Ein Vibrotactile Feedback-Gerät für sitzende Balance Assessment und Training

Viele Menschen leiden unter Sitzinstabilität, die die funktionelle Unabhängigkeit beeinträchtigen und zu sekundären gesundheitlichen Komplikationen führen kann. Unser Protokoll bietet das Potenzial, das Gleichgewicht während des Sitzens zu bewerten, herauszufordern und zu verbessern. Unsere Technik kombiniert Elemente bestehender Balance-Forschungswerkzeuge zu einem neuartigen Gerät, das für den klinischen Einsatz und die Zugänglichkeit optimiert ist.

Personen, die unter einer neueren Muskelbemülage leiden, können Schwierigkeiten haben, das Gleichgewicht im Sitzen zu halten. Unser Protokoll bietet Zugang zu Bewertungs- und Schulungstechniken, von denen bekannt ist, dass sie den Rehabilitationsergebnissen zugute kommen. Dieses Protokoll kann angewendet werden, um Balance-Kontrollmechanismen zu untersuchen und sensorische Feedback-Methoden zu optimieren.

Neue Benutzer dieses Protokolls sollten sicher sein, unsere zusätzlichen Zeichnungs- und Volumenkörpermodelldateien zu verwenden, um ein funktionierendes Replikat des Geräts zu erstellen. Schweißen Sie zu Beginn eine Basismutter zu einer Stahlplatte, um eine Befestigungsschnittstelle für austauschbare, halbkugelförmige Basen zu konstruieren. Mit einer computernumerischen oder CNC-Fräsmaschine, konstruieren Sie ein zylindrisches Chassis, Deckel und Basis aus Polyethylen, dann verschrauben Sie die Grundplatte an der Basis, und legen Sie das Chassis auf der Basis.

Verwenden Sie die Fräsmaschine, um eine 37 mm lange, 32 mm außendurchmesser zylindrische Polyvinylchloridhülse zu konstruieren, die auf eine Gewindestange passt. Nachdem Sie Stahlflansche an jeder Seite einer Stahlkupplung geschweißt haben, verschrauben Sie die Schraube an der Vorderseite der Basis. Verwenden Sie eine CNC-Drehmaschine, um fünf identische 63mm hohe Polyethylenzylinder mit 152 mm Durchmesser zu konstruieren.

In der Mitte der Oberseite jedes Zylinders, schneiden Sie ein 32mm Loch bis zu einer Tiefe von 38mm, so dass es die zylindrische Hülse mit einigen Interferenzen passt. Verwenden Sie auf der Unterseite jedes Zylinders die CNC-Drehmaschine, um eine gleichmäßig gekrümmte Basis mit dem einzigartigen Krümmungsradius für jeden der fünf Zylinder zu schneiden, wobei die Gesamthöhe von 63 mm erhalten bleibt. Um die Beinstütze zu konstruieren, schweißen Sie zunächst einen 70mm Stahlanbeineinsatz senkrecht an ein Ende einer 575mm Stahlextrusion.

Am anderen Ende klemmen Sie eine 300mm zylindrische Stahlfußstütze an die Extrusion. Verwenden Sie eine Bandsäge, um eine rechteckige 29 x 100mm Stahlstange auf eine Länge von ca. 160mm zu schneiden, so dass sie 3,6 kg wiegt. Legen Sie die Stahlstange an der Rückseite des Gehäuses ein, um die Beinstütze auszugleichen, und montieren Sie das Gerät.

Setzen Sie die Clevis-Pins durch die Kupplung und den Anhängereinsatz, um die Beinstütze zu verbinden. Passen Sie dann die Position der Klemme auf die gewünschte Fußstütze an. Verfädeln Sie die Stange in den Basisbolzen, so dass ca. 35mm der Stange von der Basis ragt, und setzen Sie die hervorstehende Stange in die gewünschte gekrümmte Basis ein.

Tragen Sie das Griffband auf den Deckel auf und bedecken Sie das Gerät mit dem Deckel. Um das Gerät zu instrumentieren, schließen Sie eine Trägheitsmesseinheit und acht vibrierende Tachter an einen Mikrocontroller an. Programmieren Sie den Mikrocontroller so, dass er anteroposterior- und mediolaterale Neigungswinkel von der Trägheitsmesseinheit liest und die vibrierenden Tachter basierend auf den Neigungswinkeln ein- oder ausschaltet.

Sichern Sie die Trägheitsmesseinheit in der Mitte des Chassis und ordnen Sie die vibrierenden Tachter in einem normalen Achteck mit einem Radius von 10cm, zentriert 8cm vor der Mitte des Chassis, so dass sie unter dem Sitz einer durchschnittlichen Größe Person liegen. Schließen Sie dann den Mikrocontroller an einen Computer an, und öffnen Sie die Software-Benutzeroberfläche. Um die Gleichgewichtsexperimente durchzuführen, rekrutieren Sie einwillige Teilnehmer, die frei von neurologischen und Muskel-Skelett-Erkrankungen sowie akuten oder chronischen Rückenschmerzen sind, und erfassen Sie alter, gewichts- und körpernahe stagnierende Teilnehmer.

Öffnen Sie als Nächstes die Benutzeroberfläche. Das Kompassdiagramm zeigt den Neigungswinkel des Geräts sowie die Hälfte der Neigungsgeschwindigkeit des Geräts in anteroposterior und mediolateralen Richtungen. Weisen Sie den Teilnehmer vor jeder Balance-Prüfung an, geräuschunterdrückende Kopfhörer zu tragen, die Arme über die Brust zu falten, so viel wie möglich eine aufrechte Haltung aufrechtzuerhalten und verbal zu sagen, wenn sie bereit sind.

Verwenden Sie die Dropdown-Menüs im Abschnitt "Testparameter" der Benutzeroberfläche, um den aktuellen Schwierigkeitsgrad und die Augenbedingung zu beschriften, und klicken Sie auf Datensatz, um die Testversion zu starten. Weisen Sie den Teilnehmer an, sich bei Versuchen mit offenen Augen auf einen festen Punkt zu konzentrieren, um das Gleichgewicht zu wahren. Verwenden Sie für Versuche mit geschlossenen Augen eine Augenbinde, um sicherzustellen, dass dem Teilnehmer das visuelle Feedback vollständig entzogen wird.

Führen Sie 20 30 Sekunden Sitzen Balance-Tests in Serie, Pausen wie gerechtfertigt, um Müdigkeit zu vermeiden, und stoppen Sie jederzeit, wenn nötig. Ein Algorithmus berechnet, welche anteroposterior und mediolateralen Feedback-Schwellenwerte zu verwenden und die Schwellenwerte in der Spalte Q3 der Benutzeroberfläche anzuzeigen. Die vibrotactile Feedback-Schwellenwerte können optimiert werden, um Feedback-Hinweise zu Richtung und Timing zu geben, die auf eine bestimmte Aufgabe oder ein bestimmtes Ziel zugeschnitten sind.

Kopieren Sie nach vier Einarbeitungsversuchen die Werte in der Spalte Q3 in die rechte Spalte, und klicken Sie auf Aktualisieren, um die im Kompassdiagramm basierend auf der vierten Einarbeitungsstudie angezeigten Feedbackschwellenwerte zu aktualisieren. Da die anteroposterior und mediolateralen Neigungswinkel automatisch in Echtzeit in einer Textdatei zur Analyse gespeichert werden, analysieren Sie die anteroposterior und mediolateralen Signale, um die Sitzleistung für jede der experimentellen Bedingungen zu charakterisieren. Diese Tabelle zeigt die posterografischen Maßnahmen, die von anteroposterior en- und mediolateralen Stützflächenneigungen abgeleitet wurden, die für 144 Gleichgewichtsversuche gemittelt und von 12 Teilnehmern unter jeder experimentellen Bedingung durchgeführt wurden.

Die Beobachtungen der anteroposterioren Neigung unterschieden sich signifikant zwischen den Augenöffnungs- und Augenbedingungen für die Wurzel-Mittel-Quadrat-, Zentroidfrequenz- und Frequenzdispersion. In Übereinstimmung mit anderen Berichten können diese posterografischen Maßnahmen zwischen Balance-Aufgaben während Der Versuche unterscheiden, in denen das vibrotactile Feedback-System aktiv war. Die Zentroidfrequenz der anteroposterior enden den Neigungsbeobachtungen war deutlich höher als bei den Kontrollversuchen.

In Übereinstimmung mit anderen Berichten hat dieses vibrotactile Feedback-Protokoll einen messbaren Effekt auf die Balance-Performance. Alle Strukturbauteile verfügen über ein entsprechendes Volumenkörpermodell und eine entsprechende Zeichnung, die zum Download zur Verfügung stehen und zur Replikation des Konstruktionsprozesses verwendet werden können. Das Verfahren kann verwendet werden, um Hypothesen über die grundlegende Natur des dynamischen aufrechten Sitzens und die Wirksamkeit von vibrotactile Feedback als Balance-Trainingstechnik zu testen.

Diese Forschung bietet eine entscheidende Grundlage für die zukünftige Arbeit an klinischen Bewertungs- und Schulungsinstrumenten für Bevölkerungsgruppen mit eingeschränktem Sitzgleichgewicht, um ihre Lebensqualität zu verbessern. Die Elektrowerkzeuge, die zum Bau dieses Geräts verwendet werden, können Körperschäden verursachen; bitte befolgen Sie alle Sicherheitsprotokolle.