エンジニア リングによって資金を供給されるプロジェクトおよび物理科学の研究委員会の EPSRC (EP/K503745/1)、国立保健研究 (NIHR) 医学研究センター (BRC) (BRC272/こんにちは/JG/101440) UCL 研究所変更メーカー。

プロトコルは、ユニバーシティ カレッジ ロンドンの研究倫理委員会のガイドラインに従います。
注意: このプロトコルを含む電気的ハザードと火傷の危険 (はんだごて);このプロトコルを実行する前に両方をお読みください。このプロトコルでは、皮膚にデバイスを接続する含まれています。時間がない時パスがある肌と電気の本管の間を確認します。はんだごての要素に触れないでください。ピンセットやクランプで加熱するワイヤーを保持します。使用中にウェット クリーニング スポンジを維持します。はんだごてを使用しない時はスタンドに常に戻ります。ワークベンチでは、それを置くことはありません。ユニットの電源を切り、使用しないときはプラグを抜いてください。
1. 基本コンポーネントの組立
注:図 3プロトコルの手順の概要を与えます。
<ol><li>バイオニックのクリッカー MK を構築する私は、生体信号センサー シールドをマイクロ コント ローラーに差し込み、シールドの E、M、GND 端子に EMG ケーブルをネジ (図 4を参照)。1.6 の手順に進みます。</li>
	<li>
MK II を構築する 3 つのヘッダーのピンの行に配置で筋肉センサー、+、- SIG の穴 (図 5参照) を上から下にはんだと。
	<ol>
<li>ヘッダピン plyers のペアで 90 ° 曲げてピンの中腹。これは場合の正しい位置にピンを配置します。</li>
		<li>示指外転筋を入力として使用して、1.3 を手順に進みましていない場合 1.4 をステップに移動します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
筋肉センサーから短い黒参照ケーブルを取り外します。
	<ol>
<li>手首から手の後ろに実行するワイヤー カッターを持つ 3 つの EMG ケーブルを切断します。ストリップ 3 EMG ケーブル電線ストリッパーとの終わり。</li>
		<li>筋肉センサー (図 5) の M の穴に R 穴、E の穴に青い線と赤い線に黒線のストリップの端を置きます。筋肉センサーの下側の場所に電線を半田付け。1.5 のステップに移動します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
黒ケーブルのコネクターに筋肉センサーと 1 つの電極の下側に 2 つの電極パッドをクリップします。
	<ol>
<li>電極パッドと選択した筋肉に筋肉センサーをスティックし、黒参照電極を適切な場所に置きます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
8 シングル ・ コア マルチ スレッド線を長さにカット、ストリップの両端: 5 ショート (手首のサイズによって異なりますが、約 12 cm) のコントロール ボード (赤、黒、緑、白、青) と長い 3 マイクロ コント ローラーから実行する (7 cm) ワイヤ ワイヤ (赤、黒、緑)手首の 1 つの側面から他に実行します。 注: 別の筋に筋肉センサーを配置する場合は、長いワイヤーが無線マイコン サイトに筋肉のセンサーのサイトから実行されるを確認します。<ol>
<li>マイクロ コント ローラーに配線をはんだ付けの準備ができて場所: 2 の赤い線、3 v に穴、GND 穴、A0 の穴に長い緑ワイヤ、2 穴に短い青線、3 穴に長い白い線に 2 の黒い線、、5 穴に短い緑の線。マイクロ コント ローラーの下側の場所に電線を半田付け。</li>
		<li>順序で 3 ヘッダー ソケット 3 の長いワイヤのもう一方の端をはんだ付け: 赤、黒、緑。図 5を参照してください。インストールしない場合は、手順 2 に進みます外転筋示指の筋を用いたします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
図 6、外転筋示指筋の両端に電極の二つで、手の背面の中央に 1 つの EMG センサー パッドのように一方で、筋のセンサー パッドを配置します。
	<ol>
<li>筋肉センサー ケーブル (プッシュ フィット) のコネクタの端に電極パッドをクリップします。筋肉、手の背面に黒電極クリップ上で赤と青の電極クリップ。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. テスト筋出力
<ol><li>参照セクションから次のリンク14生体信号シールドのライブラリをダウンロードします。それを解凍し、(ドキュメント/Arduino/ライブラリ内にある通常) 統合開発 (IDE) ライブラリ フォルダーに配置します。2.3 の手順に進みます。MK II を構築する場合は、2.2 の手順に進みます。</li>
	<li>IDE は、次の手順15にマイコン ボードを追加します。</li>
	<li>MK の 'ThresholdTest.ino' をダウンロード私はまたは 'BLEThresholdTest.ino' と 'BluefruitConfig.h' MK II および IDE ソフトウェア (補足ファイル) で開く。</li>
	<li>主電源からノート パソコンを外し、次とだけにし、ユニバーサル シリアル バス (USB) ケーブルを介してラップトップにマイコンを差し込みます。</li>
	<li>閾値テストの関連バージョンをマイコンにアップロードし、シリアル モニターを開き、(ツール > シリアル モニター)。筋の出力が表示されます。</li>
	<li>人差し指を左右に移動、指を移動することがなく手を動かします。それぞれのケースに表示される値を書き留めます。 注: MK II を使用していることを確認この方法で生成された雑音に非常に敏感であるケーブルは移動しないでください。</li>
	<li>上記を見てから手、移動が下を見てから指を左右に移動したときは、値を選択します。この値を書き留めます。 注: デバイスは、指の意図的な動きによって有効にされるので、値が選択されます。これは、デバイスのアクティブ化のしきい値のトリガー値、です。筋肉センサーは、しきい値の値が見つけにくい場合は手動で変更することができます利得設定を持っています。電極は、交換する必要があります。外転筋示指の筋を使用している場合、開始点として、ゲインを最小に設定します。ゲイン設定は、利得がマーク筋肉センサー ポテンショメータによって変更、これは小さなマイナス ドライバーで変更できます。</li>
</ol>3. テストのしきい値
<ol><li>MK の 'BoomTest.ino' をダウンロード私または 'BLEBoomTest.ino' と MK II の BluefruitConfig.h し、IDE ソフトウェアで開きます。</li>
	<li>2.8 の手順であらかじめ定義したしきい値トリガー値と 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' を置き換えることによって、コードを編集します。これは MK のコードの行 37 私は、MK II のコードの 47 行目。</li>
	<li>BoomTest の正しいバージョンをマイコンにアップロードし、シリアル モニターを開きます (ツール > シリアル モニター)。</li>
	<li>(動いていない人差し指側から側に); 周りの手を移動します。シリアル出力に何も見られています。</li>
	<li>移動の人差し指側。単語 'ブーム' が表示されます。 注: 'ブーム' には、間違っている時またはすべてではないが表示されている場合、接続を確認し、手順 2.7 に戻って移動します。</li>
</ol>4. 3 D プリント MK II のケース
<ol><li>MK II を構築する場合のすべての 5 つのコンポーネントの stl ファイルをダウンロード (すべての 5 つの部分の図 7を参照)。適切なメソッドによってケースの部分を印刷します。5.2 手順に進みます。かどうか建物の MK I、セクションに移動 5。 注: 場合は、正常にモデルの16 (FDM) とフォトリソグラフィ プリンター17両方熱溶解積層によって印刷されています。</li>
</ol>5. コントロール ボードをはんだ
注: MK II を構築する場合は、5.2 の手順に進みます。
<ol><li>
2 つのヘッダーのピン 5 の 10 の行を配置 KΩ 抵抗器、スライド スイッチと図 8A で示すように、コンポーネントの 2 つのプッシュ ボタン スイッチその後ボードの下側の場所でそれらをはんだ。
	<ol>
<li>図 8Aに次の灰色の線は、クラフト ナイフでスライスしてストリップ基板の銅のトラックを破る。これにより、ボード全体で複数の機能を持っている個々 のトラック。</li>
		<li>前腕から上腕部 (約 30 cm) に実行されますので、ワイヤー カッターで適切な長さの 7 線 (黒、赤、青、オレンジ、白、茶色、黄色) をカットします。7 cm、3 cm とオレンジの黒線と青い線が 4 cm の赤い線をカットします。</li>
		<li>電線ストリッパー、電線の両端をストリップします。</li>
		<li>次の回路図を図 9に示すように、コントロール ボードに線を配置します。下側の場所に電線を半田付け。</li>
		<li>ヘッダーのピンのペアに長い赤と黒の線をはんだ付けし、その後順序でヘッダーのピンのストリップを他の長いワイヤをはんだ: 青、オレンジ、白、茶色、黄色。</li>
		<li>5 v、コントロール ボードのヘッダピンに無線モジュールの gnd にはんだ付けします。</li>
		<li>無線通信モジュールのピン 2 に短いオレンジ色の線と 3 番ピンに短い青線をはんだ付けします。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
場所 3 10 KΩ 抵抗器、スライド スイッチと 2 つのプッシュ ボタン スイッチは図 10に示すように、ボードの下側の所定の位置に半田付け。
	<ol>
<li>次の10 a を図の灰色の線は、クラフト ナイフでスライスしてストリップ基板の銅のトラックを破る。これにより、基板の複数の機能を持っているトラック。</li>
		<li>以前をはんだ付けワイヤー カッター内蔵マイコン マイコン ケースの中間層を介してコントロール ボード (図 10B) を閉じる場合を停止することがなく実行できるようにワイヤーをカットします。</li>
		<li>次の回路図 (図 11)、コントロール ボードに線を配置します。場所に電線を半田付け。6.2 の手順に進みます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. クリッカーをアセンブルし、マイクロ コント ローラーを更新
<ol><li>バイオニックのクリッカーを組み立て直す、マイクロ コント ローラーにワイヤをボード コントロールからヘッダー コネクタを接続して生体信号のシールド (5 v と MK の GND は MKII の 22 30 番ピン)。バッテリーをマイクロ コント ローラーに接続します。図 12を参照してください。6.3 の手順に進みます。</li>
	<li>筋肉センサー (SIG に緑線) にマイコンからヘッダー コネクタを接続する、バイオニックのクリッカーを組み立て直す。図 13を参照してください。</li>
	<li>マイクロ コント ローラーを USB ケーブルでノート パソコンに接続します。</li>
	<li>ダウンロード 'BionicClicker.ino' または ' BLEBionicClicker.ino と BluefruitConfig.h IDE ソフトウェアで開くと。</li>
	<li>コードを編集して 'PLACE_YOUR_THRESHOLD_TRIGGER_VALUE_HERE' を置き換えます手順 2.7 で決定されたしきい値トリガー (MK のコード 59 行、行コードの 83 MK II の)。 注: MK II デバイスは、無線で接続する場合として表示される名前は、コードの47 行目を編集することによって変更できます。代替タイトル 『バイオニック クリッカー MK II』 に置き換えます。</li>
	<li>ノート パソコンから USB ケーブルを外してマイクロ コント ローラーを取り外します。</li>
</ol>7. コンピューターにデバイスを接続します。
<ol><li>かどうか次の製造元のガイド18によってデバイスに無線モジュールをペアに指示をに従って、MK を使用します。MK II を使用している場合は、ワイヤレスでワイヤレス キーボードを使用しているコンピューターに接続する手順をに従ってデバイスに接続します。</li>
</ol>8. テスト クリッカー
<ol><li>
いくつかのタイピング ソフトを開き、'Lorem イプサム悲しみ座る amet' などのいくつかのテキストを入力します。これにより、これらのコマンドの送信し、受信するかどうかをテストするために知覚されるプレス。 メモ: バッテリが低い場合、デバイス与える可能性があります不安定な動作を行います。常に新鮮なバッテリーを使用します。<ol>
<li>カーソルが移動カーソルが後方に移動してボタンを後方前方およびマニュアルを参照してくださいにマニュアル フォワード ボタンを押します。また前進に人差し指を上げます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>プレゼンテーション ソフトでクリッカーをテストするのには、スライドを進行する人差し指を上げます。 注意: オーバーライド スイッチ筋機能のオン/オフ、およびマニュアル前方と後方進行状況をボタンし両方のシナリオでスライドを後退します。</li>
</ol>9. クリッカーをマウントします。
注: MK II の構築では、9.2 のステップに移動します。
<ol><li>
MK を構築する場合、両面をカット、私はフックし、手首に快適にフィットするので、ハサミでは、素材をループします。ループは、手首に傷に内側に直面していることを確認します。
	<ol>
<li>両面フックをカットしループには上腕の周り快適に収まるように、再びループの内側に顔を確認します。</li>
		<li>マイクロ コント ローラー (10 cm × 5 cm) とコントロール ボード (2.5 cm × 6.4 cm) のサイズに両面フックとループのストリップをカットします。バッテリー (4 cm × 12 cm) の周りにしっかりとフィットするストリップをカットします。</li>
		<li>接着剤銃を使用して、マイコンの下のコントロール ボードの下部にストリップのループ側を接着します。</li>
		<li>手首のストラップにコントロール ボードを取り付けます。アッパー アーム トラップにマイクロ コント ローラーとバッテリーを取り付けます。</li>
		<li>すべてのプラグイン: 9 V 電池は PP3 コネクタとマイクロ コント ローラーに差し込みます。マイクロ コント ローラーおよび e-ヘルスのシールドは、はんだ付けワイヤー経由でコントロール ボードに接続します。 注: MK 私は今終了します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
MK II を構築する場合両面フックとループ素材カット 35 mm 幅と十分な長さ (小さい手首周り 22 cm) の手首の周りをラップします。
	<ol>
<li>ケースの下部にクリップでフックとループ素材をスライドさせます。手首を傷めないために、ループが内側に直面していることを確認します。</li>
		<li>筋肉センサーの男性ヘッダピンに女性のヘッダーで終了マイコンに半田付け配線を接続し、クリップ電極筋電図ケーブルそれらを押すことによって。 注: MK II は完成しました。図 14を参照してください。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Navarro, X., Krueger, T. B., Lago, N., Micera, S., Stieglitz, T., Dario, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+critical+review+of+interfaces+with+the+peripheral+nervous+system+for+the+control+of+neuroprostheses+and+hybrid+bionic+systems.">A critical review of interfaces with the peripheral nervous system for the control of neuroprostheses and hybrid bionic systems.</a> J Periph Nerv Syst. 10 (3), 229-258 (2005).</li><li>Yang, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+anthropomorphic+robot+hand+developed+based+on+underactuated+mechanism+and+controlled+by+EMG+signals.">An anthropomorphic robot hand developed based on underactuated mechanism and controlled by EMG signals.</a> J Bionic Eng. 6 (3), 255-263 (2009).</li><li>Chu, J. U., Moon, I., Lee, Y. J., Kim, S. 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Z., Melina, N. B., Kostas, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Open-Source,+Low-Cost,+Compliant,+Modular,+Underactuated+Fingers:+Towards+Affordable+Prostheses+for+Partial+Hand+Amputations.">Open-Source, Low-Cost, Compliant, Modular, Underactuated Fingers: Towards Affordable Prostheses for Partial Hand Amputations.</a> 2014 36th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. , (2014).</li><li>Chatterjee, H. J., Hannan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Engaging the senses: object-based learning in higher education. , (2015).</li><li>Zainee, N. M., Chellappan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergency+clinic+multi-sensor+continuous+monitoring+prototype+using+e-Health+platform.">Emergency clinic multi-sensor continuous monitoring prototype using e-Health platform.</a> 2014 IEEE Conference on Biomedical Engineering and Sciences (IECBES). , (2014).</li><li>Paul, P., Motskin, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engaging+the+Public+with+Your+Research.">Engaging the Public with Your Research.</a> Trends Immunol. 37 (4), 268-271 (2016).</li><li>. e-Health Sensor Platform V2.0 for Arduino and Raspberry Pi Available from: <a target="_blank" href="https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1">https://www.cooking-hacks.com/documentation/tutorials/ehealth-biometric-sensor-platform-arduino-raspberry-pi-medical#step3_1</a> (2017)</li><li>. 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著者が明らかに何もありません。

外転筋示指で使用するときに、MK II の鮮やかさは、それが最初は表示よりも問題の少ないです。電極と正しい慎重に配置を得るためストップの設定このクリッカーとしてデバイスを使用するとき問題であることから。転指標の活動を正確に記録に興味がない限り、これはまったく問題になる可能性が高いではないです。白とびは見られていない他の筋肉の利得が設定された後。MK II と偽陰性は、外転筋示指を使用するときに適切なしきい値を選択することの難しさが原因です。大きな筋肉と意図的な筋肉の緊張と筋肉の非意図的な活性化の大きさの差が大きい、さらに偽陽性と偽陰性の両方は、閾値を選択できます。ポイント。特に小さな手の示指外転筋は (小さい電極パッドと潜在的解決できること) が適切に配置するために電極には小さすぎるかもしれません。
MK II のかなり長いバッテリ寿命は、さまざまな理由に便利です。まず、MK 私デバイスが長いデモには使用できませんので、使用の 45 分後が不安定になる行動を開始しました。第二に複数時間のバッテリ寿命と MK II となりうる有用なデバイスの入力コントロールとのみ物理電池サイズのわずかな増加とそれは終日監視デバイスとして使用することができます。無線マイコンが 6 アナログ入力とデジタル入力の 13;これは、デバイスが制御入力の自由度がより多くのデバイスを作成する複数の筋肉のセンサーからの信号を受け入れることができることを意味します。また、筋肉センサーを入力として他の生体信号を使用してデバイスを作成するアナログ出力を備えた任意のバイオ センサーで置き換えることができますに注意する必要があります。デバイスのコードには、その機能を変更する簡単に変更できます。ソフトウェアおよびハードウェア デバイスの変更デバイスに簡単な変更を可能にします。
デバイスの 1 つの制限現在立つので、筋出力を送信できませんワイヤレス高データレートで無線マイクロ コント ローラー バッファーをオーバー ロードできますこのようです。別の制限は技術、入力として転インデックスを使用して、筋肉が非常に小さく、一方で電極の間隔がほぼ重複;誰かは、特に小さな手がある、この筋肉に電極を正しく配置できない場合があります。
デバイスに関して潜在的な研究プロジェクトの柔軟性より高価なデバイスにいくつかの利点があります。それは、低コスト: デバイスは 80 usd し、EMG の追加チャンネルだけ小さくして最適の 35 米ドルまたは学生のプロジェクトのコストします。それは簡単にカスタマイズ、ソフトウェアを簡単に編集することができます、入力がその他のハードウェアの変更します。小さいサイズで、それで、それを着ている人は、重い物やかさばる装置を運ぶ必要はありません。それは、任意の互換性のあるワイヤレス デバイスに簡単に統合できますので他のデバイスへのワイヤレス キーボードとして表示されます。デバイスは、近い将来に発行される補助デバイスに既に組み込まれています。
サイズと MK II のカスタマイズの容易さのためそれはすでにワイヤレス EMG モジュールとワイヤレスのトリガー メカニズムとして複数の研究プロジェクトに組み込むのために検討中です。また、マスター課程の演習セッションの一つの基盤として使用されているが。デバイスをしたいと思います主な改善は無線伝送速度を向上です。目標は 10 Hz を達成するために、これは、ハードウェアまたはソフトウェアを通じて行わするかどうかはまだ未定します。
プロトコルの中で最も重要なステップ、2.6 および 2.7: トリガーしきい値の選択。これらアンテナとして機能でき、運動アーティファクトを生成として筋電図ケーブルの動きに支払われる必要がありますステップ 2.6、特別な注意ただし、これらが静止した場合これは問題ではありません。2.7 の手順で選択した値が高すぎる場合、これは偽陰性の結果します。この値が小さすぎる場合は、偽陽性でこの結果します。外転筋示指の場合は、非常に大きな筋肉でこれは問題であると表示されません、時折偽陰性が発生しない値を見つけにくいです。ゲインを最小値に設定すると、値のポイント以下の滞在で、読み出しを非アクティブ化およびアクティブ化の間に大きな違いが見られるまでそれを増やすことによって修正できる場合は正しい値を見つけることはまだ問題です、飽和。
全体的に MK II は MK 上かなりの改善には潜在的な研究装置として私が MK 私は強い視覚的インパクトを持って、それはまだ使用される将来の公共関与イベントをする可能性がありますので。

熱望するセンター リハビリテーション工学・支援技術調査手法を適用し、ストローク、筋ジストロフィーに限らず関心の関連分野内の異なるドメイン間で受け渡し切断、高齢化人口、専門的なスキルのトレーニング。中心が携わっている研究の 1 つの領域はかわるです。したアームの制御に使用される多くの技術、EMG はコントロール ・ システム1,2,3,4,5,6の最も一般的な入力の 1 つです。これは使用と他の制御システム7と比較して手頃な価格の使いやすさのための大きい部分で。最近ような Ada 手制御8,9,10のこのタイプを使用する場合のみ 1,000 米ドルを要することができる補綴物の 3 D 印刷を開発しました。ただし、一般にこのようなシステムを実証しようとすると、切断の援助なしでそう簡単な方法はありません。
公衆のメンバーにこの分野での研究活動の意識を高めるためには、バイオニック クリッカー デモ装置が開発されました。非常に注目を集めているし、学習と11を教えられている科目の理解を加速するオブジェクト ベースのデモを使用することが重要です。私たちのデバイスは、EMG の概念を教えることだけでなく、近代的な技術の現在の開発の知識を高めるために役立つだけでなく。さらに、科学、技術、工学および数学 (茎) の分野内の研究を選択する若い世代を鼓舞します。
バイオニックのクリッカー MK 私はラボ内での使用に既にあった容易に入手できる部品を使用してしました。それはマイクロ コント ローラー、生体信号シールド12電極、コントロール ボード、通信ボード、9 V バッテリーから成っています。デバイスは、人差し指と親指の間にある外転筋示指の筋活動を拾うことによって機能しました。それはキーボードを模倣して事前選択されたしきい値に達したときに '右キー押下' を送信スライド変更をトリガーします。コントロール ボードは、'右' と '左' キー (進行状況スライドとスライド後退) の手動送信の許可およびまたライブ デモンストレーションの間に物事が間違って場合に EMG 入力を上書きされる可能性があります。
医学物理学、医用生体工学部理解増進活動の一環として、我々 は公衆のメンバーにバイオニック クリッカーを実証しました。それは聴衆から熱狂的な応答を受信しましたし、いくつかのコラボレーションを起動するのに関心を生成します。デバイスの初期の成功の後、デバイスの 2 番目のバージョンが設計されました。
2 番目のデバイスの設計の目標は、安い、あまり使いにくく、最初のデバイスより詳細にカスタマイズされたデバイスを作ることでした。このデバイスの目的は、学生プロジェクトを簡単に変更できるし、既存のプロジェクトに組み込まれる安く何かを設計することだった。他の利用可能な1,2,3,4,5,6はその使いやすさのこのデバイスの主な利点は、小さなサイズを使用して、低コスト。バイオニック クリッカー デバイスは、トリガー デバイスなどの他の研究機器の解像度を持っていないかもしれませんが、彼らはよりも十分です。MK II は、補綴コント ローラーまたは補助デバイスなどのデバイスをトリガーする EMG しきい値を使用するあらゆるシステムのための理想的な基礎になります。
デザインは、ワイヤレス対応のマイコン周辺筋肉センサーに基づいていた。3.7 V 150 mAh リチウム ポリマー電池、マニュアル コントロール ボードと 3 D プリントされたケースも含まれています。図 3は、デザインの違いの概要を示します。MK II デザイン元のデバイスと同じ基本的な機能がワイヤレス EMG 監視などの新しいアプリケーションにかなり多くの潜在的な機能。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1034">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">For the Mark I</td>
			<td style="width:77px;"></td>
			<td style="width:308px;"></td>
			<td style="width:407px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Laptop</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any laptop with USB</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">USB B cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>From laptop to USB-B connection on Arduino</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Soldering Station</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Solder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hot glue gun</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hot glue gun glue</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Items</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Small Single-Core Multi-thread Wires</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Black, Red, Yellow, Brown, Orange White, Blue,</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Arduino MEGA 2560</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>Arduino MEGA 2560</td>
			<td>(Geniuno MEGA 2560 outside US)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">E-Health Shield v2.0</td>
			<td>Cooking Hacks</td>
			<td>e-Health Sensor Shield V2.0 for Arduino, Raspberry Pi and Intel Galileo [Biometric / Medical Applications]</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG cables</td>
			<td>Cooking Hacks</td>
			<td>Electromyography Sensor (EMG) for e-Health Platform [Biometric / Medical Applications]</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG Electrodes</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>SEN-12969</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">9V battery</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Power cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>PP3 9v connector with jack</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Bluefruit EZ-KEY HID</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td align="right">1535</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">strip board</td>
			<td>Amazon.co.uk</td>
			<td>Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3</td>
			<td>any similiar stripboard 2.54mm pitch 7x25</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">push button switch</td>
			<td></td>
			<td>COM-00097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">slide switch</td>
			<td>amazon.com</td>
			<td>20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">resistors</td>
			<td></td>
			<td>COM-11508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Double sided Velcro</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Break Away Headers - Straight</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>PRT-00116</td>
			<td>2, 2 and 5 needed</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">For the Mark II</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Laptop</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any laptop with USB connection</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">USB micro cable</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>From laptop to USB micro (standard phone connector style)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Soldering Station</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Solder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Items</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Small Single-Core Multi-thread Wires</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Black, Red, Green, White, Blue,</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Feather BLE 32U4</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td align="right">2829</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">MyoWare</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>SEN-13723</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG cables</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>CAB-12970</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EMG electrodes</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>SEN-12969</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">3.7 V LiPo</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td align="right">1317</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Strip Board</td>
			<td>amazon.co.uk</td>
			<td>Small Stripboard 25 X 64mm Pack of 3</td>
			<td>2.54 pitch 7x9 rows</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Push Button switch</td>
			<td></td>
			<td>COM-00097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">slide switch</td>
			<td>amazon.com</td>
			<td>20 Pcs On/Off/On DPDT 2P2T 6 Pin Vertical DIP Slide Switch 9x4x3.5mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">resistors</td>
			<td></td>
			<td>COM-11508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">3D printed parts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Can be 3D printed yourself or printed from a website</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Double sided Velcro</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Break Away Headers - Straight</td>
			<td>Sparkfun</td>
			<td>PRT-00116</td>
			<td>3 pins needed</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Female Headers</td>
			<td>sparkfun</td>
			<td>PRT-00115</td>
			<td>3 pins needed</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the bionic clicker mark i &amp; ii

本稿では、2 つの人工の「クリッカー」システムを提案する最初の教育の目的および研究目的のため 2 番目の筋電図 (EMG) ベースの制御システムを示すために設計されています。EMG ベースの制御システム筋の活性化によって生成される電気信号をピックアップし、これらのコント ローラーの入力として使用します。EMG のコント ローラーは制御手足を義肢で活躍しています。
マーク私 (MK 私) クリッカーは、着用者は自分の人差し指を上げることによって、プレゼンテーションのスライドを変更するをことができます。それはマイクロ コント ローラーと計測される生体信号の周りに構築されてシールド。両方の国民の関心と研究コミュニティの多くが生成されます。
マーク II (MK II) デバイスをここで紹介は、簡単に変更することができます、直接筋データを送信、スマートな安くてよりカスタマイズ可能なシステム設計されました。それは無線対応マイコンと筋肉センサーを使用して構築されます。

MK II より手頃な価格、カスタマイズ可能な MK ほど厄介私デバイス。MK II のコストはわずか全体よりも単独で計測される生体信号シールド (75 USD) です。デバイスが無線マイコンが腕と潜在的同時に 6 筋のセンサーからの入力をサポートするよりもむしろ手首に大幅に小さく座っています。MK の機能的なバッテリの寿命私 9 V 550 mAh バッテリー使用時間のちょうど下はデバイスと (場合クリッカーとして使用) の MK II デバイスの機能的なバッテリの寿命は 3.7 V 150 mAh バッテリを使用して約 8 時間デバイスの比較については表 1を参照してください。
バイオニックのクリッカー MK II は、外転筋示指で使用すると、問題を持つことができます: アンプが飽和し、以上 (図 15を参照) を放電する 2 番目を取ることができます。電極とゲインを正しく設定の配置は、この問題を克服することができます注意してください。これが起こるとバイオニック クリッカー MK 私か、他の筋の筋肉が使わ。
しきい値トリガー値を見つけるデバイスを校正しながら、多数の異なる値が観察できます。彼らは 3 つの範囲に落ちる: 手が静止したときの値、手が動いているときの値および指が移動したときの値。表 2各範囲で記録された値を示しています。定常および範囲を移動する手は、最大値が表示され、指の緊張範囲の最小値が表示されます。値を移動する手上と下の値を緊張化指を横にしきい値が選択されます。移動範囲手に近い値は、偽陽性の可能性が高くなります、なくなり緊張範囲指に近い値は反対の効果、有病誤診の可能性が低くなります。
両方のデバイス外転指標筋緊張時に偽陰性および偽陽性のテスト場所。偽陰性は、デバイスは、筋肉の緊張時にスライドの変更をトリガーしませんでしたし、緊張が発生しなかった場合、スライドが変更された場合、偽陽性が記録されたときに記録されました。どちらのデバイス MK II デバイスは、時折偽陰性 (時間の 5% 未満) を経験したが、偽陽性の問題があった。MK 私デバイス エクスペリエンスない偽陽性または陰性、操作の最初の 45 分間が false の数ネガ急速に増加、50 分と時間間の総故障まで (表 3参照)。
これらの結果は、デバイスがその規定の目的に成功したことを表示します。表 1に示します MK II が安いとはこと MK I.表 2および表 3のショーよりも柔軟性とデバイス機能の作成者の意図と EMG ベースのトリガー デバイスとして使用することができます。図 15は、外転指標筋を使用している場合に発生する問題を示しています: これはほとんど筋肉で発生し、ゲインを変えることによって固定することができます問題ではないです。デバイスでは、いくつかの問題を持っていますが、彼らは目的の用途に十分です。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig1.jpg"> 図 1:バイオニック クリッカー MK i.これは左の腕にバイオニック クリッカー MK マウント私は、すべてのコンポーネントを示しています。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig2.jpg"> 図 2:デバイスのブロック ダイアグラム。各ボックスは、デバイスの別のセクションを表します各ボックス内はのセクションでは、デバイスの一部として、機能を実行します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig3.jpg"> 図 3: デバイスを構築するための手順を実行します。プロトコルの各ステップの概要を含むフロー図。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig4.jpg"> 図 4: 初期 MK 私アセンブリ。マイコン計測される生体信号のシールドと電極ケーブル。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig5.jpg"> 図 5:初期の MK II アセンブリ。筋肉センサーとはんだ付け接続マイクロ コント ローラー。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig6.jpg"> 図 6: 電極配置します。この図は、外転筋示指を使用する場合一方で電極の適切な配置を示しています。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig6large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig7.jpg"> 図 7:、MK II のケースの部品します。フォトリソグラフィ プリンターで印刷の準備ができての MK II のケースの部分。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig7large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig8.jpg"> 図 8: 制御回路、MK 。(、) (ストリップ ボードが下側に壊れて連絡先を持っていた灰色のマーク) の上から回路基板。(b) 完成基板です。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig8large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig9.jpg"> 図 9: 私は制御基板の回路図、MK 。MK の回路図私は基板の抵抗、スイッチ、配線間の接続を制御します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig9large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2.jpg"> 図 10: 制御回路、MK 。(は) コントロール ボード (ストリップ ボードが下側の壊れた接触を持っていた灰色のマーク) の上から。(b) 完成品基板<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig10v2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig11.jpg"> 図 11:、MK II 制御基板回路図。MK の回路図私は基板の抵抗、スイッチ、配線間の接続を制御します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig11large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig12.jpg"> 図 12: 組み立ての MK i.これは MK のすべてのコンポーネントを示しています私彼らは腕にマウントされていないデバイス。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig12large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig13.jpg"> 図 13: クリッカー MK II の組み立てです。(、)、ケースの底にマイクロ コント ローラーの場所。(b) バッテリーを中間部に置き、ふたをします。(c) はその場合筋肉センサーを配置し、蓋に置きます。(d) 筋肉センサーをマイクロ コント ローラーとバッテリーをマイクロ コント ローラーに接続します。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig13large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 14" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig14.jpg"> 図 14: 完成したバイオニック クリッカー MK II.(、)、フックとループのストラップ。(b) 手首に。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig14large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 15" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55705/55705fig15.jpg"> 図 15:筋肉センサーの過飽和。この図では、うなる筋肉センサーを過飽和;台地は、筋肉の活性化はデバイス上の現在のゲイン設定にあまりにも強いです。<a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55705/55705fig15large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>MK 私</td>
			<td>MK II</td>
		</tr>
<tr>
<td>筋電位センサー</td>
			<td>一般的なバイオ センサー</td>
			<td>専用筋肉センサー</td>
		</tr>
<tr>
<td>ワイヤレス</td>
			<td>別の無線モジュール</td>
			<td>マイコン基板の</td>
		</tr>
<tr>
<td>ワイヤレス EMG ですか。</td>
			<td>違います</td>
			<td>うん</td>
		</tr>
<tr>
<td>バッテリー</td>
			<td>9 V PP3</td>
			<td>150 mAh リポ</td>
		</tr>
<tr>
<td>運用時間</td>
			<td>1 h</td>
			<td>8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>ビルド時間</td>
			<td>3。</td>
			<td>4 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>総コスト</td>
			<td>$ 150</td>
			<td>$ 80</td>
		</tr>
<tr>
<td>偽陽性 (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
<tr>
<td>偽陰性 (%)</td>
			<td>0</td>
			<td>4.7</td>
		</tr>
</tbody></table>表 1: デバイスの比較。この表では、機能設計から、デバイスのいくつかの側面を比較します。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td>定常 (最大)</td>
			<td>手の移動 (最大)</td>
			<td>指の緊張 (最小)</td>
			<td>しきい値</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK 私</td>
			<td>25</td>
			<td>35</td>
			<td>215</td>
			<td>200</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>40</td>
			<td>280</td>
			<td>460</td>
			<td>400</td>
		</tr>
</tbody></table>表 2: 校正結果。この表は、静止している手と指が緊張化、移動手を維持しながら得られた値として選択されたしきい値値を示します。
<table fo:keep-together.within-page="1"><tbody>
<tr>
<td></td>
			<td colspan="3">偽陰性 (テストあらゆる 30 s) の数</td>
			<td colspan="2">偽陽性 (自発的なアクティベーション) 数</td>
		</tr>
<tr>
<td></td>
			<td>最初の 45 分</td>
			<td>45 分-1 h</td>
			<td>1 8 h</td>
			<td>最初の h</td>
			<td>1 8 h</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK 私</td>
			<td>0</td>
			<td>35</td>
			<td>N/A</td>
			<td>0</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
<tr>
<td>MK II</td>
			<td>4</td>
			<td>1</td>
			<td>40</td>
			<td>0</td>
			<td>0</td>
		</tr>
</tbody></table>テーブル 3: デバイスのテスト。偽陽性と偽陰性 2 つのデバイス間の比較。
補足コード ファイル MK I と MK II: <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BionicClicker.ino" target="_blank">"BionicClicker.ino"をダウンロードするここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BLEBionicClicker.ino" target="_blank">"BLEBionicClicker.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BLEBoomTest.ino" target="_blank">"BLEBoomTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BLEThresholdTest.ino" target="_blank">"BLEThresholdTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/BoomTest.ino" target="_blank">"BoomTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/ThresholdTest.ino" target="_blank">"ThresholdTest.ino"をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Feather-Featherbase.stl" target="_blank">「羽-Featherbase.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathermid.stl" target="_blank">「羽-Feathermid.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Feather-Feathertop.stl" target="_blank">「羽-Feathertop.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Myo-Myobase.stl" target="_blank">「墓-Myobase.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55705/Myo-Myolid.stl" target="_blank">「墓-Myolid.stl」をダウンロードするここをクリックしていますください。</a>

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The Bionic Clicker Mark I & II

デバイスは、素人観客に筋電図に基づく制御を示すため作成されました。デバイスの初期の成功の後 2 番目のデバイスはデモおよび研究目的のための機能により柔軟に行われました。このプロトコルでは、構築し、両方のデバイスのキャリブレーションのプロセスについて説明します。

バイオニック クリッカー マーク I ・ II

In this manuscript, we present two 'Bionic Clicker' systems, the first designed to demonstrate electromyography (EMG) based control systems for ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

The Bionic Clicker Mark I &amp; II

16.3K ビュー.  University College London. デバイスは、素人観客に筋電図に基づく制御を示すため作成されました。デバイスの初期の成功の後 2 番目のデバイスはデモおよび研究目的のための機能により柔軟に行われました。このプロトコルでは、構築し、両方のデバイスのキャリブレーションのプロセスについて説明します。

ビデオ: The Bionic Clicker Mark I & II

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution. Traditionally, multiple experiments are run in parallel, with individual samples removed from the study at sequential time points for evaluation by light microscopy. Several intravital techniques have been developed, with confocal, multiphoton, and second harmonic microscopy all demonstrating their ability to be used for imaging in situ 1. With these systems, however, the required infrastructure is complex and expensive, involving scanning laser systems and complex light sources. Here we present a protocol for the design and assembly of a high-resolution microendoscope which can be built in a day using off-the-shelf components for under US$5,000. The platform offers flexibility in terms of image resolution, field-of-view, and operating wavelength, and we describe how these parameters can be easily modified to meet the specific needs of the end user.
We and others have explored the use of the high-resolution microendoscope (HRME) in in vitro cell culture 2-5, in excised 6 and living animal tissues 2,5, and in human tissues in vivo 2,7. Users have reported the use of several different fluorescent contrast agents, including proflavine 2-4, benzoporphyrin-derivative monoacid ring A (BPD-MA) 5, and fluoroscein 6,7, all of which have received full, or investigational approval from the FDA for use in human subjects. High-resolution microendoscopy, in the form described here, may appeal to a wide range of researchers working in the basic and clinical sciences. The technique offers an effective and economical approach which complements traditional benchtop microscopy, by enabling the user to perform high-resolution, longitudinal imaging in situ.

High-resolution Fiber-optic Microendoscopy for in situ Cellular Imaging

In many biological and clinical situations it is advantageous to study cellular processes as they evolve in their native microenvironment. Here we describe the assembly and use of a low-cost fiber-optic microscope which can provide real time imaging in cell culture, animal studies, and clinical patient studies.

高分解能光ファイバMicroendoscopy用その場で細胞イメージング

Many biological and clinical studies require the longitudinal study and analysis of morphology and function with cellular level resolution.  ...

生物工学

Organotypic Collagen I Assay: A Malleable Platform to Assess Cell Behaviour in a 3-Dimensional Context

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and metastasis of tumor cells. Migration has been studied on glass coverslips in order to make cellular dynamics amenable to investigation by light microscopy. However, it has become clear that many aspects of cell migration depend on features of the local environment including its elasticity, protein composition, and pore size, which are not faithfully represented by rigid two dimensional substrates such as glass and plastic 1. Furthermore, interaction with other cell types, including stromal fibroblasts 2 and immune cells 3, has been shown to play a critical role in promoting the invasion of cancer cells. Investigation at the molecular level has increasingly shown that molecular dynamics, including response to drug treatment, of identical cells are significantly different when compared in vitro and in vivo 4. 
Ideally, it would be best to study cell migration in its naturally occurring context in living organisms, however this is not always possible. Intermediate tissue culture systems, such as cell derived matrix, matrigel, organotypic culture (described here) tissue explants, organoids, and xenografts, are therefore important experimental intermediates. These systems approximate certain aspects of an in vivo environment but are more amenable to experimental manipulation such as use of stably transfected cell lines, drug treatment regimes, long term and high-resolution imaging. Such intermediate systems are especially useful as proving grounds to validate probes and establish parameters required to image the dynamic response of cells and fluorescent reporters prior to undertaking imaging in vivo 5. As such, they can serve an important role in reducing the need for experiments on living animals.

A method is described for the preparation of a 3-dimensional matrix consisting of collagen type I and primary human fibroblasts. This organotypic gel serves as a useful substrate to assess invasive cell migration because it mimics basic features of tissue stroma and is amenable to many forms of microscopy.

器官型コラーゲンIアッセイ：3次元コンテキストでのセルの挙動を評価するための可鍛性プラットフォーム

Cell migration is fundamental to many aspects of biology, including development, wound healing, the cellular responses of the immune system, and ...

Adhesion Frequency Assay for In Situ Kinetics Analysis of Cross-Junctional Molecular Interactions at the Cell-Cell Interface

The micropipette adhesion assay was developed in 1998 to measure two-dimensional (2D) receptor-ligand binding kinetics1. The assay uses a human red blood cell (RBC) as adhesion sensor and presenting cell for one of the interacting molecules. It employs micromanipulation to bring the RBC into contact with another cell that expresses the other interacting molecule with precisely controlled area and time to enable bond formation. The adhesion event is detected as RBC elongation upon pulling the two cells apart. By controlling the density of the ligands immobilized on the RBC surface, the probability of adhesion is kept in mid-range between 0 and 1. The adhesion probability is estimated from the frequency of adhesion events in a sequence of repeated contact cycles between the two cells for a given contact time. Varying the contact time generates a binding curve. Fitting a probabilistic model for receptor-ligand reaction kinetics1 to the binding curve returns the 2D affinity and off-rate.
The assay has been validated using interactions of Fc&gamma; receptors with IgG Fc1-6, selectins with glycoconjugate ligands6-9, integrins with ligands10-13, homotypical cadherin binding14, T cell receptor and coreceptor with peptide-major histocompatibility complexes15-19.
The method has been used to quantify regulations of 2D kinetics by biophysical factors, such as the membrane microtopology5, membrane anchor2, molecular orientation and length6, carrier stiffness9, curvature20, and impingement force20, as well as biochemical factors, such as modulators of the cytoskeleton and membrane microenvironment where the interacting molecules reside and the surface organization of these molecules15,17,19.
The method has also been used to study the concurrent binding of dual receptor-ligand species3,4, and trimolecular interactions19 using a modified model21.
The major advantage of the method is that it allows study of receptors in their native membrane environment. The results could be very different from those obtained using purified receptors17. It also allows study of the receptor-ligand interactions in a sub-second timescale with temporal resolution well beyond the typical biochemical methods.
To illustrate the micropipette adhesion frequency method, we show kinetics measurement of intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1) functionalized on RBCs binding to integrin &alpha;L&beta;2 on neutrophils with dimeric E-selectin in the solution to activate &alpha;L&beta;2.

Adhesion Frequency Assay for In Situ Kinetics Analysis of Cross-Junctional Molecular Interactions at the Cell-Cell Interface

An adhesion frequency assay for measuring receptor-ligand interaction kinetics when both molecules are anchored on the surfaces of the interacting cells is described. This mechanically-based assay is exemplified using a micropipette-pressurized human red blood cell as adhesion sensor and integrin &alpha;L&beta;2 and intercellular adhesion molecule-1 as interacting receptors and ligands.

用接着周波数アッセイその場で</em細胞間のインタフェースにおけるクロス接合分子間相互作用の>速度論解析

The micropipette adhesion assay was developed in 1998 to measure two-dimensional (2D) receptor-ligand binding kinetics1. The assay uses a human red blood ...

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment 1,2 . These materials are desirable because they possess highly controllable dimensional and material characteristics, are biocompatible and promote cell adhesion, can be modified through topographic patterning or by chemically altering the surface, and can be used as a depot for biologically active molecules for drug delivery related applications 3-8 . In addition, silk films are relatively straightforward to custom design, can be designed to dissolve within minutes or degrade over years in vitro or in vivo, and are produce with the added benefit of being transparent in nature and therefore highly suitable for imaging applications 9-13. The culture system methodology presented here represents a scalable approach for rapid assessments of cell-silk film surface interactions. Of particular interest is the use of surface patterned silk films to study differences in cell proliferation and responses of cells for alignment 12,14 . The seeded cultures were cultured on both micro-patterned and flat silk film substrates, and then assessed through time-lapse phase-contrast imaging, scanning electron microscopy, and biochemical assessment of metabolic activity and nucleic acid content. In summary, the silk film in vitro culture system offers a customizable experimental setup suitable to the study of cell-surface interactions on a biomaterial substrate, which can then be optimized and then translated to in vivo models. Observations using the culture system presented here are currently being used to aid in applications ranging from basic cell interactions to medical device design, and thus are relevant to a broad range of biomedical fields.

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are a novel class of biomaterials readily customizable for an array of biomedical applications. The presented silk film culture system is highly adaptable to a variety of in vitro analyses. This system represents a biomaterial design platform offering in vitro optimization before direct translation to in vivo models.

用絹フィルム培養システム in vitroで分析とマテリアルデザイン

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment ...

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain central aspects of cellular physiology. To easily combine cell patterning with Multi-Electrode Arrays (MEAs) and silicon-based &#8216;lab on a chip&#8217; technologies, a microfabrication-compatible protocol is required. We describe a method that utilizes deposition of the polymer parylene-C on SiO2&#160;wafers. Photolithography enables accurate and reliable patterning of parylene-C at micron-level resolution. Subsequent activation by immersion in fetal bovine serum (or another specific activation solution) results in a substrate in which cultured cells adhere to, or are repulsed by, parylene or SiO2 regions respectively. This technique has allowed patterning of a broad range of cell types (including primary murine hippocampal cells, HEK 293 cell line, human neuron-like teratocarcinoma cell line, primary murine cerebellar granule cells, and primary human glioma-derived stem-like cells). Interestingly, however, the platform is not universal; reflecting the importance of cell-specific adhesion molecules. This cell patterning process is cost effective, reliable, and importantly can be incorporated into standard microfabrication (chip manufacturing) protocols, paving the way for integration of microelectronic technology.

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

This protocol describes a microfabrication-compatible method for cell patterning on SiO2. A predefined parylene-C design is photolithographically printed on SiO2 wafers. Following incubation with serum (or other activation solution) cells adhere specifically to (and grow according to the conformity of) underlying parylene-C, whilst being repulsed by SiO2 regions.

はSiO：フォトリソグラフィによって画定されたパリレン-C上の細胞のパターニング<sub&gt; 2</sub&gt;基板

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain ...

An Improved Method for the Preparation of Type I Collagen From Skin

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. Clinically, this protein is widely used for cosmetic surgery, dermal injections, bone grafting, and reconstructive surgery. The sources of COL1 for these procedures are commonly nonhuman, which increases the potential for inflammation and rejection as well as xenobiotic disease transmission. In view of this, a method to efficiently and quickly purify COL1 from limited quantities of autologously-derived tissues would circumvent many of these issues; however, standard isolation protocols are lengthy and often require large quantities of collagenous tissues. Here, we demonstrate an efficient COL1 extraction method that reduces the time needed to isolate and purify this protein from about 10 days to less than 3 hr. We chose the dermis as our tissue source because of its availability during many surgical procedures. This method uses traditional extraction buffers combined with forceful agitation and centrifugal filtration to obtain highly-pure, soluble COL1 from small amounts of corium. Briefly, dermal biopsies are washed thoroughly in ice-cold dH2O after removing fat, connective tissue, and hair. The skin samples are stripped of noncollagenous proteins and polysaccharides using 0.5 M sodium acetate and a high speed bench-top homogenizer. Collagen from residual solids is subsequently extracted with a 0.075 M sodium citrate buffer using the homogenizer. These extracts are purified using 100,000 MW cut-off centrifugal filters that yield COL1 preparations of comparable or superior quality to commercial products or those obtained using traditional procedures. We anticipate this method will facilitate the utilization of autologously-derived COL1 for a multitude of research and clinical applications.

Traditional procedures for the isolation of soluble type 1 collagen (COL1) require about 10 days from start to finish because of lengthy buffer incubations and laborious resuspensions of fibrils. Here, we describe a means to purify COL1 from small dermal biopsies in less than 3 hr.

皮膚からのI型コラーゲンの調製のための改良された方法

Soluble type 1 collagen (COL1) is used extensively as an adhesive substrate for cell cultures and as a cellular scaffold for regenerative applications. ...

In vivo and In vitro Rearing of Entomopathogenic Nematodes (Steinernematidae and Heterorhabditidae)

Entomopathogenic nematodes (EPN) (Steinernematidae and Heterorhabditidae) have a mutualistic partnership with Gram-negative Gamma-Proteobacteria in the family Enterobacteriaceae. Xenorhabdus bacteria are associated with steinernematids nematodes while Photorhabdus are symbionts of heterorhabditids. Together nematodes and bacteria form a potent insecticidal complex that kills a wide range of insect species in an intimate and specific partnership. Herein, we demonstrate in vivo and in vitro techniques commonly used in the rearing of these nematodes under laboratory conditions. Furthermore, these techniques represent key steps for the successful establishment of EPN cultures and also form the basis for other bioassays that utilize these organisms for research. The production of aposymbiotic (symbiont&#8211;free) nematodes is often critical for an in-depth and multifaceted approach to the study of symbiosis. This protocol does not require the addition of antibiotics and can be accomplished in a short amount of time with standard laboratory equipment. Nematodes produced in this manner are relatively robust, although their survivorship in storage may vary depending on the species used. The techniques detailed in this presentation correspond to those described by various authors and refined by P. Stock&#8217;s Laboratory, University of Arizona (Tucson, AZ, USA). These techniques are distinct from the body of techniques that are used in the mass production of these organisms for pest management purposes.

In vivo and In vitro Rearing of Entomopathogenic Nematodes Steinernematidae and Heterorhabditidae

The goal of this presentation is to demonstrate in vivo and in vitro techniques for the rearing of entomopathogenic nematodes. In vivo methods consider the rearing of these nematodes with an insect host, whereas the in vitro methods utilize rich agar media.

in vivoおよび昆虫病原線虫の体外飼育には（SteinernematidaeとHeterorhabditidae）

Entomopathogenic nematodes (EPN) (Steinernematidae and Heterorhabditidae) have a mutualistic partnership with Gram-negative Gamma-Proteobacteria in the ...

Delivery of Therapeutic siRNA to the CNS Using Cationic and Anionic Liposomes

Prion diseases result from the misfolding of the normal, cellular prion protein (PrPC) to an abnormal protease resistant isomer called PrPRes. The emergence of prion diseases in wildlife populations and their increasing threat to human health has led to increased efforts to find a treatment for these diseases. Recent studies have found numerous anti-prion compounds that can either inhibit the infectious PrPRes isomer or down regulate the normal cellular prion protein. However, most of these compounds do not cross the blood brain barrier to effectively inhibit PrPRes formation in brain tissue, do not specifically target neuronal PrPC, and are often too toxic to use in animal or human subjects. 
We investigated whether siRNA delivered intravascularly and targeted towards neuronal PrPC is a safer and more effective anti-prion compound. This report outlines a protocol to produce two siRNA liposomal delivery vehicles, and to package and deliver PrP siRNA to neuronal cells. The two liposomal delivery vehicles are 1) complexed-siRNA liposome formulation using cationic liposomes (LSPCs), and 2) encapsulated-siRNA liposome formulation using cationic or anionic liposomes (PALETS). For the LSPCs, negatively charged siRNA is electrostatically bound to the cationic liposome. A positively charged peptide (RVG-9r [rabies virus glycoprotein]) is added to the complex, which specifically targets the liposome-siRNA-peptide complexes (LSPCs) across the blood brain barrier (BBB) to acetylcholine expressing neurons in the central nervous system (CNS). For the PALETS (peptide addressed liposome encapsulated therapeutic siRNA), the cationic and anionic lipids were rehydrated by the PrP siRNA. This procedure results in encapsulation of the siRNA within the cationic or anionic liposomes. Again, the RVG-9r neuropeptide was bound to the liposomes to target the siRNA/liposome complexes to the CNS. Using these formulations, we have successfully delivered PrP siRNA to AchR-expressing neurons, and decreased the PrPC expression of neurons in the CNS.

The goal of this protocol is to use cationic/anionic liposomes with a neuro-targeting peptide as a CNS delivery system to enable siRNA to cross the BBB. The optimization of a delivery system for treatments, like siRNA, would allow for more treatment options for prion and other neurodegenerative diseases.

カチオン性およびアニオン性リポソームを用いてCNSへの治療用のsiRNAの送達

Prion diseases result from the misfolding of the normal, cellular prion protein (PrPC) to an abnormal protease resistant isomer called PrPRes.  The ...

Determination of Zeta Potential via Nanoparticle Translocation Velocities through a Tunable Nanopore: Using DNA-modified Particles as an Example

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and nanoparticles. Tunable resistive pulse sensing (TRPS) is a relatively recent adaptation to RPS that incorporates a tunable pore that can be altered in real time. Here, we use TRPS to monitor the translocation times of DNA-modified nanoparticles as they traverse the tunable pore membrane as a function of DNA concentration and structure (i.e., single-stranded to double-stranded DNA).
TRPS is based on two Ag/AgCl electrodes, separated by an elastomeric pore membrane that establishes a stable ionic current upon an applied electric field. Unlike various optical-based particle characterization technologies, TRPS can characterize individual particles amongst a sample population, allowing for multimodal samples to be analyzed with ease. Here, we demonstrate zeta potential measurements via particle translocation velocities of known standards and apply these to sample analyte translocation times, thus resulting in measuring the zeta potential of those analytes.
As well as acquiring mean zeta potential values, the samples are all measured using a particle-by-particle perspective exhibiting more information on a given sample through sample population distributions, for example. Of such, this method demonstrates potential within sensing applications for both medical and environmental fields.

Here we use a polyurethane tunable nanopore integrated into a resistive pulse sensing technique to characterize nanoparticles surface chemistry via the measurement of particle translocation velocities, which can be used to determine the zeta potential of individual nanoparticles.

調整可能なナノ細孔を介してナノ粒子の転ベロシティを経由してゼータ電位の決意：例として、DNA修飾された粒子を用いました

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and ...

The Organoid Reconstitution Assay (ORA) for the Functional Analysis of Intestinal Stem and Niche Cells

The intestinal epithelium is characterized by an extremely rapid turnover rate. In mammals, the entire epithelial lining is renewed within 4 - 5 days. Adult intestinal stem cells reside at the bottom of the crypts of Lieberk&#252;hn, are earmarked by expression of the Lgr5 gene, and preserve homeostasis through their characteristic high proliferative rate1. Throughout the small intestine, Lgr5+ stem cells are intermingled with specialized secretory cells called Paneth cells. Paneth cells secrete antibacterial compounds (i.e., lysozyme and cryptdins/defensins) and exert a controlling role on the intestinal flora. More recently, a novel function has been discovered for Paneth cells, namely their capacity to provide niche support to Lgr5+ stem cells through several key ligands as Wnt3, EGF, and Dll12.
When isolated ex vivo and cultured in the presence of specific growth factors and extracellular matrix components, whole intestinal crypts give rise to long-lived and self-renewing 3D structures called organoids that highly resemble the crypt-villus epithelial architecture of the adult small intestine3. Organoid cultures, when established from whole crypts, allow the study of self-renewal and differentiation of the intestinal stem cell niche, though without addressing the contribution of its individual components, namely the Lgr5+ and Paneth cells.
Here, we describe a novel approach to the organoid assay that takes advantage of the ability of Paneth and Lgr5+ cells to associate and form organoids when co-cultured. This approach, here referred to as &#34;organoid reconstitution assay&#34; (ORA), allows the genetic and biochemical modification of Paneth or Lgr5+ stem cells, followed by reconstitution into organoids. As such, it allows the functional analysis of the two main components of the intestinal stem cell niche.

The Organoid Reconstitution Assay ORA for the Functional Analysis of Intestinal Stem and Niche Cells

Intestinal organoid cultures are established from whole crypts and do not allow the analysis of self-renewal and differentiation in a cell-specific fashion. This protocol describes reconstitution of sorted stem (Lgr5+) and niche (Paneth) cells, which give rise to organoids while enabling their prior biochemical and genetic modification and functional analysis.

腸幹とニッチ細胞機能解析における再構成アッセイ (ORA)

The intestinal epithelium is characterized by an extremely rapid turnover rate. In mammals, the entire epithelial lining is renewed within 4 - 5 days. ...

バイオニック クリッカー マーク I ・ II

バイオニッククリッカーマーク I ・ II