Устройство Vibrotactile обратной связи для сидящих баланс оценки и обучения
Summary
Сидя платформа была разработана и собрана, пассивно дестабилизирует усаживания в организме человека. Во время стабилизации задачи пользователя Блок инерционных измерения записывает движения устройства, и вибрирующий элементы доставить на основе обратной связи на место. Портативный, универсальный устройство может использоваться в реабилитации, оценки и обучения парадигмы.
Abstract
Современные методы, используемые для вызов, оценки и подготовки вертикальном положении сидя, соответственно постуральной возмущений, трекинга и сенсорной обратной связи. Целью разработанный протокол является строительство и эксплуатацию сидя платформу, которая может быть пассивно дестабилизировали инерционного единицы дает количественную оценку его движения и вибрирующий элементы доставить тактильной обратной связи для пользователя. Взаимозаменяемые место вложения изменить уровень стабильности устройства безопасно проблема сидит баланс. Встроенный микроконтроллер позволяет тонкой настройки параметров обратной связи для расширения сенсорные функции. Posturographic меры, типичные протоколов оценки баланса, суммировать сигналы движения, приобретенных во время испытаний приурочен баланс. Протокол не динамический сидя на сегодняшний день обеспечивает переменную вызов, количественной оценки и сенсорной обратной связи бесплатно Лаборатория ограничений. Наши результаты показывают, что пользователей-инвалидов устройства экспозиции значительных изменений в posturographic мер при изменении баланса сложности или вибрационной обратной связи предусмотрено. Портативный, универсальный прибор имеет потенциальные применения в реабилитации (после скелетной, мышечной или неврологические травмы), обучение (для спорта или пространственной осведомленности), развлечения (через виртуальный или дополненной реальности) и исследования ( расстройств, связанных с сидя).
Introduction
Вертикальном положении сидя является необходимым условием для других человека сенсомоторной функций, включая квалифицированных движений (например, набрав) и возмущенных баланс задач (например, езда на поезде). Для восстановления и улучшения сидя и смежных функций, используются методы обучения современные баланс: Нестабильная поверхностей возмущают сидя1,2 и отслеживания движения количественно баланса знание3,4 . Результаты обучения баланс улучшить, когда вибрации доставляется к корпусу с помощью шаблонов, которые соответствуют производительность5. Такие сенсорной обратной связи очевидно эффективной реабилитации и метод обучения; Тем не менее текущие методы сенсорной обратной связи ориентированы на постоянный баланс и требует лабораторного оборудования6,7.
Цель работы, представленные здесь заключается в том, чтобы построить портативное устройство, которое может быть сидел на и пассивно дестабилизирована в различной степени, в то время как встроенные инструменты официально изложить свою позицию и доставить на поверхность сидя вибрационной обратной связи. Это сочетание инструментов объединяет предыдущие работы на колебание стулья2,4 и вибрационной обратной связи5,6,7, делая преимущества этих инструментов, более мощным и доступным. Кроме того, представлены процедуры подготовки вертикальном положении сидя и анализ количественных результатов, следуя установленным литературы на posturographic меры8. Эти методы подходят для изучения последствий сидя баланса упражнения с нестабильной поверхностью, в сочетании с вибрационной обратной связи. Ожидаемых приложений включают в себя спортивные тренировки, общее улучшение координации движений, оценки баланса знание и реабилитации после скелетной, мускулистые, или неврологические травмы.
Protocol
Representative Results
Discussion
Представлены методы для создания устройства портативные, инструментальной, сидя. Прибор портативный и прочный, строительство на предыдущих исследований раскачиваться стулья2,4 и вибрационной обратной связи5,6,<sup class=…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают усилия дизайн студентов Animesh Singh Kumawat, Kshitij Агарвал, Quinn Boser, Бенджамин Cheung, Кэролайн Коллинз, Сара Lojczyc, Дерек Schlenker, Кэтрин шоп и Артур Зелински. Это исследование финансировалось частично обнаружения грант от естественных наук и инженерных исследований Совет Канады (RGPIN-2014-04666).
Materials
| Chassis | McMaster-Carr | 8657K421 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1-1/2" Thick, 24" X 24" |
| Lid | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
| Base | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
| Grip-Tape | McMaster-Carr | 6243T471 | Nonabrasive Antislip Tape, Textured, 6" Wide Strip, 2' Long, Black |
| Base Nut | McMaster-Carr | 90596A039 | Steel Round-Base Weld Nut, 5/8"-11 Thread Size |
| Weld Plate | McMaster-Carr | 1388K142 | Low-Carbon Steel Sheet 1/16" Thick, 3" X 3", Ground Finish |
| Threaded Rod | McMaster-Carr | 90322A170 | 3" 5/16"-18 Medium-Strength Alloy Steel Threaded Stud |
| Sleeve | McMaster-Carr | 8745K19 | Chemical-Resistant PVC (Type I) Rod 1-1/4" Diameter |
| Square Flange | McMaster-Carr | 8910K395 | Low Carbon Steel Bar, 1/8" Thick, 1" Wide |
| Hitch | McMaster-Carr | 4931T123 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1-1/2" Square |
| Curved Base | McMaster-Carr | 8745K48 | PVC Rod, 6" Diameter |
| Hitch Insert | McMaster-Carr | 6535K313 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1" Square |
| Extrusion | McMaster-Carr | 6545K7 | 1045 Cold Drawn Steel Square Bar Stock, 1' X 1" Wide, Unpolished |
| Clamp | Vlier | TH103A | Adjustable Torque Knob |
| Footrest | McMaster-Carr | 6582K431 | 4130 Steel Tubing, 1" X 1" Wide, 0.065" Wall Thickness, Unpolished Mill Finish |
| Counterwieght | McMaster-Carr | 8910K67 | Low-Carbon Steel Rectangular Bar 1-1/8" Thick, 4" Width |
| Clevis Pin | McMaster-Carr | 97245A616 | Zinc-Plated Steel Clevis Pin with Hairpin Cotter Pin, 3/16" Diameter, 1-9/16" Usable Length |
| Microprocessor | Arduino | MEGA 2560 | Microcontroller board with 54 digital I/O pins and USB connection |
| Inertial Measurement Unit | x-io Technologies Ltd. | x-IMU | Inertial Measurement Unit and Attitude Heading Reference System with enclosure |
| Vibrating Tactor | Precision Microdrives | DEV-11008 | Lilypad Vibe Board, available from SparkFun Electronics |
References
- Behm, D. G., Muehlbauer, T., Kibele, A., Granacher, U. Effects of Strength Training Using Unstable Surfaces on Strength, Power and Balance Performance Across the Lifespan: A Systematic Review and Meta-analysis. Sports Medicine. 45, 1645-1669 (2015).
- Larivière, C., Mecheri, H., Shahvarpour, A., Gagnon, D., Shirazi-Adl, A. Criterion validity and between-day reliability of an inertial-sensor-based trunk postural stability test during unstable sitting. Journal of Electromyography and Kinesiology. 23, 899-907 (2013).
- Paillard, T., Noé, F. Techniques and Methods for Testing the Postural Function in Healthy and Pathological Subjects. BioMed Research International. 2015, (2015).
- Williams, J., Bentman, S. An investigation into the reliability and variability of wobble board performance in a healthy population using the SMARTwobble instrumented wobble board. Physical Therapy in Sport. 25, 108 (2017).
- Wall, C., Kentala, E. Effect of displacement, velocity, and combined vibrotactile tilt feedback on postural control of vestibulopathic subjects. Journal of Vestibular Research. 20, 61-69 (2010).
- Alahakone, A. U., Arosha Senanayake, ., N, S. M. Vibrotactile feedback systems: Current trends in rehabilitation, sports and information display. IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. , 1148-1153 (2009).
- Shull, P. B., Damian, D. D. Haptic wearables as sensory replacement, sensory augmentation and trainer – a review. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 12, 12-59 (2015).
- Prieto, T. E., Myklebust, J. B., Hoffmann, R. G., Lovett, E. G., Myklebust, B. M. Measures of postural steadiness: Differences between healthy young and elderly adults. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 43, 956-966 (1996).
- Ribot-Ciscar, E., Vedel, J. P., Roll, J. P. Vibration sensitivity of slowly and rapidly adapting cutaneous mechanoreceptors in the human foot and leg. Neuroscience Letters. , 130-135 (1989).
- Churchill, E., McConville, J. T. . Sampling and Data Gathering Strategies for Future USAF Anthropometry. , (1976).
- Lee, H., Granata, K. P. Process stationarity and reliability of trunk postural stability. Clinical Biomechanics. 23, 735-742 (2008).
- Silfies, S. P., Cholewicki, J., Radebold, A. The effects of visual input on postural control of the lumbar spine in unstable sitting. Human Movement Science. 22, 237-252 (2003).
- Loughlin, P., Mahboobin, A., Furman, J. Designing vibrotactile balance feedback for desired body sway reductions. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 1310-1313 (2011).
- Goodworth, A. D., Wall, C., Peterka, R. J. Influence of feedback parameters on performance of a vibrotactile balance prosthesis. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 17, 397-408 (2009).
- Marchal-Crespo, L., Reinkensmeyer, D. J. Review of control strategies for robotic movement training after neurologic injury. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 6, 20-35 (2009).
- Lee, B., Kim, J., Chen, S., Sienko, K. H. Cell phone based balance trainer. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 9, 1-14 (2012).
- Sienko, K. H., Balkwill, M. D., Wall, C. Biofeedback improves postural control recovery from multi-axis discrete perturbations. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 9, 53-64 (2012).
- Williams, A., et al. Design and Evaluation of an Instrumented Wobble Board for Assessing and Training Dynamic Seated Balance. Journal of Biomechanical Engineering. 140, 1-10 (2017).
- van Dieën, J. H., Koppes, L. L. J., Twisk, J. W. R. Postural sway parameters in seated balancing; their reliability and relationship with balancing performance. Gait Posture. 31, 42-46 (2010).
- Sigrist, R., Rauter, G., Riener, R., Wolf, P. Augmented visual, auditory, haptic, and multimodal feedback in motor learning: A review. Psychonomic Bulletin and Review. 20, 21-53 (2013).
