Summary
En sittende plattform er utviklet og samlet som passivt destabilizes sittestilling hos mennesker. Under brukerens stabiliserende oppgave, en treghet målenhet registrerer enhetens bevegelse og vibrerende elementer levere prestasjonsbasert tilbakemelding til setet. Bærbar, allsidige enheten kan brukes i rehabilitering, vurdering og trening paradigmer.
Abstract
Postural forstyrrelser, bevegelse å spore og sensorisk feedback er moderne teknikker brukes til å utfordre, vurdere og trene oppreist sitter, henholdsvis. Målet med utviklet protokollen er å bygge og operere en sittende plattform som kan være passivt ustabil mens en treghet målenhet kvantifiserer sin bevegelse og vibrerende elementer levere taktil tilbakemelding til brukeren. Utskiftbare sete vedlegg endre stabilitet av enheten trygt Challenge sitter balanse. En innebygd microcontroller lar finjustering av parameterne tilbakemeldinger å øke sensoriske funksjon. Posturographic tiltak, typisk for balanse vurdering protokoller, oppsummere bevegelse signalene ervervet under tidsbestemt balanse prøvelser. Ingen dynamisk sittestilling protokollen hittil gir variabel utfordring, kvantifisering og sensorisk feedback gratis laboratorium begrensninger. Våre resultater viser at ikke-funksjonshemmede brukere av enheten utstillingen vesentlige endringer i posturographic tiltak når balanse problemer endres eller vibrasjonsmedisin tilbakemeldingen som gis. Bærbar, allsidige enheten har potensielle anvendelser i rehabilitering (etter skjelett-, muskel- eller nevrologiske skader), trening (for sport eller romlige bevissthet), underholdning (via virtuell eller augmented reality) og forskning (av sittende-relaterte lidelser).
Introduction
Oppreist sittende er en forutsetning for andre menneskelige sensorimotor funksjoner, inkludert faglært bevegelser (f.eksskrive) og opprørt balansen oppgaver (f.eks, riding på toget). Å rehabilitere og bedre sitter og relaterte funksjoner, moderne balanse trening teknikker brukes: ustabilt underlag forurolige sittende1,2 og bevegelse å spore kvantifiserer balanse ferdigheter3,4 . Balanse trening resultater bedre når vibrasjoner er levert til kroppen ved hjelp av mønstre som samsvarer med ytelse5. Slike sensorisk feedback er tydeligvis effektiv rehabilitering og treningsmetode; Likevel, gjeldende sensorisk feedback metoder er rettet mot stående balanse og krever laboratorie-baserte utstyr6,7.
Hensikten med arbeidet presentert her er å bygge en bærbar enhet som kan bli satt på og passivt ustabil til ulike grader mens innebygd instrumenter spille sin posisjon og levere vibrasjonsmedisin tilbakemelding til sittende overflaten. Denne kombinasjonen av verktøy integrerer tidligere arbeid på ustø stoler2,4 og vibrasjonsmedisin tilbakemelding5,6,7, gjør fordelene av disse verktøyene kraftigere og mer tilgjengelig. Også presentert er en prosedyre for å trene oppreist sittende og en analyse av de kvantitative resultatene, etter etablerte litteratur på posturographic måler8. Disse metodene er passende for å studere virkningene av sitter balanse trening med en ustabil overflate kombinert med vibrasjonsmedisin tilbakemelding. Forventet programmer omfatter sports trening, generell forbedring av motorisk koordinasjon, vurdering av balanse ferdigheter og rehabilitering følgende skjelettlidelser, muskel- eller nevrologiske skader.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle metodene som er beskrevet her er godkjent av Health Research etikk styret University of Alberta.
1. bygging og montering av strukturelle komponenter
- Konstruere et vedlegg grensesnitt for utskiftbare hemisfæriske baser: sveise en base nøtt å en stål weld plate.
- Bruke en maskiner (CNC) fresing maskinen for å konstruere en sylindrisk chassis, lokk, og base av polyetylen som vist i figur 1. Bolt på bunnplate til basen og base til kabinettet.
Merk: Funksjonene mill feste bolter og andre deler er ifølge tegning filene og 3D solid modell filer forutsatt (se utfyllende filer 1 og 2). Alle strukturelle komponenter har en tilsvarende solid modell og tegning som er tilgjengelige for nedlasting og kan brukes til å replikere byggeprosessen. - Bruk en fresemaskin for å konstruere en sylindrisk polyvinylklorid ermet som får plass på en gjenget stang, som vist i figur 1. Få erme 37 mm lang, med en ytre diameter på 32 mm.
- Sveise stål flenser på hver side av stål problemer, som vist i figur 1. Bolt opphenget foran foten.
- Bruke en CNC snu maskin for å konstruere 5 identiske sylindere av polyetylen, hver med en høyde på 63 mm og 152 mm diameter. I midten av toppen overflaten av hver sylinder, kuttet 32 mm hull til en dybde på 38 mm slik at den passer sylindriske ermet (se trinn 1.3. over) noen forstyrrelser.
- På undersiden av hver sylinder, bruk en CNC snu maskinen for å klippe jevnt buet base med en unik radius på kurven for hver 5 sylindere, opprettholde totale høyden på 63 mm, som vist i figur 2.
Merk: Kurveradiusen og høyden på basen bestemmer stabiliteten på enheten. De foreslåtte radier svingtype for denne høyden er mellom 110 mm (veldig ustabile) og 250 mm (litt ustabile), som vist i tabell 1. - Konstruere en etappe støtte vedlegg som vist i Figur 3ved første sveising en 70 mm stål hitch sett vinkelrett til den ene enden av en 575 mm stål ekstrudering. I den andre enden, klemme en 300 mm sylindriske stål fotstøtte til byggesystemer.
Merk: For detaljerte del dimensjoner, se utfyllende fil 1 (tegninger) og supplerende fil 2 (3D solid modeller). - Bruk en bandsaw å klippe en rektangulær stål bar (29 mm med 100 mm) til en lengde på ca 160 mm slik at den veier 3,6 kg. Sett inn stålstang på baksiden av kabinettet til motvekt etappe støtte vedlegget, som vist i figur 1.
- Montere enheten som vist i Figur 4. Koble etappe støtte ved å sette inn Sjakkelbolter gjennom opphenget og hitch sett inn. Justere plasseringen av klemmen til ønsket foten resten høyden. Tråd stangen i base stud slik at ca 35 mm av stangen stikker fra basen. Utstikkende stangen inn ønsket buet basen.
- Bruke grep bånd eller et annet passende møbeltrekk på lokket. Sett på lokket.
2. instrumenting enheten
- Anskaffe en microcontroller (se Tabell for materiale), en treghet målenhet og åtte vibrerende tactors. Koble den treghet måling enheten og vibrerende tactors til microcontroller.
- Programmet microcontroller basert slik at den leser antero-posterior (AP) og medio-lateral (ML) tilt vinkler fra treghet målenheten og slår den vibrerende tactors av eller på på tilt vinkler. Se utfyllende filen 3 (eksemplarisk microcontroller script) og trinn 2.2.1.
Merk: Treghet målenheter som bruker akselerometer og gyroskoper er utsatt for feil. Utføre en posisjonelle kalibrering av sensorer: hvile enheten på en plan overflate og bruke denne posisjonen som en opprinnelig plan for alle følgende mål. Bruke et motion capture system eller lignende adgang å validere tilt vinkel målene og sikre at de er tilstrekkelig nøyaktig hele forventet bruk (romlige og timelige). Kontroller de vibrerende tactors opererer med en frekvens på mer enn 200 Hz, for å indusere en svar av sanse # receptors i huden eller muskel9.- Laste opp skriptet microcontroller som genererer vibrotactile signaler basert på en tilbakemelding kontrollsignal som representerer en vektet sum av AP (eller ML) vinkel og hastighet.
Merk: Datamaskinen aktiveres tre tactors nærmest til venstre, høyre, foran eller bak overflaten når kontrollen signalet overskrider en terskel i den retningen; eller fem tactors hvis en AP og ML terskelen er overgått samtidig; ingen av tactors er aktiv når kontrollen signalet under grensen i begge retninger (dvs. i sonen no-feedback).
- Laste opp skriptet microcontroller som genererer vibrotactile signaler basert på en tilbakemelding kontrollsignal som representerer en vektet sum av AP (eller ML) vinkel og hastighet.
- Sikre treghet målenheten i midten av kabinettet. Ordne den vibrerende tactors på en vanlig octagon med en radius på 10 cm, sentrert 8 cm fremre i midten av kabinettet slik at de vil ligge under setet for en gjennomsnittlig størrelse person10. Et bilde av en potensiell ordning er vist i Figur 4.
Merk: Hvis de vibrerende tactors ikke er kraftig nok til å vibrere brukeren, forbedre grensesnittet mellom tactor og huden ved å klippe hull i lokket og fixating vibratorer hvile skyll med overflaten. Hvis metoden brukes til å sikre vibratorer i stedet fører dempe av vibrasjoner, vurdere å bruke en todelt montering kabinett med en løs passform å finne pin, som vist i figur 5. - Koble mikrokontrolleren til en bærbar eller stasjonær datamaskin via en universal seriell buss (USB) eller andre passende metode. Åpne brukergrensesnittet, vist i figur 6.
Merk: Koble eventuelt mikrokontrolleren til et batteri eller andre strømkilder. Dette forbedrer portabilitet av enheten, men utelukker et brukergrensesnitt.
3. eksemplarisk vurdering og trening protokollen
- Rekruttere samtykkende deltakere som er fri for nevrologiske eller muskel og akutt eller kronisk tilbake smerte. Registrere hver deltakers alder, vekt og høyde. Deretter for hver deltaker, følger du fremgangsmåten nedenfor.
- Åpne brukergrensesnittet (figur 6). Kompass grafen viser enhetens vinkel pluss halvparten tilt hastigheten i AP retning (loddrett akse) og ML retning (vannrett akse).
- Før hver saldo prøve instruere deltakerne til don støydempende hodetelefoner, kaste hans eller armene over brystet, opprettholde en oppreist kroppsholdning som mulig, og muntlig stikkordet eksperimentator som klar.
- Utføre tjue 30 andre sitter balanse prøvelser i serien11, tar pauser som garantert for å unngå tretthet, stoppe når som helst hvis nødvendig.
- Sekvens prøvelser som følger (kun eksempel): tilfeldig velger en av to "base stabilitet nivå/øyelidelse" kombinasjoner, heretter kalt balansere forhold (vanskeligere base og øynene åpne, eller mindre vanskelig base og øynene lukket)12. Utføre fire studier av den første balanse tilstanden å gjøre kjent deltakeren oppgaven og identifisere aktuelle kontrollen signal terskler for den vibrerende tactors i setet (se trinn 3.4.5 nedenfor).
Merk: Det er vanskeligere å opprettholde balanse på en base med en liten radius av kurvatur enn på en base med en stor radius av kurvatur (tabell 1 viser relativ stabilitet i alle fem utskiftbare baser). Fire studier har funnet for å være tilstrekkelig til å oppnå en stabil ytelse av balanse oppgave2. - Velge tre av neste seks studier å være kontroll prøvelser: slå den vibrerende tactors for varigheten av disse. Slå på vibrasjonen tilbakemeldinger på eller av, slå tilbakemelding glidebryteren til ønsket innstilling i brukergrensesnittet. Gjenta sekvensen av ti forsøk for andre balanse tilstand.
- Merke gjeldende problemer og øye tilstand ved å velge fra rullegardinmenyen i delen Prøve parametere i brukergrensesnittet. Klikk post å begynne rettssaken.
Merk: Deltakernes sikkerhet er viktig. Eksperimentator bør overvåke alle balanse aktiviteter og være forberedt på å hjelpe ved balanse tap. Fjerne området eventuelle farer og være klar over lokale nødnummeret protokoller. - Forsøk med øynene åpne, ber du deltakeren om å fokusere på et fast punkt rett fram å opprettholde balanse. Prøvelser med øynene lukket, kan du bruke et bind for øynene for å sikre at deltakeren er fullstendig fratatt visuell tilbakemelding.
Merk: For balanse paradigmer hvor bevegelsen av føttene skal begrenses, feste foten støtte og sette motvekt under lokket. - En algoritme beregner som AP og ML tilbakemelding terskler bruke og viser dem i kolonnen Q3 av brukergrensesnittet. Etter fire familiarisering forsøk, kopierer verdiene som vises i kolonnen Q3 i kolonnen skriver , og klikk Oppdater for å oppdatere tilbakemelding grensene vises i kompass diagrammet (rosa) basert på den fjerde familiarisering prøveversjon.
Merk: Beregnet terskelverdier vises i kolonnen Q3 av grensesnittet er lik for tredje kvartil for hver tilt retning (AP, ML) under forrige rettssaken. Denne tilbakemeldingen ordningen er basert på ideen om at balanse-funksjonen er forbedret når tilbakemelding er optimalisert for hver individuelle13,14, mens mye tilbakemeldinger kan skade lære15. Når to terskelverdier er valgt for en bestemt person, kan de holdes konstant på vedkommende kunne vurdere forbedringer over tid eller med en intervensjon.
- Sekvens prøvelser som følger (kun eksempel): tilfeldig velger en av to "base stabilitet nivå/øyelidelse" kombinasjoner, heretter kalt balansere forhold (vanskeligere base og øynene åpne, eller mindre vanskelig base og øynene lukket)12. Utføre fire studier av den første balanse tilstanden å gjøre kjent deltakeren oppgaven og identifisere aktuelle kontrollen signal terskler for den vibrerende tactors i setet (se trinn 3.4.5 nedenfor).
- Som AP og ML tilt vinkler automatisk lagres, i sanntid, i en tekstfil for analyse, analysere AP og ML signaler å karakterisere sittende ytelse for hver av eksperimentelle forhold.
- I tid domenet, beregne følgende posturographic tiltak fra hver gang serie8: root-betyr-torget (et mål av variansen av bevegelse) og mener hastigheten (et mål for gjennomsnittlig kantete hastighet av bevegelse).
- I frekvens domene, beregne følgende posturographic tiltak fra hver gang serie8: centroidal frekvens (et mål av bevegelses generelle frekvens) og frekvens spredning (et mål av varians i bevegelses frekvens)8 .
- Bruke en lineær blandet modell å anslå og karakterisere effekten av to fast-effekter faktorer, (1) balanse tilstand (stabilitet nivå og øye tilstand kombinert) og (2) vibrotactile tilbakemelding, på hver av posturographic tiltak (avhengig av variabler), vurderer korrelasjon av gjentatte målinger fra hver deltaker16 (en tilfeldig-effekter faktor).
- Teste for betydningen av fast effektene ved databehandling forholdet mellom avviket mellom gruppe betyr å variansen av resterende, og sammenligne resultatet til en F-fordeling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tabell 2 viser, for hver eksperimentelle tilstand, posturographic tiltak fra observasjoner av at AP og ML støtte overflaten vipper, gjennomsnitt over 144 balanse studier utført av 12 deltakere (2 x 2 x 3 forsøk per deltaker).
Effekten av å endre betingelsen balanse: Betingelsen base ble valgt til å være avhengig av betingelsen øye (dvs. når øynene var lukket bunnen var mer stabil). Dermed betingelsen base og øye sammen ble ansett en uavhengig variabel (balanse tilstand). Observasjoner av AP tilt var betydelig annerledes mellom to balanse betingelsene for root-betyr-torget og centroidal frekvens frekvens spredning (ifølge F-tester av anslagsvis endringen, α = 0,05). Beregnet endre i hver av tiltakene (middelverdi og standardavvik) vises i figur 7 og Figur 8. Samsvar med andre rapporter, disse posturographic tiltak kan diskriminere imellom balanse aktivitetene4.
Effekten av å endre betingelsen tilbakemeldinger: Under forsøk når vibrotactile feedback system var centroidal frekvensen av AP tilt observasjoner var betydelig høyere enn under kontroll prøvelser (ifølge F-tester av anslagsvis endringen, α = 0,05). Beregnet endre i hver av de posturographic tiltakene (middelverdi og standardavvik) er vist i figur 9 og Figur 10. Samsvar med andre rapporter, denne vibrotactile tilbakemelding-protokollen har en målbar effekt på balanse ytelse17.
Figur 1: oppbygning av chassiset. Strukturelle komponenter inkluderer: (1) lokk; (2) motvekt; (3) sylindriske kabinett; (4) base stud; (5) problemer feste etappe støtte vedlegg (Figur 3); (6) base. og (7,8) stang, og ermet feste en av fem utskiftbare sylindere (figur 2). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: Side-visning av en buet grunnmodulen. Hver av de fem modulene har en total høyde 63 mm og en unik radius kurveradiusen, som modulerer vanskelighetene med å opprettholde balansen på sittende overflaten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: oppbygning av Ben støtte vedlegget. Benstøtte, bestående av et knirkefritt, klemme og torget etterbehandling plugg, er 600 mm lang og kan fjernes under transport av enheten eller tillate brukeren å svinge beina fritt under balanse trening. For detaljerte del dimensjoner, kan du se utfyllende filer 1 (tegninger) og 2 (3D solid modeller). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: en vibrotactile tilbakemelding enhet for sittende balanse vurdering og opplæring. (A) oppbygning av enhetens vedlegg. Komponentene vist her er: (1) base, chassis og lokk; (2) stål ekstrudering for fotstøtte vedlegg; (3) to Sjakkelbolter å sikre fotstøtten; (4) fotstøtte feste justerbar høyde; og (5) en av fem buet base moduler. Disse komponentene kan deles for å lette transport og lagring. For detaljerte del dimensjoner, kan du se utfyllende filer 1 (tegninger) og 2 (3D solid modeller). (B) ovenfra fotografi av enheten. Lokket er fjernet for å avsløre elektronisk instrumentering, inkludert: en treghet målenheten av en egendefinert-trykt kabinett (midten); en microcontroller bord med USB-tilkobling (venstre); åtte elektronisk vibratorer i egendefinert-trykt vedlegg (midten regionen). og en stål bar (øverst) til motvekt fotstøtten dette tallet har blitt endret fra Williams et al. 18 . Publiseres med tillatelse fra ASME, fra "Design og evaluering av en instrumenterte vingle styret for vurdering og trening dynamisk sitter balanse" i Journal of biomekaniske Engineering, AD Williams, QA Boser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, April 2018; tillatelse gjennom Copyright klaring senter, Inc. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: todelt montering kabinett for vibrerende tactors. 4 mm hull i tactor kabinett (øverst) montert løst på 3 mm finne pin i montering plattformen (nederst) å minimalisere vibrasjon dempe. For detaljerte del dimensjoner, kan du se utfyllende filer 1 (tegninger) og 2 (3D solid modeller). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6: brukergrensesnitt. Dette grensesnittet kan brukerne velge vibrotactile tilbakemeldinger terskler og hente data. Lengde og retning av vektoren på grafen er proporsjonal med kinematikken av enheten. Rektangelet gjenspeiler AP og ML grensene for tilbakemelding. Dette tallet har blitt endret fra Williams et al. 18 . Publiseres med tillatelse fra ASME, fra "Design og evaluering av en instrumenterte vingle styret for vurdering og trening dynamisk sitter balanse" i Journal of biomekaniske Engineering, AD Williams, QA Boser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, April 2018; tillatelse gjennom Copyright klaring senter, Inc. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7: resultatene av oppgaven manipulasjon i gang-domene. Endring i gang-domene posturographic tiltak når deltakerne lukker øynene og samtidig bytte til en mer stabil base (middelverdi og standardavvik; stjerne representerer betydelig endring etter F-test α = 0,05). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8: resultatene av oppgaven manipulasjon i frekvens domene. Endring i frekvens-domene posturographic tiltak når deltakerne lukker øynene og samtidig bytte til en mer stabil base (middelverdi og standardavvik, stjerner representerer betydelig endring etter F-test α = 0,05). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 9: resultatene av vibrotactile tilbakemeldinger tid domenet. Endring i gang-domene posturographic tiltak når deltakerne får prestasjonsbasert vibrotactile tilbakemelding (middelverdi og standardavvik; ingen endringer er statistisk signifikant etter F-test α = 0,05). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 10: resultatene av vibrotactile tilbakemeldinger i frekvens domene. Endre i frekvens-domene posturographic tiltak når deltakerne får prestasjonsbasert vibrotactile tilbakemelding (middelverdi og standardavvik; stjerne representerer betydelig endring etter F-test α = 0,05). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Kurveradiusen (cm) | ||
| Mest stabil | 25 | Mindre vanskelig å balansere |
| 20 | ||
| 15 | ||
| 13 | ||
| Minst stabile | 11 | Vanskeligere å balansere |
Tabell 1: geometriske egenskapene til utskiftbare baser. Den totale høyden til hver grunnmodulen er 63 mm; Dermed er en base med en mindre radius kurveradiusen, knyttet til enheten mindre stabile enn en base med en større radius av forskjellig type.
| Posturographic mål | Tilt retning | Eksperimentell tilstand | |||
| Øynene åpne | Øynene lukket | ||||
| Svært ustabil overflate | Mildt ustabil overflate | ||||
| Vibrasjon | Vibrasjon | Vibrasjon | Vibrasjon | ||
| Av | På | Av | På | ||
| Root-betyr-torget | Antero-Posterior | 1.60 | 1.62 | 2.01 | 1,70 |
| [grader] | Medio-Lateral | 1,53 | 1,61 | 1.80 | 1.74 |
| Mener hastighet | Antero-Posterior | 2,75 | 3.01 | 2,85 | 2.94 |
| [grader/s] | Medio-Lateral | 3.04 | 3.14 | 3.38 | 3.44 |
| Centroidal frekvens | Antero-Posterior | 0.418 | 0.449 | 0.370 | 0.423 |
| [Hz] | Medio-Lateral | 0.462 | 0.467 | 0.465 | 0.471 |
| Frekvens dispersjon | Antero-Posterior | 0.659 | 0.654 | 0.685 | 0.661 |
| [-] | Medio-Lateral | 0.651 | 0.651 | 0.662 | 0.669 |
Tabell 2: resultater av balanse og tilbakemelding. Sammendrag måler avledet fra AP og ML vippes løpet av ustabile sittende prøvelser. Støtte overflaten stabilitet pluss øyelidelse samt vibrasjonsnivå er manipulert variabler. Gjennomsnittlig tiltak ble beregnet over alle deltakere.
Supplerende filen 1: Klikk her for å laste ned denne filen.
Supplerende filen 2: Klikk her for å laste ned denne filen.
Supplerende filen 3: Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoder for å konstruere en bærbar, instrumenterte, sittende enhet presenteres. Enheten er bærbar og holdbar, bygger på tidligere studier av vingle stoler2,4 og vibrasjonsmedisin tilbakemelding5,6,7 for å gjøre nytte av disse verktøyene kraftigere og mer tilgjengelig . Følg montering protokollen i revers å klargjøre enheten for transport eller lagring. Den balanse vanskelighetsgraden kan være modulert ved baser med forskjellige curvatures. Utvalget vanskelighetsgrader aktivitet er avgjørende; brukere bør være ustabil for å lette aktiv opplæring uten å risikere skader.
Sanntid observasjon og justering av innebygde instrumenter er avhengig av seriell kommunikasjon mellom microcontroller og brukergrensesnittet. dysfunksjon av enheten krever både programvare og maskinvare feilsøking. Kontroller at alle Hardwarekoblinger er sikker. Overvåke den serielle produksjonen av mikrokontrolleren for uventede byte. Sonde bruker grensesnittprogrammet for feil. Hvis et problem vedvarer, kontakt en erfaren Mekatronikk designer.
Balanse ferdigheter er preget av posturographic tiltak fra Kinematisk observasjoner av sittende overflaten. Alternativt, observere midten av press på en force plate, som korrelerer med overflaten tilt vinkel2, men krever ekstra utstyr. Posturographic tiltak har varierende pålitelighet mellom økter2 og varierende følsomheten å balansere forbedring eller lidelse19. Root-betyr-torget, mener hastighet, centroidal hyppighet og frekvens dispersjon er vanlig posturographic tiltak som ble observert for å være lineært uavhengig av hverandre. Vurder å endre signal analyse protokollen for å håndtere bestemt vurdering mål.
Enheten leverer vibrotactile stimuli til setet i samsvar med balanse oppgave ytelse. Den optimale konfigurasjonen haptisk tilbakemelding kontroll er gjenstand for kontinuerlig studere og et viktig skritt i denne protokollen, som enkelte tilbakemelding strategier kan forringe motor læring20. Eksisterende vibrotactile tilbakemelding metoder er bevist for å forbedre stående balanse funksjon og mange andre finmotoriske oppgaver6,7. Sete-innebygd tactors gjør vibrotactile feedback teknikk tilgjengelig for sittende balanse paradigmer. Fremtidige programmer inneholder sport trening, romlig orientering trening, virtuelle eller utvidet virkelighet gaming, vurdering av balanse ferdigheter, forskning balanse lidelser, og rehabilitering etter skjelettlidelser, muskel- eller nevrologiske skader.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne ikke avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne bekrefter design innsatsen til studentene Animesh Singh Kumawat, Kshitij Agarwal, Quinn Boser, Benjamin Cheung, Caroline Collins, Sarah Lojczyc, Derek Schlenker, Katherine Schoepp og Arthur Zielinski. Denne studien var delvis finansiert gjennom oppdagelsen stipend fra naturvitenskap og 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).
