Vibrotactile Uyaranların için İstemli motor Yanıtları güncelliği ve doğruluğundan değerlendirilmesi için bir yöntem

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:

 

Summary

Bu makalede, bir insan katılımcı uyluk vibrotactile uyarıcısının uygulanmasının ve stimülasyon konumu ve frekans çeşitli kombinasyonları için katılımcının istemli tepki hassasiyeti ve reaksiyon zaman ölçümü için bir yöntem açıklanır.

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

Yapay duyusal geribildirim (ASF) sık sık tehlikeye propriosepsiyon ya da diğer duyusal mekanizma telafi bireylere gerçek zamanlı biyolojik bilgi sağlama uygulama olarak tanımlanabilir. Bireylerin kez otonom sinir sistemi 4 istemsiz bir tepki vardı fiziksel süreçleri kontrol etmesini sağlayan, 3 - ASF uzun fiziksel fonksiyon ve hareket 1 yönlerini kurtarma yardımcı olmak için yaralı ya da engelli kişilerin rehabilitasyonu alanda kullanılmaktadır. ASF, biyomekanik biofeedback bir alt kategori, kinematik dengelemek ya da yürüyüş ile ilgili parametreleri ölçmek ve uygulamalı uyaran çeşit yoluyla bireye bu bilgileri iletişim kurmak için harici sensörler kullanır. biyomekanik geribildirim giderek daha popüler bir yaklaşım mekansal yanı sıra zamansal geribildirim sağlamak için vücudun farklı bölgelerinde yerleştirilen küçük titreşimli motorlar, ya da kontaktörü, istihdam etmektedir. Önceki edebiyat p gösterdialt ekstremite amputasyon, vestibüler engelli bireylere uygulamalarda vibrotactile geribildirim kullanımını destekleyen sonuçlar romising ve yaşlanma-ilgili denge 5 kaybını - 9.

Belirli uyaranlara bireyin algı ve tepki kontrol eden mekanizmaların tam olarak anlamak, farklı uygulamalar için ASF sistemlerinin etkin bir şekilde uygulanmasını bilgilendirmek için gereklidir. vibrotactile geribildirim için, bu mekanizmalar arasında baş propriosepsiyonu ve sensorimotor tepkisi, özellikle uygulanan titreşimlere kullanıcı duyarlılık ve istenen reaksiyonu yürütmek için gerekli olan zaman vardır. Titreşim uyaranlara yoluyla iletilen herhangi bir duyusal bilgi, belirli titreşim frekansı kombinasyonları, genlik, konumu ve dizi olarak kodlanmış olması gerekir. Bu nedenle, vibrotactile ASF sistemlerinin tasarımı olarak, uyaranların kullanıcının algı ve yorumlama maksimize etmek parametrelerin kombinasyonları seçmelisiniziyi zamanında ve ortaya çıkan motorun tepki doğruluğu. Bu protokolün amacı, farklı duyusal engelli nüfusa sahip kullanılmak üzere ASF sistemlerinin tasarımını bilgilendirmek için çeşitli titreşim uyaranlara yanıt süreleri ve tepki doğruluğunu değerlendirmek için bir platform sağlamaktır.

Yöntemleri burada açıklanan dokunsal ve vibrotactile geribildirim 3,5,6 insan algısını keşfetmeye önceki araştırmalar üzerine inşa ve iki önceki çalışmalarda 10,11 kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Son iki çalışma her iki parametre önemli ölçüde sonuç önlemleri etkilediği gösteren alt ekstremite amputasyon doğruluk ve kullanıcı tepkilerinin zamanında titreşim frekansı ve konumu etkilerini incelemek için bu protokolü istihdam ve tepki doğruluğu yüksek derecede olabilir elde etti. Bu sonuçlar, gelecekteki çalışmalar ve vibrotactile ASF sistemlerinin klinik uygulamalarda kontaktörü ideal yerleşim bilgilendirmek için kullanılabilir. Diğer son çalışmasıCrea ve ark., 12 algılanan titreşim desenleri değişiklikleri yerine motor tepkisini belirtmek için sözlü tepkiler kullanarak, yürüyüş sırasında uyluk uygulanan titreşim desenleri değişikliklere kullanıcı duyarlılığı incelendi. Bu sözlü tepkiler algılama doğruluğunu ölçmek için kullanılabilir olsa da, motor kontrol sürecinde mevcut olabilir hatalar ve gecikmeler hesaba katmaz.

Aşağıdaki deneyler için birincil kurulum darbe genişliği modüle bir mikro kurulu çıkış pini bağlanmış titreşimli motorların birçok parçadan oluşur. pansiyon, sırayla, ticari olarak mevcut sistem tasarım yazılımı çalıştıran bir bilgisayara Universal Serial Bus (USB) bağlantısı üzerinden kontrol edilir. Motorlar yeterli voltajı sağlamak için ek bir yükseltme devresi gerektirir ve mevcut vibrasyon geniş bir frekans aralığı üzerinde temin edilir. Bir örnek amplifikatör devresi Şekil 1'de gösterilmiştir. Iki kutuplu kavşak transistor (BJR) Şekil etkinliğinin arttırılması ile ve daha küçük boyutta daha küçük metal oksit yarı-iletken alan etkili transistor (MOSFET) ile ikame edilmiş olabilir. Aynı şekilde, tüm amplifikatör devresi ek kontrol ve indirgenmiş boyutu sağlamak için bir kullanıma hazır haptik motor sürücü ile ikame edilmiş olabilir. Her motor kendi devresini gerektirir ve on motorlar kadar bu yazıda belirtilen ekipmanı kullanarak tek bir mikroişlemci kurulu tarafından kontrol edilebilir.

Şekil 1
Şekil 1. Motor Kablolama. (A) tek bir titreşim motoru için amplifikasyon devresi gösterilmiştir. Her motor ayrı bir devre gerektirir ve mikrodenetleyici üzerinde benzersiz bir PWM çıkış portuna bağlı olmalıdır. V DD burada mikrodenetleyici tarafından sağlanan 3,3 V gücünü temsil ve sıfır gerilim uygulaması R2 transistör anahtarı sağlamak için açılan resister olarak hizmet direnç açık kalırYalan. (B) iki motorun fiziksel kablolama bir örnek. sekiz ayrı yükseltme devresi gösterilmiştir, ancak sadece iki titreşim işletme motorlarına bağlanmıştır. Bu protokol, R1 = 4.7 kÊ ve R2 = 100 kÊ içinde. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Aşağıdaki protokol Hollanda Bloorview Çocuk Rehabilitasyon Hastanesi Araştırma Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır.

1. Motor Kalibrasyon

  1. Bir USB bağlantı noktasını kullanarak bilgisayara mikro kartını takın.
  2. Orijinal mikro yazılımı kullanarak, daire sağ ok ile gösterilen "Yükle" simgesini tıklayarak USB bağlantısını kullanarak kuruluna özel komut dosyası, "Motor_and_AccelerometerTest.ino" yükleyin.
    1. Titreşim düzeyi "analogWrite" komutunu kullanarak kapalı pozisyonunda motoru koymak için sıfıra ayarlanmış olduğundan emin olun. Kod "analogWrite (vibe1,0);" okumalısınız.
    2. mikro kodda, "vibe1" değişkeni başlatarak ilgi motora gelen (PWM) çıkış pimi modüle darbe genişlik belirtin.
      Not: PWM sinyalleri mikrodenetleyici tarafından oluşturulan dijital sinyalleri yaklaşık analog çıkış üretir. pimleri labele vardırsayısal fiziksel mikrodenetleyici d. Motor PWM çıkış pimi '3' bağlı, örneğin, daha sonra temin etmesi "Int vibe1 = 3;" kodunda belirtilmiştir.
  3. mikrodenetleyici kurulu analog giriş bağlantı noktalarından birine üç eksenli ivme z ekseni çıkışını ve olumlu bağlanmak ve zemin sırasıyla mikrodenetleyici kurulu 5V ivmeölçer ve toprak (GND) limanlarından yol açar.
  4. Şekil 2'de gösterildiği gibi Z-ekseni, motorun düz bir yüzeye dik olan sağlanması, titreşimli motora ivmeölçer monte edin ve sert bir yüzeye motoru yerleştirin.
  5. veri toplama yazılımı "Motor_Calibration.vi" dosyasını açın ve bir USB portu üzerinden bilgisayara mikrodenetleyici bağlayın.
  6. sağlanan alanlar kullanılarak, açılır menünün yanı sıra örnekleme hızı ve num kullanarak, mikro girişi için seri bağlantı noktasını belirtmekNumunelerin ber toplamak için. Bu deneyler ivme verilerinin aliasing önlemek için 500 Hz örnekleme oranı standarttır ve 1000 örnekleri yaygın kaydedilir Not:.
  7. "Motor_and_Accelerometer.ino" kodunu kullanarak, titreşimli motora verilen PWM darbeleri istenen görev döngüsünü belirlemek, bir kez daha "analogWrite" komutunu kullanarak ve motorları kontrol mikrodenetleyici programı yeniden indirmek (Adım 1.1 bakınız ). Örneğin, 100 darbe sayısını ayarlamak için, kod okumalısınız "analogWrite (vibe1,100);". Tablo 1 PWM değerler ve bunlara karşılık gelen görev çevrimleri.
  8. "MotorCalibration.vi" arabirimde Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT) ekranı kullanarak, büyük tepe belirlemek ve (yatay eksen itibaren) karşılık gelen titreşim frekans değerini kaydedin.
  9. Yineleyin her PWM frekans pai kayıt istenilen frekans ulaşılana kadar PWM düzeylerini ayarlayarak, 1.7-1.8 Adımlarır. 100 Hz frekans hedef ise en büyük tepe yatay eksende 100 Hz işareti üzerine oluşuncaya kadar, örneğin, Adımları 1.7-1.8 gerçekleştirin.
    Not: Bu protokolde kullanılan titreşim motorları için hedeflenen titreşimler daha iyi literatürde 5,10,13 tarif deride mekanoreseptörlerin tepkisi frekanslarını maç için 60-400 Hz aralığında durmalıdır.
  10. Tekrarlayın elle bir elektronik tablo veya kalem ve kağıt ile her motor için PWM frekans ilişkinin kaydedilmesi, 1.2.2 her motor için 1.8 Adımlar.
  11. "Experiment_1.vi" dosyasını açın. Her motor için, açılır frekans menüsünde sağ tıklayın ve "Mülkiyet" i seçin. "Edit Öğeler" sekmesinde, Adımlar 1,8-1,9 belirlenen istenen frekansları ve ilgili PWM seviyelerini girmek için tabloyu kullanın. Çıkmak için "Tamam" seçeneğini seçin.
  12. Sistem tasarımı yazılımının her sanal arabirim (VI) dosyası için tekrarlayın Adım 1.11 test sırasında kullanılmak üzere (örneğin, "Experiment_2.vi "," Experiment_3.vi ", vb.)

şekil 2
Accelerometer Motor monte edilir Şekil 2.. Tri-eksenli akselerometre (yeşil) kalibrasyon için motorun düz bir yüzeye onun z-ekseni dik olan sikke motora monte edilir. Her motor farklı görev çevrimleri kullanılarak aktive edildi ve karşılık gelen titreşim frekansları ivmeölçer tarafından kaydedildi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

2. Motors Yerleştirme

  1. Tüm motorlar (bölüm 2) kalibre edildikten sonra, uyluk takar.
    1. Bu yazıda anlatılan sonuçları elde etmek için, yaklaşık olarak yarıda olmak, anterior, posterior, medial ve uyluk yan yüzeyleri üzerine birer motoru yerleştirinbüyük trokanteri ve lateral femoral kondil (ya da diz üstü amputasyon için ekstremitenin distal ucunun) arasını doldurun.
      Not: Her motorun belirli yerleri ilgi araştırma soruları ve bölgelere göre değişebilir, ve bu tür cilt mekanoreseptörlerin türü ve mekansal dağılımı gibi anatomik ve fizyolojik faktörler tarafından etkilenebilir.
  2. çift ​​taraflı bant kullanarak doğrudan cilde motorlar takın.
    Not: Her motorun etrafında bölgeyi Tıraş gerekli değildir, ancak cilde onların yapışma (Şekil 3) artırabilir. giyim, prostetik astar, yada algısına başka malzemeden etkileri ilgi alanıma giren uygulamalarda, yerine deri karşı daha bahsedilen malzeme üzerine motorlar yerleştirin.

Şekil 3,
Deneylerin için Şekil 3. Test Platformu. Özel bir test platformu ev t inşa edildio panoları mikrodenetleyici ve butonlar. Motorlar (gösterildiği gibi) cilde doğrudan bağlı, ya da motor ve cilt arasında bir protez astar ile. Edilebilir , bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

3. Deney 1: Uyarılar ve Kayıt Tepki Süresi uygulama

  1. ile "Motor_and_Accelerometer_Test.ino" yerine Kontrolörün beraberindeki yazılım paketi ile "LVIFA_Base.pde" dosyasını açıp Adım 1.1 tekrarlayarak veri toplama yazılımı aracılığıyla kurulu kontrolünü sağlamak için firmware ile mikro pansiyon, flaş Re " LVIFA_Base.pde "komut dosyası.
  2. Bir seri-USB konektörü kullanarak bilgisayarın USB bağlantı noktalarından birine doğrudan push-button bağlayın. Gerekli tüm sürücüler yüklü olduğundan emin olun.
  3. "Experiment_1.vi" arayüzünü açın.
  4. seri belirtinsırasıyla, "Motor Girdi" ve "Yeşil Düğme" etiketli açılır menülerden ilgili seri port kimlik numaraları seçerek motorlara bağlı mikrodenetleyici için limanlar ve buton. bilgisayarın işletim sistemi aygıt yöneticisi programını kullanarak seri port kimlik numaralarını belirleyin.
  5. sonuçlarını kaydedin ve programı başlatmak için dosyayı seçin.
  6. Seçin motorlar ve frekanslar "Experiment_1.vi" arayüzde her motor için açılan menülerden seçerek aktive edilecek. katılımcı basın titreşim hissetti zaman geri besleme uygulandığı bacak itme düğmesi vardır. düğmesine basıldıktan sonra, saat sayma durduğunu belirterek veri toplama yazılım arayüzü yanıtı onaylamak ve açılır menülerden frekansların yeni bir dizi seçerek bir sonraki duruşma için motorlar sıfırlayın.
  7. Deney tamamlandığında, dr kullanınopdown menüler sıfır konumuna tüm motorlu frekansları dönmek ve motor kontrol kartına bağlantıyı sonlandırmak için "Dur Programı" düğmesini seçin.

4. Deney 2: Uyaranların arasında ayrım

Not: Bu deney, bir tek motor ve birden fazla motor kullanılabilir Deney 1. tamamen bağımsız bir şekilde gerçekleştirilebilir. motorların belirli yerleri uygulama ve araştırma soruları bağlı olarak değişebilir.

  1. Seri USB bağlantısı ile başka bir USB portuna ikinci bir buton bağlayın.
  2. "Experiment_2.vi" veri toplama arabirimini açın.
  3. özel araştırma uygulama için gerekli yerlerde ve konfigürasyonlarda motorları yerleştirin. Örneğin, ön, arka, yan her biri üzerinde, ortada büyük trokanter ve lateral femoral kondilin (veya ampüteler için kolun uzak ucuna) arasında, uyluk tek motorlar yerleştirin ve uyluğun medial yüzeyleri ebacak 10,11, bu kısımların her birinin frekans hassasiyeti xamine.
  4. mikrodenetleyici kurulu ve Adım 3.4 ile aynı prosedürü kullanarak hem butonlar için seri port belirtin. her porta atanan hangi buton not ettiğinizden emin olun.
  5. etkinleştirilmesini özel motorlar ve yazılım arayüzü "Motor" simgeleri tıklayarak frekansları istenen dizisini seçin. Örneğin, üç frekansları denenmektedir varsayalım gibi 140 Hz, 180 Hz ve 220 Hz. bir dizi test 140 Hz ve ardından (1), 180 Hz, 140 Hz ve ardından (2) 220 Hz ve 220 Hz, ardından (3), 180 Hz olabilir.
  6. Girdi gecikmeli zaman ve stimülasyon süresi başlar. 1.5 sn gecikme ve stimülasyon süreleri hem de tipiktir.
  7. programını başlatın.
    Not: Adım 4.6 belirtilen gecikme, program Adım 4.5 seçilen eşleştirilmiş frekanslar dizisi motoru (ler) aktive eder sonra. Örneğin, 180 Hz vs 220 Hz ise seAdım 4.5 seçilir ve karşılık gelen motoru ilk 220 Hz geçmeden önce belirli bir süre boyunca 180 Hz'de titrer.
  8. İkinci algılanan frekans ilk daha yüksek veya daha düşük olup olmadığını seçmek için iki buton katılımcı birine basın var. Yanıtlar otomatik olarak program tarafından kaydedilecektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 4, tek bir motor bir 180 Hz titreşim frekansı PWM değerini tanımlayan kalibrasyon eğrilerini göstermektedir. primer frekans başak 180 Hz oluşana kadar% 50 görev döngüsü başlayarak, PWM değerleri tekrarlanır. Başarılı kalibrasyon denemeleri birincil titreşim frekansında net bir başak göstermesi gerekir. Ya da bir destek yüzeyine motorun motor ivme zayıf sabitleme açık bir sivri olmayan daha yaygın bir FFT neden olabilir. bağlar daha iyi bir bağlantı sağlamak için ayarlanabilir edildikten sonra bu durumda, kalibrasyon deneme tekrar edilmelidir.

Şekil 5A on güçlü kuvvetli katılımcılar ve üç amputelerin 10 uyluk ön yüzeyine uygulanan üç titreşim frekansları, 140 Hz, 180 Hz ve 220 ​​Hz, için Deney 1 kaydedilen uyarıcı ve buton tepki arasındaki reaksiyon sürelerini gösterir. tekrarlayan ölçümlerde varyans analizi (ANOVA) veBonferroni düzeltmesi kullanılarak Tukey post-hoc analizi, her frekansın belirli etkilerini belirlemek için kullanıldı. Bu veriler güçlü kuvvetli popülasyonda her frekans için veri nispeten sıkı yayılmasını ve önemli bir frekans etki gösterir. Titreşim frekansı çiftleri arasında ayırt etmek için reaksiyon süreleri Şekil 5B'de gösterilmektedir ve tek frekans testleri ile aynı prosedür kullanılarak analiz edilebilir. Benzer analizler, motor yerleşimi, tepki mekanizması etkilerini belirlemek amacıyla yapılmıştır (örn, eller ya da bacaklar ile basma düğmesine basarak), ya da diğer test koşulları.

Şekil 4,
Şekil 4. Tipik Kalibrasyon Eğrileri. Hızlı Fourier sonuçları ivme verilerinin Transform tek motorlu geçiren kalibrasyon gösterilmiştir. Dört çal PWM düzeyi Correspon belirlemek için yapılmıştır180 Hz titreşim ding (katı mavi çizgi). Bu titreşim farklı frekanslarda arasında değişmektedir unutmayın. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Bireysel frekanslar için Şekil 5. Reaksiyon Zamanı Temsilcisi Sonuçlar. (A) Tepki süreleri gösterilmiştir. Bireysel veri noktaları transfemoral amputasyon üç bireyleri temsil ederken hat bağlantılı veri, güçlü kuvvetli katılımcılar (ortalama ± SD) için verileri gösterir. Reaksiyon süreleri önemli ölçüde sıklığını azaltmıştır. '*' Anlamlılık p <0.05 hem 140 Hz reaksiyon zamanlarda önemli bir fark ve '#' 180 Hz frekansında bir fark gösterir. (B) Tepki süreleri çifti arasında ayırt etmek içinfrekansların s güçlü gövdeli bireyler ve transfemoral amputasyon olanlar hem çizilir. Her bir çiftin en verilerin dağılımını daha değişken sonuçları gösteren tek frekanslı verileri için çok daha büyük olduğuna dikkat edin. Bu rakam aslında Sharma ve ark., 10 tarafından yayınlanan verilere modifiye edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

PWM Değeri (bakliyat) 64 127 191 255
Görev döngüsü (%) 25 50 75 100

Tablo 1. PWM Değerleri ve Sorumlu Görev Döngüsü. Örnek PWM düzeyleri ve ilgili görev döngüleri gösterilmektedir. To PWM değeri 0-255 aralığında sinyali olduğu (255 mümkünse dışarı) her bir darbe bayt sayısını belirtir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu protokolün amacı, vibrotactile ASF uygulamalarında stimülasyon parametreleri değerlendirmek için bir çerçeve sağlamaktır. Özellikle, kullanıcı sensorimotor cevabına titreşim frekansı, genliği, yer ve dizinin etkilerini inceler. Bu çerçeve üzerine inşa ve daha klinik açıdan böyle bir ortak bükme veya başka bir bacak ağırlık kayması olarak olabilir kullanıcı tepkisinin ilave veya alternatif türleri içerecek şekilde genişletilebilir. Bu tür değişiklikleri gibi eylemsiz ölçü birimlerini (lerle) veya basınç sensörleri gibi biraz farklı donanım yapılandırmaları, cihazlarla düğmelerin yani değiştirilmesi, hem de sanal arabirimine beraberindeki değişiklikler gerektirecektir. Burada sunulan protokol oturur pozisyonda olmasını katılımcıyı gerektirir rağmen Benzer şekilde, sadece küçük donanım değişiklikleri geçiş yapmak için gerekli olacaktır daha klinik böyle ayakta denge veya wal gibi ilgili duruşlar,Kral denemeleri.

Her iki deneyde de, basma-düğmesi (lar) özel bir araştırma söz ve istenen cevaba bağlı olarak, el, bacak, ayak ile preslenmiş ya da başka yollarla yapılabilir. Ayrıca, bu temel protokolü kullanan ek çalışmalar yeni veya mevcut protezlerin içine farklı geribildirim kodlama stratejileri, konumları ve esas etkilerini araştırmak için kullanılabilir. alt ekstremite protezlerinin içine vibrotactile geribildirim uygularken Örneğin, uyaranlara kullanıcı hassasiyetine protez soket ve astar etkilerini incelemek için ilginç olabilir. Bu yazıda ayrıntılı protokolleri (arayüzü aracılığıyla) titreşim motorlarının yarı manuel aktivasyon ihtiyaç duyarken, onlar kolayca dış sensörlerden gelen kinetik veya kinematik ölçümlere karşılık motor aktivasyonunu sağlamak için modifiye edilebilir. Düğme yerine, vb Imus, açıölçerler, basınç sensörleri gibi ölçüm cihazları kullanarak deneyler C olabilirsağlanan vibrotactile geribildirim daha fizyolojik ilgili kullanıcı yanıt süreleri ve doğruluğu incelemek için onducted. Çalışmanın bu tip Deney 1 ve 2'de tarif edilenlere benzer protokollerini kullanarak, ama arayüz veri toplama yazılımı değişiklikler gibi, titreşimli motora gönderilen talimatları içine sensör girişi dönüştürmek için ek bir kontrol sistemi gerektirir yeni donanım değişiklikleri.

fizyolojik ilgili tepkisini uygulanması bir örneği diz açısı değişiklikleri ölçmek için bir gonyometre ile push-button değiştirmektir. Deneyin bu tip, açıölçer diz ekleminin lateral yüzeyine monte edilecek ve yerine düğmeye basarak daha katılımcılar önceden tanımlanmış bir diz açısı (örneğin, 90 derece) üzerine kendi diz çökmek için talimat olacaktır motor titreşim algılama. Kullanıcı reaksiyon süreleri daha sonra uygulamalı uyaran ve eklem An arasında geçen süre olarak tanımlanırgle istenilen değere üzerinde veya yakınında yerleşir (örneğin, 90 ° ± 10 °). Hareket doğruluğu da hedef ve elde edilen açılar arasındaki yüzde hatayı hesaplanarak değerlendirilebilir.

Son on yılda, bir dizi çalışma yürüme ve dengeyi 14,15 geliştirmek için bir eğitim aracı olarak etkinliği de dahil olmak üzere, biyomekanik uygulamalar çeşitli vibrotactile geribildirim kullanımını araştırdı. vibrotactile geribildirim uygulandığında bu çalışmaların çoğu belirli kinetik veya kinematik parametrelerin herhangi bir değişiklik inceleyerek, biofeedback klinik etkileri üzerine odaklanmıştır. Bu nedenle, çoğu protokolleri az titreşim konumu, genlik ya da desen kullanıcı hassasiyetini inceleyerek, stimülasyon parametreleri tek bir set seçin. Burada sunulan protokol belirli Clin bu uyaranların etkilerini değerlendiren önce yapılmalıdır uyaranlara vibrotactile için anlayış kullanıcı algısı yönünde bir ilk adım olarak hizmet vermektedirnik koşullar. Böyle tarafından bu gibi ek iş, titreşim desenleri değişikliklere kullanıcı duyarlılığını değerlendirdi Goodworth titreşimli uyaranlara içine duyusal bilgiyi çevirmek için kodlama stratejileri çeşitli araştırdı ve ark., 7,16, ve Crea ve ark., 12, sağlamak için bu deneyler tamamlayacak kadar daha tam bir anlaşılması, spesifik biyomekanik uygulamalar için vibrotactile geri optimize etmek.

Deneysel sistem temel bir sınırlama literatürde 5,6 bildirilen diğer sistemler gibi, titreşimli motorlar çift titreşim frekansı ve büyüklüğü ile yatıyor unutulmamalıdır. Bu titreşim frekansında artış ve azalışların genlik oransal değişiklikler eşlik eder, olduğunu. Bu iki parametre ayrılması daha sofistike motorlar güç böyle doğrusal rezonans aktüatörler, hem de daha gelişmiş motor sürücüleri gibi motor, farklı türde bir gerektiriyor. additMevcut arayüzüne ional güncellemeler yeni donanım ve ek genlik parametre karşılamak için gerekli olacaktır.

Kalibrasyon prosedürü Bu deneylerin başarılı bir şekilde yürütülmesi için kritiktir ve sonraki deneylerde kullanılan her bir motor için, bağımsız bir yapılmalıdır. görev çevrimi-frekans ilişkisi özdeş motorlar için sözde aynı tip olması gerekirken, motorlu yapımında küçük farklılıklar sonuçlanan frekanslara önemsiz olmayan değişikliklere neden olabilir. Bu prosedür geliştirirken, örneğin, 180 Hz hedef frekans 103-143 farklı motorlar için kadar PWM değerleri kullanılarak elde edilmiştir.

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