Vibrotactile उत्तेजनाओं को समयबद्धता और इच्छाशक्ति का मोटर प्रतिक्रियाओं की सटीकता मूल्यांकन के लिए एक विधि

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

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Summary

यह लेख एक मानव भागीदार की जांघ को vibrotactile उत्तेजनाओं लागू करने, और उत्तेजना स्थान और आवृत्ति के विभिन्न संयोजनों के लिए प्रतिभागी की इच्छाशक्ति प्रतिक्रिया की सटीकता और प्रतिक्रिया समय को मापने के लिए एक तकनीक का वर्णन है।

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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).

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Abstract

Introduction

कृत्रिम संवेदी राय (एएसएफ), व्यक्तियों के लिए वास्तविक समय की जानकारी प्रदान करने के लिए जैविक अक्सर समझौता प्रोप्रियोसेप्शन या अन्य संवेदी तंत्र के लिए compensating के अभ्यास के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। 3, व्यक्तियों शारीरिक प्रक्रियाओं है कि एक बार स्वायत्त तंत्रिका तंत्र 4 के एक अनैच्छिक प्रतिक्रिया थे नियंत्रित करने की अनुमति - एएसएफ लंबे शारीरिक समारोह और आंदोलन 1 के पहलुओं के उबरने में सहायता करने के घायल या विकलांग व्यक्तियों के पुनर्वास के दायरे में इस्तेमाल किया गया है। Asf, बायोमैकेनिकल बायोफीडबैक की एक उपश्रेणी, बाहरी सेंसर का उपयोग करता संतुलन या चाल कीनेमेटीक्स से संबंधित मानकों को मापने के लिए, और एप्लाइड प्रोत्साहन के कुछ प्रकार के माध्यम से व्यक्ति को यह जानकारी संवाद करने के लिए। बायोमैकेनिकल प्रतिक्रिया करने के लिए एक तेजी से लोकप्रिय दृष्टिकोण छोटे मोटर्स हिल, या tactors, शरीर के विभिन्न भागों पर रखा स्थानिक के साथ ही अस्थायी प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए कार्यरत हैं। पिछला साहित्य पी दिखाया गया हैकम-अंग amputations, vestibular अपंगता वाले व्यक्ति के लिए आवेदन पत्र में vibrotactile प्रतिक्रिया के उपयोग का समर्थन परिणामों romising, और उम्र बढ़ने से संबंधित शेष 5 की हानि - 9।

तंत्र विशिष्ट उत्तेजनाओं को एक व्यक्ति की धारणा और प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए एक पूरी तरह से समझ विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए एएसएफ सिस्टम के प्रभावी कार्यान्वयन के सूचित करने के लिए आवश्यक है। vibrotactile प्रतिक्रिया के लिए, इन तंत्रों के बीच मुख्य प्रोप्रियोसेप्शन और ज्ञानेन्द्रिय प्रतिक्रिया, लागू कंपन करने के लिए विशेष रूप से उपयोगकर्ता संवेदनशीलता और समय वांछित प्रतिक्रिया निष्पादित करने के लिए आवश्यक हैं। कंपन उत्तेजनाओं के माध्यम से संप्रेषित किसी भी संवेदी जानकारी कंपन आवृत्ति के विशिष्ट संयोजन, आयाम, स्थान, और दृश्य के रूप में एन्कोड किया जाना चाहिए। इसलिए, vibrotactile एएसएफ प्रणालियों के डिजाइन उपयोगकर्ता की धारणा और उत्तेजनाओं की व्याख्या को अधिकतम करने के मापदंडों के संयोजन का चयन करना चाहिए, के रूप मेंअच्छी तरह से समयबद्धता और जिसके परिणामस्वरूप मोटर प्रतिक्रिया की सटीकता के रूप में। इस प्रोटोकॉल के लक्ष्य के लिए एक मंच है जिस से अलग संवेदी बिगड़ा आबादी के साथ उपयोग के लिए एएसएफ प्रणालियों के डिजाइन को सूचित करने के लिए प्रतिक्रिया समय और विभिन्न कंपन उत्तेजनाओं के जवाब सटीकता का मूल्यांकन करने के लिए प्रदान करना है।

यहाँ वर्णित विधियों स्पर्श और vibrotactile प्रतिक्रिया 3,5,6 के मानव धारणा की खोज के पूर्व अनुसंधान पर बनाता है, और पिछले दो अध्ययनों 10,11 में उपयोग के लिए विकसित किया गया था। बाद के दो अध्ययनों से इस प्रोटोकॉल कार्यरत कंपन आवृत्ति और सटीकता और निचले अंग amputees में उपयोगकर्ता प्रतिक्रियाओं की समयबद्धता पर स्थान के प्रभाव की जांच करने के लिए, दिखा रहा है कि दोनों मानकों में काफी परिणाम उपाय प्रभावित है, और प्रतिक्रिया सटीकता के एक उच्च डिग्री हो सकता है कि हासिल। इन परिणामों के भविष्य के अध्ययन और vibrotactile एएसएफ प्रणालियों के नैदानिक ​​अनुप्रयोगों में tactors के आदर्श नियुक्ति को सूचित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। द्वारा हाल के अन्य कामCrea एट अल। 12 चलने के दौरान जांघ के लिए लागू कंपन पैटर्न में परिवर्तन करने के लिए उपयोगकर्ता संवेदनशीलता की जांच की, मौखिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग कर एक मोटर प्रतिक्रिया कंपन पैटर्न के लिए कथित परिवर्तन, बजाय दर्शाता है। इन मौखिक प्रतिक्रियाओं का पता लगाने सटीकता मापने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, वे त्रुटियों और देरी है कि मोटर नियंत्रण की प्रक्रिया में मौजूद हो सकता है के लिए खाते में नहीं है।

निम्न प्रयोगों के लिए प्राथमिक सेटअप पल्स चौड़ाई संग्राहक एक microcontroller बोर्ड के उत्पादन पिन से जुड़े मोटर्स हिल के एक नंबर के होते हैं। बोर्ड, बारी में, एक कंप्यूटर के लिए एक यूनिवर्सल सीरियल बस (यूएसबी) कनेक्शन व्यावसायिक रूप से उपलब्ध प्रणाली के डिजाइन सॉफ्टवेयर चल रहा है के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है। मोटर्स पर्याप्त वोल्टेज सुनिश्चित करने के लिए एक अतिरिक्त amplifying सर्किट की आवश्यकता होती है और वर्तमान कंपन आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला से अधिक आपूर्ति की है। एक उदाहरण एम्पलीफायर सर्किट BJR चित्र 1 में दिखाया गया है। द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर () चित्रा में अधिक कुशल संचालन और छोटे आकार के लिए छोटे धातु ऑक्साइड अर्धचालक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFET) के साथ बदला जा सकता है। इसी तरह, पूरे amplifying सर्किट एक मुस्तैद haptic मोटर चालक द्वारा बदला जा सकता है अतिरिक्त नियंत्रण और कम आकार प्रदान करने के लिए। प्रत्येक मोटर अपने स्वयं के सर्किट की आवश्यकता है, और इस पत्र में सूचीबद्ध उपकरण, का उपयोग करते हुए दस मोटर्स अप करने के लिए एक एकल microcontroller बोर्ड द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।

आकृति 1
चित्रा 1. मोटर तारों। (ए) एक भी कंपन मोटर के लिए प्रवर्धन सर्किट दिखाया गया है। प्रत्येक मोटर एक अलग सर्किट की आवश्यकता है और microcontroller पर एक अनूठा PWM उत्पादन बंदरगाह से जुड़ा होना चाहिए। वी डीडी यहां 3.3 वी बिजली microcontroller बोर्ड द्वारा आपूर्ति का प्रतिनिधित्व करता है, और संघर्ष R2 एक पुल से नीचे प्रतिरोधक ट्रांजिस्टर स्विच सुनिश्चित करने के रूप में कार्य करता खुला रहता शून्य वोल्टेज app है जबझूठ बोला। (बी) के दो मोटर्स के भौतिक तारों का एक उदाहरण है। हालांकि आठ व्यक्ति प्रवर्धन सर्किट में दिखाया जाता है, केवल दो कंपन मोटर्स से जुड़े हैं। इस प्रोटोकॉल R1 = 4.7 kΩ और आर 2 = 100 kΩ में। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Protocol

निम्नलिखित प्रोटोकॉल हॉलैंड Bloorview बच्चे पुनर्वास अस्पताल में अनुसंधान आचार बोर्ड द्वारा अनुमोदित किया गया था।

1. मोटर कैलिब्रेशन

  1. एक यूएसबी पोर्ट का उपयोग कर कंप्यूटर को microcontroller बोर्ड कनेक्ट।
  2. मूल microcontroller सॉफ्टवेयर का उपयोग करना, बोर्ड आइकन, परिक्रमा सही तीर से चिह्नित "अपलोड" पर क्लिक करके यूएसबी कनेक्शन का उपयोग करने के लिए कस्टम स्क्रिप्ट, "Motor_and_AccelerometerTest.ino" अपलोड करें।
    1. सुनिश्चित करें कि कंपन स्तर "analogWrite" आदेश का उपयोग बंद की स्थिति में मोटर डालने के लिए शून्य करने के लिए निर्धारित है। कोड "analogWrite (vibe1,0);" पढ़ना चाहिए।
    2. microcontroller कोड में, पल्स चौड़ाई संग्राहक (PWM) उत्पादन पिन "vibe1" चर प्रारंभ कर रहा द्वारा ब्याज की मोटर के लिए इसी निर्दिष्ट करें।
      नोट: PWM संकेतों microcontroller द्वारा उत्पन्न डिजिटल संकेतों से लगभग अनुरूप outputs उत्पन्न करते हैं। पिन labele हैंसंख्यानुसार शारीरिक microcontroller बोर्ड पर घ। उदाहरण के लिए, अगर मोटर PWM उत्पादन पिन '3' से जुड़ा है, तो यह सुनिश्चित करें कि "int vibe1 = 3;" कोड में निर्दिष्ट किया जाता है।
  3. microcontroller बोर्ड के अनुरूप निवेश बंदरगाहों में से एक के लिए सप्ताह में तीन अक्ष accelerometer के Z अक्ष उत्पादन कनेक्ट करें, और सकारात्मक कनेक्ट और जमीन में क्रमश: 5 वी करने के लिए accelerometer और microcontroller बोर्ड की जमीन (GND) बंदरगाहों से होता है।
  4. हिल मोटर के लिए accelerometer माउंट, यह सुनिश्चित करना है कि अपनी जेड-धुरी के रूप में चित्रा 2 में दिखाया मोटर की सपाट सतह के लिए orthogonal में है, और एक कठिन सतह पर मोटर जगह है।
  5. डाटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में "Motor_Calibration.vi" फ़ाइल को खोलने और एक यूएसबी पोर्ट के माध्यम से कंप्यूटर से कनेक्ट microcontroller।
  6. उपलब्ध कराए गए खाने का प्रयोग, लटकती मेनू, साथ ही नमूना दर, और संख्या का उपयोग कर, microcontroller इनपुट के लिए सीरियल पोर्ट निर्दिष्टनमूनों की संख्या इकट्ठा करने के लिए। नोट: इन प्रयोगों त्वरण डेटा की अलियासिंग को रोकने के लिए 500 हर्ट्ज नमूना दर मानक है, और 1000 के नमूने आमतौर पर दर्ज हैं।
  7. "Motor_and_Accelerometer.ino" कोड का उपयोग करना, थरथानेवाला मोटर को आपूर्ति PWM दालों के वांछित शुल्क साइकिल निर्दिष्ट करते हैं, एक बार फिर से "analogWrite" आदेश का उपयोग, और microcontroller बोर्ड मोटर्स को नियंत्रित करने के लिए कार्यक्रम फिर से डाउनलोड करें (1.1 कदम देखना )। उदाहरण के लिए, 100 के लिए दालों की संख्या निर्धारित करने के लिए, कोड पढ़ना चाहिए "analogWrite (vibe1,100);"। तालिका 1 सूचियों PWM मूल्यों और उनके इसी कर्तव्य चक्र।
  8. "MotorCalibration.vi" इंटरफेस पर फास्ट फूरियर रूपांतरण (FFT) डिस्प्ले का उपयोग करना, सबसे बड़ी चोटी की पहचान करने और (क्षैतिज अक्ष से) इसी कंपन आवृत्ति मूल्य रिकॉर्ड है।
  9. दोहराएँ 1.7-1.8 कदम, जब तक वांछित आवृत्ति तक पहुँच जाता है PWM स्तर समायोजित करने, प्रत्येक PWM आवृत्ति पै रिकॉर्डिंगआर। उदाहरण के लिए, अगर एक 100 हर्ट्ज आवृत्ति को लक्षित, कदम 1.7-1.8 प्रदर्शन तक सबसे बड़ी चोटी क्षैतिज अक्ष पर 100 हर्ट्ज के निशान से ऊपर होता है।
    नोट: कंपन इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल की मोटरों के लिए, लक्षित कंपन बेहतर त्वचा साहित्य में वर्णित 5,10,13 में mechanoreceptors की प्रतिक्रिया आवृत्तियों मैच के लिए 60-400 हर्ट्ज रेंज में झूठ चाहिए।
  10. दोहराएँ 1.2.2 प्रत्येक मोटर के लिए 1.8 करने के लिए कदम, स्वयं एक स्प्रेडशीट या पेंसिल और कागज के साथ प्रत्येक मोटर के लिए PWM आवृत्ति संबंध रिकॉर्डिंग।
  11. "Experiment_1.vi" फ़ाइल खोलें। प्रत्येक मोटर के लिए, लटकती आवृत्ति मेनू पर राइट क्लिक करें और चुनें "संपत्ति"। "संपादित आइटम" टैब के अंतर्गत, इच्छित आवृत्तियों और कदम 1.8-1.9 में निर्धारित इसी PWM स्तरों में प्रवेश करने की तालिका का उपयोग करें। "ठीक है" का चयन करें बाहर निकलने के लिए।
  12. प्रणाली के डिजाइन सॉफ्टवेयर के प्रत्येक आभासी इंटरफेस (छठे) फ़ाइल के लिए दोहराएँ चरण 1.11 परीक्षण के दौरान इस्तेमाल किया जा करने के लिए (जैसे, "Experiment_2.vi "," Experiment_3.vi ", आदि)।

चित्र 2
चित्रा 2. Accelerometer मोटर लिए मुहिम शुरू की। त्रि-अक्ष accelerometer (हरा) जांच के लिए मोटर की सपाट सतह के लिए अपनी जेड अक्ष orthogonal के साथ सिक्का मोटर करने के लिए मुहिम शुरू की है। प्रत्येक मोटर अलग कर्तव्य चक्र का उपयोग कर सक्रिय हो गया था, और इसी कंपन आवृत्तियों accelerometer द्वारा दर्ज किए गए। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

2. मोटर्स रखकर

  1. एक बार सभी मोटर्स (धारा 2) calibrated किया गया है, उन्हें जांघ को माउंट।
    1. इस पांडुलिपि में वर्णित परिणाम प्राप्त करने के लिए, पूर्वकाल, पीछे, औसत दर्जे का है, और जांघ के पार्श्व सतहों में से प्रत्येक पर एक मोटर जगह है, लगभग रास्ते के मध्य में होनाअधिक trochanter और पार्श्व ऊरु कंद (या ऊपर-घुटने amputees के लिए अंग के बाहर का अंत) tween।
      नोट: अनुसंधान सवालों और हित के क्षेत्रों पर निर्भर करता है, प्रत्येक मोटर की विशिष्ट स्थानों भिन्न हो सकते हैं, और इस तरह की त्वचा में mechanoreceptors के प्रकार और स्थानिक वितरण के रूप में संरचनात्मक और शारीरिक कारकों से प्रभावित हो सकते हैं।
  2. मोटर्स त्वचा डबल पक्षीय टेप का उपयोग करने के लिए सीधे संलग्न।
    नोट: प्रत्येक मोटर के आसपास के क्षेत्र शेविंग के लिए आवश्यक नहीं है, लेकिन (चित्रा 3) त्वचा के लिए अपने आसंजन सुधार हो सकता है। आवेदन कहाँ कपड़े, एक कृत्रिम लाइनर, या उपयोगकर्ता धारणा पर कुछ अन्य सामग्री का प्रभाव ब्याज के लिए कर रहे हैं, ने कहा कि सामग्री के शीर्ष पर मोटर्स जगह नहीं बल्कि त्वचा के खिलाफ है।

चित्र तीन
चित्रा प्रयोगों के लिए 3. टेस्ट प्लेटफार्म। एक कस्टम परीक्षण मंच घर टी करने के लिए बनाया गया थावह बोर्डों microcontroller और बटन पुश। (दिखाया गया है) मोटर्स त्वचा को सीधे संलग्न किया जा सकता है, या मोटर और त्वचा के बीच एक कृत्रिम लाइनर के साथ। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

3. प्रयोग 1: लागू करने उत्तेजनाओं और रिकॉर्डिंग प्रतिक्रिया समय

  1. पुन: फ्लैश नियंत्रक के साथ सॉफ्टवेयर पैकेज के साथ "LVIFA_Base.pde" फ़ाइल खोलने, और 1.1 कदम दोहरा द्वारा डाटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर के माध्यम से बोर्ड के नियंत्रण सक्षम करने के लिए फर्मवेयर के साथ microcontroller बोर्ड की जगह "Motor_and_Accelerometer_Test.ino" के साथ " LVIFA_Base.pde "स्क्रिप्ट।
  2. कंप्यूटर के यूएसबी एक सीरियल के लिए यूएसबी कनेक्टर का उपयोग बंदरगाहों में से एक के लिए सीधे पुश बटन कनेक्ट करें। सुनिश्चित करें कि सभी आवश्यक ड्राइवरों स्थापित कर रहे हैं।
  3. "Experiment_1.vi" इंटरफेस खोलें।
  4. सीरियल निर्दिष्ट करेंलेबल "मोटर इनपुट" और "ग्रीन बटन" क्रमशः लटकती मेनू से संबंधित सीरियल पोर्ट पहचान संख्या का चयन करके microcontroller मोटर्स से जुड़े बोर्ड के लिए बंदरगाहों, और पुश बटन। सीरियल पोर्ट पहचान कंप्यूटर के ऑपरेटिंग सिस्टम डिवाइस प्रबंधक सुविधा का उपयोग कर संख्या को पहचानें।
  5. परिणाम रिकॉर्ड और कार्यक्रम शुरू करने के लिए फ़ाइल का चयन करें।
  6. मोटर्स और आवृत्तियों का चयन करें "Experiment_1.vi" इंटरफेस में प्रत्येक मोटर के लिए लटकती मेनू से चयन करके सक्रिय किया जाना है। प्रतिभागी को प्रेस पैर जिस पर प्रतिक्रिया जब एक कंपन महसूस किया है लागू किया जाता है के साथ धक्का-बटन है। बाद बटन दबाया गया है, ध्यान देने योग्य बात है कि घड़ी गिनती बंद कर दिया गया है द्वारा डाटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस में प्रतिक्रिया की पुष्टि, और लटकती मेनू से आवृत्तियों के नए सेट का चयन करके अगले परीक्षण के लिए मोटर्स रीसेट।
  7. एक बार प्रयोग निष्कर्ष निकाला है, डॉ का उपयोगopdown मेनू शून्य की स्थिति के लिए सभी मोटर आवृत्तियों लौटने और मोटर नियंत्रण बोर्ड के लिए कनेक्शन को समाप्त करने के लिए "बंद करो कार्यक्रम" बटन का चयन करें।

4. प्रयोग 2: उत्तेजनाओं के बीच भेद

नोट: इस प्रयोग प्रयोग 1. एक ही मोटर या एकाधिक मोटर्स इस्तेमाल किया जा सकता से पूरी तरह से स्वतंत्र रूप से आयोजित किया जा सकता है। मोटर्स के विशिष्ट स्थानों आवेदन और अनुसंधान के सवालों के आधार पर भिन्न हो सकते हैं।

  1. एक सीरियल-यूएसबी कनेक्टर का उपयोग कर एक और यूएसबी पोर्ट के लिए एक दूसरे पुश बटन कनेक्ट करें।
  2. "Experiment_2.vi" डाटा अधिग्रहण इंटरफेस खोलें।
  3. स्थानों और विन्यास विशिष्ट अनुसंधान आवेदन के लिए आवश्यक में मोटर्स रखें। उदाहरण के लिए, जांघ पर एकल मोटर्स जगह रास्ते के मध्य में अधिक trochanter और पार्श्व ऊरु कंद (या amputees के लिए अंग के बाहर का अंत) के बीच पूर्वकाल, पीछे, पार्श्व में से प्रत्येक पर, और जांघ की औसत दर्जे सतहों ई के लिएपैर 10,11 के इन भागों में से प्रत्येक में आवृत्ति संवेदनशीलता xamine।
  4. microcontroller बोर्ड और दोनों धक्का-बटन 3.4 कदम के रूप में एक ही प्रक्रिया का उपयोग कर के लिए धारावाहिक बंदरगाहों निर्दिष्ट करें। नोट करने के लिए जो पुश बटन प्रत्येक बंदरगाह को सौंपा है सुनिश्चित करें।
  5. विशिष्ट मोटर्स सक्रिय होने के लिए और सॉफ्टवेयर इंटरफ़ेस में "मोटर" आइकन पर क्लिक करके आवृत्तियों के वांछित अनुक्रम का चयन करें। उदाहरण के लिए, तीन आवृत्तियों का परीक्षण किया जा रहा है लगता है कि इस तरह के 140 हर्ट्ज, 180 हर्ट्ज, और 220 हर्ट्ज के रूप में। परीक्षणों की एक श्रृंखला (1) 180 हर्ट्ज 140 हर्ट्ज के द्वारा पीछा किया, (2) 220 हर्ट्ज 140 हर्ट्ज के द्वारा पीछा किया, और (3) 180 हर्ट्ज 220 हर्ट्ज के द्वारा पीछा किया जा सकता है।
  6. इनपुट देरी समय और उत्तेजना अवधि शुरू करते हैं। 1.5 सेकंड दोनों देरी और उत्तेजना बार के लिए विशिष्ट है।
  7. कार्यक्रम की शुरुआत करें।
    नोट: के बाद देरी 4.6 कदम में निर्दिष्ट कार्यक्रम 4.5 कदम में चुना बनती आवृत्तियों के अनुक्रम के साथ मोटर (ओं) को सक्रिय करेंगे। उदाहरण के लिए, एसई 180 हर्ट्ज बनाम 220 हर्ट्ज था कि अगर4.5 कदम में lected, इसी मोटर पहली 220 हर्ट्ज के लिए स्विच करने से पहले निर्दिष्ट अवधि के लिए 180 हर्ट्ज पर कंपन होगा।
  8. दो धक्का-बटन के भागीदार प्रेस से एक का चयन करने के लिए दूसरा कथित आवृत्ति अधिक या पहले की तुलना में कम थी या नहीं। जवाबों को अपने आप प्रोग्राम द्वारा दर्ज किया जाएगा।

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Representative Results

चित्रा 4 एक भी मोटर के एक 180 हर्ट्ज कंपन आवृत्ति के लिए PWM मूल्य की पहचान अंशांकन घटता दिखाता है। एक 50% शुल्क साइकिल पर शुरू, PWM मूल्यों जब तक प्राथमिक आवृत्ति कील 180 हर्ट्ज पर होता दोहराया जाता है। सफल अंशांकन परीक्षणों प्राथमिक कंपन आवृत्ति पर एक स्पष्ट कील दिखाना चाहिए। मोटर, या एक समर्थन सतह के लिए मोटर के लिए accelerometer के गरीब निर्धारण एक स्पष्ट कील के बिना एक अधिक फैलाना FFT में परिणाम हो सकता है। इस स्थिति में, अंशांकन परीक्षण के बाद आरोह को एक बेहतर संबंध सुनिश्चित करने के लिए समायोजित किया गया है दोहराया जाना चाहिए।

चित्रा 5 ए प्रोत्साहन और पुश बटन प्रतिक्रिया तीन कंपन आवृत्तियों, 140 हर्ट्ज, 180 हर्ट्ज, और 220 हर्ट्ज, दस सक्षम शरीर प्रतिभागियों और तीन amputees 10 के लिए जांघ के पूर्वकाल सतह पर लागू करने के लिए प्रयोग 1 के लिए दर्ज बीच प्रतिक्रिया समय से पता चलता है। विचरण के दोहराया उपायों विश्लेषण (एनोवा) औरTukey के बाद तदर्थ Bonferroni सुधार का उपयोग विश्लेषण प्रत्येक आवृत्ति के विशिष्ट प्रभाव की पहचान करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इन आंकड़ों सक्षम शरीर की आबादी में प्रत्येक आवृत्ति के लिए डेटा की एक अपेक्षाकृत तंग प्रसार, और एक महत्वपूर्ण आवृत्ति प्रभाव दिखाते हैं। कंपन आवृत्तियों के जोड़े के बीच भेद के लिए प्रतिक्रिया समय चित्रा 5 ब में दिखाया जाता है, और एकल आवृत्ति परीक्षण के रूप में एक ही प्रक्रिया का उपयोग कर विश्लेषण किया जा सकता है। इसी तरह के विश्लेषण मोटर नियुक्ति, प्रतिक्रिया तंत्र के प्रभाव की पहचान करने के लिए आयोजित किया जा सकता है (जैसे, हाथ या पैर के साथ पुश बटन दबाने) या अन्य परीक्षण की स्थिति।

चित्रा 4
चित्रा 4. ठेठ कैलिब्रेशन घटता। फास्ट फूरियर के परिणामों त्वरण डेटा के बदलने एक भी मोटर के दौर से गुजर जांच के लिए दिखाए जाते हैं। चार परीक्षणों PWM स्तर correspon की पहचान करने के लिए आयोजित की गईडिंग 180 हर्ट्ज कंपन करने के लिए ठोस (नीली रेखा)। ध्यान दें कि कंपन विभिन्न आवृत्तियों के बीच होती है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5. रिएक्शन टाइम प्रतिनिधि परिणाम है। (ए) रिस्पांस बार अलग-अलग आवृत्तियों के लिए दिखाए जाते हैं। जबकि व्यक्तिगत डेटा बिंदुओं transfemoral amputations के साथ तीन व्यक्तियों का प्रतिनिधित्व लाइन से जुड़े डेटा, सक्षम शरीर प्रतिभागियों (± एसडी मतलब है) के लिए डेटा से पता चलता है। प्रतिक्रिया समय काफी आवृत्ति कम किया है। '*' 140 हर्ट्ज प्रतिक्रिया समय से एक महत्वपूर्ण अंतर है, और '#' 180 हर्ट्ज आवृत्ति से एक अंतर है, दोनों के महत्व पी <0.05 पर दर्शाता है। (बी) जोड़ी के बीच भेद के लिए प्रतिक्रिया समयआवृत्तियों के दोनों सक्षम शरीर व्यक्तियों और transfemoral amputations के साथ उन लोगों के लिए प्लॉट किए जाते हैं। ध्यान दें कि प्रत्येक जोड़ी में डेटा के प्रसार कि एकल आवृत्ति डेटा के लिए की तुलना में बहुत बड़ा है, और अधिक चर परिणामों का संकेत है। यह आंकड़ा डेटा मूल शर्मा एट अल। 10 द्वारा प्रकाशित से संशोधित किया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

PWM मूल्य (दाल) 64 127 191 255
साइकिल शुल्क (%) 25 50 75 100

तालिका 1. PWM मूल्यों और इसी कर्तव्य चक्र। नमूना PWM स्तर और इसी कर्तव्य चक्र दिखाए जाते हैं। टीवह PWM मूल्य के लिए 0-255 रेंज जिसके लिए सिग्नल पर है (255 संभव के बाहर) प्रत्येक नाड़ी में बाइट्स की संख्या निर्दिष्ट करता है।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल के उद्देश्य vibrotactile एएसएफ अनुप्रयोगों में उत्तेजना मापदंडों के मूल्यांकन के लिए ढांचा प्रदान करना है। विशेष रूप से, यह उपयोगकर्ता के ज्ञानेन्द्रिय प्रतिक्रिया पर कंपन आवृत्ति, आयाम, स्थान, और अनुक्रम के प्रभाव को परख होती है। इस ढांचे पर बनाया गया है और उपयोगकर्ता की प्रतिक्रिया अधिक चिकित्सकीय प्रासंगिक, एक संयुक्त झुकने या किसी अन्य के लिए एक पैर से वजन स्थानांतरण के रूप में इस तरह हो सकता है कि के अतिरिक्त या वैकल्पिक प्रकार को शामिल करने के लिए विस्तारित किया जा सकता है। परिवर्तन के इन प्रकार के ऐसे जड़त्वीय माप इकाइयों (Imus) या दबाव सेंसर के रूप में थोड़ा अलग हार्डवेयर विन्यास, अर्थात् उपकरणों के साथ पुश बटन के प्रतिस्थापन, साथ ही वर्चुअल इंटरफ़ेस करने के साथ परिवर्तन की आवश्यकता होगी। इसी तरह, हालांकि यहाँ प्रस्तुत प्रोटोकॉल एक बैठा स्थिति में होना करने के लिए भागीदार की आवश्यकता है, केवल छोटे हार्डवेयर संशोधनों के लिए आवश्यक परिवर्तन करने के लिए किया जाएगा करने के लिए और अधिक चिकित्सकीय ऐसे खड़े संतुलन या वाल के रूप में प्रासंगिक आसन,राजा परीक्षण।

दोनों प्रयोगों में, पुश बटन (एस) के हाथ, पैर, पैर के साथ या किसी अन्य माध्यम से, विशेष अनुसंधान प्रश्न और वांछित प्रतिक्रिया के आधार पर दबाया जा सकता है। इसके अलावा, इस बुनियादी प्रोटोकॉल को रोजगार के अतिरिक्त अध्ययन नए या मौजूदा कृत्रिम अंग में अलग-अलग प्रतिक्रिया कोडिंग रणनीतियों, स्थानों, और समावेश के प्रभाव का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, जब निचले अंग कृत्रिम अंग में vibrotactile प्रतिक्रिया को लागू करने, यह दिलचस्प कृत्रिम सॉकेट और उत्तेजनाओं को उपयोगकर्ता संवेदनशीलता पर लाइनर के प्रभाव की जांच करने के लिए हो सकता है। जबकि प्रोटोकॉल इस पांडुलिपि में विस्तृत थरथानेवाला मोटर्स (इंटरफेस के माध्यम से) की अर्द्ध मैनुअल सक्रियण की आवश्यकता होती है, वे आसानी से बाहरी सेंसर से गतिज या विज्ञान सम्बन्धी माप के जवाब में मोटर सक्रियण सक्षम करने के लिए संशोधित किया जा सकता है। , इस तरह के Imus, goniometers, दबाव सेंसर, आदि के रूप में माप उपकरणों का प्रयोग, पुश बटन के एवज में, प्रयोगों सी हो सकता हैप्रदान की vibrotactile प्रतिक्रिया के लिए अधिक physiologically प्रासंगिक उपयोगकर्ता से प्रतिक्रिया समय और सटीकता की जांच करने के onducted। अध्ययन के इस प्रकार के प्रयोगों से 1 और 2 में वर्णित उन लोगों के लिए एक समान प्रोटोकॉल रोजगार होगा, लेकिन डाटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में परिवर्तन के साथ इंटरफेस के रूप में थरथानेवाला मोटर्स के लिए भेजा निर्देशों में सेंसर इनपुट परिवर्तित करने के लिए, साथ ही एक अतिरिक्त नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता होगी नए हार्डवेयर परिवर्तन।

एक physiologically प्रासंगिक प्रतिक्रिया को लागू करने का एक उदाहरण के एक गोनियोमीटर घुटने कोण में परिवर्तन को मापने के साथ पुश बटन की जगह है। प्रयोग के इस प्रकार के लिए, गोनियोमीटर संयुक्त घुटने के पार्श्व सतह पर मुहिम शुरू की जाएगी और नहीं बल्कि पुश बटन दबाने से, प्रतिभागियों को एक पूर्व निर्धारित घुटने के कोण (जैसे, 90 डिग्री) पर करने के लिए अपने घुटने मोड़ करने के लिए निर्देश दिए जा होगा एक मोटर कंपन की धारणा है। उपयोगकर्ता प्रतिक्रिया बार फिर समय एप्लाइड प्रोत्साहन और जब संयुक्त एक के बीच गुजरे के रूप में परिभाषित कर रहे हैंgle पर या निकट वांछित मूल्य बैठती है (उदाहरण के लिए, 90 ° ± 10 °)। आंदोलन सटीकता भी लक्ष्य को हासिल किया और कोण के बीच प्रतिशत त्रुटि की गणना द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है।

पिछले दस वर्षों में, अध्ययन का एक नंबर बायोमैकेनिकल आवेदनों की एक किस्म में vibrotactile प्रतिक्रिया के उपयोग का पता लगाया है, चाल और संतुलन 14,15 में सुधार के लिए एक प्रशिक्षण उपकरण के रूप में इसकी क्षमता भी शामिल है। जब vibrotactile प्रतिक्रिया लागू किया जाता है इन अध्ययनों के बहुमत बायोफीडबैक के नैदानिक ​​प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया है, विशिष्ट गतिज या विज्ञान सम्बन्धी मानकों को किसी भी परिवर्तन की जांच। इस तरह के रूप में, सबसे प्रोटोकॉल कुछ कंपन स्थान, आयाम, या पैटर्न के लिए उपयोगकर्ता संवेदनशीलता की जांच के साथ उत्तेजना के मापदंडों के एक सेट का चयन करें। यहाँ प्रस्तुत प्रोटोकॉल समझ उपयोगकर्ता धारणा की दिशा में पहला कदम उत्तेजनाओं कि विशिष्ट क्लीन पर इन उत्तेजनाओं के प्रभाव का मूल्यांकन करने से पहले किया जाना चाहिए vibrotactile करने के रूप में कार्य करताराजनैतिक परिस्थितियों। ऐसा है कि के रूप में अतिरिक्त काम है, Goodworth एट अल। 7,16, जो विभिन्न थरथानेवाला उत्तेजनाओं में संवेदी जानकारी के अनुवाद के लिए रणनीतियों कोडिंग का पता लगाया है, और बनाने की प्रक्रिया एट अल। 12 है, जो कंपन पैटर्न में परिवर्तन करने के लिए उपयोगकर्ता संवेदनशीलता का मूल्यांकन, इन प्रयोगों के पूरक प्रदान करने के लिए कैसे की एक और पूरी समझ विशिष्ट बायोमैकेनिक्स अनुप्रयोगों के लिए vibrotactile प्रतिक्रिया अनुकूलन करने के लिए।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह प्रायोगिक प्रणाली का एक मूलभूत सीमा, साहित्य 5,6 की रिपोर्ट में अन्य प्रणालियों के साथ के रूप में, थरथानेवाला मोटर्स, जो जोड़ी के कंपन आवृत्ति और तीव्रता के साथ है। यही कारण है, कंपन आवृत्ति में बढ़ या घट आयाम में आनुपातिक परिवर्तन के साथ कर रहे हैं। इन दो मापदंडों के पृथक्करण और अधिक परिष्कृत मोटर्स बिजली के लिए इस तरह के रैखिक actuators गूंज, साथ ही और अधिक उन्नत मोटर चालकों के रूप में मोटर, का एक अलग प्रकार की आवश्यकता है। additमौजूदा इंटरफेस के लिए ional अपडेट नए हार्डवेयर और अतिरिक्त आयाम पैरामीटर को समायोजित करने की आवश्यकता होगी।

अंशांकन प्रक्रिया इन प्रयोगों के सफल क्रियान्वयन के लिए महत्वपूर्ण है, और बाद के प्रयोगों में इस्तेमाल प्रत्येक मोटर के लिए स्वतंत्र रूप से किया जाना चाहिए। कर्तव्य चक्र आवृत्ति संबंध समान मोटर्स के लिए नाममात्र एक ही प्रकार होना चाहिए, मोटर निर्माण में छोटे मतभेदों के परिणामस्वरूप आवृत्तियों के लिए गैर तुच्छ परिवर्तन हो सकता है। उदाहरण के लिए, जबकि इस प्रक्रिया के विकास, एक 180 हर्ट्ज लक्ष्य आवृत्ति PWM 103-143 से अलग मोटर्स के लिए लेकर मूल्यों का उपयोग कर हासिल की थी।

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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

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References

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