Summary
En siddende platform er udviklet og samlet som passivt destabiliserer siddestilling hos mennesker. Under brugerens stabiliserende opgave, en inertial måleenhed registrerer enhedens bevægelse og vibrerende elementer levere performance-baserede feedback til sædet. Den bærbare, alsidige enhed kan bruges i rehabilitering, vurdering og uddannelse paradigmer.
Abstract
Postural perturbationer, bevægelsessporing og sensoriske feedback er moderne teknikker, der anvendes til at udfordre, vurdere og træne opretstående sidder, henholdsvis. Målet med den udviklede protokol er at opføre og drive en siddende platform, der kan være passivt destabiliseret, mens en inertial måleenhed kvantificerer officio og vibrerende elementer levere taktik tilbagemelding til brugeren. Udskiftelige sæde vedhæftede filer ændre niveauet stabilitet til enheden for at sikkert udfordring siddende balance. En indbygget mikrokontroller giver mulighed for finjustering af parametrene feedback til at forøge sensorisk funktion. Posturographic foranstaltninger, typisk saldoen vurdering protokoller, opsummere bevægelse signaler erhvervet under timet balance forsøg. Ingen dynamiske møde protokol til dato giver variabel udfordring, kvantificering og sensoriske feedback gratis laboratorium begrænsninger. Vores resultater viser, at ikke-handicappede brugere af enhed udviser betydelige ændringer i posturographic foranstaltninger når balance besvær ændres eller vibrationelle feedback leveres. Den bærbare, alsidige enhed har potentielle anvendelsesmuligheder i rehabilitering (efter skelet, muskulær eller Neurologiske skader), uddannelse (for sport eller rumlige bevidsthed), underholdning (via virtuelle eller augmented reality) og forskning (af mødet-relaterede lidelser).
Introduction
Opretstående mødet er en forudsætning for andre menneskelige sensorimotor funktioner, herunder faglærte bevægelser (f.eks., at skrive) og desorienterede balance opgaver (f.eks., ridning på toget). For at rehabilitere og forbedre sidde- og relaterede funktioner, moderne balance uddannelse teknikker er brugt: ustabil overflader forurolige møde1,2 og bevægelsessporing kvantificerer balance færdigheder3,4 . Balance træning resultater forbedre når vibrationer er leveret til kroppen ved hjælp af mønstre, der passer til performance5. Sådanne sensoriske feedback er åbenbart effektiv som en rehabilitering og træningsmetode; endnu, nuværende sensoriske feedback metoder er gearet til stående balance og kræver laboratorium-baseret udstyr6,7.
Formålet med den præsenteres her er at bygge en bærbar enhed, der kan være sad på og passivt destabiliseret til forskellige grader mens indbygget instrumenter optage sin position og levere vibrationelle feedback til mødet overflade. Denne kombination af funktioner integrerer tidligere arbejde på wobble stole2,4 og vibrationelle feedback5,6,7, at fordelene ved disse værktøjer, mere kraftfulde og tilgængelig. Også præsenteret er en procedure til at træne opretstående sidder og en analyse af de kvantitative resultater, efter den etablerede litteratur om posturographic foranstaltninger8. Disse metoder er hensigtsmæssige for at studere virkningerne af siddende balance træning med en ustabil overfladen når de kombineres med vibrationelle feedback. Forventede anvendelser omfatter Sport uddannelse, generel forbedring af motor koordinering, vurdering af balance færdigheder og rehabilitering efter skelet, muskulær eller Neurologiske skader.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle metoder beskrevet her er godkendt af Sundhedsstyrelsen forskning etik af University of Alberta.
1. konstruktion og montering af strukturelle komponenter
- Konstruere en vedhæftet fil grænseflade for udskiftelige halvkugleformet baser: svejse en base møtrik til en stål svejsning plade.
- Bruge en computerstyret numerisk (CNC) formaling maskine til at konstruere en cylindrisk chassis, låg og base fra polyethylen som vist i figur 1. Bolt bundpladen til basen og base på chassiset.
NOTE: Funktionerne mill for fastgørelse af bolte og andre dele ifølge de tegningsfiler og 3D solid model filer betingelse (Se supplerende filer 1 og 2). Alle strukturelle komponenter har en tilsvarende solid model og tegning, der er tilgængelige for download og kan bruges til at replikere byggeprocessen. - Bruge en formaling maskine til at konstruere en cylindrisk polyvinylchlorid ærme, der passer på en gevind stang, som vist i figur 1. Gøre ærme 37 mm lang, med en ydre diameter på 32 mm.
- Svejse stål flanger til hver side af en stål hitch, som vist i figur 1. Bolt hitch til forreste del af bunden.
- Bruge en CNC drejebænk til at konstruere 5 identiske cylindre fra polyethylen, hver med en højde på 63 mm og en diameter på 152 mm. I midten af oversiden af hver cylinder, skåret en 32 mm hul til en dybde af 38 mm så det passer det cylindriske ærmet (Se trin 1.3. ovenstående) med nogle indblanding.
- På bunden overfladen af hver cylinder, skal du bruge en CNC dreje maskinen til at skære en ensartet buet base med en unik krumningsradius for hver af de 5 flasker, opretholde den samlede højde af 63 mm, som vist i figur 2.
Bemærk: Krumningsradius og højden af bunden bestemmer stabilitet af enheden. De foreslåede krumningsradierne for denne højde er mellem 110 mm (meget ustabil) og 250 mm (lidt ustabil), som vist i tabel 1. - Konstruere en ben støtte vedhæftet fil som vist i figur 3, af første svejsning en 70 mm stål hitch indsætte vinkelret til den ene ende af en 575 mm stål ekstrudering. I anden enden, klemme en 300 mm cylindriske stål fodstøtte til ekstrudering.
Bemærk: For detaljeret del dimensioner, se supplerende fil 1 (tegninger) og supplerende fil 2 (3D solid modeller). - Brug en Båndsavens til at skære en rektangulær stål bar (29 mm af 100 mm) til en længde på ca. 160 mm, så det vejer 3,6 kg. Indsæt den stål bar på bagsiden af kabinettet til at opveje den ben støtte vedhæftede fil, som vist i figur 1.
- Samle enheden, som vist i figur 4. Tilslut benstøtte ved at indsætte gaffelbolt pins gennem hitch og hitch Indsæt. Justere placeringen af klemme til den ønskede mund resten højde. Tråd stangen i den base stud, således at cirka 35 mm af stangen stikker fra bunden. Sæt den fremspringende stangen i den ønskede buet base.
- Anvende griptape eller en anden egnet betræk til låget. Sætte på låget.
2. instrumentering enheden
- Erhverve en microcontroller (Se Tabel af materialer), en inertial måleenhed og otte vibrerende tactors. Tilslut inertial måling enhed og vibrerende tactors til mikrokontroller.
- Programmet mikrokontroller baseret så det lyder antero-posterior (AP) og medio-lateral (ML) tilt vinkler fra inertial måleenhed og slår den vibrerende tactors til og fra på tilt vinkler. Se supplerende fil 3 (eksemplarisk microcontroller script) og trin 2.2.1.
Bemærk: Inertial måleenheder, der udnytter accelerometre og gyroskoper er udsat for fejl. Udføre en positionel kalibrering af sensorer: hvile enheden på en plan overflade og bruge denne position som en baseline for alle følgende målinger. Brug en motion capture system eller lignende tilgang til at validere tilt vinkel målinger og sikre, at de er tilstrækkeligt nøjagtige i hele det forventede interval af brug (rumlige og tidsmæssige). Sikre de vibrerende tactors operere ved en frekvens på ikke mere end 200 Hz for at fremkalde en én til én-svar af sensoriske receptorer i huden eller muskel9.- Upload scriptet microcontroller, der genererer vibrotactile signaler baseret på en feedback kontrolsignal, der repræsenterer en vægtet sum af AP (eller ML) tilt vinkel og hastighed.
Bemærk: Computeren aktiveres tre tactors tættest til venstre, højre, fronten eller bagsiden af overfladen, når styresignalet overstiger en tærskel i retningen; eller fem tactors hvis en AP og ML tærskel er overgået samtidigt; ingen af tactors er aktiv, når styresignalet er under grænse i begge retninger (dvs. i zonen no-feedback).
- Upload scriptet microcontroller, der genererer vibrotactile signaler baseret på en feedback kontrolsignal, der repræsenterer en vægtet sum af AP (eller ML) tilt vinkel og hastighed.
- Sikre inertial måleenheden i midten af kabinettet. Arrangere den vibrerende tactors på en regelmæssig ottekant med en radius på 10 cm, centreret 8 cm forreste i midten af chassiset, således at de vil ligge under sædet på en gennemsnitlig størrelse person10. Et fotografi af en potentiel arrangement er vist i figur 4.
Bemærk: Hvis de vibrerende tactors ikke er kraftig nok til at vibrere brugeren, forbedre grænsefladen mellem tactor og huden ved at skære huller i låget og fikserer Vibratorer til hvile flugter med overfladen. Hvis metoden anvendes til sikring af vibratorer i sted forårsager dæmpning af vibrationer, overveje at bruge en to-delt montering kabinet med en løs pasform lokalisering pin, som vist i figur 5. - Tilslut microcontroller til en laptop eller desktop computer via en universal serial bus (USB) eller andre egnede kommunikationsmetode. Åbn brugergrænseflade, vist i figur 6.
Bemærk: Tilslut alternativt mikrokontroller til et batteri eller andre strømkilde. Dette forbedrer portabilitet af enheden, men udelukker en brugergrænseflade.
3. eksemplarisk vurdering og uddannelse protokollen
- Rekruttere samtykkende deltagere, som er fri for neurologiske eller muskuloskeletale lidelser og akut eller kroniske rygsmerter. Registrere hver deltagers alder, vægt og højde. Derefter, for hver deltager, udføre følgende procedure.
- Åbne brugergrænsefladen (figur 6). Kompas grafen viser enhedens tilt vinkel plus halv dets tilt hastighed i AP retning (lodret akse) og ML retning (vandrette akse).
- Før hver balance retssag, pålægge deltageren til don Larmen-Aflyser Hovedtelefon, fold hans eller hendes arme over brystet, opretholde en oprejst kropsholdning så meget som muligt, og verbalt cue eksperimentatoren at være klar.
- Udføre tyve 30 sekund siddende balance forsøg i serie11, at tage pauser som berettiget til at undgå træthed, stoppe når som helst, hvis det er nødvendigt.
- Sekvens forsøg som følger (kun eksempel): tilfældigt vælge en af to "base stabilitet niveau/øje betingelse" kombinationer, herefter kaldet balance betingelser (vanskeligere base og øjne åbne; eller mindre vanskelig base og lukkede øjne)12. Udføre fire forsøg med den første balance betingelse at stifte deltageren med opgaven og at identificere passende kontrol signal tærskler for den vibrerende tactors i sædet (Se trin 3.4.5 nedenfor).
Bemærk: Det er vanskeligere at opretholde balance på en base med en lille krumningsradius end på en base med en stor krumningsradius (tabel 1 viser den relative stabilitet i alle fem udskiftelige baser). Fire forsøg har vist sig for at være tilstrækkelig til at opnå en stabil ydelse af balance opgave2. - Tilfældigt vælge tre af de næste seks forsøg skal kontrol forsøg: Sluk den vibrerende tactors for varigheden af disse forsøg. For at slå den vibrationelle feedback til eller fra, slå Feedback skyderen til den ønskede indstilling i brugergrænsefladen. Gentag denne sekvens af ti forsøg for den anden balance betingelse.
- Mærke den aktuelle vanskeligheder og øje betingelse ved at vælge fra drop-down menuer i afsnittet Retssag parametre i brugergrænsefladen. Klik på Record for at starte forsøget.
Bemærk: Deltagernes sikkerhed er altafgørende. Eksperimentatoren bør overvåge alle balance aktiviteter og være parat til at hjælpe i tilfælde af balance tab. Rydde området for alle potentielle farer og være opmærksom på lokale nødsituationer protokoller. - Forsøg med åbne øjne, instruere deltager til at fokusere på et fast punkt ligeud til at hjælpe med at opretholde balancen. For forsøg med lukkede øjne, skal du bruge en blindfold for at sikre at deltageren helt er berøvet visuel feedback.
Bemærk: For balance paradigmer hvor bevægelse i fødderne bør begrænses, vedhæfte fodstøtte og indsætte modvægt under låget. - En algoritme beregner som AP og ML feedback tærskler bruge og viser dem i kolonnen Q3 i brugergrænsefladen. Efter fire fortrolighed forsøg, kopiere Værdierne vist i kolonnen Q3 i kolonnen skrive , og klik derefter på Opdater for at opdatere de feedback tærskler vist på kompas grafen (pink) baseret på den fjerde fortrolighed retssag.
Bemærk: De beregnede tærskelværdier vises i kolonnen Q3 i grænsefladen er lig med den tredje kvartil for hver tilt retning (AP, ML) under den foregående retssagen. Denne feedback ordning er baseret på princippet om, at balancen funktion er forbedret, når feedback er optimeret til hver enkelte13,14, samtidigt med at sørger for meget feedback kan skade lære15. To tærskelværdierne er blevet udvalgt til en given person, kan blive holdt konstant for enkelt at vurdere forbedringer over tid eller med en intervention.
- Sekvens forsøg som følger (kun eksempel): tilfældigt vælge en af to "base stabilitet niveau/øje betingelse" kombinationer, herefter kaldet balance betingelser (vanskeligere base og øjne åbne; eller mindre vanskelig base og lukkede øjne)12. Udføre fire forsøg med den første balance betingelse at stifte deltageren med opgaven og at identificere passende kontrol signal tærskler for den vibrerende tactors i sædet (Se trin 3.4.5 nedenfor).
- Som AP og ML tilt vinkler er automatisk gemt, i realtid, i en tekstfil til analyse, analysere AP og ML signalerne til at karakterisere mødet ydeevne for hver af de eksperimentelle betingelser.
- I domæne, beregne følgende posturographic foranstaltninger fra hver gang serie8: root-mean-square (et mål for afvigelsen i forslaget) og den gennemsnitlige hastighed (et mål for den gennemsnitlige kantede hastighed i forslaget).
- I frekvens domæne, beregne følgende posturographic foranstaltninger fra hver gang serie8: centroidal frekvens (et mål for forslagets overordnede frekvens) og frekvens dispersion (et mål for afvigelsen i motion's frekvens)8 .
- Bruge en lineær blandet model til at vurdere og karakterisere virkningerne af to faste effekter faktorer, (1) balance tilstand (stabilitet niveau og øje tilstand kombineret) og (2) vibrotactile feedback, på hver af de posturographic foranstaltninger (afhængige variable), overvejer sammenhængen af gentagne målinger fra hver deltager16 (en random-effects faktor).
- Test for betydningen af de faste virkninger af computing forholdet mellem afvigelsen mellem gruppe betyder at variansen af residualerne, og sammenligne resultatet til en F-fordeling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tabel 2 viser, for hver eksperimentelle tilstand, de posturographic foranstaltninger, der er afledt af observationer af de AP og ML støtte overflade hælder, gennemsnit over 144 balance forsøg udført af 12 deltagere (2 x 2 x 3 forsøg pr. deltager).
Effekten af at ændre betingelsen Balance: Den base tilstand blev valgt til at være afhængige af øjenlidelse (dvs. når øjnene var lukkede, bunden var mere stabile). Således, den base og øje betingelse sammen blev anset en uafhængig variabel (balance betingelse). Observationer af AP tilt var signifikant forskellig mellem to balance betingelserne for root-mean-square, centroidal hyppighed og frekvens dispersion (ifølge F-test af den anslåede ændring, α = 0,05). Den beregnede ændring i hver af foranstaltningerne (middelværdi og standardafvigelse) er vist i figur 7 og figur 8. Overensstemmelse med andre rapporter, disse posturographic foranstaltninger kan diskriminere mellem balance opgaver4.
Effekten af at ændre betingelsen Feedback: Under forsøg da vibrotactile feedback-system var aktive, centroidal hyppigheden af AP tilt observationer var betydeligt højere end under kontrol forsøg (ifølge F-test af den anslåede ændring, α = 0,05). Den beregnede ændring i hver af de posturographic foranstaltninger (middelværdi og standardafvigelse) er vist i figur 9 og figur 10. Overensstemmelse med andre betænkninger, denne vibrotactile feedback protokol har en målbar effekt på balance ydeevne17.
Figur 1: sprængskitse forsamlingsfrihed chassis. Strukturelle komponenter omfatter: (1) låg; (2) modvægt; (3) cylindrisk kabinet; (4) base stud; (5) hitch til fastgørelse af ben støtte vedhæftet fil (figur 3); (6) base; og (7,8) stang, og ærme for udlæg i en af fem udskiftelige cylindre (figur 2). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: sideudsigt over en buet base modul. Hver af de fem moduler har en totalhøjde på 63 mm og en unik krumningsradius, som modulerer svært ved at opretholde balance på mødet overflade. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: sprængskitse af ben støtte vedhæftede. Benstøtte, bestående af en hitch, klemme og pladsen efterbehandling plug, er 600 mm lang og kan blive fjernet under transporten af enheden eller til at tillade brugeren at svinge benene frit under balance træning. For detaljerede del dimensioner, se supplerende filer 1 (tegninger) og 2 (3D solid modeller). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: en vibrotactile feedback enhed for siddende balance vurdering og træning. (A) sprængskitse af enhedens vedhæftede filer. De komponenter, der vises her, er: (1) base, chassis og låg; (2) stål ekstrudering for fodstøtte attachment; (3) to gaffelbolt stifter at sikre fodstøtte; (4) fodstøtte udlæg i justerbar højde; og (5) en af de fem buede basismoduler. Disse komponenter kan adskilles for at lette transport eller opbevaring. For detaljerede del dimensioner, se supplerende filer 1 (tegninger) og 2 (3D solid modeller). (B) Top view fotografi af enheden. Låget er blevet fjernet for at afsløre elektroniske instrumenter, herunder: en inertial måleenhed til huse ved en brugerdefineret trykt kabinet (centrum); en microcontroller bord med universal serial busforbindelse (venstre); otte elektroniske vibratorer afholdt i brugerdefinerede trykt kabinetter (midten region); og en stål bar (top) til at opveje fodstøtten denne figur er blevet ændret fra Williams et al. 18 . Genudgives med tilladelse af ASME, fra "Design og evaluering af en instrumenteret Wobble bestyrelsen for vurdering og uddannelse dynamisk siddende Balance" i Journal of biomekaniske Engineering, AD Williams, QA Boser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, April 2018; tilladelse formidles gennem Copyright Clearance Center, Inc. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: to-delt montering skabet for vibrerende tactors. 4 mm hul i tactor kabinet (top) monteret løst på en 3 mm lokalisering pin i montering platform (nederst) til at minimere vibrationer dæmpning. For detaljerede del dimensioner, se supplerende filer 1 (tegninger) og 2 (3D solid modeller). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: brugergrænsefladen. Denne brugergrænseflade tillader brugerne at vælge vibrotactile feedback tærskler og erhverve data. Længde og retning af vektor på grafen er proportional med kinematik af enheden. Rektanglet afspejler AP og ML tærsklerne for feedback. Dette tal er blevet ændret fra Williams et al. 18 . Genudgives med tilladelse af ASME, fra "Design og evaluering af en instrumenteret Wobble bestyrelsen for vurdering og uddannelse dynamisk siddende Balance" i Journal of biomekaniske Engineering, AD Williams, QA Boser, AS Kumawat, K Agarwal, H Rouhani, AH Vette, vol. 140, April 2018; tilladelse formidles gennem Copyright Clearance Center, Inc. venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: resultater af opgave manipulation i tid-domæne. Ændring af tid-domæne posturographic foranstaltninger når deltagerne lukke deres øjne og samtidigt Skift til en mere stabil base (middelværdi og standardafvigelse; stjerne repræsenterer betydelig ændring efter F-test, α = 0,05). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8: resultater af opgave manipulation i frekvens domæne. Ændring i frekvens domæne posturographic foranstaltninger når deltagerne lukke deres øjne og samtidigt Skift til en mere stabil base (middelværdi og standard afvigelse; stjerner repræsenterer betydelig ændring efter F-test, α = 0,05). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9: resultaterne af vibrotactile feedback i tid-domæne. Ændring af tid-domæne posturographic foranstaltninger når deltagerne er forsynet med performance-baseret vibrotactile feedback (middelværdi og standardafvigelse; ingen ændringer var statistisk signifikant efter F-test, α = 0,05). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 10: resultaterne af vibrotactile feedback i frekvens domæne. Ændring i frekvens-domæne posturographic foranstaltninger, når deltagerne er forsynet med performance-baseret vibrotactile feedback (middelværdi og standardafvigelse; stjerne repræsenterer betydelig ændring efter F-test, α = 0,05). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Krumningsradius (cm) | ||
| De fleste stabil | 25 | Mindre vanskeligt at afveje |
| 20 | ||
| 15 | ||
| 13 | ||
| Mindst stabile | 11 | Mere vanskeligt at afveje |
Tabel 1: geometriske egenskaber af udskiftelige grundlagene. Den samlede højde på hvert base modul er 63 mm; således, en base med en mindre krumningsradius, når der er knyttet til enheden, er mindre stabil end en base med en større krumningsradius.
| Posturographic foranstaltning | Tilt retning | Eksperimentelle tilstand | |||
| Øjne åbne | Lukkede øjne | ||||
| Meget ustabile overflade | Mildt ustabile overflade | ||||
| Vibration | Vibration | Vibration | Vibration | ||
| Off | På | Off | På | ||
| Root-Mean-Square | Antero-Posterior | 1,60 | 1.62 | 2,01 | 1.70 |
| [grader] | Medio-Lateral | 1,53 | 1,61 | 1,80 | 1,74 |
| Betyde hastighed | Antero-Posterior | 2,75 | 3.01 | 2,85 | 2.94 |
| [grader/s] | Medio-Lateral | 3,04 | 3.14 | 3.38 | 3.44 |
| Centroidal hyppighed | Antero-Posterior | 0.418 | 0.449 | 0.370 | 0.423 |
| [Hz] | Medio-Lateral | 0.462 | 0.467 | 0.465 | 0.471 |
| Frekvens Dispersion | Antero-Posterior | 0.659 | 0.654 | 0.685 | 0.661 |
| [-] | Medio-Lateral | 0.651 | 0.651 | 0.662 | 0.669 |
Tabel 2: resultater af balance og feedback betingelser. Sammenfattende foranstaltninger stammer fra AP og ML vipper under ustabile mødet forsøg. Støtte overflade stabilitet plus øjenlidelse samt vibrationsniveau er de manipulerede variabler. Gennemsnitlige foranstaltninger blev beregnet på tværs af alle deltagere.
Supplerende fil 1: Venligst klik her for at downloade denne fil.
Supplerende fil 2: Venligst klik her for at downloade denne fil.
Supplerende fil 3: Venligst klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Metoder til at konstruere en bærbar, instrumenterede, siddende enhed er præsenteret. Enheden er transportabel og slidstærk, bygning på tidligere undersøgelser af wobble stole2,4 og vibrationelle feedback5,6,7 for at gøre fordelene ved disse værktøjer, mere kraftfulde og tilgængelige . Følg forsamling protokollen i omvendt rækkefølge for at forberede enheden til transport eller opbevaring. Vanskeligheden ved balance opgave kan gradueres ved at knytte baser med forskellige krumninger. Udvælgelsen af opgave vanskeligheder er kritisk. brugere bør blive destabiliseret for at lette aktiv træning uden at risikere skade.
Real-time observation og justering af de indbyggede instrumenter bygger på seriel kommunikation mellem mikrokontroller og brugergrænseflade; dysfunktion af enheden kræver både software og hardware fejlfinding. Sikre, at alle hardware forbindelser er sikre. Overvåge serie produktionen af microcontroller til uventede byte. Sonden bruger interface program for fejl. Hvis en problemet fortsætter, skal du kontakte en erfaren mekatronik designer.
Balance færdigheder er karakteriseret ved posturographic foranstaltninger stammer fra kinematiske observationer af mødet overflade. Alternativt, observere midten af pres på en plade af kraft, som korrelerer med overflade tilt vinkel2, men kræver yderligere udstyr. Posturographic foranstaltninger har varierende pålidelighed mellem sessioner2 og varierende følsomhed at skabe balance mellem forbedring eller lidelse,19. Root-mean-square, gennemsnitlig hastighed, centroidal hyppighed og frekvens spredning er fælles posturographic foranstaltninger, der blev observeret for at være lineært uafhængigt af hinanden. Overvej at ændre signal analyse protokol for at løse særlige vurdering mål.
Enheden leverer vibrotactile stimuli til sæde i overensstemmelse med balance opgave ydeevne. Den optimale konfiguration af haptisk feedback kontrol er genstand for kontinuerlig undersøgelse og et afgørende skridt i denne protokol, som visse feedback strategier kan forringe motoriske læring20. Eksisterende vibrotactile feedback metoder har vist sig for at forbedre stående balance funktion og mange andre motoriske opgaver6,7. Sæde-embedded tactors stille vibrotactile feedback teknik for siddende balance paradigmer. Fremtidige ansøgninger kan omfatte sport uddannelse, rumlig orientering uddannelse, virtuelle eller augmented reality gaming, vurdering af balance færdigheder, forskning balance sygdomme og rehabilitering efter skelet, muskulær eller Neurologiske skader.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at oplyse.
Acknowledgments
Forfatterne anerkende bachelorstuderende normas Singh Kumawat, Kshitij Agarwal, Quinn Boser, Benjamin Cheung, Caroline Collins, Sarah Lojczyc, Derek Schlenker, Katherine Schoepp og Arthur Zielinski design indsats. Denne undersøgelse var delvist finansieret gennem en opdagelse tilskud fra naturvidenskab 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).
