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Behavior

बैठा शेष आकलन और प्रशिक्षण के लिए एक Vibrotactile फीडबैक डिवाइस

Published: January 20, 2019 doi: 10.3791/58611
Automatic Translation
1, 1,2,3
1Department of Biomedical Engineering, University of Alberta, 2Department of Mechanical Engineering, University of Alberta, 3Glenrose Rehabilitation Hospital, Alberta Health Services

Summary

एक बैठे मंच विकसित किया गया है और है कि निष्क्रिय मानव में बैठे आसन अस्थिर इकट्ठा । उपयोगकर्ता के स्थिरीकरण कार्य के दौरान, एक inertial माप इकाई डिवाइस की गति को रिकॉर्ड करती है, और कंपन करने वाले तत्व प्रदर्शन-आधारित फ़ीडबैक को सीट पर डिलीवर करते हैं । पोर्टेबल, बहुमुखी उपकरण पुनर्वास, मूल्यांकन, और प्रशिक्षण मानदंड में इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Abstract

रुख perturbations, गति ट्रैकिंग, और संवेदी प्रतिक्रिया आधुनिक तकनीक को चुनौती देने के लिए इस्तेमाल किया, आकलन कर रहे हैं, और ट्रेन ईमानदार बैठे, क्रमशः । विकसित प्रोटोकॉल का लक्ष्य के निर्माण और एक बैठे मंच है कि निष्क्रिय किया जा सकता है, जबकि एक inertial माप इकाई quantifies अपनी गति और कंपन तत्वों उपयोगकर्ता के लिए स्पर्श प्रतिक्रिया उद्धार संचालित है । विनिमेय सीट संलग्नक डिवाइस की स्थिरता स्तर को बदलने के लिए सुरक्षित बैठे संतुलन चुनौती है । एक में निर्मित microcontroller प्रतिक्रिया मापदंडों के ठीक ट्यूनिंग संवेदी समारोह बढ़ाने के लिए अनुमति देता है । Posturographic उपाय, संतुलन मूल्यांकन प्रोटोकॉल की खासियत, समय पर शेष परीक्षणों के दौरान अधिग्रहीत गति संकेतों का सारांश । तारीख करने के लिए कोई गतिशील बैठे प्रोटोकॉल चर चुनौती, ठहराव प्रदान करता है, और संवेदी प्रतिक्रिया प्रयोगशाला की कमी से मुक्त । हमारे परिणाम प्रदर्शित करता है कि डिवाइस के गैर-अक्षम उपयोगकर्ताओं posturographic उपायों में महत्वपूर्ण परिवर्तन जब संतुलन कठिनाई बदल या कंपन प्रतिक्रिया प्रदान की है प्रदर्शन । पोर्टेबल, बहुमुखी डिवाइस पुनर्वास में संभावित अनुप्रयोगों (कंकाल, पेशी, या स्नायविक चोट के बाद), प्रशिक्षण (खेल या स्थानिक जागरूकता के लिए), मनोरंजन (आभासी या संवर्धित वास्तविकता केमाध्यम से), और अनुसंधान (के बैठे-विकारों से संबंधित).

Introduction

ईमानदार बैठे अंय मानव ज्ञानेंद्रिय कार्यों के लिए एक शर्त है, कुशल आंदोलनों सहित (जैसे, टाइपिंग) और परेशान शेष कार्य (जैसे, एक ट्रेन पर सवार) । पुनर्वास और बैठने और संबंधित कार्यों में सुधार करने के लिए, आधुनिक संतुलन प्रशिक्षण तकनीक का इस्तेमाल कर रहे हैं: अस्थिर सतहों perturb बैठे1,2 और गति ट्रैकिंग quantifies संतुलन प्रवीणता3,4 . संतुलन प्रशिक्षण परिणामों में सुधार जब कंपन पैटर्न है कि प्रदर्शन5मैच का उपयोग कर शरीर को दिया है । ऐसी संवेदी प्रतिक्रिया स्पष्ट रूप से एक पुनर्वास और प्रशिक्षण पद्धति के रूप में प्रभावी है; फिर भी, वर्तमान संवेदी प्रतिक्रिया तरीकों खड़े संतुलन की दिशा में सक्षम है और प्रयोगशाला आधारित उपकरणों की आवश्यकता6,7।

यहां प्रस्तुत काम का उद्देश्य एक पोर्टेबल डिवाइस है कि पर और निष्क्रिय विभिंन डिग्री के लिए अस्थिर जबकि निर्मित उपकरणों अपनी स्थिति रिकॉर्ड और बैठे सतह को कंपन प्रतिक्रिया देने पर बैठ जा सकता है बनाने के लिए है । उपकरणों के इस संयोजन लड़खड़ा कुर्सियों पर पिछले काम को एकीकृत2,4 और कंपन प्रतिक्रिया5,6,7, इन उपकरणों के लाभों को और अधिक शक्तिशाली और सुलभ बना रही है । यह भी प्रस्तुत एक प्रक्रिया के लिए ईमानदार और मात्रात्मक परिणामों के एक विश्लेषण बैठे प्रशिक्षित कर रहे हैं,8posturographic उपायों पर स्थापित साहित्य के बाद । इन तरीकों कंपन प्रतिक्रिया के साथ संयुक्त जब एक अस्थिर सतह के साथ बैठे संतुलन व्यायाम के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए उपयुक्त हैं । प्रत्याशित अनुप्रयोगों के खेल प्रशिक्षण, मोटर समंवय के सामांय सुधार, संतुलन प्रवीणता का आकलन, और कंकाल, मांसपेशियों, या स्नायविक चोट के बाद पुनर्वास शामिल हैं ।

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Protocol

यहां बताए गए सभी तरीकों को अलबर्टा विश्वविद्यालय के हेल्थ रिसर्च एथिक्स बोर्ड ने मंजूरी दे दी है ।

1. निर्माण और संरचनात्मक घटकों के विधानसभा

  1. विनिमेय अर्धगोल कुर्सियां के लिए एक लगाव इंटरफेस का निर्माण: एक स्टील वेल्ड प्लेट के लिए एक आधार अखरोट वेल्ड ।
  2. 1 चित्रामें दिखाए गए के रूप में पॉलीथीन से एक बेलनाकार चेसिस, ढक्कन, और आधार का निर्माण करने के लिए एक कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रित (सीएनसी) मिलिंग मशीन का उपयोग करें । बोल्ट ने बेस प्लेट को बेस और चेसिस को आधार से पास कर लिए ।
    नोट: बोल्ट और अंय भागों के लगाव के लिए मिल सुविधाओं ड्राइंग फ़ाइलें और 3 डी ठोस मॉडल फ़ाइलें प्रदान के अनुसार कर रहे है ( अनुपूरक 1 फ़ाइलें और 2देखें) । सभी संरचनात्मक घटक एक इसी ठोस मॉडल और ड्राइंग है कि डाउनलोड के लिए उपलब्ध है और निर्माण की प्रक्रिया को दोहराने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
  3. एक मिलिंग मशीन का प्रयोग करें एक बेलनाकार polyvinyl क्लोराइड आस्तीन कि एक लड़ी पिरोया रॉड पर फिट बैठता है, के रूप में चित्र 1में दिखाया निर्माण । आस्तीन ३७ मिमी लंबे, ३२ मिमी के एक बाहरी व्यास के साथ बनाओ ।
  4. एक इस्पात अड़चन के प्रत्येक पक्ष को वेल्ड इस्पात निकला हुआ किनारा, जैसा चित्र 1में दिखाया गया है । बोल्ट आधार के सामने करने के लिए अड़चन ।
  5. एक सीएनसी टर्निंग मशीन का उपयोग करने के लिए पॉलीथीन से 5 समान सिलेंडर, प्रत्येक ६३ मिमी की ऊंचाई के साथ और १५२ मिमी का व्यास का निर्माण । प्रत्येक सिलेंडर के शीर्ष सतह के केंद्र में, ३८ मिमी की गहराई के लिए एक ३२ mm छेद में कटौती इतना है कि यह बेलनाकार आस्तीन फिट बैठता है (देखें चरण १.३. ऊपर) कुछ व्यवधान के साथ ।
  6. प्रत्येक सिलेंडर के नीचे की सतह पर, 5 सिलेंडरों में से प्रत्येक के लिए वक्रता का एक अनूठा त्रिज्या के साथ एक समान घुमावदार आधार में कटौती करने के लिए एक सीएनसी टर्निंग मशीन का उपयोग, ६३ मिमी की कुल ऊंचाई को बनाए रखने, के रूप में चित्रा 2में दिखाया गया है ।
    नोट: वक्रता और आधार की ऊंचाई की त्रिज्या डिवाइस की स्थिरता का निर्धारण करते हैं । इस ऊंचाई के लिए वक्रता का सुझाव दिया radii ११० mm (बहुत अस्थिर) और २५० mm (थोड़ा अस्थिर) के बीच हैं, के रूप में 1 तालिकामें दिखाया गया है ।
  7. एक पैर का समर्थन लगाव के रूप में चित्र 3में दिखाया गया है, पहले वेल्डिंग द्वारा एक ७० mm इस्पात अड़चन सीधा डालने के एक ५७५ mm इस्पात बाहर निकालना के एक छोर के निर्माण । दूसरे छोर पर, बाहर निकालना करने के लिए एक ३०० mm बेलनाकार स्टील footrest दबाना ।
    नोट: विस्तृत भाग आयामों के लिए, अनुपूरक फ़ाइल 1 (आरेखण) और अनुपूरक फ़ाइल 2 (3 डी ठोस मॉडल)देखें ।
  8. एक आयताकार इस्पात पट्टी (29 मिमी १०० मिमी) के लिए लगभग १६० मिमी की लंबाई में कटौती करने के लिए एक bandsaw का उपयोग करें ताकि यह ३.६ किलो वजन का होता है । counterbalance लेग समर्थन अनुलग्नक, के रूप में चित्र 1में दिखाए गए के लिए चेसिस के पीछे स्टील बार डालें ।
  9. चित्र 4में दिखाए गए के रूप में डिवाइस को इकट्ठा । अड़चन और अड़चन डालने के माध्यम से कुंडा पिन डालने के द्वारा पैर समर्थन कनेक्ट । वांछित पैर आराम ऊंचाई के लिए दबाना के स्थान को समायोजित करें । बेस स्टड में रॉड धागा ऐसी है कि लगभग रॉड के ३५ mm आधार से बहर ।  वांछित घुमावदार आधार में फैला हुआ रॉड डालें.
  10. ढक्कन के लिए पकड़ टेप या किसी अन्य उपयुक्त असबाब लागू होते हैं । ढक्कन पर रखो ।

2. उपकरण साधन

  1. एक microcontroller प्राप्त ( सामग्री की मेजदेखें), एक inertial माप इकाई और आठ हिल चालबाजियों । inertial माप इकाई कनेक्ट और microcontroller के लिए चालबाजों हिल ।
  2. microcontroller प्रोग्राम इस तरह है कि यह antero-पीछे (एपी) और medio-पार्श्व (एमएल) inertial माप इकाई से झुकाव कोण पढ़ता है और पर या बंद झुकाने के कोणों के आधार पर घुमाता है । अनुपूरक फ़ाइल 3 (अनुकरणीय microcontroller लिपि) और कदम 2.2.1 देखें ।
    नोट: Inertial माप इकाइयों कि accelerometers और gyroscopes का उपयोग त्रुटि के लिए प्रवण हैं. सेंसर की एक स्थिति अंशांकन प्रदर्शन: एक स्तर की सतह पर डिवाइस आराम और सभी निम्नलिखित माप के लिए एक आधार रेखा के रूप में इस स्थिति का उपयोग करें. एक प्रस्ताव पर कब्जा प्रणाली या इसी तरह के दृष्टिकोण का प्रयोग करें झुकाव कोण माप मांय है और यह सुनिश्चित करें कि वे उपयोग की उंमीद सीमा भर में पर्याप्त सटीक रहे है (स्थानिक और लौकिक) । यह सुनिश्चित करने के लिए हिल चालबाजियों से अधिक नहीं २०० हर्ट्ज की एक आवृत्ति पर काम करते हैं, ताकि मानव त्वचा या मांसपेशी9में संवेदी रिसेप्टर्स की एक एक-से-एक प्रतिक्रिया प्रेरित करने के लिए.
    1. microcontroller स्क्रिप्ट है कि एक प्रतिक्रिया नियंत्रण संकेत एपी की एक भारित राशि (या एमएल) झुकाव कोण और वेग का प्रतिनिधित्व करता है पर आधारित vibrotactile cues उत्पंन अपलोड करें ।
      नोट: जब नियंत्रण संकेत उस दिशा में एक सीमा से अधिक है, तो कंप्यूटर बाईं, दाईं, सामने, या सतह के पीछे के निकटतम तीन चालबाजियों को सक्रिय करता है; या पांच चालबाजियों अगर एक एपी और मिलीलीटर दहलीज एक साथ पार कर रहे हैं; जब नियंत्रण संकेत दोनों दिशाओं में सीमा से नीचे है (यानी, no-प्रतिक्रिया क्षेत्र में) चालबाजों में से कोई भी सक्रिय हैं ।
  3. चेसिस के केंद्र में inertial माप इकाई सुरक्षित । 10 सेमी की त्रिज्या के साथ एक नियमित अष्टकोना पर हिल चालबाजियों की व्यवस्था, चेसिस के केंद्र के 8 सेमी पूर्वकाल केंद्रित इतना है कि वे एक औसत की सीट के नीचे झूठ होगा-10व्यक्ति आकार । एक संभावित व्यवस्था की एक तस्वीर चित्रा 4में दिखाया गया है ।
    नोट: यदि कंपन चालबाजों शक्तिशाली उपयोगकर्ता कांपना करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं, ढक्कन में छेद काटने और कंपन को सतह के साथ फ्लश आराम करने के लिए निर्धारण द्वारा चालबाजी और त्वचा के बीच इंटरफेस में सुधार होगा । यदि जगह में कंपन को सुरक्षित करने के लिए इस्तेमाल विधि, एक ढीला फिट पिन का पता लगाने के साथ एक दो हिस्सा बढ़ते संलग्नक का उपयोग करने पर विचार, जैसा कि चित्रा 5में दिखाया गया है ।
  4. एक यूनिवर्सल सीरियल बस (यूएसबी) या अन्य उपयुक्त संचार विधि के माध्यम से एक लैपटॉप या डेस्कटॉप कंप्यूटर के लिए microcontroller कनेक्ट । चित्र 6में दिखाया गया उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस खोलें ।
    नोट: वैकल्पिक रूप से, microcontroller को बैटरी या अंय पावर स्रोत से कनेक्ट करें । यह डिवाइस की पोर्टेबिलिटी में सुधार करता है, लेकिन एक उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस precludes ।

3. अनुकरणीय मूल्यांकन और प्रशिक्षण प्रोटोकॉल

  1. भर्ती सहमति प्रतिभागियों जो स्नायविक या पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस विकारों और तीव्र या जीर्ण पीठ दर्द से मुक्त कर रहे हैं । प्रत्येक भागीदार की आयु, वजन, और ऊंचाई रिकॉर्ड करें । फिर, प्रत्येक भागीदार के लिए, निंन कार्यविधि को पूरा करें ।
  2. उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (चित्रा 6) खोलें । कम्पास ग्राफ एपी दिशा (ऊर्ध्वाधर अक्ष) और एमएल दिशा (क्षैतिज अक्ष) में डिवाइस के झुकाव कोण से अधिक आधा अपने झुकाव वेग से पता चलता है.
  3. प्रत्येक संतुलन परीक्षण से पहले, प्रतिभागी को शोर-रद्द करने वाले फोन्स को निर्देश देना, छाती के आरपार अपने या अपने हथियार गुना करना, जितना संभव हो उतना ईमानदार आसन को बनाए रखना, और मौखिक रूप से प्रयोगकर्ता को क्यू तैयार किया जा रहा है ।
  4. प्रदर्शन ५० श्रृंखला11में दूसरा बैठा शेष परीक्षण, ब्रेक लेने के रूप में थकान से बचने के लिए वारंट, किसी भी समय यदि आवश्यक रोक ।
    1. अनुक्रम के रूप में इस प्रकार के परीक्षणों (केवल उदाहरण): बेतरतीब ढंग से एक का चयन करें दो "आधार स्थिरता स्तर/आंख की हालत" युग्म, इसके बाद शेष शर्तों (और अधिक कठिन आधार और आंखें खुली; या कम कठिन आधार और आंखें बंद) बुलाया12। प्रतिभागी को कार्य से परिचित कराने के लिए और सीट में कंपन करने वाले चालबाजों के लिए उपयुक्त नियंत्रण संकेत थ्रेशोल्ड की पहचान करने के लिए प्रथम शेष शर्त के चार परीक्षण निष्पादित करें (नीचे चरण 3.4.5 देखें).
      नोट: यह वक्रता का एक बड़ा त्रिज्या के साथ एक आधार पर से वक्रता का एक छोटा सा त्रिज्या के साथ एक आधार पर संतुलन बनाए रखने के लिए और अधिक कठिन है (तालिका 1 सभी पांच विनिमेय ठिकानों के सापेक्ष स्थिरता से पता चलता है) । शेष कार्य2के स्थिर प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए चार परीक्षण पर्याप्त पाए गए हैं ।
    2. बेतरतीब ढंग से अगले छह परीक्षणों में से तीन का चयन करने के लिए नियंत्रण परीक्षण: इन परीक्षणों की अवधि के लिए बंद हिल चालबाजों स्विच । कंपन प्रतिक्रिया चालू या बंद करने के लिए, उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस में इच्छित सेटिंग के लिए प्रतिक्रिया स्लाइडर टॉगल करें । दूसरी शेष स्थिति के लिए दस परीक्षणों के इस अनुक्रम को दोहराएँ ।
    3. उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस के परीक्षण पैरामीटर अनुभाग में ड्रॉप-डाउन मेनू से चयन करके वर्तमान कठिनाई और आँख की स्थिति को लेबल करें. परीक्षण प्रारंभ करने के लिए रिकॉर्ड क्लिक करें ।
      नोट: प्रतिभागियों की सुरक्षा सर्वोपरि है । प्रयोगकर्ता को शेष सभी गतिविधियों की निगरानी करनी चाहिए और शेष हानि की स्थिति में सहायता करने के लिए तैयार रहना चाहिए । किसी भी संभावित खतरों के क्षेत्र को साफ़ करें और स्थानीय आपातकालीन प्रोटोकॉल के बारे में अवगत कराएं ।
    4. आंखों के साथ परीक्षण के लिए खुला, प्रतिभागी एक तय बिंदु पर ध्यान केंद्रित करने के लिए सीधे आगे संतुलन बनाए रखने में मदद करने के लिए निर्देश । आंखों के साथ परीक्षण के लिए बंद कर दिया, एक आंखों पर पट्टी का उपयोग सुनिश्चित करें कि भागीदार पूरी तरह से दृश्य प्रतिक्रिया से वंचित है ।
      नोट: संतुलन मानदंड के लिए जहां पैर की आवाजाही प्रतिबंधित किया जाना चाहिए, पैर समर्थन देते है और ढक्कन के नीचे counterbalance डालें ।
    5. एक एल्गोरिथ्म गणना करता है जो AP और ML प्रतिक्रिया थ्रेशोल्ड का उपयोग करें और उन्हें उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस के Q3 स्तंभ में प्रदर्शित करने के लिए । चार परिचय परीक्षणों के बाद, में Q3 स्तंभ में दिखाए गए मानों की प्रतिलिपि बनाएँ स्तंभ लिखें , और फिर क्लिक करें ताज़ा प्रतिक्रिया करने के लिए अद्यतन करने के लिए कम्पास ग्राफ़ (गुलाबी) पर प्रदर्शित थ्रेशोल्ड चौथे परिचय के आधार पर परीक्षण.
      नोट: इंटरफ़ेस के Q3 स्तंभ में प्रदर्शित परिकलित थ्रेशोल्ड मान पिछले परीक्षण के दौरान प्रत्येक झुकाव दिशा (AP, ML) के लिए तीसरी चतुर्थक के बराबर हैं । यह प्रतिक्रिया योजना धारणा है कि शेष समारोह में सुधार हुआ है जब प्रतिक्रिया प्रत्येक व्यक्ति13,14के लिए अनुकूलित है, जबकि बहुत अधिक प्रतिक्रिया प्रदान15सीखने हानि हो सकती है पर आधारित है । एक बार दिए गए व्यक्ति के लिए दो थ्रेशोल्ड मान चयनित किए जाने के बाद, समय के साथ या किसी हस्तक्षेप के साथ सुधार का मूल्यांकन करने में सक्षम होने के लिए उस व्यक्ति के लिए निरंतर रखा जा सकता है.
  5. के रूप में एपी और एमएल झुकाव कोण स्वचालित रूप से संग्रहीत कर रहे हैं, वास्तविक समय में, विश्लेषण के लिए एक पाठ फ़ाइल में, एपी और एमएल संकेत प्रयोगात्मक स्थितियों में से प्रत्येक के लिए बैठे प्रदर्शन की विशेषताएं विश्लेषण ।
    1. समय डोमेन में, प्रत्येक समय श्रृंखला8से निम्नलिखित posturographic उपायों की गणना: रूट-माध्य-वर्ग (गति के विचरण का एक उपाय) और मतलब वेग (गति के औसत कोणीय गति का एक उपाय).
    2. आवृत्ति डोमेन में, प्रत्येक समय श्रृंखला8से निम्नलिखित posturographic उपायों की गणना: centroidal आवृत्ति (गति की समग्र आवृत्ति का एक उपाय) और आवृत्ति फैलाव (गति की आवृत्ति में विचरण का एक उपाय)8 .
  6. एक रैखिक मिश्रित मॉडल का उपयोग करने का अनुमान है और दो निश्चित प्रभाव कारकों के प्रभाव की विशेषता, (1) संतुलन हालत (स्थिरता स्तर और आंख की स्थिति संयुक्त) और (2) vibrotactile प्रतिक्रिया, posturographic उपायों में से प्रत्येक पर (निर्भर चर), प्रत्येक भागीदार16 (एक यादृच्छिक प्रभाव कारक) से दोहराया माप के सहसंबंध पर विचार ।
    1. स्थिर प्रभावों के महत्व के लिए परीक्षण करने के लिए समूह के बीच विचरण के अनुपात का अर्थ है अवशिष्टों के विचरण करने के लिए, और एक एफ वितरण के लिए परिणाम की तुलना ।

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Representative Results

तालिका 2 से पता चलता है, प्रत्येक प्रयोगात्मक स्थिति के लिए, posturographic के उपायों एपी और एमएल समर्थन सतह झुकाव की टिप्पणियों से व्युत्पंन, १४४ शेष 12 प्रतिभागियों (2 x 2 एक्स भागीदार प्रति 3 परीक्षणों) द्वारा प्रदर्शन किया परीक्षण पर औसत ।

संतुलन की स्थिति को बदलने का प्रभाव: बेस कंडीशन को आँख की हालत पर आश्रित होने के लिए चुना गया था (यानी, जब आँखें बंद थीं तो आधार ज्यादा स्थिर था). इस प्रकार, आधार और आंख की हालत एक साथ एक स्वतंत्र चर (संतुलन हालत) माना जाता था । एपी झुकाव के प्रेक्षणों रूट के लिए दो संतुलन की स्थिति के बीच काफी अलग थे मतलब वर्ग, centroidal आवृत्ति, और आवृत्ति फैलाव (एफ के अनुसार अनुमान परिवर्तन के परीक्षण, α = ०.०५) । प्रत्येक उपायों में गणना परिवर्तन (माध्य और मानक विचलन) चित्रा 7 और चित्रा 8में दिखाया गया है । अन्य रिपोर्टों के अनुरूप, ये posturographic उपाय शेष कार्यों के बीच भेदभाव कर सकते हैं4.

प्रतिक्रिया शर्त बदलने का प्रभाव: परीक्षणों के दौरान जब vibrotactile प्रतिक्रिया प्रणाली सक्रिय था, एपी झुकाव टिप्पणियों के centroidal आवृत्ति नियंत्रण परीक्षणों के दौरान की तुलना में काफी अधिक था (अनुमानित परिवर्तन के एफ परीक्षण के अनुसार, α = ०.०५) । प्रत्येक posturographic उपायों में गणना परिवर्तन (माध्य और मानक विचलन) चित्रा 9 और चित्रा 10में दिखाया गया है । अंय रिपोर्टों के अनुरूप, इस vibrotactile फीडबैक प्रोटोकॉल संतुलन प्रदर्शन17पर एक औसत दर्जे का प्रभाव है ।

Figure 1
चित्रा 1: चेसिस विधानसभा का विस्फोट दृश्य । संरचनात्मक घटकों में शामिल हैं: (1) ढक्कन; (2) तोड़; (3) बेलनाकार चेसिस; (4) बेस स्टड; (5) पैर समर्थन लगाव (चित्रा 3) के लगाव के लिए अड़चन; (6) आधार; और (7, 8) रॉड, और पांच विनिमेय सिलेंडरों में से एक के लगाव के लिए आस्तीन (चित्रा 2) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: एक घुमावदार आधार मॉड्यूल की ओर देखते हैं । पांच मॉड्यूल के प्रत्येक ६३ मिमी की कुल ऊंचाई और वक्रता का एक अनूठा त्रिज्या है, जो बैठे सतह पर संतुलन बनाए रखने की कठिनाई संग्राहक है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: विस्फोट पैर समर्थन लगाव के दृश्य । लेग समर्थन, एक अड़चन, दबाना, और वर्ग परिष्करण प्लग से मिलकर, ६०० मिमी लंबे समय है और डिवाइस के परिवहन के दौरान हटाया जा सकता है या उपयोगकर्ता की अनुमति के लिए पैर मुक्त रूप से संतुलन व्यायाम के दौरान स्विंग । विस्तृत भाग आयामों के लिए, अनुपूरक फ़ाइलें 1 (आरेखण) और 2 (3d ठोस मॉडल)देखें । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: बैठे संतुलन आकलन और प्रशिक्षण के लिए एक vibrotactile प्रतिक्रिया डिवाइस । (क) डिवाइस के अनुलग्नकों का दृश्य फट गया. यहां दिखाए गए घटक हैं: (1) आधार, चेसिस, और ढक्कन; (2) footrest लगाव के लिए इस्पात बाहर निकालना; (3) footrest को सुरक्षित करने के लिए दो कुंडा पिन; (४) समायोज्य ऊँचाई का footrest लगाव; और (5) पांच घुमावदार आधार मॉड्यूल में से एक । इन घटकों को परिवहन या भंडारण की सुविधा के लिए अलग किया जा सकता है । विस्तृत भाग आयामों के लिए, अनुपूरक फ़ाइलें 1 (आरेखण) और 2 (3d ठोस मॉडल)देखें । (ख) उपकरण के शीर्ष दृश्य फोटोग्राफ । ढक्कन सहित इलेक्ट्रॉनिक उपकरण प्रकट करने के लिए हटा दिया गया है: एक inertial माप एक कस्टम मुद्रित संलग्नक (केंद्र) द्वारा सभा इकाई; यूनिवर्सल सीरियल बस कनेक्शन के साथ एक microcontroller बोर्ड (बाएं); कस्टम मुद्रित बाड़ों (मध्य क्षेत्र) में आयोजित आठ इलेक्ट्रॉनिक कंपन; और एक इस्पात बार (शीर्ष) को counterbalance footrest यह आंकड़ा विलियंस एट अल से संशोधित किया गया है । 18 . ASME की अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित, से "डिजाइन और मूल्यांकन और प्रशिक्षण के लिए एक साधन लड़खड़ा बोर्ड का आकलन गतिशील बैठा संतुलन" के जर्नल में यांत्रिक अभियांत्रिकी, विज्ञापन विलियंस, क्यूए बोजर, के रूप में Kumawat, के अग्रवाल, एच Rouhani, आह का पुनरीक्षण, vol । १४०, २०१८ अप्रैल; अनुमति कॉपीराइट मंजूरी केंद्र के माध्यम से दिया, Inc कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: दो भाग चालबाजियों हिल के लिए बढ़ते संलग्नक । चालबाज बाड़े में एक 4 मिमी छेद (ऊपर) एक 3 मिमी बढ़ते मंच (नीचे) में पिन लगाने के लिए कम कंपन गीला करने के लिए पर ढीला फिट । विस्तृत भाग आयामों के लिए, अनुपूरक फ़ाइलें 1 (आरेखण) और 2 (3d ठोस मॉडल)देखें । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: यूजर इंटरफेस । यह उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस उपयोगकर्ताओं को vibrotactile फ़ीडबैक थ्रेशोल्ड का चयन करने और डेटा प्राप्त करने की अनुमति देता है । ग्राफ पर वेक्टर की लंबाई और दिशा डिवाइस के कीनेमेटीक्स के लिए आनुपातिक हैं । आयत प्रतिक्रिया के लिए एपी और एमएल थ्रेसहोल्ड को दर्शाता है । यह आंकड़ा विलियम्स एट अल से संशोधित किया गया है । 18 . ASME की अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित, से "डिजाइन और मूल्यांकन और प्रशिक्षण के लिए एक साधन लड़खड़ा बोर्ड का आकलन गतिशील बैठा संतुलन" के जर्नल में यांत्रिक अभियांत्रिकी, विज्ञापन विलियंस, क्यूए बोजर, के रूप में Kumawat, के अग्रवाल, एच Rouhani, आह का पुनरीक्षण, vol । १४०, २०१८ अप्रैल; अनुमति कॉपीराइट मंजूरी केंद्र के माध्यम से दिया, Inc कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7: समय में कार्य हेरफेर के परिणाम-डोमेन । समय में बदलें-डोमेन posturographic उपाय जब प्रतिभागियों को अपनी आंखें बंद करो और समवर्ती एक अधिक स्थिर आधार पर स्विच (मतलब है और मानक विचलन; तारांकन चिह्न F-परीक्षण, α = ०.०५) के अनुसार महत्वपूर्ण परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्रा 8: आवृत्ति डोमेन में कार्य हेरफेर के परिणाम. आवृत्ति-डोमेन posturographic उपायों में परिवर्तन जब प्रतिभागियों को अपनी आंखें बंद करो और समवर्ती एक अधिक स्थिर आधार पर स्विच (मतलब और मानक विचलन; तारका एफ परीक्षण के अनुसार महत्वपूर्ण परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करते हैं, α = ०.०५) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9: समय-डोमेन में vibrotactile फ़ीडबैक का परिणाम. समय-डोमेन posturographic उपायों में परिवर्तित करें जब सहभागियों को प्रदर्शन-आधारित vibrotactile फ़ीडबैक प्रदान किया जाता है (माध्य और मानक विचलन; F-परीक्षण, α = ०.०५) के अनुसार कोई परिवर्तन सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण नहीं थे । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 10
चित्रा 10: आवृत्ति डोमेन में vibrotactile प्रतिक्रिया के परिणाम. जब प्रतिभागियों प्रदर्शन आधारित vibrotactile प्रतिक्रिया के साथ प्रदान की जाती हैं आवृत्ति-डोमेन posturographic उपायों में परिवर्तन (माध्य और मानक विचलन; तारांकन चिह्न F-परीक्षण, α = ०.०५) के अनुसार महत्वपूर्ण परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

वक्रता की त्रिज्या (सेमी)
सबसे स्थिर 25 संतुलन के लिए मुश्किल कम
20
15
13
सबसे कम स्थिर 11 संतुलन के लिए अधिक कठिन

तालिका 1: विनिमेय ठिकानों के ज्यामितीय गुण । प्रत्येक आधार मॉड्यूल की कुल ऊंचाई ६३ mm है; इस प्रकार, वक्रता के एक छोटे त्रिज्या के साथ एक आधार है, जब डिवाइस से जुड़े, वक्रता का एक बड़ा त्रिज्या के साथ एक आधार से कम स्थिर है ।

Posturographic उपाय झुकाव दिशा प्रायोगिक शर्त
आंखें खुली आंखें बंद
बहुत अस्थिर सतह हल्का अस्थिर सतह
कंपन कंपन कंपन कंपन
बंद पर बंद पर
जड़-माध्य-वर्ग Antero-पीछे १.६० १.६२ २.०१ १.७०
डिग्री Medio-पार्श्व १.५३ १.६१ १.८० १.७४
निकृष्ट वेग Antero-पीछे २.७५ ३.०१ २.८५ २.९४
[डिग्री/ Medio-पार्श्व ३.०४ ३.१४ ३.३८ ३.४४
Centroidal कव Antero-पीछे ०.४१८ ०.४४९ ०.३७० ०.४२३
हर्ट्ज Medio-पार्श्व ०.४६२ ०.४६७ ०.४६५ ०.४७१
आवृत्ति फैलाव Antero-पीछे ०.६५९ ०.६५४ ०.६८५ ०.६६१
[-] Medio-पार्श्व ०.६५१ ०.६५१ ०.६६२ ०.६६९

तालिका 2: शेष और प्रतिक्रिया शर्तों के अनुसार परिणाम । सारांश एपी और एमएल से व्युत्पंन उपाय अस्थिर बैठे परीक्षणों के दौरान झुकाव । समर्थन सतह स्थिरता प्लस नेत्र हालत के रूप में के रूप में अच्छी तरह से कंपन स्तर हेरफेर चर रहे हैं । सभी प्रतिभागियों के बीच औसत उपायों की गणना की गई ।

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Discussion

एक पोर्टेबल, साधन, बैठे डिवाइस के निर्माण के लिए तरीके प्रस्तुत कर रहे हैं । डिवाइस पोर्टेबल और टिकाऊ है, लड़खड़ा कुर्सियों2,4 और कंपन प्रतिक्रिया5,6,7 के पिछले अध्ययनों पर निर्माण के लिए इन उपकरणों के लाभों को और अधिक शक्तिशाली और सुलभ बनाने के लिए . परिवहन या भंडारण के लिए डिवाइस तैयार करने के लिए रिवर्स में विधानसभा प्रोटोकॉल का पालन करें । संतुलन कार्य की कठिनाई अलग वक्रता के साथ कुर्सियां संलग्न द्वारा संग्राहक जा सकता है । कार्य कठिनाई का चयन महत्वपूर्ण है; उपयोगकर्ताओं को चोट जोखिम के बिना सक्रिय प्रशिक्षण की सुविधा के लिए अस्थिर किया जाना चाहिए ।

वास्तविक समय अवलोकन और अंतर्निहित उपकरणों का समायोजन microcontroller और उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस के बीच धारावाहिक संचार पर निर्भर करता है; डिवाइस की शिथिलता दोनों सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर समस्या निवारण की आवश्यकता है । सुनिश्चित करें कि सभी हार्डवेयर कनेक्शन सुरक्षित हैं । अनपेक्षित बाइट्स के लिए microcontroller के सीरियल आउटपुट की निगरानी करें । त्रुटियों के लिए उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस प्रोग्राम जांचें । यदि कोई समस्या बनी रहती है, तो एक अनुभवी मेक्ट्रोनिक्स डिज़ाइनर से परामर्श लें ।

संतुलन प्रवीणता बैठे सतह के गाढ़ापन टिप्पणियों से व्युत्पंन posturographic उपायों की विशेषता है । वैकल्पिक रूप से, एक बल प्लेट, जो सतह झुकाव कोण2के साथ संबद्ध पर दबाव के केंद्र का निरीक्षण, लेकिन अतिरिक्त उपकरणों की आवश्यकता है । Posturographic उपायों2 सत्रों के बीच विश्वसनीयता अलग है और संतुलन में सुधार या विकार के लिए संवेदनशीलता बदलती19। जड़ का मतलब है, वर्ग, वेग, centroidal आवृत्ति, और आवृत्ति फैलाव आम posturographic उपाय है कि एक दूसरे के रैखिक स्वतंत्र होना देखा गया है । विशेष आकलन उद्देश्यों का पता लगाने के लिए सिग्नल विश्लेषण प्रोटोकॉल को संशोधित करने पर विचार करें ।

डिवाइस संतुलन कार्य प्रदर्शन के अनुसार सीट के लिए vibrotactile उत्तेजनाओं बचाता है । haptic प्रतिक्रिया नियंत्रण के इष्टतम विंयास सतत अध्ययन और इस प्रोटोकॉल में एक महत्वपूर्ण कदम का विषय है, के रूप में कुछ प्रतिक्रिया रणनीतियों मोटर सीखने20ख़राब हो सकता है । मौजूदा vibrotactile प्रतिक्रिया विधियों खड़े संतुलन समारोह और कई अंय मोटर कार्य6,7में सुधार करने के लिए सिद्ध कर रहे हैं । सीट एंबेडेड चालबाजों vibrotactile प्रतिक्रिया तकनीक बैठा संतुलन मानदंड के लिए सुलभ बनाते हैं । भविष्य के अनुप्रयोगों के खेल प्रशिक्षण, स्थानिक अभिविन्यास प्रशिक्षण, आभासी या संवर्धित वास्तविकता गेमिंग, संतुलन प्रवीणता का आकलन, संतुलन विकारों के अनुसंधान, और कंकाल, पेशी, या स्नायविक चोट के बाद पुनर्वास शामिल हो सकते हैं ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक के स्नातक छात्रों अनिमेश सिंह Kumawat, क्षितिज अग्रवाल, क्विन बोजर, बेंजामिन Cheung, कैरोलीन कोलिंस, सारा Lojczyc, डेरेक Schlenker, कैथरीन Schoepp, और आर्थर Zielinski के डिजाइन प्रयासों को स्वीकार करते हैं । यह अध्ययन आंशिक रूप से एक डिस्कवरी अनुदान के माध्यम से वित्त पोषित किया गया था प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद कनाडा के (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

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References

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व्यवहार अंक १४३ संतुलन biofeedback युक्ति तेवर स्थिरता बैठे प्रशिक्षण
बैठा शेष आकलन और प्रशिक्षण के लिए एक Vibrotactile फीडबैक डिवाइस
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Williams, A. D., Vette, A. H. A… More

Williams, A. D., Vette, A. H. A Vibrotactile Feedback Device for Seated Balance Assessment and Training. J. Vis. Exp. (143), e58611, doi:10.3791/58611 (2019).

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