Ein Vibrotactile Feedback-Gerät für sitzende Balance Assessment und Training
Özet
Eine Sitzung Plattform entwickelt und montiert wurde, die passiv destabilisiert Sitzhaltung beim Menschen. Während des Benutzers stabilisierende Aufgabe eine inertiale Messeinheit zeichnet das Gerät Bewegung und schwingende Elementen liefern Performance orientiertes Feedback zum Sitz. Das tragbare, vielseitige Gerät kann in der Rehabilitation, Beurteilung und Ausbildung Paradigmen verwendet werden.
Abstract
Posturale Störungen, Motion-tracking und sensorisches Feedback sind moderne Techniken verwendet, um herauszufordern, zu bewerten und aufrecht sitzen, bzw. zu trainieren. Das Ziel des entwickelten Protokolls ist zum Bau und Betrieb einer Sitzung-Plattform, die passiv destabilisiert werden kann, während eine inertiale Messeinheit seine Bewegung quantifiziert und schwingende Elementen taktilen Rückmeldung für den Benutzer liefern. Austauschbare Sitz Anhänge ändern Stabilitätsstufe des Gerätes sicher Herausforderung Gleichgewicht sitzen. Ein integrierten Mikrocontroller ermöglicht die Feinabstimmung der Feedback-Parameter, die sensorische Funktion erweitern. Posturographische Maßnahmen, typisch für Gleichgewicht Bewertung Protokolle, fassen die Bewegung Signale während der zeitgesteuerten Gleichgewicht Studien erworben. Kein dynamisches Sitzen Protokoll bietet Variable Herausforderung, Quantifizierung und frei von Zwängen Labor sensorisches Feedback. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Nichtbehinderten Benutzer das Gerät Exponat wesentlicher Änderungen im posturographische Maßnahmen wenn Gleichgewicht Schwierigkeitsgrad geändert wird oder Schwingungs Feedback zur Verfügung gestellt. Das tragbare, vielseitige Gerät hat potenzielle Anwendungen in der Rehabilitation (nach Skelett-, Muskel- oder neurologische Verletzungen), Ausbildung (für Sport oder räumliches Vorstellungsvermögen), Unterhaltung (über virtuelle und erweiterte Realität) und Forschung (der sitzen-Erkrankungen).
Introduction
Aufrecht sitzend ist eine Voraussetzung für andere menschliche sensomotorischen Funktionen, einschließlich qualifizierte Bewegungen (z.B.schreiben) und Gleichgewicht Aufgaben (z.B., Reiten auf einem Zug) gestört. Zur Sanierung und Verbesserung Sitz- und verwandte Funktionen, moderne Balance Trainingstechniken werden verwendet: labilen Untergründen Radardetektoren sitzen1,2 und Motion-tracking quantifiziert Gleichgewicht Proficiency3,4 . Balance-Training-Ergebnisse verbessern, wenn Vibrationen geliefert wird, um den Körper mit Mustern, die Leistung5entsprechen. Solchen sensorisches Feedback wirkt offenbar als Rehabilitation und Training-Methode; Doch aktuelle sensorisches Feedback-Methoden sind darauf ausgerichtet, ständigen Gleichgewicht und Labor-basierte Geräte6,7erfordern.
Der hier vorgestellten Arbeit soll ein tragbares Gerät zu bauen, das setzte sich auf und passiv in unterschiedlichem Maße destabilisiert, während integrierte Instrumente seine Stellung aufnehmen und liefern Schwingungs Feedback an die Sitzfläche werden können. Diese Kombination von Tools integriert Vorarbeiten am wackeln Stühle2,4 und Schwingungs Feedback5,6,7, machen die Vorteile dieser Werkzeuge, leistungsfähiger und zugänglich. Werden Sie auch vorgestellt, ein Verfahren, um aufrecht sitzen und eine Analyse der quantitativen Ergebnisse, nach den etablierten Literatur über posturographische Maßnahmen8trainieren. Diese Methoden eignen sich für die Auswirkungen der Balance Übung mit einer instabilen Oberfläche in Kombination mit Schwingungs-Feedback zu sitzen. Erwartete Anwendungen gehören Sporttraining, allgemeine Verbesserung der motorischen Koordination, Bewertung der Bilanz Kenntnisse und Rehabilitation nach Skelett, muskuläre oder neurologische Verletzungen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Methoden für den Bau einer tragbaren, instrumentierte, sitzen-Gerät werden vorgestellt. Das Gerät ist tragbar und langlebig, bauen auf früheren Studien der wobble Stühle2,4 und Schwingungs Feedback5,6,7 um die Vorteile dieser Werkzeuge leistungsfähiger und zugänglich zu machen . Befolgen Sie das Protokoll der Versammlung in umgekehrter Reihenfolge, um das Gerät f…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen die Gestaltung Bemühungen von den nichtgraduierten Studenten Animesh Singh Kumawat, Kshitij Agarwal, Quinn Boser, Benjamin Cheung, Caroline Collins, Sarah Lojczyc, Derek Schlenker, Katherine Schoepp und Arthur Zielinski. Diese Studie wurde teilweise durch einen Zuschuss der Entdeckung aus den Naturwissenschaften und Engineering Research Council of Canada (RGPIN-2014-04666) finanziert.
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 |
Referanslar
- 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).
