Ein Verfahren zur Bewertung der Rechtzeitigkeit und Genauigkeit der Volitionale Motor Responses to vibrotaktilen Stimuli

Summary

Dieser Artikel beschreibt eine Technik zum vibrotaktile Stimuli zum Oberschenkel eines menschlichen Teilnehmers Anwendung und Messen der Genauigkeit und der Reaktionszeit der willentlichen Antwort des Teilnehmers für verschiedene Kombinationen von Stimulations Lage und Frequenz.

Abstract

Künstliches sensorisches Feedback (ASF) Systeme können verwendet werden, um den Verlust der Propriozeption bei Personen mit Beeinträchtigungen der unteren Gliedmaßen zu kompensieren. Ein effektives Design dieser ASF-Systeme erfordert ein tiefgreifendes Verständnis dafür, wie sich die Parameter spezifischer Feedback-Mechanismen auf die Wahrnehmung und Reaktion der Benutzer auf Reize auswirken. In diesem Artikel wird eine Methode vorgestellt, mit der vibrotaktile Stimuli auf menschliche Teilnehmer angewendet und ihre Reaktion gemessen werden kann. Rotierende Massenvibrationsmotoren werden an vordefinierten Stellen am Oberschenkel des Teilnehmers platziert und durch spezielle Hard- und Software gesteuert. Die Geschwindigkeit und Genauigkeit der willentlichen Reaktionen der Teilnehmer auf vibrotaktile Reize werden für die von Forschern spezifizierten Kombinationen von motorischer Platzierung und Vibrationsfrequenz gemessen. Während das hier beschriebene Protokoll Druckknöpfe verwendet, um eine einfache binäre Reaktion auf die vibrotaktilen Reize zu erfassen, kann die Technik auf andere Reaktionsmechanismen erweitert werden, indem Inertialmesseinheiten oder Drucksensoren verwendet werden, um den Gelenkwinkel bzw. die Gewichtstragverhältnisse zu messen. In ähnlicher Weise kann die Anwendung von vibrotaktilen Reizen für andere Körpersegmente als den Oberschenkel erforscht werden.

Introduction

Artificial sensorische Rückmeldung (ASF) kann als die Praxis der Bereitstellung von Echtzeit-biologische Information an Einzelpersonen definiert werden, die oft für kompromittiert Propriozeption oder andere sensorische Mechanismus kompensiert. ^3, damit der Einzelne zur Beherrschung der physikalischen Prozesse , die einst eine unwillkürliche Reaktion des autonomen Nervensystems ^{4 -} ASF wurde im Bereich der Rehabilitation von verletzten oder behinderten Menschen zu helfen bei der Wiederherstellung von Aspekten der körperlichen Funktion und Bewegung ¹ lange verwendet. Eine Unterkategorie von ASF, biomechanische Biofeedback, ve....

Protocol

Das folgende Protokoll wurde von der Forschungs Ethikrat in Holland Bloorview Kinder Rehabilitation Hospital genehmigt.

1. Motorkalibrierung

1. Schließen Sie den Mikrocontroller-Board mit dem Computer über einen USB-Anschluss.
2. Mit dem Original-Mikrocontroller-Software, laden Sie das benutzerdefinierte Skript "Motor_and_AccelerometerTest.ino" an den Vorstand über die USB-Verbindung, indem Sie auf den "Upload" -Symbol, durch die eingekreisten Pfeil nach rechts bezeichnet.
   1. Stellen Sie sicher, dass der Schwingungspegel auf Null gesetzt wird, um den Motor in der Off-Position zu bringen, mit dem "analogWrite" -Befehl. Der Code soll....

Results

Figur 4 zeigt die Eichkurven der PWM - Wert für eine 180 Hz Schwingungsfrequenz eines einzigen Motors zu identifizieren. Beginnend bei einem Tastverhältnis von 50% werden die PWM-Werte iteriert, bis die Primärfrequenzspitze bei 180 Hz auftritt. Erfolgreiche Kalibrierung Versuche sollte eine klare Spitze bei der primären Schwingungsfrequenz zeigen. Schlechte Fixierung des Beschleunigungsmessers an den Motor oder des Motors an einer Trägerfläche in einer diffuseren FFT ohne eine klare Spitze führen kann. .......

Discussion

Der Zweck dieses Protokolls ist es, den Rahmen für die Bewertung der Stimulationsparameter in vibrotaktile ASF Anwendungen bereitzustellen. Insbesondere prüft sie die Auswirkungen von Vibrationen Frequenz, Amplitude, Position und Sequenz auf Benutzer sensomotorischen Antwort. Dieser Rahmen kann aufgebaut werden und erweitert, um zusätzliche oder alternative Arten von Benutzerantwort enthalten, die klinisch relevant sein können, wie beispielsweise ein gemeinsames Biegen oder von einem Bein zum anderen verlagert Gewicht. .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Vibrierende Pager-Motoren	Präzisions-Mikroantriebe	Modell 310-101	Münz-Exzenter-Rotations-Massenmotoren. So viele wie nötig, um alle Orte und Wechselwirkungen von Interesse zu testen
Dreiachsiger Beschleunigungssensor	Dimension Engineering	ADXL 335	Fortschrittlicher analoger Beschleunigungsmesser. 500  Hz-Bandbreite, 3,5-15  V-Eingang. Entwickelt für die Messung von Bewegungen, Neigungen und Neigungen sowie für die Vibrations- und Schockerkennung.
Arduino Uno	Arduino	DEV-11021	Mikrocontroller-Board für die Kommunikation mit dem dreiachsigen Beschleunigungssensor
Arduion Mega 2560	Arduino	DEV-11061	Mikrocontroller-Board für die Verbindung mit den Vibrationsmotoren.
LabVIEW	National Instruments		Datenerfassungssoftware zur Steuerung von Motoren und zur Anzeige von Beschleunigungsmessersignalen
Arduino IDE Software	Arduino	v. 1.6.5
Drucktastenbrücken	Buddy Button		Kabelgebundener Schalter mit 2,5 Zoll in/6.35  CM-Aktivierungsfläche, die ein auditives Klicken und taktiles Feedback bietet.
Optional:
Dedizierter haptischer Motortreiber	Texas Instruments	DRV2605L	Kann verwendet werden, um die gesamte in Schritt 1 beschriebene Verstärkungsschaltung zu ersetzen.
Flexibles tragbares Goniometer	Biometrics Ltd.	SG110	Zweiachsige flexible Goniometer zur Messung von Winkeln in bis zu zwei Bewegungsebenen, die anstelle des Druckknopfes verwendet werden können, um die Gelenkbewegung als Reaktion auf Reize zu messen. www.biometricsltd.com/gonio.htm