增強外骨骼穿戴者的康復或訓練的方法與流程

2023-06-11 09:34:27

相關申請案的交叉參考

本申請案主張2014年11月11日申請且題為「用於改進行走式外骨骼的康復應用的方法及裝置(methodsanddevicesforimprovingtherehabilitativeapplicationsofanambulatoryexoskeleton)」的序列號為62/078,114的美國臨時專利申請案的權益。本申請案以全文引用方式併入。

本發明涉及協助具有受損肌肉機能或控制的患者的肌肉機能的康復及恢復的裝置及方法。更特定來說，本發明涉及適於肢體具有受損神經肌肉/肌肉機能的患者的治療用途的裝置及方法。此類裝置包括針對包含(但不限於)步行的活動加強改進的肢體機能的機動化支架系統及相關控制系統。本發明還涉及出於訓練目的利用外骨骼。

背景技術：

數百萬人患有行走能力的部分或全部喪失，從而導致受影響的個人的行動受到極大損害。此殘疾狀態可源於外傷性損傷、中風或導致影響肌肉控制的失調的其它醫學病況。無論起因如何，行走機能障礙的發病及持續可對患病個體造成額外不利的生理及/或心理後果。為了改進具有行走機能障礙的患者的健康及生活質量，開發能改進或恢復行走機能的裝置及方法對醫學及治療界非常有用。除了行走機能障礙，還存在會干擾肢體的肌肉控制，從而引起受影響個體的機能喪失及其它不利狀況的一系列醫學病況。用於改進或恢復這些額外機能的裝置及方法的開發也引起醫學及治療界的極大興趣。

在醫學領域，正在開發人類外骨骼裝置以恢復及康復肌肉控制失調的人的正常肌肉機能。這些外骨骼裝置是可施加力到穿戴者的肢體的電動支架系統。在康復環境中，外骨骼由物理治療師控制，所述物理治療師使用多個可能輸入構件中的一者以命令外骨骼控制系統。外骨骼控制系統又致動電動支架的位置，從而引起力施加到外骨骼穿戴者的身體且通常引起外骨骼穿戴者身體移動。外骨骼控制系統規定並控制外骨骼關節中的軌跡。可將這些軌跡規定為基於位置的、基於力的或兩個方法論的組合，例如，阻抗控制器中所見到的。基於位置的控制系統可直接通過修改規定的位置而修改外骨骼軌跡。基於力的控制系統可通過修改規定的力輪廓修改外骨骼軌跡。複雜的外骨骼移動，例如步行，由外骨骼控制系統通過使用一系列外骨骼軌跡來命令，其中越來越複雜的外骨骼移動需要一系列越來越複雜的外骨骼軌跡。這些軌跡系列可為循環的，例如，外骨骼使用每一條腿邁一系列步，或其可為離散的，例如，外骨骼從就坐位置上升到站立位置。

取決於患者的特定生理或康復階段，物理治療師在步態訓練或其它類型的康復中使用外骨骼之前以某些方式與患者進行交互通常是有益的。在一些情況下，患者可從肢體伸展，搖動或其它操縱中獲益，以便使患者準備好做外骨骼治療，且藉此增加外骨骼治療的康復效益。肢體伸展或其他放鬆可能對於無法控制某些肌肉的患者尤其重要。在一些情況下，物理治療師將在外骨骼治療之前與患者一起改進其平衡。改進在患者單腿站立或雙腿站立時的患者平衡對患者行走過程中的後續平衡具有明顯的益處。利用外骨骼擴充或替代物理治療師在這些步態前訓練(或「步態前」)機能中的作用的方法尚未得到滿足。

另外，長時間站立可能對人體，特別是腳部及腿部具有不利影響。作為改善這些影響的部分的一種手段，例如人長時間站立時腳部血液循環減少，會有意識或潛意識地將重心從一隻腳轉移到另一隻腳。在一些情況下，使用外骨骼裝置的殘疾患者可能無法感覺到或意識到腿部及腳部中的某些問題，且因此該患者將不太可能在腳之間轉移重心，如果病人保持在外骨骼中長時間站立在一個固定的位置，那麼此是不合意的。對於允許外骨骼自動或手動地轉移穿戴外骨骼裝置的患者的重心以便防止對患者造成傷害或使患者感到不舒服從而有助於康復過程的裝置及方法存在未滿足的需要。

此外，在步態訓練療程或在某些其它類型的物理治療中，與多種運動相比，精確重複運動對患者的治療效益較低。機器人輔助的物理治療，包含外骨骼治療，由於機器人的性質，本質上是傾向於執行重複運動的精確循環，且尚無法在外骨骼執行的運動中引入一定程度的可變性或隨機性以增加這些裝置的治療效果。

技術實現要素：

本發明的目的是提供裝置及方法，所述裝置及方法允許物理治療師或其它外骨骼操作者出於使患者的身體為外骨骼做好準備治療的目的而使用外骨骼，特別是通過致使所述外骨骼在物理上操縱患者的肌肉、關節及其它部位及/或使患者的肌肉、關節及其它部位放鬆，以此方式使患者做好準備接受外骨骼治療，藉此改進外骨骼治療對那個患者的治療效益。本發明的額外目的是患者的此物理準備允許外骨骼控制系統能更好地預測步行及涉及患者與外骨骼兩者的其它運動期間的軌跡。

本發明的又一目的是提供裝置及方法，所述裝置及方法允許物理治療師或其它外骨骼操作者出於使患者為外骨骼治療而接受訓練的目的使用外骨骼，特別是通過改進患者在耦合到外骨骼時使其自身平衡的能力，藉此改進外骨骼治療對那個患者的治療效益。對於腳上感覺不到壓力的患者，如某些類型的損傷的情況，此平衡信息應由其它構件呈現，且本發明的額外目的是訓練此患者在行走式治療之前從外骨骼接收壓力中心信息。

本發明的另一目的是提供裝置及方法，所述裝置及方法允許由患者穿戴上外骨骼以在設置時間間隔處或響應於某些類型的測量得到的數據將患者的相對重心分布從一條腿改變到另一條腿，以防止對患者造成損傷或使患者感到不舒服。

本發明的另一目的是提供裝置及方法，所述裝置及方法允許更改用於循環移動(例如步行)中的外骨骼軌跡，使得患者及外骨骼的移動具有對患者具有改進的治療效益的不規則方面。本發明的額外目的是上述裝置及方法滿足關於此類外骨骼使用在康復環境中的安全性的政府監管(例如，fda)要求。

為了實現這些目的，開發了如下概念，其中物理治療師或其它外骨骼操作者能夠出於使患者的四肢或其它身體部位在物理上準備好做步態訓練或其它外骨骼治療療程的目的，與外骨骼致動器及傳感器一起使用外骨骼控制系統。來自物理治療師的命令由外骨骼控制系統解譯，且外骨骼控制系統嚙合外骨骼的致動器以移動外骨骼的結構。因為外骨骼的結構耦合到患者的四肢，所以外骨骼的結構施加力到患者的四肢及/或移動患者的四肢。外骨骼傳感器及外骨骼控制系統測量關於外骨骼及患者的狀態的信息，且外骨骼控制系統將關於外骨骼及患者的狀態的反饋提供給物理治療師。

進一步開發如下概念，其中物理治療師或其他外骨骼操作者能夠出於用平衡訓練或相關技能提高的預步態療程使患者準備好做步態訓練外骨骼治療療程的目的，與外骨骼致動器及傳感器一起使用外骨骼控制系統。來自物理治療師的命令由外骨骼控制系統解譯，且外骨骼控制系統嚙合外骨骼的致動器以移動外骨骼的結構。因為外骨骼的結構耦合到患者的四肢，所以外骨骼的結構施加力到患者的四肢及/或移動患者的四肢。外骨骼傳感器及外骨骼控制系統測量關於外骨骼及患者的狀態的信息，且外骨骼控制系統將關於外骨骼及患者的狀態的反饋提供給物理治療師。將關於壓力中心的信息提供給患者，使得患者可感受到其何時能站穩。

進一步開發如下概念，其中外骨骼控制系統能夠使用傳感器或其它數據收集構件以便檢測外骨骼穿戴者已在比所期望的更長時間周期內維持不利的重心分布。接著，外骨骼控制系統提示外骨骼穿戴者重新分布其重心或以此方式嚙合外骨骼致動器以實現重心重新分布，其中外骨骼的致動器移動外骨骼的結構。因為外骨骼的結構耦合到外骨骼穿戴者的四肢，所以外骨骼的結構施加力到患者的四肢及/或移動患者的四肢。外骨骼傳感器及外骨骼控制系統測量外骨骼及穿戴者的狀態的信息，且外骨骼控制系統將關於外骨骼及患者的狀態的反饋提供給穿戴者或外骨骼操作者。

進一步開發如下概念，其中可變性元素由物理治療師或其他外骨骼操作者強加於外骨骼軌跡序列。通過致使外骨骼控制系統將可變性元素插入到某些移動的軌跡序列中來實現此舉，且這改進外骨骼對患者的治療效益。

特定來說，本發明涉及改進外骨骼的穿戴者對所述外骨骼的使用的方法。所述外骨骼包括控制系統、耦合到所述穿戴者的腿部的腿部支撐件、髖部致動器及膝致動器。在一個實施例中，致使所述外骨骼進入步態療法準備模式，其中所述外骨骼進行操作以使所述穿戴者做好準備治療，例如通過移動所述穿戴者的所述腿部。所述穿戴者的所述腿部的所述移動可為低速移動，且可包含搖動、振動或伸展所述穿戴者的所述腿部。在所述步態治療準備模式之後，可使用所述外骨骼執行步態治療。

根據本發明的另一方面，可致使所述外骨骼進入平衡訓練模式，其中收集關於在所述穿戴者執行移動時所述外骨骼及穿戴者的平衡狀態的數據。基於收集到的關於所述外骨骼及穿戴者的所述平衡狀態的所述數據，將反饋提供給所述穿戴者。由所述穿戴者執行的所述移動可為以下各者中的一或多者：單腿站立；原地踏步；將重心從一條腿轉移到另一條腿；在腿部與拐杖之間轉移重心；側跨；或後退。計算並提供使所述外骨骼及穿戴者穩定所需的輔助量。給所述穿戴者的所述反饋包含關於所需的所述輔助量的信息。

對於另一方面，計算所述外骨骼及穿戴者的壓力中心，且進行關於是否推薦重心轉移的確定。如果確定推薦重心轉移，那麼提示所述穿戴者執行所述重心轉移。如果所述穿戴者不執行所述重心轉移，那麼計算執行所述重心轉移所需的至少一個軌跡。通過使所述外骨骼通過所述至少一個軌跡移動執行所述重心轉移。替代地，如果確定推薦重心轉移，那麼無需提示所述穿戴者，且計算執行所述重心轉移所需的所述至少一個軌跡，且通過使所述外骨骼通過所述至少一個軌跡移動自動執行所述重心轉移。

根據又另一方面，外骨骼涉及多次執行軌跡循環。修改所述軌跡循環以創建第一經修改軌跡循環，且致使所述外骨骼一或多次執行所述第一經修改軌跡循環。在所述外骨骼已一或多次執行所述第一經修改軌跡循環之後，修改所述軌跡循環以創建第二經修改軌跡循環，且致使所述外骨骼一或多次執行所述第二經修改軌跡循環。作為實例，軌跡循環可為跨步，且修改所述軌跡循環可包含改變以下參數中的一或多者：歩高；步長；步時；或步間隔。在所述外骨骼已一或多次執行所述第一經修改軌跡循環之後，刪除所述第一經修改軌跡循環。

當結合圖式進行時，將從本發明的以下詳細描述變得更容易明白本發明的額外目的、特徵及優點，其中相似元件符號指代若干圖式中的對應部件。

附圖說明

圖1是穿戴行走式外骨骼的個體的側視圖；

圖2a展示物理治療師觀察個體及根據本發明的第一實施例的外骨骼且與個體及外骨骼交互；

圖2b是說明第一實施例的流程圖，其中物理治療師使用外骨骼以伸展個體的身體及/或以其它方式使個體的身體準備好做外骨骼治療；

圖3a展示物理治療師觀察個體及根據本發明的第二實施例的外骨骼且與個體及外骨骼交互；

圖3b是穿戴行走式外骨骼的個體的俯視圖；

圖3c是說明第二實施例的流程圖，其中物理治療師使用外骨骼以用於個體的預步態訓練；

圖4是說明本發明的第三實施例的流程圖；

圖5a是說明本發明的第四實施例的流程圖；及

圖5b是根據第四實施例的實例經修改軌跡的圖形。

具體實施方式

本文揭示本發明的詳細實施例。然而，應理解，所揭示的實施例僅示範本發明，且可以各種及替代形式體現。圖式不一定按比例繪製，且一些特徵可經誇大或最小化以展示特定組件的細節。因此，本文所揭示的特定結構及功能細節不應解譯為具限制性，但僅作為用於教示所屬領域的技術人員運用本發明的代表性基礎。

結合本發明，「壓力中心」是賦予地面反作用力向量的施加點的術語。地面反作用力向量表示作用於物理對象與其支撐表面之間(例如，外骨骼與地面之間)的所有力的總和。壓力中心並非是靜態結果測量。例如，在步行期間，壓力中心在腳跟著地時接近腳跟，且在整個跨步中向前移動，在腳尖離地時靠近腳尖。

參考圖1，外骨骼(或外骨骼裝置)100具有軀幹支架105及腿部支撐件(其中一者標記為110)。外骨骼100與一對拐杖組合使用，例如，包含下部接地尖端120及手柄125的左拐杖115。結合此實施例，通過使用外骨骼100，患者(或，更一般來說，用戶或穿戴者)130能夠行走。以所屬領域中已知的方式，軀幹支架105經配置以耦合到患者130的軀幹135，而腿部支撐件經配置以耦合到患者130的下肢(其中一者標記為140)。另外，致動器插入於腿部支撐件110的部分之間，也插入於腿部支撐件110與軀幹支架105之間，且提供致動器以用於使腿部支撐件110相對於軀幹支架105轉移以使患者130的下肢140能夠移動。在一些實施例中，軀幹支架105可相當小，且包括環繞患者130的骨盆的骨盆連杆(未展示)。在圖1中所展示的實例中，將致動器具體展示為髖部致動器145，其用於使髖部關節150以屈伸方式移動，且展示為膝致動器155，其用於使膝關節160以屈伸方式移動。致動器145及155可由控制器(或cpu)165以在外骨骼控制領域中的技術人員已知的多種方式控制，其中控制器165是外骨骼控制系統的組成部分。儘管在圖1中未展示，但各種傳感器與控制器165通信，使得控制器165可監測外骨骼100的定向。舉例來說，此類傳感器可包含(不具有限制)編碼器、電位計、加速度計及陀螺儀。另外，控制器165可與中央伺服器170連續或間歇通信，且可將收集到的數據報告給中央伺服器170。因為結合本發明使用的外骨骼的特定結構可採取所屬領域中已知的各種形式，所以在本文將不做進一步詳述。

轉到圖2a，展示物理治療師200觀察患者130及根據本發明的第一實施例的具有主幹部分(未單獨標記)的外骨骼100。如此特定外骨骼布置中所展示，患者130通過軀幹支架105、胸帶205、大腿支架210及211、小腿支架215及216及足部支架220及221耦合到外骨骼100。在一些情況中，取決於患者130的康復狀態，患者130及外骨骼100由連接到胸帶205的裝具225支撐。物理治療師200使用控制或接口裝置230(在圖2a中展示為筆記本電腦)將命令傳輸到外骨骼100的外骨骼控制系統(例如，控制器165)，以致使外骨骼100參與移動，其中髖部致動器145實現圍繞髖部關節150的移動，且膝致動器155實現圍繞膝關節160的移動。當髖部致動器145致使圍繞髖部關節150的移動時，力通過大腿支架210施加到患者130的大腿上，包含大腿相對於患者130的軀幹135的移動。類似地，當膝致動器155致使圍繞膝關節160的移動時，力通過小腿支架215施加到患者130的小腿上，包含小腿相對於患者130的大腿的移動。多個傳感器(其中一者標記為235)安裝於外骨骼100與患者130交互的各種位置處，其中多個傳感器通過控制裝置230將信息傳輸到物理治療師200。

圖2b是說明根據本發明的第一方面的方法的流程圖，所述方法涉及在初始步態治療準備操作模式中對外骨骼100進行操作。在步驟240處，物理治療師200將患者130耦合到外骨骼100。在步驟245處，物理治療師200嚙合外骨骼控制系統，即，物理治療師200致使命令傳輸到控制系統，這些命令引導外骨骼100進入步態治療準備模式，且起始移動或移動序列。在步驟250處，外骨骼控制系統致使外骨骼100執行所命令的移動或移動序列，很可能是低強度及低速移動，這導致力施加到患者130及患者130的移動。在步驟255處，運用多個傳感器收集關於患者130的狀態的數據，且將所述數據報告給外骨骼控制系統及物理治療師200，其中此數據指示例如施加到患者130的力量、患者的身體施加到外骨骼100上的阻力的量、以及基於位置的信息。在步驟260處，外骨骼控制系統及物理治療師200解譯由多個傳感器提供的關於外骨骼100及患者130的狀態的數據，其中接著，此數據用於對未來外骨骼移動或移動序列進行改變或校正。上述過程重複直到物理治療師200對患者130被充分伸展、放鬆或另外在物理上準備好做隨後外骨骼治療療程的程度滿意，此時，物理治療師200致使外骨骼100退出步態治療準備模式。在一些實施例中，由外骨骼100施加到患者130上的運動是對患者130的肌肉及/或關節的搖動或振動運動。在其它實施例中，由外骨骼100施加到患者130上的運動是患者130的肌肉及/或關節的伸展。在又另外實施例中，由外骨骼100施加到患者130上的運動是物理治療領域中已知的另一不同類型的運動，即，外骨骼被用於執行物理治療師的其它患者操縱作用。在一些實施例中，外骨骼控制系統使用關節扭矩、位置改變及其它值計算施加到患者130身上的力量，優選地獨立於壓力傳感器。

作為第一方面的實例，考慮物理治療師治療由於外傷不能在長時間周期內移動其腿部的截癱患者。患者的腿部中的肌肉、關節及肌腱可預測地較僵直。通過使用步態治療準備模式，物理治療師能夠在外骨骼治療療程之前放鬆及伸展患者的腿部，這將改進患者在隨後外骨骼治療療程的康復效益。

現參考圖3a，展示物理治療師200觀察患者130及外骨骼100，特別是結合涉及平衡訓練模式或療程的本發明的第二方面。如在圖2a中，患者130通過軀幹支架105、胸帶205、大腿支架210及211、小腿支架215及216及足部支架220及221耦合到外骨骼100。在一些情況中，取決於患者130的康復狀態，患者130及外骨骼100由連接到胸帶205的裝具225支撐。物理治療師200使用控制裝置230(在圖3a中展示為筆記本電腦)將命令傳輸到外骨骼100的外骨骼控制系統以致使外骨骼100參與移動，其中髖部致動器145實現圍繞髖部關節150的移動，且膝致動器155實現圍繞膝關節160的移動。當髖部致動器145致使圍繞髖部關節150的移動時，力通過大腿支架210施加到患者130的大腿，包含大腿相對於患者130的軀幹135的移動。類似地，當膝致動器155致使圍繞膝關節160的移動時，力通過小腿支架215施加到患者130的小腿，包含小腿相對於患者130的大腿的移動。在一些情況中，患者130使用結合圖1所描述的一對拐杖與地面交互以便輔助患者130的平衡。多個傳感器(其中一者標記為300)安裝於外骨骼100及一對拐杖的各種位置處，且多個傳感器通過控制或接口裝置230將信息傳輸到外骨骼100的外骨骼控制系統及物理治療師200。圖3b是患者130及外骨骼100的俯視圖，且其展示橫截面中的各種角度，通過所述角度，患者130及外骨骼100可在平衡訓練療程的進程中移動或轉移重心。

圖3c是說明根據本發明的此方面的方法的流程圖。在步驟305處，物理治療師200將患者130耦合到外骨骼100。在步驟310處，物理治療師200嚙合外骨骼控制系統，即，物理治療師200致使命令例如通過接口或控制裝置230傳輸到控制系統，其中這些命令引導外骨骼100進入平衡訓練模式。在步驟315處，患者130執行平衡訓練移動或移動序列。在步驟320處，外骨骼控制系統及多個傳感器收集關於外骨骼100及患者130的平衡的數據。在步驟325處，外骨骼控制系統在算法中使用來自步驟320的數據計算不平衡度及跌倒的風險，以便確定應由外骨骼100提供的輔助度(如果存在的話)以便使外骨骼100及患者130穩定。如果在步驟325中外骨骼控制系統確定需要使外骨骼100穩定，那麼外骨骼控制系統計算所需的外骨骼軌跡，且在步驟330中嚙合外骨骼致動器，藉此恢復患者130及外骨骼100的穩定。在步驟335處，患者130從外骨骼100接收關於其性能及平衡的反饋，其包含由外骨骼100呈現的輔助度。上述過程重複直到物理治療師200或患者130確定平衡訓練完成。在一些實施例中，基於來自外骨骼100的足部及一對拐杖上的壓力傳感器的信息使用壓力中心計算外骨骼平衡。在其它實施例中，基於外骨骼關節角度或外骨骼軌跡計算平衡。在又另外實施例中，使用來自加速度計、傾斜傳感器或所屬領域中已知的任何類型的傳感器的額外數據計算平衡。在某些平衡訓練任務中，可基於平衡性能將反饋從外骨骼100提供給患者130，及/或關於患者平衡性能的反饋可從外骨骼100提供給物理治療師200。外骨骼100可利用詳細反饋以便引導患者130在特定點或系列中的多個點處保持平衡。例如，外骨骼100可在確定平衡點目標時利用由患者130做的功的量或從外骨骼100與患者130之間的壓力傳感器收集到的數據。在一些實施例中，外骨骼控制系統基於先前或正在執行平衡練習的患者130的性能及康復狀態調諧平衡目標。在一些實施例中，平衡訓練著重於教導具有特定外傷(例如中風)的患者信任患者的較弱的腿部或身體側。在一些實施例中，平衡訓練涉及患者130：單腿站立；原地踏步；將重心從一條腿轉移到另一條腿；在腿部與拐杖之間轉移重心；側跨；或後退。

作為實例，考慮物理治療師治療尚未嘗試在使用行走式外骨骼時走動的殘疾患者。通過使用平衡訓練模式，物理治療師能夠教導患者在嘗試更複雜運動(例如，步行)之前如何以安全的方式更好地使他們自己及外骨骼平衡。

關於參考圖2及3所論述的兩種模式，傳感器可為所屬領域中已知的壓力傳感器或其他傳感器類型。在一些實施例中，傳感器定位於與圖2a及3a中所展示的位置不同的位置及/或額外位置中。在某些實施例中，裝具225經電動化以便輔助患者130站立或就坐。在任一情況中，患者130及/或外骨骼控制系統擔負物理治療師200的部分或全部作用，包含由患者130自主使用外骨骼100以用於伸展、平衡訓練等等，其中外骨骼控制系統及多個傳感器在此過程中提供安全測量。

現參考圖4，流程圖說明根據本發明的第三方面的結合壓力中心控制模式的方法。在步驟400處，外骨骼控制系統使用多個傳感器或外骨骼狀態或姿態數據計算外骨骼100及患者130的壓力中心。在步驟405處，外骨骼控制系統隨著時間的推移使用從步驟400測量的壓力中心數據及算法確定外骨骼100及患者130的壓力中心是否應轉移。在步驟410處，如果推薦重心轉移，那麼外骨骼100提示患者130轉移重心。在步驟415處，患者130響應於步驟410中的提示手動轉移重心，且當檢測到此重心轉移時系統循環回到步驟400。替代地，在步驟420處，患者130不響應於步驟410中的提示轉移重心。因此，在步驟425處，外骨骼控制系統確定患者130在步驟410中的提示後的給定時間周期之後未轉移重心。在步驟430處，外骨骼控制系統計算將外骨骼重心轉移到新的壓力中心所需的外骨骼軌跡。在步驟435處，外骨骼控制系統嚙合外骨骼致動器以實現外骨骼及患者的重心轉移，且接著，系統循環回到步驟400。在一些實施例中，例如「手動」模式，省略步驟425、430及435，且外骨骼100僅將關於重心轉移的適當性的反饋提供給患者130。在其它實施例中，例如「自動」模式，不提示患者130轉移重心，且省略步驟410、415、420及425，其中外骨骼100在外骨骼控制系統確定轉移重心的適當性時自動轉移重心。由個人使用壓力中心的知識以感覺其何時能站穩。然而，對於感覺不到足部壓力的用戶，以其它方式呈現包含當前及所期望壓力中心的此信息。在一些實施例中，反饋採取聲音、振動、視覺反饋或所屬領域中已知的其它類型的反饋的形式。可使用額外傳感器測量患者130的狀態，且把額外傳感器以及隨著時間的推移的壓力中心數據作為因素計入到重心轉移的適當性的確定中。在一些實施例中，來自額外裝置，例如附接到一對拐杖或患者130的手臂的壓力傳感器的數據由外骨骼控制系統考慮，其中把此數據作為因素計入到重心轉移的適當性的確定中。另外，外骨骼系統的質量中心可由外骨骼控制系統考慮。

作為第三實施例的實例，考慮在物理治療環境外，例如在家中，使用行走式外骨骼的殘疾人。如果此人(在腰部以下無感覺)正使用外骨骼而使其能夠站立長的時間周期，例如在其參與烹飪活動時，外骨骼將周期性地確定此人應轉移重心並提示其轉移重心。接著，原本不能感覺到其已單腿站立太長時間的此人響應於來自外骨骼的提示轉移重心，其中此提示採取音頻線索或在此人仍能感覺的區域中的振動的形式。如果此人不通過轉移重心響應於提示，那麼，在某一時期之後，外骨骼自動轉移此人的重心。以此方式，可防止歸因於在單個位置中的延長的站立對此人四肢造成損傷或使四肢感到不舒服。

參考圖5a，流程圖說明根據本發明的第四軌跡循環模式方面的方法。在步驟500處，患者130或物理治療師200起始重複外骨骼軌跡循環。在步驟505處，外骨骼控制系統將外骨骼軌跡循環的副本存儲於存儲器中作為第一軌跡循環。替代地，如果外骨骼軌跡循環已經存儲於存儲器中作為第一軌跡循環，那麼可省略步驟505。在步驟510中，外骨骼控制系統創建第一軌跡循環的副本，其存儲於存儲器中作為第二軌跡循環。在步驟515中，外骨骼控制系統修改第二軌跡循環以將可變性、隨機性或半隨機性元素引入到軌跡循環的參數。在步驟520處，外骨骼控制系統使用來自步驟515的經修改軌跡循環以嚙合外骨骼致動器及在經預先確定數目個軌跡循環(例如，1到3個)內實現外骨骼移動。因此，在步驟525處，外骨骼100及患者130預先確定數目次地移動通過經修改軌跡循環。在步驟530處，刪除來自步驟515的經修改軌跡循環，且控制系統循環到步驟510，其中外骨骼控制系統創建第一軌跡循環的新副本，其中過程在每一額外軌跡循環或由外骨骼100擔任的每一組軌跡循環中重複。循環移動的可變性的此增加改進對患者的康復效益。在一些實施例中，可在軌跡循環的修改期間更改以下參數中的一或多者：單腿站立；原地踏步；將重心從一條腿轉移到另一條腿；在腿部與拐杖之間轉移重心；側跨；或後退。在其它實施例中，更改與跨步無關的參數。在某些實施例中，限於某些可選擇參數內，及/或由患者安全參數限制。

作為第四實施例的實例，考慮物理治療師治療殘疾患者以便改進那個患者的步行能力。通過使用本發明的軌跡循環模式，跨步參數由外骨骼自動更改，從而導致對患者的更大康復效益及患者的步態的更快改進。

參考圖5b，展示根據本發明的此方面的用於外骨骼步行中的示範性經修改軌跡循環的圖形。歩高標繪於y軸上，而軌跡循環時間的百分比標繪於x軸上，其中一個軌跡循環(0到100％)表示單個跨步。線535表示隨著時間的推移的經修改軌跡循環的歩高，而線540、545、550及555表示經修改軌跡循環。在此實例中，通過如上文結合圖5a所描述那樣更改軌跡循環的歩高，起因於這些軌跡循環的跨步中的每一者將具有稍微不同外骨骼及患者歩高。此外，相對於由線535表示的未經修改軌跡循環，由線540表示的經修改軌跡循環具有更長步時，且由線550表示的經修改軌跡循環具有更短步時。

基於上述內容，應容易地明白，本發明通過外骨骼執行伸展、平衡訓練、重心轉移及可變軌跡循環的能力使外骨骼具備改進的康復效益。結合本發明，外骨骼用戶或穿戴者可為接受物理治療師的治療的殘疾人、在不存在物理治療師的情況下操作外骨骼的殘疾人、或甚至是身體健全的人，例如與訓練員一起工作的身體健全的人。在任一情況中，所揭示的各種操作模式可個別使用或以各種組合連續使用以增強用戶的康復或訓練。儘管參考優選實施例進行描述，但應容易地理解，可對本發明做出各種改變或修改而不背離本發明的精神。一般來說，本發明僅希望受以下權利要求書的範圍的限制。