פיתחנו מכשיר (טוויסטר) ללמוד את הרגולציה על פעילות השריר טוניק במהלך תחזוקה יציבה פעיל. טוויסטר אמצעי התנגדות torsional ותגובות שרירי בנושאים עומד במהלך סיבוב של ציר הגוף. המכשיר ניתן להגדיר בגמישות ללמוד היבטים שונים של בקרה טוניק פני הצוואר, גזע, ו / או ירכיים.
הבקרה של פעילות שרירית טוניק נשאר ממעטים להבין. בעוד צליל נורמלי נבחנת בדרך כלל קלינית על ידי מדידת התנגדות פסיבית של הגפיים רגוע 1, מערכות לא זמינים ללמוד לשלוט בשריר טוניק במצב טבעי פעיל של תמיכה antigravity. פיתחנו מכשיר (טוויסטר) ללמוד תקנה טוניק השרירים צירית וסמוך במהלך תחזוקה יציבה פעיל (כלומר הטון יציבה). טוויסטר מסתובב באזורים בגוף צירית יחסית זה לזה על הציר האנכי במהלך העמדה, כדי לסובב את אזורים, צוואר הירך או גזע. פיתול זה כופה שינויים על אורך השרירים צירית מבלי לשנות את מערכת היחסים של הגוף לכוח הכבידה. מכיוון טוויסטר אינה מספקת תמיכה יציבה, הטון חייב להיות מוסדר כדי לנטרל torques כבידה. אנו לכמת תקנה זו טוניק על ידי מומנט פיתול עצבניים אל, המשקף את מדינת כל השרירים עובר שינויים אורך, כמו גם על ידי אלקטרומיוגרפיה שלהשרירים הרלוונטיים. בגלל הטון מאופיינת פעילות ברמה נמוכה לטווח ארוך, שרירים, טוניק הוא למד לשלוט בתנועות אטיות המייצרים "טוניק" שינויים באורך השריר, מבלי לעורר מהר "phasic" התגובות. טוויסטר ניתן ללמוד מחדש היבטים שונים של טונוס שרירים, כגון אפנון, שיתוף התכווצות טוניק שינויים ביציבה, אינטראקציות טוניק על פני מגזרים הגוף, כמו גם סף תפיסתי להאט את סיבוב צירית. טוויסטר יכול לשמש גם כדי לספק מדידה כמותית של השפעת המחלה על הטון היציבה צירית ו הפרוקסימלית ומ להעריך את היעילות של התערבות.
1. הקדמה
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.
2. סקירה
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.
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 2; 4) מתאים לאזור נייטרלי 3,4, כך בהתנגדות מצד התקות קטנות מעמדת קדימה מול משקף שרירים ולא osteo-ligamentous כוחות; ו 5) באופן טבעי מתרחשת פעילות יומיומית 3,5.
טוויסטר הוא מכשיר גמיש, שניתן להשתמש בהם כדי לטפל בהיבטים שונים של שליטה טוניק. אלה כוללים: 1) קשיחות הקשורים לפעילות טוניק 6-8; 2) תגובות טוניק לשינויים אורך שרירים 6,8. 3) את ההשפעה של סיבוב על אזורים בגוף מרחוק; 4) טוניק תופעות ממידע תנועתית 9; 5) את ההשפעות של המחלה על הטון יציבה 7,10 וכן 6) ספי תפיסתי להאט סיבוב 11.
3. תיאור מפורט של המכשיר
אנחנו פירוט מרכיבי טוויסטר להלן.
4. ניסיוני פרוטוקול
הניסוי הטיפוסי הוא לרוץ כדלקמן:
5. נציג תוצאות
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 6 (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 Et al. 6).
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 12 רק כאשר פעילות השריר הוא קבוע. שים לב כי מבנים פעיל לתרום את ההתנגדות טוויסטר נמדד טכנית מעריך pseudostiffness.
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 Et al. 6 אפנון דינמי בדרך כלל מורכב הגברת הפעילות טוניק במהלך שרירים קיצור וצמצום הפעילות במהלך הארכה (הארכה וקיצור כלומר של שרינגטון התגובות 13), 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 6,8.
באיור 1. 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.
באיור 2. 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.
באיור 3. 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.
איור 4. 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.
איור 5. 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.
איור 6. 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.
איור 7. 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.
זה לדעתנו כי טוויסטר יכולים לשמש כתובת לשאלות רבות בשליטה טוניק. עד כה, טוויסטר הוביל 7 פרסומים כאלה 6-11,14. אולי התכונה החשובה ביותר של טוויסטר הוא בכך שהיא מספקת אמצעי משולב, הקינטית של הטון. צעד זה מומנט של צליל לא מסופק על ידי, הדינמיקה kinematic הפוך או גישות electromyographic, וכן יש צורך לענות על שאלות רבות לגבי הטון. כמו כן, טוויסטר הוא ייחודי לא משמעותי להפריע antigravity טבעי או התנהגות יציבה, ומספק טוניק, ולא ההפרעות phasic.
אחת להשתמש הפוטנציאל של מסלף הוא כימות של השפעות טוניק של המחלה על הטון היציבה. למרות קשיחות פנימי רפלקס נחקרה גם התנאים נוירולוגיות השלד רבים באמצעות הפרעות מהיר, ההשפעה הכמותית של מחלות רבות על הטון ביציבה לא מאופיין היטב. בפרט, טוויסטר ניתן used כדי לכמת את ההשפעות של הפרעות כגון 7,10,14 קשיחות, hypotonia, דיסטוניה, אחורה, כאבי צוואר על התפלגות גודל, וסימטריה של בטון יציבה לאורך ציר הגוף. זה יכול לשמש גם כדי למדוד kinesthesis למשל צירית,; תפיסה של סיבוב הגוף מבוסס על proprioceptors שרירים 11 סימטריה perceptuomotor, למשל, ייצוג של קדימה במהלך סיבוב צירית 14. לבסוף, טוויסטר יכול לשמש כדי לחקור את ההשפעה של ההתערבות על אמצעים אלה של צליל היציבה צירית 8.
אנו מעריכים את העלות של שכירת חברת ההנדסה לפברק טוויסטר הוא כ 30,000 $ ארה"ב. מכשיר זה יכול להיות מיוצר סביר בתוך הבית עבור חלק קטן של עלות זו, כמו המחיר של חומרי גלם הוא נמוך, אבל ייצור משמעותי נדרשת. במהלך השימוש בו, טוויסטר התפתח באופן משמעותי והוא ממשיך לעשות זאת. ישנן שאלות בסיסיות רבות ניתן לטפל עם טוויסטר. אנו מקווים כי זההדו"ח יסייע לחוקרים אחרים לבנות מכשירים פיתול או בכל דרך אחרת לעורר את המחקר בתחום זה בסיסי אבל ממעטים להבין.
המחברים אין לחשוף.
ברצוננו להודות יוג'ין גורפינקל מארק צ'פמן עבור תפקידיהן בעיצוב ייצור של טוויסטר. הפיתוח של טוויסטר מומן על ידי המכונים הלאומיים לבריאות מענקים R01 AR-31017 ל פ קורדו וו 'גורפינקל ו - HD-F32 008,520 עד ט Cacciatore. ט Cacciatore רוצה גם להודות המועצה למחקר רפואי בבריטניה לתמיכה לכתוב את כתב היד.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved