促進患者恢復的系統和方法與流程

2023-12-01 12:29:26 1

本發明主要涉及用於診斷人體機能失調和評估恢復的裝置的改進。

背景技術：

姿勢描記術是覆蓋了直立姿態狀態下——無論靜態或動態，量化姿勢控制的所有技術的一般術語。其中，計算機動態姿勢描記(CDP)，也稱為平衡測試(TOB)，是一種非侵入性的專業臨床評估技術，用於在常規(如體育教學和運動訓練)和非常規(特別是在診斷平衡失調、物理治療療法和姿勢再教育)情況下，量化姿勢和平衡控制中涉及的中樞神經系統自適應機制(感官的，運動的和中樞的)。

由於姿勢和平衡中涉及到的感官、運動和中樞處理之間的複雜相互作用，為了對多種可能影響患者的姿勢控制系統的缺陷和損傷加以區分，CDP需要不同的協議。因此，CDP面臨使用視覺、支承面刺激和參數的各種組合的挑戰。

重心(COG)是平衡的重要分量，在評估個體的姿勢時應該進行估量。因為COG很難定量，COG經常通過壓力中心(COP)來測量。

根據科學文獻，如果個體具有理想姿勢，COG應該位於支撐底座的中點。COP偏移和速度是COG控制的指標和識別正確姿勢和個體保持平衡的能力的關鍵因素。在本領域內COP偏移已經被定義為在支撐底座(圍繞雙腳的周界)內，在前面/後面和內側/外側方向上的歐幾裡得位移。當姿勢不佳和/或脊柱彎曲過大時，COP偏移可能會增大，這反過來會導致當COP朝支撐底座的邊緣移動時的不穩定性。

治療平衡失調有各種選擇。一種選擇包括，可能對平衡問題有影響的疾病或失調，例如耳部感染，中風，多發性硬化，脊髓損傷，帕金森氏病，神經肌肉狀況，獲得性腦損傷，小腦功能障礙和/或共濟失調的治療。各種治療因人而異，且會基於包括症狀、病史、一般健康狀況和評估測試結果在內的評估結果。

多種類型的平衡失調都需要在執業醫生、整骨醫生，脊椎推拿師、職業治療師或物理治療師的指導下，進行平衡訓練或恢復。整骨醫生、脊椎推拿師、職業治療師或物理治療師通常將標準化的測量結果作為他們的評估的一部分，以獲取關於患者當前健康狀況和進展的有用信息和數據。

前庭功能損傷的恢復必須針對每一個患者定製，因為研究表明每個個體的感覺依賴和對前庭損傷的補償並不一樣。在具有雙側或單側前庭損傷的患者中，姿勢角度和平衡的控制可以顯著改善，只要將其看作是複雜的感覺運動神經機能，其必須通過恰當地反饋和積極的、特定環境的訓練來學得。

應清楚地了解，如果在此提及了在先技術的公開，這種引用不能作為對此公開構成部分本領域普通公知常識的認可，無論是在澳大利亞或是在任何其它國家。

技術實現要素：

本發明在一個優選方面中提供了一種用於患者恢復的系統。該系統包括：平衡板，用於測量患者的壓力中心(COP)動態重量分布數據，所述平衡板包括至少一個稱重傳感器。該系統進一步包括視覺顯示器和與所述平衡板可操作地通信的處理器。該處理器配置為用於生成與患者通過身體移動方式控制其COP的能力有關的數據，患者雙腳與平衡板表面持續最大接觸，從視覺顯示器上顯示的第一預定點到至少第二預定點，該數據是使用所述平衡板測量的COP動態重量分布數據生成的。

在另一優選方面，本發明提供了一種用於評估患者的恢復的方法。該方法包括：在顯示器上顯示第一預定點和至少第二預定點；通過平衡板測量患者的壓力中心；將患者的壓力中心表示為顯示器上的圖標；檢測患者的壓力中心在平衡板的表面上的移動，在測試期間患者的雙腳與平衡板充分接觸；以及隨同檢測到的患者的壓力中心在平衡板上的移動，而移動表示患者的壓力中心的圖標。

應理解，上述一般性描述和下述具體描述都僅是示例和解釋性的，而不是如權利要求那樣對本發明的限定。在本說明書和權利要求書中，術語「包括」及其衍生詞「包含」、「包括有」包括每個提及的項，但是並不排除任何一個或多個未提及的更多的項。

本說明書所附和提交的權利要求作為參考包括於本文文本中。

附圖亦引用於此並作為說明書的一部分，附圖中說明了本發明的多個實施例，與具體實施方式一起用於對本發明原理的解釋和說明。

附圖說明

圖1是根據本發明優選實施例的具有處理器、顯示器和平衡板的系統的示意圖。

圖2是帶可選扶手的，圖1中平衡板的立體圖。

圖3是用於確定患者的精細運動控制的手持式測力儀的立體圖。

圖4是使用圖1中的平衡板的平衡測試結果的顯示器的視圖。

圖5是顯示器的視圖，顯示使用圖1中的系統進行第一身體移動控制路徑測試的起始點和結束點。

圖6是圖5的顯示器的視圖，顯示第一身體移動控制測試中個體朝著結束點行進的進程。

圖7是顯示器的視圖，顯示第二身體移動控制路徑測試。

圖8是顯示器的視圖，顯示圖5和圖7中的身體移動控制路徑測試的結果。

圖9是顯示器的視圖，顯示圖5和圖7中的身體移動控制路徑測試的圖形化結果的擴展視圖。

圖10是顯示器的視圖，顯示用於拼寫圖1的系統中使用的身體移動控制拼寫測試中的單詞的一系列字母。

圖11是顯示器的視圖，示出用於拼寫第二身體移動控制拼寫測試中的單詞的一系列字母。

圖12是顯示器的視圖，示出圖10的身體移動控制拼寫測試和第二身體移動控制拼寫測試的結果。

圖13是顯示器的視圖，示出圖12的身體移動控制拼寫測試的圖形化結果的擴展視圖。

圖14是顯示器的視圖，示出用於評價患者的規劃和預見能力的第一迷宮測試。

圖15是顯示器的視圖，示出用於評價患者的規劃和預見能力的第二迷宮測試。

圖16示出用於認知評估的採樣圖案識別測試。

圖17示出圖16所示的測試的進程。

圖18是結果圖形屏幕的視圖，示出個體相對於平均數據集的迷宮測試比較結果。

圖19是根據另一實施例的研究數據收集中心的圖形用戶界面。

具體實施方式

下面詳細參考本發明的當前優選實施例，其示例在相應附圖中示出。

圖1和2示出系統100的實施例，其包括平衡板102，視覺顯示器104和處理器106。使用時，患者或其他受試主體站在平衡板102上，並根據指示或顯示器104上顯示的視覺刺激進行一個或多個測試。隨著顯示器104上呈現的測試的進程，數據，例如壓力中心(COP)數據，從平衡板102獲得並由處理器106處理。這些信息與患者或受試主體有關，並被用於幫助診斷或恢復患者或受試主體。系統100的優選元件及其相互關係如下。

參考圖2，平衡板102包括患者站在其上的上表面108，以及在中心點118相交的四個象限110、112、114、116。該四個象限和中心點118便於患者雙腳在板102上正確定位。平衡板102還可以帶有界線120、122以協助患者正確放置他或她的雙腳。劃分象限110、112、114、116，或者足部定位嚮導120、122或者二者皆具的目的是保證在患者不動時，患者的重心和中心點118垂直成一線。然而，平衡板的設計是使得患者不必站到非常精確的中心位置就可以精確地數據採集。如果患者的COP位於，例如直徑0.8英寸的圓之內，如顯示在顯示器屏幕上位於患者的視野中，就可以採集到精確的平衡數據。這在測試的開始階段可能需要患者的足部定位的微調整。每個象限可以包含稱重傳感器，用於在患者站到板上時，測量板102上的動態重量分布。還可以包含2條導軌124、126，以幫助患者在平衡板上進行測試，或者對於具有嚴重平衡問題的患者，引入高架的(overhead)挽具安全支持系統。

四個稱重傳感器優選地各自是低剖面平面梁稱重傳感器的形式。這種稱重傳感器應用於緊湊型磅秤，臺秤和地秤以及零售和計數秤。也應用於醫療領域。在本實施例中，稱重傳感器的方位和配置為使得平衡板定義四傳感器平衡板。稱重傳感器輸出的數據通過適當的電路發送，以被處理器106讀取。

作為電阻式稱重傳感器的替代，若需要，可以使用一個或多個霍爾傳感器構建平衡板102。霍爾傳感器使用磁原理來檢測運動，並且通常被認為更加精確。

如從圖1可見，平衡板102通過適當的接口設備128連接到處理器106，處理器106優選為可攜式計算機130的形式，以便於板102和計算機130之間的通信。接口設備128可以包括一個或多個帶有收發器的無線電廣播設備，收發器配置為用於通過專門的接入點進行對等通信(例如，藍牙和/或Wi-Fi直連)，和/或WLAN通信。除了無線通信外，或者取代無線通信，接口128可配置為有線通信。

為簡化起見，將參考可攜式計算機130描述處理器106，但本發明並不局限於此。例如，處理器106可以為各種形式的移動和/或固定計算設備，諸如但不限於，平板電腦、智能設備(例如，智慧型手機)、臺式計算機和/或可穿戴設備，如眼鏡或手環。本領域技術人員應明了，如上所述的處理器會包括晶片和相關聯的存儲器。可攜式計算機130優選地具有無線通信能力，例如配置為通過對等通信技術(例如，藍牙和/或Wi-Fi直連)，和/或非對等通信如WLAN進行通信的一個或多個無線電廣播設備。

如圖1所示，系統100可以包括可移動存儲器，如可移動存儲器132，優選的形式為USB存儲裝置。應理解，數據可以用多種方式存儲，例如，存儲在可攜式計算機130的硬碟，USB132，一個或多個遠程伺服器，和/或雲中。

如圖1所示，顯示器104可操作地(以及物理上)連接到處理器106。應理解，顯示器可以配置為分離的，獨立的裝置。例如，顯示器可以是具有到可攜式計算機130的可拆卸有線連接和/或無線連接的電視機或計算機顯視器。如果需要，顯示器可以具有觸控螢幕。優選地，顯示器靠近平衡板102的周邊放置，高度足以讓患者可以容易地看到屏幕。為了方便不同高度的受試主體，顯示器可以安裝在可調節的架子上，架子附接至平衡板102或者與之分開。

圖3示出了手持式測力儀134，其配置為用於測量受試主體在定時的期間內施加的壓力。測力儀134包括手柄136、手柄壓力傳感器138、視覺顯示器140、以及用戶接口142。測力儀134可用於測試受試主體的精細運動控制能力。測力儀134可進一步包括無線通信收發器，其配置為與可攜式計算機130進行通信。收發器可以被配置為用於對等通信和/或WLAN，與上文已經描述過的收發器類似。

系統100的組件配置為用於各種測試。參考圖4，可進行平衡測試以診斷和/或促進患者的恢復。患者站在平衡板102上。根據需要的分析類型和水平，患者可以在平衡板102上靜止或靜立，或者是做出不同的動作。來自平衡板102的數據經接口128傳送到可攜式計算機130。處理器106將平衡數據顯示在屏幕200上，其中患者的COP顯示為點或者圖標202。通過平衡測試可以得到各種數據，例如但不局限於搖擺速度和熵數據。優選地，第一次測試時眼睛睜開進行，之後第二次測試時眼睛閉上進行。平衡測試對治療平衡失調是有用的，包括治療耳部感染，中風，多發性硬化，痴呆，阿爾茨海默氏症，脊髓損傷，帕金森氏病，神經肌肉症狀，獲得性腦損傷，小腦功能障礙，和/或共濟失調。平衡測試也可有助於評估老年人的跌倒風險，由於跌倒後的髖部骨折使人中風、過早殘疾和最終死亡的風險非常高。在國際申請No.PCT/AU2014/000149的申請中示出和描述了一種利用平衡數據來識別和治療患者的系統和方法，其全部內容作為參考引用於此。

儘管至少由於上述的原因，平衡測試是有用的工具，但是對於識別物理的和/或精神性失調，並在受試主體傷後恢復的情況下跟蹤恢復過程而言，結合一種或多種額外的評估來確定受試主體的平衡能力是更有用的工具。額外的評估包括，受試主體的身體運動控制、規劃和預見能力，以及認知能力。例如，為了查明和測量身體運動控制，系統100優選地配置為對受試主體施行如下測試：其中，當主體位於平衡板102上時，主體嘗試將其COP從第一固定點移動到第二固定點，COP在顯示器104的屏幕上以圖標表示。平衡板102測量主體的COP並且將COP數據傳送至可攜式計算機130，可攜式計算機130配置為將主體的COP圖形化描繪為顯示器屏幕上的圖標。已經開發出組合平衡/身體運動控制測試的各種變化，將在下文進一步詳述。

圖5-9示出了身體移動控制測試，其中受試主體嘗試沿路徑引導其COP。參照圖5和圖6，受試主體在平衡板102上時，控制其COP(以圖標308描述)沿著路徑306從第一預定起始位置302移動到第二預定結束位置304，如屏幕300上所顯示。為了便於顯示受試主體的COP，處理器106配置為將受試主體的COP描繪為跨顯示器104的屏幕移動的圖標在，該圖標隨著被平衡板102檢測和測量的受試主體的COP的移動而移動。圖6示出，受試主體的COP沿著屏幕310上的路徑走過大約一半的路程。如圖7所示，可以用屏幕312上顯示的不同配置的路徑306'施行第二測試。在每個測試中，處理器106被配置為給測試計時和跟蹤由平衡板102測量的受試主體的COP相對於坐標系的移動以確定受試主體的COP在測試過程中的變化區間。計時可以是關於受試主體花費多長時間來認真(conscientiously)地將其COP從第一固定點移動到第二固定點，或者可以是在預定的時間周期內。為了便於對測試計時，處理器106可以包括計時電路或者計時器。數據可以用圖形顯示，如下文所述。為了完成測試與路徑牆壁的碰撞次數和為在期望的方向上重新開始正確控制的運動花費的時間，將被額外地計算。

參考圖8和圖9，每個路徑測試的結果在屏幕314、316上以圖表顯示。每次測試的跡線218、320可被可視化地呈現，以顯示COP移動相對時間的範圍。所產生的數據可被用於診斷和治療精神和/或物理失調，和/或用於查明患者恢復的進展。所產生的數據可以被關聯或存儲在患者簡介(profile)的電子記錄中，患者簡介的電子記錄存儲於被配置為存儲多個患者簡介的電子資料庫中。每個患者簡介可包含一條或多條與測試結果有關的記錄。處理器106可被配置為對單個患者的記錄或結果進行比較，和/或在多個患者的測試結果之間進行比較，以開發COP簡介的診斷資料庫，COP簡介具有與已知患有物理和/或神經失調的患者的COP簡介大致匹配的特徵。由處理器106對單個患者進行的比較也可以用於在恢復期間跟蹤患者的進展。可以進行單個患者相對於標準化的數據集合之間的比較以查明患者相對於一般人群或者是特定組別——如按年齡或性別分組——的表現如何。

現在參考圖10-13，其顯示和描述了另一種身體移動測試，其中受試主體使用他們的COP來拼出可識別的單詞。這裡所用到的「可識別的單詞」是指出現在被普遍接受的字典上的單詞。如圖10所示，受試主體將其COP，如屏幕400上的圖標404表示，從中心位置朝向字母402移動，以從屏幕400上的多個字母拼出可識別的單詞。在圖10的例子中可識別的單詞為「BLUE」，處理器106配置為，當受試主體試圖按照將拼出單詞的順序移動其以圖標404表示的COP從一個字母到另一個字母時，對COP的移動進行跟蹤。關於圖11，屏幕408示出了使用單詞「FLOW」的第二身體移動控制拼寫測試。優選地，單詞的字母數為二個到五個，但是如果需要的話，可以用更多字母。具體地，這些字母被布置患者在屏幕上的視野裡，以最大化患者使用這些字母拼出單詞的挑戰。在路徑和拼寫評估測試中，使用挑戰的難度提高的不同等級。如上面的身體移動控制路徑測試所描述的，處理器106可以配置為，將每次拼寫測試進行圖形化呈現，例如，呈現於屏幕410(圖12)和/或屏幕412(圖13)上。如圖13中屏幕412的底部所示，結果可以以軌跡來呈現，該軌跡顯示了患者的COP隨時間的變化區間。

診斷精神和/或物理失調或者跟蹤恢復的另一種有用的測試是測量患者的規劃和預見能力。一種用於測量患者的規劃和預見能力的方式是通過迷宮測試。參照圖14和15，受試主體可以使用外圍設備或者計算機的用戶接口來引導屏幕500上顯示的圖標502穿過迷宮的路徑504。迷宮的完成以受試主體到達「終點」為標誌。參與者的得分通過自動計總患者的包括撞到迷宮的側面在內的失誤和完成評估以及將點502從起點移動到終點的時間來計算。這有助於確定患者的規劃能力和協調點的移動的能力。測試結果由將評估與使用最小三次基準測試的這個主體的基準綜合或平均分數進行比較而確定。另一個迷宮測試的示例在圖15中的屏幕506上顯示。具有相當高的牆壁碰撞次數和需更長的時間來完成測試的得分高的受試主體被認為與規劃和預見有關的能力較差。高分數同樣與語言和行為智力的差異有關。

隨著受試主體進一步用不斷提高難度的迷宮設計進行測試，可以獲得更具確定性的比較。每次額外的測試都將被添加到受試主體的累積基準中，上至10次測試。為了保持受試主體數據的時效性和最小化成熟作用，將每個受試主體最後(最近)10次測試進行平均來更新該受試主體的基準。受試主體可以與自身比較，相互之間比較，或與選定的組別(如通過性別或年齡劃分的)進行比較，或者與由臨床醫生或研究者在定製數據集合中指定的特定的子群體進行比較。所有的受試主體數據被去識別，並以加密形式存儲在多級安全雲存儲中，以遵循相應的國家隱私規定，如HIPPA和其它電子醫療記錄存儲要求。

在每個測試會話中，最初的測試可以被丟棄，這是為了允許學習因素，或者是在測試中出現的非正常情況。「高」分意味著很多次的碰撞和長的測試持續時間。

在實驗中，參與者被要求通過複雜的通道網絡找到路，為此，參與者必須找出將他們帶到出口處的路線。參與者被告誡不能用他們的「筆」穿過實線。對參與者的期待是徹底地掃視迷宮，觀察其圖案並確定穿過通道機動到出口處的正確道路。進入到「死胡同」是終極錯誤，將導致測試結束。之後，允許參與者在扣除分數後重複相同的迷宮。特定難度等級的測試確定將結束受試主體的測試的典型的失敗嘗試次數。完成給定的迷宮所需的嘗試次數證明了基於系統反饋和從之前的錯誤中所學到的，技能的測量是「有利的」。完成每個迷宮所需的秒數可以被看作是認知效率的指標，也可以看作是隨機行動的標誌，因為迅速但是不正確的決定也要消耗時間。

迷宮一般被認為是用來評價諸如行為或思想的可選序列的選擇、嘗試、拒絕或接受的過程。

處理器106可以配置為具有倒計時功能，其再次建議測試將何時開始點502的移動。目的是引導點502到達迷宮的終點(結束點)，優選地不撞到任何牆壁，也不轉錯彎。

精細運動控制的評估使用到手持測力儀134，如圖3所示。用戶緊握測力儀134並且根據預定的施力等級並保持預定的持續時間進行一系列練習。這可以是很小的壓力，比如幾盎司，到稍大的「磅」或者很多磅的壓力；持續時間從數秒到一分鐘。對於回到體育運動的賽場情況，需使用一系列三項測試。運動員遵從測試指定的力和持續時間的能力，以自身比較、相互比較或者自身與同等組別相比較的方式進行分析和顯示。壓力傳感器138檢測來自使用者的握緊壓力的變化，並且將數據通過測力儀134內的收發器發送到處理器106。處理器106將來自測力儀134的數據與測試的進程相關聯，以產生測試結果，測試結果以與前述類似的形式進行圖形化顯示。應理解，迷宮測試和/或使用手持測力儀134時可以不使用平衡板102。

另一項與平衡評估相結合的有用測試是認知測試。認知評估的一種優選形式是使用「選擇」認知測試。圖16和17表明了一種樣本選擇測試，其使用了一系列的設計用來測試受試主體的確定、記憶和回憶兩個符號圖案的能力的測試。用戶接口，例如鍵盤上的方向鍵(左和右)被用於選擇特定符號。優選的第一任務是確定圖案；顯示兩個具有不同形狀不同顏色的相異圖案。在圖16中，這些形狀是顯示在屏幕600上的圓形602和方形604。受試主體優選地使用鍵盤上的左或右方向鍵，或者觸摸觸摸板、觸控螢幕或智慧型手機上的適當位置來做出選擇。系統將顯示受試主體是否選擇了正確的符號。圖17示出了受試主體選擇了正確的符號時屏幕606的示例。優選的第二任務是回憶第一步裡面找到的圖案集合以評估短時記憶。響應時間和選擇優選地以圖表形式，並且以針對資料庫均值加權的比較顯示的形式，進行評價和顯示。選擇測試優選地同時測試流體智力和晶體智力的要素。流體智力通常包括分析推理。晶體智力通常包括從過往經驗中累積知識。

可以利用其它認知測試。例如，形成圖案的一系列的字母可以用於測試記憶喚起。當使用如上文描述的形狀時，可以使用兩種以上的形狀和顏色，或者如果需要，可以使用兩個以上同樣的形狀或顏色的圖案。

參照圖18，為了便於比較，可以顯示多項測試結果，包括：精確度、總時間和等級。例如，為了評價迷宮測試結果，使用主要測試測量結果(總測試時間、主體輸入、牆壁碰撞和碰撞時間)來計算迷宮測試等級以生成分數/等級，在一個圖中表示測試的質量和總體結果。更低的等級是更好的分數。

迷宮測試的精確度用沒有花費在迷宮牆壁的時間除以總時間的百分比來計算。如果受試主體，在20秒的測試裡，用5秒鐘沿著牆壁行進，則精度是75％。因此，迷宮精確度被認為是受試主體的規劃、預見、本體感受和反應能力以綜合方式運用的效率。示例性的分數分配可以包括：每次碰撞事件加10；碰撞一秒加10；每次輸入加3；測試時間每秒加3。

選擇測試和迷宮測試的趨勢分析同樣也可以用認知曲線圖呈現，屏幕如圖18所示。

仍舊參照圖18，屏幕608顯示特定的受試主體表現高於其等級的平均值。但是，該受試主體在測試2中的完成時間低於系統均值。主體測試與系統均值進行比較，系統均值源於特定系統上記錄的全部主體進行的全部測試。

圖19示出了研究數據門戶屏幕700，其被配置為，為從各個研究系統和資料庫收集的所有數據提供存儲和檢索，以進行分析和比較。所有存儲的數據被去識別，並使用加密和不同級別的安全訪問進行安全存儲。

研究數據門戶的目的是作為所有數據的研究數據採集中心，這些數據來自使用數據採集設備的研究站或者用戶網站。數據採集設備可以包括平衡板102和測力儀134。使用定製的濾波器以及基於組別、種族、性別、年齡和測試類型深入挖掘數據，可以對數據進行分析、比較和輸出。研究數據門戶基本上提供用於分析的大大擴展累積的研究數據池。

研究數據門戶還包括用於研究人員進行檢索和從其下載的研究出版物資料庫。研究數據門戶還包括成員社區，以使成員之間可以互相聯絡，以創建協作項目和共享其使用不同數據採集裝置的經驗。此外，可以為機構建立網絡模板，以安全和非公開地存儲其自有數據。桌面應用和移動應用可以配置成向研究數據門戶推送數據，並允許用戶安全地連接到研究數據門戶。

前面的描述僅僅是示意性的，並且可進行相當的改變而不會脫離本發明的範圍。僅作為示例，取代於使用固定的顯示器呈現測試，系統可被修改為使用虛擬實境和/或全息圖像。

相對於一個實施例描述的特徵可以應用於其它實施例，或者與其它實施例的特徵進行組合或互換，只要合適，這些將不會脫離本發明的範圍。

考慮到本公開中的說明書和本發明的實例，本發明的其它實施例對本領域技術人員將變得顯見。說明書和示例應僅被視為示意性的，本發明的真正範圍和精神實質將由權利要求表明。