1. مقدمة
الإعصار هو جهاز للرقابة على أجهزة لقياس درجات الوضعي في مناطق الجسم المحوري والداني خلال موقف ونشطة في وضع مستقيم. شيد الجهاز الأصلي في جامعة اوريجون للصحة والعلوم وجهاز مماثل تحت الإنشاء في جامعة ساوثهامبتون ، المملكة المتحدة. في هذا التقرير ، ونحن تصف وظيفة والأساس المنطقي لالاعصار واستخداماتها المختلفة. ثم نقدم وصفا مفصلا لتسهيل التكاثر ، وتبين كيف يمكن استخدامها للتحقيق في السيطرة على نبرة الوضعي.
2. نظرة عامة
الإعصار تتكون من إطار من الصلب جامدة ، ومنصة دوارة ، وأجهزة الاستشعار عزم الدوران ، ويوازن نظام التعليق ، العلوي والسفلي التثبيتات والمرفقات الجسم (الشكل رقم 1) ، فضلا عن نظام مراقبة أجهزة لتنظيم التناوب المنصة. الاعصار الكمي نغمة الوضعي في موضوعات دائمة عن طريق تناوب قطاعات السفلي من الجسم حول محور عمودي النسبي لشرائح العليا. هذه التقلبات في المنطقة بين وتغيير طول العضلات داخل. يمكن تركيبها تثبيتات العلوي والسفلي لنقلها إلى مناطق التواء الرقبة والجذع أو الورك (الشكل رقم 2). لأن الإعصار لا توفر الدعم وضعي ، والنشاط منشط للعضلات الهيكل العظمي هو ضروري لمواجهة عزم الدوران الجاذبية. تدرس هذه اللائحة منشط للمقاومة الالتواء لالتواء فضلا الكهربائي من عضلات ذات الصلة. يتم تقييم مقاومة للالتواء بواسطة جهاز استشعار عزم الدوران داخل التثبيت العلوية ويعكس حالة من جميع عضلات تغيرات طول. الاعصار عدة استخدامات مختلفة منصة صملامح otation لدراسة السيطرة منشط ، بما في ذلك ملف تعريف المثلث ، لمحة الخطوة ، والتعريف مثلث يتزايد حجمها (الشكل 3). تدوير هذه المنصة في سرعة بطيئة ثابتة ، والتي تقلل من آثار القصور الذاتي على هذا الموضوع ، والقياس.
نحن نستخدم اضطراب اللف حول محور عمودي لأنه : 1) التغييرات في طول العضلات المحورية والداني ، وهذه الهياكل هي موجهة بشكل غير مباشر ، ولها أصول التشريحية واسعة وعمليات الإدراج ، 2) لا يغير من العلاقة بين الجسم كله و أجزائه عن الجاذبية ، 3) دوران الجسم حول محور لحظة الحد الأدنى من الجمود 2 ؛ 4) يتوافق مع المنطقة المحايدة 3،4 ، بحيث مقاومة من التشريد صغيرة من الأمام ويعكس موقف تواجه العضلات بدلا من osteo - الرباطية القوات ؛ و 5) ويحدث بشكل طبيعي في النشاطات اليومية 3،5.
الإعصار هو جهاز مرن التي يمكن استخدامها لمعالجة الجوانب المختلفة لمراقبة منشط. وتشمل هذه : 1) صلابة المتعلقة بالنشاط منشط 6-8 ؛ 2) ردود منشط للتغيرات طول العضلات 6،8. 3) تأثير التواء الجسم على المناطق النائية ؛ آثار منشط 4) من المعلومات حركي 9 ؛ 5) من آثار المرض على نغمة الوضعي 7،10 ؛ و 6) العتبات الحسية لبطء دوران 11.
3. وصف تفصيلي للجهاز
نحن بالتفصيل مكونات الإعصار أدناه.
منصة دوارة الموضوعات الوقوف على المنصة التي تدور ± 20 درجة على تحمل حول محور عمودي (التين 1 ، 4A). وهذه القوى المحرك الكهربائي التناوب في نسبة حملة يحقق سرعات منصة بين 0.5 ق / درجة و 5 درجات ق / وعزم الدوران العالي. الاعصار يدور الجزء السفلي من الجسم في الفضاء ، بدلا من الجزء العلوي من الجسم للقضاء على إشارات الدهليزي قد يعطل الموقف هادئا. حزام وبكرة النظام للحد من محرك ، والذي يخفف من حدة الاهتزاز ويزيل السوط التي يمكن أن تتداخل مع قياس عزم الدوران. يتم التقليل من الاهتزاز لأنه يمكن الاشارة موضوع حول الاقتراح الأساسي.- للحصول على السلامة ، وتستخدم للحد من توقف الثابت القصوى التشريد منصة.
- ثمة ترميز البصرية (هيوليت باكارد HEDS - 5540) مثبتة على عمود الدوران منصة التقارير التهجير لكل من أجهزة التحكم وتحليل البيانات.
إطار
A جامدة إطار من الصلب ، (1.5mx 1.5mx 3M) مع تستعد عبر قطري يخلق الصلابة الالتوائية عالية بين الجمعية ومنصة استشعار عزم الدوران ، واللازمة لقياس عزم الدوران دقيقة.
التثبيت العليا ونظام التعليق التثبيت العلوية وخفيفة الوزن ، ونظام تعليق يوازن الاتصال الهامش العلوي من المنطقة الملتوية إلى الإطار (الشكل رقم 4B). جهاز استشعار عزم الدوران (Futek TFF220 ، ارفين ، كاليفورنيا) وضعه في إطار تدابير التثبيت العلوية المقاومة موضوعا للتناوب.- نظام التعليق يتكون من أربع لوحات مستطيلة الألمنيوم التي يتم بالتناوب يتوقف على طول المحاور الأمامية والخلفية ، الناصف الوحشي. هذا يخلق صلابة عالية لدوران حول محور عمودي (590 نيوتن متر / درجة) ، من أجل قياس دقيق عزم الدوران ، ودون تقييد الحركة في الأبعاد الأخرى. على وجه الخصوص ، وصلابة منخفضة للترجمة في X ، Y ، Z والاتجاهات (0.25 غ / سم) يضمن الحفاظ على الاستقرار وضعية الموضوعات نفسها ، ويحول دون تثبيت الجزء العلوي من توفير مرجع المكانية. وهذا يسمح أيضا كل فرد في الحفاظ على ، فريدة من نوعها موقف الحركة العمودية دون أن يؤثر ذلك في وضعية الطائرة الأفقي.
- الينابيع العمل للتصدي لثقل نظام التعليق.
A التجمع تحمل العمودي (الشكل رقم 1 ، 4B) لضبط الارتفاع العلوي لتثبيت الموضوع.
السفلى التثبيت A أقل التثبيت يربط انخفاض هامش المنطقة الملتوية الى منصة دوارة. شرائح الجسم دون أدنى تثبيت تدوير مع منصة.- انخفاض تثبيت يتكون من شريط تصغير خفيفة الوزن متصلة منصة دوارة. ويتوقف يربط شريط تصغير إلى منصة للسماح الأمامي الخلفي التأثير الوضعي.
ثلاثة المرفقات مع الإعصار : خوذة خفيفة الوزن ، وتسخير الكتف والحوض تقويم العظام ، والتي يمكن ان تكون ثابتة في كل آمن للجسم (الشكل رقم 2).- لمسة الرقبة ، ونعلق على خوذة أعلاه والكتفين أدناه.
- لمسة الجذع إرفاق فوق أكتاف والحوض أدناه
- لمسة الوركين إرفاق الحوض أعلاه. في هذه الحالة ، هو مترجم للتناوب التواء الفخذ الداخلية والخارجية والقدمين ، والساق والفخذ بالتناوب مع منصة.
التثبيت الخارجي ثالث ، التثبيت الخارجي لمنطقة واحدة تطور الجسم في حين قياس عزم الدوران التي تنتجها آخر. لأن الجزء الأخير هو ثابت ، وعزم لا يقاس مقاوم بل تنبع من قوات داخل الجزء العضلي ، من المحتمل الناجم عن التواء البعيد.- التثبيت الخارجي وتتكون من شريط تصغير خفيفة الوزن التي تمنع توصيل الجزء من الدورية حول محور عمودي. مشترك المفصلي بين المحامين ويسمح الإطار الأمامي الخلفي التأثير الوضعي.
- الشكل 4C يبين تكوين لقياس عزم الدوران خلال التواء العنق الجذع. بدلا من ذلك ، يمكن تقييم عزم دوران الرقبة استجابة لالتواء في مفصل الفخذ بنسبة يربط الحوض إلى التثبيت الخارجي.
A forceplate القياسية بين القدمين الموضوعات ومنصة الرئاسة الدورية لقياس عزم مقاوم واحد في الجزء الملتوي. ويمكن أيضا أن تستخدم هذه forceplate لقياس التأثير الوضعي خلال التواء.
هيدروليك مكافحة التناوب منصة مخصص بنيت في الوقت الحقيقي مضاعفات نظام الضوابط التناوب المنصة. هذا تحكم PID الأجهزة النواتج إشارة محرك السيارات على أساس منصة إشارة موقف من ترميز البصرية وتناوب المطلوب (انظر الشكل 7). برنامج PC واجهات مخصصة مع أجهزة تحكم لتحديد الوضع المطلوب الزمنية التناوب المنصة والشروع في المحاكمة.- وحدة تحكم يولد ثلاثة ملامح منصة للتناوب. حدد ملف المثلث إلى بديل دائم بين السرعة في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة دوران (الشكل رقم 3 ، والتتبع 1). استخدام الوضع خطوة لتحقيق التناوب المتقطعة (الشكل رقم 3 ، وتتبع 2). ويمكن أيضا أن تكون مدفوعة التناوب مع التشكيل المثلث حيث أن الزيادة في السعة عبر دورات (الشكل 3 ، تتبع 3).
- وبالنسبة لجميع التشكيلات ، وممهدة للحد من تسارع دوران إلى 12 درجة / ثانية 2 أثناء بدء الحركة وتغيرات الاتجاه.
4. بروتوكول التجريبية
تجريبي نموذجي على النحو التالي :
- مرفقات هيئة المكان (أي خوذة ، أو تقويم العظام في الكتف تسخير الحوض) على الشرائح المطلوب ، وضمان أنها دافئ وليس هناك لعب التوائية.
- ضبط ارتفاع تحمل الخطية بحيث التثبيت العلوي على نفس الارتفاع المرفق الجسم المناظرة.
- ضبط أقل التثبيت باستخدام شريط تصغير لتتوافق مع ارتفاع المرفق السفلي من الجسم.
- تكليف الموضوع للوقوف على منصة الرئاسة الدورية ، التي تواجه الأمام.
- إرفاق تثبيتات العلوي والسفلي للجسم المرفقات المقابل ، والتعديلات لتحديد المواقع بحيث يتم تطبيق عزم دوران الصفر إلى هذا الموضوع في موقف ما قبل المحاكمة.
هذا الموضوع.- إرشاد تخضع للوقوف استرخاء وعدم التدخل.
- حدد كسب المضخم للاستشعار عزم الدوران الذي هو وفقا لالملتوية المنطقة الجسم ، وذلك لتعظيم المدى الديناميكي من هذه الإشارات.
- إعادة تعيين تحيز على استشعار عزم الدوران.
- بيغن التذبذب في سطح ياو وتسجيل البيانات. وتسجل عادة إشارات الدوران عزم الدوران ومنصة في 50 هرتز باستخدام البرمجيات سبايك اقتناء 2 (كامبردج الأجهزة الإلكترونية ، كامبريدج ، المملكة المتحدة).
- بدء التواء مع ملف منصة التناوب المنشود. وينبغي في الحركة العامة تكون بطيئة وناعمة بما فيه الكفاية بحيث لا ينظرون إلى الموضوعات بدقة التواء.
5. ممثل النتائج
معدن مقاوم يزيد عادة مع منصة نزهة ، ولكن مع تباطؤ الزيادة الكبيرة نزهة. وبلغ متوسط الكمية هي المقاومة الشاملة التي عادة ذروة إلى ذروة عزم الدوران ، عبر دورات. ويبين الشكل 5A ردود محاكمة واحدة عبر لمقاومة الالتواء المواضيع من المنحدر بسرعة ثابتة عن الجذع. وقد لاحظنا على مدى الأشهر البيانات استنساخه داخل الموضوع (الشكل 5B ؛ interclass معامل الارتباط = 0.89). يعني مقاومة التواء يختلف باختلاف الشرائح الجسم ، ولقد تم الإبلاغ عن أن 0.54 ± 0.24 ميل بحري عن الرقبة ، 5.11 ± 1.94 ميل بحري عن الجذع و3.23 ± 1.67 نيوتن متر لالوركين 6 (الشكل 6). من المهم أن التناوب المنصة على نحو سلس وليس هناك السوط. يشار إلى غياب السوط بسبب التغيرات في عزم الدوران بسلاسة خلال التغيرات الاتجاهية والتغير السريع في عزم الدوران في بداية ، ويفترض أن يعود إلى قصيرة المدى تصلب العضلات (انظر الشكل 3A في Gurfinkel وآخرون. 6).
قياس عزم الدوران يعكس التغيرات الدينامية في لهجة مع التواء فضلا عن توزيع النشاط منشط الأساسية (التي تشمل المشاركة في الانكماش). بسبب السرعة البطيئة لالتواء ، وزيادة في عزم الدوران في درجة ما يعادل صلابة الجوهرية 12 فقط عندما يكون نشاط العضلات هو ثابت. لاحظ أنه نظرا لأن الهياكل النشطة تسهم في مقاومة الإعصار قياس يقيم pseudostiffness تقنيا.
وعموما ، يلاحظ نوعين من الاستجابات التي تتوافق مع النشاط منشط ثابتة أو التضمين داخل المنطقة الملتوية. تتميز دورة السابقة ، وذلك الاختلاف إلى دورة انخفاض في عزم الدوران ، وارتفاع حجم عزم دوران يصل إلى الذروة ، وEMG ثابتة نسبيا. في المقابل ، يتميز تعديل دينامية التي تقلب دورة إلى دورة عالية ، ومقاومة الالتواء منخفضة وEMG تعديل متماسكة مع التواء. المؤامرات على زاوية مقابل عزم دوران الموضوعات unmodulated المعرض حلقة منتظمة في حين أن التباطؤ الموضوعات التضمين لها نمط غير النظامية التي يمكن عكس الاتجاه (انظر الشكل 3A في Gurfinkel وآخرون. 6 الحيوي التشكيل يتكون عموما من خلال زيادة النشاط منشط العضلات تقصير وخفض النشاط خلال إطالة (أي شيرينجتون للإطالة وتقصير ردود الفعل 13) ، والتي هي العكس في إشارة إلى امتداد منعكس. ويمكن الحصول على تدبير التكاملي للتعديل من قبل مدى التحول في الموقف من موضوع (صفر عزم الدوران) ضمن دورة محايدة ، ويشار إلى مرحلة العزم مقدما 6،8.
الشكل 1. تخطيطي من الإعصار من الجانب. وصفت مكونات على النحو التالي : 1) منصة دوارة ؛ 2) شريط تصغير لانخفاض التثبيت ، 3) المشترك بين المفصلي السفلي تصغير شريط ومنصة دوارة ؛ 4) خوذة المرفقة التثبيت العلوي ؛ 5) استشعار عزم الدوران ويوازن نظام التعليق ؛ 6) قفل تحمل الخطية الرأسي ؛ 7) التثبيت الخارجي لقياس عزم المستحث ؛ 8) المفصلي مشتركة مماثلة ل3 ؛ الإطار جامدة 9) ؛ 10) تستعد لعبور قطري الإطار جامدة.
الشكل 2. التواء تطبيقها على المستويات المحورية والداني. الموضوعات الوقوف على منصة دوارة (الصفراء) مع المرفقات الجزء العلوي من الجسم ، وانخفاض الملصقة على نقلها إلى المنطقة التواء الجسم المطلوب. توصيل مرفق العليا عبر نظام التعليق (خطوط متعرجة) لاستشعار عزم الدوران (T) ، والذي هو ثابت في ما يتعلق الدوران حول محور عمودي. انخفاض مرفق يتصل عبر منصة دوارة مشترك المفصلي (دائرة سوداء) والذي يسمح بالتناوب في الطائرة السهمي للموضوع. ويتحقق التواء العنق عن طريق ربط خوذة للاستشعار عزم الدوران والكتفين وإلى النظام الأساسي : أ. باء : ويتحقق عن طريق ربط التواء الجذع والكتفين إلى استشعار عزم الدوران والحوض إلى المنصة. C : ويتحقق عن طريق ربط التواء مفصل الورك والحوض للاستشعار عزم الدوران.
الشكل رقم 3. ملامح مختلفة التواء. ويمكن استخدام ملامح مختلفة لدراسة جوانب محددة من السيطرة منشط. يظهر ناتج التشفير البصرية في تحديد التناوب منصة فولت. انحراف التصاعدي يتوافق مع دوران عقارب الساعة منصة عندما ينظر اليها من فوق. 1) مثلث ل : وفي هذه الحالة يتم تحديد سرعة الدوران ، والنزهة أقصى عدد من الدورات. وترد دورتين من 12 درجة. 2) متقطع ، لمحة الخطوة : يتم تحديد السعة والسرعة والوقت عقد هذه الخطوة. وترد دورتين تناوب ° 12 ، ويتألف من 3 ، وأربع خطوات ° درجة. وترد دورتين كل من 3 درجات ، 6 درجات و 9 تناوب ° : 3) زيادة السعة موجات المثلث. في هذا المثال معدل دوران منصة ثابتة لجميع شروطه.
الشكل 4. الصور الفوتوغرافية من الإعصار من الجانب. ج : تكوين لالتواء الجذع مع مكونات المسمى على النحو التالي : منصة دوارة 1) ؛ 2) السيارات وأجهزة التحكم التجمع ؛ 3) المفصلي مشترك بين أقل تصغير شريط ومنصة دوارة ، 4) تقويم العظام وانخفاض تثبيت الحوض ؛ 5) العلوي تثبيت وتسخير الكتف 6) شريط يربط تعليق لتثبيت العلوي ؛ 7) استشعار عزم الدوران ويوازن نظام التعليق ؛ 8) التثبيت الخارجي لقياس عزم المستحث ؛ 9) الإطار جامدة. باء : المقربة من أجهزة الاستشعار وعزم دوران نظام التعليق المسمى على النحو التالي : 1) استشعار عزم الدوران ؛ 2-5) صفائح الألمنيوم خفيفة الوزن يتوقف. المفصلة بين 2 و 3 لوحات تدور حول المحور الأمامي الخلفي ، بينما توجه المفصلة بين 4 و 5 لوحات حول محور الناصف الوحشي. 8) تأمين تحمل الخطية الرأسي ؛ 9) وخفيفة الوزن وخوذة العلوي المرفق. C : تكوين لالتواء الجذع ولكن قياس تأثير الالتواء على الرقبة. في هذا التكوين هو ثابت في الحوضترتبط منصة دوارة (1) والكتفين إلى التثبيت الخارجي (2) ، والذي يمنع الكتفين والعنق والرأس من الدورية ، وتقييد لالتواء الجذع. ويرد أيضا رئيس لتثبيت العلوي (3) بحيث يتم تطبيق أي عزم الدوران إلى الرقبة الناجمة عن استشعار عزم الدوران.
الشكل 5. المقاومة إلتوائي من الجذع. أ) آثار العزم من التجارب الفردية من مواضيع مختلفة. واستخدمت ثلاث دورات من 10 درجة مئوية ، 1 ° / ثانية موجات المثلث. مواضيع قد يتفق السلوك عزم الدوران عبر دورات ، مع تفاوت كبير في المقاومة بين الموضوعات. اثار مع أعلى المقاومة هي نموذجية للسلوك unmodulated ، في حين اثار مع أقل قدر من المقاومة هي نموذجية في التشكيل عالية. ب) ما بين التكرار في موضوع مقاومة الالتواء عبر الزمن. القياسات اثنين من 7 موضوعات مفصولة شهر واحد. الذروة إلى الذروة عزم دوران الجذع يظهر متسقة داخل موضوع السلوك عبر جلسات الاختبار واسعة ولكن الاختلاف بين الموضوع.
الشكل 6. عزم الدوران المحوري المضطربة من مستويات مختلفة. عزم مقاوم إلى 10 درجة مئوية ، 1 ° المثلث ق / لموجات الرقبة والجذع والفخذ المستويات. وأظهرت التجارب واحد من موضوع التمثيلية. لاحظ حجم مختلفة ، وعبر timecorse المستويات.
الشكل 7. تخطيطي للسيطرة على مضاعفات. حلقة تحكم يتكون من وحدة تحكم (النسبي ، لا يتجزأ ، المشتقة) PID ، الذي يتلقى مساهمات من ترميز البصرية التي تعلق على جسم المنبر. وحدة تحكم محرك يحدد الحالي الحركية. يتم استخدام برامج مخصصة تعمل على جهاز كمبيوتر لتحديد مسار النظام الأساسي المطلوب ، والذي التنزيلات ثم هذه المعلومات إلى وحدة تحكم.