ISO 13091-1:2001
(Main)Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction — Part 1: Methods of measurement at the fingertips
Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction — Part 1: Methods of measurement at the fingertips
Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile pour l'évaluation des troubles neurologiques — Partie 1: Méthodes de mesure à la pulpe des doigts
L'ISO 13091-1:2001 spécifie les méthodes de mesure des seuils de perception vibrotactile à la pulpe des doigts, les méthodes de réalisation des mesurages, et l'établissement du rapport des résultats obtenus. Les méthodes de mesure sont définies dans l'ISO 13091-1:2001 pour l'obtention de seuils de perception à la pulpe des doigts, représentés, séparément, par les populations de mécanorécepteurs SAI, FAI et FAII. Les méthodes sont conçues pour s'appliquer aux personnes en bonne santé et aux personnes malades, et pour convenir à une évaluation clinique et à des dépistages. La mesure de variations provisoires du seuil de perception vibrotactile, ou de seuils à des sites corporels de prélèvement autres que la pulpe des doigts, ne relèvent pas de l'ISO 13091-1:2001.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13091-1
First edition
2001-05-15
Mechanical vibration — Vibrotactile
perception thresholds for the assessment
of nerve dysfunction —
Part 1:
Methods of measurement at the fingertips
Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile pour l'évaluation
des troubles neurologiques
Partie 1: Méthodes de mesure à la pulpe des doigts
Reference number
ISO 13091-1:2001(E)
©
ISO 2001
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ISO 13091-1:2001(E)
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ISO 13091-1:2001(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions, symbols and abbreviated terms .1
3.1 Terms and definitions .1
3.2 Symbols and abbreviated terms .4
4 Measurement methods.4
4.1 General.4
4.2 Stimulus.6
4.3 Subject comfort and positioning.8
4.4 Conditions for skin surface .10
4.5 Stimulating probe .10
4.6 Skin-stimulator contact.11
4.7 Psychophysical algorithm .12
4.8 Subject's response .13
4.9 Skin motion .13
4.10 System check and calibration .13
4.11 Hazards to the subject .13
5 Preparation and instruction of subjects before vibrotactile testing .14
5.1 General.14
5.2 Prior to testing .14
5.3 Instruction of subject about the test procedure.14
6 Conduct of vibrotactile perception test.15
6.1 Familiarization.15
6.2 Measurement of ascending and descending thresholds .15
6.3 Variability of ascending and descending threshold values .16
6.4 Calculation of vibrotactile perception threshold.16
6.5 Measurement of background vibration .17
6.6 Measurement of skin temperature .18
7 Reporting of results.18
Bibliography.20
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ISO 13091-1:2001(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 13091 may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 13091-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration and
shock, Subcommittee SC 4, Human exposure to mechanical vibration and shock.
ISO 13091 consists of the following parts, under the general title Mechanical vibration — Vibrotactile perception
thresholds for the assessment of nerve dysfunction:
� Part 1: Methods of measurement at the fingertips
� Part 2: Analysis and interpretation of measurements at the fingertips
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ISO 13091-1:2001(E)
Introduction
The early detection of peripheral neuropathies in the upper extremities, which are often manifest as changes in
tactile function, is of considerable interest. Such neuropathies may occur as a result of disease, or from
occupations in which workers are exposed to neurotoxic agents or to mechanical vibration.
The tactile performance of the fingers is known to depend on neural activity in up to four populations of specialized
nerve endings. These mechanoreceptor types are commonly described by their response to mechanical
indentation of the skin surface (i.e. SAI: slowly adapting, type I; SAII: slowly adapting, type II; FAI: fast adapting,
type I; and FAII: – fast adapting, type II). The SAI receptor acuity primarily determines the resolution of the spatial
features of a surface, such as ridges and texture. These receptors respond to pressure. FAI and FAII receptor
acuity is primarily responsible for information obtained from the motion of surfaces across the skin surface or,
conversely, moving fingertips across surfaces. Such information is used to provide information on surface finish, or
smoothness, and to maintain an appropriate grip of objects (which is controlled by the detection of micro-slips).
SAII receptors primarily signal skin stretch. Separate responses from SAI, FAI and FAII receptor populations can
be determined psychophysically by using precisely defined measurement conditions and vibrotactile stimulation at
different frequencies. In some circumstances, such as selective loss of receptor function, it may not be possible to
obtain separate thresholds from each population.
Standardized methods for measuring vibrotactile perception thresholds are required to obtain meaningful results,
and to compare results obtained using different apparatus. Without standardization, the thresholds obtained by
different measurement methods may differ substantially, and often unpredictably, and so cannot be compared.
Requirements for measurement methods and instruments stem from the properties of the mechanoreceptor
populations from which they are designed to elicit responses. The overall goal of this part of ISO 13091 is to define
optimized testing methods and measurement procedures.
This part of ISO 13091 describes methods that are designed to yield equivalent results for measuring vibrotactile
perception thresholds (VPTs) at the fingertips. The methods are applicable to healthy and diseased persons, and
are suitable for detailed clinical evaluation and for rapid screening. Values are recommended for all measurement
parameters. Some parameters are specified by a central value with broad “tolerances” in recognition that different
values are currently in use. The central values given are the preferred values. Using the methods described, the
VPT at one test frequency can be determined in approximately 1 min once the subject has been trained in the
measurement procedure (which may be completed in approximately 5 min). This information may be considered
sufficient for some screening applications. ISO 13091-2 considers the analysis and interpretation of VPTs obtained
using the methods specified in this part of ISO 13091.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13091-1:2001(E)
Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the
assessment of nerve dysfunction —
Part 1:
Methods of measurement at the fingertips
1 Scope
This part of ISO 13091 specifies
� methods for measuring vibrotactile perception thresholds (VPTs) at the fingertips,
� procedures for conducting the measurements, and
� the reporting of results.
Measurement methods are defined in this part of ISO 13091 for obtaining perception thresholds at the fingertips
mediated, separately, by SAI, FAI and FAII mechanoreceptor populations. The methods are designed to be
applicable to healthy and diseased persons, and to be suitable for clinical assessment and for screening purposes.
The measurement of temporary shifts in vibrotactile perception threshold, or of thresholds at body sites other than
the fingertip, is outside the scope of this part of ISO 13091.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 13091. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 13091 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 2041, Vibration and shock — Vocabulary.
ISO 5805, Mechanical vibration and shock — Human exposure — Vocabulary.
IEC 60601-1, Medical electrical equipment — Part 1: General requirements for safety.
3 Terms and definitions, symbols and abbreviated terms
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 13091, the terms and definitions given in ISO 2041 and ISO 5805 apply,
together with the following.
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ISO 13091-1:2001(E)
3.1.1
pure tone
oscillatory signal whose instantaneous magnitude is a sinusoidal function of time (i.e. at a single frequency)
3.1.2
tone burst
intermittent pure-tone signal
3.1.3
gliding tone
pure tone in which the frequency changes continually with time
3.1.4
equivalent frequency
frequency selected as representing the measurement “frequency” when frequency is changed with time during the
measurement of vibrotactile perception
3.1.5
total harmonic distortion
percentage pure-tone distortion expressed as 100 times the square root of the ratio of the sum of the squared
amplitudes of harmonic components within a defined bandwidth to the squared amplitude of the fundamental
3.1.6
masking
mask,verb
process by which the perception threshold for one stimulus is raised by the presence of another (masking) stimulus
of the same or different frequency
3.1.7
forward masking
process by which perception of the test stimulus currently being presented to a subject is rendered undetectable by
a previous test stimulus of the same or different frequency
3.1.8
mechanoreceptor
nerve ending specialized for transforming mechanical deformation of the skin into nerve impulses
3.1.9
mechanoreceptor-specific vibrotactile perception threshold
receptor-specific vibrotactile perception threshold
vibrotactile perception threshold at which the stimulus is mediated by one population of mechanoreceptors at the
point of stimulation
3.1.10
neutral position
position naturally adopted by the hand when the hand and arm hang freely from the shoulder, when standing erect
NOTE This position normally involves no flexion or extension of the wrist.
3.1.11
stimulator
means for generating static indentation of the skin surface and/or continuous or intermittent oscillatory motion of the
skin surface
3.1.12
probe
means by which external motional and oscillatory stimuli are coupled to the skin surface
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ISO 13091-1:2001(E)
3.1.13
surround
static, rigid, flat surface on which a fingertip rests, containing a hole through which a probe may contact the skin
surface
3.1.14
contact force
static and dynamic components of the force with which a stimulating or sensing probe contacts the skin
3.1.15
indentation of skin
distance moved by the probe tip from the position of initial contact with the skin surface (where the contact force is
zero) to the position at which thresholds are determined
3.1.16
aural cue(s)
sound caused by vibration of the stimulator
3.1.17
physiological “noise”
human body motion, including vibration, naturally occurring from physiological functions such as blood flow, heart
beat, muscle tremor and respiration
3.1.18
background vibration
residual vibration at the fingertip, in the absence of the stimulus, when the subject is positioned to commence
threshold measurements with the stimulating probe in contact with the fingertip
NOTE Background vibration can be caused by room vibration, the measurement apparatus and physiological “noise”.
3.1.19
psychometric function
function expressing the relationship between the proportion, or percentage, of positive responses indicating a
stimulus has been detected by a subject and a physical measure of the magnitude of the stimulus
3.1.20
psychophysical algorithm
measurement procedure in which physical stimuli are presented to a subject to elicit a predetermined sensory
response, such as perceiving the presence or character of an externally applied skin motion
3.1.21
threshold
onset of the perception of a stimulus, or the loss of perception of a stimulus
3.1.22
ascending threshold
threshold obtained when stimuli of successively increasing intensity are applied to the skin until the stimulus is
detected
3.1.23
descending threshold
threshold obtained when stimuli of successively decreasing intensity are applied to the skin until the stimulus is no
longer detected
3.1.24
vibrotactile perception threshold
skin surface acceleration level at which there is a 50 % positive response rate for detecting a pure-tone oscillatory
stimulus in the psychometric function
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ISO 13091-1:2001(E)
3.1.25
threshold shift
change in vibrotactile perception threshold from a previously established baseline value that persists in time
NOTE The baseline value can be, for example, a previous vibrotactile perception threshold obtained from the same
subject. The baseline value can also be the mean threshold obtained from healthy persons of similar age without sign, symptom
or history of peripheral neurological disease, or of exposure to neurotoxic agents or to hand-transmitted vibration. This subject is
considered in ISO 13091-2.
3.1.26
temporary threshold shift
temporary elevation in the perception threshold (i.e. loss in acuity) that disappears with time
3.1.27
up-down algorithm
psychophysical measurement procedure in which two limiting thresholds (ascending and descending) are
determined by presenting to a subject a sequence of short-duration stimuli, each of constant but different intensity
NOTE The procedure commonly involves applying a sequence of stimuli with successively increasing intensity to the skin
until the subject signals that a stimulus has been detected (ascending threshold). Successive stimuli are then decreased in
intensity until the subject signals that the stimulus can no longer be felt (descending threshold). A “staircase” algorithm is an up-
down algorithm in which the sequence of stimuli are increased, and decreased, in steps of equal magnitude.
3.1.28
von Békésy algorithm
psychophysical measurement procedure in which a continuous stimulus with changing intensity, often
accompanied by a change in frequency with time (gliding tone), is used to determine sequentially ascending and
descending thresholds
3.2 Symbols and abbreviated terms
The following symbols and abbreviated terms are used in this part of ISO 13091:
FAI fast adapting, type I mechanoreceptors
FAII fast adapting, type II mechanoreceptors
SAI slowly adapting, type I mechanoreceptors
VPT vibrotactile perception threshold
t (r) a sequence of ascending threshold levels
a
t (r) a sequence of descending threshold levels
d
where
r=1,2, 3,., n
n is the number of ascending and descending threshold pairs, e.g. t (1) and t (1), t (2) and t (2), .,
a d a d
t (n) and t (n).
a d
4 Measurement methods
4.1 General
Requirements for measurement methods and procedures originate from the properties of the mechanoreceptor
populations from which they are designed to elicit responses, and are summarized in Table 1.
4 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 13091-1:2001(E)
Table 1 — Summary of requirements for measurement methods
Stimulus (see 4.2) SAI FAI FAII
a
Frequency ,Hz 4,0 31,5 125
� other frequencies, Hz 3,15; 5,0 20; 25 100; 160
Intermittent
� burst duration <10s <10s 0,6 s to 10 s
b
� quiescent duration W 0,6 s W 0,6 s W 0,6 s
Continuous
� maximum duration 50 s 50 s 50 s
� minimum rest, same site and 30 s 30 s 30 s
receptor
Subject positioning (see 4.3)
� support forearm, hand and finger; seat with back rest
Skin surface conditions (see 4.4)
� skin temperature 27 °Cto35 °C, confirmed by measurement
� test room temperature 20 °Cto30 °C
Stimulating probe (see 4.5)
� geometry, finish, diameter flat-ended cylinder, 0,2 mmu edges radiiu 0,7 mm
smooth to touch, 4,0 mm � 2,1 mm diameter
Skin-stimulator contact (see 4.6) Method A, no surround Method B, with surround
� skin indentation 1,5 mm � 0,8 mm 1,5 mm � 0,8 mm
� probe-surround gap — 1,5 mm � 0,6 mm
� surround force — 0,7 N to 2,3 N
Psychophysical algorithm (see 4.7)
� independent of stimulus variant of up-down, or von Békésy
Subject's response (see 4.8)
� detection automatic and unambiguous
� inconsistency automatic detection
Skin motion (see 4.9)
� probe, at skin surface r.m.s. magnitude of stimuli, and background vibration (and
frequency if gliding tones used)
System check (see 4.10)
� before VPT test performance of measurement system to be confirmed
a
The minimum requirement is for one measurement frequency.
b
And not less than half the stimulus duration.
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ISO 13091-1:2001(E)
4.2 Stimulus
4.2.1 Stimulator
Measurement methods shall provide a stimulator to generate oscillatory (motional) stimuli for the determination of
vibrotactile perception thresholds of persons at the fingertips.
4.2.2 Stimulus waveform
The displacement amplitude of the stimulus shall be no greater than 1,0 mm. For pure-tone stimuli, the maximum
distortion is given in Table 2. Intermittent stimuli shall possess a waveform envelope shaped to ensure that the
stimulus detected by the subject is that of the underlying oscillatory motion and not of the switching transients.
NOTE A stimulator for all frequencies specified in this part of ISO 13091 will produce r.m.s. acceleration levels of up to
–6 2
150 dB (ref. 10 m/s ), subject to a maximum displacement amplitude of 1,0 mm.
Table 2 — Maximum total harmonic distortion of stimulus
a
Measured parameter: acceleration
Stimulus frequency Total harmonic distortion
Hz %
b
3,15 to 31,5 30
c
100 to 160 10
a
The acceleration level of mechanoreceptor-specific VPTs increases with increasing frequency,
rendering perception of a distorted stimulus insensitive to frequencies higher than the fundamental
stimulus frequency (e.g. harmonic distortion products).
b
The total harmonic distortion is evaluated for harmonic components at frequencies from the
pure-tone stimulation frequency up to 160 Hz.
c
The total harmonic distortion is evaluated for harmonic components at frequencies up to three
times the stimulus frequency.
4.2.3 Stimulus frequency
Stimulation shall be provided at at least one frequency or equivalent frequency. Stimulation should be provided at a
minimum of three frequencies, or equivalent frequencies, if it is required to establish the acuity of the three
populations of mechanoreceptors primarily involved in the sense of touch (SAI, FAI and FAII). The recommended
three frequencies, or equivalent frequencies, are: 4,0 Hz (SAI), 31,5 Hz (FAI) and 125 Hz (FAII). If more
frequencies are used for stimulation they should be selected from: 3,15 Hz, 4,0 Hz and 5,0 Hz (SAI); 20 Hz, 25 Hz
and 31,5 Hz (FAI) and 100 Hz, 125 Hz and 160 Hz (FAII). The mechanoreceptor population mediating the VPT
when measurements are conducted according to the provisions of this part of ISO 13091 are summarized in
Table 3.
The frequency of stimulation shall be carefully chosen to obtain responses from individual mechanoreceptor
populations, because each population could respond in frequency ranges that overlap.
NOTE 1 Using the skin-stimulator contact parameters specified in this part of ISO 13091, stimulation at frequencies of
6,3 Hz, or less, will permit the determination of the threshold of SAI mechanoreceptors; stimulation at frequencies between
16 Hz and 32 Hz will permit the determination of the threshold of FAI mechanoreceptors; and stimulation at frequencies of
100 Hz or more will permit the determination of the threshold of FAII mechanoreceptors.
NOTE 2 For some applications a simple measurement system confined to restricted stimuli, in particular to one of the three
recommended frequencies or equivalent frequencies, can be appropriate. This part of ISO 13091 also defines the requirements
for the presentation of a wider range of stimuli for detailed clinical evaluation and research.
6 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 13091-1:2001(E)
Table 3 — Measurement frequencies
a
Type of mechanoreceptor Frequency range Recommended frequencies
of receptor
mediating
threshold
One More than one
Hz
Hz Hz
Slowly adapting I, SAI 4,0 3,15; 4,0; 5,0
u 6,3
Fast adapting I, FAI 16 to 32 31,5 20; 25; 31,5
Fast adapting II, FAII W 100 125 100; 125; 160
a
The tolerance on frequency is � 10 %.
4.2.4 Intermittent stimulation
Intermittent stimulation is preferred for all measurements to introduce a quiescent interval. Intermittent stimulation
reduces the possibility of a suprathreshold stimulus producing a temporary threshold shift, and hence causing an
error in the measurement of a VPT. The quiescent interval also serves to contrast the applied stimulation with the
background vibration, and can improve definition of the threshold in situations in which there is substantial
background vibration.
Intermittent stimuli shall be constructed with a waveform envelope shaped to ensure that the stimulus detected by
the subject is that of the underlying oscillatory motion. The switching transients associated with the commencement
and termination of the intermittent stimulus shall not be perceived by the subject.
This condition may be achieved by an appropriate stimulus control system, or by restricting the rise and fall times at
the beginning and end of each stimulus.
NOTE Experience has shown that there does not appear to be much change in VPT with the envelope rise and fall times of
tone bursts.
The stimulus duration measured at the half-power points shall be no greater than 10 s, in order to limit temporary
threshold shift. The quiescent interval shall be not less than half the stimulus duration and under no circumstances
less than 0,6 s, in order to ensure recovery from any temporary threshold shift and to avoid forward masking.
For measurement of the acuity of FAII receptors, the stimulus duration of tone bursts shall be not less than 0,6 s.
4.2.5 Continuous stimulation
Continuous sinusoidal stimulation with time-varying amplitude, and sometimes time-varying frequency, may be
used to determine VPTs (von Békésy method).
Methods that employ continuous stimulation shall provide a pure-tone signal that varies in r.m.s. acceleration level
by no more than 3 dB per second during threshold determinations used in the calculation of the VPT (see 6.4), to
minimize forward masking. A variation in r.m.s. acceleration level of up to 5 dB per second may be used to
establish the first ascending and descending thresholds, i.e. t (1) and t (1), which are not used in the calculation of
a d
VPT.
If stimulation involves a continuous change in frequency with time (gliding tone), then the rate of change of stimulus
frequency with time during threshold determinations shall be no more than one-twentieth of an octave per second.
A gliding tone should contain frequencies selected to be in the range from 3,15 Hz to 160 Hz.
NOTE Rates of change of stimulus amplitude with time, and/or frequency with time, in excess of these values may
introduce errors in perception thresholds.
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ISO 13091-1:2001(E)
For measurement methods employing continuous stimuli, the maximum permitted continuous stimulus duration
without rest breaks shall be no greater than 50 s, in order to limit temporary threshold shift. If stimulation of the
same receptor population is to be continued at the same test site, a stimulus-free recovery period of no less than
30 s shall be provided.
4.2.6 Unwanted vibration during a measurement
The subject shall not experience any environmental or instrumentally induced vibration that could mask the
perception of the intended stimulus.
NOTE Motion between the subject's finger and the probe unrelated to the stimulus can mask the stimulus and introduce
errors in threshold determinations (e.g. motion from floor vibration, instrument vibration, involuntary body motion from
physiological “noise”).
The residual background vibration at the fingertip shall be measured with the apparatus used to conduct thres
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13091-1
Première édition
2001-05-15
Vibrations mécaniques — Seuils de
perception vibrotactile pour l'évaluation
des troubles neurologiques —
Partie 1:
Méthodes de mesure à la pulpe des
doigts
Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the
assessment of nerve dysfunction —
Part 1: Methods of measurement at the fingertips
Numéro de référence
ISO 13091-1:2001(F)
©
ISO 2001
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ISO 13091-1:2001(F)
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Version française parue en 2003
Publié en Suisse
ii © ISO 2001 — Tous droits réservés
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ISO 13091-1:2001(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions, symboles et abréviations. 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles et abréviations. 4
4 Méthodes de mesure . 5
4.1 Généralités. 5
4.2 Stimulus . 6
4.3 Confort et positionnement du sujet . 8
4.4 Conditions propres à la surface de la peau . 10
4.5 Sonde de stimulation. 10
4.6 Contact peau-stimulateur. 11
4.7 Algorithme psychophysique. 12
4.8 Réponse du sujet . 13
4.9 Mouvement de la peau. 13
4.10 Vérification et étalonnage du système . 13
4.11 Risques pour le sujet. 14
5 Préparation des sujets et consignes qui leur sont données avant la réalisation des essais
vibrotactiles . 14
5.1 Généralités. 14
5.2 Avant la réalisation des essais. 14
5.3 Consignes à donner au sujet en relation avec le mode opératoire d'essai. 15
6 Réalisation de l'essai de perception vibrotactile. 15
6.1 Familiarisation. 15
6.2 Mesure des seuils ascendants et descendants. 15
6.3 Variabilité des valeurs des seuils ascendants et descendants . 16
6.4 Calcul du seuil de perception vibrotactile (VPT) . 17
6.5 Mesure de la vibration résiduelle . 18
6.6 Mesurage de la température de la peau. 18
7 Établissement du rapport des résultats obtenus . 19
Bibliographie . 20
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ISO 13091-1:2001(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 13091-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
sous-comité SC 4, Exposition des individus aux vibrations et chocs mécaniques.
L'ISO 13091 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Vibrations mécaniques —
Seuils de perception vibrotactile pour l'évaluation des troubles neurologiques:
Partie 1: Méthodes de mesure à la pulpe des doigts
Partie 2: Analyse et interprétation des mesures obtenues à la pulpe des doigts
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ISO 13091-1:2001(F)
Introduction
Le dépistage précoce des neuropathies périphériques des extrémités supérieures, qui se manifestent souvent
sous la forme de changements de la fonction tactile, revêt un intérêt tout particulier. Ces neuropathies
peuvent être le résultat d'un trouble, ou d'activités dans lesquelles les travailleurs sont exposés à des agents
neurotoxiques ou à des vibrations d'ordre mécanique.
On sait que la performance tactile des doigts dépend de l'activité neuronale de quatre groupes de population
de terminaisons nerveuses spécialisées. Ces types de mécanorécepteurs sont communément décrits par leur
réponse à la compression mécanique de la surface de la peau (c'est-à-dire SAI: à adaptation lente, de type I;
SAII: à adaptation lente, de type II; FAI: à adaptation rapide, de type I; et FAII: à adaptation rapide, de type II).
L'acuité des récepteurs de type SAI détermine principalement la résolution des caractéristiques spatiales
d'une surface, telles que les arêtes et la texture. Ces récepteurs répondent à la pression. L'acuité des
récepteurs FAI et FAII est principalement responsable des informations obtenues à partir du déplacement de
surfaces en contact avec la peau ou, inversement, du déplacement de la pulpe des doigts sur les surfaces.
De telles informations sont utilisées pour déterminer le fini ou la régularité d'une surface et pour maintenir une
préhension appropriée des objets (qui est contrôlée par la détection des micro-glissements). Les récepteurs
SAII signalent principalement l'étirement de la peau. Les réponses séparées des populations de récepteurs
SAI, FAI et FAII peuvent être déterminées à l'aide de tests psychophysiques en utilisant des conditions de
mesurage et une stimulation vibrotactile définies avec précision à des fréquences différentes. Dans certains
cas, tels que la perte sélective de la fonction des récepteurs, il peut ne pas être possible d'obtenir des seuils
séparés pour chaque population.
Des méthodes normalisées de mesure des seuils de perception vibrotactile sont requises pour obtenir des
résultats significatifs et pour comparer les résultats obtenus à l'aide de différents appareils. Sans norme, les
seuils obtenus par différentes méthodes de mesure peuvent différer considérablement, et souvent de manière
imprévisible, et ne peuvent donc pas être comparés. Les exigences relatives aux méthodes et aux
instruments de mesure dépendent des propriétés des populations de mécanorécepteurs. Elles sont conçues
pour déclencher leurs réponses. Le but général de la présente partie de l'ISO 13091 est de définir des
méthodes d'essai et des modes opératoires de mesure optimisées.
La présente partie de l'ISO 13091 décrit les méthodes de mesure des seuils de perception vibrotactile à la
pulpe des doigts; elles sont conçues pour produire des résultats comparables. Les méthodes s'appliquent aux
personnes en bonne santé et aux personnes malades et conviennent à une évaluation clinique détaillée ainsi
qu'à un dépistage rapide. Des valeurs sont recommandées pour tous les paramètres de mesurage. Certains
paramètres sont spécifiés par une valeur centrale comportant de larges «tolérances» car il est reconnu que
différentes valeurs sont actuellement utilisées. La préférence est donnée aux valeurs centrales indiquées. À
l'aide des méthodes décrites, le seuil de perception vibrotactile à une fréquence d'essai peut être déterminé
approximativement en une minute une fois que le sujet a été formé au mode opératoire de mesure (ce qui
peut être réalisé en approximativement cinq minutes). Ces informations peuvent être considérées suffisantes
pour certaines applications de dépistage. L'ISO 13091-2 présente l'analyse et l'interprétation des seuils de
perception vibrotactile obtenus en utilisant les méthodes spécifiées dans la présente partie de l'ISO 13091.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13091-1:2001(F)
Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile pour
l'évaluation des troubles neurologiques —
Partie 1:
Méthodes de mesure à la pulpe des doigts
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 13091 spécifie
les méthodes de mesure des seuils de perception vibrotactile à la pulpe des doigts,
les méthodes de réalisation des mesurages, et
l'établissement du rapport des résultats obtenus.
Les méthodes de mesure sont définies dans la présente partie de l'ISO 13091 pour l'obtention de seuils de
perception à la pulpe des doigts, représentés, séparément, par les populations de mécanorécepteurs SAI, FAI
et FAII. Les méthodes sont conçues pour s'appliquer aux personnes en bonne santé et aux personnes
malades, et pour convenir à une évaluation clinique et à des dépistages.
La mesure de variations provisoires du seuil de perception vibrotactile, ou de seuils à des sites corporels de
prélèvement autres que la pulpe des doigts, ne relève pas de la présente partie de l'ISO 13091.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 13091. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties
prenantes aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 13091 sont invitées à rechercher la possibilité
d'appliquer les éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non
datées, la dernière édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI
possèdent le registre des Normes internationales en vigueur.
ISO 2041, Vibrations et chocs — Vocabulaire
ISO 5805, Vibrations et chocs mécaniques — Exposition de l'individu — Vocabulaire
CEI 60601-1, Appareils électromédicaux — Première partie: Règles générales de sécurité
3 Termes et définitions, symboles et abréviations
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 13091, les termes et définitions donnés dans l'ISO 2041 et
dans l'ISO 5805 ainsi que les suivants s'appliquent.
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ISO 13091-1:2001(F)
3.1.1
stimulus pur
signal oscillatoire, dont l'amplitude instantanée est une fonction sinusoïdale du temps (c'est-à-dire à une
fréquence unique)
3.1.2
stimulus impulsionnel
signal pur intermittent
3.1.3
stimulus glissant
signal pur dont la fréquence varie de manière continue en fonction du temps
3.1.4
fréquence équivalente
fréquence sélectionnée comme représentative de la «fréquence» de mesure lorsque la fréquence est
modifiée en fonction du temps au cours de la mesure de la perception vibrotactile
3.1.5
distorsion harmonique totale
pourcentage de distorsion du stimulus pur, exprimé comme étant égal à 100 fois la racine carrée du rapport
de la somme des amplitudes au carré des composantes harmoniques, dans une bande passante définie, à
l'amplitude au carré de la composante fondamentale
3.1.6
masquage
masquer, verbe
procédé par lequel le seuil de perception d'un stimulus est élevé par la présence d'un autre stimulus (de
masquage) de même fréquence ou d'une fréquence différente
3.1.7
masquage des stimuli suivants
procédé par lequel la perception du stimulus d'essai effectivement présenté à un sujet est rendue indécelable
par un stimulus d'essai antérieur de même fréquence ou d'une fréquence différente
3.1.8
mécanorécepteur
terminaison nerveuse spécialisée dans la transformation des déformations mécaniques de la peau en
impulsions nerveuses
3.1.9
seuil de perception vibrotactile spécifique d'un mécanorécepteur
seuil de perception vibrotactile spécifique d'un récepteur
seuil de perception vibrotactile auquel le stimulus est perçu par une population de mécanorécepteurs au point
de stimulation
3.1.10
position neutre
position naturellement adoptée par la main lorsque celle-ci et le bras pendent librement de l'épaule, lorsque le
sujet est en position debout
NOTE Cette position n'implique généralement aucune flexion ni aucune extension du poignet.
3.1.11
stimulateur
moyen pour exercer une compression statique de la surface de la peau, et/ou générer un mouvement
oscillatoire continu ou intermittent de cette même surface
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3.1.12
sonde
moyen par lequel les stimuli dynamiques et oscillatoires externes sont couplés à la surface de la peau
3.1.13
appui
surface plane, rigide et statique sur laquelle repose la pulpe des doigts, et qui comporte un orifice par lequel la
sonde peut entrer en contact avec la surface de la peau
3.1.14
force de contact
composantes statique et dynamique de la force avec laquelle la sonde de stimulation ou de détection est en
contact avec la peau
3.1.15
compression de la peau
distance parcourue par l'extémité de la sonde entre la position de contact initial avec la surface de la peau (où
la force de contact est nulle) et la position de mesurage des seuils
3.1.16
signal sonore
son provoqué par les vibrations du stimulateur
3.1.17
«bruit» physiologique
mouvement du corps humain, y compris les vibrations, provoqué naturellement par les fonctions
physiologiques telles que la circulation sanguine, la pulsation cardiaque, le tremblement musculaire et la
respiration
3.1.18
vibration résiduelle
vibration résiduelle à la pulpe des doigts, en l'absence du stimulus lorsque le sujet est installé de manière à
pouvoir commencer les mesurages des seuils avec la sonde de stimulation en contact avec la pulpe des
doigts
NOTE La vibration résiduelle peut être provoquée par les vibrations ambiantes, l'appareil de mesure et le «bruit»
physiologique
3.1.19
fonction psychométrique
fonction exprimant la relation entre le rapport ou le pourcentage de réponses positives indiquant qu'un
stimulus a été détecté par un sujet et le résultat d'un mesurage physique de l'amplitude du stimulus
3.1.20
algorithme psychophysique
mode opératoire de mesure au cours duquel les stimuli physiques sont présentés à un sujet pour déclencher
une réponse sensorielle prédéterminée, telle que la perception de la présence ou de la nature d'un
mouvement de la peau appliqué de l'extérieur
3.1.21
seuil
début de la perception d'un stimulus, ou perte de perception d'un stimulus
3.1.22
seuil ascendant
seuil obtenu lorsque des stimuli d'une intensité croissante sont appliqués successivement à la peau jusqu'à ce
que le stimulus soit détecté
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3.1.23
seuil descendant
seuil obtenu lorsque des stimuli d'une intensité décroissante sont appliqués successivement à la peau jusqu'à
ce que le stimulus ne soit plus détecté
3.1.24
seuil de perception vibrotactile
niveau d'accélération à la surface de la peau pour lequel on obtient un taux de réponses positives de 50 % de
détection d'un stimulus oscillatoire de son pur selon la fonction psychométrique
3.1.25
variation de seuil
variation du seuil de perception vibrotactile par rapport à une valeur de base préétablie qui persiste avec le
temps
NOTE La valeur de base peut être, par exemple, un seuil de perception vibrotactile antérieur obtenu chez le même
sujet. Elle peut également être le seuil moyen obtenu avec des personnes en bonne santé, d'âge comparable, sans aucun
signe, symptôme ou historique de troubles neurologiques périphériques, ou d'exposition à des agents neurotoxiques ou à
une vibration transmise par les mains. Cette question est étudiée dans l'ISO 13091-2.
3.1.26
variation provisoire du seuil
élévation provisoire du seuil de perception (c'est-à-dire une perte d'acuité) qui disparaît avec le temps
3.1.27
algorithme «up-down»
mode opératoire de mesurage psychophysique suivant lequel deux seuils limites (ascendant et descendant)
sont déterminés en présentant à un sujet une séquence de stimuli de courte durée, chacun d'intensité
constante mais différente
NOTE Ce mode opératoire implique généralement l'application d'une séquence de stimuli successifs d'une intensité
croissante à la peau jusqu'à ce que le sujet signale qu'un stimulus a été détecté (seuil ascendant). L'intensité des stimuli
successifs est ensuite diminuée jusqu'à ce que le sujet signale que le stimulus ne peut plus être ressenti (seuil
descendant). Un algorithme «en escalier» est un algorithme «up-down» dans lequel la séquence des stimuli est
augmentée et diminuée par paliers d'amplitude égale.
3.1.28
algorithme de von Békésy
mode opératoire de mesurage psychophysique suivant lequel un stimulus continu d'intensité variable, souvent
accompagné d'une variation de fréquence en fonction du temps (stimulus glissant), est utilisé pour déterminer
de manière séquentielle les seuils ascendants et descendants
3.2 Symboles et abréviations
Les symboles et abréviations utilisés dans la présente partie de l'ISO 13091 sont les suivants:
FAI mécanorécepteurs à adaptation rapide, de type I
FAII mécanorécepteurs à adaptation rapide, de type II
SAI mécanorécepteurs à adaptation lente, de type I
VPT seuil de perception vibrotactile
t (r) séquence de niveaux de seuils ascendants
a
t (r) séquence de niveaux de seuils descendants
d
où
r = 1, 2, 3, ., n
n est le nombre de paires de seuils ascendants et descendants, par exemple, t (1) et t (1), t (2) et
a d a
t (2), ., t (n) et t (n).
d a d
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ISO 13091-1:2001(F)
4 Méthodes de mesure
4.1 Généralités
Les exigences relatives aux méthodes et aux modes opératoires de mesure dépendent des propriétés des
populations de mécanorécepteurs. Les méthodes ont été conçues pour déclencher les réponses des
mécanorécepteurs. Les exigences sont résumées dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Résumé des exigences relatives aux méthodes de mesure
Stimulus (voir 4.2) SAI FAI FAII
a
Fréquence , Hz 4,0 31,5 125
autres fréquences, Hz 3,15; 5,0 20; 25 100; 160
Intermittent
durée d'impulsion < 10 s < 10 s 0,6 s à 10 s
b
durée de repos W 0,6 s W 0,6 s W 0,6 s
Continu
durée maximale 50 s 50 s 50 s
repos minimal, site et récepteur identiques 30 s 30 s 30 s
Positionnement du sujet (voir 4.3)
avant-bras, main et doigt; siège avec dossier
support
Conditions à la surface de la peau (voir 4.4)
température de la peau 27 °C à 35 °C, confirmée par mesurage
température de la salle d'essai 20 °C à 30 °C
Sonde de stimulation (voir 4.5)
géométrie, revêtement, diamètre cylindre à extrémité plane, 0,2 mm u rayon des arêtes
u 0,7 mm, lisse au toucher, 4,0 mm ± 2,1 mm de diamètre
Contact peau-stimulateur (voir 4.6) Méthode A, absence d'appui Méthode B, avec appui
1,5 mm ± 0,8 mm
compression de la peau 1,5 mm ± 0,8 mm
—
écart sonde-appui 1,5 mm ± 0,6 mm
—
force exercée par l'appui 0,7 à 2,3 N
Algorithme psychophysique (voir 4.7)
variante d'algorithme «up-down», ou de von Békésy
indépendant du stimulus
Réponse du sujet (voir 4.8)
détection automatique et non ambiguë
incohérence détection automatique
Mouvement de la peau (voir 4.9)
sonde, à la surface de la peau valeur efficace de l'amplitude des stimuli et des vibrations
résiduelles (et fréquence, si stimuli variables utilisés)
Vérification du système (voir 4.10)
avant essai du seuil de perception vibrotactile performance du système de mesure à confirmer
a
L'exigence minimale s'applique à une seule fréquence de mesure.
b
Et pas moins de la moitié de la durée du stimulus.
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4.2 Stimulus
4.2.1 Stimulateur
Les méthodes de mesure doivent comporter un stimulateur pouvant générer des stimuli (mouvements)
oscillatoires pour la détermination des seuils de perception vibrotactile des personnes à la pulpe de leurs
doigts.
4.2.2 Profil du stimulus
L'amplitude de déplacement du stimulus ne doit pas être supérieure à 1,0 mm. Pour les stimuli de son pur, la
distorsion maximale est donnée dans le Tableau 2. Les stimuli intermittents doivent présenter une enveloppe
dont le profil permet de s'assurer que le stimulus détecté par le sujet est celui du mouvement oscillatoire
sous-jacent et non celui des phénomènes transitoires.
NOTE Un stimulateur pour toutes les fréquences spécifiées dans la présente partie de l'ISO 13091 produira des
−6 2
valeurs efficaces de niveaux d'accélération pouvant atteindre 150 dB (réf. 10 m/s ) correspondant à une amplitude de
déplacement maximale de 1,0 mm.
Tableau 2 — Distorsion harmonique totale maximale du stimulus
a
Paramètre mesuré: accélération
Fréquence de stimulation Distorsion harmonique totale
Hz %
b
3,15 à 31,5 30
c
100 à 160 10
a
Le niveau d'accélération des seuils de perception vibrotactile spécifiques aux mécanorécepteurs augmente avec la fréquence, ce
qui rend la perception d'un stimulus affecté de distorsion insensible aux fréquences supérieures à la fréquence de stimulus
fondamentale (par exemple produits de distorsion harmonique).
b
La distorsion harmonique totale est évaluée pour les composantes harmoniques de fréquences comprises entre la fréquence de
stimulation du son pur et 160 Hz.
c
La distorsion harmonique totale est évaluée pour les composantes harmoniques de fréquences supérieures jusqu'à trois fois la
fréquence de stimulation.
4.2.3 Fréquence du stimulus
La stimulation doit comporter au moins une fréquence ou une fréquence équivalente. Il convient que la
stimulation comporte au minimum trois fréquences, ou des fréquences équivalentes, s'il s'avère nécessaire
d'établir l'acuité des trois populations de mécanorécepteurs principalement impliquées au sens du toucher
(SAI, FAI et FAII). Les trois fréquences ou les fréquences équivalentes recommandées sont les suivantes:
4,0 Hz (SAI), 31,5 Hz (FAI) et 125 Hz (FAII). Si d'autres fréquences supplémentaires sont utilisées pour la
stimulation, il convient de les sélectionner parmi les fréquences suivantes: 3,15 Hz, 4,0 Hz et 5,0 Hz (SAI);
20 Hz, 25 Hz et 31,5 Hz (FAI); 100 Hz, 125 Hz et 160 Hz (FAII). Lorsque les mesurages sont effectués
conformément aux dispositions de la présente partie de l'ISO 13091, la population de mécanorécepteurs
représentant les seuils de perception vibrotactile est récapitulée dans le Tableau 3.
La fréquence de stimulation doit être choisie avec le plus grand soin afin d'obtenir des réponses de chaque
population de mécanorécepteurs, car les populations peuvent répondre dans des gammes de fréquences qui
se recouvrent.
NOTE 1 Si les paramètres du contact peau-stimulateur spécifiés dans la présente partie de l'ISO 13091 sont utilisés, la
stimulation à des fréquences inférieures ou égales à 6,3 Hz permettra de déterminer le seuil des mécanorécepteurs SAI;
la stimulation à des fréquences comprises entre 16 Hz et 32 Hz permettra de déterminer le seuil des mécanorécepteurs
FAI; et la stimulation à des fréquences supérieures ou égales à 100 Hz permettra de déterminer le seuil des
mécanorécepteurs FAII.
6 © ISO 2001 — Tous droits réservés
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NOTE 2 Pour certaines applications, une mesure simple limitée à des stimuli restreints, en particulier à l'une des trois
fréquences ou des fréquences équivalentes recommandées, peut être appropriée. La présente partie de l'ISO 13091
définit également les exigences relatives à la présentation d'une plus large gamme de stimuli pour une évaluation et une
recherche cliniques détaillées.
Tableau 3 — Fréquences de mesure
a
Type de mécanorécepteur Gamme de fréquences du récepteur Fréquences recommandées
représentant le seuil
Une Au moins deux
Hz Hz Hz
Adaptation lente I, SAI u 6,3 4,0 3,15; 4,0; 5,0
Adaptation rapide I, FAI 16 à 32 31,5 20; 25; 31,5
Adaptation rapide II, FAII W 100 125 100; 125; 160
a
La tolérance pour la fréquence est de ± 10 %.
4.2.4 Stimulation intermittente
Il est préférable d'utiliser une stimulation intermittente pour tous les mesurages afin d'avoir un intervalle de
repos. La stimulation intermittente réduit la possibilité d'un stimulus trop fort produisant une élévation
provisoire du seuil, ce qui entraîne une erreur de mesurage du seuil de perception vibrotactile. L'intervalle de
repos, qui permet également de mettre la stimulation appliquée en op
...
Questions, Comments and Discussion
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