Summary
Een vergadering-platform heeft ontwikkeld en geassembleerd dat passief destabiliseert vergadering houding bij de mens. Tijdens de stabiliserende taak van de gebruiker, een inertial maateenheid registreert de beweging van het apparaat en trillende elementen leveren prestaties gebaseerde feedback aan de stoel. De draagbare, veelzijdig apparaat kan worden gebruikt in revalidatie, beoordeling en opleiding paradigma's.
Abstract
Posturale verstoringen, volgen van beweging en sensorische feedback zijn moderne technieken gebruikt om te vechten, beoordelen en trainen rechtop zittend, respectievelijk. Het doel van het ontwikkelde protocol is bouwen en exploiteren van een vergadering-platform dat passief gedestabiliseerd worden kan, terwijl een inertial maateenheid de beweging kwantificeert en trillende elementen tactiele feedback aan de gebruiker leveren. Verwisselbare zetel bijlagen wijzigen het niveau van de stabiliteit van het apparaat veilig uitdaging zitten evenwicht. Een ingebouwde microcontroller kunt "fine-tuning" van de parameters van de feedback om te vergroten van sensorische functie. Posturographic maatregelen, typisch voor de protocollen van de beoordeling van de balans, vatten de signalen van de motie verworven tijdens getimede evenwicht proeven. Geen dynamisch zitten protocol tot op heden biedt variabele uitdaging, kwantificering en sensorische feedback vrij van laboratorium beperkingen. Onze resultaten tonen aan dat niet-gehandicapte gebruikers van het apparaat vertonen aanzienlijke veranderingen in posturographic maatregelen wanneer evenwicht moeilijk is gewijzigd of vibratie feedback geboden. Het draagbare, veelzijdig apparaat heeft toepassingsmogelijkheden in revalidatie (na skelet, gespierd of neurologische schade), opleiding (voor sport of ruimtelijke bewustzijn), entertainment (via virtuele of augmented reality) en onderzoek (van vergadering-gerelateerde aandoeningen).
Introduction
Rechtop zitten is een voorwaarde voor andere menselijke sensomotorische functies, waaronder geschoolde bewegingen (b.v.te typen) en verstoord evenwicht taken (bijvoorbeeld, rijden op een trein). Om te rehabiliteren en zittend en verwante functies te verbeteren, de technieken van de opleiding van de moderne evenwicht worden gebruikt: unstable oppervlakken erover vergadering1,2 en volgen van beweging kwantificeert evenwicht vaardigheid3,4 . Evenwicht opleiding resultaten verbeteren wanneer trillingen aan het lichaam met behulp van patronen die overeenkomen met de prestaties5wordt geleverd. Dergelijke sensorische feedback is blijkbaar effectief als revalidatie en trainingsmethode; nog, huidige sensorische feedback methoden zijn gericht op permanente evenwicht en vereisen op basis van laboratorium apparatuur6,7.
Het doel van het werk hier gepresenteerd is om te bouwen van een draagbaar apparaat dat kan worden op zat en passief gedestabiliseerd tot verschillende graden terwijl ingebouwde instrumenten zijn standpunt opnemen en vibratie feedback te aan het oppervlak van de vergadering leveren. Deze combinatie van instrumenten integreert vorige werk op wiebelen stoelen2,4 en vibratie feedback5,6,7, krachtiger en toegankelijk maken van de voordelen van deze hulpprogramma's. Ook presenteerde zijn een procedure om te trainen rechtop zitten en een analyse van de kwantitatieve resultaten, na de bestaande literatuur over posturographic maatregelen8. Deze methoden zijn geschikt voor de studie van de effecten van de vergadering van balans oefening met een unstable oppervlak wanneer gecombineerd met vibratie feedback. Verwachte toepassingen omvatten sporttrainingen, algemene verbetering van de coördinatie van de motor, beoordeling van de balans vaardigheid, en rehabilitatie na skelet, gespierd, of neurologische schade.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle methoden die hier worden beschreven zijn goedgekeurd door de Gezondheidsraad voor het ethiek van onderzoek van de Universiteit van Alberta.
1. constructie en assemblage van constructiedelen
- Bouwen van een bijlage interface voor verwisselbare hemisferische basissen: een basis moer aan een plaat staal lassen lassen.
- Gebruik van een computergestuurde numerieke (CNC) frezen machine om te bouwen van een cilindrische chassis, deksel en base uit polyethyleen zoals afgebeeld in Figuur 1. Bout de grondplaat aan de basis en de boekwaarde aan het chassis.
Opmerking: De functies van de molen voor bevestiging van bouten en andere onderdelen zijn volgens de tekeningbestanden en 3D-solid model bestanden voorwaarde (Zie aanvullende bestanden 1 en 2). Alle structurele componenten hebben een vergelijkbare effen model en tekening die zijn beschikbaar voor download en kan worden gebruikt voor het repliceren van het bouwproces. - Gebruik een freesmachine om te bouwen van een cilindrische polyvinylchloride mouw die op een ankerstang past, zoals afgebeeld in Figuur 1. Controleer de mouw 37 mm lang, met een buitendiameter van 32 mm.
- Lassen van stalen flenzen aan iedere zijkant van een stalen kink in de kabel, zoals afgebeeld in Figuur 1. Bout de kink in de kabel naar de voorkant van de base.
- Gebruik een CNC draaien machine om te bouwen van 5 identieke cilinders uit polyethyleen, elk met een hoogte van 63 mm en een diameter van 152 mm. In het midden van de bovenkant van elke cilinder, een gat 32 mm tot een diepte van 38 mm zodat deze de cilindervormige hoes past (Zie stap 1.3. boven) met sommige storing.
- Op de onderkant van elke cilinder, gebruik u een CNC machine draaien te snijden een gelijkmatig gebogen base met een unieke straal van kromming voor elk van de 5 cilinders, behoud van de totale hoogte van 63 mm, zoals weergegeven in Figuur 2.
Opmerking: De straal van de kromming en de hoogte van de base bepalen de stabiliteit van het apparaat. De voorgestelde kromtestralen voor deze hoogte liggen tussen 110 mm (zeer instabiel) en 250 mm (iets unstable), zoals in tabel 1. - Construct een been steun bijlage zoals weergegeven in Figuur 3, door de eerste lassen een 70 mm staal hitch invoegen loodrecht op één uiteinde van een 575 mm stalen extrusie. Aan de andere kant, klem een 300 mm cilindrische stalen voetenbankje aan het 3D-effect.
Opmerking: Zie voor gedetailleerde deel afmetingen, aanvullende bestand 1 (tekeningen) en aanvullende bestand 2 (3D-solid modellen). - Gebruik een bandzagen te snijden een rechthoekige stalen bar (29 mm met 100 mm) tot een lengte van ongeveer 160 mm zodat hij 3,6 kg weegt. Plaats de stalen balk aan de achterkant van het chassis als tegenwicht tegen de been steun bijlage, zoals afgebeeld in Figuur 1.
- Monteer het apparaat zoals aangegeven in Figuur 4. Sluit de been steun door het invoegen van gaffels pinnen via de liften en hitch invoegen. Pas de locatie van de klem op de rest van de gewenste voet hoogte. Schroef de staaf in de basis nagel zodanig zijn dat ongeveer 35 mm van de staaf uit de base steekt. Breng het vooruitstekende roerstaafje in de gewenste gebogen base.
- Toepassing grip tape of een ander geschikt bekleding op de deksel. Zet op het deksel.
2. implementeren van het apparaat
- Verwerven van een microcontroller (Zie de Tabel van materialen), een inertial maateenheid en acht trillende tactors. De inertial measurement unit en vibrerende tactors verbinden met de microcontroller.
- Programma de microcontroller zodanig dat het leest antero-posterior (AP) en medio-laterale (ML) tilt hoeken van de traagheids maateenheid en draait de trillende tactors in- of uitschakelen op basis van de tilt hoeken. Zie aanvullende bestand 3 (voorbeeldige microcontroller script) en stap 2.2.1.
Opmerking: Inertial maateenheden die gebruik maken van versnellingsmeters en gyrokompassen zijn vatbaar voor fouten. Uitvoeren van een positionele kalibratie van de sensoren: het apparaat op een vlakke ondergrond rusten en deze positie gebruiken als een basislijn voor alle volgende metingen. Gebruik een bewegingssysteem vastleggen of vergelijkbare aanpak te valideren van de tilt hoek metingen en zorgen dat ze voldoende nauwkeurige over het verwachte bereik van gebruik (ruimtelijke en temporele). Zorgen voor dat de trillende tactors werken op een frequentie van niet meer dan 200 Hz, zodat het induceren van een individueel antwoord van zintuigelijke receptoren in de menselijke huid of spieren9.- Upload de microcontroller-script dat genereert vibrotactile signalen op basis van een feedback-controle-signaal waarmee een gewogen som van AP (of ML) tilt hoek en snelheid.
Opmerking: De computer activeert drie tactors dichtst aan de links, rechts, voorkant, of achterkant van het oppervlak als het besturingssignaal groter is dan een drempel in die richting; of vijf tactors als een AP en ML drempel zijn overtroffen tegelijkertijd; geen van de tactors zijn actieve, wanneer de controle-signaal de drempel in beide richtingen (bijvoorbeeld in de zone van de neen-feedback is).
- Upload de microcontroller-script dat genereert vibrotactile signalen op basis van een feedback-controle-signaal waarmee een gewogen som van AP (of ML) tilt hoek en snelheid.
- Beveilig de traagheids maateenheid in het midden van het chassis. De trillende tactors op een regelmatige achthoek regelen met een straal van 10 cm, 8 cm van het midden van het chassis anterior gecentreerd zodat ze onder de stoel van een middelgrote persoon10zal liggen. Een foto van een mogelijke regeling wordt weergegeven in Figuur 4.
Opmerking: Als de trillende tactors niet krachtig genoeg om te trillen van de gebruiker, het verbeteren van de interface tussen de tactor en de huid door snijden gaten in de deksel en fixering spoelen de vibrators om uit te rusten met het oppervlak. Als de methode gebruikt voor het beveiligen van de vibrators in plaats demping van de trilling veroorzaakt, kunt u overwegen een tweedelige montage behuizing met een los-fit lokaliseren pin, zoals afgebeeld in Figuur 5. - De microcontroller verbinding te maken met een laptop of desktop computer via een universele seriële bus (USB) of andere geschikte communicatiemethode. Open de gebruikersinterface weergegeven in Figuur 6.
Opmerking: U kunt ook verbinden met de microcontroller een batterij of andere energiebron. Dit verbetert de overdraagbaarheid van het apparaat, maar verzet zich tegen een gebruikersinterface.
3. voorbeeldige beoordeling en opleiding Protocol
- Werven toestemmende deelnemers die vrij zijn van neurologische of spier-en skeletaandoeningen en acute of chronische pijn in de onderrug. Elke deelnemer van leeftijd, gewicht en hoogte registreren. Vervolgens, voor elke deelnemer, voer de volgende procedure uit.
- Open de gebruikersinterface (Figuur 6). Het kompas grafiek toont van het apparaat tilt hoek plus de helft zijn tilt snelheid in de richting van de AP (verticale as) en de ML richting (horizontale as).
- Vóór elke proef saldo instrueren van de deelnemer aan het lawaai-annulerend hoofdtelefoons, don vouwen zijn of haar armen over de borst, een houding rechtop zoveel mogelijk, en verbaal cue de experimentator van zijn klaar.
- Uitvoeren van twintig 30 seconden zitten evenwicht proeven in serie11, pauzes nemen als gerechtvaardigd om te voorkomen dat vermoeidheid, stoppen op elk gewenst moment, indien nodig.
- Volgnummer van de proeven als volgt (voorbeeld alleen): willekeurig selecteren een van de twee "base stabiliteit niveau/ogen staat" combinaties, hierna genoemd evenwicht voorwaarden (moeilijker base en ogen open; of minder moeilijk base en gesloten ogen)12. Uitvoeren van vier van de eerste evenwicht voorwaarde om de deelnemer vertrouwd met de taak en passende controlemaatregelen signaal drempels voor de trillende tactors in de stoel (Zie stap 3.4.5 hieronder).
Opmerking: Het is moeilijker om het evenwicht op een honk met een kleine straal van kromming dan op een basis met een grote straal van kromming (tabel 1 toont de relatieve stabiliteit van alle vijf verwisselbare bases). Vier proeven voldoende om een stabiele prestaties van de balans taak2gevonden. - Drie van de volgende zes proeven als besturingselement proeven willekeurig te selecteren: de trillende tactors uit te schakelen voor de duur van deze proeven. Schakel de vibrationele feedback in- of uitschakelen, schakelt u de Feedback -schuifregelaar naar de gewenste instelling in de gebruikersinterface. Herhaal dit tien proeven voor de tweede voorwaarde van evenwicht.
- Label de huidige moeilijkheden en oog voorwaarde door te selecteren uit het drop-down menu's in de sectie Parameters voor de proef van de gebruikersinterface. Klik op de Record te beginnen met het proces.
Opmerking: De deelnemers veiligheid staat voorop. De experimentator moet toezicht houden op alle activiteiten van de balans en worden bereid om te helpen in het geval van verlies van evenwicht. Schakel het gebied van alle potentiële gevaren en zich bewust zijn van de lokale hulpdiensten protocollen. - Voor proeven met ogen open, instrueren de deelnemer te richten op een vast punt rechtdoor te helpen handhaven evenwicht. Voor proeven met de ogen gesloten, gebruikt u een blinddoek om ervoor te zorgen dat de deelnemer volledig is verstoken van visuele feedback.
Opmerking: Voor evenwicht paradigma's waar de beweging van de voeten beperkt te blijven dient, hechten de voetensteun en voeg de tegenwicht onder het deksel. - Een algoritme berekent welke AP en ML feedback drempels te gebruiken en weergegeven in de kolom Q3 van de gebruikersinterface. Na vier vertrouwd proeven, de waarden die worden weergegeven in de kolom Q3 in de kolom schrijven kopiëren en klikt u op vernieuwen om te werken van de drempels van de feedback weergegeven op het kompas grafiek (roze) gebaseerd op de vierde basisopleiding proces.
N.B. De berekende drempelwaarden weergegeven in de kolom Q3 van de interface zijn gelijk aan het derde kwartiel voor elke tilt richting (AP, ML) tijdens de vorige rechtszaak. Deze feedback-regeling is gebaseerd op de notie dat evenwicht functie is verbeterd wanneer feedback is geoptimaliseerd voor elke individuele13,14, terwijl het verstrekken van teveel feedback kan leren15koste. Zodra de twee drempelwaarden zijn geselecteerd voor een bepaalde persoon, kunnen ze constant voor die persoon te kunnen beoordelen van verbeteringen na verloop van tijd of met een interventie worden bewaard.
- Volgnummer van de proeven als volgt (voorbeeld alleen): willekeurig selecteren een van de twee "base stabiliteit niveau/ogen staat" combinaties, hierna genoemd evenwicht voorwaarden (moeilijker base en ogen open; of minder moeilijk base en gesloten ogen)12. Uitvoeren van vier van de eerste evenwicht voorwaarde om de deelnemer vertrouwd met de taak en passende controlemaatregelen signaal drempels voor de trillende tactors in de stoel (Zie stap 3.4.5 hieronder).
- Als de AP en ML tilt hoeken worden automatisch opgeslagen, in real-time, in een tekstbestand voor analyse, analyseren van de AP en ML signalen te karakteriseren vergadering prestaties voor elk van de experimentele omstandigheden.
- In het tijdsdomein, berekenen de volgende posturographic maatregelen uit elke serie tijd8:--kwadratische gemiddelde (een maatregel van de variantie van de ontwerpresolutie) en de gemiddelde snelheid (een maatregel van de gemiddelde hoeksnelheid van de ontwerpresolutie).
- In het frequentiedomein, berekenen de volgende posturographic maatregelen uit elke serie tijd8: centroidal frequentie (een maatregel van de motie in de totale frequentie) en frequentie dispersie (een maatregel van de variantie in de motion frequentie)8 .
- Gebruiken van een lineaire gemengd model om te schatten en karakteriseren van de gevolgen van twee vaste-effecten factoren, (1) de evenwicht voorwaarde (stabiliteit niveau en oog voorwaarde gecombineerd) en (2) vibrotactile feedback, voor elk van de posturographic maatregelen (afhankelijke variabelen), gezien de correlatie van herhaalde metingen van elke deelnemer16 (één willekeurige-effecten factor).
- Testen op de betekenis van de vaste effecten door de verhouding van het verschil tussen de middelen van de groep aan de variantie van de storingswaarden computing en vergelijkt het resultaat met een F-verdeling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tabel 2 laat zien, voor elke experimentele voorwaarde, de posturographic maatregelen verkregen uit waarnemingen van de AP en ML ondersteuning oppervlak kantelt, gemiddeld meer dan 144 evenwicht proeven uitgevoerd door 12 deelnemers (2 x 2 x 3 proeven per deelnemer).
Effect van de verandering van de balans staat: De basis voorwaarde werd gekozen als afhankelijk van de conditie van het oog (dat wil zeggen, wanneer de ogen waren gesloten, de basis was stabieler). Dus de base en oog voorwaarde samen werden beschouwd als één onafhankelijke variabele (evenwicht voorwaarde). Opmerkingen van AP tilt waren significant verschillend tussen de twee evenwicht voorwaarden root-mean-square, centroidal frequentie en frequentie dispersie (volgens F-proeven van de geschatte verandering, α = 0,05). De berekende wijziging in elk van de maatregelen (gemiddelde en standaarddeviatie) wordt weergegeven in Figuur 7 en Figuur 8. In overeenstemming met andere verslagen, deze posturographic maatregelen kunnen onderscheid maken tussen evenwicht taken4.
Effect van het wijzigen van de Feedback voorwaarde: Tijdens proeven wanneer het feedbacksysteem van de vibrotactile actief was, de centroidal frequentie van de AP tilt waarnemingen was aanzienlijk hoger dan tijdens de controle proeven (volgens F-proeven van de geschatte verandering, α = 0,05). De berekende wijziging in elk van de posturographic maatregelen (gemiddelde en standaarddeviatie) wordt weergegeven in Figuur 9 en Figuur 10. In overeenstemming met andere verslagen, dit protocol vibrotactile feedback heeft een meetbaar effect op de balans prestaties17.
Figuur 1: Exploded view van de chassis vergadering. Structurele componenten omvatten: (1) deksel; (2) tegenwicht; (3) cilindrische chassis; (4) basis stud; (5) kink in de kabel voor bevestiging van been steun bijlage (Figuur 3); (6) base; en (7,8) staaf en mouw voor bevestiging van één van de vijf verwisselbare cilinders (Figuur 2). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: zijaanzicht van een gebogen basismodule. Elk van de vijf modules heeft een totale hoogte van 63 mm en een unieke straal van kromming, die de moeilijkheid moduleert van het evenwicht op het oppervlak van de vergadering. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: Exploded view van de been steun bijlage. De steun van been, bestaande uit een kink in de kabel, klem en vierkante stekker, afwerking is 600 mm lang en kan worden verwijderd tijdens het vervoer van het apparaat of toe te staan de gebruiker te zwaaien de benen vrij tijdens het evenwicht trainen. Zie voor gedetailleerde deel afmetingen, aanvullende bestanden 1 (tekeningen) en 2 (3D-solid modellen). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: een vibrotactile feedback apparaat voor zittende evenwicht beoordeling en opleiding. (A) geëxplodeerde weergave van bijlagen van het apparaat. De onderdelen weergegeven hier zijn: (1) de base, chassis en deksel; (2) de stalen extrusie voor voetensteun bevestiging; (3) twee gaffels pinnen teneinde de voetensteun; (4) de voetensteun bevestiging van hoogte verstelbaar; en (5) een van de vijf basismodulen gebogen. Deze onderdelen kunnen worden gescheiden om transport of opslag. Zie voor gedetailleerde deel afmetingen, aanvullende bestanden 1 (tekeningen) en 2 (3D-solid modellen). (B) bovenaanzicht foto van het apparaat. Het deksel is verwijderd te onthullen elektronische instrumentatie, met inbegrip van: een inertial maateenheid gehuisvest door een aangepaste bedrukt behuizing (midden); een microcontroller board met universele seriële busverbinding (links); acht elektronische vibrators gehouden in aangepaste bedrukt behuizingen (regio Midden); en een stalen bar (boven) als tegenwicht tegen de voetensteun dit cijfer is gewijzigd van Williams et al. 18 . Gepubliceerd met toestemming van ASME, van "Ontwerp en evaluatie van een geïnstrumenteerd Wobble Board voor beoordeling en opleiding dynamische zitten evenwicht" in de Journal of Biomechanical Engineering AD Williams, QA-Böser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, April 2018; machtiging overgebracht door middel van Copyright Clearance Center, Inc. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: tweedelige montage behuizing voor de trillende tactors. Een gat van 4 mm in de behuizing van de tactor (boven) gemonteerd losjes op een 3 mm pin in de montage platform (onder) zoeken te minimaliseren trillingsdemping. Zie voor gedetailleerde deel afmetingen, aanvullende bestanden 1 (tekeningen) en 2 (3D-solid modellen). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: gebruikersinterface. Deze gebruikersinterface kan gebruikers Selecteer vibrotactile feedback drempels en het verwerven van gegevens. De lengte en richting van de vector op de grafiek zijn evenredig met de kinematica van het apparaat. De rechthoek weerspiegelt de AP en ML drempels voor feedback. Dit cijfer is gewijzigd van Williams et al. 18 . Gepubliceerd met toestemming van ASME, van "Ontwerp en evaluatie van een geïnstrumenteerd Wobble Board voor beoordeling en opleiding dynamische zitten evenwicht" in de Journal of Biomechanical Engineering AD Williams, QA-Böser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, April 2018; machtiging overgebracht door middel van Copyright Clearance Center, Inc. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 7: resultaten van de manipulatie van de taak in het tijdsdomein. Verandering in het tijdsdomein posturographic maatregelen wanneer deelnemers hun ogen sluiten en gelijktijdig naar een meer stabiele basis overschakelen (gemiddelde en standaardafwijking; asterisk vertegenwoordigt significante verandering volgens F-test, α = 0,05). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8: resultaten van de manipulatie van de taak in het frequentiedomein. Verandering in de frequentie-domein posturographic maatregelen wanneer deelnemers hun ogen sluiten en gelijktijdig naar een meer stabiele basis overschakelen (gemiddelde en standaard afwijking; sterretjes vertegenwoordigen belangrijke wijziging volgens F-test, α = 0,05). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9: resultaten van vibrotactile feedback in tijdsdomein. Verandering in het tijdsdomein posturographic maatregelen wanneer deelnemers zijn voorzien van performance based vibrotactile feedback (gemiddelde en standaardafwijking; geen veranderingen waren statistisch significant volgens F-test, α = 0,05). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 10: resultaten van vibrotactile feedback in frequentiedomein. Verandering in de frequentie-domein posturographic maatregelen wanneer deelnemers zijn voorzien van performance based vibrotactile feedback (gemiddelde en standaardafwijking; asterisk vertegenwoordigt significante verandering volgens F-test, α = 0,05). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Kromtestraal (cm) | ||
| Meeste testing | 25 | Minder moeilijk om evenwicht te brengen |
| 20 | ||
| 15 | ||
| 13 | ||
| Minste testing | 11 | Moeilijker om evenwicht te brengen |
Tabel 1: geometrische eigenschappen van de verwisselbare honken. De totale hoogte van elke basis module is 63 mm; een base met een kleinere straal van kromming, wanneer aangesloten op het apparaat is dus minder stabiel dan een basis met een grotere straal van kromming.
| Posturographic maatregel | Tilt richting | Experimentele conditie | |||
| Ogen Open | Ogen dicht | ||||
| Zeer onstabiel oppervlak | Mild Unstable oppervlak | ||||
| Trillingen | Trillingen | Trillingen | Trillingen | ||
| Uitschakelen | Op | Uitschakelen | Op | ||
| Root-Mean-Square | Antero-Posterior | 1,60 | 1.62 | 2.01 | 1.70 |
| [graden] | Medio-laterale | 1.53 | 1.61 | 1,80 | 1.74 |
| Bedoel snelheid | Antero-Posterior | 2,75 | 3.01 | 2,85 | 2.94 |
| [graden/s] | Medio-laterale | 3.04 | 3.14 | 3,38 | 3.44 |
| Centroidal frequentie | Antero-Posterior | 0.418 | 0.449 | 0.370 | 0.423 |
| [Hz] | Medio-laterale | 0.462 | 0.467 | 0.465 | 0.471 |
| Frequentie dispersie | Antero-Posterior | 0.659 | 0.654 | 0.685 | 0.661 |
| [-] | Medio-laterale | 0.651 | 0.651 | 0.662 | 0.669 |
Tabel 2: resultaten per saldo en feedback voorwaarden. Samenvatting maatregelen afgeleid van AP en ML kantelt tijdens unstable vergadering proeven. Ondersteuning van oppervlakte stabiliteit plus ogen staat evenals trillingen niveau zijn de gemanipuleerde variabelen. Gemiddelde maatregelen werden berekend voor alle deelnemers.
Aanvullende bestand 1: Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende bestand 2: Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende bestand 3: Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Methoden voor de bouw van een draagbare, geïnstrumenteerde, vergadering apparaat worden gepresenteerd. Het apparaat is draagbaar en duurzaam, gebouw op eerdere studies van wiebelen stoelen2,4 en6,7 van de5,van de vibrationele feedback om krachtiger en toegankelijk maken van de voordelen van deze hulpprogramma 's . Volg het protocol van de vergadering in omgekeerde ter voorbereiding van het apparaat voor transport of opslag. De moeilijkheidsgraad van de taak van het evenwicht kan worden gedifferentieerd door het aanbrengen van de honken schoon met verschillende krommingen. De selectie van de moeilijkheidsgraad van de taak is van cruciaal belang; gebruikers moeten worden gedestabiliseerd om actieve opleiding zonder gevaar voor letsel.
Real-time opvolgen en aanpassing van de ingebouwde instrumenten berust op de seriële communicatie tussen de microcontroller en de gebruikersinterface; dysfunctie van het apparaat vereist zowel software als hardware oplossen. Zorgen dat alle aansluitingen voor de hardware veilig zijn. Controleren van de seriële uitgang van de microcontroller voor onverwachte bytes. Sonde van de user interface program voor fouten. Als een probleem zich blijft voordoen, raadpleegt u een ervaren mechatronica ontwerper.
Evenwicht vaardigheid wordt gekenmerkt door posturographic maatregelen verkregen uit kinematische waarnemingen van het oppervlak van de vergadering. U kunt ook observeren het midden van druk die wordt uitgeoefend op een plaat van kracht, die correleert met de oppervlakte tilt hoek2, maar extra apparatuur vereist. Posturographic maatregelen hebben verschillende betrouwbaarheid tussen sessies2 en variërende gevoeligheid voor verbetering evenwicht of19-stoornis. De root-mean-square, gemiddelde snelheid, centroidal frequentie en frequentie dispersie zijn gemeenschappelijke posturographic maatregelen die werden waargenomen te zijn lineair onafhankelijk van elkaar. Overweeg het signaal analyse protocol om aan te pakken bepaalde beoordeling doelstellingen wijzigen.
Het apparaat levert vibrotactile prikkels om de zetel overeenkomstig evenwicht taakprestaties. De optimale configuratie van haptisch terugkoppelt besturingselement is het onderwerp van voortdurende studie en een belangrijke stap in dit protocol, zoals bepaalde strategieën feedback motorisch leren20kunnen schaden. Bestaande vibrotactile feedback methoden zijn bewezen om permanente evenwicht functie en vele andere motorische taken6,7te verbeteren. Zetel-ingebedde tactors maken de vibrotactile feedback techniek toegankelijk voor zittende evenwicht paradigma's. Toekomstige toepassingen eventueel sport opleiding, virtuele of vergrote werkelijkheid gaming, ruimtelijke oriëntatie opleiding en beoordeling van evenwicht vaardigheid, onderzoek van evenwicht aandoeningen en revalidatie volgende skelet, gespierd, of neurologische schade.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs erkennen de inspanningen van het ontwerp van de studenten Animesh Singh Kumawat, Kshitij Agarwal, Quinn Böser Benjamin Cheung, Caroline Collins, Sarah Lojczyc, Derek Schlenker, Katherine Schoepp en Arthur Zielinski. Deze studie werd gedeeltelijk gefinancierd door een subsidie van de ontdekking van de Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (RGPIN-2014-04666).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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).
