Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

מכשיר Vibrotactile משוב הערכת האיזון ישובים והדרכה

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

פלטפורמה ישיבה פותחה, התאספו זה פסיבי שיערער את תנוחת הישיבה בבני אדם. במהלך הפעילות המייצב של המשתמש, יחידת מדידה אינרציאלית רשומות התנועה של המכשיר, אלמנטים רוטטת לספק משוב מבוסס ביצועים למושב. להתקן נייד, רב-תכליתי עשוי לשמש שיקום, הערכת הדרכה פרדיגמות.

Abstract

לפליטת בתנוחה, ההצעה מעקב משוב חושית הן טכניקות מודרניות נהגו לאתגר, להעריך, הרכבת יושב זקוף, בהתאמה. המטרה של פרוטוקול מפותחת היא על בניית פלטפורמה ישיבה זה יכול להיות פסיבי destabilized יחידת מדידה אינרציאלית מכמתת את עלייתה ואילו אלמנטים רוטטת לספק משוב משושי למשתמש. מושב להחלפה מצורפים לשנות את רמת היציבות של ההתקן בבטחה אתגר יושב איזון. מיקרו מובנה מאפשרת כוונון הפרמטרים משוב להעצמת תפקוד חושי. אמצעים posturographic, טיפוסי של איזון הערכת פרוטוקולים, מסכמים את האותות תנועה שנרכש במהלך ניסויים איזון מתוזמן. אין פרוטוקול ישיבה דינאמית לתאריך מספק אתגר משתנה, כימות, ללא אילוצים מעבדה חושית משוב. התוצאות שלנו להפגין שכל משתמש שאינו-לא זמין התקן התערוכה שינויים משמעותיים posturographic אמצעים בעת איזון קושי משתנה או הרטט משוב מסופק. להתקן נייד, תכליתי יש יישומים פוטנציאליים שיקום (בעקבות פגיעה השלד, שרירים או נוירולוגיות), אימון (עבור ספורט או מודעות מרחבית), בידור (via וירטואלי או augmented reality) ומחקר (של הקשורות ישיבה הפרעות).

Introduction

ישיבה זקופה היא תנאי הכרחי עבור פונקציות sensorimotor אנושיות אחרות, כולל תנועות מיומן (למשלהקלדה) והביכה איזון פעילויות (למשל, שנסע ברכבת). כדי לשקם ולשפר את פונקציות הקשורות לשבת, טכניקות אימון איזון מודרני משמשים: משטחים לא יציבים perturb ישיבה1,2 , ההצעה מעקב מכמתת את האיזון-מיומנות-3,-4 . תוצאות האימון איזון לשפר כאשר רטט מועבר אל הגוף באמצעות תבניות תואמות ביצועים5. משוב חושית יעילה ככל הנראה השיקום, שיטת האימון; ובכל זאת, משוב חושית שיטות מכוונות כלפי עומד האיזון ודורשים מבוסס המעבדה ציוד6,7.

מטרת העבודה המוצגת כאן היא לבנות מכשיר נייד שניתן ישבה על או פסיבי גרם אולי לפגיעה ביציבות למעלות שונים בעוד מכשירים מובנה להקליט את מעמדה ולספק משוב הרטט למשטח ישיבה. השילוב של כלים משלב עבודה קודמות על התנודדות כיסאות2,4 , משוב הרטט5,6,7, הפיכת היתרונות של כלים אלה עוצמה ונגיש יותר. הציגו גם הם הליך לאמן ישיבה זקופה, ניתוח של התוצאות כמותית, בעקבות הספרות הוקמה על אמצעים posturographic8. שיטות אלה מתאימים ללמוד את השפעות יושב איזון התרגיל עם משטח לא יציב בשילוב עם משוב הרטט. יישומים הצפויה כוללים ספורט אימון, שיפור כללי של קואורדינציה, הערכת הפגיעה איזון מיומנות, ובעקבות שיקום השלד, שרירים, או. נוירולוגיות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי ועדת בריאות מחקר אתיקה באוניברסיטת אלברטה.

1. בנייה והרכבה של רכיבים מבניים

  1. לבנות ממשק מצורף עבור בסיסים המיספרי להחלפה: לרתך אגוז הבסיס צלחת לרתך פלדה.
  2. להשתמש במחשב מספריים מבוקר (CNC) לטחינת מכונה לבנות מארז גלילי, מכסה, ובסיס מפוליאתילן כמוצג באיור1. בולט הבסיס על הבסיס ובסיס לתושבת.
    הערה: התכונות מיל עבור החזקה של ברגים וחלקים אחרים לפי הקבצים הציור וכן שלושה ממדי הדגם בתנאי (ראה הקבצים המשלימים 1 ו- 2). כל הרכיבים המבניים דגם אחיד המתאים ויש ציור הזמינים להורדה והוא יכול לשמש כדי לשכפל את תהליך הבניה.
  3. השתמש במכונת הטחינה לבנות שרוול של גלילי פוליוויניל כלוריד על גבי מוט הברגה, כפי שמוצג באיור1. להפוך את השרוול 37 מ מ אורך, עם הקוטר החיצוני של 32 מ מ.
  4. לרתך פלנצים פלדה מכל צד של תקלות פלדה, כפי שמוצג באיור1. בולט הבעיה לחזית של הבסיס.
  5. השתמש במכונת CNC מפנה לבנות 5 זהות צילינדרים מפוליאתילן, כל אחד עם גובה של 63 מ מ קוטר של 152 מ מ. במרכז המשטח העליון של כל גליל, לחתוך חור 32 מ מ עומק 38 מ מ כך שהוא יתאים את השרוול גלילי (לראות צעד 1.3. מעל) עם יש הפרעות.
  6. על המשטח התחתון של כל גליל, השימוש של CNC הפעלת מכונת לחתוך בסיס מעוקל בצורה אחידה עם רדיוס ייחודי של עקמומיות לכל אחד 5 צילינדרים, שמירה על הגובה הכולל של 63 מ מ, כפי שמוצג באיור2.
    הערה: את רדיוס עקמומיות וגובה של הבסיס לקבוע את היציבות של המכשיר. רדיוס המוצע של עקמומיות עבור הגובה הזה הם בין 110 מ מ (מאוד לא יציב) 250 מ מ (מעט לא יציב), כפי שמוצג בטבלה 1.
  7. בניית קובץ מצורף תמיכה רגל כמוצג באיור 3, על ידי הראשון ריתוך 70 מ"מ פלדה בטרמפים הכנס בניצב בקצה אחד של הבלטה 575 מ מ פלדה. בקצה השני, מלחציים הדום גלילי 300 מ"מ פלדה כדי ההבלטה.
    הערה: עבור מידות החלק מפורט, ראה קובץ משלים 1 (ציורים) וקובץ משלים 2 (דגמי תלת-ממד מלא).
  8. השתמש חבל מאד, מסור לחתוך פלדה מלבני בר (29 מ"מ על ידי 100 מ מ) באורך של-160 מ מ כך זה שוקל 3.6 ק ג. להוסיף את סרגל פלדה שבגב התושבת לאזן את הקובץ המצורף תמיכה רגל, כפי שמוצג באיור1.
  9. להרכיב את המכשיר כפי שמוצג באיור4. לחבר את התמיכה הרגל על-ידי הוספת סיכות הקרס דרך הבעיה ותצמיד הוספה. להתאים את המיקום של המלחציים לגובה שאר רגל הרצוי. שרשור המוט לתוך הבסיס הרבעה כך כ- 35 מ מ של המוט המגיחה מתוך הבסיס.  הכנס את המוט בולט לתוך הבסיס המעוגל הרצוי.
  10. להחיל המכסה אחיזה קלטת או ריפוד מתאים אחר. שים את המכסה.

2. instrumenting את המכשיר

  1. רוכשים של מיקרו-בקר (ראה את הטבלה של חומרים), יחידת מדידה אינרציאלית, שמונה tactors רוטטת. לחבר את המדידה אינרציאלית יחידה, רוטטת tactors מיקרו-בקר.
  2. התוכנית מיקרו-בקר כך כתוב גישה antero-אחוריים (AP) ו הטיה (ML) medio-לרוחב זוויות של יחידת המידה אינרציאלית והופך את tactors רוטטת או ביטול בהתאם הזוויות הטיה. ראה קובץ משלים 3 (מיקרו למופת סקריפט) , וצעד 2.2.1
    הערה: יחידות מידה אינרציאלית לנצל תאוצה, סביבון נוטים שגיאה. לבצע כיול לפי מיקום של החיישן: להניח את המכשיר על משטח רמת ולהשתמש עמדה זו כמו תוכנית בסיסית עבור כל המדידות הבאות. השתמש מערכת לכידת תנועה או גישה דומה לאמת את המידות זווית הטיה ולהבטיח כי הם מדויקים דיים לאורך כל הטווח הצפוי של שימוש (המרחבי ואת זמני). להבטיח ש-tactors רוטטת לפעול בתדר של לא יותר מ- 200 הרץ, כדי לגרום לתגובה של אחד לאחד של קולטני חישה עור אנושי או שריר9.
    1. להעלות את התסריט מיקרו-בקר מחולל רמזים vibrotactile מבוסס על אות בקרת משוב המייצג סכום משוקלל של זווית הטיה AP (או מ"ל) והמהירות.
      הערה: המחשב מפעיל שלושה tactors הכי קרוב לחזית ימינה, שמאלה, או האחורי של פני השטח כאשר האות שליטה חורג סף בכיוון הזה; או tactors 5 אם סף AP, ML הם עלתה בו זמנית. אף אחד tactors פעילים כאשר האות שליטה הוא מתחת לסף בשני הכיוונים (קרי, באזור לא-משוב).
  3. אבטח את יחידת המידה אינרציאלית במרכז של המארז. לארגן את tactors רוטטת על מתומן רגיל עם רדיוס של 10 ס מ, ממורכז הקדמי של המרכז של המארז 8 ס"מ כך הם ישקר מתחת למושב של אדם בגודל ממוצע10. תצלום של סידור פוטנציאלי אחד מוצג באיור4.
    הערה: אם tactors רוטטת אינם חזקים מספיק כדי רטט המשתמש, לשפר את הממשק בין tactor לבין העור על ידי חיתוך חורים לתוך המכסה ולאחר קיבעון ויברטורים לנוח לשטוף עם השטח. אם השיטה להשגתה של ויברטורים במקום גורמת לשבור של הרטט, שקול להשתמש מארז שני חלקים הרכבה עם סיכה איתור התאמה רופף, כמוצג באיור5.
  4. להתחבר מיקרו הנייד או השולחני למחשב באמצעות אפיק טורי אוניברסלי (USB) או שיטה אחרת תקשורת מתאימה. לפתוח את ממשק המשתמש, המוצגת באיור 6.
    הערה: לחלופין, להתחבר מיקרו של סוללה או מקור כוח אחר. זה משפר את הניידות של המכשיר, אך מונע ממשק משתמש.

3. למופת הערכת ופרוטוקול האימון

  1. גייס משתתפים בהסכמה חופשיים של הפרעות נוירולוגיות או שרירים ושלד, כאב גב אקוטי או כרוני. רישום גיל, משקל וגובה של כל משתתף. לאחר מכן, לכל משתתף לבצע את ההליך הבא.
  2. לפתוח את ממשק המשתמש (איור 6). מצפן הגרף מציג זווית הטיה של המכשיר ובנוסף חצי מהירות ההטיה שלה כיוון AP (הציר האנכי) והכיוון ML (ציר אופקי).
  3. לפני איזון בכל משפט, להורות המשתתף עוטים ביטול רעש אוזניות, מקפלים שלו או את הידיים שלה על פני החזה, לשמור על תנוחה זקופה ככל האפשר, ואות מילולית הנסיין להיות מוכן.
  4. לבצע 20 30 שניות שבו האיזון מחקרים סדרת11, לוקח הפסקות כמתחייב למניעת עייפות, לעצור בכל עת במידת הצורך.
    1. רצף הניסויים כדלקמן (דוגמא בלבד): באופן אקראי לבחור אחד מתוך שני שילובים "לבסס יציבות רמת/עין תנאי", להלן בשם מאזן תנאים (בסיס קשה יותר, בסיס פתוח; או פחות קשה עיניים, עיניים עצומות)12. לבצע 4 משפטים של התנאי לאיזון הראשון כדי להכיר את המשתתף עם המשימה, כדי לזהות את הפקד המתאים סף אות עבור tactors רוטטת במושב (ראה שלב ' ר 3.4.5 להלן).
      הערה: קשה יותר לשמור על איזון על בסיס עם רדיוס קטן של עקמומיות מאשר על בסיס עם רדיוס גדול של עקמומיות (טבלה 1 מציגה את היציבות היחסית של כל חמשת הבסיסים להחלפה). 4 משפטים נמצאו כדי להספיק להשיג ביצועים יציבים של איזון פעילות2.
    2. שנבחרו באופן אקראי 3 של הניסויים במשך שישה ייערכו משפטים שליטה: לכבות את tactors רוטטת לתקופת המבחנים כאלה. כדי לבטל את המשוב הרטט או לבטל, להחליף את המחוון משוב לערך הרצוי בממשק המשתמש. חזור על הרצף הזה של עשרה ניסויים התנאי השני איזון.
    3. תווית את המצב הנוכחי של קושי ועין על-ידי בחירת מהתפריטים הנפתחים במדור משפט פרמטרים של ממשק המשתמש. לחץ על רשומה כדי להתחיל את המשפט.
      הערה: בטיחות המשתתפים הוא בעל חשיבות עליונה. הנסיין צריך לפקח על כל הפעילויות איזון, להיות מוכנים לסייע במקרה של אובדן שיווי משקל. . פנו את האזור של כל סכנות פוטנציאליות, להיות מודע פרוטוקולי חירום מקומיים.
    4. עבור ניסויים עם עיניים פקוחות, להורות את המשתתף להתמקד נקודה קבועה ישר קדימה כדי לעזור לשמור על איזון. עבור ניסויים עם עיניים עצומות, השתמש כיסוי כדי להבטיח כי המשתתף הוא משולל לחלוטין משוב חזותי.
      הערה: לקבלת איזון פרדיגמות שם התנועה של כפות הרגליים צריך להיות מוגבל, לצרף את התמיכה הרגל של הוספת משקל-נגד מתחת למכסה.
    5. אלגוריתם מחשבת איזה ספי משוב AP ו מ לשימוש ומציג אותם בעמודה Q3 של ממשק המשתמש. אחרי 4 משפטים להכרות, להעתיק את הערכים מוצגים בעמודה Q3 לתוך עמודת כותבים ולאחר מכן לחץ על רענן כדי לעדכן את הסף משוב המוצג בגרף מצפן (ורוד) בהתאם להכרות הרביעי ניסוי.
      הערה: ערכי הסף מחושב המוצג בעמודה Q3 של הממשק שווים ל הרביעון השלישי לכל כיוון ההטיה (AP, מ"ל) במהלך המשפט הקודם. ערכת משוב זו מבוססת על הרעיון כי איזון פונקציה משופרת בעת משוב ממוטב עבור כל בודדים13,14, תוך מתן משוב מידי אולי לרעת למידה15. ברגע ערכי סף שני נבחרו עבור אדם מסוים, הם יכול להישמר קבועה עבור אותו אדם להיות מסוגל להעריך שיפורים לאורך זמן או עם התערבות.
  5. AP ו- ML הטיה זוויות מאוחסנים באופן אוטומטי, בזמן אמת, בקובץ טקסט עבור ניתוח, לנתח את האותות AP ו- ML לאפיין ישיבה ביצועים עבור כל אחד מן התנאים ניסיוני.
    1. בתחום הזמן, לחשב בצעדים הבאים posturographic כל הזמן סדרה8: שורש ממוצע הריבועים (מידת השונות של התנועה) והמהירות רשע (מידת המהירות הממוצעת זוויתי של התנועה).
    2. בתחום התדר, לחשב בצעדים הבאים posturographic כל הזמן סדרה8: תדירות centroidal (מדד תדירות הכולל של התנועה), תדירות פיזור (מידת השונות שתדירותם של התנועה)8 .
  6. השתמש מעורב מודל לינארי כדי להעריך ולאפיין את ההשפעות של שני גורמים תופעות קבועות (1) תנאי שיווי המשקל (יציבות רמת ועין תנאי משולב), vibrotactile (2) משוב, על כל אחד האמצעים posturographic (משתנים תלויים), בהתחשב הקורלציה של מדידות חוזרות ונשנות של כל משתתף16 (גורם אפקטים אקראיים אחד).
    1. מבחן מובהקות של ההשפעות קבוע על ידי חישוב היחס של השונות בין האמצעים קבוצה השונות של שנשאר משהו ולאחר השוואת התוצאה על התפלגות-F.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מראה בטבלה 2 , עבור כל תנאי הניסוי, האמצעים posturographic נגזר אבחנת AP ו- ML תמיכה משטח מטה, בממוצע מעל 144 האיזון מחקרים שבוצע על ידי 12 משתתפים (2 x 2 x 3 ניסויים למשתתף).

השפעה של שינוי מצב שיווי משקל: התנאי הבסיסי נבחר להיות תלויים במצב העין (קרי, כאשר העיניים היו סגורים, הבסיס היה יציב יותר). לפיכך, תנאי הבסיס והעין יחד נחשבו משתנה בלתי תלוי אחד (תנאי שיווי המשקל). תצפיות על הטיה AP היו שונים באופן משמעותי בין התנאים איזון שני שורש-ממוצע-הריבועים, תדירות centroidal של תדירות פיזור (על פי F-בדיקות של השינוי מוערך, α = 0.05). השינוי מחושב בכל אחד מהאמצעים (וסטיית) מוצג איור 7 ו- 8 איור. בקנה אחד עם דיווחים אחרים, אמצעי posturographic אלה יכול להפלות בין איזון משימות4.

השפעת שינוי התנאי משוב: במהלך ניסויים מערכת משוב vibrotactile היה פעיל, תדירות centroidal של AP הטיה תצפיות היה גבוה באופן משמעותי במהלך משפטי בקרה (על פי F-בדיקות של השינוי מוערך, α = 0.05). השינוי מחושב בכל האמצעים posturographic (וסטיית) מוצג באיור 9 ו- 10 איור. בקנה אחד עם דיווחים אחרים, פרוטוקול משוב זה vibrotactile יש השפעה מדידה על איזון הביצועים17.

Figure 1
איור 1: תצוגה מורחבת של ההרכבה במארז. רכיבים מבניים כוללים: המכסה (1); (2) משקל; (3) מארז גלילי; (4) בסיס פתוח; (5) תקלות עבור הקובץ המצורף של הרגל התמיכה המצורף (איור 3); (6) בבסיס; רוד (7,8) ו שרוול עבור הקובץ המצורף של אחד 5 צילינדרים להחלפה (איור 2). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: מבט צד של מודול הבסיס מעוקל. בכל המודולים חמש יש גובה סה כ 63 מ מ, רדיוס ייחודי של עקמומיות, אשר מודולציה את הקושי של שמירה על איזון על פני ישיבה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: תצוגה מורחבת של הקובץ המצורף תמיכה רגל. תמיכה רגל, המורכב של תקלות, מלחציים, וכן כיכר סיום הכנס, ניתן להסירו במהלך תחבורה של המכשיר או כדי להתיר למשתמש כדי להניף את הרגליים בחופשיות במהלך פעילות גופנית איזון והיא באורך 600 מ מ. מידות החלק מפורט, ראו הקבצים המשלימים 1 (ציורים) ו -2 (דגמי תלת-ממד מלא). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: התקן משוב vibrotactile איזון ישובים הערכה והדרכה. (א) תצוגה מורחבת של קבצים מצורפים של המכשיר. הרכיבים המוצגים להלן: (1) בסיס שלדה, המכסה; (2) ההבלטה פלדה עבור הקובץ המצורף הדום; (3) שני פינים הקרס כדי לאבטח את הדום; (4) הדום החזקה של גובה; (5) לאחת מחמש מעוקל מודולים הבסיס. ניתן להפריד בין רכיבים אלה כדי להקל על תחבורה או אחסון. מידות החלק מפורט, ראו הקבצים המשלימים 1 (ציורים) ו -2 (דגמי תלת-ממד מלא). מבט מלמעלה (B) תצלום של המכשיר. המכסה הוסר כדי לחשוף מכשור אלקטרוני, לרבות: יחידת מדידה אינרציאלית השוכן על ידי מארז מודפס מותאם אישית (מרכז); לוח מיקרו-בקר עם חיבור אפיק טורי אוניברסלי (משמאל). ויברטורים אלקטרונית שמונה שנערך מארזים מודפס מותאם אישית (אזור אמצע); ו- a פלדה בר (למעלה) לאזן את הדום דמות זו שונתה מ וויליאמס. et al. 18 . פרסום מחדש עם אישור של ASME, מ- "עיצוב הערכה של שעברו אינסטרומנטציה לנענע לוח עבור הערכת ו אימון דינמי שבו ואיזון" היומן של ביו-מכני הנדסי, AD וויליאמס, QA Boser, כמו Kumawat, K הודיה, H Rouhani, השברולט AH, כרך 140, 2018 אפריל; הרשאה הוליכה דרך זכויות יוצרים אישור מרכז, inc... אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: שני חלקים הרכבה מארז עבור רוטטת tactors. חור 4 מ מ בתוך המתחם tactor (למעלה) מצויד באופן רופף על 3 מ מ, איתור pin פלטפורמת הרכבה (למטה) כדי למזער את רטט לשבור. מידות החלק מפורט, ראו הקבצים המשלימים 1 (ציורים) ו -2 (דגמי תלת-ממד מלא). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6: ממשק משתמש- ממשק משתמש זה מאפשר למשתמשים לבחור vibrotactile משוב ספי ולרכוש נתונים. אורך והכיוון של וקטור בגרף הם יחסיים קינמטיקה של המכשיר. המלבן משקף את הסף AP ו- ML לקבלת משוב. איור זה שונה מוויליאמס. et al. 18 . פרסום מחדש עם אישור של ASME, מ- "עיצוב הערכה של שעברו אינסטרומנטציה לנענע לוח עבור הערכת ו אימון דינמי שבו ואיזון" היומן של ביו-מכני הנדסי, AD וויליאמס, QA Boser, כמו Kumawat, K הודיה, H Rouhani, השברולט AH, כרך 140, 2018 אפריל; הרשאה הוליכה דרך זכויות יוצרים אישור מרכז, inc... אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7: תוצאות של מניפולציה פעילות בתחום-הזמן. שינוי בתחום הזמן אמצעים posturographic כאשר המשתתפים לעצום העיניים, במקביל לעבור בסיס יציב יותר (וסטיית; כוכבית מייצג שינוי משמעותי במבחן F, α = 0.05). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 8
איור 8: תוצאות של מניפולציה פעילות בתחום התדר. שינוי התדר אמצעים posturographic כאשר המשתתפים לעצום העיניים, במקביל לעבור בסיס יציב יותר (סטיית תקן ומרושע; כוכביות מייצגים שינוי משמעותי במבחן F, α = 0.05). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 9
איור 9: תוצאות המשוב vibrotactile בתחום הזמן. שינוי בתחום הזמן אמצעים posturographic כאשר המשתתפים מסופקים עם משוב מבוסס ביצועים vibrotactile (וסטיית; שינויים לא היו משמעותיים מבחינה סטטיסטית. על פי מבחן F, α = 0.05). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 10
איור 10: תוצאות של vibrotactile משוב בתחום התדר. שינוי מידות posturographic התדר כאשר המשתתפים מסופקים עם משוב מבוסס ביצועים vibrotactile (וסטיית; כוכבית מייצג שינוי משמעותי במבחן F, α = 0.05). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

רדיוס עקמומיות (ס מ)
רוב יציב 25 פחות קשה לאזן
20
15
13
לפחות יציב 11 קשה יותר לאזן

טבלה 1: מאפייני גיאומטרי הבסיסים להחלפה. הגובה הכולל של כל מודול הבסיס הוא 63 מ מ; לכן, בסיס עם רדיוס קטן יותר של עקמומיות, כאשר מצורף להתקן, הוא פחות יציב יותר בסיס עם רדיוס גדול יותר של עקמומיות.

מידה posturographic כיוון ההטיה תנאי ניסיוני
עיניים פתוחות עיניים עצומות
משטח מאוד לא יציב משטח לא יציב במתינות
רטט רטט רטט רטט
. על . על
שורש-ממוצע-הריבועים גישה Antero-אחוריים 1.60 1.62 2.01 1.70
[מעלות] Medio-לרוחב 1.53 1.61 1.80 1.74
כלומר מהירות גישה Antero-אחוריים 2.75 3.01 2.85 2.94
[מעלות/s] Medio-לרוחב 3.04 3.14 3.38 3.44
תדירות centroidal גישה Antero-אחוריים 0.418 0.449 0.370 0.423
[הרץ] Medio-לרוחב 0.462 0.467 0.465 0.471
תדירות פיזור גישה Antero-אחוריים 0.659 0.654 0.685 0.661
[-] Medio-לרוחב 0.651 0.651 0.662 0.669

בטבלה 2: תוצאות לפי תנאי שיווי משקל ומשוב. סיכום אמצעים נגזר מטה AP ו- ML במהלך ישיבה לא יציבה. תמיכה יציבות משטח פלוס מצב העין כמו גם רמת רטט הם המשתנים מניפולציה. אמצעים הממוצע חושבו על-פני כל המשתתפים.

קובץ משלים 1: אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

קובץ משלים 2: אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

קובץ משלים 3: אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ. 

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שיטות לבניית מכשיר נייד, שעברו אינסטרומנטציה, ישיבה מוצגים. המכשיר הוא נייד, עמיד, בניין על מחקרים קודמים של לנענע כיסאות2,4 ו-6,5,משוב הרטט7 כדי להפוך את היתרונות של כלים אלה עוצמה ונגיש יותר . בצע את פרוטוקול האסיפה בכיוון ההפוך כדי להכין את ההתקן עבור תחבורה או אחסון. הקושי של הפעילות האיזון יכול להיות מאופנן על-ידי הצמדת בסיסים עם עקמומיות שונים. הבחירה של קושי המשימה היא קריטית; המשתמשים צריכים להיות גרם אולי לפגיעה ביציבות כדי להקל על אימונים פעילה מבלי להסתכן פציעה.

תצפית בזמן אמת וכוונון כלי הנגינה מובנות נסמכת על תקשורת טורית בין מיקרו את ממשק המשתמש; תפקוד לקוי של ההתקן דורש תוכנה והן לפתרון בעיות חומרה. ודא כי כל חומרה חיבורים מאובטחים. לפקח על פלט טורית של מיקרו-בקר עבור בתים בלתי צפויות. לחקור את התוכנית ממשק משתמש עבור שגיאות. אם הבעיה נמשכת, להתייעץ עם מעצב מנוסה מכטרוניקה.

איזון מיומנות מאופיין על ידי אמצעים posturographic נגזר קנטית תצפיות על פני ישיבה. לחלופין, להתבונן מרכז הלחץ המופעל על צלחת כוח, אשר עולה בקנה אחד עם זווית הטיה משטח2, אך דורשת ציוד נוסף. אמצעים posturographic יש אמינות משתנות בין הפעלות2 ורגישות משתנות כדי לאזן שיפור או ההפרעה19. מהירות שורש-ממוצע-הריבועים, הכוונה, תדירות centroidal תדירות פיזור הינם נפוצים צעדים posturographic נצפו להיות בלתי-תלויים זה בזה. לשקול שינוי בפרוטוקול ניתוח אות כדי לטפל מטרות הערכה מסוימת.

המכשיר מספק גירויים vibrotactile המושב בהתאם לאיזון פעילות ביצועים. התצורה האופטימלית השליטה המספקת משוב הוא הנושא של מחקר רציף, שלב קריטי של פרוטוקול זה, כמו אסטרטגיות משוב מסוים עשוי לפגום למידה מוטורית20. שיטות קיימות של משוב vibrotactile הם הוכיחו לשפר עמידה איזון ותפקוד רבים אחרים פעילויות מוטוריות6,7. מושב-מוטבע tactors הופכים את הטכניקה משוב vibrotactile נגישה עבור איזון ישובים פרדיגמות. יישומים עתידיים עשויים לכלול ספורט אימון הכשרה מרחבית, הימורים וירטואלי או augmented המציאות, הערכה של איזון מיומנות, מחקר של איזון הפרעות, ובעקבות שיקום השלד, שרירים, או. נוירולוגיות פציעה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

המחברים להכיר המאמצים עיצוב של הסטודנטים לתואר ראשון Animesh סינג Kumawat, Kshitij הודיה, קווין Boser, בנימין צ'נג, קרוליין קולינס, שרה Lojczyc, דרק Schlenker, קתרין Schoepp ו ארתור זלנזקי. מחקר זה מומן בחלקו דרך מענק גילוי מדעי הטבע, הנדסה מחקר המועצה של קנדה (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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Paillard, T., Noé, F. Techniques and Methods for Testing the Postural Function in Healthy and Pathological Subjects. BioMed Research International. 2015, (2015).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Churchill, E., McConville, J. T. Sampling and Data Gathering Strategies for Future USAF Anthropometry. , (1976).
  11. Lee, H., Granata, K. P. Process stationarity and reliability of trunk postural stability. Clinical Biomechanics. 23, 735-742 (2008).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Lee, B., Kim, J., Chen, S., Sienko, K. H. Cell phone based balance trainer. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 9, 1-14 (2012).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).

Tags

התנהגות גיליון 143 איזון ביופידבק התקן יציבות בתנוחה יושב הדרכה
מכשיר Vibrotactile משוב הערכת האיזון ישובים והדרכה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter