ISO 13091-2:2021
(Main)Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction — Part 2: Analysis and interpretation of measurements at the fingertips
Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve dysfunction — Part 2: Analysis and interpretation of measurements at the fingertips
This document specifies methods and procedures for analysing and interpreting vibrotactile perception thresholds and threshold shifts. Procedures for describing statistically significant changes in vibrotactile perception thresholds are recommended. This document is applicable to vibrotactile perception thresholds determined at the fingertips according to the provisions of ISO 13091‑1.
Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile pour l'évaluation des troubles neurologiques — Partie 2: Analyse et interprétation des mesures obtenues à la pulpe des doigts
Le présent document spécifie des méthodes et des modes opératoires qui permettent d’analyser et d’interpréter les seuils de perception vibrotactile, ainsi que les décalages de seuil. Des procédures décrivant du point de vue statistique les écarts significatifs des seuils de perception vibrotactile sont recommandées. Le présent document est applicable aux seuils de perception vibrotactile déterminés à la pulpe des doigts conformément aux dispositions de l’ISO 13091-1.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13091-2
Second edition
2021-08
Mechanical vibration — Vibrotactile
perception thresholds for the
assessment of nerve dysfunction —
Part 2:
Analysis and interpretation of
measurements at the fingertips
Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile pour
l'évaluation des troubles neurologiques —
Partie 2: Analyse et interprétation des mesures obtenues à la pulpe
des doigts
Reference number
ISO 13091-2:2021(E)
©
ISO 2021
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ISO 13091-2:2021(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 13091-2:2021(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols and abbreviated terms. 3
4 Treatment of vibrotactile perception thresholds . 3
4.1 General . 3
4.2 Mean value of repeated measurements . 4
4.3 Test/retest variability of threshold measurements . 4
4.4 Treatment of unresolved errors . 5
4.5 Treatment of suspected increase in test/retest variability . 5
5 Calculation of threshold shift . 5
5.1 General . 5
5.2 Relative threshold shift . 5
5.3 Reference threshold shift . 6
5.4 Mean value of threshold shift . 6
5.5 Tactogram . 6
5.6 Consistency of threshold shifts . 7
5.7 Mean mechanoreceptor population threshold shift . 8
6 Interpretation of vibrotactile perception thresholds and threshold shifts .8
6.1 General . 8
6.2 Measurement error and statistical significance of observed VPTs . 9
6.3 Measurement error and statistical significance of relative threshold shifts . 9
6.4 Vibrotactile perception thresholds for healthy persons . 9
6.5 Deviations from the VPTs of healthy persons . 9
6.6 Physiological and clinical implications of changes in VPTs .10
Annex A (informative) Vibrotactile perception thresholds for healthy persons .11
Annex B (informative) Implications of changes in vibration perception thresholds .19
Bibliography .24
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ISO 13091-2:2021(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and
condition monitoring, Subcommittee SC 4, Human exposure to mechanical vibration and shock.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13091-2:2003), which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— The contents of Annex A have been updated to include studies of the vibrotactile perception
thresholds of healthy persons published since the first edition of the standard.
— The Bibliography has been updated to include the studies listed in Annex A.
A list of all parts in the ISO 13091 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO 13091-2:2021(E)
Introduction
Early detection of peripheral neuropathies in the upper extremities, which are often manifest as changes
in tactile function and hence changes in mechanoreceptor acuity, is of considerable interest. Such
neuropathies can occur as a result of disease, or of exposure to chemical or physical, neurotoxic agents.
With a suitable choice of measurement conditions, as provided in ISO 13091-1, separate responses
from the slow-adapting type 1 (SAI) and fast-adapting types 1 and 2 (FAI and FAII) mechanoreceptor
populations can be determined by using vibrotactile stimulation at different frequencies.
This document defines the analysis and interpretation of vibrotactile thresholds measured at the
fingertips according to the provisions of ISO 13091-1. Procedures for describing statistically significant
changes in vibrotactile perception thresholds are provided for the situation in which the threshold is
determined on a single occasion, as well as when the threshold is determined repeatedly.
This edition of ISO 13091-2 contains an updated analysis of the vibrotactile perception thresholds
for healthy males and females and provides reference thresholds for all frequencies specified in
ISO 13091-1.
Values for the vibrotactile perception thresholds of healthy persons, applicable to thresholds
determined according to the provisions of ISO 13091-1, are given in Annex A.
The implications of observed changes in vibrotactile perception thresholds are considered in Annex B.
© ISO 2021 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13091-2:2021(E)
Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds
for the assessment of nerve dysfunction —
Part 2:
Analysis and interpretation of measurements at the
fingertips
1 Scope
This document specifies methods and procedures for analysing and interpreting vibrotactile
perception thresholds and threshold shifts. Procedures for describing statistically significant changes
in vibrotactile perception thresholds are recommended.
This document is applicable to vibrotactile perception thresholds determined at the fingertips
according to the provisions of ISO 13091-1.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 5805, Mechanical vibration and shock — Human exposure — Vocabulary
ISO 13091-1, Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve
dysfunction — Part 1: Methods of measurement at the fingertips
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041, ISO 5805 and
ISO 13091-1 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1 Terms and definitions
3.1.1
healthy person
person who, in the opinion of a qualified physician, is free from signs or symptoms of peripheral
neurological disease as determined by physical examination and other clinical or objective tests deemed
necessary to support the opinion, and who has not been exposed to a neurotoxic agent, vibration, or
excessive repetitive motion, or diagnosed with diabetes or a metabolic disorder
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ISO 13091-2:2021(E)
3.1.2
population group
group of persons defined by one or more common factors
EXAMPLE Common factors can be geography, age, sex, diet or occupation.
3.1.3
baseline vibrotactile perception threshold
initial vibrotactile perception threshold used for the comparison of results
3.1.4
reference vibrotactile perception threshold
value of the vibrotactile perception threshold for healthy persons
3.1.5
reference threshold shift
persistent shift in threshold from the corresponding reference vibrotactile perception threshold (3.1.4)
recorded at the same frequency, or equivalent frequency
3.1.6
relative threshold shift
persistent shift in threshold from the corresponding value recorded previously for the same person at
the same fingertip and frequency, or equivalent frequency, using the same measurement method
3.1.7
predictive value
prediction of the risk of disease, or symptoms, from the results of an objective test of some human
property or function (see also positive and negative predictive values)
3.1.8
positive predictive value
fraction (or percentage) of a population group in whom the presence of disease, or symptoms, can be
correctly predicted from the positive result of an objective test
3.1.9
negative predictive value
fraction (or percentage) of a population group in whom the absence of disease, or symptoms, can be
correctly predicted from the negative result of an objective test
3.1.10
association
statistical measure of the chance of one human property or function observed in a person co-existing
with the presence of a second property or function
3.1.11
sensibility index
ratio of the observed difference in threshold from a baseline of 150 dB to that of healthy persons of the
same age from the same baseline, summed for each measurement frequency, or equivalent frequency
Note 1 to entry: An increase in vibrotactile perception threshold, which is associated with a reduction in acuity,
will result in a decrease in the sensibility index from the value of unity for healthy persons.
3.1.12
tactogram
graphical representation of threshold shifts as a function of frequency
2 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 13091-2:2021(E)
3.2 Symbols and abbreviated terms
The following symbols and abbreviated terms are used in this document:
FAI fast-adapting, type 1 mechanoreceptors
FAII fast-adapting, type 2 mechanoreceptors
N number of subjects
N number of fingers
F
p probability
SAI slow-adapting, type 1 mechanoreceptors
s( f ) Gaussian distribution parameter for T( f ) at frequency f
j j ref j
T( f ) baseline vibrotactile perception threshold at frequency f
j base j
th
T( f ) i vibrotactile perception threshold at frequency f
j i j
T( f ) mean vibrotactile perception threshold at frequency f
j M j
T( f ) observed vibrotactile perception threshold at frequency f
j obs j
T( f ) reference vibrotactile perception threshold at frequency f
j ref j
T( f ) mean reference vibrotactile perception threshold at frequency f
j ref,M j
V( f ) test/retest variability at frequency f
j j
VPT vibrotactile perception threshold
ΔT( f ) reference threshold shift at frequency f
j ref j
th
ΔT( f ) i reference threshold shift at frequency f
j ref,i j
ΔT( f ) mean reference threshold shift at frequency f
j ref,M j
ΔT( f ) relative threshold shift at frequency f
j rel j
th
ΔT( f ) i relative threshold shift at frequency f
j rel,i j
ΔT( f ) mean relative threshold shift at frequency f
j rel,M j
ΔT(SAI, FAI or FAII) mean reference threshold shift for SAI, FAI, or FAII receptor population
ref,M
ΔT(SAI, FAI or FAII) mean relative threshold shift for SAI, FAI, or FAII receptor population
rel,M
−6 2
NOTE Symbols using an uppercase T refer to thresholds expressed in dB (ref. 10 m/s ). The equivalent
2
threshold expressed in m/s is given by the lower case symbol t.
4 Treatment of vibrotactile perception thresholds
4.1 General
The information required for the reporting, analysis and interpretation of VPTs determined in
accordance with the provisions of ISO 13091-1 is specified in ISO 13091-1:2001, Clause 7. A subject's
VPTs are commonly measured on a single occasion. In order to be interpretable, it is necessary to know
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ISO 13091-2:2021(E)
the expected variability in the VPTs if the measurement were to be repeated on another occasion (e.g. a
different day).
Two situations are considered in this document. If the VPT of a subject is determined repeatedly at
the same fingertip over a period of several days, then the test/retest variability applicable to the mean
value of the observed VPTs, expressed in decibels, shall be the standard deviation calculated from the
observed VPTs when expressed in decibels. Alternatively, in circumstances in which it is not possible
to calculate a meaningful standard deviation from the measurements performed (e.g. when only a
single measurement is made of a subject’s VPT), then the test/retest variability of the observed VPT
shall be estimated for the measurement method employed. The estimate shall be based on repeated
measurements conducted on healthy persons using the same measurement method.
4.2 Mean value of repeated measurements
If the VPT at a given stimulation frequency or equivalent frequency, f , is determined repeatedly at a
j
fingertip according to the provisions of ISO 13091-1, then the mean value of the VPT shall be calculated
−6 2
as the mean of the observed VPTs expressed in dB (ref. 10 m/s ), using Formula (1):
n
1
Tf = Tf (1)
() ()
jj∑
M i
n
i=1
−6 2
where T( f ) and T( f ) are expressed in dB (ref. 10 m/s ).
j i j M
NOTE The mean VPT calculated from the arithmetic mean of observed VPTs expressed in dB
−6 2 2
(ref. 10 m/s ), as in Formula (1), is equivalent to the geometrical mean of the observed VPTs expressed in m/s .
4.3 Test/retest variability of threshold measurements
If the VPT is repeatedly determined at the same fingertip of a subject on separate occasions (e.g. on
different days), then the intra-individual test/retest variability in threshold shall be calculated for this
subject. The test/retest variability, V( f ), at a given stimulation frequency or equivalent frequency, f ,
j j
(calculated using Formula [2]) shall be expressed in decibels as one standard deviation from the mean
value of the VPTs, expressed in decibels, as determined by repeated measurements. If the VPTs,
T( f ) , found by repeated measurements at a given stimulation frequency or equivalent frequency, f ,
j i j
−6 2
are expressed in dB (ref. 10 m/s ), then:
12/
n
2
1
Vf = Tf −Tf (2)
() () ()
jj∑ j
i M
n−1
i=1
−6 2
where T( f ) is the mean of n repeated measurements expressed in dB (ref. 10 m/s ).
j M
Under circumstances in which it is not possible to calculate a meaningful standard deviation for a
subject (e.g. when only a single measurement is made of a subject’s VPT), then the test/retest variability
of the observed VPT shall be estimated for the measurement method used. The estimate shall be
derived from the standard deviation of VPTs determined at the fingertips of healthy persons using the
same measurement method. The standard deviation shall be based on at least 10 measurements of
VPTs performed on separate occasions (e.g. 10 different days). The measurements shall be performed
in accordance with the provisions of ISO 13091-1, and the standard deviation, expressed in decibels,
shall be calculated from the observed VPTs expressed in decibels using Formula (2). The within subject
standard deviation recorded from three or more healthy persons at a given frequency, or equivalent
frequency, shall be used as the estimate for the intra-individual test/retest variability at that frequency,
or equivalent frequency (one-way analysis of variance).
Normal hormonal changes during the menstrual cycle induce changes of up to 20 dB in the FAII
receptor thresholds of females. When estimating the test/retest variability for the FAII thresholds of
females, that is, for VPTs at measurement frequencies of 100 Hz, 125 Hz and 160 Hz, this tendency for
the threshold to cycle should be taken into account. The threshold changes occur several days before
and after ovulation.
4 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 13091-2:2021(E)
4.4 Treatment of unresolved errors
Under some circumstances, the examiner might believe that unresolved errors have occurred during
threshold measurements. Also, errors might have been introduced by conducting measurements on a
defective skin site, as described in ISO 13091-1.
In these situations, analysis and interpretation of VPTs using the methods and procedures contained
in this document are only possible if additional information is obtained. A second set of measurements
shall be performed according to the provisions of ISO 13091-1 if it is believed that more reliable VPTs
may be obtained. The second set of VPTs shall be treated as described in this document.
NOTE If, at a single measurement site, the VPTs are determined at two or more frequencies, or equivalent
frequencies, mediated by the same mechanoreceptor population, then the consistency of the threshold shifts
calculated according to the provisions of 5.6 can be examined to confirm the presence of errors.
4.5 Treatment of suspected increase in test/retest variability
Under some circumstances, the examiner might believe that the test/retest variability applicable to
the measurement method is not applicable to a subject. The opinion might be based on the lack of
consistency in determining ascending and descending thresholds as described in ISO 13091-1:2001, 6.3,
or on other information.
In these situations, analysis and interpretation of VPTs using the methods and procedures contained
in this document are only possible if the variability applicable to the subject is established. A subject-
specific test/retest variability is established by conducting repeated threshold measurements on the
subject according to the provisions of 4.3.
5 Calculation of threshold shift
5.1 General
The interpretation of VPTs is facilitated by calculation of the change in observed threshold from a
predefined value. The calculation of threshold shift shall be performed for each frequency, or equivalent
frequency, and fingertip at which VPTs have been obtained according to provisions of Clause 4.
5.2 Relative threshold shift
The relative threshold shift shall be calculated as the difference between two VPT values expressed in
−6 2 2
dB (ref. 10 m/s ), or the ratio of the two VPT values expressed in m/s , one being the observed VPT
and the other a baseline VPT. The two VPTs shall be obtained from the same fingertip of a subject using
the same measurement method and measurement frequency, or equivalent frequency. The relative
th
threshold shift, ΔT( f ) , at the j frequency, f , shall be expressed in decibels, and calculated at each
j rel j
measurement frequency, or equivalent frequency, using Formula (3):
ΔTf =Tf −Tf (3)
() () ()
jj j
relobs base
th
where the observed VPT at the j frequency, T( f ) , and the baseline VPT at the same frequency, or
j obs
−6 2
equivalent frequency, T( f ) , are expressed in dB (ref. 10 m/s ).
j base
2
The equivalent expression for the relative threshold shift calculated from thresholds expressed in m/s
is shown in Formula (4):
ΔTf =20lg tf tf (4)
() () ()
jj j
relobs base
NOTE The calculation of relative threshold shifts facilitates the identification of patterns of change in
tactile acuity affecting an individual. Determining relative threshold shifts has proved beneficial in situations
in which a known pathological, or repair, process is followed in an individual over a period of time. Under these
circumstances, the baseline VPT is usually the original VPT recorded on the subject.
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ISO 13091-2:2021(E)
5.3 Reference threshold shift
The reference threshold shift shall be calculated as the difference between the observed and reference
−6 2
VPT values when both are expressed in dB (ref. 10 m/s ), or the ratio of the two VPT values
2 th
expressed in m/s . The reference threshold shift, ΔT( f ) , at the j frequency, f , shall be expressed in
j ref j
dB, and calculated at each measurement frequency, or equivalent frequency, using Formula (5):
ΔTf =Tf −Tf (5)
() () ()
jj j
refobs ref
th
where the observed VPT at the j frequency, T( f ) , and the reference VPT at the same frequency, or
j obs
−6 2
equivalent frequency, T( f ) , are expressed in dB (ref. 10 m/s ).
j ref
The equivalent expression for the reference threshold shift calculated from thresholds expressed in
2
m/s is shown in Formula (6):
ΔTf =20lg tf tf (6)
() () ()
jj j
refobs ref
NOTE The calculation of reference threshold shifts facilitates the identification of patterns of tactile
abnormality that are interpretable in terms of changes in mechanoreceptor or nerve function. An association
has been found between reference threshold shifts and symptom reports. Reference threshold shifts can be
associated with neuropathies affecting the upper extremities.
5.4 Mean value of threshold shift
If the threshold shift for a given stimulation frequency, or equivalent frequency, is determined
repeatedly at a fingertip under circumstances in which it is not expected to change, then the arithmetic
mean value of the relative, or reference, threshold shift shall be calculated from the threshold shifts
expressed in decibels. The mean relative threshold shift at frequency, f , expressed in dB, is calculated
j
using Formula (7):
n
1
ΔTf =ΔTf (7)
() ()
jj∑
rel,Mrel,i
n
i=1
The mean reference threshold shift at frequency, f , expressed in dB, is calculated using Formula (8):
j
n
1
ΔTf =ΔTf (8)
() ()
jj∑
ref,Mref,i
n
i=1
5.5 Tactogram
A tactogram shall consist of a logarithmic plot of frequency, or equivalent frequency, on the abscissa
and threshold shift expressed in dB on the ordinate, as shown in Figure 1. The threshold shift can range
from, typically, −20 dB to 60 dB. The frequency ranges in which thresholds are mediated by different
mechanoreceptor populations may be indicated.
NOTE 1 The frequency ranges at which VPTs determined according to the provisions of ISO 13091-1 are
mediated by the SAI, FAI or FAII mechanoreceptor populations are listed in ISO 13091-1:2001, Table 3.
A tactogram can be constructed for individual fingers, hands, subjects, or groups of subjects, and the
applicable values of the relative, or reference, threshold shifts shall be plotted as ordinates. Values at
different frequencies, or equivalent frequencies, for individual fingers, hands, subjects, or groups of
subjects, as applicable, may be connected by lines.
6 © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 13091-2:2021(E)
If the tactogram is for one or both hands of an individual, the threshold shifts for individual fingers shall
be identified by different symbols. Thresholds shifts for fingers on the right hand should be indicated
by circles, and for fingers on the left hand by squares.
NOTE 2 It can be convenient to indicate the finger by a number within the symbol for the hand, or by different
coloured symbols. Fingers are numbered as follows:
— digit 1, thumb;
— digit 2, index finger;
— digit 3, middle finger;
— digit 4, ring finger;
— digit 5, little finger.
Key
X frequency, in Hz
Y threshold shift, in dB
Figure 1 — Tactogram
5.6 Consistency of threshold shifts
If VPTs have been determined at a single measurement site at more than one frequency, or equivalent
frequency, mediated by a given mechanoreceptor population according to the provisions of ISO 13091-1,
then the consistency of the relative, or reference, threshold shifts may be examined. The consistency is
expressed by the difference in dB between the relative or reference threshold shifts for frequencies,
or equivalent frequencies, at which VPTs were mediated by a single mechanoreceptor population (see
ISO 13091-1:2001, Table 3).
The consistency may be degraded in situations in whic
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13091-2
Deuxième édition
2021-08
Vibrations mécaniques — Seuils
de perception vibrotactile
pour l'évaluation des troubles
neurologiques —
Partie 2:
Analyse et interprétation des mesures
obtenues à la pulpe des doigts
Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the
assessment of nerve dysfunction —
Part 2: Analysis and interpretation of measurements at the fingertips
Numéro de référence
ISO 13091-2:2021(F)
©
ISO 2021
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 13091-2:2021(F)
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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E-mail: copyright@iso.org
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ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 13091-2:2021(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions, symboles et termes abrégés . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles et termes abrégés . 3
4 Traitement des seuils de perception vibrotactile . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Valeur moyenne des mesures répétées . 4
4.3 Variabilité des mesures de seuil due à la répétition des tests . 4
4.4 Traitement des erreurs non corrigées . 5
4.5 Traitement d’une augmentation soupçonnée de la variabilité des mesures de seuil
due à la répétition des tests . 5
5 Calcul du décalage de seuil . 5
5.1 Généralités . 5
5.2 Décalage relatif de seuil . 5
5.3 Déplacement du seuil par rapport à la référence . 6
5.4 Valeur moyenne du décalage de seuil . 6
5.5 Tactogramme . 7
5.6 Cohérence des décalages de seuil . 8
5.7 Décalage moyen de seuil d’une population de mécanorécepteurs . 8
6 Interprétation des seuils de perception vibrotactile et des décalages de seuil .9
6.1 Généralités . 9
6.2 Erreur de mesure et significativité statistique des SPV observés . 9
6.3 Erreur de mesure et significativité statistique des décalages relatifs de seuil .10
6.4 Seuils de perception vibrotactile d’individus sains .10
6.5 Écarts par rapport aux SPV d’individus sains .10
6.6 Implications physiologiques et cliniques des changements de SPV .11
Annexe A (informative) Seuils de perception vibrotactile d’individus sains .12
Annexe B (informative) Implications des changements de seuils de perception des vibrations .20
Bibliographie .25
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ISO 13091-2:2021(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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 4, Exposition des individus aux vibrations et chocs mécaniques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13091-2:2003), qui a fait l’objet
d’une révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— le contenu de l’Annexe A a été mis à jour pour inclure des études portant sur les seuils de perception
vibrotactile d’individus sains publiées depuis la première édition de la norme;
— la Bibliographie a été mise à jour pour inclure les études énumérées à l’Annexe A.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 13091 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 13091-2:2021(F)
Introduction
Le dépistage précoce des neuropathies périphériques des extrémités des membres supérieurs, qui se
manifestent souvent sous la forme de changements de la fonction tactile, et par là même de modifications
de la sensibilité des mécanorécepteurs, revêt un intérêt considérable. Ces neuropathies peuvent être
provoquées par une maladie ou par une exposition à des agents neurotoxiques, chimiques ou physiques.
Sur la base d’un choix approprié des conditions de mesurage, telles qu’indiquées dans l’ISO 13091-1,
les réponses séparées des populations de mécanorécepteurs à adaptation lente, de type 1 (SAI) et
à adaptation rapide des types 1 et 2 (FAI et FAII) peuvent être déterminées en utilisant une stimulation
vibrotactile à différentes fréquences.
Le présent document définit l’analyse et l’interprétation des seuils vibrotactiles mesurés à la pulpe des
doigts conformément aux dispositions de l’ISO 13091-1. Les procédures qui décrivent du point de vue
statistique des écarts de seuil de perception vibrotactile significatifs sont indiquées aussi bien pour
une situation où le seuil est déterminé une seule fois que pour des circonstances où il est déterminé de
façon répétée.
La présente édition de l’ISO 13091-2 contient une analyse mise à jour des seuils de perception
vibrotactile d’hommes et de femmes sains et fournit des seuils de référence pour toutes les fréquences
spécifiées dans l’ISO 13091-1.
Les valeurs des seuils de perception vibrotactile d’individus sains, pour des seuils déterminés
conformément à l’ISO 13091-1, sont données à l’Annexe A.
L’Annexe B traite des implications des changements de seuils de perception vibrotactile observés.
© ISO 2021 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 13091-2:2021(F)
Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile
pour l'évaluation des troubles neurologiques —
Partie 2:
Analyse et interprétation des mesures obtenues à la pulpe
des doigts
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie des méthodes et des modes opératoires qui permettent d’analyser et
d’interpréter les seuils de perception vibrotactile, ainsi que les décalages de seuil. Des procédures
décrivant du point de vue statistique les écarts significatifs des seuils de perception vibrotactile sont
recommandées.
Le présent document est applicable aux seuils de perception vibrotactile déterminés à la pulpe des
doigts conformément aux dispositions de l’ISO 13091-1.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
ISO 5805, Vibrations et chocs mécaniques — Exposition de l'individu — Vocabulaire
ISO 13091-1, Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile pour l'évaluation des troubles
neurologiques — Partie 1: Méthodes de mesure à la pulpe des doigts
3 Termes et définitions, symboles et termes abrégés
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 2041, l’ISO 5805 et
l’ISO 13091-1, ainsi que les suivants, s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/ .
3.1 Termes et définitions
3.1.1
individu sain
individu qui, selon l’avis d’un médecin, ne présente pas de signes ou symptômes de maladie neurologique
périphérique tels que décelés lors d’un examen physique et dans le cadre d’autres examens cliniques ou
objectifs jugés nécessaires pour corroborer cet avis, et qui n’a été exposé à aucun agent neurotoxique,
ni à aucune vibration, ni à aucun mouvement répétitif excessif, et qui n’a pas reçu de diagnostic de
diabète ou de troubles du métabolisme
© ISO 2021 – Tous droits réservés 1
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ISO 13091-2:2021(F)
3.1.2
groupe de population
groupe d’individus définis par un ou plusieurs facteurs communs
EXEMPLE La situation géographique, l’âge, le sexe, le régime et la profession peuvent être des facteurs
communs.
3.1.3
seuil de perception vibrotactile de base
seuil de perception vibrotactile initial utilisé pour la comparaison des résultats
3.1.4
seuil de perception vibrotactile de référence
valeur du seuil de perception vibrotactile chez des personnes saines
3.1.5
déplacement du seuil par rapport à la référence
écart persistant du seuil de perception à partir du seuil de perception vibrotactile de référence (3.1.4)
correspondant enregistré à la même fréquence, ou fréquence équivalente
3.1.6
décalage relatif de seuil
changement persistant du seuil de perception à partir de la valeur correspondante précédemment
enregistrée chez le même individu à la pulpe du même doigt et à la même fréquence, ou fréquence
équivalente, en utilisant la même méthode de mesure
3.1.7
valeur prédictive
prédiction du risque d’apparition d’une maladie ou de symptômes, à partir des résultats d’un test
objectif portant sur un caractère ou une fonction biologique (voir également les valeurs prédictives
positive et négative)
3.1.8
valeur prédictive positive
proportion (ou pourcentage) d’un groupe de population pour lequel la présence d’une maladie ou
de symptômes peut être correctement prédite à partir du résultat positif d’un test objectif
3.1.9
valeur prédictive négative
proportion (ou pourcentage) d’un groupe de population pour lequel l’absence d’une maladie ou
de symptômes peut être correctement prédite à partir du résultat négatif d’un test objectif
3.1.10
lien
mesure statistique de la probabilité qu’un caractère ou une fonction biologique observé chez un individu
coexiste avec la présence d’un second caractère ou fonction
3.1.11
indice de sensibilité
rapport des différences de seuil observées à partir d’un niveau de base de 150 dB à celles caractérisant
des individus sains du même âge à partir de cette même base, cumulées pour chaque fréquence de
mesure, ou fréquence équivalente
Note 1 à l'article: Une élévation du seuil de perception vibrotactile, associée à une réduction de la sensibilité,
engendre une diminution de l’indice de sensibilité à partir de l’unité dans le cas d’individus sains.
3.1.12
tactogramme
représentation graphique des déplacements de seuil en fonction de la fréquence
2 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 13091-2:2021(F)
3.2 Symboles et termes abrégés
Les symboles et termes abrégés suivants sont utilisés dans le présent document:
FAI mécanorécepteurs à adaptation rapide, de type 1
FAII mécanorécepteurs à adaptation rapide, de type 2
N nombre de sujets
N nombre de doigts
F
p probabilité
SAI mécanorécepteurs à adaptation lente, de type 1
SPV seuil de perception vibrotactile
s( f ) paramètre d’une distribution de Gauss pour T( f ) à la fréquence f
j j réf j
T( f ) seuil de perception vibrotactile de base à la fréquence f
j base j
e
T( f ) i seuil de perception vibrotactile à la fréquence f
j i j
T( f ) seuil de perception vibrotactile moyen à la fréquence f
j M j
T( f ) seuil de perception vibrotactile observé à la fréquence f
j obs j
T( f ) seuil de perception vibrotactile de référence à la fréquence f
j réf j
T( f ) seuil de perception vibrotactile de référence moyen à la fréquence f
j réf,M j
V( f ) variabilité des mesures de seuil due à la répétition des tests à la fréquence f
j j
ΔT( f ) déplacement du seuil par rapport à la référence à la fréquence f
j réf j
e
ΔT( f ) i déplacement du seuil par rapport à la référence à la fréquence f
j réf,i j
ΔT( f ) déplacement moyen du seuil par rapport à la référence à la fréquence f
j réf,M j
ΔT( f ) décalage relatif du seuil à la fréquence f
j rel j
e
ΔT( f ) i décalage relatif du seuil à la fréquence f
j rel,i j
ΔT( f ) décalage relatif moyen du seuil à la fréquence f
j rel,M j
ΔT(SAI, FAI ou FAII) déplacement moyen du seuil par rapport à la référence pour les populations
réf,M
de récepteurs SAI, FAI ou FAII
ΔT(SAI, FAI ou FAII) décalage relatif moyen du seuil pour les populations de récepteurs SAI,
rel,M
FAI ou FAII
NOTE Les symboles comprenant la lettre majuscule T se rapportent aux seuils exprimés en dB
−6 2 2
(réf. 10 m/s ). Le seuil équivalent, exprimé en m/s , est indiqué par le symbole t en caractère minuscule.
4 Traitement des seuils de perception vibrotactile
4.1 Généralités
Les informations requises pour la notation, l’analyse et l’interprétation des SPV déterminés
conformément aux dispositions de l’ISO 13091-1 sont spécifiées dans l’ISO 13091-1:2001, Article 7.
© ISO 2021 – Tous droits réservés 3
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ISO 13091-2:2021(F)
Les SPV d’un sujet sont généralement mesurés une seule fois. Pour qu’ils soient interprétables, il est
nécessaire de connaître la variabilité des SPV attendue si le mesurage devait être répété en une autre
occasion (par exemple un autre jour).
Deux situations sont étudiées dans le présent document. Si le SPV d’un sujet est déterminé de manière
répétée à la pulpe du même doigt pendant une durée de plusieurs jours, la variabilité des mesures de
seuil due à la répétition des tests, applicable à la valeur moyenne des SPV observés, exprimée en dB,
doit être égale à l’écart-type calculé à partir des SPV observés lorsqu’ils sont exprimés en dB. Sinon,
dans des circonstances où il n’est pas possible de calculer d’écart-type valide à partir des mesures
effectuées (par exemple quand on n’effectue qu’une mesure unique du SPV d’un sujet), la variabilité des
mesures de seuil due à la répétition des tests caractérisant les SPV observés doit être estimée pour la
méthode de mesure mise en œuvre. L’estimation doit être basée sur des mesures répétées conduites sur
des individus sains en utilisant la même méthode de mesure.
4.2 Valeur moyenne des mesures répétées
Si le SPV à une fréquence de stimulation donnée, ou fréquence équivalente, f , est déterminé de manière
j
répétée à la pulpe d’un doigt selon les dispositions de l’ISO 13091-1, la valeur moyenne du SPV doit
−6 2
être calculée sous la forme de la moyenne des SPV observés, exprimés en dB (réf. 10 m/s ), à l’aide de
la Formule (1):
n
1
Tf = Tf (1)
() ()
jj∑
M i
n
i=1
−6 2
où T( f ) et T( f ) sont exprimés en dB (réf. 10 m/s ).
j i j M
NOTE Le SPV moyen calculé à partir de la moyenne arithmétique des SPV observés exprimés en dB
−6 2
(réf. 10 m/s ), comme dans la Formule (1), est équivalent à la moyenne géométrique des SPV observés, exprimés
2
en m/s .
4.3 Variabilité des mesures de seuil due à la répétition des tests
Si le SPV est déterminé de façon répétée à la pulpe du même doigt d’un sujet, en plusieurs occasions
(par exemple à des jours différents), la variabilité des mesures de seuil due à la répétition des tests
propre à un individu doit être calculée pour le sujet en question. La variabilité des mesures de seuil
due à la répétition des tests, V( f ), à une fréquence de stimulation donnée, ou fréquence équivalente,
j
f , (calculée à l’aide de la Formule [2]) doit être exprimée en dB sous forme d’écart-type par rapport
j
à la valeur moyenne des SPV, exprimé en dB, tels qu’ils ont été déterminés lors de mesures répétées.
Si les SPV, T( f ) , résultant de mesures répétées à une fréquence de stimulation donnée ou fréquence
j i
−6 2
équivalente, f , sont exprimés en dB (réf. 10 m/s ), alors:
j
12/
n
2
1
Vf = Tf −Tf (2)
()
() ()
jj∑ j
i M
n−1
i=1
−6 2
où T( f ) est la moyenne de n mesures répétées, exprimée en dB (réf. 10 m/s ).
j M
Dans des circonstances où il n’est pas possible de calculer d’écart-type valide pour un sujet donné
(par exemple lorsque l’on n’effectue qu’une seule mesure du SPV du sujet), la variabilité des mesures
des SPV observés due à la répétition des tests doit être estimée pour la méthode de mesure utilisée.
La valeur estimée doit être déduite de l’écart-type des SPV déterminés à la pulpe des doigts d’individus
sains à l’aide d’une même méthode de mesure. L’écart-type doit être basé sur au moins 10 mesurages
des SPV réalisés en des occasions distinctes (par exemple à 10 jours différents). Les mesures doivent
être effectuées conformément aux dispositions de l’ISO 13091-1 et l’écart-type, exprimé en dB, doit
être calculé à partir des SPV observés, exprimés en dB, d’après la Formule (2). L’écart-type entre sujets
enregistrés pour au moins trois individus sains à une fréquence donnée, ou fréquence équivalente,
doit être utilisée comme estimation de la variabilité propre à un individu à la fréquence considérée,
ou fréquence équivalente (analyse de la variance à un facteur).
4 © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 13091-2:2021(F)
Les modifications hormonales normales au cours du cycle menstruel induisent des variations des seuils
des récepteurs FAII des femmes pouvant s’élever jusqu’à 20 dB. Lors de l’estimation de la variabilité
due à la répétition des tests pour les seuils FAII des femmes, c’est-à-dire pour les SPV aux fréquences
de mesure de 100 Hz, 125 Hz et 160 Hz, il convient de tenir compte de cette tendance du seuil à varier
cycliquement. Ces variations de seuil se produisent plusieurs jours avant et après l’ovulation.
4.4 Traitement des erreurs non corrigées
Dans certaines circonstances, l’examinateur peut être amené à croire qu’il s’est produit des erreurs
non corrigées au cours des mesures de seuil. De même, il se peut que des erreurs soient dues au fait que
les mesurages aient été conduits en un site de mesure comportant une imperfection de la peau selon la
description donnée dans l’ISO 13091-1.
Dans de telles situations, il n’est possible d’analyser et d’interpréter les SPV en utilisant les méthodes
et modes opératoires indiqués dans le présent document que si l’on dispose d’informations
supplémentaires. Une deuxième série de mesures doit être réalisée conformément aux dispositions de
l’ISO 13091-1 s’il est considéré que des SPV plus fiables peuvent être obtenues. Cette deuxième série de
seuils doit être traitée en conformité avec le présent document.
NOTE Si, en un seul site de mesure, les SPV exprimés par une même population de mécanorécepteurs sont
déterminés en au moins deux fréquences ou fréquences équivalentes, la cohérence des décalages de seuil calculés
selon 5.6 peut être examinée pour confirmer la présence d’erreurs.
4.5 Traitement d’une augmentation soupçonnée de la variabilité des mesures de seuil
due à la répétition des tests
Dans certaines circonstances, l’examinateur peut croire que la variabilité due à la répétition des tests
applicable à la méthode de mesure n’est pas applicable à un sujet. Cette opinion peut reposer sur le
manque de cohérence caractérisant la détermination des valeurs des seuils ascendants et descendants
tels que décrits dans l’ISO 13091-1:2001, 6.3 ou sur toute autre information.
Dans ces situations, l’analyse et l’interprétation des SPV à l’aide des méthodes et des modes opératoires
contenus dans le présent document ne sont possibles que si la variabilité applicable au sujet est
établie. La variabilité des mesures de seuil due à la répétition des tests propre à un sujet est établie en
soumettant ce dernier à des mesurages de seuil répétés conformément aux dispositions de 4.3.
5 Calcul du décalage de seuil
5.1 Généralités
L’interprétation des SPV est facilitée par le calcul de la modification du seuil observé à partir d’une
valeur prédéfinie. Le calcul du décalage de seuil doit être réalisé à chaque fréquence, ou fréquence
équivalente, et à la pulpe du doigt à laquelle les SPV ont été obtenus conformément aux dispositions de
l’Article 4.
5.2 Décalage relatif de seuil
Le décalage relatif de seuil doit être calculé en tant que différence entre deux SPV exprimée en dB
−6 2 2
(réf. 10 m/s ), ou en tant que rapport de deux SPV, exprimé en m/s , l’un étant le SPV observé et
l’autre un SPV de base. Ces deux SPV doivent être obtenus à partir de la pulpe du même doigt d’un sujet
en utilisant une même méthode de mesure, et la même fréquence de mesure, ou fréquence équivalente.
© ISO 2021 – Tous droits réservés 5
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ISO 13091-2:2021(F)
ème
Le décalage relatif de seuil, ΔT( f ) , à la j fréquence, f doit être exprimé en dB, et calculé à chaque
j rel j
fréquence de mesure, ou fréquence équivalente, à l’aide de la Formule (3):
ΔTf =Tf −Tf (3)
() () ()
jj j
relobs base
ème
où le SPV observé à la j fréquence, T( f ) , et le SPV de base à la même fréquence, ou fréquence
j obs
−6 2
équivalente, T( f ) , sont exprimés en dB (réf. 10 m/s ).
j base
2
L’expression équivalente pour le décalage relatif de seuil calculé à partir des seuils exprimés en m/s
est représentée par la Formule (4):
ΔTf =20lg tf tf (4)
() () ()
jj j
relobs base
NOTE Le calcul des décalages relatifs de seuil facilite l’identification des profils de modification de la
sensibilité tactile qui touchent un individu. Le fait de déterminer des décalages relatifs de seuil s’est révélé utile
dans des situations où un processus connu, pathologique ou de réparation, est suivi chez un individu pendant
un certain temps. Dans ces circonstances, le SPV de base est généralement le SPV initialement enregistré chez le
sujet.
5.3 Déplacement du seuil par rapport à la référence
Le déplacement du seuil par rapport à la référence doit être calculé en tant que différence entre le SPV
−6 2
observé et le SPV de référence lorsqu’ils sont tous deux exprimés en dB (réf. 10 m/s ), ou en tant que
2
rapport des deux SPV, exprimé en m/s . Le déplacement du seuil par rapport à la référence, ΔT( f ) ,
j réf
ème
à la j fréquence, f doit être exprimé en dB, et calculé à chaque fréquence de mesure, ou fréquence
j
équivalente, à l’aide de la Formule (5):
ΔTf =Tf −Tf (5)
() () ()
jj j
réfobs réf
ème
où le SPV observé à la j fréquence, T( f ) , et le SPV de référence à la même fréquence, ou fréquence
j obs
−6 2
équivalente, T( f ) , sont exprimés en dB (réf. 10 m/s ).
j réf
L’expression équivalente pour le déplacement du seuil par rapport à la référence calculé à partir des
2
seuils exprimés en m/s est représentée par la Formule (6):
ΔTf =20lg tf tf (6)
() () ()
jj j
réfo bs réf
NOTE Le calcul des déplacements du seuil par rapport à la référence facilite l’identification des types
d’anomalies tactiles interprétables en termes de modification de la fonction des nerfs ou des mécanorécepteurs.
Un lien a été constaté entre les déplacements du seuil par rapport à la référence et les symptômes présentés. Les
déplacements du seuil par rapport à la référence peuvent être liés à des neuropathies touchant les extrémités des
membres supérieurs.
5.4 Valeur moyenne du décalage de seuil
Si, pour une fréquence de stimulation donnée, ou fréquence équivalente, le décalage de seuil est
déterminé de façon répétée à la pulpe d’un doigt dans des circonstances où il n’est pas supposé varier,
la moyenne arithmétique du déplacement du seuil par rapport à la référence ou du décalage relatif de
6 © ISO 2021 – Tous
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13091-2
Second edition
Mechanical vibration — Vibrotactile
perception thresholds for the
assessment of nerve dysfunction —
Part 2:
Analysis and interpretation of
measurements at the fingertips
Vibrations mécaniques — Seuils de perception vibrotactile pour
l'évaluation des troubles neurologiques —
Partie 2: Analyse et interprétation des mesures obtenues à la pulpe
des doigts
PROOF/ÉPREUVE
Reference number
ISO 13091-2:2021(E)
©
ISO 2021
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ISO 13091-2:2021(E)
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Published in Switzerland
ii PROOF/ÉPREUVE © ISO 2021 – All rights reserved
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ISO 13091-2:2021(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols and abbreviated terms. 3
4 Treatment of vibrotactile perception thresholds . 3
4.1 General . 3
4.2 Mean value of repeated measurements . 4
4.3 Test/retest variability of threshold measurements . 4
4.4 Treatment of unresolved errors . 5
4.5 Treatment of suspected increase in test/retest variability . 5
5 Calculation of threshold shift . 5
5.1 General . 5
5.2 Relative threshold shift . 5
5.3 Reference threshold shift . 6
5.4 Mean value of threshold shift . 6
5.5 Tactogram . 6
5.6 Consistency of threshold shifts . 7
5.7 Mean mechanoreceptor population threshold shift . 8
6 Interpretation of vibrotactile perception thresholds and threshold shifts .8
6.1 General . 8
6.2 Measurement error and statistical significance of observed VPTs . 9
6.3 Measurement error and statistical significance of relative threshold shifts . 9
6.4 Vibrotactile perception thresholds for healthy persons . 9
6.5 Deviations from the VPTs of healthy persons . 9
6.6 Physiological and clinical implications of changes in VPTs .10
Annex A (informative) Vibrotactile perception thresholds for healthy persons .11
Annex B (informative) Implications of changes in vibration perception thresholds .19
Bibliography .24
© ISO 2021 – All rights reserved PROOF/ÉPREUVE iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 13091-2:2021(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and
condition monitoring, Subcommittee SC 4, Human exposure to mechanical vibration and shock.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13091-2:2003), which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— The contents of Annex A have been updated to include studies of the vibrotactile perception
thresholds of healthy persons published since the first edition of the standard.
— The Bibliography has been updated to include the studies listed in Annex A.
A list of all parts in the ISO 13091 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv PROOF/ÉPREUVE © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 13091-2:2021(E)
Introduction
Early detection of peripheral neuropathies in the upper extremities, which are often manifest as changes
in tactile function and hence changes in mechanoreceptor acuity, is of considerable interest. Such
neuropathies can occur as a result of disease, or of exposure to chemical or physical, neurotoxic agents.
With a suitable choice of measurement conditions, as provided in ISO 13091-1, separate responses
from the slow-adapting type 1 (SAI) and fast-adapting types 1 and 2 (FAI and FAII) mechanoreceptor
populations can be determined by using vibrotactile stimulation at different frequencies.
This document defines the analysis and interpretation of vibrotactile thresholds measured at the
fingertips according to the provisions of ISO 13091-1. Procedures for describing statistically significant
changes in vibrotactile perception thresholds are provided for the situation in which the threshold is
determined on a single occasion, as well as when the threshold is determined repeatedly.
This edition of ISO 13091-2 contains an updated analysis of the vibrotactile perception thresholds
for healthy males and females and provides reference thresholds for all frequencies specified in
ISO 13091-1.
Values for the vibrotactile perception thresholds of healthy persons, applicable to thresholds
determined according to the provisions of ISO 13091-1, are given in Annex A.
The implications of observed changes in vibrotactile perception thresholds are considered in Annex B.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13091-2:2021(E)
Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds
for the assessment of nerve dysfunction —
Part 2:
Analysis and interpretation of measurements at the
fingertips
1 Scope
This document specifies methods and procedures for analysing and interpreting vibrotactile
perception thresholds and threshold shifts. Procedures for describing statistically significant changes
in vibrotactile perception thresholds are recommended.
This document is applicable to vibrotactile perception thresholds determined at the fingertips
according to the provisions of ISO 13091-1.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 5805, Mechanical vibration and shock — Human exposure — Vocabulary
ISO 13091-1, Mechanical vibration — Vibrotactile perception thresholds for the assessment of nerve
dysfunction — Part 1: Methods of measurement at the fingertips
3 Terms, definitions, symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041, ISO 5805 and
ISO 13091-1 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1 Terms and definitions
3.1.1
healthy person
person who, in the opinion of a qualified physician, is free from signs or symptoms of peripheral
neurological disease as determined by physical examination and other clinical or objective tests deemed
necessary to support the opinion, and who has not been exposed to a neurotoxic agent, vibration, or
excessive repetitive motion, or diagnosed with diabetes or a metabolic disorder
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ISO 13091-2:2021(E)
3.1.2
population group
group of persons defined by one or more common factors
EXAMPLE Common factors can be geography, age, sex, diet or occupation.
3.1.3
baseline vibrotactile perception threshold
initial vibrotactile perception threshold used for the comparison of results
3.1.4
reference vibrotactile perception threshold
value of the vibrotactile perception threshold for healthy persons
3.1.5
reference threshold shift
persistent shift in threshold from the corresponding reference vibrotactile perception threshold
recorded at the same frequency, or equivalent frequency
3.1.6
relative threshold shift
persistent shift in threshold from the corresponding value recorded previously for the same person at
the same fingertip and frequency, or equivalent frequency, using the same measurement method
3.1.7
predictive value
prediction of the risk of disease, or symptoms, from the results of an objective test of some human
property or function (see also positive and negative predictive values)
3.1.8
positive predictive value
fraction (or percentage) of a population group in whom the presence of disease, or symptoms, can be
correctly predicted from the positive result of an objective test
3.1.9
negative predictive value
fraction (or percentage) of a population group in whom the absence of disease, or symptoms, can be
correctly predicted from the negative result of an objective test
3.1.10
association
statistical measure of the chance of one human property or function observed in a person co-existing
with the presence of a second property or function
3.1.11
sensibility index
ratio of the observed difference in threshold from a baseline of 150 dB to that of healthy persons of the
same age from the same baseline, summed for each measurement frequency, or equivalent frequency
Note 1 to entry: An increase in vibrotactile perception threshold, which is associated with a reduction in acuity,
will result in a decrease in the sensibility index from the value of unity for healthy persons.
3.1.12
tactogram
graphical representation of threshold shifts as a function of frequency
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3.2 Symbols and abbreviated terms
The following symbols and abbreviated terms are used in this document:
FAI fast-adapting, type 1 mechanoreceptors
FAII fast-adapting, type 2 mechanoreceptors
N number of subjects
N number of fingers
F
p probability
SAI slow-adapting, type 1 mechanoreceptors
s( f ) Gaussian distribution parameter for T( f ) at frequency f
j j ref j
T( f ) baseline vibrotactile perception threshold at frequency f
j base j
th
T( f ) i vibrotactile perception threshold at frequency f
j i j
T( f ) mean vibrotactile perception threshold at frequency f
j M j
T( f ) observed vibrotactile perception threshold at frequency f
j obs j
T( f ) reference vibrotactile perception threshold at frequency f
j ref j
T( f ) mean reference vibrotactile perception threshold at frequency f
j ref,M j
V( f ) test/retest variability at frequency f
j j
VPT vibrotactile perception threshold
ΔT( f ) reference threshold shift at frequency f
j ref j
th
ΔT( f ) i reference threshold shift at frequency f
j ref,i j
ΔT( f ) mean reference threshold shift at frequency f
j ref,M j
ΔT( f ) relative threshold shift at frequency f
j rel j
th
ΔT( f ) i relative threshold shift at frequency f
j rel,i j
ΔT( f ) mean relative threshold shift at frequency f
j rel,M j
ΔT(SAI. FAI or FAII) mean reference threshold shift for SAI, FAI, or FAII receptor population
ref,M
ΔT(SAI. FAI or FAII) mean relative threshold shift for SAI, FAI, or FAII receptor population
rel,M
−6 2
NOTE Symbols using an uppercase T refer to thresholds expressed in dB (ref.10 m/s ). The equivalent
2
threshold expressed in m/s is given by the lower case symbol t.
4 Treatment of vibrotactile perception thresholds
4.1 General
The information required for the reporting, analysis and interpretation of VPTs determined in
accordance with the provisions of ISO 13091-1 is specified in ISO 13091-1:2001, Clause 7. A subject's
VPTs are commonly measured on a single occasion. In order to be interpretable, it is necessary to know
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ISO 13091-2:2021(E)
the expected variability in the VPTs if the measurement were to be repeated on another occasion (e.g. a
different day).
Two situations are considered in this document. If the VPT of a subject is determined repeatedly at
the same fingertip over a period of several days, then the test/retest variability applicable to the mean
value of the observed VPTs, expressed in decibels, shall be the standard deviation calculated from the
observed VPTs when expressed in decibels. Alternatively, in circumstances in which it is not possible
to calculate a meaningful standard deviation from the measurements performed (e.g. when only a
single measurement is made of a subject’s VPT), then the test/retest variability of the observed VPT
shall be estimated for the measurement method employed. The estimate shall be based on repeated
measurements conducted on healthy persons using the same measurement method.
4.2 Mean value of repeated measurements
If the VPT at a given stimulation frequency or equivalent frequency, f , is determined repeatedly at a
j
fingertip according to the provisions of ISO 13091-1, then the mean value of the VPT shall be calculated
−6 2
as the mean of the observed VPTs expressed in dB (ref.10 m/s ), using Formula (1):
n
1
Tf = Tf (1)
() ()
jj∑
M i
n
i=1
−6 2
where T( f ) and T( f ) are expressed in dB (ref.10 m/s ).
j i j M
−6 2
NOTE The mean VPT calculated from the arithmetic mean of observed VPTs expressed in dB (ref.10 m/s ),
2
as in Formula (1), is equivalent to the geometrical mean of the observed VPTs expressed in m/s .
4.3 Test/retest variability of threshold measurements
If the VPT is repeatedly determined at the same fingertip of a subject on separate occasions (e.g. on
different days), then the intra-individual test/retest variability in threshold shall be calculated for this
subject. The test/retest variability, V( f ), at a given stimulation frequency or equivalent frequency, f ,
j j
(calculated using Formula [2]) shall be expressed in decibels as one standard deviation from the mean
value of the VPTs, expressed in decibels, as determined by repeated measurements. If the VPTs, T( f )
j
, found by repeated measurements at a given stimulation frequency or equivalent frequency, f , are
i j
−6 2
expressed in dB (ref.10 m/s ), then:
12/
n
2
1
Vf = Tf −Tf (2)
() () ()
jj∑ j
i M
n−1
i=1
−6 2
where T( f ) is the mean of n repeated measurements expressed in dB (ref.10 m/s ).
j M
Under circumstances in which it is not possible to calculate a meaningful standard deviation for a
subject (e.g. when only a single measurement is made of a subject’s VPT), then the test/retest variability
of the observed VPT shall be estimated for the measurement method used. The estimate shall be
derived from the standard deviation of VPTs determined at the fingertips of healthy persons using the
same measurement method. The standard deviation shall be based on at least 10 measurements of
VPT performed on separate occasions (e.g. 10 different days). The measurements shall be performed
in accordance with the provisions of ISO 13091-1, and the standard deviation, expressed in decibels,
shall be calculated from the observed VPTs expressed in decibels using Formula (2). The within subject
standard deviation recorded from three or more healthy persons at a given frequency, or equivalent
frequency, shall be used as the estimate for the intra-individual test/retest variability at that frequency,
or equivalent frequency (one-way analysis of variance).
Normal hormonal changes during the menstrual cycle induce changes of up to 20 dB in the FAII
receptor thresholds of females. When estimating the test/retest variability for the FAII thresholds of
females, that is, for VPTs at measurement frequencies of 100 Hz, 125 Hz and 160 Hz, this tendency for
the threshold to cycle should be taken into account. The threshold changes occur several days before
and after ovulation.
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ISO 13091-2:2021(E)
4.4 Treatment of unresolved errors
Under some circumstances, the examiner might believe that unresolved errors have occurred during
threshold measurements. Also, errors might have been introduced by conducting measurements on a
defective skin site, as described in ISO 13091-1.
In these situations, analysis and interpretation of VPTs using the methods and procedures contained
in this document are only possible if additional information is obtained. A second set of measurements
shall be performed according to the provisions of ISO 13091-1 if it is believed that more reliable VPTs
may be obtained. The second set of VPTs shall be treated as described in this document.
NOTE If, at a single measurement site, the VPTs are determined at two or more frequencies, or equivalent
frequencies, mediated by the same mechanoreceptor population, then the consistency of the threshold shifts
calculated according to the provisions of 5.6 can be examined to confirm the presence of errors.
4.5 Treatment of suspected increase in test/retest variability
Under some circumstances, the examiner might believe that the test/retest variability applicable to
the measurement method is not applicable to a subject. The opinion might be based on the lack of
consistency in determining ascending and descending thresholds as described in ISO 13091-1:2001, 6.3,
or on other information.
In these situations, analysis and interpretation of VPTs using the methods and procedures contained
in this document are only possible if the variability applicable to the subject is established. A subject-
specific test/retest variability is established by conducting repeated threshold measurements on the
subject according to the provisions of 4.3.
5 Calculation of threshold shift
5.1 General
The interpretation of VPTs is facilitated by calculation of the change in observed threshold from a
predefined value. The calculation of threshold shift shall be performed for each frequency, or equivalent
frequency, and fingertip at which VPTs have been obtained according to provisions of Clause 4.
5.2 Relative threshold shift
The relative threshold shift shall be calculated as the difference between two VPT values expressed in
−6 2 2
dB (ref.10 m/s ), or the ratio of the two VPT values expressed in m/s , one being the observed VPT
and the other a baseline VPT. The two VPTs shall be obtained from the same fingertip of a subject using
the same measurement method and measurement frequency, or equivalent frequency. The relative
th
threshold shift, ΔT( f ) , at the j frequency, f , shall be expressed in decibels, and calculated at each
j rel j
measurement frequency, or equivalent frequency, using Formula (3):
ΔTf =Tf −Tf (3)
() () ()
jj j
relobs base
th
where the observed VPT at the j frequency, T( f ) , and the baseline VPT at the same frequency, or
j obs
−6 2
equivalent frequency, T( f ) , are expressed in dB (ref.10 m/s ).
j base
2
The equivalent expression for the relative threshold shift calculated from thresholds expressed in m/s
is shown in Formula (4):
ΔTf =20lg tf tf (4)
() () ()
jj j
relobs base
NOTE The calculation of relative threshold shifts facilitates the identification of patterns of change in
tactile acuity affecting an individual. Determining relative threshold shifts has proved beneficial in situations
in which a known pathological, or repair, process is followed in an individual over a period of time. Under these
circumstances, the baseline VPT is usually the original VPT recorded on the subject.
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5.3 Reference threshold shift
The reference threshold shift shall be calculated as the difference between the observed and reference
−6 2
VPT values when both are expressed in dB (ref.10 m/s ), or the ratio of the two VPT values expressed
2 th
in m/s . The reference threshold shift, ΔT( f ) , at the j frequency, f , shall be expressed in dB, and
j ref j
calculated at each measurement frequency, or equivalent frequency, using Formula (5):
ΔTf =Tf −Tf (5)
() () ()
jj j
refobs ref
th
where the observed VPT at the j frequency, T( f ) , and the reference VPT at the same frequency, or
j obs
−6 2
equivalent frequency, T( f ) , are expressed in dB (ref.10 m/s ).
j ref
The equivalent expression for the reference threshold shift calculated from thresholds expressed in m/
2
s is shown in Formula (6):
ΔTf =20lg tf tf (6)
() () ()
jj j
refobs ref
NOTE The calculation of reference threshold shifts facilitates the identification of patterns of tactile
abnormality that are interpretable in terms of changes in mechanoreceptor or nerve function. An association
has been found between reference threshold shifts and symptom reports. Reference threshold shifts can be
associated with neuropathies affecting the upper extremities.
5.4 Mean value of threshold shift
If the threshold shift for a given stimulation frequency, or equivalent frequency, is determined
repeatedly at a fingertip under circumstances in which it is not expected to change, then the arithmetic
mean value of the relative, or reference, threshold shift shall be calculated from the threshold shifts
expressed in decibels. The mean relative threshold shift at frequency, f , expressed in dB, is calculated
j
using Formula (7):
n
1
ΔTf =ΔTf (7)
() ()
jj∑
rel,Mrel,i
n
i=1
The mean reference threshold shift at frequency, f , expressed in dB, is calculated using Formula (8):
j
n
1
ΔTf =ΔTf (8)
() ()
jj∑
ref,Mref,i
n
i=1
5.5 Tactogram
A tactogram shall consist of a logarithmic plot of frequency, or equivalent frequency, on the abscissa
and threshold shift expressed in dB on the ordinate, as shown in Figure 1. The threshold shift can range
from, typically, −20 dB to 60 dB. The frequency ranges in which thresholds are mediated by different
mechanoreceptor populations may be indicated.
NOTE 1 The frequency ranges at which VPTs determined according to the provisions of ISO 13091-1 are
mediated by the SAI, FAI or FAII mechanoreceptor populations are listed in ISO 13091-1:2001, Table 3.
A tactogram can be constructed for individual fingers, hands, subjects, or groups of subjects, and the
applicable values of the relative, or reference, threshold shifts shall be plotted as ordinates. Values at
different frequencies, or equivalent frequencies, for individual fingers, hands, subjects, or groups of
subjects, as applicable, may be connected by lines.
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ISO 13091-2:2021(E)
If the tactogram is for one or both hands of an individual, the threshold shifts for individual fingers shall
be identified by different symbols. Thresholds shifts for fingers on the right hand should be indicated
by circles, and for fingers on the left hand by squares.
NOTE 2 It can be convenient to indicate the finger by a number within the symbol for the hand, or by different
coloured symbols. Fingers are numbered as follows:
— digit 1, thumb;
— digit 2, index finger;
— digit 3, middle finger;
— digit 4, ring finger;
— digit 5, little finger.
Key
X frequency, in Hz
Y threshold shift, in dB
Figure 1 — Tactogram
5.6 Consistency of threshold shifts
If VPTs have been determined at a single measurement site at more than one frequency, or equivalent
frequency, mediated by a given mechanoreceptor population according to the provisions of ISO 13091-1,
then the consistency of the relative, or reference, threshold shifts may be examined. The consistency is
expressed by the difference in dB between the relative or reference threshold shifts for frequencies,
or equivalent frequencies, at which VPTs were mediated by a single
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.