<p class="jove_title"> 1 ist. Einführung</p><p class="jove_content"> Twister ist ein servo-gesteuertes Gerät zur Quantifizierung Haltungstonus in axialer und proximalen Körperregionen während aktive, aufrechte Haltung. Das Original-Gerät wurde an der Oregon Health & Science University gebaut und ein ähnliches Gerät befindet sich im Aufbau für die University of Southampton, UK. In diesem Bericht beschreiben wir die Funktion und die Begründung für die Twister und die verschiedenen Nutzungen. Wir haben dann eine ausführliche Beschreibung zu seiner Reproduktion zu erleichtern und zeigen, wie es verwendet werden, um die Kontrolle der Haltungstonus zu untersuchen.</p><p class="jove_title"> 2. Überblick</p><p class="jove_content"> Twister besteht aus einem starren Stahlrahmen, rotierende Plattform, Drehmomentsensor, ausgeglichen Federungssystem, obere und untere Fixierungen, Körper und Anhänge (Abb. 1), sowie eine Servosteuerung für die Regulierung der Drehung der Plattform. Twister quantifiziert Haltungstonus im Stehen Probanden durch Drehen Unterkörper Segmenten um die vertikale Achse relativ zur oberen Segmenten. Diese Wendungen der Region dazwischen, Veränderung der Länge der Muskeln innerhalb. Obere und untere Fixierungen angebracht, um ein Verdrehen der Hals, Rumpf oder Hüfte Regionen (Abb. 2) zu verleihen. Weil Twister bietet keine Haltungsschäden zu unterstützen, ist tonische Aktivität der Skelettmuskulatur notwendig, um Schwerkraft Drehmomenten entgegenzuwirken. Diese tonische Regelung wird durch die Verwindungssteifigkeit zu verdrehen sowie Elektromyographie aus relevanten Muskeln untersucht. Der Widerstand gegen Verdrehen durch eine Momenten-Sensor in der oberen Befestigung geprüft und entspricht dem Stand der alle Muskeln unterziehen Längenänderungen. Twister verwendet verschiedene Plattform rotation Profile zu studieren Tonic Kontrolle liegen, einschließlich eines Dreiecks Profil, Schritt-Profil, und Dreieck-Profil mit zunehmender Größe (Abb. 3). Diese drehen die Plattform auf einem konstanten langsamen Geschwindigkeit, die Inertial-Effekte auf das Thema und Messung minimiert.</p><p class="jove_content"> Wir verwenden eine Verdrehung Störung um die vertikale Achse, weil es: 1) Veränderungen der Länge der axialen und proximalen Muskeln, wie diese Strukturen orientiert sind schräg und haben einen großen anatomischen Ursprung und Ansatz, 2) ändert nichts an der Beziehung des ganzen Körpers und seiner Teile der Schwerkraft, 3) dreht sich der Körper um eine Achse des minimalen Trägheitsmoment<sup> 2</sup>; 4) entspricht einer neutralen Zone<sup> 3,4</sup>, So dass der Widerstand von kleinen Verschiebungen von den nach vorn gerichteten Position spiegelt muskulös, anstatt osteo-ligamentären Kräfte und 5) kommt natürlich in alltäglichen Aktivitäten<sup> 3,5</sup>.</p><p class="jove_content"> Twister ist ein flexibles Gerät, das verwendet werden, um verschiedene Aspekte der tonischen Kontrolle angesprochen werden können. Dazu gehören: 1) Steifigkeit im Zusammenhang mit tonische Aktivität<sup> 6-8</sup>, 2) Tonic Antworten auf muskulöse Längenänderungen<sup> 6,8</sup>. 3) die Wirkung der Drehung auf entfernten Körperregionen, 4) Stärkungsmittel Effekte aus kinästhetische Informationen<sup> 9</sup>; 5) die Auswirkungen der Krankheit auf Haltungstonus<sup> 7,10</sup>; Und 6) Wahrnehmungsschwellen die Rotation langsam<sup> 11</sup>.<br /</p><p class="jove_title"> 3. Detaillierte Beschreibung des Gerätes</p><p class="jove_content"> Wir Detail die Komponenten des Twister unten.</p><ol><li<strong> Rotierende Plattform</strong<br /> Themen stehen auf einer Plattform, die ± 20 dreht ° auf einem Lager um die vertikale Achse (Abb. 1, 4A). Ein Elektromotor treibt diese Rotation in einem Drive-Verhältnis, das Plattform Geschwindigkeiten zwischen 0,5 ° / s und 5 ° / s und ein hohes Drehmoment erreicht. Twister dreht den unteren Körper im Raum, anstatt den Oberkörper zu vestibulären Signale, die ruhige Haltung zu stören könnte beseitigen.</li><li> Ein Riemen und Riemenscheiben-System ist für den Antrieb Reduktion, die Vibrationen dämpft und verhindert, dass Peitsche mit Drehmoment-Messung stören können. Vibration wird minimiert, da kann es Cue das Thema zu Plattform Bewegung.</li><li> Zur Sicherheit sind harte Stopps verwendet, um maximale Plattform Verschiebung zu begrenzen.</li><li> Ein optischer Encoder (Hewlett-Packard HEDS-5540) in die Plattform Welle Berichte Drehverlagerung für Servo-Steuerung und Datenanalyse.<br /></li><li<strong> Frame</strong><br /> Eine starre, Stahlrahmen (1,5 m x 1,5 m x 3m) mit diagonalen Verstrebungen schafft hohe Torsionssteifigkeit zwischen der Plattform Montage-und Drehmoment-Sensor, notwendig für eine genaue Messung des Drehmoments.<br /></li><li<strong> Oberösterreich Fixierung und Federung</strong<br /> Die obere Fixierung und leicht, ausgeglichen Federungssystem verbinden den oberen Rand des Twisted Region auf den Rahmen (Abb. 4B). Ein Drehmoment-Sensor (Futek TFF220, Irvine, CA) in der oberen Fixierung positioniert Maßnahmen ein Thema Widerstand gegen Rotation.</li><li> Die Suspension System besteht aus vier rechteckigen Aluminium-Platten, die abwechselnd angelenkt sind entlang der anterior-posterioren und medio-Achsen. Dies schafft eine hohe Steifigkeit für eine Drehung um die vertikale Achse (590 Nm / °), um genau zu messen Drehmoment, ohne die Bewegungsfreiheit in anderen Dimensionen. Insbesondere sorgt die geringe Steifigkeit für die Übersetzung in x, y, und z-Richtung (0,25 N / cm) Themen halten Haltungsstabilität selbst und verhindert, dass die obere Befestigung aus, die eine räumliche Referenz. Dies ermöglicht auch jede einzelne ihre eigene, einzigartige vertikale Körperhaltung, ohne die Körperhaltung Bewegung in der horizontalen Ebene zu halten.</li><li> Federn zu handeln, um entgegenzuwirken das Gewicht des Fahrwerks.</li><li> Eine vertikale Lagerung (Abb. 1, 4B) wird verwendet, um die obere Fixierung zu unterwerfen höhenverstellbar.<br /></li><li<strong> Niederösterreich Fixierung</strong<br /> Eine geringere Fixierung verbindet den unteren Rand der Twisted Region der rotierenden Plattform. Körpersegmente unterhalb der unteren Fixierung mit der Plattform zu drehen.</li><li> Die untere Befestigung besteht aus einem leichten Teleskop-bar, dass die rotierende Plattform verbunden ist. Ein Scharnier verbindet die Teleskop-bar auf die Plattform, um anterior-posterior Haltungs-Herrschaft zu ermöglichen.<br /></li><li<strong> Body Attachments</strong<br /Einem leichten Helm, ein Schultergurt und ein Becken Orthesen, die jeweils fest auf den Körper (Abb. 2) festgelegt:> Drei Anlagen sind mit Twister verwendet.</li><li> Um den Hals verdrehen, bringen Sie den Helm über und die Schultern unten.</li><li> Twist den Kofferraum legen die Schultern oben und das Becken unter</li><li> Twist die Hüften legen das Becken über. In diesem Fall wird ein Verdrehen der internen und externen Hüftrotation lokalisiert, wie die Füße, Unterschenkel und Oberschenkel mit der Plattform zu drehen.<br /></li><li<strong> Externe Fixation</strong<br /> Eine dritte, externe Fixation kann verwendet werden, um eine Körperregion twist während der Messung Drehmoment von einem anderen hergestellt werden. Da die letzteren Segment stationär ist, ist die gemessene Drehmoment nicht resistive, sondern stammt aus muskulären Kräfte innerhalb des Segments, die möglicherweise aus der Ferne drehen induziert.</li><li> Die externe Fixation besteht aus einem leichten Teleskop-bar, dass die angeschlossenen Segment aus Drehung um die vertikale Achse verhindert. Ein Gelenk zwischen dem Stab und Rahmen erlaubt anterior-posterior Haltungs-Herrschaft.</li><li> Abb. 4C zeigt die Konfiguration für die Messung Hals Drehmoment beim Stamm drehen. Alternativ können Hals Drehmoment in Reaktion auf Hüfte verdreht, indem Sie das Becken auf die externe Fixation beurteilt werden.</li><li> Ein Standard-Kraftmessplatte können zwischen den Themen Füße und rotierenden Plattform platziert werden, um gleichzeitig zu messen Gegenmoment in die Twisted-Segment. Diese Kraftmessplatte kann auch verwendet werden, um Haltungsschäden Herrschaft während Verdrehen zu quantifizieren.<br /></li><li<strong> Servo-Steuerung der Drehung der Plattform</strong<br /> A custom built in Echtzeit Servo-System steuert Drehung der Plattform. Diese Hardware-PID-Regler gibt eine Motorantriebssignal auf einer Plattform Position Signal von der optischen Encoder und die gewünschte Drehung (siehe Abb. 7). Eine benutzerdefinierte PC-Schnittstellen mit dem Hardware-Controller, um die gewünschte zeitliche Verlauf der Drehung der Plattform geben und initiieren eine Prüfung.</li><li> Der Controller erzeugt drei Profile für Plattform-Rotation. Wählen Sie das Dreieck-Profil zwischen konstanter Drehzahl im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn (Abb. 3, Spur 1) abwechseln. Verwenden Sie den Schritt-Profil diskontinuierliche Rotation zu erreichen (Abb. 3, Spur 2). Rotation kann auch mit einem Dreieck-Profil, das in der Amplitude über Zyklen (Abb. 3, Spur 3) erhöht gefahren werden.</li><li> Für alle Profile, ist die Drehung geglättet, um die Beschleunigung zu 12 ° / s zu begrenzen<sup> 2</sup> Während der Bewegung Initiierung und Richtungsänderungen.</li></ol><p class="jove_title"> 4. Experimental-Protokoll</p><p class="jove_content"> Ein typisches Experiment ist wie folgt auszuführen:</p><ol><li> Legen Sie Körper Attachments (dh Helm, Schultergurt oder Becken Orthesen) auf die gewünschte Segmente, sicherzustellen, dass sie fest sitzen und es gibt keine Verdrehspiel.</li><li> Stellen Sie die Höhe der linearen Lager, so dass die obere Befestigung erfolgt in der gleichen Höhe wie die entsprechenden Bindung an den Körper.</li><li> Stellen Sie die untere Fixierung mit dem Teleskop-bar auf die Höhe der unteren Bindung an den Körper entsprechen.</li><li> Weisen Sie den Gegenstand auf der rotierenden Plattform stehen, nach vorne.</li><li> Schließen Sie die obere und untere Fixierungen auf die entsprechende Körper-Anhänge, die Positionierung Anpassungen so ein Drehmoment von Null auf das Thema in die pre-trial Stellung angewandt wird.</li><li> Blindfold das Thema.</li><li> Weisen Sie den Gegenstand, entspannt und nicht einzugreifen.</li><li> Wählen Sie ein Verstärkungsfaktor für die Momenten-Sensor, nach der Körperregion gedreht wird, um die Dynamik des Signals zu maximieren.</li><li> Reset der Vorspannung auf der Momenten-Sensor.</li><li> Begin Oberfläche Schwingung in Gier-und Datenaufzeichnung. Drehmoment und Drehung der Plattform-Signale werden in der Regel bei 50 Hz mit Spike 2 Erwerb Software (Cambridge Electronic Devices, Cambridge, UK) aufgezeichnet.</li><li> Starten Sie drehen mit der gewünschten Plattform-Wechsel-Profil. In allgemeinen Bewegung sollte langsam und glatt genug, so dass die Probanden nicht genau wahrnehmen verdrehen.</li></ol><p class="jove_title"> 5. Repräsentative Ergebnisse</p><p class="jove_content"> Resistive Drehmoment typischerweise mit Ausflug-Plattform, aber der Anstieg verlangsamt sich mit größeren Ausflug. Insgesamt Widerstand typischerweise durch Peak-to-peak Drehmoment quantifiziert, gemittelt über Zyklen. Abb. 5A zeigt einzigen Studie Antworten auf Themen für Verwindungssteifigkeit der konstanten Geschwindigkeit Rampe für den Kofferraum. Wir haben Daten reproduzierbar über Monate innerhalb eines Fachgebietes zu beobachten (Abb. 5B; interclass Korrelationskoeffizient = 0,89). Mittlere Beständigkeit gegen Verdrehen unterscheidet sich in den Körper Segmenten und wurde berichtet, auf 0,54 ± 0,24 Nm für den Hals, 5,11 ± 1,94 Nm für den Kofferraum und 3,23 ± 1,67 Nm für die Hüfte<sup> 6</sup> (Abb. 6). Es ist wichtig, dass Drehung der Plattform glatt ist und es gibt keine Peitsche. Fehlen von Wimpern ist durch glatte Änderungen des Drehmoments während der Richtungsänderungen und eine rasche Änderung des Drehmoments am Anfang, was vermutlich auf kurze Distanz Steifigkeit der Muskulatur angegeben (siehe Abb. 3A in Gurfinkel<em> Et al.</em<sup> 6</sup>).</p><p class="jove_content"> Das gemessene Drehmoment spiegelt sowohl die dynamischen Veränderungen in Ton mit Verdrehung sowie die Verteilung der Baseline tonische Aktivität (einschließlich Co-Kontraktion). Aufgrund der langsamen Geschwindigkeit der Drehung ist die Erhöhung des Drehmoments pro Grad entspricht Eigensteifigkeit<sup> 12</sup> Nur wenn die Muskelaktivität konstant ist. Beachten Sie, dass aktive Strukturen auf den gemessenen Widerstand Twister beitragen technisch beurteilt pseudostiffness.</p><p class="jove_content"> In der Regel werden zwei Arten von Reaktionen beobachtet, die konstante oder modulierte tonische Aktivität entsprechen innerhalb der Twisted Region. Ersteres ist durch niedrige Zyklus-zu-Zyklus-Variation des Drehmoments, hohe peak-to-peak Drehmoment Größenordnung, und relativ konstant EMG aus. Im Gegensatz dazu ist die dynamische Modulation durch hohe Zyklus-zu-Zyklus-Variabilität, geringe Verwindungssteifigkeit und EMG-Modulation im Einklang mit Verdrehen gekennzeichnet. Am Winkel-Drehmoment-Plots unmodulierten Themen weisen eine regelmäßige Hystereseschleife während moduliert Themen ein unregelmäßiges Muster, die Richtung umkehren können (siehe Abb. 3A in Gurfinkel haben<em> Et al.</em<sup> 6</sup> Dynamische Modulation der Regel besteht in der Erhöhung tonische Aktivität während der Muskelverkürzung und abnehmende Aktivität während der Verlängerung (dh Sherringtons Verlängerung und Verkürzung Reaktionen<sup> 13</sup>), Die in Zeichen der Dehnungsreflex Gegenteil. Ein integratives Maß für das Ausmaß der Modulation kann durch die Verlagerung in ein Thema ist neutral (Null-Drehmoment) Position innerhalb eines Zyklus erreicht werden, die so genannte Drehmoment Phase voraus<sup> 6,8</sup>.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig1.jpg" alt="Figure 1" /<br /><strong> Abbildung 1.</strong> Schematische Darstellung des Twister von der Seite. Komponenten sind wie folgt gekennzeichnet: 1) rotierende Plattform; 2) Teleskop-bar für weniger Fixierung, 3) Gelenk zwischen dem unteren Teleskop-Bar und rotierende Plattform; 4) Helm angebracht, um obere Fixierung, 5) Drehmoment-Sensor und ausgeglichen Federung, 6) Verriegelung senkrecht Linearlager; 7) Fixateur externe zur Messung induzierte Drehmoment; 8) Scharniergelenk analog zu 3; 9) starren Rahmen, 10) Diagonale Verstrebungen für starren Rahmen.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig2.jpg" alt="Figure 2" /<br /><strong> Abbildung 2.</strong> Twisting angewendet, um eine axiale und proximale Ebenen. Themen stehen auf einer rotierenden Plattform (gelb) mit Ober-und Unterkörper Anhänge angebracht zu vermitteln verdrehen, um den gewünschten Körperbereich. Die obere Befestigung erfolgt über eine Suspension System (Zick-Zack-Linien), um das Drehmoment-Sensor (T), die im Hinblick auf die Rotation um die vertikale Achse befestigt ist. Die untere Befestigung verbindet sich mit dem rotierenden Plattform über ein Gelenk (schwarzer Kreis), dass die Rotation ermöglicht in der Sagittalebene des Themas. A: Hals verdrehen wird durch das Anbringen eines Helms auf das Drehmoment-Sensor und den Schultern auf die Plattform erreicht. B: Trunk Verdrehen wird durch Anbringen an den Schultern, um das Drehmoment-Sensor und das Becken auf die Plattform erreicht. C: Hip Verdrehen wird durch Anbringen des Beckens, um das Drehmoment-Sensor erreicht.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig3.jpg" alt="Figure 3" /<br /><strong> Abbildung 3.</strong> Verschiedene Verdrehen Profile. Verschiedene Profile können verwendet werden, um spezifische Aspekte von Tonika-Kontroll-Studie sein. Der Ausgang des optischen Encoder Angabe Drehung der Plattform ist in Volt angezeigt. Ausschlag nach oben entspricht entgegen dem Uhrzeigersinn Drehung der Plattform von oben gesehen. 1) Triangle Profil: In diesem Fall wird die Rotationsgeschwindigkeit, maximale Auslenkung und Anzahl der Zyklen spezifiziert. Zwei Zyklen von 12 ° gezeigt. 2) Diskontinuierliche, Schritt-Profil: Amplitude, Geschwindigkeit und Haltezeit einen Schritt angegeben. Zwei Zyklen 12 ° Drehungen, bestehend aus vier, 3 ° ° Schritten dargestellt. 3) Erhöhung der Amplitude Dreieckschwingungen: zwei Zyklen von jeweils 3 °, 6 ° und 9 ° Drehungen gezeigt. In diesem Beispiel ist die Rate der Drehung der Plattform ist konstant für alle Bedingungen.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig4.jpg" alt="Figure 4" /<br /><strong> Abbildung 4.</strong> Photo von Twister von der Seite. A: Konfiguration für Stamm Verdrehen mit Komponenten wie folgt gekennzeichnet: 1) rotierende Plattform; 2) Motor und Servo-Steuerung Montage; 3) Scharnier zwischen unteren Teleskop-Bar und der rotierenden Plattform Gelenk; 4) untere Fixierung und Becken Orthesen, 5) oberen Fixierung und Schultergurt; 6) bar Anschluss Suspension oberen Fixierung; 7) Drehmoment-Sensor und ausgeglichen Federung; 8) Fixateur externe zur Messung induzierte Drehmoment; 9) starren Rahmen. B: Nahaufnahme von Drehmoment-Sensor und Federungssystem gekennzeichnet wie folgt: 1) Drehmoment-Sensor; 2-5) leichte klappbare Aluminium-Platten. Das Scharnier zwischen den Platten 2 und 3 dreht sich um die anterior-posterioren Achse, während das Scharnier zwischen den Platten 4 und 5 um die Achse mediolateral ausgerichtet ist. 8) Verriegelung senkrecht Linearlager; 9) leichte Helm und obere Befestigung. C: Konfiguration für Verdrehen des Oberkörpers, aber die Messung der Torsions-Wirkung auf den Hals. In dieser Konfiguration wird das Becken auf festeder rotierenden Plattform (1) und die Schultern sind die externe Fixation (2), die die Schultern, Nacken und Kopf nicht gedreht werden, beschränken Verdrehen des Rumpfes verbunden. Der Kopf ist auch die obere Fixierung (3), so dass jegliche induzierte Hals Drehmoment, um das Drehmoment-Sensor angewendet wird befestigt.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig5.jpg" alt="Figure 5" /<br /><strong> Abbildung 5.</strong> Torsions-Widerstand des Rumpfes. A) Drehmoment Spuren aus einzelnen Studien aus verschiedenen Fächern. Drei Zyklen von 10 °, 1 ° / s Dreieckschwingungen verwendet wurden. Themen sind konsistent Drehmomentverhalten über Konjunkturzyklen hinweg mit großen Variation im Widerstand zwischen den Subjekten. Spuren mit höchster Widerstandsfähigkeit sind typisch für unmodulierte Verhalten, während die Spuren mit geringsten Widerstandes typisch für hohe Modulation sind. B) Inter-Subjekt-Wiederholgenauigkeit in Verwindungssteifigkeit über die Zeit. Zwei Messungen von 7 Probanden um einen Monat getrennt. Peak-to-peak Stamm Drehmoment zeigt konsequente intraindividuelle Verhalten über Testfahrten, aber breite interindividuelle Variation.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig6.jpg" alt="Figure 6" /<br /><strong> Abbildung 6.</strong> Unruhige Drehmoment von verschiedenen axialen Ebenen. Die resistive Drehmoment bis 10 °, 1 ° / s Dreieckschwingungen für den Hals, Rumpf und Hüfte Ebenen. Einzelne Studien aus einer repräsentativen Thema gezeigt. Beachten Sie die unterschiedliche Größe und timecorse über Ebenen.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig7.jpg" alt="Figure 7" /<br /><strong> Abbildung 7.</strong> Schematische Darstellung der Servo-Steuerung. Der Regelkreis besteht aus einem PID (Proportional-Integral-Derivat)-Controller, der Eingang wird von einem optischen Encoder an der Plattform Welle. Der Regler bestimmt den Antrieb Strom. Kundenspezifische Software läuft auf einem PC ist für die Auswahl der gewünschten Plattform Flugbahn, die dann Downloads diese Informationen an die Steuerung verwendet.</p