Name: measurement of spatial stability in precision grip
Uploaded: 2020-06-04T12:30:00
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Ringraziamo il Sig. T. Nishida (Tecnico, Dipartimento vendite, Divisione materiali per le prestazioni dei dispositivi, Nitta Co., Ltd, Osaka, Giappone.) per il supporto tecnico.

La serie di studi nel presente documento è stata approvata dal Gunma University Ethical Review Board for Medical Research Involving Human Subjects.
NOTA: I criteri di inclusione per i partecipanti erano la capacità di comprendere l'uso della forza minima e la capacità di eseguire l'attività con il pollice e l'indice. I criteri di esclusione sono stati selezionati in base allo scopo degli esperimenti.
1. Preparazione delle attrezzature
<ol><li>Collegare due cav...

<ol>
	<li>Johansson, R. S., Flanagan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coding+and+use+of+tactile+signals+from+the+fingertips+in+object+manipulation+tasks.">Coding and use of tactile signals from the fingertips in object manipulation tasks.</a> Nature Reviews Neuroscience. 10 (5), 345-359 (2009).</li><li>Cole, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grasp+force+control+in+older+adults.">Grasp force control in older adults.</a> Journal of Motor Behavior. 23 (4), 251-258 (1991).</li><li>Lang, C. E., Schieber, M. H., Nowak, D. A., Hermsd&#246;rfer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stroke.">Stroke.</a> Sensorimotor control of grasping. , 296-310 (2009).</li><li>Johansson, R. S., Westling, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roles+of+glabrous+skin+receptors+and+sensorimotor+memory+in+automatic+control+of+precision+grip+when+lifting+rougher+or+more+slippery+objects.">Roles of glabrous skin receptors and sensorimotor memory in automatic control of precision grip when lifting rougher or more slippery objects.</a> Experimental Brain Research. 56 (3), 550-564 (1984).</li><li>Parikh, P. J., Cole, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Handling+objects+in+old+age:+forces+and+moments+acting+on+the+object.">Handling objects in old age: forces and moments acting on the object.</a> Journal of Applied Physiology. 112 (7), 1095-1104 (2012).</li><li>Augurelle, A. S., Smith, A. M., Lejeune, T., Thonnard, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+cutaneous+feedback+in+maintaining+a+secure+grip+during+manipulation+of+hand-held+objects.">Importance of cutaneous feedback in maintaining a secure grip during manipulation of hand-held objects.</a> Journal of Neurophysiology. 89 (2), 665-671 (2003).</li><li>Monz&#233;e, J., Lamarre, Y., Smith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+digital+anesthesia+on+force+control+using+a+precision+grip.">The effects of digital anesthesia on force control using a precision grip.</a> Journal of Neurophysiology. 89 (2), 672-683 (2003).</li><li>Fortier-Poisson, P., Langlais, J. S., Smith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+fingertip+shear+force+direction+with+somatosensory+cortical+activity+in+monkey.">Correlation of fingertip shear force direction with somatosensory cortical activity in monkey.</a> Journal of Neurophysiology. 115 (1), 100-111 (2016).</li><li>Kurihara, J., Lee, B., Hara, D., Noguchi, N., Yamazaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+center+of+pressure+trajectory+of+the+finger+during+precision+grip+task+in+stroke+patients.">Increased center of pressure trajectory of the finger during precision grip task in stroke patients.</a> Experimental Brain Research. 237 (2), 327-333 (2018).</li><li>Noguchi, N., 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=Grip+force+control+during+object+manipulation+in+cervical+myelopathy.">Grip force control during object manipulation in cervical myelopathy.</a> Spinal Cord. , (2020).</li><li>Lee, B., Miyanjo, R., Tozato, F., Shiihara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-task+interference+in+a+grip+and+lift+task.">Dual-task interference in a grip and lift task.</a> The Kitakanto Medical Journal. 64 (4), 309-312 (2014).</li></ol>

Questa procedura sperimentale fornisce la prova che un foglio flessibile del sensore di pressione potrebbe essere utile per valutare la stabilità spaziale durante l'impugnatura di precisione. La direzione della forza di presa alterata rappresenta l'instabilità spaziale, ad esempio uno slittamento delle dita. Tuttavia, gli strumenti di direzione della forza di tipo cella di carico esistenti hanno una limitazione in termini di garanzia di un movimento naturale di portata-presa. Per risolvere questo problema tecnico, è s...

Il controllo della forza è la base fondamentale dell'impugnatura di precisione. Rispetto all'impugnatura di potenza, l'impugnatura di precisione valuta l'uscita di forza minima che riflette la capacità di manipolare un oggetto. Più sistemi sensorimotori contribuiscono all'aderenza di precisione. Ad esempio, durante un'attività di presa e sollevamento, le informazioni visive consentono la percezione delle dimensioni e della forma dell'oggetto. Dopo che le dita toccano l'oggetto, i segnali tattili vengono consegnati alla corteccia somatosensoriale per regolare la forza di presa di precisione. La forza di presa (GF) viene generata quando la punta delle dita entra in contatto con l'oggetto e aumenta durante la fase disollevamento 1. Quando un oggetto si avvicina all'altezza obiettivo nell'aria, i giovani adulti sani producono il GF minimo per ottimizzare l'input cutaneo dalle polpe delle dita e risparmiare energia. D'altra parte, gli adulti più anziani usano una grande forza di presa per evitare di lasciare scivolare l'oggetto dalla loropresa 2. Nei pazienti con ictus, l'insorgenza della forza di presa è ritardata e la capacità di regolare il margine di sicurezza è compromessa a causa di deficit sensoriali e motori. La forza di presa esagerata è considerata una risposta strategica per compensare i deficit sensoriali e motori3.
Il protocollo standard per misurare il controllo GF nell'impugnatura di precisione è stato suggerito da Johansson e Westling negli anni '804. Hanno sviluppato un dispositivo per monitorare simultaneamente sia le forze di carico che di presa. Da allora, l'ampiezza gf e la sua regolazione temporale sono state utilizzate come parametri cinetici tipici in numerosi studi sull'impugnatura di precisione. Un altro parametro cinetico è la direzione di forza5. La direzione della forza deriva da una combinazione di forze di presa e sollevamento. Al fine di mantenere una presa di precisione stabile, è necessario generare forze di presa e sollevamento correttamente dirette tra il pollice e l'indice e la direzione della forza deviata può causare instabilità spaziale. Sebbene vari strumenti di direzione della forza di tipo cella di carico siano utilizzati negli studi di presa, questi strumenti hanno una limitazione in termini di monitoraggio del controllo della forza di presa nella manipolazione di oggetti di diverse dimensioni e forme utilizzati nella vita quotidiana. Pertanto, un sensore flessibile e collegabile è essenziale per indagare le relazioni tra il controllo della forza di presa e le funzioni quotidiane.
Lo scopo di questo protocollo è quello di valutare indirettamente la direzione della forza delle dita durante la manipolazione di un oggetto in base alla relazione biomeccanica in cui la direzione della forza deviata causa la sostituzione del Centro di Pressione (COP). Il COP è il centro di tutte le forze e rappresenta il modo in cui le forze sono bilanciate sul foglio del sensore. L'uso della COP per valutare il controllo della forza di presa è stato suggerito per la prima volta da Augurelle etal. Hanno monitorato lo spostamento della COP per indagare sul ruolo del feedback cutaneo e hanno scoperto che la COP deviata si è verificata dopo l'anestesia digitale. Tuttavia, lo spostamento della COP è stato monitorato solo verticalmente nel loro studio; pertanto, lo spostamento cop in uno spazio tridimensionale non è stato adeguatamente valutato. Per risolvere questa limitazione è stato utilizzato un foglio sensore di pressione a pressione spaziale sottile, flessibile e adaltarisoluzione spaziale per misurareil COP. Questo documento descrive la procedura sperimentale e discute come la COP delle dita contribuisca alla comprensione della fisiologia e della fisiopatologia della presa.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alcohol swab</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Wipe participant&#8217;s finger pulps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressor</td>
			<td>Nitta Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Apply pressure to the sensor seats</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller of compressor</td>
			<td>Nitta Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Use to manupirate the compressor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-sides tapes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Use to attach the sensorseats to the iron cube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron cube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>150-250g, 30&#215;30&#215;30 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor connector</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Connect the sensorseats to computer.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor sheet</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Pressure Mapping Sensor 5027, Tekscan, South Boston, MA, 50 USA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Setting stand</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Set the iron cube on it during the measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software; I-SCAN 5027, Ver. 7.51</td>
			<td>Nitta Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Table</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Use for the measurement</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of spatial stability in precision grip

Lo scopo del protocollo è quello di valutare indirettamente la direzione della forza delle dita durante la manipolazione di un oggetto portatile in base alle relazioni biomeccaniche in cui la direzione della forza deviata causa la sostituzione del centro di pressione (COP). Per valutare questo problema, viene utilizzato un foglio sensore di pressione a bassa, flessibile e ad alta risoluzione spaziale. Il sistema consente di misurare la traiettoria COP oltre all'ampiezza della forza e alla sua regolazione temporale. Una serie di esperimenti ha scoperto che l'aumento della lunghezza della traiettoria rifletteva un deficit sensorimotorio nei pazienti con ictus, e che la diminuzione della traiettoria COP riflette una strategia compensativa per evitare che un oggetto scivolasse dall'impugnatura delle mani negli anziani. Inoltre, la traiettoria COP potrebbe anche essere ridotta da una doppia interferenza del compito. Questo articolo descrive la procedura sperimentale e discute come la COP delle dita contribuisca alla comprensione della fisiologia e della fisiopatologia della presa.

Diversi studi hanno introdotto protocolli sperimentali e due parametri cinetici (la traiettoria COP e il GF) per misurare la forza delle dita durante la manipolazione di un oggetto. In studi precedenti, è stato scoperto che la traiettoria COP è aumentata nei pazienti con ictus9. Nei pazienti con mielopatia cervicale, il GF è correlato con la soglia di pressione cutanea e la funzione degli arti superiori10. Nei soggetti giovani sani, il GF è aumentato con interferenze co...

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Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

L'obiettivo di questo protocollo è misurare la sostituzione del centro di pressione (COP) utilizzando un foglio di sensori ad alta risoluzione spaziale per riflettere la stabilità spaziale in una presa di precisione. L'uso di questo protocollo potrebbe contribuire a una maggiore comprensione della fisiologia e della fisiopatologia della presa.

Misurazione della stabilità spaziale nell'impugnatura di precisione

The purpose of the protocol is to indirectly evaluate the direction of the finger force during manipulation of a handheld object based on the ...

Per ottenere una comprensione completa del controllo grip force della presa, è importante valutare una direzione della forza delle dita. Suggeriamo una nuova tecnica più semplice per misurare la stabilità spaziale nella presa di precisione, per valutare la direzione della forza delle dita in un ambiente clinico. A dimostrare la procedura, sarà Ryoto Teshima, un dottorando del nostro laboratorio.Prima di iniziare un'analisi, collegare due cavi del connettore del sensore alle porte USB di un computer e tirare su la leva collegata a un connettore del sensore, per consentire l'inserimento della linguetta del sensore nello slot di inserimento. Riportare la leva collegata nella posizione originale e aprire il software del sensore nel computer. Se i fogli del sensore sono collegati correttamente, sul monitor appariranno mappe di distribuzione della pressione in tempo reale.Per regolare la pressione, inserire le aree di rilevamento del foglio del sensore una per una in un carro compressore e accendere la valvola dell'aria del controller del compressore. Iniziare ad applicare la pressione e regolare il regolatore al valore di carico appropriato. Durante l'applicazione della pressione, selezionate Strumenti ed equilibrazione e fate clic su Equilibrate1 e iniziate, nella finestra di dialogo di equilibrazione.Il colore di equilibrazione della finestra, dovrebbe passare al grigio. Al termine dell'equilibrazione, selezionare Salva file Eq.File, immettere il nome del file e fare clic su Salva per salvare l'equilibrazione. Fare clic su Ok.Selezionate Strumenti (Tools) e Calibrazione (Calibration) e fate clic su Aggiungi (Add), quindi immettete il valore di carico in Newton (Newtons) nella casella Forza applicata (Applied Force). Fare clic sul pulsante Start e controllare il risultato della calibrazione per verificare che la calibrazione sia stata eseguita correttamente. Qui, il valore di Newton è 134,33 e il valore delle celle caricate corrisponde a quello dei fogli del sensore utilizzati.Quindi fare clic su SalvaCal. File, immettere il nome del file e fare clic su Salva per salvare la calibrazione. Posizionare da tre a cinque millimetri di lunghezza, di nastro a doppia mano, su ciascuno dei quattro angoli del cubo di ferro.Utilizzare il nastro per fissare le parti sensibili alla pressione dei due fogli del sensore, su entrambi i lati del cubo di ferro e posizionare il cubo di ferro sopra un supporto di impostazione, su un tavolo. Impostare i dispositivi per una misurazione. Quindi aprire i file di equilibrazione e calibrazione nel software.Dopo aver organizzato l'ambiente di misurazione, selezionare Opzioni e parametri di acquisizione nel software. Nella finestra di dialogo Parametro acquisizione dati immettere 36.000 nella casella Fotogrammi filmato, 0,01 nella casella Periodo e 100 nella casella Frequenza e fare clic su Ok. Per eseguire una misurazione, fare in modo che il partecipante si sieda davanti a un tavolo e regolare l'altezza del tavolo sulla flection dell'articolazione della spalla del partecipante di zero gradi e una posizione di flection articolare del gomito di 90 gradi.Impostare il cubo di ferro e l'impostazione a 30 centimetri dal partecipante, nel piano sagittale medio sul tavolo, e pulire le polpe delle dita del partecipante con un tampone alcolico o una towelette. Istruisci il partecipante a usare una forza minima con il pollice e l'indice, a afferrare entrambi i lati del cubo di ferro a cui sono attaccati i fogli del sensore e a sollevare il cubo di circa cinque centimetri sopra il supporto di impostazione. Tenendolo per cinque o sette secondi, prima di riposizionare sul supporto di impostazione.Quando il partecipante è pronto, fare clic su Registra e sulla traiettoria Centro della Forza, per monitorare il Centro di pressione nel software e dare loro uno spunto per avviare l'attività. Al termine dell'attività, fare clic su Interrompi e salvare i dati del filmato registrato. Per valutare le prestazioni del compito in presenza di interferenze visive, consentire innanzitutto al partecipante di toccare i sensori senza superare 0,5 Newton di pressione, prima di istruire il partecipante a chiudere gli occhi e utilizzare una forza minima con il pollice e l'indice, per sollevare il cubo di ferro di circa cinque centimetri sopra il supporto di impostazione.Quindi tenere il cubo per cinque o sette secondi, prima di riposizionare sul supporto di impostazione. Per valutare le prestazioni delle attività in presenza di interferenze cognitive, istruire il partecipante come attività di calcolo, sottrarre continuamente sette da 100 nel modo più accurato possibile, utilizzando una forza minima con il pollice e l'indice, per sollevare il cubo di ferro di circa cinque centimetri sopra il supporto di impostazione, per cinque o sette secondi, prima di riposizionare sul supporto di impostazione. Per valutare le prestazioni dell'attività in presenza di interferenze del movimento della mano contralto, posizionare una tavola a pioli a 30 centimetri di distanza dal partecipante, accanto al cubo di ferro nel piano sagittale medio, e posizionare le dimensioni e il numero appropriati di pioli, in base alla difficoltà dell'attività.Quindi istruisci il partecipante a manipolare il cubo di ferro con una forza minima usando il pollice e l'indice, e a sollevare e tenere il cubo di ferro circa cinque centimetri sopra il supporto di impostazione con una mano mentre, invertendo i pioli con l'altra mano. Per analizzare la forza di presa, aprite il file filmato per l'analisi nella finestra di dialogo. Quando viene visualizzata la mappa di distribuzione della pressione registrata, fare clic su Visualizzazione Windows multipla per aprire la finestra del grafico.Individuare il punto nel tempo in cui il carico inizia ad essere applicato in ogni ascensore e annotare l'ora con riferimento al grafico. Salvare i dati di Grip Force in formato ASCII e aprire il file filmato. Individuare il numero di fotogramma in cui il carico ha iniziato ad essere applicato in ogni ascensore del foglio di calcolo e annotare il numero di fotogramma in riferimento al momento in cui è stato applicato il carico.Calcolare quindi la forza di presa totale utilizzata in un intervallo, o quale è la somma dei valori della cella applicata. Per analizzare il centro di pressione, aprite il file filmato per l'analisi, per visualizzare la traiettoria Centro di pressione, sulla mappa di distribuzione della pressione. Con la mappa di distribuzione della pressione registrata attiva, fate clic su Riproduci avanti (Play Forward), per riprodurre il filmato.Fate clic su Interrompi (Stop) e avanzate fotogramma per fotogramma, fino a quando il fotogramma in cui inizia a comparire il Centro di Pressione in ogni sollevamento, sulla mappa di distribuzione della pressione. Notare il numero di fotogramma e salvare i dati del Centro di pressione in formato ASCII, assicurandosi che siano selezionati Centro di forza e Filmato intero. Aprite il file filmato e individuate il numero di fotogramma in cui inizia a comparire il centro di pressione in ogni sollevamento del foglio di calcolo, con riferimento al numero di fotogramma indicato.Quindi calcolare la lunghezza della traiettoria centro di pressione tra i fotogrammi. Qui vengono mostrate le traiettorie del Centro di Pressione e le tracce di Grip Force dell'indice dominante, in compiti singoli e doppi per giovani e anziani rappresentativi. In questa analisi rappresentativa, la forza di presa aumentò nell'interferenza del movimento della mano contraltrale, mentre le traiettorie del Centro di Pressione tendevano a diminuire.Assicurarsi di informare i partecipanti di utilizzare una forza minima durante l'esecuzione delle attività. In caso contrario, tenderanno a utilizzare una forza di presa relativamente forte, per evitare un'instabilità spaziale.

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