矯正支撐和刺激系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施例包括（a）基于在第一位置處外部施加于關(guān)節(jié)的第一外力對施加于用戶關(guān)節(jié)的模型的第一內(nèi)力進行建模；（b）基于在不等于第一位置的第二位置處外部施加于關(guān)節(jié)的第二外力來對施加于模型的第二內(nèi)力進行建模；（c）比較第一和第二建模內(nèi)力；以及（d）基于該比較來刺激用戶。在本文中描述了其他實施例。
【專利說明】矯正支撐和刺激系統(tǒng)及方法
【背景技術(shù)】
[0001]生物和計算系統(tǒng)之間的接口正在變得普遍，特別是在為殘疾人設(shè)計(assistive)的康復(fù)治療和運動輔助、諸如電動假體設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域中。這些設(shè)備中的大多數(shù)使用狀態(tài)機架構(gòu)，狀態(tài)定義由一個或多個預(yù)定義模式模板組成以在生物功能與控制算法之間進行轉(zhuǎn)譯。然而，被用于這些目的的狀態(tài)定義必須是理想化的，或者從廣泛的人群取平均值。因此，它們在任何情況下總是底層生物元素的不完美復(fù)制品，其在不同條件下對于不同的個體而言變化巨大。除這些個體差異之外，環(huán)境條件、衣物、傳感器位置、動作的特定運動和運動速度僅僅是可以極其快速地改變、破壞任何模式模板內(nèi)的操作的許多變量中的幾個。為了適應(yīng)所有變化，所使用的物理位置和速度模式常常必須如此寬泛，以致于負(fù)面地影響甚至在緩慢運動背景下的操作。此外，當(dāng)更頻繁地以較高速度發(fā)生的較小位置改變很好地落在強制的寬泛模板位置范圍內(nèi)時，常常導(dǎo)致快速運動的動態(tài)情況下的性能降級。
[0002]理想化狀態(tài)定義模板通過選擇性參數(shù)修改對個體實例的適應(yīng)已經(jīng)顯示出適度的成功，最顯著的是通過收緊狀態(tài)邊界定義而改善瞬態(tài)行為。然而，甚至當(dāng)被動態(tài)地最優(yōu)化時，測量條件針對任何狀態(tài)定義模板的直接比較固有地使可行性(viability)局限于在模板內(nèi)定義的那些條件。固有地缺少外推，純模板驅(qū)動系統(tǒng)中的可預(yù)測系統(tǒng)控制只有當(dāng)輸入條件落在模板定義內(nèi)時才發(fā)生。因此，這使緊密控制操作約束于其中狀態(tài)定義模板已被定義或訓(xùn)練的情況。例如，形成模板以定義在水平面上的正常行走期間的被動態(tài)刺激的腿部肌肉收縮標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)自適應(yīng)不一定擴展至先前未遇到的情況，諸如下樓梯。在存在不良定義狀態(tài)的情況下，最終控制目標(biāo)的直接測量、特別是在生物學(xué)應(yīng)用中因此最多也是極其困難的，使得典型反饋環(huán)路維持不住。
[0003]遵循腿部刺激示例，整形外科(orthopedic)設(shè)備的目的可以是通過外部動態(tài)受控力矢量來保護損壞的關(guān)節(jié)。本目標(biāo)暗示著將內(nèi)部矢量關(guān)節(jié)力的量值保持在禁止極限內(nèi)。然而，由于所涉及的多個自由度中的慣性分量，可能由大量的不相關(guān)位置和運動條件引起關(guān)節(jié)內(nèi)的類似矢量力。外部位置和運動測量顯示出與內(nèi)部矢量關(guān)節(jié)力的量值的不良相關(guān)，主要是由于大多數(shù)關(guān)節(jié)的化合物性質(zhì)。內(nèi)部關(guān)節(jié)力上的直接控制環(huán)路閉合在大多數(shù)應(yīng)用中由于關(guān)節(jié)侵害而變得維持不住。例如，通過在物理上將負(fù)載傳感器(load cell)放置在關(guān)節(jié)內(nèi)部以獲得內(nèi)部力測量來計算內(nèi)側(cè)媒(internal condyle)力可能是不切實際的。然而，具有要求矢量關(guān)節(jié)保護的所有情況的高度覆蓋的位置模板的開發(fā)由于可能的位置和運動的絕對數(shù)目而變得不太可能。前述示例描述了其中受控系統(tǒng)的非線性性質(zhì)通過直接測量不容易明顯、但通過由測量動態(tài)條件激勵的物理系統(tǒng)建模而以簡潔的形式可用的情況。此簡潔形式是高度可修改為狀態(tài)機架構(gòu)的，不僅是在類似于以上示例的生物接口中，而且在其中希望許多激勵源的高階效應(yīng)的直接控制的任何控制情況中。
[0004]狀態(tài)機的計算要求與在任何時間段內(nèi)檢查的狀態(tài)定義的數(shù)目成正比。然后發(fā)生最高效率，其中最小數(shù)目的狀態(tài)退出/進入標(biāo)準(zhǔn)打開以用于任何給定時間的檢查。然而，在在時間和對于不同的實例兩者方面的差異的情況下，常常存在顯著控制事件，諸如以上整形外科不例中的骨對骨(bone-on-bone)媒骨(condular)影響。在以上不例中，預(yù)測媒骨影響的步態(tài)(gait)模式隨著病人疲勞和對于不同的病人而言顯著地變化。在寬泛物理系統(tǒng)變化的情況下，當(dāng)設(shè)計控制系統(tǒng)時，指示顯著控制事件的測量和甚至建模條件的身份(identity)可以改變或甚至是未知的。根據(jù)整形外科示例，膝蓋運動學(xué)在重和輕的病人之間相差懸殊。在本示例和許多其他示例中，外推能力的缺失要求最佳狀態(tài)模板定義窮舉性地覆蓋可能的系統(tǒng)實例和條件。覆蓋所有應(yīng)用的狀態(tài)條件標(biāo)準(zhǔn)的寬泛集合不僅在計算上是低效的，而且失去了通過對其中檢查到顯著控制事件的背景求平均來進行區(qū)分的能力。
[0005]需要一種具有底層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的足夠知識以允許預(yù)先觀察的和全新的操作條件下的穩(wěn)健且準(zhǔn)確的控制操作的狀態(tài)確定技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]根據(jù)所附權(quán)利要求書、一個或多個示例性實施例的以下詳細(xì)描述以及相應(yīng)的圖，本發(fā)明的實施例的特征和優(yōu)點將變得清楚，在所述附圖中:
圖1包括有限狀態(tài)機控制器的框圖。
[0007]圖2包括舉例說明本發(fā)明的實施例的使用的計算架構(gòu)的框圖。
[0008]圖3包括被用來控制被附加于腿的整形外科肌肉刺激設(shè)備的本發(fā)明的實施例的框圖。
[0009]圖4包括圖3的實施例背景下的圖2的架構(gòu)的狀態(tài)機屬性。
[0010]圖5包括被用來改善高爾夫車的穩(wěn)定性的本發(fā)明的實施例的框圖。
[0011]圖6示出了被用來增加彈簧單高蹺(pogostick)的安全性的本發(fā)明的實施例的框圖。
[0012]圖7包括供本發(fā)明的實施例使用的系統(tǒng)的框圖。
【具體實施方式】
[0013]在以下描述中，闡述了許多特定細(xì)節(jié)，但可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實施本發(fā)明的實施例。未詳細(xì)地示出眾所周知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)以避免使對本描述的理解的模糊。“實施例”、“各種實施例”等指示這樣描述的(一個或多個)實施例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但并不是每個實施例都必須包括這些特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。某些實施例可以具有針對其他實施例描述的某些、全部特征或不包括該特征?！暗谝弧薄ⅰ暗诙?、“第三”等描述了公共對象并指示正在被提及的類似對象的不同實例。此類形容詞并不意味著這樣描述的對象必須在時間上、在空間上、在排序方面或以任何其他方式處于給定序列?！斑B接”可以指示元件相互進行直接的物理或電接觸，并且“耦合”可以指示元件相互協(xié)作或相交互，但是其可以是也可以不是處于直接的物理或電接觸。并且，雖然可以使用類似或相同的編號來指定不同圖中的相同或類似部分，但這樣做并不意味著包括類似或相同編號的所有圖組成單個或相同實施例。
[0014]實施例包括將受控結(jié)構(gòu)的一個或多個行為定義結(jié)合到利用狀態(tài)機架構(gòu)的控制器中，所述受控結(jié)構(gòu)具有分辨(resolve)這些定義對施加于所述結(jié)構(gòu)的所測量動態(tài)條件的動態(tài)響應(yīng)的能力，以及將這些動態(tài)響應(yīng)的至少一部分包括到狀態(tài)進入和/或退出標(biāo)準(zhǔn)中。結(jié)構(gòu)定義及它們對刺激的響應(yīng)的包括因此將可用狀態(tài)定義標(biāo)準(zhǔn)擴展至包括被控制的系統(tǒng)的計算的預(yù)測性或建模響應(yīng)。通過使用從測量和建模信息兩者的此擴展集合進行的將被用于狀態(tài)進入和/或退出標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)的動態(tài)選擇進一步改善了狀態(tài)辨別力。測量和建模參數(shù)兩者的當(dāng)前和可選地歷史流被提供給辨別算法，該算法確定將被用于兩個或更多狀態(tài)的最佳定義的特定參數(shù)。在常規(guī)狀態(tài)機實踐之后，這樣定義的所存儲狀態(tài)定義被與進行中物理和建模參數(shù)相比較以檢測狀態(tài)再現(xiàn)。
[0015]現(xiàn)在參考圖1，信號獲取101接收來自各種傳感器的輸入(例如，經(jīng)由被耦合到肌肉的電極)或要控制的物理系統(tǒng)的度量并執(zhí)行到控制系統(tǒng)可使用的形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。信號調(diào)節(jié)器102從傳入信號去除噪聲(例如，經(jīng)由低通、高通、帶通濾波)，限制每個傳入信號的帶寬，執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并執(zhí)行基本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，諸如積分和微分。這樣被調(diào)節(jié)器102處理的信號在參數(shù)流107處被作為輸入提供給歷史緩沖器103。歷史緩沖器103在參數(shù)流108處提供參數(shù)流107的信號的當(dāng)前和歷史再現(xiàn)(rendition)兩者。例如，參數(shù)流108可以用相同信息的歷史再現(xiàn)來增加當(dāng)前測量和/或計算的信息(例如，位置、速度以及加速度)，所述歷史再現(xiàn)在之前10毫秒(ms)、20 ms>30 ms>40 ms以及50 ms發(fā)生。歷史緩沖器103的添加促進趨勢或軌跡計算。例如，將大體上即時數(shù)據(jù)與先前的直接在前面的數(shù)據(jù)耦合幫助確定加速度對比減速度。參數(shù)流108被作為比較器105的一個輸入提供。
[0016]狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器104包括到給定系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變所需的數(shù)據(jù)流108的一個或多個特定成員的值(具有每個成員的身份)的集合。每個集合因此指定與特定系統(tǒng)狀態(tài)的指示耦合的測量的傳入系統(tǒng)傳感器信息的一個或多個已調(diào)節(jié)當(dāng)前或歷史再現(xiàn)的身份以及其有限值范圍。適合于從當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)退出的狀態(tài)轉(zhuǎn)變集被作為狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)集109輸出，其被作為比較器105的第二輸入呈現(xiàn)，將被針對上文所討論的流108進行比較。
[0017]比較器105連續(xù)地監(jiān)視來自歷史緩沖器103的參數(shù)流108以對由狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器104 (針對下面所討論的當(dāng)前狀態(tài)111的上下文)輸出的狀態(tài)定義的所有身份和參數(shù)流108的相應(yīng)元素中的值匹配進行定位。當(dāng)識別到參數(shù)流108與當(dāng)前由狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器104輸出的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)集109之間的匹配值時，比較器105將適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變指示110、可選地與在狀態(tài)定義中所指示的參數(shù)一起輸出到狀態(tài)條件緩沖器106，其提供當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)111和狀態(tài)參數(shù)112作為輸出。狀態(tài)轉(zhuǎn)變指示110因此在處于狀態(tài)機的當(dāng)前狀態(tài)時保持當(dāng)前狀態(tài)和可選地下游控制功能所需的參數(shù)。系統(tǒng)狀態(tài)指示111被作為上下文輸入提供給比較器105。由于可用于進入的狀態(tài)通常受到當(dāng)前狀態(tài)的限制，所以狀態(tài)指示111使?fàn)顟B(tài)標(biāo)準(zhǔn)集109僅局限于適合于當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)退出/進入標(biāo)準(zhǔn)，因此需要比較器105的比較。可以可選地將系統(tǒng)狀態(tài)111提供給應(yīng)用層軟件。由諸如適合于當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的增益或時間常數(shù)的控制常數(shù)組成的狀態(tài)參數(shù)112被提供給應(yīng)用層軟件，該應(yīng)用層軟件然后大概執(zhí)行所表示狀態(tài)的必需活動(例如，刺激)。
[0018]現(xiàn)在參考圖2，信號獲取201、調(diào)節(jié)器202、歷史緩沖器205、狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207、比較器208以及狀態(tài)條件209分別執(zhí)行圖1中全部的信號獲取101、調(diào)節(jié)器102、歷史緩沖器103、狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器104、比較器105以及狀態(tài)條件106的相同功能。
[0019]結(jié)構(gòu)模型203包含用由到信號獲取201的傳感器輸入測量的相同條件刺激的一個或多個底層系統(tǒng)元件的物理結(jié)構(gòu)或響應(yīng)定義。模型203的輸出的示例可以是諸如要控制的物理結(jié)構(gòu)的元件數(shù)目、取向、幾何結(jié)構(gòu)以及符合性的項目。(下面相對于圖3來進一步描述模型。)模型解算器204響應(yīng)于從調(diào)節(jié)器202接收到的已調(diào)節(jié)信號和從結(jié)構(gòu)模型203接收到的定義兩者連續(xù)地計算被作為建模系統(tǒng)響應(yīng)提供給歷史緩沖器205的由模型203定義的底層結(jié)構(gòu)的動態(tài)內(nèi)部功能參數(shù)。建模系統(tǒng)響應(yīng)的示例可以包括可在受控結(jié)構(gòu)的每個負(fù)載承載元件上操作的相關(guān)瞬時矢量力。具體地，解算器可以計算外部感測條件(例如，來自由用戶佩戴的加速度計的數(shù)據(jù))的組合將如何轉(zhuǎn)換成被施加于外側(cè)髁的特定內(nèi)部力矢量。
[0020]歷史緩沖器205然后在參數(shù)流211處將來自模型解算器204的建模系統(tǒng)響應(yīng)的歷史和當(dāng)前再現(xiàn)與從調(diào)節(jié)器202產(chǎn)生的那些相加。結(jié)構(gòu)模型203和模型解算器204的添加用要控制的物理系統(tǒng)(例如，膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié))的建模行為來增加參數(shù)流211。請注意，提供了當(dāng)前條件和響應(yīng)(延遲=O)以及參數(shù)流211的一部分，其所有元素被作為輸入提供給標(biāo)準(zhǔn)選擇器206和比較器208兩者。
[0021]事件指示器210將發(fā)生要求系統(tǒng)狀態(tài)定義的顯著唯一操作事件或條件(例如，疼痛)時的觸發(fā)信號(例如，來自用戶激活開關(guān))提供給標(biāo)準(zhǔn)選擇器206和狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207兩者。因此可以由信號條件的任何集合來提示事件指示器210的輸出，包括來自參數(shù)流211的信息。針對事件指示器210進行的監(jiān)視所選擇的特定參數(shù)可以部分地或完全由狀態(tài)機的當(dāng)前狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)215確定，下面將描述其源。除事件指示器210的輸出之外，標(biāo)準(zhǔn)選擇器206接收參數(shù)流211作為輸入，并且也可以可選地接收當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)215作為輸入。標(biāo)準(zhǔn)選擇器206在從事件指示器210接收到觸發(fā)信號時確定從歷史緩沖器205接收到的特定參數(shù)流211元素的身份和值兩者，在當(dāng)前(例如基于狀態(tài)條件209)和可選的其他系統(tǒng)操作狀態(tài)的上下文內(nèi)，歷史緩沖器205將提供最佳狀態(tài)辯別或行為。選擇器206所使用的選擇技術(shù)的示例可以是峰值信號導(dǎo)數(shù)、統(tǒng)計流行性(prevalence)、兩個或更多輸入?yún)?shù)之間的相對計算、譜偏差及其他信號鑒別方法。在實施例中，如果當(dāng)前狀態(tài)(例如，基于狀態(tài)條件209)指示膝蓋是靜止的，則標(biāo)準(zhǔn)選擇器206選擇集中于例如峰值信號導(dǎo)數(shù)(例如，快速加速度)。
[0022]所選參數(shù)身份和值被作為狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)集212提供給狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207，其將狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)集212存儲為來自事件指示器210的觸發(fā)信號終止時的統(tǒng)一化狀態(tài)定義。狀態(tài)檢測和結(jié)果得到的操作與圖1的系統(tǒng)類似地繼續(xù)，通過比較器208和狀態(tài)條件緩沖器209的活動，如上文所公開的，最終提供狀態(tài)指示215和狀態(tài)參數(shù)216。
[0023]事件指示器210和標(biāo)準(zhǔn)選擇器206的添加代表著相對于常規(guī)系統(tǒng)的改善，引入了系統(tǒng)定義其自己的未來狀態(tài)的能力，此外使用在狀態(tài)定義時被控制系統(tǒng)本身發(fā)現(xiàn)為最佳的數(shù)據(jù)元素。
[0024]現(xiàn)在參考圖3，加速度計303和309被附加于人腿301。位置角傳感器302也被附加于腿301,位于膝蓋旋轉(zhuǎn)的中心處。所述傳感器302、303和309的輸出被作為輸入提供給控制器304，其使用所述傳感器輸出來斷定腿301的運動和功能。假設(shè)加速度計303和309的所述輸出每個提供關(guān)于X、Y和Z軸的三個獨立信息流?？刂破?04也接收開關(guān)308的輸出，其被佩戴者用來表示諸如疼痛的不期望條件。
[0025]控制器304在計算條件下向肌肉刺激器305輸出控制信號，肌肉刺激器305作為響應(yīng)向電極306和307 (例如，經(jīng)皮電極)發(fā)射治療(例如，高壓脈沖)。所述電極306和307在特定肌肉上被附著于腿301，期望來自該特定結(jié)構(gòu)的附加關(guān)節(jié)支撐。響應(yīng)于通過電極306和307的所述高壓脈沖，底層肌肉將收縮以支撐膝蓋?？刂破?04的輸出因此通過引出的周圍肌肉組織的收縮來間接地控制附加膝蓋支撐。
[0026]在一個實施例中，圖2的所有功能塊被體現(xiàn)為控制器304的硬件和/或軟件組件(除事件指示器210之外)。圖2的事件指示器210的功能的至少一部分被圖3的開關(guān)308滿足。假設(shè)控制器304結(jié)合了能夠動態(tài)地執(zhí)行軟件指令以實現(xiàn)圖2中所示的動態(tài)元件的微控制器，但本發(fā)明的實施例可以使用替代計算裝置(例如，掩蔽專用集成電路)。在實施例中，控制器304的應(yīng)用層由多個狀態(tài)(例如，引起到刺激器305的活動或不活動輸出)組成。
[0027]在操作中，由圖2的信號獲取201將傳感器302、303和309的輸出獲取成可接受形式。信號獲取201的輸出被圖2的調(diào)節(jié)器202過濾并另外轉(zhuǎn)換成例如積分或微分形式。所述調(diào)節(jié)器202的輸出因此將授予(conf er )從傳感器302導(dǎo)出的膝蓋位置和運動以及分別從傳感器309和303導(dǎo)出的腿301的股骨和脛骨兩者的靜態(tài)(重力)位置和動態(tài)運動兩者。膝蓋的結(jié)構(gòu)模型被存儲在控制器304的永久存儲器中(參見圖2的方框203)。所述結(jié)構(gòu)模型可以包含有限元素定義，簡單如特定物理間距的兩個無摩擦球接頭，或者復(fù)雜如具有半月板的中間符合性梯度、關(guān)節(jié)松弛以及滑膜液的四個髁表面。
[0028]與圖2的調(diào)節(jié)器202的所述輸出結(jié)合，這些模型定義被應(yīng)用于也在圖2中的模型解算器204。所述解算器的輸出提供用于存在于膝蓋的兩個髁上的內(nèi)力的建模力量值和矢量。例如，假定給定用戶的重力和身體質(zhì)量兩者都是相對恒定的，則可以使用兩個相連人體構(gòu)件的三個正交軸的加速度(包括重力)來近似施加于將兩個人體構(gòu)件相連的關(guān)節(jié)的內(nèi)部元件。每個關(guān)節(jié)元件上的矢量靜態(tài)力是每個人體構(gòu)件相對于地球的角位置的函數(shù)。每個關(guān)節(jié)元件上的矢量動態(tài)力由連接到中心人體質(zhì)量的兩個人體構(gòu)件的相對恒定質(zhì)量的差分加速度和主要中心人體質(zhì)量的共模加速度組成。在給定應(yīng)用領(lǐng)域中，可以將相對矢量力用于力建模，并且在本發(fā)明的一個實施例中，絕對力并不是嚴(yán)格必需的。
[0029]來自模塊204的輸出被連同調(diào)節(jié)器202的輸出一起作為輸入提供給也在圖2中的歷史緩沖器205。根據(jù)前述示例，歷史緩沖器205然后也將向流211中提供建模計算的當(dāng)前再現(xiàn)，諸如內(nèi)和外側(cè)媒矢量力，以及10 ms>20 ms>30 ms>40 ms和50 ms之前的這些相同矢量力。在本文所述的狀態(tài)機結(jié)構(gòu)的控制下，控制器304提供一個或多個參數(shù)作為到刺激器305的輸入，因此控制肌肉刺激脈沖到電極306和307的施加。下面進一步描述實施例，該實施例描述在歷史緩沖器205之后發(fā)生什么。
[0030]在日常操作中，佩戴圖3的系統(tǒng)的病人將執(zhí)行運動，在該運動期間，用于疼痛緩解的附加肌肉支撐是必需的，并且當(dāng)存在疼痛或其他不期望條件(其可以間接地通過肌肉刺激來緩解)時按下開關(guān)308。產(chǎn)生與被開關(guān)308激活標(biāo)記為不期望的那些條件類似的條件的佩戴者的后續(xù)活動將導(dǎo)致被輸出到電極306和307以緩解來自進一步活動的疼痛和/或損害的神經(jīng)肌肉刺激。相反，常規(guī)方法僅使用外力(例如，不具有從外力到施加于模型的內(nèi)力的施加)或與理想化步態(tài)模板的偏差。要求刺激的每個條件或運動必須被記住以便達到此目的。然而，這些條件或運動中的許多對于佩戴者而言是危險的。
[0031]當(dāng)在正常活動中可視化時，將看到的是各種力矢量將被施加于腿301的膝蓋的各種部分。更深的檢查將顯示腿301的多個不同活動可以產(chǎn)生在膝蓋的類似部分內(nèi)部的非常類似的矢量力。例如，腿301的快速向前運動將產(chǎn)生與通過在向后伸展身體的同時在腿上放置重量所產(chǎn)生的那些類似的膝蓋力；然而，從傳感器302、303和309獲得的位置和運動測量對于這兩個活動而言將是明顯不同的。在沒有底層結(jié)構(gòu)的知識(即，無對內(nèi)部膝蓋關(guān)節(jié)的建模)的情況下依賴于測量信息(例如，佩戴在腿外面上的外部位置傳感器)可以命令在每個有問題的活動期間激活開關(guān)308以便實現(xiàn)示例性設(shè)備的期望目的。這呈現(xiàn)出許多活動，在這些活動期間，必須對設(shè)備進行訓(xùn)練，其中的許多設(shè)備可能施加用戶危險，并且必須稍后在系統(tǒng)使用期間對其進行區(qū)別。
[0032]假設(shè)可以通過即將發(fā)生或當(dāng)前的矢量力的量值來預(yù)測膝蓋疼痛或損壞，圖2的結(jié)構(gòu)模型203可以由在被圖2的信號調(diào)節(jié)器202的位置和運動信息激勵時分解內(nèi)部矢量膝蓋力所需的結(jié)構(gòu)膝蓋元件的表示組成。此模型分解然后將結(jié)果得到的內(nèi)部矢量力從外部位置和運動測量結(jié)果解I禹，適應(yīng)可以由大量的位置/運動組合來促成(precipitate)任何給定矢量內(nèi)力的情況。本示例中的內(nèi)部矢量膝蓋力因此與位置或運動指示相比是對特定膝蓋疼痛的好得多的模擬。即使由非常不同的活動或運動潛在地引起，有問題的矢量膝蓋力也可以很容易通過準(zhǔn)確模型的激勵被標(biāo)識，這大大地降低了狀態(tài)定義復(fù)雜性。
[0033]個體的身材、步態(tài)差異以及病理學(xué)產(chǎn)生用于圖3的示例性系統(tǒng)的極寬的工作范圍。雖然通過開關(guān)308激活進行的疼痛指示用于突出一組條件，在該組條件期間期望肌肉刺激，但功能辨別仍由于使用將被檢查以用于狀態(tài)確定的條件的大型固定子集的一般慣例而被嚴(yán)重削弱。在任何給定操作條件下，非常少的測量和/或建模條件用于明確地描繪期望的保護狀態(tài)，同時許多其他測量和/或建模條件僅提供無關(guān)緊要的噪聲。給定寬泛的使用間差異，諸如在病人間步態(tài)差異中看到的，將被用于狀態(tài)檢查的突出信息的特定身份常常僅隨著系統(tǒng)處于實際使用中而被已知，在設(shè)計循環(huán)期間并不是。例如，如果檢查許多膝蓋位置、運動和力以用于圖3的系統(tǒng)中的狀態(tài)檢測，則內(nèi)側(cè)髁的壓縮不容易與外側(cè)髁的壓縮區(qū)別開。然而，在內(nèi)側(cè)壓縮的情況下，如上文所指示的，由模型輸出所指示的該髁上的力展現(xiàn)出與其統(tǒng)計平均值的高偏差；而建模外側(cè)髁力保持在其統(tǒng)計平均值附近。因此，針對此應(yīng)用，具有最高變化率的圖2的參數(shù)流211內(nèi)的那些元素的檢查用于無限地增強辨別。這遵循有關(guān)節(jié)炎的膝蓋中的松弛引起已損壞髁上的力隨著髁在負(fù)荷下崩潰而突然開始的情況。平滑的力變化(具有結(jié)果得到的低導(dǎo)數(shù))與突然的力變化(高導(dǎo)數(shù))相比遠遠不是問題。
[0034]在實施例中，根據(jù)本實施，圖2的標(biāo)準(zhǔn)選擇器206然后標(biāo)識具有最高導(dǎo)數(shù)值的流211的傳入元素，同時圖3的開關(guān)308被按下(還參見圖2的方框210)，以便包括在將被存儲在圖2的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207中的適當(dāng)狀態(tài)定義中。在另一實施例中，被標(biāo)準(zhǔn)選擇器206使用的選擇算法可以由檢測具有最高統(tǒng)計流行性的流211的那些元素組成，如在圖3的開關(guān)308的多次激活期間所觀察的。另一實施例將用于通過求平均來減少瞬時定時誤差的影響。
[0035]與常規(guī)系統(tǒng)中的用于狀態(tài)確定的靜態(tài)數(shù)據(jù)身份的使用相反，本發(fā)明的實施例中，圖2的兩者，事件指示器210和標(biāo)準(zhǔn)選擇器206的包括示出了最多地指示由圖3的開關(guān)308的激活所表示的事件的那些數(shù)據(jù)元素的實際使用期間的標(biāo)識。雖然在使用期間很容易被辨另O，但在設(shè)計控制系統(tǒng)時，最適合于狀態(tài)標(biāo)識的特定身份可能是也可能不是已知的。
[0036]開關(guān)308激活期間的具有最高導(dǎo)數(shù)值或統(tǒng)計流行性的數(shù)據(jù)元素的檢測和圖2的標(biāo)準(zhǔn)選擇器206進行的這些類似矢量力用以定義要求肌肉支撐的狀態(tài)的后續(xù)使用按照上文的討論在狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207中產(chǎn)生反映非期望矢量膝蓋力的狀態(tài)定義，無論促成動作如何。當(dāng)流211內(nèi)的這些矢量膝蓋力再次被比較器208檢測到時，狀態(tài)轉(zhuǎn)變214因此促使?fàn)顟B(tài)條件緩沖器209向下游控制軟件提供指示適當(dāng)保護狀態(tài)的常數(shù)。推測起來，由狀態(tài)條件緩沖器209針對有問題膝蓋力的所檢測狀態(tài)呈現(xiàn)給下游控制系統(tǒng)的常數(shù)將引起或加強來自圖3的刺激器305的肌肉刺激，緩解力的非期望結(jié)果。在狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207中產(chǎn)生被獲悉有問題的矢量膝蓋力的未來運動因此將導(dǎo)致示例性設(shè)備進行的保護性活動，即使引起有問題矢量力的運動在圖3的開關(guān)308的激活期間可能從未存在。
[0037]在實施例中，控制器204利用自適應(yīng)技術(shù)來在進行中的基礎(chǔ)上在功能上將所有輸入歸一化并執(zhí)行誤差/噪聲修正。這是補償環(huán)境、疲勞等的預(yù)期變化所必需的，從而防止來自傳感器增益差異的標(biāo)準(zhǔn)選擇器偏置。根據(jù)使用最大髁力導(dǎo)數(shù)以用于狀態(tài)檢測的前述示例，在不存在歸一化的情況下，傳感器制造公差可以引起反映傳感器增益誤差而不是髁的微分的靜態(tài)髁偏置。
[0038]現(xiàn)在參考圖4，如應(yīng)用于圖3的實施例的，針對圖2的架構(gòu)的示例性狀態(tài)示出了狀態(tài)描述、標(biāo)準(zhǔn)身份和值以及最后控制動作。
[0039]用于所示的每個狀態(tài)的狀態(tài)描述僅僅是用于說明目的；如狀態(tài)轉(zhuǎn)變214所指示的，到每個示例性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變可以受到標(biāo)志、句柄(handle )、編號等的影響。在實施例中，由標(biāo)準(zhǔn)選擇器206來選擇具有最高變化率(根據(jù)所述示例)的實體以供在將被存儲在狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207中的狀態(tài)定義中使用。標(biāo)準(zhǔn)身份和值示出在從事件指示器210接收到觸發(fā)時從標(biāo)準(zhǔn)選擇器206預(yù)期的結(jié)果(雖然未以任何方式被強制)。針對每個狀態(tài)所示的動作是施加于當(dāng)前發(fā)明的下游控制軟件的狀態(tài)參數(shù)216結(jié)果得到的預(yù)期刺激器305輸出。在實施例中，最后提供的刺激振幅是內(nèi)側(cè)髁上的計算力的函數(shù)，并且橫向股肌(lateral vastus)被電極306和307刺激。
[0040]如所示，每當(dāng)最活躍的髁力在滿標(biāo)度的5%以下時，從任何活躍狀態(tài)進入安全(默認(rèn))狀態(tài)。停止刺激，大概通過在狀態(tài)參數(shù)216處呈現(xiàn)的低增益。
[0041]可以預(yù)期后內(nèi)側(cè)脛骨保護狀態(tài)源自于用戶在登單個樓梯的同時按下開關(guān)308，在膝蓋的該部分上施加應(yīng)力。在內(nèi)側(cè)磨蝕的(典型)情況下，可以預(yù)期10%以上的突然內(nèi)側(cè)(建模)力。在活動用戶中，另外可以預(yù)期股骨的快速減速度(給定高導(dǎo)數(shù))，因此也可以被標(biāo)準(zhǔn)選擇器206選擇。將預(yù)期反映構(gòu)成原因的運動的逐漸增加的刺激。
[0042]隨著用戶通過安置腿301的踵而進入步態(tài)循環(huán)的姿態(tài)(stance)階段，可以預(yù)期中心內(nèi)側(cè)保護狀態(tài)。在兩個髁上可以預(yù)期高力導(dǎo)數(shù)，通常伴隨有橫向平面中的高脛骨加速度。在所示的示例中，使用外側(cè)(健康)髁上的較高力來限定(qualify)內(nèi)側(cè)髁上的較低力。然而，在具有更快速步伐的用戶中，可以預(yù)期的是標(biāo)準(zhǔn)選擇器206將在脛骨橫向平面運動中發(fā)現(xiàn)更大的導(dǎo)數(shù)。因此，一個實施例也將該信息用于狀態(tài)確定。將預(yù)期刺激的突然開始。
[0043]在剛好在踵撞擊之前具有十字韌帶損傷的用戶中可以預(yù)期過度伸展(hyperextension)保護狀態(tài)。在建模韌帶力(包括在膝蓋模型中)中可以預(yù)期最高改變，雖然膝蓋旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生具有高關(guān)節(jié)松弛的股骨的高冠平面加速度。結(jié)果得到的膝蓋力的短促將產(chǎn)生快速的明顯刺激。
[0044]可以看到的是所示狀態(tài)的數(shù)目將取決于被用戶發(fā)現(xiàn)痛苦的條件的數(shù)目，并且通過開關(guān)308的使用，可以實現(xiàn)狀態(tài)的添加以及修改。假設(shè)可以通過開關(guān)308的單獨激活來實現(xiàn)狀態(tài)擦除，促使事件指示器隨著不想要的狀態(tài)發(fā)生而將其刪除。
[0045]現(xiàn)在參考圖5，三軸加速度計503被放置在高爾夫車501的標(biāo)稱重心處。GPS傳感器502被附加于具有定位衛(wèi)星的最佳視圖的高爾夫車502的區(qū)域。電池505通過電流監(jiān)視器510向電動機507提供功率。速度傳感器511被附著于電動機507的輸出軸，因此指示所述高爾夫車501的軸速度?？勺儽闰?qū)動504、大概是電驅(qū)動行星式齒輪裝置修改針對方向盤508的給定旋轉(zhuǎn)而引起的前輪509的角運動。控制器506從所述加速度計503、GPS接收機502、速度傳感器511以及電流監(jiān)視器510接收輸入；并向可變比驅(qū)動504提供可變控制，對高爾夫車501的轉(zhuǎn)向比進行調(diào)制。
[0046]高爾夫車以不良的橫向穩(wěn)定性而出名，然而其最初的使用是在丘陵地帶。本發(fā)明的實施例通過調(diào)制車輛的轉(zhuǎn)向比來降低小車傾翻的可能性。
[0047]加速度計503、GPS接收機503、速度傳感器511以及電流監(jiān)視器510向圖2的信號獲取201提供輸入，其執(zhí)行在上文的其描述中給出的活動。結(jié)構(gòu)模型203包含將在其上面操作高爾夫車501的高爾夫球場的高度圖，假定在與GPS接收機502相容的坐標(biāo)系中?？刂破?06包含本發(fā)明的實施例，如圖2中所示，該背景遵循:
模型解算器204將分別來自所述輸入502、503和511的當(dāng)前物理位置和方向、三個軸中的傾度以及車輛速度應(yīng)用于結(jié)構(gòu)模型203的地形圖，以便解算用于任何給定情況集合的改變的最大安全偏航率。這樣計算的最大安全偏航率被上文表示為到歷史緩沖器205的輸入的已調(diào)節(jié)輸入包括。事件指示器210向標(biāo)準(zhǔn)選擇器206在車輛速度每次顯著增加時向標(biāo)準(zhǔn)選擇器206和可選地狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)207提供信號。在接收到所述信號時，標(biāo)準(zhǔn)選擇器選擇車輛速度、車輛加速度或車輛傾度中的一個或多個作為用于給定情況的反轉(zhuǎn)(rollover)的最可能原因，并且在狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)207中產(chǎn)生兩個狀態(tài)定義。第一狀態(tài)定義是指示反轉(zhuǎn)的相對概率的若干狀態(tài)中的一個，請注意，如果傾斜足夠遠，則高爾夫車甚至可以以極低的速度翻倒。第二狀態(tài)定義指示這樣的條件，在該條件下將減小轉(zhuǎn)向比以便延長穩(wěn)定性。
[0048]比較器208至少針對在前段中舉例說明的兩個狀態(tài)定義來監(jiān)視傳入流211，根據(jù)需要將當(dāng)前狀態(tài)指示214更新到狀態(tài)條件209。狀態(tài)條件209向下游控制軟件提供常數(shù)，該常數(shù)包括以上第一狀態(tài)定義期間的基礎(chǔ)安全轉(zhuǎn)向比以及表示極限的一個或多個常數(shù)，在該極限以上，將在上述第二狀態(tài)定義期間減小轉(zhuǎn)向比。在接收到所述常數(shù)時，下游控制軟件直接地控制圖5的可變比驅(qū)動504的轉(zhuǎn)向比。
[0049]在向前運動開始時，將應(yīng)用基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向比，隨著當(dāng)前車輛條件的固有風(fēng)險而減小，如針對所述第一狀態(tài)定義所選擇的特定狀態(tài)所指示的。這將為駕駛員改善可預(yù)測性。在由與所述第二狀態(tài)定義的成功比較所指示的危險條件的任何點處，表示將如何減小轉(zhuǎn)向比的常數(shù)(諸如速度、增益等)被提供給下游控制軟件，其然后通過可變比驅(qū)動504的調(diào)制來相應(yīng)地減小轉(zhuǎn)向比。如果在任何點處車輛速度顯著地增加(其將經(jīng)由方框210來說明)，則將如上所述地產(chǎn)生新狀態(tài)定義，以反映新情況。
[0050]在此應(yīng)用中選擇對車輛速度的轉(zhuǎn)向比控制，因為快速減速度是可怕的風(fēng)險因素。
[0051]現(xiàn)在參考圖6，三軸加速度計602在彈簧單高蹺601被普通用戶騎乘時在高蹺的標(biāo)稱重心處被附加于彈簧單高蹺601。阻尼器603被附加于彈簧單高蹺601的外管的下部，當(dāng)在彈簧606下面完全伸展時完全覆蓋內(nèi)管。阻尼器603可以采用磁流變(rheonetic)或電子流變流體、磁推斥或吸引及其他方法，通過方法，可以在彈簧單高蹺601的內(nèi)管與外管之間引入阻力(resistance)?？刂破?04從加速度計602接收三個軸中的加速度作為輸入，并向脈寬調(diào)制器605提供控制信號，該變量激勵阻尼器603。可以看到來自控制器604的所述控制信號因此對阻尼器606進行調(diào)制，可變地減少從彈簧606可實現(xiàn)的動能存儲。控制器604包含本發(fā)明的實施例，如圖2中所示，該背景遵循:
信號獲取201接收彈簧單高蹺和因此的騎手的矢狀(sagittal)、冠狀和橫向面中的傾度和加速度作為輸入。結(jié)構(gòu)模型203包含彈簧單高蹺的彈簧的動態(tài)行為和粗略人類騎手模型，其由未知質(zhì)量、第一對球形樞軸、第一對未知長度、一對鉸鏈、第二對未知長度以及第二對球形樞軸組成；表示人體質(zhì)量中心、雙髖關(guān)節(jié)、雙股骨、雙膝蓋、雙脛骨以及雙踝，標(biāo)稱髖和膝蓋間距和踝間距與彈簧單高蹺的匹配。模型解算器204連續(xù)地計算騎手質(zhì)量、騎手股骨長度、騎手脛骨長度、騎手膝蓋角度、矢狀彈跳角、冠狀彈跳角以及彈簧單高蹺的末端與地面之間的摩擦系數(shù)。矢狀和冠狀彈跳角和尖端摩擦系數(shù)被與彈簧單高蹺傾度和加速度一起提供給歷史緩沖器205。
[0052]在操作中，下游控制軟件用每次彈跳來連續(xù)地計算矢狀和冠狀面中的偏差，以斷定騎手控制高蹺的能力。除流211之外，此信息也被提供給標(biāo)準(zhǔn)選擇器206。如圖5的加速度計602所指示的，事件指示器210在彈簧單高蹺的每次下降開始時向標(biāo)準(zhǔn)選擇器206和可選地狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)緩沖器207提供信號。在接收到所述信號時，標(biāo)準(zhǔn)選擇器206檢查矢狀和冠狀面兩者中的騎手的相對能力和即將發(fā)生的彈跳的建模軌跡，以選擇最有可能促使騎手傾覆(upset)的軸。標(biāo)準(zhǔn)選擇器206然后創(chuàng)建由符合騎手能力和當(dāng)前條件兩者的即將發(fā)生的彈跳的安全軌跡極限組成的不安全狀態(tài)定義，將此狀態(tài)定義存儲在狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)207中。
[0053]隨著騎手彈跳繼續(xù)，如果滿足了所述不安全狀態(tài)定義，則比較器208向狀態(tài)條件緩沖器209指示不安全狀態(tài)，促使?fàn)顟B(tài)條件緩沖器209向下游控制軟件提供阻尼控制參數(shù)(諸如時間常數(shù)或增益)，該下游控制軟件然后如上所述的那樣通過圖6的阻尼器603的變量激活來增加彈簧阻尼。
[0054]實施例可以包括足夠的緩沖，使得用戶不需要立即激活開關(guān)308，而是可以替代地依賴于緩沖以允許用戶自感興趣事件已發(fā)生開始在閾值時間水平(例如，5秒)內(nèi)激活開關(guān)。此外，諸如圖3的實施例包括三個傳感器，然而，其他實施例可以使用單個傳感器、兩個傳感器或不止三個傳感器，取決于要監(jiān)視的運動或狀態(tài)和期望的精度水平。例如，實施例可以包括傳感器309和303但不包括傳感器302，從而依賴于加速度而不依賴于位置信息。
[0055]雖然詳細(xì)地討論了關(guān)于膝蓋的實施例，但本文所述的實施例的應(yīng)用也已被應(yīng)用于高爾夫車和彈簧單高蹺。因此，可以將實施例廣泛地應(yīng)用于考慮各種動物(例如，人)關(guān)節(jié)(例如，肘、手指、腳趾、踝、髖、肩、頸、腕、背部/脊柱)的其他情況。刺激系統(tǒng)可以與支柱或假體(例如，替換肢體)耦合，但不限于此。
[0056]實施例可以包括位置引導(dǎo)系統(tǒng)。例如，用戶可以在他或她的膝蓋上佩戴套筒。該套筒可以放進口袋以保持諸如傳感器309、303的傳感器。那些口袋可以是使用諸如VelciO的耦合器可進行位置調(diào)整的。該口袋可以固定地耦合到套筒以確保用戶隨著時間推移而將相同的傳感器佩戴在相同位置。
[0057]根據(jù)前述討論，可以看到的是可以由結(jié)構(gòu)對激勵的反應(yīng)來驅(qū)動狀態(tài)確定，與僅僅簡單的激勵判定相反。結(jié)果，控制實體的狀態(tài)結(jié)構(gòu)可以更緊密地反映受控環(huán)境的結(jié)構(gòu)，將控制的動作擴展以包含不容易測量的效果。此區(qū)別允許超出先前經(jīng)驗的自適應(yīng)操作，因為無論先前是否已觀察到，多個感覺輸入可以導(dǎo)致已標(biāo)記操作參數(shù)的發(fā)生。此外可以看到的是可以通過包括能夠在運行時間環(huán)境中發(fā)現(xiàn)具有最佳動態(tài)范圍的系統(tǒng)度量的狀態(tài)確定裝置來改善狀態(tài)辨別，所述最佳動態(tài)范圍在系統(tǒng)設(shè)計期間可以是也可以不是已知的。
[0058]給定本發(fā)明創(chuàng)建狀態(tài)定義以影響系統(tǒng)的控制的能力，也包括根據(jù)需要而刪除狀態(tài)定義的能力是隱含且預(yù)期的。
[0059]雖然在本文中以在非常簡單的控制系統(tǒng)中的使用示出，但在狀態(tài)機實施中預(yù)期本發(fā)明的廣泛使用，所述狀態(tài)機實施中的許多被已知是更加復(fù)雜的，諸如分級狀態(tài)結(jié)構(gòu)。除本文所示的物理設(shè)備的控制之外，也可預(yù)期本發(fā)明在非物理應(yīng)用中的有利使用，諸如數(shù)據(jù)流控制。
[0060]在以上公開中可以看到將通過運行時設(shè)置中的反映對刺激的系統(tǒng)響應(yīng)的術(shù)語的創(chuàng)建和使用來改善正常地在固定或可調(diào)整模板驅(qū)動控制系統(tǒng)中看到的可變性和外推問題。結(jié)果，使用本文所述的技術(shù)的系統(tǒng)更好地反映結(jié)構(gòu)正在被控制，大大地改善了整個系統(tǒng)響應(yīng)。
[0061 ] 因此，在實施例中，測量的物理條件(例如，加速度)被應(yīng)用于被保護的關(guān)節(jié)的物理模型(例如，3D模型)。獲得該關(guān)節(jié)的承載元件上的矢量力。此建模力信息然后被用來控制何時和/或如何刺激對掌肌(opposing muscle)。在實施例中，獲取非自定義測量(例如，來自一個或多個加速度計的一般測量)并將其應(yīng)用于模型以獲得該特定用戶的關(guān)節(jié)中的結(jié)果。相反，常規(guī)系統(tǒng)僅覆蓋使用運動信息來確定何時進行刺激而不是如何進行刺激。常規(guī)系統(tǒng)未使用建模矢量內(nèi)力來控制刺激。并且，常規(guī)系統(tǒng)未使用測量的條件來修改正在使用的物理模型。
[0062]并且，在一個實施例中，通過按下按鈕，病人或提供者警告設(shè)備記住什么條件(尤其是內(nèi)力)引起某些負(fù)面的東西(例如，疼痛、不穩(wěn)定性)。這與常規(guī)預(yù)定位置模板形成對比。
[0063]在實施例中，在獲悉類似于關(guān)節(jié)松弛的東西時，此類知識被應(yīng)用于物理模型，因此刺激使內(nèi)部承載表面上的(預(yù)測)力偏移。使用位置、加速度等的常規(guī)刺激系統(tǒng)的控制采取線性系統(tǒng)(例如，位置或加速度直接引起問題)。這對于具有許多符合性、阻力等的真實世界的生物條件而言是過于簡單的。例如，有關(guān)節(jié)炎的關(guān)節(jié)具有松弛，其如兩個極限之間的滯后一樣作用(當(dāng)媒碰撞時)。
[0064]在實施例中，在病人按下按鈕時可用的數(shù)據(jù)(位置、加速度、力)被用來發(fā)現(xiàn)當(dāng)前條件中的哪些數(shù)據(jù)項目與正常操作或其他狀態(tài)最為不同。值僅被用于最容易可見的數(shù)據(jù)項目(例如，內(nèi)側(cè)髁力)，并且然后只有那些值被監(jiān)視以標(biāo)記該狀態(tài)正在再次發(fā)生。這種方法讓控制器發(fā)現(xiàn)最顯著的項目以尋找何時監(jiān)視特定條件(例如，關(guān)節(jié)上的力)。因此，實施例記住將預(yù)兆著狀態(tài)的一組最明顯的東西。常規(guī)系統(tǒng)查看在設(shè)計系統(tǒng)時預(yù)先確定的數(shù)據(jù)項目(身份)列表。如同預(yù)先確定的位置模板一樣，這是預(yù)先確定的冗長列表(laundry list),其是過于簡單的，并且未被針對用戶和他或她的當(dāng)前條件(例如，重量、活動)進行自定義。
[0065]實施例包括(a)基于在第一位置處(例如，從作用于脛骨上的下向(inferiordirection))在外部施加于關(guān)節(jié)的第一外力(例如正加速度)對施加于用戶關(guān)節(jié)(例如膝蓋)的模型的第一內(nèi)力進行建模；(b)基于在不等于第一位置的第二位置(從作用在股骨上的上方向)處在外部施加于關(guān)節(jié)的第二外力(例如減速度)來對施加于模型的第二內(nèi)力進行建模；(C)比較第一和第二建模內(nèi)力(例如，以確定它們是否類似)；以及(d)基于該比較來刺激用戶(例如，由于可能未知的第二外力導(dǎo)致與被標(biāo)記為有問題的先前內(nèi)力類似的內(nèi)力而刺激用戶)。因此，實施例可能能夠?qū)?nèi)力標(biāo)識為有問題，盡管從未“看到”間接地產(chǎn)生有問題內(nèi)力的位置。
[0066]實施例可以包括從用戶接收對應(yīng)于第一外部源(例如，用戶感覺到疼痛時的開關(guān)激活)的輸入；以及基于接收輸入對第一內(nèi)力進行建模。
[0067]實施例可以包括基于與用戶體驗到關(guān)節(jié)疼痛和關(guān)節(jié)不穩(wěn)定性(例如，諸如在用戶感覺到疼痛的5或10秒內(nèi)的同一時間段內(nèi)存在或發(fā)生)中的一個基本上同時地從用戶接收到輸入而動態(tài)地創(chuàng)建新模型(例如，在運行中和在系統(tǒng)在具有病人的現(xiàn)場中關(guān)閉之后)。
[0068]實施例包括根據(jù)所選因素(例如，量值、矢量以及到建模關(guān)節(jié)的施加點、數(shù)據(jù)的最高導(dǎo)數(shù)值、統(tǒng)計流行性等)來確定第一和第二建模內(nèi)力基本上是相等的；以及基于該確定來刺激用戶。
[0069]實施例還可以包括確定對應(yīng)于第一內(nèi)力的第一特性；以及確定對應(yīng)于第二內(nèi)力的第二多個特性；其中，比較第一和第二建模內(nèi)力包括比較第一特性和第二特性，第二特性被包括在所述多個特性中。例如，如果用戶標(biāo)記了疼痛事件且十五個之中的一個元素看起來是顯著的(例如，外圍層或統(tǒng)計流行值)，則可以將該顯著因素用于稍后的比較以標(biāo)識該疼痛狀態(tài)。作為另一示例，一個人可能未認(rèn)識到什么因素將在確定有問題狀態(tài)存在時是最顯著的，直至產(chǎn)品在現(xiàn)場之后。因此，評估若干因素并在其之間進行選擇以構(gòu)建關(guān)于那些顯著因素的狀態(tài)的能力可以幫助在設(shè)備被投放到現(xiàn)場很久之后構(gòu)建預(yù)測模型。
[0070]可以在許多不同系統(tǒng)類型中實現(xiàn)實施例。現(xiàn)在參考圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)的框圖。多處理器系統(tǒng)500是點到點互連系統(tǒng)，并包括經(jīng)由點到點互連550耦合的第一處理器570和第二處理器580。處理器570和580中的每一個可以是多核處理器。術(shù)語“處理器”可以指的是處理來自寄存器和/或存儲器的電子數(shù)據(jù)以將該電子數(shù)據(jù)變換成可以存儲在寄存器和/或存儲器中的其他電子數(shù)據(jù)的任何設(shè)備或設(shè)備的部分。第一處理器570可以包括存儲器控制器集線器(MCH)和點到點(P-P)接口。類似地，第二處理器580可以包括MCH和P-P接口。MCH可以將處理器耦合到各存儲器，即存儲器532和存儲器534，其可以是被本地附著于各處理器的主存儲器(例如，動態(tài)隨機訪問存儲器(DRAM))的一部分?？梢苑謩e經(jīng)由P-P互連將第一處理器570和第二處理器580耦合到芯片組590。芯片組590可以包括P-P接口。此外，可以經(jīng)由接口將芯片組590耦合到第一總線516。可以將各種輸入/輸出(I/o)設(shè)備514連同總線橋518 —起I禹合到第一總線516,總線橋518將第一總線516耦合到第二總線520。可以將各種設(shè)備耦合到第二總線520，包括例如通信設(shè)備526以及諸如盤驅(qū)動器或其他海量存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲單元528，其在一個實施例中可以包括代碼530。
[0071]可以用代碼來實現(xiàn)實施例，并且實施例可以存儲在非臨時存儲介質(zhì)上，該非臨時存儲介質(zhì)具有存儲在其上面的指令，該指令可以用來對系統(tǒng)進行編程以執(zhí)行該指令。存儲介質(zhì)可以包括但不限于任何類型的盤，包括軟盤、光盤、光盤、固態(tài)驅(qū)動器(SSD)、壓縮盤只讀存儲器(CD-ROM)、壓縮可重寫盤(CD-RW)以及磁光盤、半導(dǎo)體器件，諸如只讀存儲器(ROM)、隨機訪問存儲器(RAM)，諸如動態(tài)隨機訪問存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機訪問存儲器(SRAM)、可擦可編程只讀存儲器(EPR0M)、閃存、電可擦可編程只讀存儲器(EEPR0M)、磁或光學(xué)卡或適合于存儲電子指令的任何其他類型的介質(zhì)。在本文中可以參考諸如指令、函數(shù)、程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序、配置設(shè)置、代碼等數(shù)據(jù)來描述本發(fā)明的實施例。當(dāng)該數(shù)據(jù)被機器訪問時，該機器可以通過執(zhí)行任務(wù)、定義抽象數(shù)據(jù)類型、建立低水平硬件上下文和/或執(zhí)行其他操作來進行響應(yīng)，如在本文中更詳細(xì)地描述的。該數(shù)據(jù)可以存儲在易失性和/或非易失性數(shù)據(jù)存儲中。術(shù)語“代碼”或“程序”覆蓋大范圍的部件和結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)用、驅(qū)動程序、進程、例程、方法、模塊以及子程序，并且可以指的是指令的任何集合，其在被處理系統(tǒng)執(zhí)行時執(zhí)行期望的一個或多個操作。另外，替代實施例可以包括使用少于所有的公開操作的過程、使用附加操作的過程、以不同的序列使用相同操作的過程以及其中對本文公開的單獨操作進行組合、細(xì)分或否則改變的過程?？梢愿鶕?jù)需要將部件或模塊組合或分離，并且可以將部件或模塊定位于設(shè)備的一個或多個部分中。
[0072]雖然已相對于有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到其許多修改和變更。意圖在于所附權(quán)利要求書覆蓋落在本發(fā)明的主旨和范圍內(nèi)的所有此類修改和變更。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 基于在第一位置處在外部施加于關(guān)節(jié)的第一外力對施加于用戶關(guān)節(jié)的模型的第一內(nèi)力進行建模； 基于在不等于第一位置的第二位置處在外部施加于關(guān)節(jié)的第二外力來對施加于模型的第二內(nèi)力進行建模； 比較第一和第二建模內(nèi)力；以及 基于比較來刺激用戶。
2.權(quán)利要求1的方法，包括: 從用戶接收對應(yīng)于第一外部源的輸入；以及 基于接收到輸入而對第一內(nèi)力進行建模。
3.權(quán)利要求2的方法，包括基于(a)施加于模型的第一內(nèi)力，(b)與用戶體驗到關(guān)節(jié)疼痛和關(guān)節(jié)不穩(wěn)定性中的一個基本上同時地從用戶接收輸入而動態(tài)地創(chuàng)建第一模型。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，第一外力和第一內(nèi)力是非線性相關(guān)的。
5.權(quán)利要求1的方法，包括: 基于比較第一和第二建模內(nèi)力，根據(jù)量值、矢量以及到建模關(guān)節(jié)的施加點中的一個來確定第一和第二建模內(nèi)力 是基本上相等的；以及基于確定來刺激用戶。
6.權(quán)利要求1的方法，包括: 確定對應(yīng)于第一內(nèi)力的第一特性；以及 確定對應(yīng)于第二內(nèi)力的第二多個特性； 其中，比較第一和第二建模內(nèi)力包括比較第一特性和第二特性，第二特性被包括在多個特性中。
7.權(quán)利要求1的方法，包括對第二外力進行建模并與第二外力到用戶的施加基本上同時地比較第一和第二建模內(nèi)力。
8.權(quán)利要求1的方法，包括基于建模第二內(nèi)力的量值以第一量值來刺激用戶。
9.權(quán)利要求1的方法，包括: 確定對應(yīng)于第二外力的多個特性； 確定在統(tǒng)計上顯著的第二特性，該第二特性被包括在多個特性中；以及 基于第二特性來比較第一和第二建模內(nèi)力。
10.一種系統(tǒng),包括: 存儲器； 處理器，被耦合到存儲器，以: 基于在第一位置處在外部施加于關(guān)節(jié)的第一外力對施加于用戶關(guān)節(jié)的模型的第一內(nèi)力進行建模； 基于在不等于第一位置的第二位置處在外部施加于關(guān)節(jié)的第二外力來對施加于模型的第二內(nèi)力進行建模； 比較第一和第二建模內(nèi)力；以及 基于比較來刺激用戶。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，處理器用以:從用戶接收對應(yīng)于第一外部源的輸入；以及 基于接收到輸入而對第一內(nèi)力進行建模。
12.權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，處理器用以基于(a)施加于模型的第一內(nèi)力，(b)與用戶體驗到關(guān)節(jié)疼痛和關(guān)節(jié)不穩(wěn)定性中的一個基本上同時地從用戶接收輸入而動態(tài)地創(chuàng)建第一模型。
13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，處理器用以: 確定對應(yīng)于第二外力的多個特性； 確定在統(tǒng)計上顯著的第二特性，該第二特性被包括在多個特性中；以及 基于第二特性來比較第一和第二建模內(nèi)力。
14.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，處理器用以: 確定對應(yīng)于第一內(nèi)力的第一特性；以及 確定對應(yīng)于第二內(nèi)力的第二多個特性； 其中，比較第一和第二建模內(nèi)力包括比較第一特性和第二特性，第二特性被包括在多個特性中。
15.一種駐留在存儲介質(zhì)中的指令集，該指令集被處理器執(zhí)行以實現(xiàn)權(quán)利要求1至9中之一的方法。
【文檔編號】A61F2/68GK103534724SQ201180057425
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2010年9月29日
【發(fā)明者】L.J.柯恩 申請人:連貫實驗室公司