康復鍛鍊和訓練的方法和裝置的製作方法

2023-10-07 22:41:34 3

專利名稱：康復鍛鍊和訓練的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對身體局部的操控，例如用於身體的康復和/或平衡擾亂的康復和/或身體局部的訓練和/或疼痛的治療和/或鍛鍊。
背景技術：
在發生事故或傷害或中風以後，一些身體功能受到損壞，人們經常需要一個康復過程以求恢復一些或所有被損壞的身體功能。
康復可以包括兩個要素中的一個或兩個身體康復和認知的康復。身體的康複試圖恢復被損壞的身體局部比如肌肉的身體功能。認知康複試圖恢復控制身體的認知能力。
目前身體康復主要由身體治療專家的個人關注來實現，身體治療專家監控並指導病人進行某些運動練習。因此，康復費用高且病人離開治療中心後的順從度相對較低。
一些家用理療裝置是已知的，例如一種稱為「backlife「的產品，該產品自2004年11月公開在(www.backlife.com)上，該產品提供脊柱的連續被動運動(「CPM「)並且也用來減輕背痛。
事故或中風或傷害可以引起平衡系統紊亂。平衡系統的紊亂可以因前庭器官(置於內耳中)的損壞、中樞神經系統(「CNS「)的破壞以及/或者由姿勢和力量的不足而引起。
已經開發出了平衡試驗，這些平衡試驗用於或觀察或計算，用來對平衡紊亂進行檢測和分類。平衡訓練練習用來治療平衡紊亂。已知的平衡訓練練習是「離開坐位」、「單腳站立」和「向前屈身」，以便可以從地板拾起物件」。平衡訓練可能利用簡單的工具比如可充氣的平衡盤、泡沫滾轉機、搖擺板、泡沫墊、迷你蹦床及其他不穩定的表面。利用搖擺板的一種練習可以是例如「當在一個搖擺木板上找平衡時，接住和丟擲一個小的輕重量的球」。
以下三個專利與平衡試驗和/或運動協調有關美國專利號US5,269，318、美國專利號US5,476,103和名稱為「Method and apparatus for thediagnosis and rehabilitation of balance disorders」的WIPO公開號WO98/46127。
有幾家公司開發出了平衡測量和/或平衡治療裝置。NeuroCom(www.neurocom.com)有幾種康復裝置。Neurocom的The Smart Balance-Master是一個姿勢描記訓練器。它包括一個與計算機監控器連在一起的活動臺。從www.medfitsystems.com獲得的K.A.T(肌肉運動知覺能力培訓設備)用於平衡試驗和/或平衡訓練。其它已知裝置是來自Micromedical Technologies(www.micromedical.com)的BalanceQuest和System2000。System2000是一種轉動的前庭椅子(vestibular chair)。
名稱為「Balance training device」、公開號US2002/115536的專利描述了一個有一個座位並進行騎馬運動的裝置。
轉讓給Motek B.V.的美國專利US6,774,885描述一種康復裝置，該裝置還公開在(www.e-motek.com)。美國專利號US6,774,885中也描述了一種計算機輔助的康復平臺(CAREN)，該裝置可幫助認識和分析平衡和協調紊亂問題。
名稱為″An Interactive device with a balance plate″的專利EP0862930描述了一個用於平衡能力的訓練和康復的平衡板。
在本申請中提到的所有專利和其他公開物的公開內容被併入本申請中作為參考。

發明內容
本發明一些具體實施方式
的一個方面涉及病人在坐姿時進行的康復活動。在本發明的一個典型實施例中，提供一種康復椅系統，該系統在患者坐下時感知和/或作動患者身體各部位。在本發明一個典型實施例中，可選擇椅子為離平衡狀態。可選擇地，椅子用來使平衡能力康復。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅系統包括一個適合人就坐的座位；至少一個相對所述座位移動的伸長器(例如可伸展和/或鉸接(articulating)的部件比如一個機器人臂)；至少一個傳感器，產生一個表示人的平衡狀態的指示；和一個控制器，配置成在利用一個傳感器測量所述平衡狀態時使所述伸長器移動。
在本發明的一個典型實施例中，康復包括移動身體各部位而不失去平衡。可選擇地，用椅子系統協助患者不失去平衡。
本發明一些實施例的具體特徵是，平衡訓練包括提供真實的肌肉運動知覺反饋的目標。在一個示例中，目標是一個移動的機器人臂，該臂一旦被接觸到就要被抓住並被依賴。同時可以測量與該運動相關的力。可供選擇或附加地，在平衡或不平衡動作期間在患者可運動部位和椅子之間發生的直接機械式接觸可以協助訓練患者的肌肉運動知覺感應和/或提供支撐。可供選擇或附加地，利用身體動作對於避開與中風有關的各種感知問題是很有用的。
本發明一些實施例的一個方面涉及提供一種適用於例如小診所、家庭、辦公室、戶外或工作場所的可攜式康復裝置。
在本發明的一個典型實施例中，根據一個程序控制康復椅系統。可選擇地，利用針對多個患者的測量和試驗結果來設計該程序。
在本發明的一個典型實施例中，可以預先確定(設置)多個不同的訓練程序。可選擇地，程序可以根據患者的參數進行修改。典型的參數是身體尺寸和年齡。
本發明一些實施例的一個方面涉及對平衡紊亂的治療和康復。在本發明的一個典型實施例中，這些紊亂情況可通過下述康復訓練來治療特別對有問題的身體部位進行練習、使身體各部位之間協調的練習和/或其中進行由椅子支撐的複雜性降低的平衡任務的練習。
本發明一些實施例的一個方面涉及平衡能力的康復，其中測量多個負荷區，例如除腳之外的至少一個負荷區。在本發明的一個典型實施例中，測量一個傾斜臂上的負荷。可供選擇或附加地，測量臀部的負荷。
本發明一些實施例的一個方面涉及交互式康復，其中一個複雜的任務被分解為漸進的子任務，可以在執行這些子任務期間提供反饋。在本發明的一個典型實施例中，提供一個伸手任務，在該任務中患者手伸出越遠，平衡問題就變得更加複雜。可選擇地，隨著伸出的進行，提供一個與平衡有關的反饋。
本發明一些實施例的一個方面涉及治療和/或防止身體疼痛，比如背痛。在本發明的一個典型實施例中，一個椅子系統可用來在處於被支撐位置時練習背部和/或相關肌肉和/或骨骼部位。可選擇地，患者背部外科手術之後，患者可提出這種練習的請求。可選擇地，脊柱的CPM動作得到支撐。
因此，根據本發明一個典型實施例提供一種康復椅系統，包括供人就坐的座位；相對所述座位移動的至少一個伸長器；至少一個傳感器，產生表示該人平衡狀態的指示；和控制器，配置成使所述伸長器移動的同時用所述傳感器測量所述平衡狀態時。
根據本發明的一個典型實施例，還提供一種康複方法，包括識別需要康復的人體部位，並利用椅子系統練習所述身體部位的至少一個部位，該椅子包括適合與身體四肢連接的移動部件。可選擇地，所需的康復和練習是用來進行平衡能力的康復。
根據本發明的一個典型實施例，還提供一種康復椅系統，包括供人就坐的座位；相對所述座位移動的至少一個伸長器；至少一個傳感器，產生表示該人平衡狀態的指示；和控制器，配置成使所述伸長器移動的同時用所述至少一個傳感器測量所述平衡狀態時。可選擇地，所述伸長器被機械地連接到所述座位上。可供選擇或附加地，所述控制器可響應所述平衡狀態使所述伸長器移動。可供選擇或附加地，所述控制器使所述伸長器移動並測量平衡狀態中的響應的變化。可供選擇或附加地，所述坐位適於轉出該座位的平面。
在本發明的一個典型實施例中，所述座位包括一個靠背。可選擇地，所述靠背是鉸接的。可供選擇或附加地，所述靠背圍繞其一個豎直軸轉動。
在本發明一個典型實施例中，所述座位適於抵抗其的所述轉動。
在本發明一個典型實施例中，所述座位適於在動力驅動下升高至少10cm。
在本發明一個典型實施例中，該系統包括至少一個腿部移動器，適於將人的至少一條腿從該條腿所放置的地板抬起。可選擇地，該系統包括至少一個第二腿部移動器，適於將至少第二條腿從所述地板抬起。可選擇地，所述各腿部移動器適於被鎖定在一起。可供選擇或附加地，所述各腿部移動器可分立活動。
在本發明一個典型實施例中，所述至少一個平衡傳感器包括供人腳使用的至少一個壓墊。
在本發明一個典型實施例中，所述至少一個傳感器包括供所述椅子的扶手使用的至少一個壓力傳感器。
在本發明一個典型實施例中，所述至少一個傳感器包括至少一個定位在座位上供臀部使用的壓力傳感器。
在本發明一個典型實施例中，所述至少一個傳感器包括至少一個定位在所述椅子附近桌子上的壓力傳感器。
在本發明一個典型實施例中，所述至少一個傳感器包括至少兩個壓力傳感器，它們相對坐在椅子上的人對稱定位。
在本發明一個典型實施例中，所述至少一個傳感器包括至少四個在空間上相互分離的壓力傳感器。
在本發明一個典型實施例中，所述控制器根據儲存在控制器內的一個康復計劃驅動所述伸長器。
在本發明一個典型實施例中，所述控制器根據儲存在控制器內的一個康復計劃驅動所述座位。
據本發明一個典型實施例，提供一種康復系統，包括
關節，針對旋轉角(Phi)和仰角(Theta)有一個共同的轉動中心；安裝在所述關節上的座位；和控制器，適於執行以下至少一個操作根據一個康復計劃驅動所述座位和測量所述座位的轉動。
根據本發明一個實施例，還提供一種康復系統，包括適於供人就坐的椅子；適於使坐在椅子上的人的至少一條腿抬高的腿部升高機構；和控制器，適於控制該升高機構以反覆升高該人的所述至少一條腿，以便操縱該人的脊柱。
根據本發明一個典型實施例，還提供一種人體康複方法，包括使人坐在與機器人協助裝置連接在一起的椅子上；和在所述裝置的機器人協助下，對所述人執行至少一個康復練習，所述練習用來使平衡能力康復，所述機器人協助包括下列中的至少一個由所述機器人協助提供引起運動的力和由所述機器人協助提供對運動的阻礙。可供選擇的，所述練習包括伸出一隻或兩隻手。可供選擇的或附加的，所述練習包括舉起和放置一個目標物。
在本發明一個典型實施例中，所述練習包括操縱手離開身體伸出。
在本發明一個典型實施例中，所述練習包括在練習的複雜性增加時進行的帶有反饋的交互練習。
在本發明一個典型實施例中，所述執行步驟包括監控身體的多個部位。
在本發明一個典型實施例中，所述方法包括在進行練習時，監控身體兩側之間的平衡情況。
在本發明一個典型實施例中，該方法包括監控該人的器官的位置，並分析這些位置以確定該器官對人的平衡的輔助。可選擇地，該器官包括手臂。可供選擇或附加地，該器官包括軀幹。可供選擇或附加地，該器官包括腿。
在本發明一個典型實施例中，對該器官位置的監控包括監控該器官的運動。
在本發明一個典型實施例中，對該器官位置的監控包括監控該器官對其它身體部位動作的阻礙。
在本發明一個典型實施例中，所述機器人協助包括使身體的一個部位移動。
在本發明一個典型實施例中，所述機器人協助包括阻礙身體一個部位移動。
在本發明一個典型實施例中，所述機器人協助包括防止失去平衡。
在本發明一個典型實施例中，所述機器人協助包括促使失去平衡。
在本發明一個典型實施例中，所述練習包括站立。
在本發明一個典型實施例中，所述機器人協助舉起該人。
在本發明一個典型實施例中，所述練習包括軀幹訓練。
根據本發明的一個典型實施例，提供一種使平衡能力康復的方法，包括由一個人執行需要平衡的任務；和通過在多個空間上分離的載荷區測量力量來監控所述任務的執行情況，其中所述人向所述多個空間上分離的載荷區施加力，所述多個空間上分離的載荷區包括除了腳之外的至少一個載荷區。


下面結合附圖通過參考典型實施例的描述，來說明本發明的非限定性實施例。附圖一般不是按照比例進行繪製的，任何尺寸的意思僅為示例而非限定。圖中，多幅圖中出現的相同結構、部件或零件用相同或類似數字標記表示，其中圖1表示根據本發明一個典型實施例的以椅子為基礎的康復裝置的示意圖；圖2表示根據本發明一個典型實施例的康復椅的示意圖；圖3是根據本發明一個典型實施例的康復椅使用方法的流程圖；圖4是利用根據本發明一個典型實施例的使用康復椅對人進行訓練的示意圖；圖5是根據本發明一個典型實施例的康復椅使用方法的流程圖；圖6是表示根據本發明一個典型實施例的以座椅為基礎的康復裝置的示意圖；圖7是根據本發明一個典型實施例的康復椅使用方法的流程圖；圖8是利用根據本發明一個典型實施例的使用康復椅對人進行訓練的示意圖；圖9A、9B、9C表示根據本發明一個典型實施例的一種訓練方法和一種康復椅；圖10是一種康復椅的示意圖，其中示出了本發明一個典型實施例中的各種動作範圍；圖11和12示出根據本發明一個典型實施例的一種訓練方法和一種康復椅；圖13表示根據本發明一個典型實施例的一種康復椅；圖14A、14B、14C是根據本發明一個典型實施例的幫助一個人從坐姿到站姿的運動並利用一個康復椅的示意圖。
具體實施例方式
概述下面的描述包括康復裝置和康複方法。下面描述了本發明一個典型實施例中的康復裝置以及使用該裝置的幾種可選擇的使用方法。應當注意到，為特定方法使用具體裝置的實施例是為了說明該具體方法，不能解釋為裝置或方法被限定為裝置實施例和方法實施例的特定組合。
康復椅系統在本發明的一個典型實施例中，康復裝置是一種椅子，然而也可選用其他康復裝置比如搖擺板或平板。圖1是根據本發明一個典型實施例的康復椅系統100的示意圖。人或患者104坐在康復椅110上。康復椅系統100可以用來訓練人104身體的各部分，以達到康復和/或治療疼痛的目的。正如這裡所述的，康復椅系統100可用來幫助恢復和/或訓練和/或改善身體各部位比如人104的手臂、腿部的動作。可選擇地，傳感器130放在患者身上。
系統100獲得數據並將其傳送給控制器150。數據比如椅子可移動部件和/或人身體各部位的位置和取向可通過椅子110獲得並由其傳送給控制器。數據可以通過數據採集單元140從固定到人身上的傳感器130獲取並傳送給控制器150。
控制器運行各種程序並處理傳送過來的數據。然後控制器提供反饋，比如通過將椅子各部件移動到某些位置來進行椅子的物理更新。控制器還提供其他類型的反饋，例如更新顯示器160。關於控制器150的更多信息將在下面的「控制器」部分進行描述。
利用康復椅系統的康復活動圖2圖示說明了根據本發明一個典型實施例的康復椅110。下面，當描述利用該椅子的方法時，還將描述包括該椅子的各部件。
圖3的流程圖300與圖1一起描述了本發明一個典型實施例中的康複方法。之後將描述各種椅子型式並描述利用這些椅子進行康復的各種方法。例如，下面描述的一種康複方法就是物理地幫助患者移動手臂並通過這種方式訓練患者的手臂。
在步驟302中，對患者104和/或椅子110的參數進行各種測量。該測量包括利用各種傳感器。傳感器可以是椅子110的部件，並且指示例如椅子的一個離平衡位置。可選擇地，傳感器比如130固定到人104上並且指示例如身體的位置和/或受到的力。
在本發明的一個典型實施例中，可以從這些指示中提取人的一個平衡狀態，所述指示指示了該人的平衡類型和/或平衡質量。在一個示例中，當椅子110不穩定地支撐該人時，識別一個「離平衡」狀態。在另一個示例中，一個平衡狀態表明該平衡是作用於人體各部位上的力之間的平衡。在另一個示例中，平衡狀態包括對在保持平衡時各支撐部件(例如椅背和支撐腿)作用的指示。在另一個示例中，平衡狀態包括顯示穩定性的相對重心和支撐(例如椅座)的指示。在另一個示例中，平衡狀態示出根據人的節律運動的類型、幅度、組織和/或存在方式的穩定性，例如，在不同支撐位置之間變換負荷。
在步驟304中，利用測量結果更新裝置100的各種要素，例如，患者的訓練程序和/或將椅子各部件移動到某些位置。移動椅子各部件可以協助人完成任務和/或給人提供生物反饋。在本發明的一個典型實施例中，移動椅子各部件用來設立一個讓患者達到或者防止他離開位置的目標。
在步驟306中，患者身體的各部位獨立或一起練習(訓練)。通常訓練都是按照程序進行的。可選擇地，該程序可以在控制器150上運行。程序可以提前準備好，並可以進行初步試驗。在一個示例中，程序為(以一個非常簡單的形式)「首先訓練無支撐的豎直坐立，然後用不平衡椅子進行訓練」。下面將描述更詳細的內容。
在步驟308中，確定患者是否想繼續練習。康復訓練時間可以持續足夠的周期，比如，一天一次或每周兩次，並持續幾周或數月。在整個期間，可以改變練習的類型、複雜性和/或難度。
圖4表示利用椅子110對人104的一個手臂進行訓練的情況。下面，將描述訓練手臂運動和腿部運動的方法和動作。
「配合」法圖5中的流程圖500描述了一種方法(「配合」法)，該方法可以用來進行平衡訓練和對患者背部的康復訓練。與圖2中的椅子一起來說明該方法。在步驟502中，患者104坐在椅子110上。患者坐在座位105上，手臂放在扶手250和252上。圖2中的扶手250可選擇地由各種系固件(harness)256和258以及系固件支撐件257組成，這些部件可根據每個患者的需要選用。可選擇地，扶手可以浮動(例如使用氣墊)，這樣扶手可以至少局部地支撐患者的手。要求患者隨椅臂一起移動，並同時保持其平衡。椅子可以是穩定或不穩定，可以提供各種水平的支撐(例如升高或降低椅背、椅臂、腳踏、帶子(用來固定軀幹、手臂和/或腿部)和/或系固件)。
在步驟504中，確定一個訓練程序，例如完成一個「配合」法。
在步驟505中，指示人做什麼。該指示可以是音頻和/或視頻，根據要執行的動作，可以使用計算機生成的基於裝置100的視頻(possibly using acomputer generated video generated on the fly by system 100 according to theaction to be performed)。可選擇地，利用一個虛擬實境演示將該指示傳遞給患者。在本發明的一個典型實施例中，裝置100用來給出一個示範，此時用戶被支撐或不被支撐。
在步驟506中，在患者可以抓住或握持椅臂的位置，椅臂230和232向患者的雙手移動。患者104在椅臂頂端(步驟508)握持椅臂。椅臂頂端240固定在椅臂230上，椅臂頂端242固定到椅臂232上。可選擇地，椅臂230和/或232上固定有各種把手、控制部件、傳感器和/或移動元件。在本發明的一個典型實施例中，設置一個感應力場的元件。在另一個示例中，設置一個移動手腕的單獨元件。在本發明的一些實施例中，包括一個感知附件，該附件給患者提供變化的與觸摸相關的感知，例如撓癢。可選擇地，患者利用感知附件進行與表面狀態有關的治療，例如區分粗糙和/或光滑表面。
在本發明的一個典型實施例中，每個椅臂都與一個球狀結構相連，該結構允許椅臂移動，參考圖2。尤其是，椅臂230與球狀結構224連接，椅臂232與球狀結構220連接。在本發明的一個典型實施例中，球狀結構包括提供變化力的制動器。可選擇地，制動器是一個圓環，當圓環被帶到球中心附近時，它向球施加可選擇的力。可選擇地，利用一個或兩個電機使球運動，例如步進機和/或伺服電機。可選擇地，利用一個線性作動器使球上的一個把手移動。可選擇地，設置確定椅臂位置的編碼器和/或確定椅臂力的力傳感器。備選的，可以使用機器人技術鉸接臂。
椅臂可經過球狀結構220和224被提供有x，y，z軸方向上運動。例如，患者可以使用椅臂230，232模仿划船運動。可選擇地，椅臂230，232可以用來模仿越野滑雪運動。椅臂可以相互反向移動，例如走路運動(右臂向前，左臂向後)。應當注意到，椅臂230，232可以有選擇地操作並且相互獨立地運動。可選擇地，椅臂是一個支持三維運動的鉸接臂。在本發明的一個典型實施例中，至少一個椅臂設置有高達6個自由度。可選擇地，至少一個椅臂是伸縮式的，可調節臂的頂端240和242的高度。可選擇地，椅臂可以設置成相互鏡像對稱地動作，比如，可以是其中一個椅臂引起另一個椅臂移動的主從關係。在本發明的一個典型實施例中，通過控制器或者通過機械連接機構實施該主從關係。
在「配合」方法中，在步驟510中，至少一個椅臂230和/或232是關於患者104移動。當椅臂移動時，指示患者試著將一隻手保持在椅臂的臂頂上。該椅臂可關於患者在任何方向移動，離開或接近，上或下，左或右，或者是這些方向的任何組合方向。椅臂運動可以快或慢，運動速度可以變化。在本發明的一個典型實施例中，椅子110也可以如下那樣移動，並且用來提供其他關於椅臂230和/或232的動作變化。在一些情況中，指示患者施加和/或保持某個不變的力和/或一個變化的力。這些力可通過椅臂的響應來顯示，可以選擇性地帶有阻力地在沿一個軌跡運動，但是不能在其他方向運動。
在步驟512中，當患者與該移動臂「配合」移動時，有選擇地固定到患者和椅子上的傳感器130記錄患者相對椅子和椅臂的運動。在本發明的一個典型實施例中，傳感器確定椅子各部件例如椅臂230和/或232和/或臂的頂端240和/或242的位置。
在步驟514中，由裝置100完成分析工作。該分析可以用來更改訓練程序和/或移動椅子各部件和/或給人104提供其他反饋。在本發明的一個典型實施例中，控制器150分析所發生的平衡和協調動作的模式。這能夠使椅子裝置100迅速幹涉和影響和/或糾正患者的動作。例如，傳感器130可以探測患者104是否過於傾斜，或者給椅臂施加了紊亂的壓力，這樣如果這些情況持續的話，患者可能跌落椅子或者可能受到更大的傷害。在所述一種情況中，可以向後傾斜椅子來補償椅子的傾斜，迫使患者坐回椅子內，由此避免患者跌落。除了根據傳感器數據提供正確的椅子動作之外，患者和健康恢復指導專家可以檢查並分析傳感器數據，以便測量患者的進程並確定下一步的康復計劃。應當注意到，正確的動作還可以由椅臂230和/232發起。在步驟516中，確定患者是否應當繼續練習。
在本發明的一個典型實施例中，控制器150根據一個程序控制椅子110。例如，該控制器控制可移動部件比如椅臂230和/或232。控制器執行一個康複方法例如流程圖500的方法。
座位的動作圖6是根據本發明一個典型實施例的基本座椅600的示意圖，該基本座椅是椅子110的一種型式。椅子110和600都包括座位105；底座214；一個可選擇的球狀結構，或其他與座位連接並控制座位移動的可轉動球軸承裝置(例如雙萬向節)222。圖6還示出一個制動機構(620)。制動機構用來控制椅子沿著規定的軸的運動。例如，如果不想讓其沿x軸運動，就可以給球狀結構222表面上施加一個制動防止椅子在該方向運動。制動器通常比電機便宜且需要的動力小。圖6示出了座位105的一些可能有的運動方式。其中示出了座位的三種運動X-Y向(612)，X-Z向(614)，Z向(616)；然而，也可以是三個軸向結合起來的運動。此外，可以提供沿X-Y平面的平移運動，例如利用合適的線性驅動器。
在本發明的一個典型實施例中，控制器150可以傳遞X軸、Y軸、Z軸的位置和椅子600的轉動。例如，如果人104向前傾斜，椅子110就根據訓練程序響應並調節座位105。
在本發明的一個典型實施例中，座位和/或座位靠背可以圍繞座位的豎軸轉動。可選擇地，該轉動可以用來幫助或阻止患者軀幹轉動。可選擇地，座位靠背被分為多個部件，這樣例如座位靠背的肩部可以轉動而座位靠背的主幹部分保持靜止。
在本發明的一個典型實施例中，座位105由控制器150控制而移動，患者104基本保持靜止。例如，當測量患者104的姿勢時，是需要這麼做的。
在本發明的一個典型實施例中，患者通過移動椅子110或椅臂230和/或232而進行練習，這樣患者就必須與椅子和/或椅臂一起移動並努力保持平衡。測量並分析患者施加到各椅子部件上(包括椅臂)的壓力。可選擇地，通過使患者移動時握持椅臂頂端240，242，然後利用固定到各系統部件比如椅臂、椅臂頂端、和/或腳踏上(或腳墊)上的傳感器來測量患者施加的力量。
在本發明的一個典型實施例中，椅子可以自由轉動或樞軸轉動，或者按減小的速率轉動(例如利用該制動器)，其中患者必須不藉助控制器150來平衡椅子。當患者在椅子中調整以保持平衡時，患者的動作被測量和分析以便測量康復進程並確定進一步的康復策略。可選擇地，患者還可以在使用椅臂230和/或232時，使椅子平衡。具體地，可被測量的項目是不平衡使力、用力(兩側)的時間差以及背部和腹部肌肉的活動(例如由EMG測量)。
圖10描述了在本發明一個典型實施例中的隨練習椅1000可能有的動作1002，1004，1006的三個基軸。1002是椅子1000在z軸的運動。箭頭1004和1006代表將椅子安裝到萬向節上可以實現的典型轉動。
圖13描述了帶有與椅子1300分開的椅臂1330，1332的康復椅1300的一個典型實施例。所示椅臂1330，1332與類似於椅子自身球狀結構1322的球狀結構1320，1324連接。可選擇地，該椅子設置有膝部支撐件1340，該支撐件為患者加強背部提供CPM。CPM用來治療背痛並且下面將作詳細討論。可選擇地，椅子1300可與附屬部件一起並按照對椅子110和600描述的方式使用。
可供選擇地，椅子1300可以用來將患者移動到一個位置，在該位置，患者僅由臀部支撐一併同時要求患者根據某個協議移動手臂和/或腿部。可選擇地，為手臂和腿部設置支撐件並用來測量受到的力量。可選擇地，椅子1300有一個可放平的靠背，這樣患者可以練習躺倒，並且是從站立或坐姿開始。
「向前伸出」法圖7中的流程圖700描述了一種方法(「向前伸出法」)，該方法可以用來進行平衡訓練。注意到，「向前伸出」只不過是對該方法的一種稱呼，事實上，患者可以在任何方向進行伸出訓練(例如向上，向側面等)。該方法由圖2的椅子來表示。在步驟702中，患者坐在椅子110上。步驟704中，確定訓練程序。在這種情況下，執行一個程序可以完成「向前伸出」法。步驟706中，椅子各部件移動到初始位置準備進行練習。例如，在患者在達到一個目標時，椅臂可以不需要，因此可以挪開。
指示患者將一隻手移到一個開始位置，然後儘可能遠的、快的向前伸出(步驟705)。椅子根據其測量結果(步驟712)提供幫助或阻力(步驟715)。比如，椅子裝置測量(步驟712)人身體各部位的位置和取向，椅子裝置響應這些測量結果並通過椅子裝置給該人施加力量(步驟715)。可選擇地，椅子的移動能力被限制到所需的特定移動範圍內。比如，僅允許前後移動而不能向兩側移動。
在伸出期間，可以給該人提供圖形和/或音頻和/或視頻反饋(步驟715)。在步驟714中，由裝置100完成分析任務。該分析結果可以用來修改訓練程序和/或移動椅子的各部件和/或給該人104提供其他反饋。例如，一個治療程序可以由目標的數量N以及該人對每個目標要做的伸出動作的數量M組成。例如，可將目標物在一個較寬的動作範圍放置(例如從垂直向上到垂直向前到向旁邊)。可選擇地，各目標物可以放的很近。可根據患者的康復需要提供目標物。除了改變目標物的位置之外，在本發明的一個典型實施例中，指示患者用各種速度和/或力量接近該目標物。為了將康復訓練集中在患者身體的一個特殊部位，可以限制患者的各部位，或者可以指示患者使這些部位靜止不動，防止來自健康的身體部位的「欺騙」或不想要的幫助。可選擇地，用傳感器來監控「欺騙」。在本發明的一個實施例中，康復包括阻力訓練(例如利用重塊)。
指示患者104(步驟705)開始運動且此時手放在扶手上(步驟708)，並慢慢向目標物移動。目標物可以放在一個基本垂直的板上，板可選擇地固定到椅子上，並且位於患者前方可以接觸到的距離處。傳感器可以放在手上。在本發明的一個典型實施例中，板包括燈光(指示目標物的位置)以及測量力量的傳感器。可選擇地，板包括位置傳感器和/或驅動器，將其移動到給定位置。可選擇地，例如如果傳感器設置在目標物本身上而不是在整塊板上，板包括目標物可在上面移動的軌道。患者向目標物移動直到患者不能再向其移動或直到目標物已被抓到為止。在本發明的一個典型實施例中，患者接受到反饋(步驟715)，該反饋指示手離目標物有多近(例如在手上採用一個近程傳感器或位置傳感器)、移動手臂的速度、動作的平穩性。在本發明的一個典型實施例中，目標物是一個機器人臂的頂端，該頂端包括例如力傳感器和/或位置傳感器。在步驟716中，確定患者是否應當繼續練習。
在書寫任務的示例中，例如，正如在檢測書寫的白色書寫板領域中已知的那樣，使用一個具有位置和/或接觸壓力傳感器的鋼筆。
現在參考圖8，該圖示出根據本發明一個典型實施例的患者利用康復椅800向前伸出的情況。這種情況下，目標N是瓶子810。在一個典型練習中，開始時指示患者804慢慢接近瓶子810。在慢慢接近瓶子取得成功之後，然後指示患者增加向瓶子伸出的速度，或可選擇地伸出更遠。可選擇地，椅子800通過微微向前轉動來幫助患者伸向瓶子。可選擇地，採用鉸接靠背將患者更近地「推」向瓶子。在本發明的一個典型實施例中，當患者804伸向瓶子810時，用傳感器監控患者和椅子的狀態。對傳感器測量數據的分析結果用來檢測患者平衡和力量方面的不足。然後選擇地使用這裡描述的裝置和方法對這些不足進行逐一修復。
在本發明的一個實施例中，還通過開展在保持平衡的同時比如從瓶子倒出或模仿倒出動作的練習，鼓勵患者進行精確運動控制。
典型「正確平衡」法在本發明的一個典型實施例中，指導患者如何利用測量到的若干身體部位施加的力量和，可選擇的，生物反饋實現正確的平衡。可選擇地，使患者康復，從而利用一個或多個肢體的不同組合達到一個平衡狀態。例如，患者可以僅在一隻腳而不是同時在兩隻腳上進行平衡來接受平衡康復練習。正如這裡所述，可以利用若干安放在患者身上或周圍和在練習裝置上或周圍的傳感器對患者的動作和/或平衡進行測量。可選擇地，可以計算所有力的矢量和來確定患者是否正確地進行平衡。可以通過一個虛構的目標平衡特徵圖(profile)、通過與患者的健康特徵圖進行比較、通過與另一個人的健康特徵圖進行比較和/或通過對患者的平衡建立一個標準的其他任何合理的方法，來確定什麼是正確的平衡。可選擇地，為了測量進展和幫助實施康復計劃，在整個訓練期間一直跟蹤患者的平衡特徵圖。
在本發明的一個典型實施例中，用在此描述的傳感器測量的結果來確定患者是否在某個特定部位施加了過量的力量，或者力量不足。例如，如果患者過於依賴左腿而對右腿依賴不足，那麼就沒有做到正確的平衡，傳感器將測量該不平衡，並且該裝置試圖幫助患者進入平衡狀態。可選擇地，當裝置100確定患者處於離平衡的狀態，則給患者提供反饋，以便提示患者以一種幫助糾正該離平衡狀態的方法響應。可選擇地，以音頻格式和/或在視頻顯示器上給患者以反饋。在本發明的一些實施例中，反饋可以振動或其他觸覺刺激形式送出。可選擇地，反饋直接送到身體那些沒有被適當應用來獲得平衡狀態的特定部位。
附加的椅子細節如上所述，在本發明的典型實施例中，為了精確測量患者康復的進度，將各種傳感器固定到患者和/或椅子的各部件上。為此可以獨立或合併使用各種不同的傳感器。傳感器可粗略分為兩種第一種是附屬到患者身上(例如身體部位定位、生物學響應)，其他傳感器用來測量椅子的布置(例如椅子各部件的位置/取向)。
為了收集康復期間患者身上的信息，傳感器可選擇性地附著到患者的身體上。例如，位置傳感器可有選擇地附著到身體各部位上比如手臂、胸部、頭、腳、手、和/或腿上。這些位置傳感器用來確定身體各部位在練習時的位置。對這些位置數據的分析可以幫助了解患者的全身動作，包括身體較強部位對較差部位的過度補償(overcompensation)等。例如，如果與「向前伸出」康複方法協同使用，位置傳感器可以估計出患者伸手的精確度和準確度。
患者康復期間可選擇使用的另一種傳感器是壓敏傳感器。通過測量患者在某個特定位置受到的壓力(例如椅臂頂端242)，可以確定患者在穩定性和/或身體的控制能力方面對該身體部位的依賴程度如何。壓力傳感器可選擇地用於手、腿、足、臂、臀部、頭部和軀幹。在本發明的一個典型實施例中，對所選擇壓力的分析結果可以說明患者是否平衡，和，如果不平衡，平衡較差出現的位置在哪裡。例如，如果患者在椅子移動期間對某個特定椅臂頂端施加了一個大小異常的壓力，則與「配合」法協同使用的壓力傳感器就可以確定患者是否缺乏平衡能力。該大小異常的壓力將會指示出，患者在該方向上移動時不能夠適當地進行平衡，結果是必須依賴椅臂頂端來保持平衡。然後可以修整患者的平衡程序進行該方向上的平衡活動，以便克服該不足。可選擇使用壓力傳感器測量力量。如果與「向前伸出」法協同使用，向目標物伸出的患者可以激發一個壓力傳感器，該傳感器檢測患者將會施加給目標物上的壓力大小。在本發明的一個典型實施例中，壓力傳感器用於測量力量和平衡兩者。
在本發明的典型實施例中，其他傳感器比如肌肉張力和肌電圖(「EMG」)傳感器用來監控患者對康復的生理響應。這些傳感器採集的測量數據的分析結果幫助分辨患者的哪些部分需要進一步康復並且可以制定將來的康復策略。可選擇使用脈衝測量或呼吸速率傳感器。
在本發明的一個典型實施例中，除了或可選擇監控患者的傳感器之外，傳感器可監控康復椅的操作。可選擇地，傳感器固定到康復椅的任何部件上，比如用來跟蹤這些部件的位置以及在其上作用的能量和/或力。為此目的的一種傳感器是基於磁力的跟蹤傳感器。超聲波和光學位置傳感器也是已知的。將從椅子上獲取的傳感器讀數與從患者身上獲取的傳感器讀數進行比較具有特殊用途。對該數據的比較分析結果指示患者響應椅子的具體動作。患者響應這些椅子動作方面的不足指出需要進一步康復的部位。
在本發明的一個典型實施例中，椅子的原動力由與球狀結構222操作連通的至少一個電機提供。可選擇地，提供至少一個制動器防止球狀結構222在特定方向動作或者完全防止其運動。還有，可選擇地提供一個電機以幫助椅子沿z軸運動。在本發明的一個典型實施例中，為了確定施加給球狀結構222的動量，可以與電機一起使用一個位置編碼器。
在本發明的一個典型實施例中，椅子的速度和定向運動是可變化的。如圖6所示，椅子可選擇地在x，y，z軸向上運動。電機的速度是可調的，使椅子可以從停止到相當快速之間的範圍內運動。除了主動控制椅子轉速之外，椅子可以完全被解放出來，或者僅提供有間歇式電機運動。可選擇地，可以移動椅子為患者移動提供補充支撐。在本發明的一個典型實施例中，椅子慢慢響應重力，例如包括模仿降低重力的摩擦力(例如制動器或利用電機)。可選擇地，可以按照正常或高於正常的速度響應用戶的動作。可選擇地，還為椅子失去平衡(例如轉動)提供一個安全限制。作為選擇或附加地，有一個極限值，椅子在該極限值下不會失去平衡。
椅子的用法應當注意到，這裡描述的康復裝置可用於家庭、護理中心比如老年家庭、醫院和康復中心。在本發明的一個典型實施例中，可以利用遊戲和/或競賽和/或比賽進行訓練。可選擇地，可通過圖1中的網絡例如LAN或網際網路155將多個椅子裝置相互連接起來。
在本發明的一個典型實施例中，在有協助或沒有協助的情況下，都可以進行康復。例如，一旦患者坐下，就可以在沒有協助的條件下進行練習。一些患者需要幫助和/或強的保護(strapping-in)。可選擇地，康復期間可以進行遠程監控和/或測量，例如從中心位置通過電話線或網際網路完成。
在本發明的一個典型實施例中，用椅子測試患者的能力。可選擇地，這種椅子可用來跟蹤完全康復的患者。
可選擇地，康復訓練期間，對患者的進程做記錄。可能存在的進程上的不足與潛在的器官問題有關，該問題可由治療醫師治療和/或報告給醫師。
在本發明的一個典型實施例中，椅子系統的第一個用途包括為患者調整椅子系統，輸入用戶具體信息和/或測試患者的能力。可選擇地，椅子是可調整的，例如高度、寬度和/或靠背角度(back angle)。可選擇地，可提供軟墊以適合某些身體畸變和/或形態。可以確定練習的初始設置，然後根據進程和/或時間擴展和/或改變該設置。可選擇地，確定一個或多個基準，比如從桌上舉起一本書的能力，一旦能舉起就認為完成了康復(或者移動到不同的平臺)。還有，在訓練步法時，一旦發現平衡能力非常好，就可以僅在站立位置訓練患者。可選擇地，保持在就坐位置，因為這可以在對身體條件要求很小的情況下進行平衡訓練。
在本發明的一個典型實施例中，椅子用來使患者至少局部處於水中進行康復訓練，這將要求使用防水部件和/或利用無線而不是有線連接。
在本發明的一個典型實施例中，例如進行步態訓練中，患者的腳放在可在X-Z面上移動的墊子上。可選擇地，墊子也可以在X-Z面內轉動(或阻礙或幫助轉動)。可選擇地，可以利用模仿走路的方式讓兩個墊子移動。
椅子的變型本發明的一些實施例可以有不同的設計和/或布置和/或動作。在本發明的一個典型實施例中，座位105可以是各種形狀和坡度。可選擇地，座位有一個靠背。可選擇地，靠背的高度可調。可選擇地，靠背相對座位傾斜或移動。可選擇地，靠背有一個頭部支撐件。可選擇地，座位和靠背可以獨立或相關聯的移動。在本發明的一個典型實施例中，靠背由若干個部分鉸接起來，所述部分可以給患者背部的特定部位提供直接支撐。可選擇地，在練習期間響應患者的動作提供該支撐。在本發明的一個典型實施例中，鉸接是通過椅子各部件之間的動力關節來支撐的。椅子各部件可沿椅背豎直和/或水平布置。在本發明的一個典型實施例中，動力關節包括使一個關節轉動的電機。除了或可供選擇的對椅子每個部件提供一個位置和/或取向傳感器之外，可給電機配置一個可選擇的位置編碼器。可選擇地，上述典型實施例用來在患者站立或坐下時支撐患者。
在本發明的一個實施例中，患者被固定到懸掛在康復椅上方的系固件上，以便減輕施加在椅子上的身體重量。可選擇地，系固件用來給患者練習期間提供額外支撐。可選擇地，系固件還用作安全裝置，防止患者康復期間跌落到地面。
在本發明的一個典型實施例中，可以根據人104身體參數調節座位，比如患者身高和/或體重。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅與腳支撐件協同使用。可選擇地，腳支撐件包括傳感器(例如壓力傳感器)或附屬裝置，比如帶子。可選擇地，腳支撐件可以移動，比如提升腳或在一個或多個取向上轉動腳。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅與腳墊協同使用。可選擇地，腳墊包括傳感器(例如壓力傳感器)。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅與膝部支撐件協同使用，該支撐件包括例如對腳支撐件所描述的那些特徵，可選擇地，包括使膝部彎曲的電機和/或報告膝部位置和/或執行膝部位置的傳感器。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅與腿支撐件協同使用，腿支撐件包括針對腳支撐件所描述的特徵。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅與至少一個手臂支撐件協同使用，該手臂支撐件包括針對腳支撐件所描述的特徵，比如利用一個基於二維或三維的鉸接和/或轉動的球狀結構。
在本發明的一個典型實施例中，提供一個球附件，這樣患者在保持平衡的同時可以練習踢球。還可以設置其他類似附件(可以不是物理地附著在身體上)。可選擇地，提供帶有膠水或其他固定裝置的無線位置傳感器，並且該傳感器可以應用到日常使用的物體上，比如一本書或茶壺上，這樣患者可以利用日常使用的物品進行練習。可選擇地，「伸出(reach-for)」法由一個球支持，該球由系統拋出並且使用者必須抓住它。可選擇地，使一個機器人臂移動到一個位置，然後在一個時間窗消失後離開，以便提供類似行為。
在本發明的一個典型實施例中，在一個或多個腳墊/毯，扶手、彈性坐墊和靠背中設置一個壓力傳感器。可選擇地，這些壓力傳感器指示患者在活動期間施加的壓力。可選擇地，傳感器指示施加壓力的一個精確點(例如5釐米內)，這樣就可以估計患者的一個接觸點。可供選擇或附加地，設置固定裝置將患者身體各部位與墊子連結起來。可供選擇或附加地，患者身體部位上的位置傳感器對身體部位和壓力傳感器之間的相對位置產生一個指示。
可選擇地，壓力傳感器包括扭矩傳感器，不僅用來探測壓力的大小而且還有所施力的方向(在壓力傳感器的平面內)。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅配有一個手動施力制動器(可選擇地，帶有指示刻度)。可選擇地，患者開始康復訓練時利用大摩擦力(也就是說更穩定地)，練習時(例如伸出以便取得一個目標物)隨著患者穩定性得到提高，患者遞增地減小椅子的摩擦力，以便改善力量和平衡性。正如上面注意到的，椅子的穩定性不需要椅子角度恆定不變。在整個練習過程中，其也可以是不恆定。例如，首先，提供一個相當大的安全區域，在此可以忽視患者施加的不平衡力。不久就例如根據先前行為縮小該區域尺寸，這樣患者不得不更加小心地不去施加該非平衡力，或者準備進行糾正。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅振動，例如為了提供信息或反饋(例如將要失去穩定性的反饋)。
在本發明的一些實施例中，一些部件可以用類似部件替換。例如，座位105可以用一些其他類型的座位替換，比如自行車座。
控制器在本發明的一個典型實施例中，控制器150根據一個程序控制椅子110。可選擇或附加地，控制器是個人電子計算機或者是專用嵌入式計算機。控制器控制椅子的可移動部件，比如在本發明一個典型實施例中為椅臂230和/或232。控制器執行一個康複方法，比如圖5的流程圖500描述的方法。程序可提前編制好，並且在實施初步試驗之後可進行設計。
可以選擇康複方法，例如用一個菜單和一個用戶輸入裝置。可選擇地，通過用戶輸入裝置可以輸入各種參數例如年齡和性別。
控制器可以根據程序控制椅子110的可移動部件的動作。例如，控制器可以讓椅子110的椅座在抬高就座在椅子上的人的方向上移動，以幫助他從坐姿站立起來。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅110有傳感器或其他測量裝置，所以不需要將傳感器放在人104身上。椅子可以生成椅子各部件和/或人體各部位的位置和/或取向數據。例如，人104整個身體和/或身體各部位在X軸、Y軸、Z軸上的位置。椅子可以生成其他測量數據比如人104的身體部位或者體重產生的壓力。數據從康復椅110傳送給控制器150，如箭頭194所示。數據還可從數據採集單元140傳送給控制器150，如箭頭192所示。
在本發明一個典型實施例中，控制器150處理從康復椅110和數據採集單元140輸入的數據。可選擇地，採用各種用戶輸入裝置170來與用戶互動。可選擇地，計算機輸出到輸出設備比如顯示器160、視頻單元162和音頻單元164。音頻單元可以用來提供可聽和/或語音指示和/或反饋。可選擇地，提供一個外部接線用來連接到遠程計算機。可選擇地，控制器與網絡例如LAN、WAN和/或網際網路通訊。
在本發明一個典型實施例中，控制器150執行下列任務中的至少一個任務運行各種程序；控制椅子110；控制椅子110各部件的動作；給椅子傳遞X軸、Y軸、Z軸位置和轉動信息。
在本發明一個典型實施例中，控制器根據預先準備的程序控制裝置110或其中的部件。可選擇地，控制器控制多個裝置和/或康復系統。在許多預先試驗之後，可以準備一個程序。該程序執行一種康複方法。操作者或人104可以通過菜單和用戶輸入裝置選擇一種康複方法。可選擇地，通過用戶輸入裝置170提供各種參數比如年齡和性別。
在本發明的一個典型實施例中，患者行為在整個康復程序中受到跟蹤。可選擇地，控制器150執行該跟蹤任務。當傳感器130收集與患者和椅子有關的數據時，這些結果被儲存在一個控制器150可讀取的資料庫中。然後利用控制器150揀選和處理儲存在資料庫中的數據。
應當注意到，裝置100的一些實施方式不包括計算機。一些實施方式不需要電源。在一個示例中，利用一個機械式計算機(例如引導椅臂運動的機械式凸輪隨動件)控制裝置參數。可選擇地，正如上面注意到的，椅子可手動操作。
疼痛在本發明一個典型實施例中，椅子設備可以檢測疼痛，例如，根據肌肉張力、呼吸和脈搏速率自動檢測，或手動檢測，比如通過用戶輸入(例如聲音或開關)。在本發明一些實施例中，進行練習動作中一個突然停止和/或改變也可解釋作疼痛的一種指示。
在本發明一個典型實施例中，椅子系統(或其他康復設備比如機器人臂)用來探測出現疼痛的動作和/或肌肉力量(muscular effort)的範圍以及疼痛級別。可選擇地，可以教導患者避免疼痛的動作。
在本發明一個典型實施例中，考慮到疼痛，可以選擇康復運動軌跡，例如設法展開一個無痛包絡線或在將疼痛總量限制在一個階段內。可選擇地，為了擴大無痛運動的可能範圍(以及力量的範圍)，訓練期間迫使患者在接近疼痛極限情況下活動。應當注意到，與平衡相關的許多行為都會使大面積的肌肉發生活動，並且因此很可能引起不希望的疼痛。通過給患者展示這些動作是什麼(例如在一個安全狀態)，患者可以學習避免使這些肌肉活動。可供選擇地，康復可以包括刺激某些肌肉達所要求的程度(例如這些肌肉不會萎縮)，並且使患者明白他將經歷的疼痛量是預先確定和必須的。
在本發明一個典型實施例中，如果患者以一種不必要方式移動身體部位並且可能引起疼痛或身體損傷(例如對於不結實的關節)的話，可用位置和其他傳感器提供反饋。可選擇地，提供安全警告的同時，還可以提供疼痛警告。可選擇地，康復系統防止引起除了被特別指示的以外的疼痛的動作，這樣在該系統中可以增加患者的自信心。
平衡訓練在本分明一個典型實施例中，患者是在一個椅子110，600或1300上進行康復訓練。為了提高患者的平衡能力，最初讓椅子配置成使得椅子所座落的球狀結構不進行轉動或樞軸轉動。當患者開始練習並執行康復計劃時(進行例如「配合」和「前伸」練習)，椅子設置為遞增地增加動作範圍。理想地，患者可以在康復椅上保持平衡無須制動器和椅子電機的幫助。為了確定椅子動作範圍是適當的，用上述和這裡提到的類型的傳感器對患者進行監控。
為了確定行為能力的一個基準值，可以使用這些傳感器測量健康受驗者的行為能力。或者，不考慮對健康受驗者的測試，來確定行為能力的目標值。當局部麻痺患者進行練習時，傳感器測量該患者的行為能力。在本發明一個典型實施例中，對身體各部分進行測量，然後將身體部位的測量結果相互比較，以便測量它們的相對使用程度。可選擇地，測量多個患者的四肢和/或身體各部位。將這些練習測量結果與目標行為能力數量進行比較就可以發現不足。然後根據這些不足可以調整康復程序。例如，如果患者試圖站立起來，每隻腳下的壓力傳感器就會測量患者施加的壓力。理想地，在站立位置，兩隻腳施加的壓力相同。然而，如果一隻腳被偏好，就可能指示出該患者需要進一步的康復練習。在本發明一個典型實施例中，進行包括手臂和手在內的練習或者進行大動作比如伸出練習時，可採用類似技巧。
在本發明的一些實施例中，使用「達到平衡」法，其中患者需要抓住或投擲一個小重物和/或球。這些活動要求變換平衡姿勢。在本發明一個典型實施例中，在該設備控制的一個裝置的作用下，球自動被拋向患者。當球接近患者時，希望患者伸出手並試圖抓住空中的球。這種類型的活動通常導致患者偏離中心，因此可以練習平衡。根據患者的治療需要，可以從特定方向將球投給患者。或者，為了恢復平衡能力，患者可以沿規定方向投球。可選擇地，可在坐在康復椅110時進行該練習。
在本發明一些實施例中，康復椅發起向不平衡位置的運動並要求患者為了建立平衡而進行修正。可選擇地，扶手和/或腳墊發起向不平衡位置運動，並要求患者進行修正以期建立平衡。如果修正已完成，可以由與康復系統協同使用的傳感器測量在修正速度以及修正動作方向方面的患者運動。可選擇地，平衡修正中的任何不足都可以進行特別練習。
在本發明一個典型實施例中，康復系統為患者自然動作提供補充動作，以便恢復一個平衡的狀態。上述補充動作可以通過以下步驟來實現檢測患者的位置和動作，將這些測量值與給定平衡條件比較，預測是否達到平衡條件，然後將適當的推動力提供給椅子，以便補償患者計算出的任何修正不足和過量修正。
在本發明的一些實施例中，提供虛擬實境(VR)型顯示器或電視顯示器，比如為了顯示反饋結果，和/或顯示指示和/或使活動更為有趣和/或轉移人的注意力以減輕疼痛。人可以在屏幕上對指令作出反應和/或反饋，這也可以加強其肌肉，改善平衡性，並改善某些動作。
在一些典型實施例中，與產生動作幻覺的視頻練習結合起來的椅子裝置可用來提高平衡能力並減少眩暈。
在本發明的一個典型實施例中，腳踏板與椅子一起使用來模仿騎自行車。用傳感器確定患者是否能夠踩踏板並保持平衡狀態。
在本發明的一個典型實施例中，平衡練習包括起來和坐下時靠在桌子上(例如用一個壓力感應墊)。施加不均衡的壓力可能表示一個可以康復的與平衡相關的問題。可選擇地，可將一個或多個可振動或其他激勵性的貼片/單元固定到身體各部位，並產生一個提示患者改變動作的刺激。可選擇地，康復系統的機器人臂比如通過移動或振動來提供該反饋(例如用一個供依靠的襯墊附件而不是把手)。
另一個典型練習是保持坐姿期間抬起一條腿。另一個典型練習是單足站立，比如採用如下所述的局部支撐椅。
抬腿和背部訓練圖11和圖12示出根據本發明一個典型實施例的以椅子為基礎的康復裝置1200。裝置1200包括座201，基部205；球狀結構203；腳支撐件1220和1222；膝部支撐件1240和1242。可選擇地，膝部支撐件是一件。裝置1200可以在患者坐著時執行背部肌肉的CPM。它可以用來改善背部的靈活性、減輕背痛、減小肌肉張力。一般，坐著時對背部進行治療比躺著時治療背部要舒服得多。躺下練習(這樣，在位置變化期間給背部增加更多的壓力)可以進一步引起背部不適和/或傷害。在本發明一個典型實施例中，通過升高和降低膝部支撐件1240和1242，可選擇的是腳支撐件1220和1222，或是二者結合起來或是單獨操作，可以在康復裝置上執行CPM。可選擇地，根據患者康復的需要，可以按照任何次數和/或在任意多療程重複升高和降低支撐件。
在本發明的一個典型實施例中，用各種傳感器測量CPM(或其他練習)是否被正確管理和/或測量對肌肉的效果(例如利用EMG測量)。
可選擇地，康復椅1200轉動以為患者提供練習。椅子1200能夠繞x、y、z軸在三維方向轉動。可以沿一個、兩個或者所有三個軸合併起來的方向進行轉動。在本發明的一個典型實施例中，椅子1200轉動時，膝部支撐件1240，1242和/或腳支撐件1220，1222也在運動。這種練習可以是溫和練習用來活動脊柱和練習後背和/或腹部肌肉和/或拓展其活動範圍。在本發明一個典型實施例中，這種動作用來治療疼痛，比如通過伸展和或刺激那些給身體提供支撐的肌肉。可選擇地，椅子包括加熱器或振動器以幫助消除疼痛。
在本發明的一個典型實施例中，CPM練習伴隨有手和臂部練習，可選擇地，這些練習與CPM同步。手和臂部的練習可以通過提供臂部支撐件比如圖13所示的元件1330和1332來進行。此外，引起脊椎彎曲的腿部運動可以是非被動的，比如得到幫助或者抵抗阻力而進行。
在本發明的一個典型實施例中，非CPM練習也用來幫助治療背部問題。例如，這裡描述的「向前伸出」練習不但能康復平衡能力，而且還用來增強背部力量。可選擇地，非CPM練習伴隨有手和臂部練習。可提供臂部支撐件比如圖13所示元件1330和1332來進行手和臂部練習。
在本發明的一個典型實施例中，椅子1200或其他椅子是用來教給患者正確的動作，例如避免使肌肉過度緊張。在一個示例中，要求用戶有一個伸出動作，並且用戶在做該動作期間被告知(例如利用音頻或語音信號)該動作是否正確和/或哪裡不正確。可選擇地，激勵單元明確提示患者哪個動作是不正確的。在另一個示例中，各種類型的日常動作，比如轉動身體、舉起物品、伸手和/或使力，都通過示範教給患者。可選擇地，該系統接收來自患者的反饋，該反饋告知其中一個動作是否引起了疼痛。這種情況下，系統和/或治療專家重新配置該「正確」動作。正確動作還可能包括在某個次序中刺激肌肉的訓練，和/或制止給肌肉、關節或身體其他部位施加過度應變(strain)。所有這些都是可以選擇性教導的，比如通過給患者做示範來教導。
站起和坐下一般利用椅子進行的動作是坐下和站起。由於年齡的原因和/或當遭受感知和/或身體傷害時，這些動作變得很困難。在本發明一個典型實施例中，康復椅系統可以引導患者沿著正確的線路坐下和起立。還有當患者靠在各種物體(比如桌子或扶手)上時，這種引導包括位置、速度和力量的反饋。可供選擇或附加地，椅子可以提供移動部件，比如椅臂、底座和靠背，都可以幫助患者沿軌跡移動。可選擇地，一個疼痛轉移裝置用來讓患者訴說疼痛。可以提供各種坐下和站立練習，例如通過移動扶手、改變椅子協助的程度和/或在患者能夠和/或可以跟隨的軌跡上設置約束。
現在轉到圖9A，所示患者904以完全坐姿處於康復椅900內。在本發明一個典型實施例中，患者的手抓住用來支撐的椅臂頂端940和/或942。患者的腳平放在地板上。患者需要從完全坐姿起立到站立位置。圖9B表示了椅子900如何使座位905的後部傾斜以帶動患者904慢慢起身到站立位置。可選擇地，座位905在z軸方向升起並組合有座位905後部傾斜動作。圖9C表示出由座位905幫助順利起身到站立位置的患者，其雙腳平放地站在地板上。可選擇地，患者依靠在椅臂936/938以獲得支撐。可選擇地，實際上，椅臂使患者移動。可供選擇地，椅臂測量力量大小。可選擇地，椅臂設有扶手(未示出)。可選擇地，椅子900沒有椅臂。可選擇地，椅子900有一個鉸接的靠背，為了幫助患者離開座位905，靠背可以給患者904施加壓力。在本發明的一些實施例中，用鉸接的靠背修正座位與患者背部的位置關係。
在本發明的一個典型實施例中，在患者移動到站立位置時，用傳感器監控患者和椅子的狀態。當患者在不同點施加力時，例如向地板和/或腳凳、椅臂、椅臂頂端施力，測量該力。對傳感器測量結果的分析可以用來檢測患者平衡能力和力量方面的不足並且可以量化患者的「站立質量」。然後針對這些不足進行具體的康復練習，可選擇地，利用這裡描述的裝置和方法以提高質量。在本發明一個典型實施例中，椅子900設有可轉動以幫助患者練習的座位905。在本發明一個典型實施例中，患者在轉動的椅子中進行站立和/或坐下練習。可選擇地，測量患者站立和坐下期間施加的力以便識別能力上的不足。
支撐椅圖14A-14C表示了本發明一個典型實施例中的支撐椅1400。圖14A中的椅子處於低位。圖14B示出的椅子1400處於比圖14A中高的高位。在本發明一個典型實施例中，椅子1400根據患者個體需要而上下移動。可選擇地，軀幹支撐件1404(例如帶子)可以包括在支撐椅上。圖14C示出椅座處在直立位置附近的支撐椅1400，在本發明的某些實施例中，患者在該位置可以受到幫助從座位站起。可選擇地，椅子的背部可以向後彎曲，以支撐患者處於半俯臥或躺下的位置。
在本發明的一個典型實施例中，在患者在半坐位置進行平衡動作練習時來為患者提供部分支撐。典型練習包括站立時踢球(或靠在椅子上就好象它是一面牆)和單足站立。
日常動作的訓練在本發明一個典型實施例中，康復椅系統用來幫助患者康復實現日常活動，比如在桌邊吃飯、閱讀書籍、刷牙和洗碗。在所有這些活動中，患者施加離開重心的力，該力潛在地引起一個平衡問題或者一個在精確施力方面的問題。
使用時，用帶子將患者的一隻手束縛到椅子系統110的一個可移動頂部，例如240，患者企圖或被引導執行一個日常動作，比如揀起叉子。可選擇地，患者平衡方面的動作結果被指示給患者，比如通過讓椅子緩慢地失去平衡。可選擇地，一個軀幹支撐件是選擇性地可電釋放的，並且其被緩慢地釋放，以顯示給患者失去平衡而不施加正確的修正動作的軀幹位置上的效果。
可選擇地，提供一個帶有適合傳感器(例如接觸和/或壓力式)的加入式桌子部件。可選擇地，提供一個白色書寫板用來書寫。
在本發明的一個典型實施例中，裝置110用於完成下列任務中的一個或多個訓練患者執行與日常生活相關的動作，測試患者進行這種活動的當前能力和/或監控患者的能力。
附加裝置如上所述，裝置100的一些實施方式包括各種附加裝置120。附加裝置可以包括醫療外圍設備180比如ECG；照相機；毯子，可選擇地設置有壓力傳感器；把手，可選擇地報告疼痛；在各種操作進行幫助的裝置，比如幫助人站立；工作區比如平桌；豎直接近的目標物；不同類型的手柄和把手，這些手柄和把手可以供患者104抓住並且可選擇地在椅臂頂端240和242與康復椅連接。在本發明的一些典型實施例中，利用限制器固定住患者身體被選出的部分。例如，可以用限制器將患者手臂固定到扶手250上，此時患者可以試圖彎曲該臂的腕部(因此使手從水平位置到豎直位置升高和降低)。可選擇地，提供一個固定的或鉸接的頭靠。可選擇地，頭靠包括防止和/或鼓勵頭部轉動的裝置。
安全性可選擇地，椅子110包括安全裝置；比如制動器，保險絲；應急按扭或開關。在本發明的一個典型實施例中，提供一個或多個安全裝置以防止患者受到傷害。例如，可以使用以下安全機構中的一個或多個a)繃繩錨。如果患者釋放該開關(或觸摸一個適當的按扭)，裝置100就會停止動作和/或所有的力和阻力都變為零。可替換地，可以定義出其他的「安全停止位(safe harbor)」情況。
b)話控開關。可以提供用聲音啟動和/或停止的裝置，讓患者向裝置喊話停止動作。
c)分析技術。可選擇地，分析患者施加的實際動作和/或力，以確定是否達到一個極限值，或者患者是否在經歷一個不適當的壓力。
d)機械式保險絲。如果施加給椅子某部件上的力超過某個極限值，則該保險絲融化或爆開。
附加程序在本發明的一個典型實施例中，控制器150產生一個可指示力、位置速度和/或加速度的信號。可選擇地，可以繼續分析這些信號。在一個示例中，為身體的一個生物力學模型提供一個信號，該信號可以指示患者哪裡不足。在另一個示例中，分析包括使用FFT或其他手段以抽取該不平衡的頻率特性。在一些情況中，該頻率特性可以指示出一個問題的根源，該問題的身體位置，一個問題的認知根源和/或克服該問題的建議性練習。例如，可能引起不平衡的一些類型的抖動可能是由過量訓練某些肌肉而引起的。即使不能作出清楚的判斷，該信息對於更進一步的探索特定身體部位或能力都是非常有用的。
可選擇地，將展現出力和/或平衡問題的患者模型提供給用戶和/或治療師。
變型在本發明的一個典型實施例中，康復椅系統100由標準部件組成。例如，可選擇地，球狀結構220和224是可互換的。可選擇地，在不帶椅子扶手250和252的情況下也可使用康復椅。
在本發明的一個典型實施例中，在一個平板(例如搖擺板)、而不是康復椅上進行康復活動，除了康復椅之外在平板(例如搖擺板)上進行康復活動。
在本發明的一個典型實施例中，康復椅110的轉動能力用來使患者104眩暈和/或測試對眩暈的敏感性。在本發明的一個典型實施例中，椅子座位沿小弧度運動或在一個圓圈內移動。整個過程中可以增加速度。當患者試圖在眩暈狀態下恢復平衡時，患者的動作由傳感器測量，然後分析以檢測出患者平衡恢復能力方面的不足。將該不足作為所要求的康復的目標，以便恢復患者名義平衡恢復能力。可供選擇和附加地，椅子包括變換動作的裝置，該裝置也可用來引起眩暈或進行其他練習。可選擇地，利用一個顯示器顯示與椅子動作匹配或不匹配的圖象，以訓練和/或測試眩暈的敏感性。
在本發明的一個典型實施例中，該平板配置在現有椅子下方，可能的話提供一個腳踏，這樣康復和/或平衡康復可以在一個標準椅上進行。還可以提供一組有線或無線傳感器。應當注意到，這裡描述的一些練習還可以在站立時進行，可選擇地，在多個已知的移動平板中的一個上進行，同時可供選擇地提供一個或多個機器人臂用以支撐、肌肉運動知覺(kinesthetic)反饋和/或指導。類似地，以一種可以栓裝到現有標準椅子上的形式(例如利用一個帶子)提供一個機器人臂模塊或抬腿模塊。
平衡和坐下訓練以及疼痛訓練不局限於上述所示具體示例中。尤其是，平衡被用來補充比如美國專利申請No.60/566079描述的微型電機控制康複方法，該文獻公開的內容在這裡通過參考被併入。對於微型電機控制，在實施微型電機控制時，應當由患者保持平衡。在坐下期間可以完成微型電機控制任務。
平衡康復還可以與神經康復結合。例如，美國專利申請No.60/604615描述的利用神經感應來確定引發一個動作的時刻，該文獻公開的內容在這裡通過參考被併入。可以使用EEG信號作為與平衡相關的動作的反饋。
平衡訓練可以與EMG一起使用。例如，美國專利申請No.60/566078描述的，該文獻公開的內容在這裡通過參考被併入。除了EMG之外還可以用平衡感應或者用平衡感應來確定發送EMG的時刻。
平衡訓練可以與步態訓練一起使用，例如美國專利申請No.60/633428描述的，該文獻公開的內容在這裡通過參考被併入。在一個示例中，坐姿平衡訓練可在步態訓練之前進行或者作為步態訓練的一個附加訓練。
音樂可以用於平衡訓練中，例如美國專利申請No.60/633429描述的，該文獻公開的內容在這裡通過參考被併入。在一個示例中，音樂用來指示身體兩側之間的平衡。一個聲音很大的頻道用來指示身體一個部位施加了過大的力量。無聲用來指示平衡狀態，而搖擺將產生一個循環管(cyclicaltube)，以及失去平衡時，報警的振幅可以增大。
這裡通過對具體實施例的詳細說明已經對本發明進行了描述，這些實施例僅是示例方式並且不限制本發明的範圍。所述實施例包括不同特徵，並不是所有特徵都要求體現在所有實施例中。本發明的一些實施例僅利用了其中的一部分特徵或者包括這些特徵的組合。本領域技術人員可以對本發明實施例以及包含實施例中提到特徵的不同組合的實施例進行各種變形。本發明的範圍僅受權利要求書的限制。
權利要求
1.一種康復椅系統，包括供人就坐的座位；相對所述座位移動的至少一個伸長器；至少一個傳感器，產生表示該人的平衡狀態指示；和控制器，配置成使所述伸長器移動的同時用所述至少一個傳感器測量所述平衡狀態。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述伸長器機械地連接到所述座位上。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器響應所述平衡狀態使所述伸長器移動。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器使所述伸長器移動並測量平衡狀態下的響應的變化。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述座位適於轉出該座位的平面。
6.根據權利要求1所述的系統，其中所述座位包括一個靠背。
7.根據權利要求6所述的系統，其中所述靠背是鉸接的。
8.根據權利要求6所述的系統，其中所述靠背圍繞其一個豎直軸轉動。
9.根據權利要求1所述的系統，其中所述座位適於抵抗其的所述轉動。
10.根據權利要求1所述的系統，其中所述座位適於在動力驅動下升高至少10cm。
11.根據權利要求1所述的系統，包括至少一個腿部移動器，適於將人的至少一條腿從該腿所放置的地板抬起。
12.根據權利要求11所述的系統，包括至少一個第二腿部移動器，適於將至少第二條腿從所述地板抬起。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述各腿部移動器適於被鎖定在一起。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述各腿部移動器可分立活動。
15.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個平衡傳感器包括供人的腳使用的至少一個壓墊。
16.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器包括供所述椅子的扶手使用的至少一個壓力傳感器。
17.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器包括至少一個定位在座位上供臀部使用的壓力傳感器。
18.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器包括至少一個定位在所述椅子附近桌子上的壓力傳感器。
19.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器包括至少兩個壓力傳感器，它們相對於坐在椅子上的人對稱定位。
20.根據權利要求1所述的系統，其中所述至少一個傳感器包括至少四個在空間上相互分離的壓力傳感器。
21.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器根據儲存在控制器內的一個康復計劃驅動所述伸長器。
22.根據權利要求1所述的系統，其中所述控制器根據儲存在控制器內的一個康復計劃驅動所述座位。
23.一種康復裝置，包括關節，針對旋轉角(Phi)和仰角(Theta)有一個共同的轉動中心；安裝在所述關節上的座位；和控制器，適於執行以下至少一個操作根據一個康復計劃驅動所述座位和測量所述座位的轉動。
24.一種康復裝置，包括適合供人就坐的椅子；適於使坐在椅子上的人的至少一條腿抬高的腿部升高機構；和控制器，適於控制該升高機構以重複升高該人的所述至少一條腿，以便操縱該人的脊柱。
25.一種人體康複方法，包括使人坐在與機器人協助裝置連接在一起的椅子上；和在所述裝置的機器人協助下，對所述人執行至少一個康復練習，所述練習設計成使平衡能力康復，所述機器人協助包括下列中的至少一個由所述機器人協助提供引起運動的力和由所述機器人協助提供對運動的阻礙。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述練習包括伸出一隻或兩隻手。
27.根據權利要求25所述的方法，其中所述練習包括舉起和放置一個目標物。
28.根據權利要求25所述的方法，其中所述練習包括使手離開身體伸出。
29.根據權利要求25所述的方法，其中所述練習包括在練習的複雜性增加時進行的帶有反饋的交互練習。
30.根據權利要求25所述的方法，其中所述執行步驟包括對身體的多個部位監控。
31.根據權利要求25所述的方法，包括在進行練習時，監控身體兩側之間的平衡情況。
32.根據權利要求25所述的方法，包括監控該人的器官的位置，並分析這些位置以確定該器官對人的平衡的輔助。
33.根據權利要求32所述的方法，其中該器官包括手臂。
34.根據權利要求32所述的方法，其中該器官包括軀幹。
35.根據權利要求32所述的方法，其中該器官包括腿。
36.根據權利要求32所述的方法，其中對該器官位置的監控包括監控該器官的運動。
37.根據權利要求32所述的方法，其中對該器官位置的監控包括監控該器官對其它身體部位動作的阻礙。
38.根據權利要求25所述的方法，其中所述機器人協助包括使身體的一個部位移動。
39.根據權利要求25所述的方法，其中所述機器人協助包括阻礙身體的一個部位移動。
40.根據權利要求25所述的方法，其中所述機器人協助包括防止失去平衡。
41.根據權利要求25所述的方法，其中所述機器人協助包括促使失去平衡。
42.根據權利要求25所述的方法，其中所述練習包括站立。
43.根據權利要求42所述的方法，其中所述機器人協助舉起該人。
44.根據權利要求25所述的方法，其中所述練習包括軀幹訓練。
45.一種使平衡能力康復的方法，包括由一個人執行需要平衡的任務；和通過在多個空間上分離的載荷區測量力量來監控所述任務的執行情況，其中所述人向所述多個空間上分離的載荷區施加力，所述多個空間上分離的載荷區包括除了腳之外的至少一個載荷區。
全文摘要
一種康復椅系統(100)，有一個適於人就坐的座位(105)；至少一個相對所述座位移動的伸長器(230)；至少一個傳感器(130)，產生表示該人平衡狀態的指示；和一個控制器(150)，配製成在利用所述至少一個傳感器測量所述平衡狀態時使所述伸長器移動。
文檔編號A63B26/00GK1972732SQ200580010391
公開日2007年5月30日 申請日期2005年2月4日 優先權日2004年2月5日
發明者奧默·艾納夫 申請人:莫託裡卡股份有限公司