用于步態(tài)訓(xùn)練的構(gòu)造及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于訓(xùn)練步態(tài)的構(gòu)造及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在DE 36 42 088 C2及DE 25 29 475 C3中所公開的用于檢測(cè)壓力分布及力分布的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備可用作生物力學(xué)步態(tài)分析平臺(tái)，以用于檢查及分析脊椎動(dòng)物尤其是人的步態(tài)。然而，存在如下缺陷:只能記錄腳的僅單個(gè)腳步及單個(gè)屈曲動(dòng)作。然而，為獲得自然的步態(tài)行為，需要在較長(zhǎng)時(shí)間周期中記錄步態(tài)。
[0003]同樣，用于步態(tài)分析的設(shè)備及方法已眾所周知，其提供進(jìn)行此種登記及分析的可能性并利用跑步機(jī)。此處請(qǐng)參照例如DE 40 27 317 Cl或美國(guó)專利N0.6，010，465 A。
[0004]在R.Kram 及 A.J.Powell 的“安裝跑步機(jī)的力平臺(tái)(A treadmill-mounted forceplatform)”(應(yīng)用生理學(xué)(Appl.Phys1l.) 67 (4):1692-1698(1989))中，闡述了如先前所公開的一種設(shè)備，其中在測(cè)量平臺(tái)或測(cè)量表面上牽引跑步機(jī)帶，從而能夠連續(xù)檢測(cè)由患者的腳施加的力。
[0005]還已知在跑步機(jī)系統(tǒng)中使用顯示裝置，例如顯示屏。
[0006]自EP I 145 1682 A2已知一種基于跑步機(jī)技術(shù)的康復(fù)設(shè)備及方法，其中使跑步機(jī)的功能適應(yīng)于要進(jìn)行恢復(fù)的患者的行走或跑動(dòng)能力的當(dāng)前狀態(tài)。具體而言，使跑步機(jī)的速度適應(yīng)于用戶的個(gè)人腳步周期(step cycle)，同時(shí)設(shè)備將給予用戶反饋。在具體實(shí)施例中，提供對(duì)在一步中所施加的壓力的檢測(cè)及其分析作為整個(gè)程序的一部分。該公開案還描述了將顯示屏與鍵盤結(jié)合使用以顯示跑步機(jī)帶上產(chǎn)生的腳印并根據(jù)這種顯示來(lái)調(diào)整跑步機(jī)帶參數(shù)。
[0007]美國(guó)專利N0.6，231，527 BI也公開了在用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)及康復(fù)學(xué)的跑步機(jī)設(shè)備中使用顯示屏，其中可顯示不同照相機(jī)的圖像，從而記錄運(yùn)動(dòng)員/患者在跑步機(jī)上的運(yùn)動(dòng)。
[0008]此外，本申請(qǐng)人的EP 2 352 462及WO 2010/057552描述了一種在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)及康復(fù)學(xué)中使用的基于圖像顯示技術(shù)的跑步機(jī)系統(tǒng)，其另外能夠與所顯示的圖像同步地記錄并分析在跑步機(jī)上行走的人所產(chǎn)生的壓力分布圖案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種進(jìn)一步改進(jìn)的所述最后一種類型的設(shè)備，所述設(shè)備尤其適用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)及康復(fù)目的。一個(gè)目標(biāo)是進(jìn)一步開發(fā)系統(tǒng)以獲得可靈活使用的訓(xùn)練/治療設(shè)備、同時(shí)提高用戶接受度及理療效果。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的裝置形態(tài)，此目標(biāo)是利用具有如權(quán)利要求1所述的特征的構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)，且在本發(fā)明的方法形態(tài)中，此目標(biāo)是利用具有如權(quán)利要求12所述的特征的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)本發(fā)明概念的有用改進(jìn)均定義在隨附權(quán)利要求書中。
[0011]本發(fā)明包括如下理念:不僅僅對(duì)鍛煉的患者嚴(yán)格規(guī)定腳步序列作為他的訓(xùn)練程序，而且將他的訓(xùn)練狀態(tài)及他當(dāng)前的努力考慮在內(nèi)。此外，本發(fā)明包括如下理念:為達(dá)此目的，在向患者提供訓(xùn)練程序時(shí)，應(yīng)檢測(cè)并考慮所述患者的腳步，更確切而目，檢測(cè)并考慮患者在行走表面上實(shí)際放(踢)腳的位置(點(diǎn))(下文稱為所感測(cè)踢腳位置)。這會(huì)得到另一理念:根據(jù)所檢測(cè)到的實(shí)際腳步(所感測(cè)踢腳位置)而使所規(guī)定腳步的圖像顯示，或更確切而言，患者的腳的所規(guī)定踢腳位置(下文稱為所指示踢腳位置)同步。
[0012]因此，在裝置形態(tài)中，提出一種構(gòu)造，所述構(gòu)造除包括預(yù)定的行走表面(其可獨(dú)立于測(cè)量構(gòu)造而存在)之外還包括:踢腳位置感測(cè)構(gòu)件，用于確定患者在所述行走表面上踢他的腳的實(shí)際踢腳位置，所述踢腳位置感測(cè)構(gòu)件與所述行走表面相關(guān)聯(lián)；訓(xùn)練程序存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)步態(tài)訓(xùn)練程序，所述步態(tài)訓(xùn)練程序包括用于為所述患者的腳預(yù)先確定一序列所指示踢腳位置的數(shù)據(jù)；顯示設(shè)備，用于顯示圖像，所述圖像示出所指示踢腳位置；以及顯示同步設(shè)備，在其輸入側(cè)連接至所述訓(xùn)練程序存儲(chǔ)器及所述踢腳位置感測(cè)構(gòu)件。
[0013]所提出的解決方案具有以下主要優(yōu)點(diǎn):現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造的缺點(diǎn)在于，最初必須使患者(通常為嚴(yán)重殘疾患者)“同步”以進(jìn)行測(cè)量，即，必須注意他的腳要符合所投影的圖像。因患者自任意位置開始，故這是非常困難的。當(dāng)患者使所投影的圖像與他的腳相符時(shí)，一旦患者出現(xiàn)錯(cuò)誤(即，未恰當(dāng)?shù)胤纤?guī)定位置)，則患者必須不斷糾正每一相應(yīng)后續(xù)腳步。然而，這種糾正腳步并不是應(yīng)訓(xùn)練的腳步，而是較短或較長(zhǎng)的腳步或者可能包括增大或減小的步寬(腳的橫向距離)或腳的旋轉(zhuǎn)。如果圖像本身并非投影至跑步機(jī)帶上而是投影至屏幕上，則這甚至?xí)永щy。
[0014]在本發(fā)明中，在將腳放到所述表面上時(shí)的錯(cuò)誤不再重要，因?yàn)橄到y(tǒng)總是自動(dòng)輸出所要學(xué)習(xí)的預(yù)定腳步。本文中，步幅(步長(zhǎng))是重要參數(shù)；除此之外，所提出的解決方案還可根據(jù)特定患者的實(shí)際狀態(tài)而修改步態(tài)訓(xùn)練程序的時(shí)間方面。
[0015]用于確定當(dāng)前位置的測(cè)量構(gòu)件可優(yōu)選地利用矩陣型壓力分布傳感器板或壓力開關(guān)板的現(xiàn)有構(gòu)造來(lái)實(shí)施。然而，作為另外一種選擇，可使用基于反射型或透射型擋光板陣列的測(cè)量系統(tǒng)、2D或3D照相機(jī)等。優(yōu)選地，所述構(gòu)造是在跑步機(jī)上運(yùn)作。如果圖像直接投影至測(cè)量表面，則所述構(gòu)造甚至可在固定的行走表面上使用，所述行走表面可視需要設(shè)置有可互換表面及/或特定障礙物。
[0016]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，以時(shí)間解析的方式依序檢測(cè)一序列所感測(cè)踢腳位置，并且適應(yīng)于所述一序列所感測(cè)踢腳位置而使圖像顯示同步以用于顯示所指示踢腳位置。因此，在裝置形態(tài)中，所述踢腳位置感測(cè)構(gòu)件包括存儲(chǔ)器單元，所述存儲(chǔ)器單元用于以時(shí)間解析的方式存儲(chǔ)一序列依序感測(cè)的實(shí)際踢腳位置，且所述顯示同步設(shè)備適用于加載所述序列并用于根據(jù)所感測(cè)序列而改變欲顯示的所指示踢腳位置。作為另外一種選擇，提出:可存儲(chǔ)已基于先前檢測(cè)到的踢腳位置而確定的患者的一個(gè)或多個(gè)步態(tài)參數(shù)，并且所述顯示同步設(shè)備基于對(duì)這個(gè)參數(shù)或這些參數(shù)的評(píng)估來(lái)操作。
[0017]在再一實(shí)施例中，所述構(gòu)造包括反饋單元，所述反饋單元用于檢測(cè)主體在其中顯示預(yù)定圖像元素的地方或其中不顯示預(yù)定圖像元素的地方對(duì)所述行走表面的接觸，并用于響應(yīng)于所述接觸而輸出警報(bào)信號(hào)或信息信號(hào)。此外或甚至獨(dú)立于后一實(shí)施例，可提供用戶引導(dǎo)單元，所述用戶引導(dǎo)單元用于顯示伴隨指令(display-accompanying instruct1n)的視覺(jué)及/或聽覺(jué)輸出，特別是通過(guò)耳機(jī)及/或顯示單元的文本投影來(lái)輸出。除根據(jù)所述患者的實(shí)際腳步序列對(duì)訓(xùn)練程序進(jìn)行創(chuàng)新性修改之外，還可提供對(duì)患者訓(xùn)練的輔助支持。
[0018]在本發(fā)明的框架中，可采用幾種算法來(lái)將所述患者的腳的所感測(cè)踢腳位置或自其導(dǎo)出的步態(tài)參數(shù)考慮在內(nèi)，以根據(jù)所述患者的真實(shí)情況而修改所述訓(xùn)練程序。優(yōu)選實(shí)施例包括根據(jù)所感測(cè)步幅而修改預(yù)定所指示步幅。此外或在可能時(shí)，作為另外一種選擇，可實(shí)施針對(duì)步幅的逐步修改或針對(duì)一個(gè)或多個(gè)其它步態(tài)參數(shù)的靈活或逐步修改，具體而言針對(duì)腳的步頻或橫向距離進(jìn)行修改。
[0019]訓(xùn)練或康復(fù)程序的實(shí)施可如下所述:首先，患者根據(jù)其慣常的行走方式來(lái)行走。通過(guò)整合于跑步機(jī)中的壓力傳感器矩陣，檢測(cè)特征步態(tài)參數(shù)，尤其是腳步的步長(zhǎng)、足跡寬度、腳旋轉(zhuǎn)角度或所施加的力的值。這些參數(shù)可接著用作訓(xùn)練的起始值?；诖嗽O(shè)定，投影至跑步機(jī)帶上的圖案接著在一次訓(xùn)練過(guò)程中自動(dòng)根據(jù)治療專家所期望的目標(biāo)值進(jìn)行修改。所述值的改變可為線性的、呈指數(shù)方式、或以任何其它數(shù)學(xué)函數(shù)來(lái)完成。隨后，可執(zhí)行基于目標(biāo)性能比較的自動(dòng)分析，即，檢查患者依從默認(rèn)值(default)的程度。如果患者改變?cè)谀_的部分區(qū)域中或整只腳所施加的力，則由聽覺(jué)信號(hào)或聲音輸出對(duì)患者發(fā)出指示，例如指示患者將更多或更少的重量放在一只腳上。
[0020]在特定實(shí)施例中，預(yù)定義步幅或步寬可在訓(xùn)練過(guò)程中不斷變化(例如，增大)，以使患者緩慢地接近訓(xùn)練目標(biāo)。此可通過(guò)如下實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn):在所述實(shí)施例中，顯示過(guò)程控制器包括程序存儲(chǔ)器及/或相對(duì)位置調(diào)整構(gòu)件，所述程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)多個(gè)預(yù)定顯示過(guò)程及/或速度，所述相對(duì)位置調(diào)整構(gòu)件用于調(diào)整顯示過(guò)程的速度并用于預(yù)先定義顯示器各圖像元素間的相對(duì)位置。
【附圖說(shuō)