<p class="jove_title"> 1. הקדמה</p><p class="jove_content"> טוויסטר הוא מכשיר סרוו שבשליטת לכימות הטון יציבה באזורים בגוף צירית וסמוך במהלך העמדה, פעיל זקוף. המכשיר המקורי נבנה ב אורגון לבריאות ומדע באוניברסיטת מכשיר דומה נמצא בבנייה של אוניברסיטת סאות'המפטון, בריטניה. בדו"ח זה, אנו מתארים את הפונקציה ואת הרציונל טוויסטר ומשתמש השונים. לאחר מכן, אנו מספקים תיאור מפורט כדי להקל על שעתוק שלה להראות כיצד ניתן להשתמש בו כדי לחקור את השליטה על הטון היציבה.</p><p class="jove_title"> 2. סקירה</p><p class="jove_content"> טוויסטר כולל מסגרת פלדה קשיחה, מסתובב פלטפורמה, חיישן מומנט, מערכת ההשעיה counterbalanced, העליון הקיבועים נמוך, וקבצים מצורפים גוף (איור 1), כמו גם מערכת בקרת סרוו להסדרת סיבוב פלטפורמה. טוויסטר מכמת הטון היציבה בנושאים עומד ידי סיבוב מגזרים הגוף התחתון על הציר האנכי יחסית מגזרים העליון. זה מסובב את האזור בין, שינוי אורך השרירים בפנים. הקיבועים העליון והתחתון יכולים להיות מחוברים להקנות פיתול לאזורים הצוואר, גזע או הירך (איור 2). מכיוון טוויסטר אינה מספקת תמיכה יציבה, פעילות טוניק של שרירי השלד יש צורך לנטרל torques כבידה. תקנה זו טוניק הוא למד על ידי ההתנגדות torsional כדי סיבוב, כמו גם אלקטרומיוגרפיה מן השרירים הרלוונטיים. ההתנגדות פיתול נבחנת על ידי חיישן מומנט בתוך קיבעון העליון משקף את המצב של כל שרירי עובר שינויים באורך. טוויסטר משתמשת בפלטפורמה מספר r שונהפרופילים otation ללמוד לשלוט טוניק, כולל פרופיל משולש, פרופיל צעד, ופרופיל משולש של הגדלת גודל (איור 3). אלה לסובב את הפלטפורמה במהירות איטית מתמדת, אשר ממזער תופעות אינרציה בנושא ומדידה.</p><p class="jove_content"> אנו משתמשים ההפרעות סיבוב על הציר האנכי כי: 1) משנה את אורך השרירים צירית ו הפרוקסימלי, כמו מבנים אלה מכוונים באלכסון ויש להם מקורות אנטומיים רחב הוספות: 2) אינה משנה את מערכת היחסים של הגוף כולו חלקיו לכבידה: 3) מסובב את הגוף סביב ציר של הרגע מינימלי של אינרציה<sup> 2</sup>; 4) מתאים לאזור נייטרלי<sup> 3,4</sup>, כך בהתנגדות מצד התקות קטנות מעמדת קדימה מול משקף שרירים ולא osteo-ligamentous כוחות; ו 5) באופן טבעי מתרחשת פעילות יומיומית<sup> 3,5</sup>.</p><p class="jove_content"> טוויסטר הוא מכשיר גמיש, שניתן להשתמש בהם כדי לטפל בהיבטים שונים של שליטה טוניק. אלה כוללים: 1) קשיחות הקשורים לפעילות טוניק<sup> 6-8</sup>; 2) תגובות טוניק לשינויים אורך שרירים<sup> 6,8</sup>. 3) את ההשפעה של סיבוב על אזורים בגוף מרחוק; 4) טוניק תופעות ממידע תנועתית<sup> 9</sup>; 5) את ההשפעות של המחלה על הטון יציבה<sup> 7,10</sup> וכן 6) ספי תפיסתי להאט סיבוב<sup> 11</sup>.<br ><p class="jove_title"> 3. תיאור מפורט של המכשיר</p><p class="jove_content"> אנחנו פירוט מרכיבי טוויסטר להלן.</p><ol><li<strong> סיבוב פלטפורמה</strong<br> נושאים עומדים על במה שמסתובבת ± 20 ° על הנושא על הציר האנכי (איורים 1, 4 א). המנוע החשמלי כוחות הסיבוב הזה ביחס הכונן משיגה מהירויות פלטפורמה בין 0.5 ° / s ו – 5 ° / s ו – מומנט גבוה. טוויסטר מסובב את פלג הגוף התחתון בחלל, ולא את פלג הגוף העליון כדי למנוע אותות שיווי המשקל שיכול לשבש עמדה שקטה.</li><li> חגורה ואת גלגלת המערכת משמשת להפחתת הכונן, אשר dampens רעידות מבטלת צליפה שיכול להפריע מדידת מומנט. רטט ממוזער כי זה יכול קיו את הנושא על ההצעה פלטפורמה.</li><li> בטיחות, עצירות קשה משמשים כדי להגביל עקירה פלטפורמה מקסימלי.</li><li> מקודד אופטי (Hewlett-Packard HEDS-5540) קבוע לפיר פלטפורמה דוחות עקירה הסיבוב עבור שליטה סרוו והן נתונים וניתוח.<br /></li><li<strong> מסגרת</strong><br /> מסגרת נוקשה, פלדה (1.5mx 1.5mx 3m) מרענן עם צלב אלכסוני יוצר קשיחות torsional גבוה בין הרכבה פלטפורמת חיישן מומנט, הכרחי עבור מדידת מומנט מדויק.<br /></li><li<strong> קיבעון העליון ומערכת המתלים</strong<br> קיבעון העליון ומערכת קל, השעיה counterbalanced לחבר את השוליים העליונים של האזור מעוות את המסגרת (איור 4B). חיישן מומנט (Futek TFF220, אירווין, קליפורניה) ממוקם בתוך קיבעון העליון אמצעי התנגדות של ובכפוף סיבוב.</li><li> מערכת ההשעיה מורכבת מארבעה צלחות אלומיניום מלבנית כי הם צירים לסירוגין לאורך צירים anterior-posterior ו mediolateral. זה יוצר קשיחות גבוהה עבור סיבוב על הציר האנכי (590 Nm / מעלות), כדי למדוד במדויק את מומנט, ללא הגבלת תנועה בממדים אחרים. בפרט, קשיחות נמוכה התרגום x, y, z ו – כיוונים (0.25 N / cm) מבטיח נושאים לשמור על יציבות יציבה עצמם ומונע את הקיבעון העליון ממתן התייחסות מרחבית. זה גם מאפשר לכל אדם לשמור על יציבה אנכית שלהם ייחודי מבלי להשפיע על היציבה תנועה במישור האופקי.</li><li> ספרינגס לפעול כדי לנטרל את משקל המערכת ההשעיה.</li><li> הרכבה נושאות אנכי (איור 1, 4B) משמש כדי להתאים את הקיבעון העליון לגובה הנושא.<br /></li><li<strong> תחתון קיבעון</strong<br> קיבעון התחתון המחבר את שולי התחתון של האזור מעוות לבמה מסתובבת. להלן קטעים גוף קיבעון התחתון לסובב את הפלטפורמה.</li><li> קיבעון נמוכה שמורכבת משורת טלסקופית קל משקל המחובר פלטפורמה מסתובבת. ציר המחבר את בר טלסקופית לבמה כדי לאפשר קדמית-האחורי להשפיע על היציבה.<br /></li><li<strong> גוף קבצים מצורפים</strong<br> שלושה קבצים מצורפים משמשים עם טוויסטר: קסדה קל, לרתום כתף Orthotic האגן, אשר יכול כל אחד להיות קבוע היטב לגוף (איור 2).</li><li> כדי לסובב את הצוואר, לצרף את הקסדה מעל הכתפיים למטה.</li><li> כדי לסובב המטען לצרף את הכתפיים מעל האגן מתחת</li><li> כדי לסובב הירכיים לצרף את האגן למעלה. במקרה כזה, פיתול הוא מקומי כדי סיבוב הירך הפנימית והחיצונית כמו כפות הרגליים, שוק וירך לסובב את הפלטפורמה.<br /></li><li<strong> קיבוע חיצוני</strong<br> קיבעון שלישי, חיצוני יכול לשמש טוויסט אזור אחד בגוף תוך מדידת מומנט המיוצר על ידי אחר. בגלל הקטע האחרון הוא נייח, מומנט נמדד לא התנגדות אלא מקורו כוחות השרירים בתוך המגזר, הנגרמת פוטנציאלי מן מסובב מרחוק.</li><li> קיבוע חיצוני שמורכבת משורת טלסקופית קל המונע קטע מתוך מחובר מסתובב על ציר אנכי. ציר משותף בין הבר מאפשר מסגרת קדמית, אחורית להשפיע על היציבה.</li><li> איור 4C מראה את תצורת למדידת מומנט פיתול צוואר במהלך תא המטען. לחלופין, מומנט הצוואר בתגובה פיתול האגן ניתן להעריך על ידי חיבור האגן כדי קיבוע חיצוני.</li><li> Forceplate רגיל יכול להיות ממוקם בין הרגליים נושאים פלטפורמה מסתובבת, למדוד בו זמנית מומנט התנגדות בקטע מפותל. Forceplate זה יכול לשמש גם כדי להשפיע על היציבה לכמת במהלך סיבוב.<br /></li><li<strong> סרוו שליטה הסיבוב פלטפורמה</strong<br> מנהג נבנה בזמן אמת סרוו מערכת שולטת סיבוב פלטפורמה. זה בקר PID חומרה יציאות כונן מבוסס על מנוע אות אות פלטפורמה עמדה מן קודאי אופטיות את הסיבוב הרצוי (ראה איור 7). תוכנית מחשב אישית ממשקים עם הבקר החומרה כדי לציין את הפרופיל הזמני המבוקש הסיבוב פלטפורמה וליזום לדין.</li><li> בקר מייצר שלושה פרופילים עבור סיבוב פלטפורמה. בחר את הפרופיל המשולש חלופי קבוע בין מהירות השעון ונגד כיוון השעון סיבוב (איור 3, זכר 1). השתמש בכרטיס צעד כדי להשיג סיבוב רציפה (איור 3, זכר 2). סיבוב יכול גם להיות מונע עם פרופיל משולש כי עליות המשרעת על פני מחזורי (איור 3, זכר 3).</li><li> עבור כל הפרופילים, הסיבוב הוא החליק להגביל תאוצה עד 12 ° / s<sup> 2</sup> במהלך תחילת תנועה ושינויים כיוונית.</li></ol><p class="jove_title"> 4. ניסיוני פרוטוקול</p><p class="jove_content"> הניסוי הטיפוסי הוא לרוץ כדלקמן:</p><ol><li> גוף מקום המצורפים (כלומר, קסדה לרתום כתף או Orthotic האגן) על מקטעים הרצוי, כדי להבטיח שהם חמים ואין לשחק torsional.</li><li> התאם את גובה לשאת ליניארי כך הקיבעון העליון באותו גובה כקובץ מצורף את הגוף המתאים.</li><li> התאם את קיבוע נמוך באמצעות סרגל טלסקופית להתכתב לגובה של התקשרות את פלג הגוף התחתון.</li><li> הדריכו את הנושא לעמוד על פלטפורמה מסתובבת, פונה קדימה.</li><li> צרף את הקיבעון העליון והתחתון לקבצים המצורפים הגוף המקביל, התאמות המיצוב כך מומנט אפס מוחל על הנושא במצב טרום המשפט.</li><li> כיסוי העיניים את הנושא.</li><li> הדריכו את הנושא לעמוד רגוע ולא להתערב.</li><li> בחר להשיג מגבר עבור החיישן מומנט לפיה האזור גוף מעוות, על מנת למקסם את הטווח הדינמי של אות זה.</li><li> אפס את ההטיה על חיישן מומנט.</li><li> בגין תנודה פני השטח לסבסב והקלטת נתונים. מומנט פלטפורמת אותות סיבוב נרשמות בדרך כלל בתדר 50 הרץ באמצעות רכישת תוכנה ספייק 2 (קיימברידג' התקנים אלקטרוניים, קיימברידג', בריטניה).</li><li> ליזום מתפתלת את הפרופיל הרצוי סיבוב פלטפורמה. בתנועה הכללית צריכה להיות איטית וחלקה מספיק כדי הנבדקים לא מדויק תופסים פיתול.</li></ol><p class="jove_title"> 5. נציג תוצאות</p><p class="jove_content"> מומנט התנגדות בדרך כלל עולה עם טיול הפלטפורמה, עם זאת להגדיל את מאט עם טיול גדול יותר. ההתנגדות בסך הכל הוא לכימות בדרך כלל על ידי מומנט שיא אל שיא, בממוצע על פני מחזורי. איור 5A מראה התגובות למשפט אחד על פני נושאים התנגדות torsional של הרמפה במהירות קבועה עבור המטען. ראינו נתונים לשחזור במשך חודשים בתוך נושא (איור 5 ב; מקדם המתאם interclass = 0.89). ממוצע התנגדות פיתול שונה על פני מגזרים הגוף, דווחה להיות 0.54 ± 0.24 Nm על הצוואר, 5.11 ± 1.94 Nm עבור המטען 3.23 ± 1.67 Nm על הירכיים<sup> 6</sup> (איור 6). חשוב סיבוב פלטפורמה חלקה ויש ריסים לא. העדר ריסים הוא הצביע על ידי שינויים חלקה מומנט במהלך השינויים כיווניות שינוי מהיר של מומנט בתחילת, כנראה בשל קשיחות לטווח קצר של השריר (ראה איור 3A ב גורפינקל<em> Et al.</em<sup> 6</sup>).</p><p class="jove_content"> מומנט נמדד משקף גם את השינויים דינמי בטון עם פיתול כמו גם חלוקת פעילות טוניק הבסיס (הכוללת שיתוף התכווצות). בגלל המהירות האיטית של פיתול, העלייה מומנט לכל תואר שווה נוקשות מהותי<sup> 12</sup> רק כאשר פעילות השריר הוא קבוע. שים לב כי מבנים פעיל לתרום את ההתנגדות טוויסטר נמדד טכנית מעריך pseudostiffness.</p><p class="jove_content"> בדרך כלל, שני סוגים של תגובות הם נצפו המתאימים לפעילות טוניק קבוע או מווסתת בתוך האזור מעוות. לשעבר מתאפיין וריאציה מחזור ל-מחזור נמוך מומנט, בעוצמה גבוהה שיא אל שיא מומנט, ו EMG קבועה יחסית. לעומת זאת, אפנון דינמי מאופיין בשונות מחזור ל-מחזור גבוה, התנגדות נמוכה torsional EMG אפנון קוהרנטית עם פיתול. על מגרשים זווית לעומת מומנט נושאים והחדגוני התערוכה לולאה hysteresis רגיל תוך נושאים מווסתת יש דוגמה חריגה שיכולה להפוך כיוון (ראה איור 3A ב גורפינקל<em> Et al.</em<sup> 6</sup> אפנון דינמי בדרך כלל מורכב הגברת הפעילות טוניק במהלך שרירים קיצור וצמצום הפעילות במהלך הארכה (הארכה וקיצור כלומר של שרינגטון התגובות<sup> 13</sup>), אשר הפוכה לחתום על רפלקס המתיחה. מדד אינטגרטיבי היקף אפנון ניתן להשיג על ידי שינוי במצב נייטרלי (מומנט אפס) של הנושא בתוך מעגל, המכונה להתקדם שלב מומנט<sup> 6,8</sup>.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig1.jpg" alt="Figure 1" ><strong> באיור 1.</strong> סכמטי של טוויסטר מהצד. רכיבי מסומנים כדלקמן: 1) במה מסתובבת, 2) בר טלסקופית עבור קיבוע נמוך: 3) ציר משותף בין בר טלסקופית נמוך פלטפורמה מסתובבת; 4) קסדה המצורפת קיבעון העליון; 5) חיישן מומנט ומערכת המתלים counterbalanced; 6) נעילה נושאות ליניארי אנכי; 7) קיבוע חיצוני למדידת מומנט המושרה; מסגרת נוקשה 9);; 8) משותף ציר מקביל 3 10) לחצות באלכסון מרענן עבור מסגרת נוקשה.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig2.jpg" alt="Figure 2" ><strong> באיור 2.</strong> פיתול להחיל רמות צירית ו הפרוקסימלי. נושאים עומדים על במה מסתובבת (צהוב) עם קבצים מצורפים הגוף העליון והתחתון מודבקת להקנות פיתול לאזור הגוף הרצוי. מצורף העליון מחובר באמצעות מערכת ההשעיה (קווי זיגזג) אל החיישן מומנט (T), אשר נקבע לגבי סיבוב סביב ציר אנכי. מצורף התחתון מתחבר פלטפורמה המסתובב באמצעות ציר משותף (עיגול שחור) המאפשר סיבוב במטוס sagittal של הנושא. ת: פיתול צוואר מושגת על ידי הצמדת קסדה לחיישן מומנט ואת הכתפיים אל הרציף. ב ': סיבוב Trunk מושגת על ידי הצמדת כתפי אל החיישן מומנט ואת האגן אל הרציף. C: פיתול היפ מושגת על ידי הצמדת את האגן אל החיישן מומנט.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig3.jpg" alt="Figure 3" ><strong> באיור 3.</strong> מסובבת פרופילים שונים. פרופילים שונים ניתן להשתמש כדי ללמוד היבטים מסוימים של שליטה טוניק. הפלט של קודאי אופטי ציון סיבוב פלטפורמה מוצג וולט. הטיה כלפי מעלה מתאים סיבוב נגד כיוון השעון פלטפורמה כאשר צפו מלמעלה. 1) בכרטיס משולש: במקרה זה מהירות הסיבוב, טיול מקסימום מספר מחזורי שצוינו. שני מחזורים של 12 ° מוצגים. 2) פרופיל רציפה, צעד: משרעת, מהירות, זמן מחזיק צעד שצוינו. שני מחזורים 12 סיבובים °, המורכב מארבע, 3 ° מעלות צעדים מוצגים. 3) הגדלת משרעת גלי משולש: שני מחזורים של כל אחד 3 °, 6 ° ו 9 סיבובים ° מוצגים. בדוגמה זו את קצב הסיבוב פלטפורמה קבועה עבור כל התנאים.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig4.jpg" alt="Figure 4" ><strong> איור 4.</strong> תצלום של טוויסטר מהצד. קיבעון 4) נמוך Orthotic האגן;: 1) במה מסתובבת, 2) הרכבה המנוע סרוו שליטה; 3) ציר משותף בין בר טלסקופית התחתון פלטפורמה מסתובבת 5) העליון:: תצורת עבור גזע מתפתל עם רכיבים שכותרתו כדלקמן קיבעון ולרתום כתף; 6) בר חיבור השעיה על קיבעון העליון; 7) חיישן מומנט ומערכת המתלים counterbalanced; 8) קיבוע חיצוני למדידת מומנט המושרה: 9) מסגרת נוקשה. B: closeup של חיישן מומנט ומערכת המתלים שכותרתו כדלקמן: 1) חיישן מומנט, 2-5) קל צירים צלחות אלומיניום. הציר בין צלחות 2 ו -3 מסתובב על ציר קדמית, אחורית, ואילו הציר בין לוחות 4 ו -5 מכוונת סביב ציר mediolateral. 8) ועליו נעילה ליניארי אנכי: 9) קסדה קל משקל העליון המצורף. C: תצורה עבור סובב את תא המטען אבל מדידת ההשפעה torsional על הצוואר. בתצורה זו האגן מקובעפלטפורמה מסתובבת (1) ו הכתפיים מחוברים קיבוע חיצוני (2), אשר מונע את הכתפיים, הצוואר והראש של סיבוב, פיתול הגבלת לגזע. ראש מצורפת גם קיבעון העליון (3) כך שכל מומנט הצוואר הנגרמת מוחל על החיישן מומנט.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig5.jpg" alt="Figure 5" ><strong> איור 5.</strong> התנגדות torsional של המטען. א) מומנט עקבות מניסויים בודדים בנושאים שונים. שלושה מחזורים של 10 °, 1 ° / s גלים משולש היו בשימוש. נושאים יש מומנט התנהגות עקבית במחזורים, עם שונות רבה בין התנגדות נושאים. עקבות בעלי עמידות גבוהה אופייניים של התנהגות והחדגוני, בעוד עקבות בעלי עמידות לפחות אופייניים אפנון גבוהה. ב) Inter-נושא הדירות בהתנגדות torsional לאורך זמן. שתי מדידות מתוך 7 נושאים המופרדים חודש אחד. שיא אל שיא המומנט המטען מראה התנהגות עקבית, תוך בדיקת נושא על פני מפגשים אבל וריאציה רחב בין הנושא.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig6.jpg" alt="Figure 6" ><strong> איור 6.</strong> מומנט עצבניים מרמות צירית שונים. מומנט התנגדות עד 10 °, 1 ° / גלים של משולש על הצוואר, תא המטען ואת רמות הירך. ניסויים יחיד מהנושא נציג מוצגים. הערה גודל timecorse שונים ברחבי רמות.</p><p class="jove_content"<img src="/files/ftp_upload/3677/3677fig7.jpg" alt="Figure 7" ><strong> איור 7.</strong> סכמטי של שליטה סרוו. הלולאה בקרה מורכבת של בקר (מידתית, בלתי נפרד, נגזרת) PID, אשר מקבלת קלט מקודד אופטי המחובר הפיר פלטפורמה. בקר קובע את הכונן הנוכחי המנוע. התוכנה מותאמת אישית פועל על מחשב משמש לבחירת מסלול הפלטפורמה הרצויה, אשר לאחר מכן הורדות מידע זה לבקר.</p>