Un dispositivo de retroalimentación vibrotáctil evaluación equilibrio sentado y formación
Summary
Ha sido desarrollada y montado una plataforma de sentarse pasivamente que desestabiliza la posición sentada en los seres humanos. Durante la tarea del usuario estabilizador, una unidad de medición inercial registra movimiento del dispositivo y elementos vibrantes entregan retroalimentación basado en resultados para el asiento. El dispositivo portátil y versátil puede utilizarse en rehabilitación, evaluación y paradigmas de formación.
Abstract
Las perturbaciones posturales, seguimiento del movimiento y retroalimentación sensorial son técnicas modernas utilizadas para cuestionar, evaluar y capacitar sentada vertical, respectivamente. El objetivo del protocolo desarrollado es construir y operar una plataforma de sesión que puede ser pasivamente desestabilizada y una unidad de medición inercial cuantifica su movimiento vibratorios elementos entregan retroalimentación táctil al usuario. Accesorios asiento intercambiable alteran el nivel de estabilidad del dispositivo a con seguridad desafío sentado equilibrio. Un microcontrolador integrado permite ajuste de los parámetros de retroalimentación para aumentar la función sensorial. Medidas posturográficas, típicas de los protocolos de evaluación de equilibrio, un resumen de las señales de movimiento adquiridas durante los estudios de equilibrio tiempo. Ningún protocolo de sesión dinámico hasta la fecha ofrece desafío variable, cuantificación y regeneración sensorial de las limitaciones de laboratorio. Nuestros resultados demuestran que los no discapacitados usuarios de los cambios significativos de la exposición dispositivo posturográficas medidas cuando se altera el equilibrio dificultad o vibración feedback proporcionado. El dispositivo portátil y versátil tiene potenciales aplicaciones en rehabilitación (después de lesión esquelética, muscular o neurológico), capacitación (para deportes o conciencia espacial), entretenimiento (via virtual o aumentada realidad) e investigación (de trastornos relacionados con la sesión).
Introduction
Vertical es un requisito previo para otras funciones sensoriomotoras humanas, incluyendo los movimientos calificados (p. ej., escribir) y perturbado equilibrio tareas (por ejemplo, montar en un tren). Para rehabilitar y mejorar las funciones de sentarse y relacionadas, se utilizan técnicas de entrenamiento de balance modernas: superficies inestables perturban sesión1,2 y seguimiento del movimiento cuantifica equilibrio competencia3,4 . Los resultados de entrenamiento de equilibrio mejoran cuando la vibración al cuerpo utilizando patrones que partido de actuación5. Tal retroalimentación sensorial es evidentemente eficaz como rehabilitación y método de entrenamiento; sin embargo, los métodos actuales de la regeneración sensorial están orientados hacia el equilibrio de pie y requieren equipos de laboratorio6,7.
El propósito del trabajo presentado aquí es construir un dispositivo portátil que se montaba y pasivamente desestabilizó a los varios grados incorporados instrumentos registran su posición y ofrecen retroalimentación de vibración a la superficie que se sienta. Esta combinación de herramientas integra trabajos previos en bamboleo sillas2,4 y regeneración vibracional5,6,7, haciendo que los beneficios de estas herramientas más de gran alcance y accesible. Se presentan también un procedimiento para capacitar a estar vertical y un análisis de los resultados cuantitativos, siguiendo la literatura establecida en posturográficas medidas8. Estos métodos son apropiados para estudiar los efectos de sentarse ejercicios de equilibrio con una superficie inestable cuando se combina con la regeneración vibracional. Usos previstos incluyen entrenamiento deportivo, mejora general de la coordinación motriz, evaluación de equilibrio habilidad y a raíz de la rehabilitación esquelética, muscular o neurológico lesiones.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se presentan métodos para la construcción de un dispositivo portátil, equipada, sala de estar. El aparato es portátil y durable, construcción en estudios previos de bamboleo sillas2,4 y regeneración vibracional5,6,7 para que los beneficios de estas herramientas más potentes y accesibles . Seguir el protocolo de montaje en sentido contrario para preparar el disposi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores reconocen los esfuerzos de diseño de los estudiantes de pregrado Animesh Singh Kumawat, Kshitij Agarwal, Quinn Boser, Benjamin Cheung, Caroline Collins, Sarah Lojczyc, Derek Schlenker, Katherine Schoepp y Arthur Zielinski. Este estudio fue financiado parcialmente con una subvención de descubrimiento de las ciencias naturales y Consejo de investigación de ingeniería de Canadá (RGPIN-2014-04666).
Materials
| Chassis | McMaster-Carr | 8657K421 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1-1/2" Thick, 24" X 24" |
| Lid | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
| Base | McMaster-Carr | 8657K414 | Moisture-Resistant LDPE Polyethylene Sheet 1/4" Thick, 24" X 24" |
| Grip-Tape | McMaster-Carr | 6243T471 | Nonabrasive Antislip Tape, Textured, 6" Wide Strip, 2' Long, Black |
| Base Nut | McMaster-Carr | 90596A039 | Steel Round-Base Weld Nut, 5/8"-11 Thread Size |
| Weld Plate | McMaster-Carr | 1388K142 | Low-Carbon Steel Sheet 1/16" Thick, 3" X 3", Ground Finish |
| Threaded Rod | McMaster-Carr | 90322A170 | 3" 5/16"-18 Medium-Strength Alloy Steel Threaded Stud |
| Sleeve | McMaster-Carr | 8745K19 | Chemical-Resistant PVC (Type I) Rod 1-1/4" Diameter |
| Square Flange | McMaster-Carr | 8910K395 | Low Carbon Steel Bar, 1/8" Thick, 1" Wide |
| Hitch | McMaster-Carr | 4931T123 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1-1/2" Square |
| Curved Base | McMaster-Carr | 8745K48 | PVC Rod, 6" Diameter |
| Hitch Insert | McMaster-Carr | 6535K313 | Bolt-Together Framing Heavy-Duty Steel, 1" Square |
| Extrusion | McMaster-Carr | 6545K7 | 1045 Cold Drawn Steel Square Bar Stock, 1' X 1" Wide, Unpolished |
| Clamp | Vlier | TH103A | Adjustable Torque Knob |
| Footrest | McMaster-Carr | 6582K431 | 4130 Steel Tubing, 1" X 1" Wide, 0.065" Wall Thickness, Unpolished Mill Finish |
| Counterwieght | McMaster-Carr | 8910K67 | Low-Carbon Steel Rectangular Bar 1-1/8" Thick, 4" Width |
| Clevis Pin | McMaster-Carr | 97245A616 | Zinc-Plated Steel Clevis Pin with Hairpin Cotter Pin, 3/16" Diameter, 1-9/16" Usable Length |
| Microprocessor | Arduino | MEGA 2560 | Microcontroller board with 54 digital I/O pins and USB connection |
| Inertial Measurement Unit | x-io Technologies Ltd. | x-IMU | Inertial Measurement Unit and Attitude Heading Reference System with enclosure |
| Vibrating Tactor | Precision Microdrives | DEV-11008 | Lilypad Vibe Board, available from SparkFun Electronics |
References
- Behm, D. G., Muehlbauer, T., Kibele, A., Granacher, U. Effects of Strength Training Using Unstable Surfaces on Strength, Power and Balance Performance Across the Lifespan: A Systematic Review and Meta-analysis. Sports Medicine. 45, 1645-1669 (2015).
- Larivière, C., Mecheri, H., Shahvarpour, A., Gagnon, D., Shirazi-Adl, A. Criterion validity and between-day reliability of an inertial-sensor-based trunk postural stability test during unstable sitting. Journal of Electromyography and Kinesiology. 23, 899-907 (2013).
- Paillard, T., Noé, F. Techniques and Methods for Testing the Postural Function in Healthy and Pathological Subjects. BioMed Research International. 2015, (2015).
- Williams, J., Bentman, S. An investigation into the reliability and variability of wobble board performance in a healthy population using the SMARTwobble instrumented wobble board. Physical Therapy in Sport. 25, 108 (2017).
- Wall, C., Kentala, E. Effect of displacement, velocity, and combined vibrotactile tilt feedback on postural control of vestibulopathic subjects. Journal of Vestibular Research. 20, 61-69 (2010).
- Alahakone, A. U., Arosha Senanayake, ., N, S. M. Vibrotactile feedback systems: Current trends in rehabilitation, sports and information display. IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. , 1148-1153 (2009).
- Shull, P. B., Damian, D. D. Haptic wearables as sensory replacement, sensory augmentation and trainer – a review. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 12, 12-59 (2015).
- Prieto, T. E., Myklebust, J. B., Hoffmann, R. G., Lovett, E. G., Myklebust, B. M. Measures of postural steadiness: Differences between healthy young and elderly adults. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 43, 956-966 (1996).
- Ribot-Ciscar, E., Vedel, J. P., Roll, J. P. Vibration sensitivity of slowly and rapidly adapting cutaneous mechanoreceptors in the human foot and leg. Neuroscience Letters. , 130-135 (1989).
- Churchill, E., McConville, J. T. . Sampling and Data Gathering Strategies for Future USAF Anthropometry. , (1976).
- Lee, H., Granata, K. P. Process stationarity and reliability of trunk postural stability. Clinical Biomechanics. 23, 735-742 (2008).
- Silfies, S. P., Cholewicki, J., Radebold, A. The effects of visual input on postural control of the lumbar spine in unstable sitting. Human Movement Science. 22, 237-252 (2003).
- Loughlin, P., Mahboobin, A., Furman, J. Designing vibrotactile balance feedback for desired body sway reductions. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , 1310-1313 (2011).
- Goodworth, A. D., Wall, C., Peterka, R. J. Influence of feedback parameters on performance of a vibrotactile balance prosthesis. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 17, 397-408 (2009).
- Marchal-Crespo, L., Reinkensmeyer, D. J. Review of control strategies for robotic movement training after neurologic injury. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 6, 20-35 (2009).
- Lee, B., Kim, J., Chen, S., Sienko, K. H. Cell phone based balance trainer. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 9, 1-14 (2012).
- Sienko, K. H., Balkwill, M. D., Wall, C. Biofeedback improves postural control recovery from multi-axis discrete perturbations. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. 9, 53-64 (2012).
- Williams, A., et al. Design and Evaluation of an Instrumented Wobble Board for Assessing and Training Dynamic Seated Balance. Journal of Biomechanical Engineering. 140, 1-10 (2017).
- van Dieën, J. H., Koppes, L. L. J., Twisk, J. W. R. Postural sway parameters in seated balancing; their reliability and relationship with balancing performance. Gait Posture. 31, 42-46 (2010).
- Sigrist, R., Rauter, G., Riener, R., Wolf, P. Augmented visual, auditory, haptic, and multimodal feedback in motor learning: A review. Psychonomic Bulletin and Review. 20, 21-53 (2013).
