกีฬา สามารถมั่นใจที่นำเครื่องมือไปใช้ทางคลินิก เพื่อลดความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นในขณะฝึกลุกยืนให้แก่คนไข้หรือผู้สูงอายุได้ และปัจจุบันเครื่องมือนี้พัฒนาผ่านมาตรฐานความปลอดภัยระดับเครื่องมือแพทย์ ISO60601 และขยายไปสู่ขั้นตอนการเผยแพร่การใช้งานในวงกว้าง ทั้งที่เป็นหน่วยงาน สถานพยาบาล และผู้สูงอายุตามบ้าน

สามารถดูคลิปแนะนำอุปกรณ์ได้จาก Link ด้านล่าง

​และขั้นตอนการใช้งานได้จาก Link นี้ครับ

Sairag SA-ADPRAI, Bunyong RUNGROUNGDOUYBOON, "The Design and Development of Sit to Stand Trainer for the Elderly", The Walailak Journal of Science and Technology, Volume 17, Number 8, August 2020, p760-775

​อ่านงานวิจัยฉบับเต็มได้ที่ https://wjst.wu.ac.th/index.php/wjst/article/view/6145

​ที่มา Joys of Technology & Engineering