Tuberkulosis (TB) telah menjadi masalah global, terutama di negara-negara berkembang. Lebih dari 10 juta orang di dunia menderita TBC pada tahun 2019. India menjadi kontributor tertinggi dalam jumlah tersebut (26%). Indonesia berada di peringkat kedua dengan 8,5% dan Tiongkok di peringkat ketiga dengan 8,4%. TBC tulang belakang menyumbang sekitar 50% kasus TBC tulang. Itu merupakan jenis TBC yang berbahaya. Sebab infeksi tulang belakang yang muncul karena bakteri TBC dapat menyebabkan gangguan saraf dengan prevalensi 10% hingga 43%. Terbentuknya kifosis akibat penurunan kekuatan mekanik tulang dapat menyebabkan ketidakseimbangan sagital tubuh saat berjalan. Oleh karena itu, tubuh akan menerapkan mekanisme kompensasi dengan fleksi lutut dan ekstensi pergelangan kaki yang menginduksi translasi panggul. Namun, adanya mekanisme kompensasi tersebut membuat penderita TBC tulang belakang lebih rentan terjatuh pada fase berdiri lambat. Untuk mengatasi permasalahan ini bisa mengunakan instrumentasi medis Ankle Foot Orthosis.

Kebanyakan pasien TBC tulang belakang menjalani pengobatan untuk membasmi bakterinya, biasanya selama enam bulan. Selama periode ini, pasien masih harus mengalami kelainan bentuk tulang belakang yang mempengaruhi gaya berjalannya. Beberapa pengobatan untuk lokasi TBC luar paru, seperti penggunaan perangkat keras ortopedi, telah direkomendasikan oleh beberapa ahli. Deformasi tulang belakang pada kasus TBC tulang belakang dapat menyebabkan gangguan gaya berjalan. Pelaksanaan penanganannya dapat menggunakan orthosis yang dapat memberikan kestabilan lebih pada tinggi badan pengguna saat berdiri dan memberikan dukungan saat berjalan.

Ankle Foot Orthosis (AFO)

Ankle Foot Orthosis (AFO) merupakan instrumentasi medis yang dapat membantu proses rehabilitasi paraplegia pada pasien TBC tulang belakang. AFO bisa membantu sehingga gaya berjalan pasien dapat mendekati kondisi normal. Jenis AFO yang cocok untuk kasus TBC tulang belakang adalah AFO ventral yang memiliki penahan anterior yang bernama manset untuk menjaga keseimbangan kaki dan kokoh dalam menopang berat badan. Untuk menjamin kenyamanan penggunaan AFO, beberapa parameter harus menjadi perhatian dalam desain AFO: kekakuan, bentuk geometris, dan jenis material. Namun, bahkan jika parameter ini terdefinisikan sebaik mungkin, untuk AFO yang parameternya secara eksplisit tersesuaikan dengan situasi satu pasien, kemungkinan AFO untuk patah adalah dua kali lebih tinggi daripada AFO yang nilai parameternya tetap. Perancangan dan simulasi model berdasarkan Metode Elemen Hingga (FEM) bisa dengan bantuan komputer untuk mengurangi durasi trial and error dalam mencari parameter model AFO yang paling optimal.

Penelitian kami sebelumnya melakukan desain dan simulasi Ankle Foot Orthosis ventral untuk kasus tuberkulosis tulang belakang. Di temukan perbedaan faktor keamanan dari variasi ketebalan AFO. Ketebalan model AFO, seperti kekakuan AFO, akan mempengaruhi perilaku AFO saat penerapan beban. Selain itu, pemilihan material juga penting karena AFO harus menjaga integritas mekanisnya saat berjalan. Ventral AFO memiliki desain menyerupai AFO pergelangan kaki padat yang menutupi permukaan posterior dan inferior betis dan kaki. Meski begitu, Ventral AFO juga memiliki permukaan anterior yang kaku untuk menahan perpindahan tibialis yang berlebihan pada fase berdiri, meningkatkan stabilitas lutut, dan memberikan torsi lutut. Ekstensor secara eksternal selama fase berdiri. AFO ini disebut juga ventral AFO karena adanya penambahan bagian ventral.

Ventral AFO

Secara umum, Ventral AFO mengatasi kelemahan otot plantar fleksor dan dorsiflexor serta pergeseran tibialis yang berlebihan. Pada penelitian ini, desain solid model ventral AFO peneliti sesuaikan dengan kondisi pasien TB tulang belakang yang mengalami kelainan tulang belakang berupa kifosis. Parameter pada model AFO bervariasi, yaitu dari segi material dan ketebalan AFO. Simulasi metode numerik FEM peneliti lakukan untuk mengetahui bagaimana respon variasi model AFO terhadap pembebanan yang peneliti simulasikan tahap gaya berjalan pada fase sikap dan juga pembebanan pada bagian manset. Analisis penelti lakukan terhadap faktor deformasi, tegangan, dan keamanan. Tujuan akhir dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan variasi model AFO yang sesuai dan aman dalam merehabilitasi gaya berjalan pasien TB tulang belakang sehingga kondisi gaya berjalan dapat mendekati keadaan normal.

Variasi Model AFO

Dimensi dan jenis material AFO yang bervariasi mempengaruhi hasil deformasi dan tegangan sehingga menyebabkan nilai faktor keamanan yang berbeda-beda pada setiap variasi model AFO. Pada simulasi ini, variasi model AFO berbahan Polypropylene (PP) dengan ketebalan 7 mm mempunyai faktor keamanan lebih tinggi daripada model AFO berbahan Carbon Fiber (CF) dengan ketebalan 5 mm. Faktor keamanan yang bernilai tinggi menunjukkan bahwa AFO memiliki kemampuan yang cukup untuk menerima stres dari pembebanan siklus gaya berjalan. AFO yang dinilai cocok untuk rehabilitasi pasien TBC tulang belakang adalah AFO variasi dua model berbahan CF 395 GPa dengan ketebalan 7 mm. Dengan adanya hasil ini, AFO yang lebih berdedikasi pada pasien TBC tulang belakang dapat dioptimalkan.

Hal ini dapat menjadi strategi rehabilitasi opsional bagi kasus TBC tulang belakang yang menjalani prosedur pengobatan obat TBC. Penelitian selanjutnya dapat menerapkan pembebanan pada model AFO menggunakan pembebanan dinamis berdasarkan data gaya reaksi dasar pasien TB tulang belakang dan menguji pengaruh model AFO terhadap gaya berjalan pasien TB tulang belakang secara langsung. Selain itu, untuk mengatasi tingginya nilai faktor keamanan model serat karbon AFO dapat dengan mengurangi nilai variasi dimensi sehingga dapat mempermudah proses fabrikasi model AFO berbahan serat karbon. Desain harus dibuat dan divalidasi menggunakan pengaturan eksperimental yang menunjukkan kondisi pasien TB tulang belakang untuk implementasi lebih lanjut.

Penelitian ini telah sudah terpublikasikan di Mathematical Modeling of Engineering Problems.

https://www.iieta.org/journals/mmep/paper/10.18280/mmep.110311

Putra, A.P., Syahananta, L.H.D., Rahmatillah, A., Pujiyanto, Rahma, O.N., Pawana, I.P.A., Qulub, F., Andarini, E. (2024). Finite element analysis of ventral Ankle-Foot Orthosis under cuff and ground reaction force loading. Mathematical Modelling of Engineering Problems, Vol. 11, No. 3, pp. 673-679. https://doi.org/10.18280/mmep.110311 

Penulis: Alfian Pramudita Putra