Name: Pomiar stabilności przestrzennej w chwycie precyzyjnym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-04T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Poznaj metodę pomiaru stabilności przestrzennej w chwycie precyzyjnym z wykorzystaniem arkusza czujników wysokiej rozdzielczości. Technika ta umożliwia ocenę kierunku siły palców w warunkach klinicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Panu T. Nishida (Technik, Dział Sprzedaży, Dział Materiałów Zwiększających Wydajność Urządzeń, Nitta Co., Ltd, Osaka, Japonia.) za wsparcie techniczne.

Seria badań w niniejszym artykule została zatwierdzona przez Komisję Etyczną Uniwersytetu Gunma dla badań medycznych z udziałem ludzi.
UWAGA: Kryteriami włączenia dla uczestników były umiejętność zrozumienia użycia minimalnej siły oraz zdolność do wykonania zadania za pomocą kciuka i palca wskazującego. Kryteria wykluczenia zostały wybrane w oparciu o cel eksperymentów.
1. Przygotowanie sprzętu
<ol>
	<li>Podłącz dwa połączeniowe czujnika do portów USB komputera. Pociągnij dźwignię przymocowaną do złącza czujnika i włóż zaczep czujnika do szczeliny wkładania. Przywróć dołączoną dźwignię do pierwotnego położenia.</li>
	<li>Otwórz oprogramowanie czujnika na komputerze. Upewnij się, że mapy rozkładu ciśnienia w czasie rzeczywistym pojawiają się automatycznie na monitorze, gdy arkusze czujników są prawidłowo podłączone.</li>
	<li>Regulacja ciśnienia
	<ol>
		<li>Włóż obszar wykrywania arkusza czujnika jeden po drugim do zestawu sprężarki.</li>
		<li>Włącz zawór powietrza sterownika sprężarki i zacznij wywierać ciśnienie. Uruchom regulator i ustaw odpowiednią wartość obciążenia (tj. 172 kPa), aby sprawdzić wskaźnik na sterowniku. Upewnij się, że cały obszar arkusza czujnika jest równomiernie ciśnieniowy na monitorze.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wywierając nacisk na arkusze czujnika, wykonaj równoważenie i kalibrację. 
	UWAGA: Równowaga to operacja polegająca na równomiernym dostosowaniu reaktywności komórek czujnika. Kalibracja to operacja polegająca na przeliczeniu ciśnienia na arkuszu czujnika (suma surowa) na jednostkę wagi (gramy lub niutony) i wyświetleniu go. Obie te czynności należy wykonać dla arkusza czujnika przed rozpoczęciem zbierania danych dla każdego uczestnika.
	<ol>
		<li>Wybierz punkt menu Narzędzia | Równowaga w oknie głównym oprogramowania. Kliknij opcję Równowaga-1 | Rozpocznij w oknie dialogowym równoważenia. Sprawdź wynik równoważenia w oknie dialogowym i potwierdź, że okno równoważności zmieni kolor na szary.</li>
		<li>Zapisz ustawienia równoważenia, klikając przycisk Zapisz plik korektora w oknie dialogowym ekwilibracji. Wprowadź nazwę pliku równoważenia i kliknij przycisk Zapisz w oknie dialogowym Zapisz jako.</li>
		<li>Następnie wykonaj kalibrację, wybierając Narzędzia | Kalibracja. Kliknij przycisk Dodaj i wprowadź wartość obciążenia (134,33 N) w polu Przyłożona siła.</li>
		<li>Kliknij przycisk Start w oknie dialogowym. Sprawdź wynik kalibracji w oknie dialogowym kalibracji i potwierdź, że kalibracja została wykonana poprawnie; wartość Newtona jest pokazana jako 134,33, a wartość załadowanych komórek jest zgodna z wartością używanych arkuszy czujników, jeśli kalibracja została wykonana prawidłowo.</li>
		<li>Następnie zapisz ustawienie kalibracji, klikając Zapisz plik kalibracji. Wprowadź nazwę pliku kalibracji i kliknij przycisk Zapisz w oknie dialogowym Zapisz jako. Po wyrównaniu i kalibracji wyłącz zawór powietrza na sterowniku i wyjmij arkusz czujnika ze sprężarki.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Pomiar
<ol>
	<li>preparat
	<ol>
		<li>Podłącz każde urządzenie i uruchom oprogramowanie zgodnie z krokami 1.1 i 1.2. Upewnij się, że dwie mapy rozkładu ciśnienia w czasie rzeczywistym dla każdego arkusza czujnika są wyświetlane, gdy arkusze czujników są połączone w tym samym czasie. 
		UWAGA: W tym eksperymencie do zmierzenia odpowiednio kciuka i palca wskazującego potrzebne są dwa arkusze czujników. Konieczne jest przeprowadzenie równoważenia i kalibracji dla każdego z nich zgodnie z procedurami opisanymi w ppkt 1.4.</li>
		<li>Przywołać pliki równoważenia i kalibracji utworzone w krokach 1.4.2 i 1.4.5. Gdy mapa rozkładu ciśnienia w czasie rzeczywistym jest aktywna, wybierz Narzędzia | Załaduj plik ekwilibracji. Wybierz plik równoważności i kliknij przycisk Otwórz. Następnie wybierz Narzędzia | Załaduj plik kalibracyjny. Wybierz plik kalibracyjny i kliknij przycisk Otwórz. Upewnij się, że mapa rozkładu ciśnienia w czasie rzeczywistym jest wyświetlana w niutonach po załadowaniu pliku kalibracyjnego. Wykonaj powyższe czynności dla każdej z dwóch map.</li>
		<li>Przymocuj wrażliwe na nacisk części dwóch arkuszy czujników po obu stronach żelaznej kostki za pomocą taśmy dwustronnej. Aby zapobiec uszkodzeniu arkuszy czujników, przytnij taśmę o długości 3−5 mm i umieść je w czterech rogach na zewnątrz żelaznej kostki. Upewnij się, że powierzchnia arkusza czujnika znajduje się na zewnątrz.</li>
		<li>Umieść żelazną kostkę na stojaku na stole przed pomiarem.</li>
		<li>Po skonfigurowaniu środowiska pomiarowego ustal ustawienia nagrywania dla klatek filmu, okresu i częstotliwości. Wybierz punkt menu Opcje | Polecenie Parametr akwizycji. W oknie dialogowym parametru pozyskiwania danych wprowadź wartość 36000 w klatkach filmu, 0,01 w polu Okres i 100 w polu Częstotliwość. Kliknij przycisk OK i zamknij okno dialogowe.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpoczęcie pomiaru 
	UWAGA: Rysunek 1 przedstawia zadanie chwytania i podnoszenia.
	<ol>
		<li>Poproś uczestnika, aby usiadł przed stołem i wyregulował wysokość stołu (zgięcie stawu barkowego uczestnika 0° i zgięcie stawu łokciowego 90°). Ustaw na stole żelazną kostkę i podstawkę do ustawiania w odległości 30 cm od uczestnika w płaszczyźnie środkowej. Przetrzyj miazgę palca uczestnika wacikiem nasączonym alkoholem lub chusteczką.</li>
		<li>Przekaż uczestnikowi instrukcje słowne w następujący sposób: "Użyj minimalnej siły kciukiem i palcem wskazującym, aby chwycić obie strony żelaznej kostki, do której przymocowane są arkusze czujników. Następnie podnieś go około 5 cm nad podstawkę do ustawiania, przytrzymaj przez 5-7 s, a następnie umieść z powrotem na podstawce do ustawiania".</li>
		<li>Jeśli uczestnik jest gotowy, daj mu wskazówkę, aby rozpoczął zadanie i rozpoczął nagrywanie, klikając przycisk Nagraj na pasku narzędzi. Kliknij Środek trajektorii siły, aby monitorować COP podczas nagrywania. Po zakończeniu zadania kliknij przycisk Zatrzymaj na pasku narzędzi. Po nagraniu zapisz dane filmu, wybierając kolejno opcje Plik | Zapisz film jako. Wprowadź nazwę pliku filmowego i kliknij przycisk Zapisz w oknie dialogowym. 
		UWAGA: Wagę żelaznej kostki, liczbę podnoszeń i odstęp między zadaniami należy rozpatrywać zgodnie z celem eksperymentu i trudnością zadania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zmień warunki pomiaru zgodnie z celem eksperymentu. Na przykład, aby zbadać wpływ interferencji podwójnego zadania w zadaniu chwytania i podnoszenia, dostosuj warunki pomiaru w następujący sposób w zależności od typu zakłócenia.
	<ol>
		<li>W przypadku zakłóceń postawy poproś uczestnika, aby stanął przed stołem i wyregulował wysokość stołu. Przekaż uczestnikowi ustne instrukcje w następujący sposób: "Stań na jednej nodze i użyj minimalnej siły kciukiem i palcem wskazującym, aby podnieść żelazną kostkę około 5 cm nad podstawką. Przytrzymaj go przez 5-7 s, a następnie umieść go z powrotem na podstawce do ustawiania".</li>
		<li>Aby uzyskać zakłócenia wizualne, poproś uczestnika, aby usiadł przed stołem i dostosuj wysokość stołu. Przekaż uczestnikowi instrukcje słowne w następujący sposób: "Zamknij oczy. Użyj minimalnej siły kciukiem i palcem wskazującym, aby podnieść żelazną kostkę około 5 cm nad podstawkę do ustawiania. Przytrzymaj go przez 5-7 s i umieść z powrotem na podstawce do ustawiania." Pozwól uczestnikom dotknąć czujników bez przekraczania 0.5 N przed zamknięciem oczu.</li>
		<li>W przypadku zakłóceń poznawczych poproś uczestnika, aby usiadł przed stołem i dostosował wysokość stołu. Przekaż uczestnikowi ustne instrukcje w następujący sposób: "W ramach zadania obliczeniowego kontynuuj odejmowanie 7 od 100 tak dokładnie, jak to możliwe. Podczas wykonywania obliczeń użyj minimalnej siły kciukiem i palcem wskazującym, aby podnieść żelazną kostkę około 5 cm nad podstawką do ustawiania. Przytrzymaj go przez 5-7 s i umieść z powrotem na podstawce do ustawiania."</li>
		<li>W przypadku interferencji ruchów ręki w kontraście (<silna klasa="xfig">Rysunek 2), poproś uczestnika, aby usiadł przed stołem i dostosował wysokość stołu. Umieść tablicę z kołkami w odległości 30 cm od uczestnika w płaszczyźnie strzałkowej obok żelaznej kostki i zastanów się nad rozmiarem i liczbą kołków, aby dostosować trudność zadania. Przekaż uczestnikowi instrukcje słowne w następujący sposób: "Manipuluj żelazną kostką przy użyciu minimalnej siły, używając kciuka i palca wskazującego. Jedną ręką podnieś i przytrzymaj żelazną kostkę około 5 cm nad podstawką do ustawiania, a drugą ręką odwróć kołek. Powtórz tę czynność, używając przeciwnej ręki".</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Analiza danych
<ol>
	<li>Analiza siły chwytu
	<ol>
		<li>Uruchom oprogramowanie na komputerze. Kliknij pozycję Plik | Otwórz film, wybierz plik filmowy do analizy i otwórz.</li>
		<li>Gdy pojawi się zarejestrowana mapa rozkładu ciśnienia, kliknij przycisk Widok wielu okien na mapie i zapoznaj się z oknem wykresu 1. Znajdź punkt w czasie, w którym obciążenie (siła chwytu) zaczyna być przykładane w każdym podnoszeniu i zanotuj czas w odniesieniu do tego wykresu.</li>
		<li>Następnie zapisz dane siły chwytu w formacie ASCII. Wybierz punkt menu Plik | Zapisz ASCII po uaktywnieniu okna wykresu 1. W oknie dialogowym Wykres obiektu 1 wybierz opcję Panele z nazwą pliku i kliknij przycisk Zapisz ASCII. W oknie dialogowym wybierz opcję Zapisz wartości siły, ciśnienia i powierzchni. Określ Siła w polu Oś Y, Czas w polu Oś X i Bezwzględna w trybie Y. Kliknij przycisk OK w oknie dialogowym właściwości. Wprowadź nazwę pliku ASCII i kliknij przycisk Zapisz w oknie dialogowym.</li>
		<li>Jeśli potrzebne są informacje na temat obszarów styku między miazgą palcami a arkuszami czujników, określ obszar kontaktu w polu Oś Y i kliknij przycisk OK. Wprowadź nazwę pliku ASCII i kliknij przycisk Zapisz w oknie dialogowym.</li>
		<li>Następnie otwórz plik filmowy. Upewnij się, że plik został otwarty w formacie arkusza kalkulacyjnego i zostaną zanotowane klatki, czas, czas bezwzględny, nieprzetworzona suma i siła. Odnosząc się do czasu zanotowanego w kroku 3.1.2, znajdź komórkę, do której zaczyna być przykładane obciążenie; wartości obciążenia zaczynają rosnąć i przekraczać 0,5 N w rzędzie siły.</li>
		<li>Oblicz całkowitą siłę uchwytu użytą w zakresie, która jest sumą wartości z komórki przyłożonej na linii siły.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Analiza środka nacisku
	<ol>
		<li>Uruchom oprogramowanie. Kliknij pozycję Plik | Otwórz Film, wybierz plik filmowy do analizy i kliknij przycisk Otwórz.</li>
		<li>Gdy mapa rozkładu ciśnienia jest aktywna, kliknij przycisk Odtwórz do przodu, aby odtworzyć film. Upewnij się, że trajektoria COP znajduje się na mapie rozkładu ciśnienia. Znajdź klatkę, w której COP zaczyna pojawiać się w każdym podnośniku za pomocą Następnej klatki lub Poprzedniej klatki, które są poleceniami przesuwania klatek do przodu lub do tyłu. Następnie zanotuj ten numer klatki.</li>
		<li>Następnie zapisz dane COP w formacie ASCII. Wybierz punkt menu Plik | Zapisz kod ASCII z aktywną mapą dystrybucji. Określ środek siły w oknie dialogowym typu danych i Cały film w oknie dialogowym zakresu filmu. Kliknij przycisk OK w oknie dialogowym właściwości. Wprowadź nazwę pliku ASCII i kliknij przycisk Zapisz w oknie dialogowym.</li>
		<li>Następnie otwórz plik filmowy. Upewnij się, że plik otwiera się w formacie arkusza kalkulacyjnego i zanotowane są KOMENTARZE Klatka, Czas, Czas bezwzględny, Wiersz, Kolumna i Surowa suma. Odnosząc się do ramki zanotowanej w krokach 3.2.2., znajdź komórkę (1), w której zaczyna pojawiać się COP.</li>
		<li>Oblicz długość trajektorii COP między klatkami. Zaznacz komórkę (2) po wierszu zawierającym ramkę, w której zaczyna pojawiać się COP. Wstaw następującą formułę obliczeniową: (=SQRT((Komórka wiersza (2) -Komórka wiersza (1))^2+(Komórka Col (2) -Komórka Col (1))^2). Suma długości trajektorii COP między ramkami w zakresie to całkowita trajektoria COP w tym zakresie. 
		UWAGA: W oknie wykresu 1 linia pionowa pokazuje wartość obciążenia (N), a linia pozioma pokazuje czas (s). Ta wartość obciążenia odpowiada sile chwytu. Dane zapisane w formacie ASCII mogą być wykorzystywane w aplikacjach takich jak arkusze kalkulacyjne i edytory tekstu. W tym eksperymencie uczestnicy zostali poinstruowani, aby trzymać sześcian przez 5-7 s w zadaniu, więc siła chwytu i trajektoria COP zostały obliczone i zarejestrowane przez 4 s od ich pierwszego pojawienia się. W arkuszu kalkulacyjnym danych COP pozycja COP na współrzędnych osi X i Y jest pokazana jako wartość.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Johansson, R. S., Flanagan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coding+and+use+of+tactile+signals+from+the+fingertips+in+object+manipulation+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Coding and use of tactile signals from the fingertips in object manipulation tasks.</a> Nature Reviews Neuroscience. 10 (5), 345-359 (2009).</li>
<li>Cole, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Grasp+force+control+in+older+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Motor+Behavior%22%5BJournal%5D)">Grasp force control in older adults.</a> Journal of Motor Behavior. 23 (4), 251-258 (1991).</li>
<li>Lang, C. E., Schieber, M. H. Stroke. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLang%2C+CE+%22Sensorimotor+control+of+grasping%22">Sensorimotor control of grasping</a>. Nowak, D. A., Hermsdörfer, J. , Cambridge University Press. New York, NY. 296-310 (2009).</li>
<li>Johansson, R. S., Westling, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Roles+of+glabrous+skin+receptors+and+sensorimotor+memory+in+automatic+control+of+precision+grip+when+lifting+rougher+or+more+slippery+objects%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Roles of glabrous skin receptors and sensorimotor memory in automatic control of precision grip when lifting rougher or more slippery objects.</a> Experimental Brain Research. 56 (3), 550-564 (1984).</li>
<li>Parikh, P. J., Cole, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Handling+objects+in+old+age%3A+forces+and+moments+acting+on+the+object%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physiology%22%5BJournal%5D)">Handling objects in old age: forces and moments acting on the object.</a> Journal of Applied Physiology. 112 (7), 1095-1104 (2012).</li>
<li>Augurelle, A. S., Smith, A. M., Lejeune, T., Thonnard, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Importance+of+cutaneous+feedback+in+maintaining+a+secure+grip+during+manipulation+of+hand-held+objects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Importance of cutaneous feedback in maintaining a secure grip during manipulation of hand-held objects.</a> Journal of Neurophysiology. 89 (2), 665-671 (2003).</li>
<li>Monzée, J., Lamarre, Y., Smith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+digital+anesthesia+on+force+control+using+a+precision+grip%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">The effects of digital anesthesia on force control using a precision grip.</a> Journal of Neurophysiology. 89 (2), 672-683 (2003).</li>
<li>Fortier-Poisson, P., Langlais, J. S., Smith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlation+of+fingertip+shear+force+direction+with+somatosensory+cortical+activity+in+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Correlation of fingertip shear force direction with somatosensory cortical activity in monkey.</a> Journal of Neurophysiology. 115 (1), 100-111 (2016).</li>
<li>Kurihara, J., Lee, B., Hara, D., Noguchi, N., Yamazaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+center+of+pressure+trajectory+of+the+finger+during+precision+grip+task+in+stroke+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Increased center of pressure trajectory of the finger during precision grip task in stroke patients.</a> Experimental Brain Research. 237 (2), 327-333 (2018).</li>
<li>Noguchi, N., et al. Grip force control during object manipulation in cervical myelopathy. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNoguchi%2C+N+%22Spinal+Cord%22">Spinal Cord</a>. , (2020).</li>
<li>Lee, B., Miyanjo, R., Tozato, F., Shiihara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual-task+interference+in+a+grip+and+lift+task%5BTitle%5D)+AND+%22The+Kitakanto+Medical+Journal%22%5BJournal%5D)">Dual-task interference in a grip and lift task.</a> The Kitakanto Medical Journal. 64 (4), 309-312 (2014).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Ta eksperymentalna procedura dostarcza dowodów na to, że elastyczny arkusz czujnika nacisku może być przydatny do oceny stabilności przestrzennej podczas precyzyjnego chwytania. Zmieniony kierunek siły chwytu reprezentuje niestabilność przestrzenną chwytania, taką jak poślizgnięcie się palca. Jednak istniejące przyrządy do pomiaru kierunku siły typu ogniwa obciążnikowego mają ograniczenie w zakresie zapewnienia naturalnego ruchu od zasięgu do uchwytu. Aby rozwiązać ten problem techniczny, monitorowano trajektorię COP obs...

Kontrola siły jest podstawą precyzyjnego chwytu. W porównaniu z uchwytem mechanicznym, chwyt precyzyjny ocenia minimalną siłę wyjściową odzwierciedlającą zdolność do manipulowania obiektem. Wiele systemów sensomotorycznych przyczynia się do precyzyjnego chwytania. Na przykład podczas zadania chwytania i podnoszenia informacje wizualne umożliwiają postrzeganie rozmiaru i kształtu obiektu. Po tym, jak opuszki palców dotkną przedmiotu, sygnały dotykowe są dostarczane do kory somatosensorycznej w celu dostosowania siły precyzyjnego chwytu. Siła chwytu (GF) jest generowana, gdy opuszki palców stykają się z obiektem i zwiększa się podczas fazy podnoszenia1. Kiedy obiekt zbliża się do docelowej wysokości w powietrzu, zdrowi młodzi dorośli wytwarzają minimalną wartość GF, aby zoptymalizować dopływ skóry z miazgi palca i oszczędzać energię. Z drugiej strony, starsi dorośli używają dużej siły chwytu, aby uniknąć wyślizgnięcia się przedmiotu z ich uchwytu2. U pacjentów po udarze mózgu początek siły chwytu jest opóźniony, a zdolność do dostosowania marginesu bezpieczeństwa jest upośledzona z powodu deficytów czuciowych i motorycznych. Nadmierna siła chwytu jest uważana za strategiczną reakcję mającą na celu zrekompensowanie deficytów sensorycznych i motorycznych3.
Standardowy protokół pomiaru kontroli GF w precyzyjnym chwycie został zaproponowany przez Johanssona i Westlinga w latach 80. XX wieku4. Opracowali oni urządzenie do jednoczesnego monitorowania zarówno obciążenia, jak i siły chwytania. Od tego czasu amplituda GF i jej regulacja czasowa są wykorzystywane jako typowe parametry kinetyczne w licznych badaniach nad chwytem precyzyjnym. Kolejnym parametrem kinetycznym jest kierunek siły5. Kierunek siły wynika z połączenia sił chwytu i siły podnoszenia. Aby utrzymać stabilny, precyzyjny chwyt, między kciukiem a palcem wskazującym muszą być generowane odpowiednio ukierunkowane siły chwytu i podnoszenia, a odchylony kierunek siły może powodować niestabilność przestrzenną. Chociaż w badaniach chwytania stosuje się różne przyrządy do kierowania siłą typu ogniwa obciążnikowego, instrumenty te mają ograniczenia w zakresie monitorowania kontroli siły chwytu podczas manipulowania przedmiotami o różnych rozmiarach i kształtach używanych w życiu codziennym. Dlatego elastyczny i dołączany czujnik jest niezbędny do zbadania zależności między kontrolą siły chwytu a codziennymi funkcjami.
Celem tego protokołu jest pośrednia ocena kierunku siły nacisku palca podczas manipulacji obiektem na podstawie biomechanicznej zależności, w której odchylony kierunek siły powoduje wymianę środka nacisku (COP). COP jest środkiem wszystkich sił i reprezentuje sposób równoważenia sił na arkuszu czujnika. Użycie COP do oceny kontroli siły chwytu zostało po raz pierwszy zasugerowane przez Augurelle et al.6. Monitorowali przemieszczenie COP, aby zbadać rolę skórnego sprzężenia zwrotnego i odkryli, że odchylony COP wystąpił po znieczuleniu cyfrowym. Jednak przemieszczenie COP było monitorowane tylko w pionie w ich badaniu; w związku z tym przemieszczenie COP w przestrzeni trójwymiarowej nie zostało odpowiednio ocenione. Aby rozwiązać to ograniczenie, do pomiaru COP użyto cienkiego, elastycznego i wysokiego obrazu przestrzennego arkusza czujnika ciśnienia. Do pomiaru siły chwytu użyto czujników o stosunkowo wysokiej rozdzielczości przestrzennej (~60–100 punktów na cm2) do pomiaru siły chwytu7,8, ale ostatnie postępy w rozdzielczości przestrzennej (248 punktów nacm2) umożliwiają pomiar trajektorii COP jako parametru służącego do ilościowego określenia stabilności przestrzennej. W artykule opisano procedurę eksperymentalną i omówiono, w jaki sposób COP palca przyczynia się do zrozumienia fizjologii i patofizjologii chwytania.

<table><tbody><tr>Wacik <td></td><td></td><td>nasączony alkoholem</td><td>Wytrzyj uczestnika" s miazga palcowa</td></tr><tr><td>Sprężarka</td><td>Nitta Corporation</td><td></td><td>Zastosuj nacisk na gniazda czujników</td></tr><tr><td>Komputer</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sterownik sprężarki</td><td>Nitta Corporation</td><td></td><td>Służy do produkcji sprężarki</td></tr><tr><td>Taśmy</td><td></td><td></td> dwustronne <td>Służy do mocowania sensorów do żelaznej kostki</td></tr><tr><td>Żelazna kostka</td><td></td><td></td><td>150-250g, 30 i razy; 30 i razy; 30 mm</td></tr><tr><td>Złącze</td><td></td><td></td><td>czujnika Podłącz sensorseats do komputera.</td></tr><tr><td>Arkusz czujnika</td><td></td><td></td><td>Mapowanie ciśnienia Czujnik 5027, Tekscan, South Boston, MA, 50 USA</td></tr><tr><td>Podstawa</td><td></td><td></td> do ustawiania <td>Ustaw na nim żelazną kostkę podczas pomiaru</td></tr><tr><td>Oprogramowanie; I-SCAN 5027, Ver. 7.51</td><td>Nitta Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tabela</td><td></td><td></td><td>Zastosowanie do pomiaru</td></tr></tbody></table>

pomiar stabilności przestrzennej w chwycie precyzyjnym

Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

Celem protokołu jest pośrednia ocena kierunku siły wywieranej przez palec podczas manipulacji obiektem trzymanym w ręku na podstawie zależności biomechanicznych, w których odchylony kierunek siły powoduje wymianę środka nacisku (COP). Aby to ocenić, używany jest cienki, elastyczny arkusz czujnika ciśnienia o wysokiej rozdzielczości przestrzennej. System umożliwia pomiar trajektorii COP oprócz amplitudy siły i jej regulacji czasowej. Seria eksperymentów wykazała, że zwiększona długość trajektorii odzwierciedlała deficyt sensomotoryczny u pacjentów po udarze, a zmniejszona trajektoria COP odzwierciedla strategię kompensacyjną mającą na celu uniknięcie wyślizgnięcia się przedmiotu z uchwytu dłoni u osób starszych. Co więcej, trajektoria COP może również zostać zmniejszona przez interferencję dwuzadaniową. W artykule opisano procedurę eksperymentalną i omówiono, w jaki sposób COP palca przyczynia się do zrozumienia fizjologii i patofizjologii chwytania.

W kilku badaniach wprowadzono protokoły eksperymentalne oraz dwa parametry kinetyczne (trajektorię COP oraz GF) do pomiaru siły nacisku palca podczas manipulacji obiektem. W poprzednich badaniach stwierdzono, że trajektoria COP ulegała zwiększeniu u pacjentów po udarach9. U pacjentów z mielopatią szyjną GF korelowała z progiem wrażliwości na ucisk skórny oraz funkcją kończyn górnych10. U zdrowych młodych osób GF wzrastała pod wpływem interferencji poznawczej<sup class="xref...

Celem tego protokołu jest pomiar wymiany środka nacisku (COP) za pomocą arkusza czujnika o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, aby odzwierciedlić stabilność przestrzenną w precyzyjnym uchwycie. Zastosowanie tego protokołu może przyczynić się do lepszego zrozumienia fizjologii i patofizjologii chwytania.

Pomiar stabilności przestrzennej w chwycie precyzyjnym

The purpose of the protocol is to indirectly evaluate the direction of the finger force during manipulation of a handheld object based on the ...

Aby uzyskać pełne zrozumienie kontroli siły chwytu podczas chwytania, ważne jest, aby ocenić kierunek siły działającej na palec. Proponujemy nową, prostszą technikę pomiaru stabilności przestrzennej w precyzyjnym chwytaniu, aby ocenić kierunek siły palca w warunkach klinicznych. Procedurę zademonstruje Ryoto Teshima, doktorant z naszego laboratorium.Przed rozpoczęciem analizy podłącz dwa połączeniowe czujnika do portów USB komputera i pociągnij dźwignię dołączoną do jednego złącza czujnika, aby umożliwić włożenie zaczepu czujnika do gniazda wkładania. Przywróć dołączoną dźwignię do jej pierwotnego położenia i otwórz oprogramowanie czujnika w komputerze. Jeśli arkusze czujników są prawidłowo połączone, na monitorze pojawią się mapy rozkładu ciśnienia w czasie rzeczywistym.Aby wyregulować ciśnienie, włóż obszary wykrywania arkusza czujnika jeden po drugim do zestawu sprężarki i włącz zawór powietrza sterownika sprężarki. Rozpocznij wywieranie ciśnienia i dostosuj regulator do odpowiedniej wartości obciążenia. Podczas wywierania nacisku wybierz opcję Narzędzia i równoważenie, a następnie kliknij przycisk Równowaga1 i rozpocznij w oknie dialogowym równoważenia.Kolor równowagi okna powinien zmienić się na szary. Na końcu równoważenia wybierz Zapisz plik równania, wprowadź nazwę pliku i kliknij Zapisz, aby zapisać równoważenie. Kliknij przycisk OK.Wybierz Narzędzia i kalibracja i kliknij przycisk Dodaj, aby wprowadzić wartość obciążenia w niutonach w polu Przyłożona siła. Kliknij przycisk Start i sprawdź wynik kalibracji, aby potwierdzić, że kalibracja została przeprowadzona poprawnie. W tym przypadku wartość Newtona wynosi 134,33, a wartość załadowanych komórek odpowiada wartości używanych arkuszy czujników.Następnie kliknij przycisk SaveCal. Plik, wprowadź nazwę pliku i kliknij przycisk Zapisz, aby zapisać kalibrację. Umieść kawałki dwustronnej taśmy o długości od trzech do pięciu milimetrów na każdym z czterech rogów żelaznej kostki.Użyj taśmy, aby przymocować wrażliwe na nacisk części dwóch arkuszy czujników po obu stronach żelaznej kostki i umieść żelazną kostkę na stojaku do ustawiania na stole. Skonfiguruj urządzenia do pomiaru. Następnie otwórz pliki równoważenia i kalibracji w oprogramowaniu.Po zaaranżowaniu środowiska pomiarowego należy wybrać w oprogramowaniu Opcje i Parametry akwizycji. W oknie dialogowym Parametr pozyskiwania danych wprowadź wartość 36 000 w polu Klatki filmu, 0,01 w polu Okres i 100 w polu Częstotliwość, a następnie kliknij przycisk OK. Aby wykonać pomiar, poproś uczestnika, aby usiadł przed stołem i dostosował wysokość stołu do zgięcia stawu barkowego uczestnika o zero stopni i pozycji zgięcia stawu łokciowego pod kątem 90 stopni.Ustaw żelazną kostkę i podstawkę w odległości 30 centymetrów od uczestnika, w środkowej płaszczyźnie strzałkowej na stole i przetrzyj miazgę palca uczestnika wacikiem nasączonym alkoholem lub chusteczką. Poinstruuj uczestnika, aby użył minimalnej siły kciukiem i palcem wskazującym, chwycił obie strony żelaznej kostki, do której przymocowane są arkusze czujników, i podniósł kostkę około pięciu centymetrów ponad podstawkę do ustawiania. Przytrzymaj go przez pięć do siedmiu sekund, zanim umieścisz go z powrotem na stojaku do ustawiania.Gdy uczestnik będzie gotowy, kliknij opcję Zapis i trajektoria środka siły, aby monitorować środek nacisku w oprogramowaniu i dać mu wskazówkę do rozpoczęcia zadania. Po zakończeniu zadania kliknij przycisk Zatrzymaj i zapisz nagrane dane filmu. Aby ocenić wykonanie zadania w obecności zakłóceń wizualnych, najpierw pozwól uczestnikowi dotknąć czujników bez przekraczania 0,5 niutona nacisku, a następnie poinstruuj uczestnika, aby zamknął oczy i użył minimalnej siły kciukiem i palcem wskazującym, aby podnieść żelazną kostkę około pięciu centymetrów nad podstawką do ustawiania.Następnie przytrzymaj kostkę przez pięć do siedmiu sekund, zanim umieścisz ją z powrotem na podstawce do ustawiania. Aby ocenić wykonanie zadania w obecności zakłóceń poznawczych, poinstruuj uczestnika jako zadanie obliczeniowe, stale odejmuj siedem od 100 tak dokładnie, jak to możliwe, używając minimalnej siły kciukiem i palcem wskazującym, aby podnieść żelazną kostkę około pięciu centymetrów nad podstawką do ustawiania, na pięć do siedmiu sekund, przed umieszczeniem jej z powrotem na stojaku do ustawiania. Aby ocenić wykonanie zadania w przypadku przeciwległej ingerencji w ruch ręki, umieść tablicę z kołkami w odległości 30 centymetrów od uczestnika, obok żelaznej kostki w środkowej płaszczyźnie strzałkowej i umieść odpowiedni rozmiar i liczbę kołków, zgodnie z trudnością zadania.Następnie poinstruuj uczestnika, aby manipulował żelazną kostką przy użyciu minimalnej siły za pomocą kciuka i palca wskazującego oraz aby jedną ręką podniósł i przytrzymał żelazną kostkę około pięciu centymetrów nad podstawką, podczas gdy drugą ręką odwrócił kołki. Aby przeanalizować siłę uchwytu, otwórz plik filmowy do analizy w oknie dialogowym. Gdy pojawi się zarejestrowana mapa rozkładu ciśnienia, kliknij opcję Widok wielu okien, aby otworzyć okno wykresu.Zlokalizuj punkt w czasie, w którym obciążenie zaczyna być przykładane w każdym podnośniku i zanotuj czas w odniesieniu do wykresu. Zapisz dane siły uchwytu w formacie ASCII i otwórz plik filmowy. Zlokalizuj w arkuszu kalkulacyjnym numer ramy, przy której obciążenie zaczęło być przykładane w każdym podniesieniu, i zanotuj numer ramy w odniesieniu do punktu czasowego, w którym obciążenie zostało przyłożone.Następnie oblicz całkowitą siłę uchwytu użytą w zakresie, która jest sumą wartości z zastosowanej komórki. Aby przeanalizować środek ciśnienia, otwórz plik filmowy do analizy, aby wyświetlić trajektorię środka ciśnienia na mapie rozkładu ciśnienia. Gdy zarejestrowana mapa rozkładu ciśnienia jest aktywna, kliknij przycisk Odtwórz do przodu, aby odtworzyć film.Kliknij przycisk Zatrzymaj i przesuwaj klatka po klatce, aż na mapie rozkładu ciśnienia zacznie pojawiać się klatka, w której zaczyna pojawiać się środek nacisku. Zanotuj numer klatki i zapisz dane środka nacisku w formacie ASCII, upewniając się, że wybrano opcję Center of Force (Środek siły) i Whole Film (Cały film). Otwórz plik z filmem i znajdź numer klatki, przy którym zaczyna pojawiać się środek nacisku w każdym podniesieniu w arkuszu kalkulacyjnym, w odniesieniu do zanotowanego numeru klatki.Następnie oblicz długość trajektorii środka nacisku między klatkami. Pokazano tutaj trajektorie środka nacisku i ślady siły chwytu dominującego palca wskazującego, w pojedynczych i podwójnych zadaniach dla reprezentatywnych młodych i starszych dorosłych. W tej reprezentatywnej analizie siła chwytu wzrastała w interferencji ruchu ręki po drugiej stronie, podczas gdy trajektorie środka nacisku miały tendencję do zmniejszania się.Pamiętaj, aby poinformować, że uczestnicy powinni używać minimalnej siły podczas wykonywania zadań. W przeciwnym razie będą miały tendencję do używania stosunkowo dużej siły chwytu, aby uniknąć niestabilności przestrzennej.

measurement-of-spatial-stability-in-precision-grip

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Ponieważ sprawność manualna jest domeną głównie naczelnych, w badaniach nad małpami makakami opracowano zadania behawioralne. Cztery zadania dotyczące sięgania i chwytania, mierzące siłę oraz zdolność manipulacji dłonią, pozwalają na ustalenie stopnia regeneracji funkcjonalnej po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego oraz na przetestowanie efektów zastosowanego leczenia.

Behawioralna ocena sprawności manualnej u naczelnych innych niż człowiek

Ten raport przedstawia szczegóły dotyczące sposobu na zastosowanie metody klaster znaczników akromionu do uzyskiwania kinematyki łopatki podczas korzystania z pasywnego urządzenia do przechwytywania ruchu znaczników. Jak opisano w literaturze, metoda ta zapewnia solidny, nieinwazyjny, trójwymiarowy, dynamiczny i prawidłowy pomiar kinematyki łopatki, minimalizując artefakt ruchu skóry.

Pomiar dynamicznej kinematyki łopatki za pomocą klastra markerów wyrostka barkowego w celu zminimalizowania artefaktu ruchu skóry

Dotychczasowe badania koncentrowały się na strategiach poznawczych, które ludzie przyjmują, aby radzić sobie z niepewnością. Niniejsze badanie analizuje natomiast empiryczny sposób radzenia sobie z niepewnością i wprowadza zestaw metod eksperymentalnych pokazujących, w jaki sposób doświadczenie miękkości dotykowej może służyć jako narzędzie do radzenia sobie z niepewnością.

Badania eksperymentalne badające, w jaki sposób ludzie mogą radzić sobie z niepewnością poprzez miękkie doznania dotykowe

Ten artykuł opisuje nowatorską metodę szacowania dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu iluzji lustra i łączącej procedurę psychofizyczną z analizą za pomocą uczenia maszynowego.

Metoda wizualizacji dryfu proprioceptywnego na płaszczyźnie 2D przy użyciu maszyny wektorów nośnych

Ten protokół opisuje, jak używać analizy wideo klatka po klatce do ilościowego określenia idiosynkratycznych ruchów od zasięgu do uchwycenia u ludzi. Do zademonstrowania techniki wykorzystuje się analizę porównawczą dotarcia u osób widzących i niewidzących zdrowych dorosłych, ale metoda ta może być również zastosowana do badania populacji rozwojowych i klinicznych.

Klatka po klatce analiza wideo idiosynkratycznych ruchów sięgających do chwytania u ludzi

Prezentowany jest półautomatyczny stymulator kąta palców pasywnych TSPAS, nowy sposób oceny ostrości przestrzennej dotyku i dyskryminacji kąta dotyku za pomocą sterowanego komputerowo systemu bodźców dotykowych, który stosuje bodźce o podwyższonym kącie do pasywnej opuszki palca badanego, jednocześnie kontrolując prędkość ruchu, odległość i czas trwania kontaktu.

Dotykowy półautomatyczny pasywny stymulator kąta palca (TSPAS)

Osoby z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego (CAI) wykazują niedobór kontroli postawy i opóźnioną aktywację mięśni kończyn dolnych. Komputerowa posturografia dynamiczna w połączeniu z elektromiografią powierzchniową zapewnia wgląd w koordynację układu wzrokowego, somatosensorycznego i przedsionkowego z regulacją aktywacji mięśni w celu utrzymania stabilności postawy u osób z CAI.

Ocena kontroli postawy i aktywacji mięśni kończyn dolnych u osób z przewlekłą niestabilnością stawu skokowego

Ta eksperymentalna metoda opisuje rozwiązanie do analizy kinematycznej manipulacji akupunkturą za pomocą technologii trójwymiarowego śledzenia ruchów palców.

Trójwymiarowe śledzenie ruchów palców podczas igłowania: rozwiązanie do analizy kinematycznej manipulacji akupunkturą

Ten artykuł opisuje materiał i metodę opracowaną do badania organizacji posturalnej inicjacji chodu. Metoda opiera się na zapisach platformy siłowej i na bezpośredniej zasadzie mechaniki do obliczania kinematyki środka ciężkości i środka nacisku.

Posturalna organizacja inicjacji chodu do analizy biomechanicznej z wykorzystaniem nagrań platformy siłowej

Gdy chwytamy obiekt, wiele obszarów palców i dłoni zazwyczaj styka się z powierzchnią obiektu. Rekonstrukcja takich obszarów kontaktu jest wyzwaniem. W tym miejscu przedstawiamy metodę przybliżonego szacowania obszarów kontaktu poprzez połączenie przechwytywania ruchu opartego na znacznikach z istniejącą rekonstrukcją siatki ręcznej opartą na głębokim uczeniu.

Ocena obszarów kontaktu między rękami a przedmiotami podczas chwytania wielocyfrowego przez człowieka

Poznaj metodę pomiaru stabilności przestrzennej w chwycie precyzyjnym z wykorzystaniem arkusza czujników wysokiej rozdzielczości. Technika ta umożliwia ocenę kierunku siły palców w warunkach klinicznych.

Pomiar stabilności przestrzennej w chwycie precyzyjnym

Przeglądaj więcej filmów