增强外骨骼穿戴者的康复或训练的方法技术

通过若干特征改进外骨骼(100)的穿戴者(130)对所述外骨骼(100)的使用。在第一特征中，所述外骨骼(100)进入步态疗法准备模式以使所述穿戴者(130)为随后步态疗法做准备。在第二特征中，所述外骨骼(100)进入平衡训练模式以帮助所述穿戴者(130)学习在穿戴着所述外骨骼(100)时保持平衡。在第三特征中，所述外骨骼(100)在压力中心控制模式中提示所述穿戴者(130)转移重心及/或自动转移所述穿戴者的重心。在第四特征中，在轨迹循环模式中，将可变性元素引入到由所述外骨骼(100)执行的轨迹循环中。总之，所揭示的所述各种操作模式可个别地使用或以各种组合使用以增强穿戴者(130)的康复或训练。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增强外骨骼穿戴者的康复或训练的方法相关申请案的交叉参考本申请案主张2014年11月11日申请且题为“用于改进行走式外骨骼的康复应用的方法及装置(MethodsandDevicesforImprovingtheRehabilitativeApplicationsofanAmbulatoryExoskeleton)”的序列号为62/078,114的美国临时专利申请案的权益。本申请案以全文引用方式并入。
本专利技术涉及协助具有受损肌肉机能或控制的患者的肌肉机能的康复及恢复的装置及方法。更特定来说，本专利技术涉及适于肢体具有受损神经肌肉/肌肉机能的患者的治疗用途的装置及方法。此类装置包括针对包含(但不限于)步行的活动加强改进的肢体机能的机动化支架系统及相关控制系统。本专利技术还涉及出于训练目的利用外骨骼。
技术介绍
数百万人患有行走能力的部分或全部丧失，从而导致受影响的个人的行动受到极大损害。此残疾状态可源于外伤性损伤、中风或导致影响肌肉控制的失调的其它医学病况。无论起因如何，行走机能障碍的发病及持续可对患病个体造成额外不利的生理及/或心理后果。为了改进具有行走机能障碍的患者的健康及生活质量，开发能改进或恢复行走机能的装置及方法对医学及治疗界非常有用。除了行走机能障碍，还存在会干扰肢体的肌肉控制，从而引起受影响个体的机能丧失及其它不利状况的一系列医学病况。用于改进或恢复这些额外机能的装置及方法的开发也引起医学及治疗界的极大兴趣。在医学领域，正在开发人类外骨骼装置以恢复及康复肌肉控制失调的人的正常肌肉机能。这些外骨骼装置是可施加力到穿戴者的肢体的电动支架系统。在康复环境中，外骨骼由物理治疗师控制，所述物理治疗师使用多个可能输入构件中的一者以命令外骨骼控制系统。外骨骼控制系统又致动电动支架的位置，从而引起力施加到外骨骼穿戴者的身体且通常引起外骨骼穿戴者身体移动。外骨骼控制系统规定并控制外骨骼关节中的轨迹。可将这些轨迹规定为基于位置的、基于力的或两个方法论的组合，例如，阻抗控制器中所见到的。基于位置的控制系统可直接通过修改规定的位置而修改外骨骼轨迹。基于力的控制系统可通过修改规定的力轮廓修改外骨骼轨迹。复杂的外骨骼移动，例如步行，由外骨骼控制系统通过使用一系列外骨骼轨迹来命令，其中越来越复杂的外骨骼移动需要一系列越来越复杂的外骨骼轨迹。这些轨迹系列可为循环的，例如，外骨骼使用每一条腿迈一系列步，或其可为离散的，例如，外骨骼从就坐位置上升到站立位置。取决于患者的特定生理或康复阶段，物理治疗师在步态训练或其它类型的康复中使用外骨骼之前以某些方式与患者进行交互通常是有益的。在一些情况下，患者可从肢体伸展，摇动或其它操纵中获益，以便使患者准备好做外骨骼治疗，且借此增加外骨骼治疗的康复效益。肢体伸展或其他放松可能对于无法控制某些肌肉的患者尤其重要。在一些情况下，物理治疗师将在外骨骼治疗之前与患者一起改进其平衡。改进在患者单腿站立或双腿站立时的患者平衡对患者行走过程中的后续平衡具有明显的益处。利用外骨骼扩充或替代物理治疗师在这些步态前训练(或“步态前”)机能中的作用的方法尚未得到满足。另外，长时间站立可能对人体，特别是脚部及腿部具有不利影响。作为改善这些影响的部分的一种手段，例如人长时间站立时脚部血液循环减少，会有意识或潜意识地将重心从一只脚转移到另一只脚。在一些情况下，使用外骨骼装置的残疾患者可能无法感觉到或意识到腿部及脚部中的某些问题，且因此该患者将不太可能在脚之间转移重心，如果病人保持在外骨骼中长时间站立在一个固定的位置，那么此是不合意的。对于允许外骨骼自动或手动地转移穿戴外骨骼装置的患者的重心以便防止对患者造成伤害或使患者感到不舒服从而有助于康复过程的装置及方法存在未满足的需要。此外，在步态训练疗程或在某些其它类型的物理治疗中，与多种运动相比，精确重复运动对患者的治疗效益较低。机器人辅助的物理治疗，包含外骨骼治疗，由于机器人的性质，本质上是倾向于执行重复运动的精确循环，且尚无法在外骨骼执行的运动中引入一定程度的可变性或随机性以增加这些装置的治疗效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供装置及方法，所述装置及方法允许物理治疗师或其它外骨骼操作者出于使患者的身体为外骨骼做好准备治疗的目的而使用外骨骼，特别是通过致使所述外骨骼在物理上操纵患者的肌肉、关节及其它部位及/或使患者的肌肉、关节及其它部位放松，以此方式使患者做好准备接受外骨骼治疗，借此改进外骨骼治疗对那个患者的治疗效益。本专利技术的额外目的是患者的此物理准备允许外骨骼控制系统能更好地预测步行及涉及患者与外骨骼两者的其它运动期间的轨迹。本专利技术的又一目的是提供装置及方法，所述装置及方法允许物理治疗师或其它外骨骼操作者出于使患者为外骨骼治疗而接受训练的目的使用外骨骼，特别是通过改进患者在耦合到外骨骼时使其自身平衡的能力，借此改进外骨骼治疗对那个患者的治疗效益。对于脚上感觉不到压力的患者，如某些类型的损伤的情况，此平衡信息应由其它构件呈现，且本专利技术的额外目的是训练此患者在行走式治疗之前从外骨骼接收压力中心信息。本专利技术的另一目的是提供装置及方法，所述装置及方法允许由患者穿戴上外骨骼以在设置时间间隔处或响应于某些类型的测量得到的数据将患者的相对重心分布从一条腿改变到另一条腿，以防止对患者造成损伤或使患者感到不舒服。本专利技术的另一目的是提供装置及方法，所述装置及方法允许更改用于循环移动(例如步行)中的外骨骼轨迹，使得患者及外骨骼的移动具有对患者具有改进的治疗效益的不规则方面。本专利技术的额外目的是上述装置及方法满足关于此类外骨骼使用在康复环境中的安全性的政府监管(例如，FDA)要求。为了实现这些目的，开发了如下概念，其中物理治疗师或其它外骨骼操作者能够出于使患者的四肢或其它身体部位在物理上准备好做步态训练或其它外骨骼治疗疗程的目的，与外骨骼致动器及传感器一起使用外骨骼控制系统。来自物理治疗师的命令由外骨骼控制系统解译，且外骨骼控制系统啮合外骨骼的致动器以移动外骨骼的结构。因为外骨骼的结构耦合到患者的四肢，所以外骨骼的结构施加力到患者的四肢及/或移动患者的四肢。外骨骼传感器及外骨骼控制系统测量关于外骨骼及患者的状态的信息，且外骨骼控制系统将关于外骨骼及患者的状态的反馈提供给物理治疗师。进一步开发如下概念，其中物理治疗师或其他外骨骼操作者能够出于用平衡训练或相关技能提高的预步态疗程使患者准备好做步态训练外骨骼治疗疗程的目的，与外骨骼致动器及传感器一起使用外骨骼控制系统。来自物理治疗师的命令由外骨骼控制系统解译，且外骨骼控制系统啮合外骨骼的致动器以移动外骨骼的结构。因为外骨骼的结构耦合到患者的四肢，所以外骨骼的结构施加力到患者的四肢及/或移动患者的四肢。外骨骼传感器及外骨骼控制系统测量关于外骨骼及患者的状态的信息，且外骨骼控制系统将关于外骨骼及患者的状态的反馈提供给物理治疗师。将关于压力中心的信息提供给患者，使得患者可感受到其何时能站稳。进一步开发如下概念，其中外骨骼控制系统能够使用传感器或其它数据收集构件以便检测外骨骼穿戴者已在比所期望的更长时间周期内维持不利的重心分布。接着，外骨骼控制系统提示外骨骼穿戴者重新分布其重心或以此方式啮合外骨骼致动器以实现重心重新分布，其中外骨骼的致动器移动外骨骼的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在步态治疗准备模式中使用包含控制系统、耦合到穿戴者的腿部的腿部支撑件、髋部致动器及膝致动器的外骨骼的方法，所述方法包括：致使所述外骨骼进入所述步态治疗准备模式；使用所述外骨骼移动所述穿戴者的所述腿部；致使所述外骨骼退出所述步态治疗准备模式；及使用所述外骨骼执行步态治疗。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.11 US 62/078,1141.一种在步态治疗准备模式中使用包含控制系统、耦合到穿戴者的腿部的腿部支撑件、髋部致动器及膝致动器的外骨骼的方法，所述方法包括：致使所述外骨骼进入所述步态治疗准备模式；使用所述外骨骼移动所述穿戴者的所述腿部；致使所述外骨骼退出所述步态治疗准备模式；及使用所述外骨骼执行步态治疗。2.根据权利要求1所述的方法，其中移动所述穿戴者的所述腿部包含：使用所述外骨骼执行所述穿戴者的所述腿部的低速移动。3.根据权利要求1所述的方法，其中移动所述穿戴者的所述腿部包含：使用所述外骨骼摇动、振动或伸展所述穿戴者的所述腿部。4.一种在平衡训练模式中使用包含控制系统、耦合到穿戴者的腿部的腿部支撑件、髋部致动器及膝致动器的外骨骼的方法，所述方法包括：致使所述外骨骼进入所述平衡训练模式；收集关于在所述穿戴者执行移动时所述外骨骼及穿戴者的平衡状态的数据；及基于收集到的关于所述外骨骼及穿戴者的所述平衡状态的所述数据，将反馈提供给所述穿戴者。5.根据权利要求4所述的方法，其中收集数据包含：收集关于在所述穿戴者执行以下移动中的一或多者时所述外骨骼及穿戴者的所述平衡状态的数据：单腿站立；原地踏步；将重心从一条腿转移到另一条腿；在腿部与拐杖之间转移重心；侧跨；或后退。6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：计算使所述外骨骼及穿戴者稳定所需的辅助量；及提供使所述外骨骼及穿戴者稳定所需的所述辅助量，其中将反馈提供给所述穿戴者包含：提供关于使所述外骨骼及穿戴者稳定所需的所述辅助量的信息。7.一种在压力中心控制模式中使用包含控制系统、耦合到穿戴者的腿部的腿部支撑件、髋部致动器及膝致动器的外骨骼的方法，所述方法包括：致使所述外骨骼进入所述压力中心控制模式；计算所述外骨骼及穿戴者的压力中心；及确定是否推荐重心转移。8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：如果确定推荐重心转移，那么提示所述穿戴者执行所述重心转移。9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括：确定所述穿戴者尚未执行所述重心转移；计算执行所述重心转移所需的至少一个轨迹；及通过使所述外骨骼通过所述至少一个轨迹移动，自动执行所述重心转移。10.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括：如果确定推荐重心转移，那么计算执行所述重心转移所需的至少一个轨迹；及通过使所述外骨骼通过所述至少一个轨迹移动，自动执行所述重心转移。11.一种在轨迹循环模式中使用包含控制系统、耦合到穿戴者的腿部的腿部支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚当·佐斯，达雷尔·缪齐克，纳森·哈汀，
申请(专利权)人：埃克苏仿生公司，
类型：发明
国别省市：美国,US