提供獨(dú)立的振動(dòng)和偏置控制的肌肉骨骼振動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】提供獨(dú)立的振動(dòng)和偏置控制的肌肉骨骼振動(dòng)系統(tǒng)
[0001]關(guān)于聯(lián)邦政府資助研究或開(kāi)發(fā)的說(shuō)明
[0002]本發(fā)明是在政府資助下進(jìn)行的，所述資助來(lái)自國(guó)立衛(wèi)生研究院給予的AG037354。政府擁有本發(fā)明中的某些權(quán)利。
[0003]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0004]本申請(qǐng)要求于2013年3月15日提交并且通過(guò)參引并入本文中的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/788,904 的權(quán)益。
【背景技術(shù)】
[0005]本發(fā)明提供了一種用于向人的胳膊或腿施用刺激振動(dòng)的方法和裝置，并且具體地提供了一種提供振動(dòng)和偏置力的改進(jìn)控制的裝置。
[0006]在身體不使用(身體不活動(dòng))期間，身體快速“虛弱”，這種現(xiàn)象已知為廢用性萎縮。在虛弱時(shí)，肌肉纖維的強(qiáng)度和尺寸減小，肌肉變短并去神經(jīng)，肌腱和韌帶逐漸粘合并且永久地失去其柔性，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)范圍的損失，并且骨骼可能失去其強(qiáng)度。這種虛弱可以導(dǎo)致增大的摔傷風(fēng)險(xiǎn)和諸如肥胖、心血管疾病和糖尿病之類(lèi)的附屬的并發(fā)癥，并且會(huì)出現(xiàn)其他危及生命的疾病。
[0007]承重身體活動(dòng)是用于減小或逆轉(zhuǎn)廢用性萎縮的最好的已知方法，但廢用性萎縮的基本原因通常限制人們執(zhí)行必要練習(xí)的能力。
[0008]以治療基礎(chǔ)的跑步機(jī)和水中治療池能夠使人們?cè)诓糠煮w重加載的情況下通過(guò)減小的機(jī)動(dòng)性來(lái)執(zhí)行身體活動(dòng)。然而，這些形式需要昂貴的花費(fèi)、需要關(guān)于康復(fù)設(shè)施的較大的空間，這些形式難以操作并且對(duì)虛弱的個(gè)人而言還可能是不切實(shí)際的。
[0009]電刺激是不能依靠其自身執(zhí)行身體活動(dòng)的用戶(hù)誘導(dǎo)肌肉活動(dòng)的替代性方式。然而，電肌肉刺激作用在特定位置，從而意味著僅在將電力供應(yīng)至肌肉的電極附近影響組織，并且會(huì)在沒(méi)有身體活動(dòng)時(shí)用作保持肌肉強(qiáng)度的唯一方式的情況下會(huì)引起不適和疼痛。
[0010]上述技術(shù)的替代為振動(dòng)治療。典型的振動(dòng)治療在用戶(hù)站立在振動(dòng)平臺(tái)上的情況下提供全身振動(dòng)。這對(duì)具有有限機(jī)動(dòng)性的用戶(hù)而言也會(huì)是不切實(shí)際的。美國(guó)專(zhuān)利7，662，115和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2012/0209156描述了振動(dòng)治療系統(tǒng)，所述振動(dòng)治療系統(tǒng)可以施用于斜倚或仰臥的個(gè)人的肢體，例如腿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種用于將振動(dòng)治療施用于用戶(hù)肢體的改進(jìn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許對(duì)向肢體施加的振動(dòng)和偏置力進(jìn)行單獨(dú)分開(kāi)的電控制。本發(fā)明允許待實(shí)施的各種治療情況，包括那些在練習(xí)程序中改變偏置力、振動(dòng)和/或肢體位置的情況。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了具有操作者表面的裝置，操作者表面適于與用戶(hù)肢體的遠(yuǎn)部相連，以將力傳遞至肢體。偏置系統(tǒng)與操作者表面相連以接收控制肢體的偏置位置的第一電信號(hào)，振動(dòng)系統(tǒng)與操作者表面相連以接收獨(dú)立于第一電信號(hào)的第二電信號(hào)，第二電信號(hào)控制施用于肢體的振動(dòng)?？刂苹芈犯鶕?jù)操作者輸入命令提供第一電信號(hào)和第二電信號(hào)。
[0013]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為允許對(duì)振動(dòng)和偏置力的獨(dú)立控制以允許分別使振動(dòng)和偏置力最優(yōu)化。
[0014]第一電信號(hào)可以提供關(guān)于操作者表面與肢體之間的所需力的指示，并且偏置系統(tǒng)可以通過(guò)接收第一電信號(hào)并且根據(jù)第一電信號(hào)與指示操作者表面與肢體之間的力的信號(hào)之間的差值調(diào)節(jié)操作者表面的運(yùn)動(dòng)來(lái)使用操作者表面與肢體之間的力的反饋控制。
[0015]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為提供能夠電控制的偏置力，該偏置力可以在例如不同級(jí)別的振動(dòng)和操作者表面的不同位置期間保持，以用于更恒定的治療。
[0016]控制器可以接收第三電信號(hào)，第三電信號(hào)提供操作者表面的所需位置的指示，并且控制器可以輸出第三電信號(hào)與指示操作者表面的位置的信號(hào)之間的差值的指示。
[0017]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為在振動(dòng)治療期間通過(guò)引導(dǎo)用戶(hù)不依賴(lài)于振動(dòng)和偏置力而進(jìn)行肢體運(yùn)動(dòng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)。
[0018]振動(dòng)系統(tǒng)可以通過(guò)接收第二電信號(hào)并且根據(jù)第一電信號(hào)與和操作者表面的位置有關(guān)的信號(hào)之間的差值調(diào)節(jié)操作者表面的振動(dòng)來(lái)提供對(duì)操作者表面的振動(dòng)的反饋控制。
[0019]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為提供能夠電控制的振動(dòng)，該振動(dòng)可以根據(jù)需要保持恒定或改變。
[0020]該裝置可以包括傳感器，該傳感器提供與操作者表面的位置有關(guān)的信號(hào)，從而提供操作者表面的位置、速率和加速度中的一者。
[0021]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為允許對(duì)振動(dòng)振幅、力和其他特征進(jìn)行控制。
[0022]控制回路可以提供下述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以更新第一電信號(hào)和第二電信號(hào):所述存儲(chǔ)數(shù)據(jù)描述第一電信號(hào)和第二電信號(hào)隨時(shí)間的進(jìn)度。
[0023]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為允許裝置在預(yù)定的練習(xí)程序中使用，在該預(yù)定的練習(xí)程序中，偏置力和振動(dòng)可以隨時(shí)間變化。
[0024]控制回路可以提供適于由裝置的用戶(hù)接收的輸出，從而提供由用戶(hù)向操作者表面正施加的所需力的指示。
[0025]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為:當(dāng)裝置在主動(dòng)模式并且沒(méi)有肢體限制下使用、例如在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)練習(xí)期間時(shí)，允許給用戶(hù)關(guān)于施加力的命令。
[0026]在一個(gè)實(shí)施方式中，向用戶(hù)的輸出可以是操作者表面的振動(dòng)的啟動(dòng)。
[0027]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為提供用戶(hù)在主動(dòng)模式下向平臺(tái)正施加適合級(jí)別的力的精確但直覺(jué)的指示。
[0028]替代性地，輸出可以是提供關(guān)于所需力的應(yīng)用的視覺(jué)引導(dǎo)的顯示。
[0029]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為向用戶(hù)提供下述引導(dǎo):該引導(dǎo)可以提供關(guān)于施加正確量的力以及任何不足或過(guò)大的力的信息。
[0030]控制回路可以向裝置的用戶(hù)提供下述輸出:所述輸出在操作者表面通過(guò)用戶(hù)的腿或胳膊的伸展或縮回而運(yùn)動(dòng)時(shí)指示了操作者表面的所需位置。
[0031]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為例如在恒定的偏置力的情況下允許動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)練習(xí)。
[0032]該裝置還可以包括用于接納用戶(hù)的座椅，該座椅定位成使得用戶(hù)的腳可以擱置在操作者表面上，其中，用戶(hù)的腿的下部在用戶(hù)就坐在座椅上時(shí)與操作者表面大致正交。
[0033]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為提供下述裝置:該裝置可以由能夠在就坐的位置中支承他們自己的用戶(hù)方便地使用。
[0034]該裝置還可以包括用戶(hù)關(guān)節(jié)抑制件，該用戶(hù)關(guān)節(jié)抑制件限制用戶(hù)的肢體的反抗由操作者表面施加在用戶(hù)的肢體上的力的運(yùn)動(dòng)。
[0035]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為允許裝置在被動(dòng)模式下被使用而不需要用戶(hù)的更多的力量或參與。
[0036]關(guān)節(jié)抑制件可以為用于在用戶(hù)就坐在座椅上時(shí)限制用戶(hù)的膝蓋向上運(yùn)動(dòng)的膝蓋抑制件，關(guān)節(jié)抑制件提供保持在搖臂上的至少一個(gè)帶墊料的支撐件，搖臂向下樞轉(zhuǎn)以使帶墊料的支撐件在用戶(hù)由所述操作者表面支承而就坐在座椅中時(shí)靠住用戶(hù)的膝蓋的上表面并且限制用戶(hù)的膝蓋的向上運(yùn)動(dòng)。
[0037]因此，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式的特征為提供一種簡(jiǎn)單的關(guān)節(jié)抑制件，該關(guān)節(jié)抑制件在關(guān)節(jié)縮回時(shí)沒(méi)有過(guò)度地阻止進(jìn)入座椅或離開(kāi)座椅。
[0038]這些特定目的和優(yōu)勢(shì)可以適用于落入權(quán)利要求內(nèi)的僅一些實(shí)施方式，并且因此不限定本發(fā)明的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為提供了就坐振動(dòng)治療的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的立體圖；
[0040]圖2為圖1的實(shí)施方式的簡(jiǎn)化側(cè)視圖，該圖示出了包括膝蓋支撐件和附接至致動(dòng)器組件的腳踏平臺(tái)在內(nèi)的各種元件相對(duì)于就坐在裝置中的用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)；
[0041]圖3為示出了提供腳踏平臺(tái)的分開(kāi)的振動(dòng)和大致位置控制兩者的主要部件的致動(dòng)器組件的方框圖，該圖還示出了高分辨率光學(xué)位置編碼器、力/位置感測(cè)載荷單元、限位開(kāi)關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器；
[0042]圖4為控制器實(shí)施的反饋回路的方框圖，該控制器為圖1的實(shí)施方式的部件；
[0043]圖5為由載荷單元提供的信號(hào)的圖，該信號(hào)可以通過(guò)信號(hào)處理分成振動(dòng)反饋信號(hào)中的偏置；
[0044]圖6為圖1的膝蓋支撐件的運(yùn)動(dòng)圖，示出了膝蓋支撐件的控制和定位；以及
[0045]圖7為示出了控制信號(hào)曲線(xiàn)的控制流程圖，該控制信號(hào)曲線(xiàn)可以用于利用本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施不同的練習(xí)體制。
【具體實(shí)施方式】
[0046]現(xiàn)在參照?qǐng)D1和圖2，肌肉骨骼刺激裝置10可以設(shè)置有座椅12，該座椅12設(shè)置了大致水平的就坐表面14和從就坐表面14的后邊緣向上延伸的背部支承部16。座椅12可以定位在基座18上。
[0047]背部支承部16能夠如通常在現(xiàn)有技術(shù)中所理解的那樣調(diào)節(jié)成傾斜的(后仰的)并且可以設(shè)置水平向前延伸的左臂支承部和右臂支承部20，使得就坐在座椅12上的用戶(hù)11可以將他或她的前臂擱置在臂部支承部20上。臂部支承部20能夠向上樞轉(zhuǎn)而抵靠背部支承部16的側(cè)部以易于進(jìn)入及離開(kāi)座椅12。座椅