Tuberkulosis tulang belakang (Spinal TB) adalah penyakit yang disebabkan oleh bakteri tuberkulosis yang menyerang tulang belakang. TBC jenis ini berbahaya karena dapat merusak tulang dan menyebabkan paraplegia pada ekstremitas bawah. Fungsi motorik pasien TB tulang belakang akan menurun dan mempengaruhi aktivitas sehari-hari. Beberapa pengobatan yang dapat membantu pasien TB tulang belakang adalah pengobatan restoratif dengan pembedahan dan pengobatan sistemik dengan mengkonsumsi antibiotik. Setelah operasi, pasien perlu menjalani rehabilitasi untuk mengembalikan fungsi motoriknya, terutama ekstremitas bawah. Dengan melakukan rehabilitasi, pasien bisa lebih mandiri.
Rehabilitasi TB tulang belakang dapat dilakukan dengan memakai alat ortosis untuk ekstremitas bawah, seperti Ankle Foot Orthosis (AFO). Orthosis ini berfungsi sebagai penstabil penggunanya dalam berjalan. Penderita TB tulang belakang cenderung jatuh ke depan karena kelemahan tulang belakang untuk menstabilkan perawakannya. Beberapa jenis AFO yang dapat digunakan dalam pengobatan pasien TB tulang belakang, seperti AFO ventral. Ini adalah AFO yang memiliki cuff di bagian depan untuk memberikan stabilitas lebih bagi penggunanya dan mencegahnya jatuh ke depan. Pergelangan kaki pengguna akan difiksasi, dan bagian depan akan dipegang oleh cuff tersebut.
Proses pembuatan AFO biasanya memakan waktu karena pendekatan trial and error. Dokter akan memberikan resep kepada ahli ortotik berdasarkan kondisi pasien, dan AFO yang dicetak akan dipakai oleh pasien dan diuji di lab gait. Namun, jika ada masalah dari segi desain, ukuran, atau kenyamanan, proses pembuatannya harus diulangi dengan koreksi. Proses ini akan memakan waktu lama sebelum rehabilitasi dibongkar. Saat ini, Computer-Aided Design (CAD) dapat diakses karena fleksibilitasnya dalam hal proses desain, dan juga desainer dapat melakukan simulasi untuk mengamati perilaku desain jika diberikan beban [9]. Metode Elemen Hingga (FEM) adalah salah satu metode populer untuk mensimulasikan desain secara digital. Dengan menerapkan beban yang sama dengan gaya berjalan pasien, desain AFO dapat disimulasikan pada awalnya sebelum proses pembuatan selesai. Penelitian sebelumnya menyebutkan bahwa dengan menggunakan FEM, tegangan terkonsentrasi dapat dihindari, dan proses desain dapat dioptimalkan. Namun, belum ada penelitian tentang FEM desain khusus, terutama pada gait cycle. Oleh karena itu, penelitian ini berfokus pada studi komputasi AFO ventral pada pasien TB tulang belakang pasca operasi untuk mengamati perilakunya selama fase berdiri. Dengan memahami perilaku AFO pada fase stance, proses desain dapat dioptimalkan dengan mengadaptasi dimensi untuk mengatasi kegagalan berdasarkan simulasi.
Simulasi desain AFO dimulai dengan diskritisasi desain. Material yang digunakan dalam simulasi adalah Polietilen Tereftalat (PET). Kondisi batas simulasi stance phase dibagi menjadi dua bagian, yaitu fixed constraint dan pembebanan. Fixed constraint ditempatkan di atas desain (di bagian cuff). Kondisi ini menunjukkan bagian desain yang tidak bisa digerakkan. Pembebanan pada fase stance ditempatkan di bagian bawah footplate untuk mewakili Ground Reaction Force (GRF) selama fase stance. Pembebanan dibagi menjadi tiga subfase: initial contact, midstance, dan terminal stance. Hasil simulasi dievaluasi dalam hal tegangan dan deformasi. Berdasarkan kedua parameter tersebut, desain AFO terbaik untuk pasien TB tulang belakang pasca operasi dipilih. Keterbatasan metode ini adalah bahwa hasilnya tergantung pada desain AFO. Informasi antropometri pengguna yang diusulkan merupakan parameter utama yang mempengaruhi hasil dan analisis secara lengkap.
Desain AFO dengan ketebalan 2 mm memiliki tegangan maksimum di atas kekuatan tarik ultimat PET, yang menunjukkan bahwa itu akan gagal atau pecah jika gaya 500 N diterapkan padanya. Itu terjadi dalam terminal stance. Selama subfase ini, pengguna akan memberikan lebih banyak kekuatan ke tanah untuk mengangkat kaki dan memasuki fase swing. Tegangan pada footplate tidak diinginkan karena akan mempengaruhi stabilitas pengguna. Tekanan terkonsentrasi tinggi akan memberikan daya tahan yang rendah dari AFO karena sifat kelelahan material (fatigue). Deformasi AFO dari posisi semula memberikan informasi tentang kekakuan desain. Lokasi gaya yang diterapkan juga menentukan arah dan bagian AFO yang cacat. Bagian depan footplate hampir tidak bergerak. Perilaku tersebut disebabkan oleh lokasi penyangga tetap, yaitu di bagian atas cuff. Penyangga tetap memiliki peran sebagai pusat rotasi ketika ada beban yang diterapkan pada desain. Pada initial contact, gaya yang diberikan memiliki lengan momen pendek.
Desain AFO dengan ketebalan 4 mm merupakan AFO terbaik dalam penelitian ini berdasarkan hasil tegangan dan deformasi. AFO ini menunjukkan tegangan maksimum pada semua subfase pada fase stance yang lebih rendah dari UTS PET. Namun, tegangan maksimum pada terminal stance tepat di bawah UTS PET, yang berarti bahwa AFO dapat rusak jika beban yang sama diterapkan beberapa kali.
Untuk pengembangan di masa depan, bahan dasar AFO harus diamati untuk mendapatkan desain akhir yang lebih baik. Desain harus ditingkatkan dalam hal lebar manset dan penggunaan pembebanan dinamis dalam simulasi untuk mengamati perilaku yang lebih nyata.
Hasil penelitian ini telah dipresentasikan pada The International Conference Electronics, Biomedical Engineering, and Health Informatics (ICEBEHI) 2020 di Surabaya, Indonesia pada tanggal 8-9 Oktober 2020.
Penulis: Alfian Pramudita Putra, S.T., M.Sc.
Berikut ini adalah link dari artikel tersebut: https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-981-33-6926-9_38
A. P. Putra et al., “Computational Study of Ventral Ankle-Foot Orthoses During Stance Phase for Post-surgery Spinal Tuberculosis Rehabilitation,” pp. 447–455, 2021, doi: 10.1007/978-981-33-6926-9_38.
