촉각 자극에 의​​지 모터 응답의 적시성과 정확성을 평가하는 방법

요약

이 문서는 인간 참가자의 허벅지 촉각 자극을인가하고, 자극 위치 및 주파수의 다양한 조합에 대한 참가자의 의지 응답의 정확성과 반응 시간을 측정하는 방법을 설명한다.

초록

인공 감각 피드백(ASF) 시스템은 하지 장애가 있는 개인의 잃어버린 고유 수용 감각을 보상하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 ASF 시스템을 효과적으로 설계하려면 특정 피드백 메커니즘의 매개변수가 자극에 대한 사용자 인식과 반응에 어떤 영향을 미치는지에 대한 심층적인 이해가 필요합니다. 이 기사에서는 인간 참가자에게 진동 촉각 자극을 적용하고 반응을 측정하는 방법을 제시합니다. 회전 질량 진동 모터는 참가자의 허벅지에 미리 정의된 위치에 배치되고 맞춤형 하드웨어 및 소프트웨어를 통해 제어됩니다. 진동 촉각 자극에 대한 참가자의 의지 반응의 속도와 정확도는 모터 배치와 진동 주파수의 연구자 지정 조합에 대해 측정됩니다. 여기에 설명된 프로토콜은 푸시 버튼을 사용하여 진동 촉각 자극에 대한 간단한 이진 반응을 수집하지만, 이 기술은 관성 측정 장치 또는 압력 센서를 사용하여 관절 각도 및 체중 지지 비율을 각각 측정하는 다른 응답 메커니즘으로 확장할 수 있습니다. 유사하게, 진동 촉각 자극의 적용은 허벅지 이외의 신체 부위에 대해 탐구될 수 있습니다.

서론

인공 감각 피드백 (ASF)은 종종 손상된 감수 또는 다른 감각기구 보상 개인 실시간 생물학적 정보를 제공하는 사례로 정의 될 수있다. 개인 번 자율 신경계 ^(4)의 비자발적 반응이었다 물리적 프로세스를 제어 할 수 있도록, ^{3 -} ASF 긴 신체 기능과 움직임 ^하나의 양태의 회수에 도움이 부상이나 장애인 재활의 영역에 이용되고있다. ASF, 생체 역학 바이오 피드백의 하위 범주는 운동의 균형 또는 보행에 관한 매개 변수를 측정하고,인가 된 자극의 일종을 통해 개인이 정보를 전달하는 외부 센서를 사용합니다. 생체 역학적 피드백에 점점 인기있는 방법은 공간과 시간적인 피드백을 제공하기 위해 신체의 다른 부분에 배치 작은 진동 모터, 또는 tactors를 사용한다. 이전 문헌 페이지를 보여왔다낮은 사지 절단, 전정 장애를 가진 개인에게 응용 프로그램에서 진동 촉각 피드백의 사용을 지원하는 결과를 romising 및 노화 관련 균형 ^(5)의 손실 ^{- 9.}

특정 자극에 개인의 인식과 반응을 제어하는​​ 메커니즘에 대한 철저한 이해는 다른 응용 프로그램에 대한 ASF 시스템의 효과적인 이행을 알리는 필요합니다. ....

프로토콜

다음 프로토콜은 네덜란드 Bloorview 어린이 재활 병원에서 연구 윤리위원회에 의해 승인되었다.

1. 모터 교정

1. USB 포트를 사용하여 컴퓨터에 마이크로 컨트롤러 보드를 연결한다.
2. 원래 마이크로 컨트롤러 소프트웨어를 사용하여 원 오른쪽 화살표로 표시 '업로드'아이콘을 클릭하여 USB 연결을 사용하여 보드에 사용자 지정 스크립트, "Motor_and_AccelerometerTest.ino"를 업로드 할 수 있습니다.
   1. 진동 레벨은 "analogWrite"명령을 사용하여 오프 위치에 모터를 넣어 0으로 설정되어 있는지 확인합니다. 이 코드는 "analogWrite (vibe1,0를);"읽어야합니다.
   2. 마이크로 코드에서 "vibe1"변수를 초기화하여 관심 모터에 대응 (PWM) 출력 핀 변조 된 펄스 폭을 지정.
      주 : PWM 신호는 마이크로 컴퓨터에 의해 생성되는 디지털 신호로부터 근사 아날로그 출력을 생성한다. 핀은 labele있다수치 물리적 마이크로 컨트롤러 보드에 d를. 모터 출력 PWM 핀 '3'에 연결되어있는 경우, 예를 들어, 그 확인 "INT vibe1 = 3;" 코드에 지정되어 있습니다.
3. 마이크로 컨트롤러 ....

결과

도 4는 하나의 모터의 180 Hz의 진동 주파수에 대한 PWM 값을 식별하는 보정 곡선을 도시한다. 기본 주파수 스파이크 180 Hz에서 발생할 때까지 50 %의 듀티 사이클에서 시작하여 PWM 값은 반복된다. 성공적인 교정 시험은 기본 진동 주파수에서 명확한 스파이크를 표시해야합니다. 또는 지지체 표면에 상기 모터의 모터 가속도계 불량 정착 명확한 스파이크없이 더 FFT 확산 될 수있다. 마운트가 잘 연결되도록 조절 한 후에 이러한 상황에서, 교정 시험이 반복되어야한다.

도 5a는 열 수 바디 참가자와 세 개의 절단 수술을 ¹⁰ 허벅지의 앞쪽 표면에 세 개의 진동 주파수 140 Hz에서 180 Hz에서, 220 Hz에서, 대한 실험 1에 대해 자극 및 푸시 버튼 응답 사이의 반응 시간을 보여줍니다. 분산 반복 측정 분석 (ANOVA) 및페로 니 보정하여 Tukey의 사후 분석은 각 주파수의 특.......

토론

이 프로토콜의 목적은 진동 촉각 ASF 애플리케이션에서 자극 파라미터를 평가하기위한 프레임 워크를 제공하는 것이다. 구체적으로는, 사용자 응답에 대한 감각의 진동 주파수, 진폭, 위치 및 서열의 영향을 검사한다. 이 프레임 워크에 내장보다 임상 적으로, 이러한 접합 벤딩 또는 다른 한쪽 다리 중량 시프트 같을 수도 사용자 응답의 추가적인 또는 대안적인 형태를 포함하도록 확장 될 수있다. 이러한 변경은 관성 측정 유닛 (의 IMU) 또는 압력 센서와 같은 약간 다른 하드웨어 구성 장치와 푸시 버튼, 즉 교체뿐만 아니라 가상 인터페이스 첨부 변화를 요구한다. 여기에 제시된 프로토콜은 장착 위치에 참가자를 필요로하지만 마찬가지로, 단지 작은 하드웨어 변경은 전환을 할 필요가있을 것입니다 더 많은 임상 적으로 같은 서 균형 또는 월마트 등 관련 자세,킹 시험.

두 실험에서, 푸시 버튼 (S)는 특정 연구 문제 및 원하는 응답에 따라, 손, 다리, 발 가압, 또는 몇몇 다른 수단으로 .......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
진동 페이저 모터	정밀 마이크로드라이브	모델 310-101	코인 편심 회전 질량 모터.  관심 있는 모든 위치와 상호 작용을 테스트하는 데 필요한 만큼
Tri-axis Accelerometer	Dimension Engineering	ADXL 335	고급 아날로그 가속도계. 500엔지; Hz 대역폭, 3.5-15  V 입력. 모션, 기울기 및 기울기 측정은 물론 진동 및 충격 감지를 위해 설계되었습니다.
아두이노 우노	아두이노	DEV-11021	마이크로컨트롤러 보드는 삼축 가속도계와 통신합니다.
아두이온 메가 2560	아두이노	DEV-11061	마이크로컨트롤러 보드는 진동 모터와 인터페이스합니다.
LabVIEW	National Instruments		데이터 수집 소프트웨어는 모터를 제어하고 가속도계 신호를 표시하는 데 사용됩니다
Arduino IDE 소프트웨어	Arduino	v. 1.6.5
푸시 버튼	브리지	버디 버튼	유선 스위치는 2.5  에서/6.35  청각적 클릭과 촉각 피드백을 제공하는 CM 활성화 표면.
옵션:
전용 햅틱 모터 드라이버	Texas Instruments	DRV2605L	1단계에서 설명한 전체 증폭 회로를 교체하는 데 사용할 수 있습니다.
유연한 웨어러블 고니오미터	Biometrics Ltd.	SG110	트윈 축 플렉시블 각도계는 최대 2개의 움직임 평면에서 각도를 측정하며, 푸시 버튼 대신 사용하여 자극에 대한 반응으로 관절 움직임을 측정할 수 있습니다. www.biometricsltd.com/gonio.htm

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