En metod för att utvärdera aktualitet och noggrannhet vilje Motor Responses to vibrotaktila stimuli

1Bloorview Research Institute, Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital, 2Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering, University of Toronto
Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

Den här artikeln beskriver en teknik för att applicera vibrotaktila stimuli till låret av en mänsklig deltagare, och mäta noggrannhet och reaktionstiden av deltagarens vilje respons för olika kombinationer av stimulerings plats och frekvens.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Leineweber, M. J., Shi, S., Andrysek, J. A Method for Evaluating Timeliness and Accuracy of Volitional Motor Responses to Vibrotactile Stimuli. J. Vis. Exp. (114), e54223, doi:10.3791/54223 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Artificiell sensorisk återkoppling (ASF) kan definieras som praxis att ge realtid biologisk information till enskilda, ofta kompensera för nedsatt proprioception eller annan sensorisk mekanism. ASF har länge använts i området för rehabilitering av skadade eller funktionshindrade personer för att hjälpa till att återhämta sig aspekter av fysisk funktion och rörelse 1-3, så att människor kan styra fysikaliska processer som en gång var en ofrivillig reaktion av det autonoma nervsystemet 4. En underkategori av ASF, biomekanisk biofeedback använder externa sensorer för att mäta parametrar för balans eller gång kinematik, och vidarebefordra denna information till den enskilde genom någon form av tillämpad stimulans. En allt populärare metod för biomekaniska återkoppling använder små vibrerande motorer, eller tactors, placerade på olika delar av kroppen för att ge rumslig liksom tids återkoppling. Tidigare litteratur har visat promising resultat stöder användningen av vibrotaktila återkoppling i ansökningar till personer med lägre extremiteterna amputationer, vestibulära nedsättningar, och åldersrelaterad förlust av balans 5-9.

En grundlig förståelse av de mekanismer som styr en persons uppfattning och svar på specifika stimuli är nödvändig för att informera ett effektivt genomförande av ASF system för olika applikationer. För vibrotaktila feedback, främst bland dessa mekanismer är proprioceptionen och sensomotorisk svar specifikt användaren känslighet för de tillämpade vibrationerna och den tid som krävs för att utföra den önskade reaktionen. Alla sensorisk information kommuniceras genom vibrations stimuli måste kodas som specifika kombinationer av vibrationsfrekvensen, amplituden, plats och sekvens. Därför bör utformningen av vibrotaktila ASF system välja kombinationer av parametrar för att maximera användarens uppfattning och tolkning av stimuli, somsamt aktualitet och noggrannhet av den resulterande motorisk respons. Målet med detta protokoll är att tillhandahålla en plattform för att utvärdera svarstider och svarsnoggrannhet till olika vibrations stimuli för utformningen av ASF system för användning med olika sensoriska nedsatt populationer.

De metoder som beskrivs här bygger på tidigare forskning undersöker människans perception av taktil och vibrotaktila återkoppling 3,5,6, och har utvecklats för att användas i två tidigare studier 10,11. De senare två studier användes detta protokoll för att undersöka effekterna av vibrationsfrekvens och plats på noggrannhet och aktualitet användarsvar i nedre extremiteter amputerade, som visar att båda parametrarna påverka resultatet åtgärder som väsentligt, och att en hög grad av svars noggrannhet kan vara uppnått. Dessa resultat kan användas för att informera den ideala placeringen av tactors i framtida studier och kliniska tillämpningar av vibrotaktila ASF system. Andra senaste arbetetEt al. Crea 12 granskade användare känsligheten för förändringar i vibrationsmönster appliceras på låret under promenader, med hjälp av verbala svar att beteckna upplevda förändringar i vibrationsmönster, snarare än en motorisk respons. Medan dessa verbala svar kan användas för att mäta detekteringsnoggrannhet, de inte står för fel och förseningar som kan vara närvarande i motorstyrprocessen.

Den primära setup för följande experiment består av ett antal vibrerande motorer som är anslutna till pulsbreddmodulerade utgångsstift av en mikrokontroller ombord. Styrelsen är i sin tur styrs via en Universal Serial Bus (USB) anslutning till en dator som kör kommersiellt tillgängligt system design mjukvara. Motorerna kräva ytterligare förstärkningskrets för att säkerställa tillräcklig spänning och ström matas över ett brett område av vibrationsfrekvenser. Ett exempel förstärkarkrets visas i figur 1. Den bipolär transistor (BJR) I figuren kan ersättas med mindre metall-oxid-halvledarfälteffekttransistor (MOSFET) för mer effektiv drift och mindre storlek. På liknande sätt kan hela förstärkarkretsen ersättas av en off-the-shelf haptiska motor föraren att ge ytterligare kontroll och minskad storlek. Varje motor kräver sin egen krets, och med hjälp av utrustning som anges i detta dokument, upp till tio motorer kan styras av en enda mikro styrelse.

Figur 1
Figur 1. Motorkopplings. (A) Den förstärkningskrets för en enda vibrationsmotor är visad. Varje motor kräver en separat krets och måste vara ansluten till en unik PWM-utgången på mikrokontroller. V DD här representerar 3,3 V ström av mikrokortet och motståndet R2 fungerar som en pull-down resister att säkerställa transistoromkopplaren förblir öppen när noll spänning är ca.lied. (B) Ett exempel på det fysiska ledningar av två motorer. Även åtta individuella förstärkningskretsar visas, endast två är anslutna till vibrationsmotorer. I detta protokoll R1 = 4,7 kQ och R2 = 100 kQ. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Följande protokoll godkändes av Forskningsetiska Board på Holland Bloorview Kids Rehabilitation Hospital.

1. Motor Kalibrering

  1. Anslut mikrokortet till datorn med en USB-port.
  2. Med den ursprungliga mikro programvara, ladda upp anpassade manus, "Motor_and_AccelerometerTest.ino" till styrelsen med hjälp av USB-anslutningen genom att klicka på "Ladda upp" -ikonen, som betecknas av den inringade högerpilen.
    1. Se till, att vibrationsnivån är satt till noll för att sätta motorn i off-läge med hjälp av "analogWrite" kommandot. Koden ska läsa "analogWrite (vibe1,0);".
    2. I mikrokoden anger pulsbreddsmodulerad (PWM) utgångsstift som motsvarar motorn av intresse genom initiering av "vibe1" variabel.
      Obs: PWM-signaler genererar ungefärliga analoga utgångarna från de digitala signalerna som genereras av mikroprocessorn. Stiften är labeled numeriskt på den fysiska mikrokortet. Till exempel, om motorn är kopplad till PWM-utgång stift "3", sedan se till att "int vibe1 = 3;" specificeras i koden.
  3. Anslut z-axeln utsignalen från tri-axlig accelerometer till en av de analoga ingångsportarna hos mikrostyrenheten kortet och anslut den positiva och jord leder från accelerometern till 5V och jord (GND) portar hos mikrostyrenheten ombord, respektive.
  4. Montera accelerometern för att den vibrerande motorn, vilket garanterar att dess z-axeln är ortogonal mot den plana ytan hos motorn, såsom visas i fig 2, och placera motorn på en hård yta.
  5. Öppna "Motor_Calibration.vi" -fil i datainsamlingsprogram och anslut mikro till datorn via en USB-port.
  6. Med hjälp av fälten anger serieport för mikro ingång, med hjälp av rullgardinsmenyn, liksom samplingshastigheten, och numlet prover för att samla in. Notera: 500 Hz samplingsfrekvens är standard för dessa försök att förhindra aliasing av accelerationsdata och 1.000 prover vanligen registreras.
  7. Använda "Motor_and_Accelerometer.ino" kod, ange önskad duty cycle PWM pulser som levereras till den vibrerande motorn, återigen med hjälp av "analogWrite" kommandot, och åter ladda ner programmet till mikrokortet styra motorerna (se steg 1,1 ). Till exempel, för att ställa in antalet pulser till 100, bör koden läsa "analogWrite (vibe1,100);". Tabell 1 visar PWM värden och deras motsvarande arbetscykler.
  8. Med användning av Fast-Fourier Transform (FFT) displayen på "MotorCalibration.vi" -gränssnittet, identifiera den största toppen och registrera motsvarande vibrationsfrekvensvärdet (från den horisontella axeln).
  9. Upprepa steg 1,7-1,8, justera PWM nivåer fram till önskad frekvens har uppnåtts, inspelning varje PWM-frekvens pair. Till exempel om att rikta en 100 Hz, utför steg 1,7-1,8 tills den största toppen sker över 100 Hz märket på den horisontella axeln.
    Obs! Vibrations motorer som används i detta protokoll, ska de riktade vibrationer ligga i 60-400 Hz för att bättre matcha svarsfrekvenser mekanoreceptorer i huden som beskrivs i litteraturen 5,10,13.
  10. Upprepa steg 1.2.2 till 1,8 för varje motor, manuellt inspelning PWM-frekvensförhållande för varje motor med ett kalkylblad eller penna och papper.
  11. Öppna "Experiment_1.vi" fil. För varje motor, högerklicka på frekvensen menyn dropdown och välj "Egenskap". Under fliken "Redigera objekt", använd tabellen för att ange önskade frekvenser och motsvarande PWM halter som uppmätts i steg 1,8-1,9. Välj "OK" för att avsluta.
  12. Upprepa steg 1,11 för varje virtuell gränssnitt (VI) fil av systemdesign programvara som ska användas vid provning (t.ex. "Experiment_2.vi "," Experiment_3.vi ", etc.).

figur 2
Figur 2. Accelerometer Monterad till Motor. Den tri-axlig accelerometer (grön) är monterad på myntmotor med dess z-axeln är vinkelrät mot den plana ytan av motorn för kalibrering. Varje motor aktiverades med olika arbetscykler, och de motsvarande vibrationsfrekvenser registrerades av accelerometern. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

2. Placera Motors

  1. När alla motorer har kalibrerats (avsnitt 2), montera dem till låret.
    1. Att uppnå de resultat som beskrivs i detta manuskript, placera en motor på vardera av den främre, bakre, mediala och laterala ytorna av låret, ungefär halvvägs varainterpolera större trochantern och laterala femorala kondylen (eller distala änden av lemmen för ovan-knee amputerade).
      Obs: De specifika platser för varje motor kan variera, beroende på de frågor forskning och områden av intresse, och kan påverkas av anatomiska och fysiologiska faktorer, såsom typ och geografiska fördelningen av mekanoreceptorer i huden.
  2. Fästa motorer direkt på huden med hjälp av dubbelhäftande tejp.
    Notera: Raka regionen runt varje motor är inte nödvändigt, men kan förbättra deras vidhäftning till huden (Figur 3). För tillämpningar där effekterna av kläder, en protes liner, eller något annat material på användarens uppfattning är av intresse, placera motorerna ovanpå materialet, snarare än mot huden.

Figur 3
Figur 3. testplattform för experiment. En anpassad testplattform byggdes för att huset than mikroregulatorn brädor och tryckknappar. Motorer kan fästas direkt på huden (som visas), eller med en protes liner mellan motorn och huden. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

3. Experiment 1: Applicera stimuli och inspelning reaktionstid

  1. Re-flash mikrokortet med firmware för att möjliggöra kontroll av styrelsen genom datainsamling programvara genom att öppna "LVIFA_Base.pde" fil med styrenhetens medföljande programpaketet, och upprepa steg 1,1, som ersätter "Motor_and_Accelerometer_Test.ino" med " LVIFA_Base.pde "script.
  2. Anslut tryckknapp direkt till en av datorns USB-portar med hjälp av en serie-till-USB-kontakt. Se till att alla nödvändiga drivrutiner är installerade.
  3. Öppna "Experiment_1.vi" gränssnitt.
  4. Ange serieportar för mikrokortet ansluten till motorerna och tryckknapp genom att välja motsvarande serienummer port nummer från rullgardinsmenyerna märkta "Motor Input" och "Grön knapp", respektive. Identifiera serieidentifieringsportnummer med hjälp av datorns operativsystem enhetshanteraren nytta.
  5. Välj den fil som registrerar resultaten och starta programmet.
  6. Välj motorerna och frekvenser som skall aktiveras genom att välja från rullgardinsmenyer för varje motor i "Experiment_1.vi" gränssnitt. Har deltagaren trycker på tryckknappen med benet på vilken återkopplingen appliceras när en vibration känns. När du har tryckt på knappen, bekräfta svaret i datainsamling programgränssnitt genom att notera att klockan har stannat räkning, och återställa motorer för nästa försök genom att välja den nya uppsättningen av frekvenser från rullgardinsmenyerna.
  7. När experimentet avslutas använder dropdown menyer för att återställa alla motorfrekvenser till nolläge och välj "Stop-programmet" för att avsluta anslutningen till motorstyrkortet.

4. Försök 2: Skilja mellan Stimuli

Notera: Detta experiment kan utföras helt och hållet oberoende av experiment 1. En enda motor eller flera motorer kan användas. De specifika platser av motorerna kan variera beroende på applikation och frågeställningar.

  1. Anslut en andra tryckknapp till en annan USB-port med en seriell-USB-kontakt.
  2. Öppna "Experiment_2.vi" datainsamlingsgränssnitt.
  3. Placera motorerna på de platser och konfigurationer som krävs för den specifika forskningsansökan. Till exempel, placera enstaka motorer på låret, halvvägs mellan trochanter major och laterala femorala kondylen (eller den distala änden av lemmen för amputerade), på var och en av den främre, bakre, laterala och mediala ytorna på låret till eXamine frekvenskänslighet vid var och en av dessa delar av benet 10,11.
  4. Specificera de seriella portar för mikrokortet och båda tryckknappar med hjälp av samma procedur som i steg 3,4. Var noga med att notera vilka tryckknapp tilldelas varje port.
  5. Markera de specifika motorerna aktiveras och den önskade sekvensen av frekvenser genom att klicka på "Motor" ikoner i programvaran gränssnitt. Anta till exempel att tre frekvenser testas, såsom 140 Hz, 180 Hz och 220 Hz. En serie tester kan vara (1) 180 Hz, följt av 140 Hz, (2) 220 Hz, följt av 140 Hz, och (3) 180 Hz, följt av 220 Hz.
  6. Mata in fördröjd starttid och stimulans varaktighet. 1,5 sek är typiskt för både fördröjningen och stimulerings gånger.
  7. Starta programmet.
    Anmärkning: efter den fördröjning som anges i Steg 4,6, kommer programmet att aktivera motorn (er) med sekvensen av parade valda frekvenserna i steg 4,5. Till exempel, om 180 Hz vs. 220 Hz var för sigvalts i steg 4,5, kommer motsvarande motor först vibrerar vid 180 Hz för den angivna varaktigheten innan du byter till 220 Hz.
  8. Har deltagaren trycker en av de två tryckknappar för att välja om andra uppfattade frekvensen var högre eller lägre än den första. Svaren kommer automatiskt registreras av programmet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 4 visar kalibreringskurvor som identifierar PWM värde för en 180 Hz vibrationsfrekvens av en enda motor. Börjar på en 50% duty cycle är PWM värdena upprepas tills den primära frekvensen spik sker vid 180 Hz. Lyckade kalibreringsförsök bör visa en klar spik på den primära vibrationsfrekvensen. Dålig fixering av accelerometern till motorn, eller av motorn till en stödyta kan resultera i en mer diffus FFT utan en tydlig spik. I denna situation bör kalibreringsprov upprepas efter fästena har justerats för att säkerställa en bättre anslutning.

Figur 5A visar reaktionstider mellan stimulans och tryckknapp reaktion registreras för experiment 1 för tre vibrationsfrekvenser, 140 Hz, 180 Hz och 220 Hz, tillämpas på den främre ytan av låret för tio arbetsföra deltagare och tre amputerade 10. Upprepade mätningar av variansanalys (ANOVA) ochTukey post-hoc-analys med hjälp av Bonferroni korrigering användes för att identifiera de specifika effekterna av varje frekvens. Dessa data visar en relativt tät spridning av uppgifter för varje frekvens i arbetsföra befolkningen, och en betydande frekvens effekt. Reaktionstider för att skilja mellan par av vibrationsfrekvenser visas i figur 5B, och kan analyseras med användning av samma förfarande som de enda frekvens tester. Liknande analyser kan utföras för att identifiera effekterna av motorplacering, svarsmekanism (t.ex. att trycka in tryckknappen med händer eller ben), eller andra testförhållanden.

figur 4
Figur 4. Typiska kalibreringskurvor. Resultaten av Fast Fourier Transform av de accelerationsdata visas för en enda motor som undergår kalibrering. Fyra försök genomfördes för att identifiera PWM nivå corresponding till 180 Hz vibrationer (fast blå linje). Observera att vibrationer varierar mellan de olika frekvenserna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

figur 5
Figur 5. Reaktion Tid Representativa resultat. (A) Svarstiderna för enskilda frekvenser visas. Linjen kopplade data visar data för arbetsföra deltagare (medelvärde ± SD), medan de enskilda datapunkterna representerar de tre personer med transfemorala amputationer. Reaktionstiderna minskade frekvensen betydligt. "*" Betecknar en signifikant skillnad från de 140 Hz reaktionstider, och "#" en skillnad från 180 Hz, både på signifikans p <0,05. (B) Svarstiderna för att skilja mellan pars frekvenser ritas för både arbetsföra personer och de med transfemorala amputationer. Observera att spridningen av data vid varje par är mycket större än för de uppgifter som enskilda frekvenser, vilket indikerar mer varierande resultat. Denna siffra har ändrats från data som ursprungligen publicerats av et al. Sharma 10. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

PWM Value (pulser) 64 127 191 255
Driftscykel (%) 25 50 75 100

Tabell 1. PWM värden och motsvarande arbetscykler. Exempel på PWM nivåer och motsvarande driftcykler visas. THan 0-255 intervall för PWM-värde anger antalet byte i varje puls (av 255 möjliga) för vilken signalen är på.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Syftet med detta protokoll är att tillhandahålla en ram för att utvärdera stimuleringsparametrar vibrotaktila ASF applikationer. Specifikt undersöker det effekterna av vibrationsfrekvensen, amplituden, plats och sekvens på användar sensomotorisk svar. Denna ram kan byggas på och utvidgas till att införliva ytterligare eller alternativa typer av användare svar som kan vara mer kliniskt relevant, såsom böjning en gemensam eller tyngden från ena benet till en annan. Dessa typer av förändringar skulle kräva något olika hårdvarukonfigurationer, nämligen utbyte av tryckknappar med enheter som tröghetsmåttenheter (Imus) eller trycksensorer, samt tillhörande ändringar i virtuella gränssnittet. På samma sätt, även om det protokoll som presenteras här kräver deltagaren att vara i en sittande ställning, skulle bara små förändringar av hårdvaran vara nödvändigt att göra en övergång till mer kliniskt relevanta ställningar, såsom stående balans eller walkung prövningar.

I båda experimenten, kan tryckknappen (s) pressas med handen, ben, fot, eller på annat sätt, beroende på den specifika frågeställningen och önskad respons. Dessutom kan ytterligare studier som utnyttjar denna grundläggande protokoll användas för att undersöka effekterna av olika återkopplingskodningsstrategier, platser och införlivande i nya eller befintliga proteser. Till exempel, när de genomför vibrotaktila återkoppling till lägre extremiteterna proteser, kan det vara intressant att undersöka effekterna av proteshylsa och liner på användarens känslighet för stimuli. Medan de protokoll som beskrivs i detta manuskript kräver halv manuell aktivering av vibrationsmotorer (genom gränssnittet), kan de lätt modifieras för att möjliggöra motor aktivering som svar på kinetiska eller kinematiska mätningar från externa givare. Använda mätinstrument, såsom IMU, goniometrar, tryck sensorer, etc., i stället för tryckknappen, kan experiment vara conducted att undersöka mer fysiologiskt relevanta användarsvarstider och noggrannhet vibrotaktila feedback. Denna typ av studie skulle anställa en liknande protokoll till de som beskrivs i experiment 1 och 2, men skulle kräva ytterligare styrsystem för att omvandla givaringången till instruktioner skickas till vibrationsmotorer, samt förändringar i datainsamling programvaran för att ansluta de nya förändringar av maskinvaran.

Ett exempel på att genomföra ett fysiologiskt relevant svar är att ersätta tryckknappen med en goniometer för att mäta förändringar i knävinkel. För denna typ av experiment, skulle goniometer vara monterad på den laterala ytan av knäleden, och snarare än att trycka in tryckknappen, skulle deltagarna instrueras att böja sina knän till en i förväg definierad knävinkel (t.ex. 90 grader) vid uppfattningen av en motor vibration. Användarreaktionstider då definieras som den tid som förflutit mellan tillämpad stimulans och när det gemensamma enGLE lägger sig på eller i närheten av det önskade värdet (t.ex. 90 ° ± 10 °). Rörelse noggrannhet kan också utvärderas genom att beräkna procent felet mellan målet och uppnådda vinklar.

Under de senaste tio åren har ett antal studier undersökt användningen av vibrotaktila återkoppling i en mängd olika biomekaniska tillämpningar, inklusive dess effektivitet som ett träningsredskap för att förbättra gång och balans 14,15. De flesta av dessa studier har fokuserat på de kliniska betydelsen av biofeedback, undersöka eventuella ändringar till specifika kinetiska eller kinematiska parametrar när vibrotaktila återkoppling appliceras. Som sådan, de flesta protokoll välja en enda uppsättning av stimuleringsparametrar, med få undersöka användar känslighet för vibrationer läge, amplitud, eller mönster. Protokollet presenteras här fungerar som ett första steg mot att förstå användar uppfattning att vibrotaktila stimuli som ska utföras före utvärdera effekterna av dessa stimuli på specifik clintiska förhållanden. Ytterligare arbete, såsom att genom al. Good et 7,16, som utforskade olika kodningsstrategier för att översätta sensorisk information till vibrations stimuli, och Crea et al. 12, som utvärderade användar känsligheten för förändringar i vibrationsmönster, komplettera dessa experiment för att ge en mer fullständig förståelse av hur du optimerar vibrotaktila återkoppling för specifika biomekanik applikationer.

Det bör noteras att en grundläggande begränsning av denna experimentella system, som med andra system som rapporterats i litteraturen 5,6, ligger hos de vibrerande motorer, vilket par vibrationsfrekvens och magnitud. Det vill säga ökningar eller minskningar i vibrationsfrekvens åtföljs av proportionella förändringar i amplitud. Separation av dessa två parametrar kräver en annan typ av motor, såsom linjära resonans ställdon, liksom mer avancerade motorförare att driva mer sofistikerade motorer. Additional uppdateringar av befintliga gränssnittet skulle krävas för att rymma den nya hårdvaran och ytterligare amplitud parameter.

Kalibreringsproceduren är kritisk för ett framgångsrikt genomförande av dessa experiment, och bör utföras oberoende för varje motor som används i de efterföljande experimenten. Medan intermittens-frekvens förhållandet bör vara nominellt samma typ för identiska motorer kan små skillnader i motorkonstruktion resulterar i icke-triviala förändringar till följd frekvenser. Till exempel, samtidigt som man utvecklar detta förfarande, var ett mål frekvens 180 Hz uppnås med hjälp av PWM värden mellan 103-143 för olika motorer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Vibrating Pager Motors Precision Microdrives Model 310-101 Coin eccentric rotating mass motors.  As many as necessary to test all locations and interactions of interest
Tri-axis Accelerometer Dimension Engineering ADXL 335 Advanced analog accelerometer. 500 Hz bandwidth, 3.5-15 V input. Designed for motion, tilt, and slope measurement, as well as vibration and shock sensing.
Arduino Uno Arduino DEV-11021 Microcontroller board for communicating with the tri-axis accelerometer
Arduion Mega 2560 Arduino DEV-11061 Microcontroller board for interfacing with the vibration motors. 
LabVIEW National Instruments Data acquisition software used to control motors and display accelerometer signals
Arduino IDE Software Arduino v. 1.6.5
Push-Button Bridges Buddy Button Wired switch featuring a 2.5 in/6.35 cm activation surface that provides an auditory click and tactile feedback.
Optional:
Dedicated haptic motor driver Texas Instruments DRV2605L Can be used to replace the entire amplification circuit described in Step 1.
Flexible wearable goniometer Biometrics Ltd. SG110 Twin axis flexible goniometers to measure angles in up to two planes of movement that can be used in lieu of the push button to measure joint movement in response to stimuli.
www.biometricsltd.com/gonio.htm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tate, J. J., Milner, C. E. Real-time kinematic, temporospatial, and kinetic biofeedback during gait retraining in patients: a systematic review. Phys. Ther. 90, (8), 1123-1134 (2010).
  2. Onate, J. A., Guskiewicz, K. M., Sullivan, R. J. Augmented feedback reduces jump landing forces. J. Orthop. Sports Phys. Ther. 31, (9), 511-517 (2001).
  3. Cholewiak, R. W. The perception of tactile distance: Influences of body site, space, and time. Perception. 28, (7), 851-875 (1999).
  4. Zhang, Z., Wu, H., Wang, W., Wang, B. A smartphone based respiratory biofeedback system. Proc. 2010 3rd Int. Conf. Biomed. Eng. Informatics. 2, 717-720 (2010).
  5. Wentink, E. C., Mulder, A., Rietman, J. S., Veltink, P. H. Vibrotactile stimulation of the upper leg: Effects of location, stimulation method and habituation. Proc. Annu. Int. Conf. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 1668-1671 (2011).
  6. Rusaw, D., Hagberg, K., Nolan, L., Ramstrand, N. Can vibratory feedback be used to improve postural stability in persons with transtibial limb loss? J. Rehabil. Res. Dev. 49, (8), 1239-1254 (2012).
  7. Goodworth, A. D., Wall, C., Peterka, R. J. Influence of feedback parameters on performance of a vibrotactile balance prosthesis. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 17, (4), 397-408 (2009).
  8. Asseman, F., Bronstein, A. M., Gresty, M. A. Using vibrotactile feedback of instability to trigger a forward compensatory stepping response. J. Neurol. 254, (11), 1555-1561 (2007).
  9. Fan, R. E., Culjat, M. O., et al. A haptic feedback system for lower-limb prostheses. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 16, (3), 270-277 (2008).
  10. Sharma, A., Torres-moreno, R., Zabjek, K., Andrysek, J. Toward an artificial sensory feedback system for prosthetic mobility rehabilitation: Examination of sensorimotor responses. J. Rehabil. Res. Dev. 51, (6), 416-425 (2014).
  11. Sharma, A., Leineweber, M. J., Andrysek, J. The effects of cognitive load and prosthetic liner on volitional response times to vibrotactile feedback. J. Rehabil. Res. Dev. (2016).
  12. Crea, S., Cipriani, C., Donati, M., Carrozza, M. C., Vitiello, N. Providing Time-Discrete Gait Information by Wearable Feedback Apparatus for Lower-Limb Amputees: Usability and Functional Validation. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 23, (2), 250-257 (2015).
  13. Bolanowski, S. J., Gescheider, G. A., Verrillo, R. T., Checkosky, C. M. Four channels mediate the mechanical aspects of touch. J. Acoust. Soc. Am. 84, (5), 1680-1694 (1988).
  14. Giggins, O. M., Persson, U. M., Caulfield, B. Biofeedback in rehabilitation. J. Neuroeng. Rehabil. 10, (1), 60 (2013).
  15. Shull, P. B., Jirattigalachote, W., Hunt, M. A., Cutkosky, M. R., Delp, S. L. Quantified self and human movement: A review on the clinical impact of wearable sensing and feedback for gait analysis and intervention. Gait Posture. 40, (1), 11-19 (2014).
  16. Goodworth, A. D., Peterka, R. J. Sensorimotor integration for multisegmental frontal plane balance control in humans. J. Neurophysiol. 107, (1), 12-28 (2012).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics