便攜式的手康復(fù)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】提供一種用于改善患者四肢的局部麻痹肌肉的自主控制的治療設(shè)備。該治療設(shè)備被設(shè)計成便攜式的并且可被捆綁到患者的腕部或踝部。該設(shè)備使用多個微型馬達，所述微型馬達被配置為向患者的四肢傳送振動感覺作為體覺輸入。每個微型馬達被定尺寸以位于患者的相應(yīng)手指上或沿著患者的腳。該治療設(shè)備還包括一個微型處理器和一個容納所述微型處理器的殼體，所述微型處理器被編程以針對指定的時間和以預(yù)編程的順序致動所述微型馬達。還提供一種使用體覺輸入作為機能引導(dǎo)以改善患者四肢運動機能的方法。
【專利說明】便攜式的手康復(fù)設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求享有于2012年5月11日作為臨時申請?zhí)峤坏男蛄刑枮?1/645,682 的美國專利申請的權(quán)益。該申請的標題為"便攜式的手康復(fù)設(shè)備"并且其整體通過引用的 方式被納入本文。
[0003] 關(guān)于聯(lián)邦資助的研究或開發(fā)的聲明
[0004] 不適用。
[0005] 聯(lián)合研究協(xié)議的當事人的名稱 [0006] 不適用。
[0007] 發(fā)明背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0008] 本發(fā)明涉及康復(fù)設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及用于增強局部麻痹四肢（諸如中風 患者的手）的運動機能的便攜式設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0009] 美國的許多個體在他們的四肢都遭受有限的運動機能。這可能由很多原因中的任 何一種造成。一些個體可能例如遭受了中風。術(shù)語"中風"是一個非專業(yè)性的術(shù)語，通常指 的是通向腦的一個區(qū)域的血液供應(yīng)被暫時切斷的情況。這被稱為"缺血性中風"。
[0010] 在缺血性中風中，凝塊中斷血液流向腦的一部分。當血液沒能通過腦時，向受影響 區(qū)域的氧供應(yīng)被切斷，引起腦細胞死亡。腦缺血的時間越久，損害將會越嚴重。在控制上肢 運動的腦部分受損害的情況下，個體可能會處于局部癱瘓或局部麻痹的狀態(tài)。
[0011] 一些中風被稱為"出血性的"。當腦中的血管自身破裂時,發(fā)生出血性中風。這導(dǎo) 致血流入腦物質(zhì)，引起損害周圍腦細胞。
[0012] 不管其類型，中風是在美國導(dǎo)致殘疾的最常見原因。在美國每年有大概650000例 新的和180000例復(fù)發(fā)的中風。大約1/4的中風幸存者被認為是永久殘疾。在美國中風患 者康復(fù)是一個數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。
[0013] 作為損傷的一個結(jié)果，個體可能還會喪失一個或多個四肢的機能。這樣的損傷可 能由于汽車事故、潛水事故、墜落或其他創(chuàng)傷而發(fā)生。在這些情況下，個體的頸椎和神經(jīng)可 能損傷，又產(chǎn)生手的局部麻痹。另外，這些創(chuàng)傷可以引起腦損傷。
[0014] 除了這些事件以外，一些個體可能由于醫(yī)療疾病狀況而患有局部上部癱瘓。這些 狀況的實例包含肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化（ALS)、低鉀性周期性麻痹、腦性癱瘓或其他疾病。 最后，由于因工作或軍事任務(wù)中的爆炸或意外事故引起的腦損傷，一些個體可能遭受某種 程度的麻痹。
[0015] 當這些局部麻痹狀況中的任何一個發(fā)生時，個體在他們的手臂中保留有限的運動 機能。多數(shù)中風幸存者中最常見的殘疾是手的虛弱。這樣的個體在執(zhí)行日常任務(wù)（諸如吃 飯、關(guān)燈、操作遙控器、打字、或多數(shù)人認為是理所當然的無數(shù)其他的活動）方面存在困難。
[0016] 在許多情況下，具有有限運動機能的個體將接受治療。這樣的治療可能發(fā)生在康 復(fù)設(shè)施處或在醫(yī)療辦公室處。一些患者通過使用所謂的機器人接受昂貴的康復(fù)。這樣的治 療通常是昂貴的。在另一些情況下，規(guī)定一個基于家庭的康復(fù)的日常方案以實現(xiàn)手和手指 的機能恢復(fù)。然而，基于家庭的規(guī)劃有時會受到患者的積極性和患者使用適當技術(shù)的意愿 或使用適當技術(shù)的能力的限制。
[0017] 因此，需要一種在家里或在其他遠程位置處有效地改善中風患者和損傷受害者的 手機能的手康復(fù)設(shè)備。另外，需要一種在康復(fù)期間提供體覺信號或基于觸摸信號作為機能 引導(dǎo)的基于家庭的設(shè)備。再者，需要一種不依賴于經(jīng)皮電刺激或植入物并且與患者的腦相 互作用的便攜式設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本文提供一種用于慢性神經(jīng)紊亂（包含中風和創(chuàng)傷性腦損傷）的便攜式康復(fù)設(shè) 備。該設(shè)備用于患者治療以改善對患者四肢的局部麻痹肌肉的控制。
[0019] 在一個實施方案中，治療設(shè)備包括多個微型馬達。每個微型馬達被配置為向所選 擇的四肢點傳送振動感覺。四肢點的一個實例是患者的手指。所述微型馬達向所述四肢點 提供振動輸入。
[0020] 每個微型馬達被定尺寸以位于患者的相應(yīng)手指上或者，在一個實施方案中沿著患 者的腳或腳趾。在一個布置中，為每個設(shè)備提供五個微型馬達，代表患者的手上的指的通常 數(shù)量。在另一個布置中，提供12個微型馬達。這些代表每個手指背側(cè)上一個微型馬達，每 個手指腹側(cè)上一個微型馬達，以及患者的腕部的背側(cè)和腹側(cè)的每個上定位一個微型馬達。
[0021] 該設(shè)備還包含電源。該電源與所述微型馬達中的每一個電氣通信。該電源可以是 例如一個或多個電池或者USB電纜。在后者的情況下，USB電纜可以被插入到便攜式處理 單元諸如膝上型電腦或個人數(shù)字助理。處理單元本身可被編程以允許患者或健康護理提供 者選擇將由微型馬達傳送的治療方案。
[0022] 該治療設(shè)備還包含微型處理器或控制器。該微型處理器被編程以針對指定的時間 和順序致動所述微型馬達。該微型處理器可以被預(yù)編程以提供各種各樣的不同時間和順序 以增加患者的興趣和挑戰(zhàn)。該微型處理器可以通過有線信號或通過無線信號與所述微型馬 達中的每個通信。
[0023] 該設(shè)備還包含殼體。該殼體支撐并保護微型處理器和電池。微型處理器可以通過 印刷電路板與電池和微型馬達通信。在微型處理器與微型馬達無線通信的情況下，該殼體 還將包含用于發(fā)送無線信號的發(fā)射機，諸如通過使用藍牙或Wi-Max。
[0024] 優(yōu)選地，該治療設(shè)備還具有電源開關(guān)。該電源開關(guān)允許患者或健康護理人員手動 地啟動和停用所述控制器和微型馬達。這延長了電池壽命。另外，該治療設(shè)備還優(yōu)選地包 含光源。該光源被布置在殼體上，以在微型馬達振動時向患者傳送視覺輸入。
[0025] 在一個優(yōu)選的實施方案中，所述多個微型馬達中的每一個被定尺寸以位于患者的 手指上。該設(shè)備則還可以包括手套，用于鄰近患者的相應(yīng)手指支撐所述微型馬達中的每一 個。可以提供條帶以用于將殼體支撐在患者的腕部上。該條帶可以被嵌入手套內(nèi)。替代地， 殼體被嵌入手套本身內(nèi)而不需要分立的條帶。又替代地，不使用分立的殼體，而是微型處理 器和相關(guān)聯(lián)的電子器件通過所謂的撓曲電子器件嵌入手套內(nèi)。
[0026] 本文還提供一種使用體覺輸入作為機能引導(dǎo)以改善患者四肢的運動機能的方法。 在該方法中，患者響應(yīng)于由控制器啟動的光信號和振動信號。以此方式，患者接收用于運動 任務(wù)的體覺輸入引導(dǎo)，需要主動的腦參與。振動輸入與可選擇的視覺輸入結(jié)合為患者提供 開始提示和停止提示。
[0027] 該方法包括將治療設(shè)備固定在患者的腕部周圍。該治療設(shè)備根據(jù)上文總體描述的 該設(shè)備的多個實施方案被構(gòu)造。該方法還包括根據(jù)對微型處理器進行的編程開始來自所述 微型馬達的第一振動輸入循環(huán)。該方法則還包括監(jiān)測患者的四肢點響應(yīng)于相應(yīng)微型馬達的 振動輸入的運動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 因此，為了更好地理解本發(fā)明，在此隨附提供了一些例示、圖表、圖片和/或流程 圖。然而，應(yīng)注意，附圖僅例示本發(fā)明的選定實施方案，因此不被認為對范圍進行限制，因為 本發(fā)明可以承認其他同等效果的實施方案和應(yīng)用。
[0029] 圖IA是一個實施方案中的、根據(jù)本發(fā)明的一種便攜式的手康復(fù)設(shè)備的立體圖。一 個例示性的控制單元和手套以及從該控制單元延伸出并且進入該手套內(nèi)的線被示出。
[0030] 圖IB是一個替代實施方案中的、根據(jù)本發(fā)明的一種便攜式的手康復(fù)設(shè)備的立體 圖。一個例示性的控制單元和手套又被示出。
[0031] 圖2A提供了一對圖IA的康復(fù)設(shè)備的控制單元和線。一個單元用于患者的左手， 而另一個單元用于患者的右手。在兩個單元中，看到線從控制單元延伸到相應(yīng)的微型馬達。
[0032] 圖2B提供了一對圖IB的康復(fù)設(shè)備的控制單元和線。一個單元用于患者的左手， 而另一個單元用于患者的右手。在兩個單元中，看到線從控制單元延伸到相應(yīng)的微型馬達。
[0033] 圖3A提供了圖2A的控制單元的分解視圖?？吹綒んw內(nèi)的選定組件，包括印刷電 路板、微型控制器、LED和一對電池。
[0034] 圖3B提供了圖2B的控制單元的分解視圖?？吹綒んw內(nèi)的選定組件，包括印刷電 路板、微型控制器、多個LED燈和一對電池。
[0035] 圖4在一個方面提供了微型馬達的立體圖。四個單獨的圖被標示為"A"、"B"、"C" 和 "D"。
[0036] 標示為"A"和"B"的圖分別代表微型馬達殼體的頂部部分和底部部分。
[0037] 標示為"C"的圖提供內(nèi)部存在有振動設(shè)備的底部殼體。
[0038] 標示為"D"的圖示出殼體的頂部部分和底部部分連接在一起形成微型馬達。振動 設(shè)備和線存在于微型馬達內(nèi)。
[0039] 圖5是一個流程圖，示出了在一個實施方案中執(zhí)行用于提供患者的上肢的神經(jīng)電 刺激的方法的步驟。該方法使用體覺輸入作為機能引導(dǎo)以改善運動機能。

【具體實施方式】
[0040] 圖IA是一個實施方案中的、根據(jù)本發(fā)明的便攜式康復(fù)設(shè)備100A的立體圖。在圖 IA的例示性實施方案中示出的設(shè)備100A總體包括控制單元110A。控制單元IlOA限定保 持在殼體112A內(nèi)的微型處理器（見圖3A中的111)和相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)。殼體112A本身 則使用條帶120或其他固定裝置可選地固定到患者的腕部（未示出）或其他四肢。
[0041] 在一個實施方案中，微型處理器是由德克薩斯州Plano的德州儀器公司（Texas Instruments, Inc.)提供的MSP430F2013。然而，可以使用允許患者啟動并控制體覺輸入的 循環(huán)的任何合適的微型處理器。
[0042] 康復(fù)設(shè)備100A還包含多個微型馬達130。微型馬達130是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的 換能器。在一方面，微型馬達130是所謂的硬幣式振動馬達（coin vibration motors),諸 如位于中國浙江溫州和紐約布魯克林的金龍機電有限公司的C1020B00F81馬達。在圖IA 的視圖中，僅可看到一個微型馬達130的一部分，應(yīng)理解，微型馬達130被嵌入在手套150A 的手指內(nèi)。
[0043] 康復(fù)設(shè)備100A還包含電線140。線140將電流從殼體112A內(nèi)的電池（在圖3A示 為170)傳輸?shù)矫總€微型馬達130。分開的正極線和負極線從殼體112A延伸到每個微型馬 達130。根據(jù)微型處理器111發(fā)送的信號，通過線140傳輸電流。
[0044] 在圖IA的布置中，康復(fù)設(shè)備100A是手康復(fù)設(shè)備。這意味著康復(fù)設(shè)備100A被配置 為將體覺輸入傳送到患者的手。在此情況下，條帶120被配置且被定尺寸以將殼體120固 定到患者的腕部。這還意味著微型馬達130沿著患者的手指放置。
[0045] 為將微型馬達130支承在患者的手指上，提供了手套150A。在圖IA的例示性布置 中，手套150A是右手手套。應(yīng)理解，可以連同左手手套（未示出）一起提供第二個手康復(fù) 設(shè)備100A。在任一情況下，微型馬達130可以沿著患者手指的背側(cè)或腹側(cè)被嵌入手套150A 內(nèi)。
[0046] 應(yīng)注意，本文使用的術(shù)語"手指"包含拇指。還應(yīng)注意，手套150A優(yōu)選將指尖暴露 出以使得能夠活動且便于觸覺。
[0047] 圖2A是一對手康復(fù)設(shè)備100A (沒有手套）的立體圖。每個設(shè)備100A包含一個控 制單元。一個控制單元（被標示為110A-L)包含線130,該線被配置為將信號傳送到患者左 手上的微型馬達130 ;第二控制單元（被標示為110A-R)包含線130,該線被配置為將信號 傳送到患者右手上的微型馬達130。微型馬達被分別標示為132、133、134、135和136。微型 馬達132被設(shè)計為位于手套150A內(nèi)鄰近患者的拇指（未示出），而微型馬達133、134、135 和136被定尺寸以位于手套150A內(nèi)鄰近患者四個相應(yīng)的手指（也未示出）。
[0048] 以預(yù)編程的順序并且長達指定的時間將控制信號從控制單元110A-LU10A-R提 供到微型馬達132、133、134、135、136。例如，一個控制信號可以被發(fā)送到第一微型馬達（例 如，132),以引起它振動達10s。在此期間，響應(yīng)于振動輸入,患者將通過擺動、轉(zhuǎn)動、彎曲、或 其他方式鍛煉對應(yīng)于該微型馬達132的四肢點。此后，該信號被終止。在一個停用時段（例 如，4s)之后，一個新的控制信號可以被發(fā)送到第二微型馬達（例如，134)，以引起它振動達 IOs ;然后，那個控制信號將被終止并且跟隨一個新的停用時間（比如說，5秒）?？梢詾槊?個微型馬達132、133、134、135、136繼續(xù)此循環(huán)，直到控制信號被發(fā)送到每個微型馬達，t匕 如說，三個循環(huán)。
[0049] 每個控制單元110A-U110A-R包含殼體112A。在圖2A的例示性布置中，殼體112A 具有基本矩形輪廓。然而，應(yīng)理解，殼體112A的幾何形狀并不重要，只要它足夠小到是攜帶 式的并且，優(yōu)選地，貼緊佩戴在四肢上。所述四肢可以是腕部或踝部。殼體112A包括具有 開口或槽124的底座114。槽124接收并支撐所述條帶120。
[0050] 圖2A中的條帶120被理想地定尺寸以分別纏繞在患者的左腕部和右腕部。條帶 120將包含任何固定裝置（未示出）用于將殼體112A固定到患者的相應(yīng)腕部。這樣的固定 裝置可以是帶扣、夾子、鉤和毛圈搭扣材料、卡扣、磁體或用于固定衣服、繃帶或條帶的其他 眾所周知的物品。
[0051] 每個康復(fù)設(shè)備100A包含燈104。燈104可以是例如紅色發(fā)光二極管（LED)。每當 控制信號被從控制單元IlOA發(fā)送到微型馬達130時，LED燈104就發(fā)亮。燈104的發(fā)光表 明五個微型馬達132、133、134、135、136之一產(chǎn)生的振動的發(fā)生。使用開關(guān)106可以手動地 超控（關(guān)閉）LED燈104。這允許振動輸入僅引導(dǎo)患者任務(wù)。
[0052] 每個康復(fù)設(shè)備100A還包含復(fù)位按鈕105。復(fù)位按鈕105允許患者或衛(wèi)生保健助手 重新啟動設(shè)備100A的振動和燈循環(huán)。
[0053] 圖3A提供圖2A的設(shè)備100A的控制單元IlOA的分解圖?？吹蕉喾N組件，包含殼 體112A、復(fù)位按鈕105和燈104A。
[0054] 圖3A還示出了電源開關(guān)160。電源開關(guān)160允許患者或衛(wèi)生保健助手在設(shè)備100A 未運行時關(guān)閉康復(fù)設(shè)備100A。這進而節(jié)省電池電源。電源開關(guān)160延伸通過殼體112A中 的開口 1。
[0055] 設(shè)備100A靠電源運行。優(yōu)選地，所述電源包括一個或多個電池，諸如AA電池170。 以此方式，設(shè)備100A是非常便攜的。然而，本發(fā)明不排除電源組和電源線的使用。
[0056] 多個開口被設(shè)置在設(shè)備100A的殼體112A中。開口 115容納復(fù)位按鈕105 ;開口 114A容納燈104A ;并且開口 116A容納LED開關(guān)106A。
[0057] 印刷電路板162位于殼體112A內(nèi)。印刷電路板162提供多個電氣部件之間的電 氣通信。輸出164從印刷電路板162伸出，以將控制信號從微型處理器111遞送到微型馬 達 130。
[0058] 印刷電路板162由底座114支撐。開口 163沿著印刷電路板162的拐角設(shè)置，以 落在底座114中的對應(yīng)的承口 113上并且用于接收附接螺釘（未示出）。底座114包含用 于接收圖IA的條帶120的槽124。底座114還包含用于接收AA電池170的電池盒127。最 后，底座114提供電氣引線172U74穿過的開口 165。電氣引線172U74提供電池170和印 刷電路板162之間的電氣通信。
[0059] 應(yīng)注意，在圖3A的布置中，電池170位于底座114的下面。電池盒蓋175被提供 以將電池170固定就位在底座114下面。出于本公開內(nèi)容的目的，這樣的布置被認為將電 池170存儲在殼體112A內(nèi)。
[0060] 在一方面，圖4提供了微型馬達430的立體圖。四個單獨的圖被標示為"A"、"B"、 "c，U。
[0061] 標示為"A"和"B"的圖分別代表微型馬達殼體的頂部部分432和底部部分434。 頂部部分432和底部部分434被設(shè)計成配合在一起，以形成用于保持振動設(shè)備436的殼。
[0062] 標不為"C"的圖不出殼體的底部部分434。這里，振動設(shè)備436被放置在其中。線 438從振動設(shè)備延伸出并且從殼體的底部部分434出來。在運行中，線438將連接到印刷電 路板162的電路系統(tǒng)。
[0063] 標示為"D"的圖示出連接在一起的殼體的頂部部分432和底部部分434。這代表 完整的微型馬達430。微型馬達430可以是例如，具有8到16mm的直徑和3到8mm的厚度 的所謂的硬幣式馬達或盤式馬達。微型馬達130可以具有大約1. 5到5. OV的額定電壓和 大約5000到20000rpm、或更優(yōu)選的7500到IlOOOrpm的運行速度。
[0064] 微型馬達436意在與控制器（諸如微型處理器111)電氣通信。如注意到的，微型 處理器111位于控制單元IIOA的殼體112A內(nèi)。微型處理器111被布置以向微型馬達（在圖 2A中被示出為微型馬達132、133、134、135和136)和燈104A循環(huán)性地傳輸信號。例如，第 一振動信號可以被發(fā)送到第一微型馬達132,并且第一燈信號可以同時被發(fā)送到燈104A。 這引起第一微型馬達132和燈104A同時點亮。只要第一微型馬達132正在振動，燈104A 就保持點亮，向患者提供體覺輸入。
[0065] 在這一時間期間，患者將移動正從第一微型馬達132接收振動的手指。只要微型 馬達132正在振動并且燈104A被點亮，運動就會持續(xù)。在一個指定的時間段（諸如5s或 IOs)之后，所述信號將被停止，引起第一微型馬達132不再振動并且引起燈104A不再點亮。 此后，將引入一個短的停用時段，其中沒有振動并且沒有點亮發(fā)生?；颊咴谠撏Ｓ脮r段期間 將休息，并且等待下一個信號。
[0066] 在該停用時段之后，將通過微型處理器111發(fā)送下一組信號。例如，第二振動信號 可以被發(fā)送到微型馬達136,并且對應(yīng)的燈信號被發(fā)送到燈104A。此新的一組信號可以發(fā) 生達例如3到8秒的時段，在該時段期間，患者將移動或鍛煉與微型馬達136相關(guān)聯(lián)的手 指。此后，引入第二停用時段。每個停用時段可以是例如2到10秒，或更優(yōu)選地，大約4秒。 [0067] 應(yīng)注意，燈開關(guān)106A允許患者或健康護理人員在振動循環(huán)期間超控燈104A的點 亮。這在康復(fù)期間給患者引入一個難度水平?；颊邉t必須僅依靠觸覺才知道何時開始練習(xí) 一個四肢部分。為引入另外的復(fù)雜性，微型處理器111可以被編程使得振動時段是隨機的， 如在微型馬達132、133、134、135、136之間。此外，振動時段的時間可以是不同的，使得第一 /[目號是例如6秒；第二信號是8秒；第二信號是2秒；第四信號是10秒；以及第五信號是5 秒。這些信號之間的停用時段也可以被改變，諸如在2到8秒之間。以此方式，患者被挑戰(zhàn) 以集中于觸覺刺激以及可選的視覺刺激從而進行鍛煉。
[0068] 微型處理器111被預(yù)編程以執(zhí)行多個治療循環(huán)。在一方面，患者或物理治療師通 過所謂的智能手機或平板電腦（諸如加利福尼亞州庫比蒂諾的蘋果公司提供的iPhone'? 或iPad?)與微型處理器ill通信。所述通信可以通過藍牙或其他使用智能手機或平板電 腦上的應(yīng)用程序的無線通信系統(tǒng)。該應(yīng)用程序或"App"允許患者或他的或她的治療師選擇 一個循環(huán)和一個難度水平。
[0069] 在一方面，可以改變傳到特定的微型馬達130的電流程度。隨著患者變好，可以減 小該電流程度，使得振動輸入更輕微。這進一步增加了難度水平。
[0070] 圖IA的便攜式康復(fù)設(shè)備100A呈現(xiàn)了康復(fù)設(shè)備的一個實施方案。在此實施方案中， 五個微型馬達130被提供，其中每個微型馬達130被布置以向所選擇的手指提供振動刺激。 然而，可以提供附加的微型馬達130以增加刺激。
[0071] 圖IB是一個替代實施方案中的、根據(jù)本發(fā)明的便攜式康復(fù)設(shè)備100B的立體圖。圖 IB中示出的設(shè)備100B代表一個更先進的實施方案。這里，兩個微型馬達130沿著每個手指 180放置，優(yōu)選地被放置在每個手指180的背側(cè)和腹側(cè)上。另外，兩個微型馬達131沿著腕 部181放置，其中一個微型馬達131在腕部181的背側(cè)上，而另一個在腕部181的腹側(cè)上。 以此方式刺激不僅可以被傳送到手指180,而且還可以被傳送到腕部181。刺激被傳送在手 指和腕部的每一側(cè)上以增加體覺輸入。
[0072] 正如設(shè)備100A，圖IB中示出的便攜式康復(fù)設(shè)備IOOB包含控制單元110B。控制單 元IlOB限定保持在殼體112B內(nèi)的微型處理器（見圖3B中的111)和相關(guān)聯(lián)的電路系統(tǒng)。 殼體112B本身則使用支具120B或其他固定裝置被固定到患者的腕部181 (或，替代地，踝 部）。
[0073] 在一個實施方案中，微型處理器是由德克薩斯州普萊諾的德州儀器公司提供的 MSP430-F2013。這是一種超低功率控制器，其特征是：16位精簡指令集計算機（RISC)CPU、 16位寄存器以及有助于編碼效率的常數(shù)發(fā)生器。數(shù)控振蕩器（DCO)允許在少于1 μ s內(nèi)從 低功率模式喚醒到啟動模式。然而，可以使用允許患者啟動并且控制體覺輸入的循環(huán)的任 何合適的微型處理器。
[0074] 如注意到的，康復(fù)設(shè)備100Β還包含多個微型馬達130。微型馬達130可以根據(jù)上 文結(jié)合圖2Α和圖4所描述的微型馬達130/430被設(shè)計。在這方面，微型馬達130是將電能 轉(zhuǎn)換成機械能的換能器。由微型馬達130生成機械能的循環(huán)，形成振動。
[0075] 康復(fù)設(shè)備100Β還包含電線（見圖2Β中的140)。線140將電流從殼體112Β內(nèi)的 電池（在圖3Β中170處示出）傳輸?shù)矫總€微型馬達130。在圖IB的布置中，線140被包 裝在手套150Β的絕緣通道內(nèi)。根據(jù)由微型處理器111發(fā)送的信號，電流被傳輸通過所述通 道。
[0076] 這里應(yīng)注意，圖IB的手套150Β僅覆蓋手和手指的一部分。在此情況下，手套150Β 事實上更大程度上是骨架。該骨架設(shè)計增加患者的舒適感并且更容易穿上和脫下。出于本 公開內(nèi)容的目的，術(shù)語"手套"包含任何承載手康復(fù)設(shè)備100Β的支撐結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，該支撐 結(jié)構(gòu)包含一種被縫制到手套150Β的中后部分內(nèi)的彈性材料。這更加允許"一個尺寸適合所 有人"或"兩個尺寸適合所有人"的方法。
[0077] 圖2Β是一對手康復(fù)設(shè)備100Β的立體圖。每個設(shè)備100Β包含一個微型處理器（見 圖3Β中111處）。微型處理器111位于控制單元內(nèi)并且是該控制單元的一部分。一個控制 單元（被標示為110B-L)包含線140,該線被配置為將振動信號傳送到患者的左手上的微 型馬達130 ;第二控制單元（被標示為110B-R)包含線130,該線被配置為將振動信號傳送 到患者的右手上的微型馬達130。微型馬達被分別標示為132、133、134、135和136。微型 馬達132被設(shè)計為沿著手套150Β布置鄰近于患者的拇指（圖2Β中未示出），而微型馬達 133、134、135和136被定尺寸以位于手套150Β內(nèi)鄰近患者的手指（也沒有示出）。
[0078] 應(yīng)注意，在圖2Β的布置中，微型馬達132、133、134、135、136被成對地布置。如上 文所討論的，所述微型馬達被成對地布置使得機械刺激可以被有利地傳送到患者的每個相 應(yīng)手指的相對側(cè)上的指部。
[0079] 信號被以預(yù)編程的順序且長達指定的時間從控制單元110B-L、110B-R內(nèi)的微型 處理器111提供到微型馬達132、133、134、135、136。例如，控制信號可以被發(fā)送到第一微 型馬達對（例如，132)，以使得該第一微型馬達對振動10秒。在此時間期間，患者將擺動、 轉(zhuǎn)動、撓曲或以其他方式鍛煉與該微型馬達對相關(guān)聯(lián)的手指。此后，該信號被終止。在一個 停用時段（例如，4秒）之后，新的控制信號可以被發(fā)送到第二微型馬達對（例如，135)，以 引起所述馬達振動10秒；然后，那個控制信號將被終止并且將接著一個新的停用時段（例 如，6秒）。可以為每個微型馬達對132、133、134、135、136繼續(xù)此循環(huán)，直到控制信號被發(fā) 送到每個微型馬達對，比如說，五個循環(huán)。
[0080] 如上所述，每個微型處理器或控制器111都位于殼體112B內(nèi)。在圖2B的例示性布 置中，殼體112B具有基本矩形輪廓。然而，應(yīng)理解，殼體112B的幾何形狀不重要只要它足 夠小到方便攜帶且優(yōu)選地，貼緊地佩戴在四肢上。所述四肢可以是腕部或踝部。殼體112B 包含底座114且可以具有接收條帶120的開口或槽124。更優(yōu)選地，如圖IB中的實施方案 中示出的，殼體112B被嵌入到用于設(shè)備100B的支具120內(nèi)。
[0081] 如上文結(jié)合圖2A所描述的，康復(fù)設(shè)備100B-L和100B-R包含燈104A和超控開關(guān) 106A。然而，康復(fù)設(shè)備100B-LU00B-R還包含燈組104B。燈組104B內(nèi)的各個燈也可以是例 如紅色發(fā)光二極管（LED' s)。每個LED燈104B對應(yīng)于一個微型馬達對130。另外，為燈組 104B內(nèi)的每個燈提供一個超控開關(guān)106B。
[0082] 在康復(fù)設(shè)備100B內(nèi)，患者被提供有不使用燈、使用一個燈104A、或使用燈組104B 的選擇。當使用燈組104B時，患者具有使用超控開關(guān)組104B中的開關(guān)來超控燈104B中的 一個、兩個、三個或四個的選擇。
[0083] 在患者選擇僅使用康復(fù)設(shè)備IlOB中的單個燈104A的情況下，患者將超控開關(guān)組 106B中的開關(guān)調(diào)到"斷"位置。這超控在燈組104B內(nèi)的燈以保持它們在控制信號被發(fā)送到 微型馬達130時不被點亮?？祻?fù)設(shè)備100B-LU00B-R然后以與上文針對康復(fù)設(shè)備100A-L、 100A-R所描述的相同的方式運行。體覺輸入將包含當任何的微型馬達130振動時康復(fù)設(shè)備 IlOB內(nèi)單個燈104A的點亮。
[0084] 在患者選擇使用燈組104B內(nèi)的多個燈時，患者將每個康復(fù)設(shè)備100B-L、100B-R中 的單個開關(guān)106A調(diào)到"斷"位置。這將超控各個燈104A并且保持它們在控制信號被發(fā)送 到微型馬達對130時不點亮?？祻?fù)設(shè)備100B-L和100B-R然后以燈組104B內(nèi)所選擇的燈 的按順序或隨機點亮的形式為患者提供視覺輸入。
[0085] 在操作中，當控制信號從微型處理器111發(fā)送到所選擇的微型馬達對130時，燈組 104B中的一個LED燈被點亮。換言之，燈104B的點亮表明五個微型馬達對132、133、134、 135、136之一產(chǎn)生的振動的發(fā)生。有趣的，被點亮的燈在殼體112B內(nèi)的位置對應(yīng)于一個微 型馬達對130。
[0086] 再次注意，通過將開關(guān)組106B中對應(yīng)的超控開關(guān)調(diào)到"斷"位置，可以關(guān)閉燈組 104B中所選擇的燈。這僅允許振動輸入，對于患者而言增加了他的或她的康復(fù)過程中的挑 戰(zhàn)水平。
[0087] 每個康復(fù)設(shè)備100B還包含復(fù)位按鈕105。該復(fù)位按鈕105允許患者或健康護理人 員重新啟動設(shè)備100B的振動和燈循環(huán)。
[0088] 圖3B提供圖2B的設(shè)備100B的控制單元IlOB的分解視圖?？吹蕉喾N組件，包含 微型處理器111、復(fù)位按鈕105和燈106A、106B。附加特征包含電源開關(guān)160和電池170。 另一些附加特征包含用于復(fù)位按鈕105的開口 115 ;用于單個燈104A的開口 114A ;以及用 于單個LED開關(guān)106A的開口 116A。附加開口包括用于燈組104B的開口 114B和用于超控 開關(guān)組106B的開口 116B。
[0089] 控制單元IlOB的附加特征基本根據(jù)控制單元110A，除了提供燈組104B和超控開 關(guān)組106B，并且除了使用微型馬達對132、133、134、135、136。因此，無需重述關(guān)于控制單元 IlOB的附加細節(jié)。然而，應(yīng)注意，在鍛煉過程中，可選地可以分別編程背微型馬達和腹微型 馬達。
[0090] 康復(fù)設(shè)備100AU00B運行以連同視覺激勵一起通過提供手指的振動刺激來改善 患者的運動機能。神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)研究建議物理刺激改善體覺輸入，這進而增強中風 患者的運動恢復(fù)。此外，使用振動作為觸發(fā)信號（開始提示），設(shè)備促進腦參與，這被認為在 促進運動恢復(fù)中比僅使用體覺輸入作為被動刺激更加有效。
[0091] 研究建議依據(jù)觸覺刺激被傳送的環(huán)境來調(diào)節(jié)SI中的體覺相關(guān)的激活水平。振動 觸覺刺激可以是主動的或是被動的。當與被動振動觸覺輸入引起的振動觸覺刺激比較時， 在主動頻率辨別過程中呈現(xiàn)的振動觸覺刺激與增強的SI活動相關(guān)聯(lián)。觸覺刺激和視覺刺 激的結(jié)合的主動使用增強對知覺選擇的注意控制。人們認為，SI神經(jīng)元的活動根據(jù)體覺輸 入的機能意義而不同。
[0092] 本 申請人:已經(jīng)觀察到，當與單獨由視覺輸入引導(dǎo)的運動比較時，由體覺輸入引導(dǎo) 的手/腕部運動啟動更快且以更大的成功率達到目標。因此，本發(fā)明以便攜式設(shè)備的形式 采用體覺輸入作為運動任務(wù)的主動引導(dǎo)。與康復(fù)中心通常提供的昂貴的機器人輔助治療相 t匕，本文中的設(shè)備提供便攜式的、成本節(jié)約的儀器用于長期的基于家庭的康復(fù)。
[0093] 在手康復(fù)期間，殼體將被附接到患者的腕部。微型馬達將沿著個體的手指、腕部和 /或手掌墊被定位?？刂破鞅痪幊桃蕴峁┦鼓芨纳频倪\動機能的微型馬達之間的振動時序 和順序。控制器可以根據(jù)需要被重新編程以在恢復(fù)期間提供對患者的增加的挑戰(zhàn)。在一方 面，電流被減小以降低振動刺激水平，從而增加康復(fù)過程中對患者的挑戰(zhàn)。
[0094] 根據(jù)康復(fù)任務(wù)的設(shè)計，由微型馬達傳送的振動體覺輸入可以被用作開始提示信號 和/或停止信號。當振動輸入與中風患者的手運動結(jié)合時，該振動輸入也可以用作體覺反 饋。
[0095] 本文描述的治療設(shè)備提供在康復(fù)過程中的主動機能任務(wù)引導(dǎo)以調(diào)動更大數(shù)量的 神經(jīng)元。這樣的神經(jīng)元可以包含中央結(jié)構(gòu)和外圍結(jié)構(gòu)以促進手機能。該設(shè)備增強患者在康 復(fù)過程中的注意力，這在有缺陷的手的有效機能恢復(fù)中是重要的。該設(shè)備也可以被應(yīng)用到 患者的下肢。在此情況下，手套可以被修改以用作襪子。
[0096] 在一方面，殼體包括USB連接，USB連接允許所收集的關(guān)于設(shè)備使用的數(shù)據(jù)作為數(shù) 字文件被上傳到計算機。上傳可以發(fā)生，例如，在醫(yī)生的辦公室或康復(fù)中心。替代地，上傳可 以在患者的計算機或手持設(shè)備上被完成，然后通過電子郵件被發(fā)送到健康護理提供者。這 確認該康復(fù)設(shè)備實際上正在被患者使用并且?guī)椭峁┱?、攜帶者、或CMS建立衡量尺度。在 一方面，該USB連接還允許微型處理器被重新編程以創(chuàng)建不同的振動順序和/或燈順序。
[0097] 圖5是示出一個實施方案中的執(zhí)行用于提供對患者的上肢的神經(jīng)電刺激的方法 500的步驟的流程圖。該方法500使用體覺輸入作為機能引導(dǎo)以改善運動機能。
[0098] 在一個實施方案中，方法500首先包括將治療設(shè)備附接到患者的四肢。這見于框 510中。該四肢優(yōu)選地是患者的腕部，但是替代地可以是踝部。該治療設(shè)備被布置成使得至 少一個微型馬達沿著對應(yīng)的患者的指（或四肢點）放置。在該治療設(shè)備被附接到患者的腕 部的情況下，微型馬達將沿著手指（包括拇指）放置。
[0099] 在一方面，微型馬達被成對地定位。這意味著所述微型馬達被放置在患者的各個 手指的相對側(cè)上。這增加了對患者的觸覺刺激。
[0100] 方法500接下來包括啟動治療設(shè)備。這被提供在框520中。啟動該治療設(shè)備生成 被發(fā)送到多個微型馬達的控制信號的序列。所述微型馬達進而振動以將振動體覺輸入傳送 到患者。啟動治療設(shè)備可以通過按壓復(fù)位按鈕實現(xiàn)。
[0101] 所述控制信號通過上文所討論的微型處理器發(fā)送。傳送控制信號的時間可以被調(diào) 整，并且控制信號之間的停用時段的時間可以變化。
[0102] 方法500還包括可選擇的步驟：將開關(guān)調(diào)到"通"位置。這被標示在框530中。當 開關(guān)處于"通"位置時，在微型馬達振動的時間期間燈被點亮。以此方式，患者不但接收體 覺輸入而且還接收視覺輸入。
[0103] 方法500還包括監(jiān)測患者的指響應(yīng)于振動和可選的視覺輸入的運動。這見于框 540處。監(jiān)測可以意味著由物理治療師或護理人員提供的幫助和鼓勵。替代地或附加地，監(jiān) 測可以意味著患者他或她自己的評估。替代地或附加地，監(jiān)測可以意味著記錄治療循環(huán)并 且將它們傳送給醫(yī)療保健提供者或保險機構(gòu)。
[0104] 方法500還包含復(fù)位治療設(shè)備。這被示出在框550處。復(fù)位治療設(shè)備啟動一個新 的振動輸入和可選擇的視覺輸入的循環(huán)。新的振動輸入循環(huán)提供不同的控制信號順序、不 同的控制信號持續(xù)時間或這二者。復(fù)位還可以通過按壓復(fù)位按鈕被實現(xiàn)。
[0105] 可選擇地，方法500包括從治療設(shè)備上的燈組中選擇燈。這在框560處被示出。當 對應(yīng)的微型馬達振動時，所選擇的燈將點亮。
[0106] 雖然將明了在此描述的本發(fā)明被良好地計劃用于實現(xiàn)上述益處和優(yōu)點，但應(yīng)理 解，在不偏離本發(fā)明的精神的前提下，易于對本發(fā)明進行修改、改變和變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種便攜式治療設(shè)備，用于改善患者四肢的局部麻痹肌肉的自主控制，該便攜式治 療設(shè)備包括： 多個微型馬達，被配置為向所選擇的患者四肢點傳送振動感覺作為振動輸入； 殼體； 光源，被布置在該殼體上，以在微型馬達振動時向患者傳送視覺輸入； 微型處理器，位于該殼體內(nèi)并且被編程以針對指定的時間和順序發(fā)送控制信號以致動 所述微型馬達和光源，從而形成體覺輸入循環(huán)； 手動超控開關(guān)，用于在體覺輸入循環(huán)期間選擇性地防止所述光源點亮；以及 復(fù)位按鈕，用于響應(yīng)于手動復(fù)位來開始一個新的體覺輸入循環(huán)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，還包括： 一個或多個電池，位于該殼體內(nèi)用于供電；以及 電源開關(guān)，用于手動地啟動和關(guān)停對該微型處理器的供電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，其中： 所述四肢點是手指，使得所述多個微型馬達中的每一個被定尺寸以位于患者的手指 上；并且 該設(shè)備還包括手套，以鄰近患者的相應(yīng)手指支撐所述微型馬達中的每一個。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，其中： 所述多個微型馬達中的每一個被定尺寸以位于患者的腳上；并且 該設(shè)備還包括襪子，以沿著患者的腳支撐所述微型馬達中的每一個。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，其中控制器通過有線信號或無線信號與所述微型 馬達中的每一個通信。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，其中： 該體覺輸入循環(huán)包括至少第一循環(huán)和第二循環(huán)；并且 第二振動輸入循環(huán)提供相對于所述第一循環(huán)的不同的控制信號順序、不同的控制信號 持續(xù)時間或者這二者。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，其中： 所述四肢點是手指，使得所述多個微型馬達中的每一個被定尺寸以位于患者的手指 上； 所述多個微型馬達包括微型馬達對，使得一對微型馬達位于患者的每個手指的相對側(cè) 上； 該設(shè)備還包括一對微型馬達，該對微型馬達分別被放置在患者的腕部的背側(cè)和腹側(cè) 上；并且 所述體覺輸入循環(huán)包括被傳送到患者的手指和腕部并且對應(yīng)于該患者的手指和腕部 的振動輸入和光輸入的循環(huán)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，其中： 容納有光源、微型處理器以及電池的所述殼體限定一個控制單元；并且 該控制單元被定尺寸以沿著患者的腕部布置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的治療設(shè)備，還包括： 手套，用于鄰近患者的相應(yīng)手指支撐所述微型馬達中的每一個。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的治療設(shè)備，其中該控制單元被嵌入到所述手套內(nèi)鄰近患者 的腕部。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的治療設(shè)備，還包括： 燈組，其對應(yīng)于所述微型馬達對，使得當一個控制信號被發(fā)送以振動一個對應(yīng)的微型 馬達對時一個燈被點亮。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的治療設(shè)備，還包括： 超控開關(guān)組，其具有對應(yīng)于所述燈組中的燈和對應(yīng)于所述微型馬達對的開關(guān)，以在體 覺輸入循環(huán)期間選擇性地防止燈點亮。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的治療設(shè)備，還包括： 存儲器，用于存儲患者使用事件。
14. 一種使用體覺輸入作為機能引導(dǎo)以改善患者四肢的運動機能的方法，包括： 圍繞患者的腕部固定一個治療設(shè)備，該治療設(shè)備包括： 多個微型馬達，被配置為向患者四肢點傳遞振動感覺作為振動輸入，其中每個微型馬 達被定尺寸以位于患者的相應(yīng)手指上， 殼體； 光源，被布置在該殼體上，以在微型馬達振動時向患者傳送視覺輸入； 微型處理器，位于該殼體內(nèi)并且被編程以針對指定的時間和順序發(fā)送控制信號以致動 所述微型馬達和光源，從而形成體覺輸入循環(huán)； 根據(jù)對微型處理器的編程，開始來自微型馬達的第一振動輸入循環(huán)；以及 監(jiān)測患者的所述四肢點響應(yīng)于相應(yīng)的微型馬達的振動輸入的運動。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括： 按壓該殼體上的一個復(fù)位按鈕，以在完成所述第一循環(huán)之后開始第二振動輸入循環(huán)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括： 沿著該殼體放置一個超控開關(guān)位于"通"位置，使得當一個微型馬達振動時該光源點 殼；以及 在該第一循環(huán)期間接收來自該光源的視覺反饋； 以及其中該治療設(shè)備還包括： 一個或多個電池，位于該殼體內(nèi)用于供電，以及 電源開關(guān)，以手動地啟動和關(guān)停對該微型處理器的供電。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中： 該治療設(shè)備還包括手套，以鄰近患者的相應(yīng)手指支撐所述微型馬達中的每一個； 該體覺輸入循環(huán)包括至少第一循環(huán)和第二循環(huán)；并且 第二振動輸入循環(huán)提供相對于所述第一循環(huán)的不同的控制信號順序、不同的控制信號 持續(xù)時間或者這二者。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中： 所述多個微型馬達包括微型馬達對，使得第一對微型馬達位于患者的每個手指的相對 側(cè)上； 該設(shè)備還包括一對微型馬達，該對微型馬達分別被放置在患者的腕部的背側(cè)和腹側(cè) 上；并且 所述體覺輸入循環(huán)包括被傳送到患者的手指和腕部的振動輸入循環(huán)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中： 所述治療設(shè)備進一步包括燈組，所述燈組對應(yīng)于所述微型馬達對，使得當一個控制信 號被發(fā)送以振動一個相應(yīng)的微型馬達對時一個燈被點亮；以及超控開關(guān)組，其具有對應(yīng)于 所述燈組中的燈和對應(yīng)于所述微型馬達對的開關(guān)，用于在體覺輸入循環(huán)期間選擇性地防止 一個燈點亮；并且 該方法還包括沿著所述開關(guān)組將至少一個超控按鈕布置在"通"位置，當對應(yīng)的微型馬 達振動時使得對應(yīng)于所述至少一個超控開關(guān)的所述光源點亮；并且 在所述第一循環(huán)期間從對應(yīng)的光源接收視覺反饋。
20. -種便攜式治療設(shè)備，用于改善患者的上肢的局部麻痹肌肉的自主控制，該便攜式 治療設(shè)備包括： 多個微型馬達，被配置為向患者的手指傳送振動感覺作為振動輸入，其中所述微型馬 達被布置為沿著每個手指的相對側(cè)成對放置； 手套，被定尺寸以適配在患者的手上并且鄰近患者的相應(yīng)手指支撐所述微型馬達中的 每一個； 光源，沿所述手套放置，以在微型馬達振動時向患者傳送視覺輸入； 微型處理器，被嵌入在該手套內(nèi)并且被編程以針對指定的時間和順序發(fā)送控制信號以 致動所述微型馬達和光源，從而形成體覺輸入循環(huán)； 手動超控開關(guān)，用于在體覺輸入循環(huán)期間選擇性地防止所述光源點亮； 復(fù)位按鈕，用于響應(yīng)于手動復(fù)位開始一個新的體覺輸入循環(huán)。
【文檔編號】B25J11/00GK104284646SQ201380024782
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月11日
【發(fā)明者】劉昱, R·J·尼爾森 申請人:田納西大學(xué)科學(xué)研究基金會