康复锻炼和训练的方法和装置的制作方法

专利名称：康复锻炼和训练的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对身体局部的操控，例如用于身体的康复和/或平衡扰乱的康复和/或身体局部的训练和/或疼痛的治疗和/或锻炼。
背景技术：
在发生事故或伤害或中风以后，一些身体功能受到损坏，人们经常需要一个康复过程以求恢复一些或所有被损坏的身体功能。
康复可以包括两个要素中的一个或两个身体康复和认知的康复。身体的康复试图恢复被损坏的身体局部比如肌肉的身体功能。认知康复试图恢复控制身体的认知能力。
目前身体康复主要由身体治疗专家的个人关注来实现，身体治疗专家监控并指导病人进行某些运动练习。因此，康复费用高且病人离开治疗中心后的顺从度相对较低。
一些家用理疗装置是已知的，例如一种称为“backlife“的产品，该产品自2004年11月公开在(www.backlife.com)上，该产品提供脊柱的连续被动运动(“CPM“)并且也用来减轻背痛。
事故或中风或伤害可以引起平衡系统紊乱。平衡系统的紊乱可以因前庭器官(置于内耳中)的损坏、中枢神经系统(“CNS“)的破坏以及/或者由姿势和力量的不足而引起。
已经开发出了平衡试验，这些平衡试验用于或观察或计算，用来对平衡紊乱进行检测和分类。平衡训练练习用来治疗平衡紊乱。已知的平衡训练练习是“离开坐位”、“单脚站立”和“向前屈身”，以便可以从地板拾起物件”。平衡训练可能利用简单的工具比如可充气的平衡盘、泡沫滚转机、摇摆板、泡沫垫、迷你蹦床及其他不稳定的表面。利用摇摆板的一种练习可以是例如“当在一个摇摆木板上找平衡时，接住和丢掷一个小的轻重量的球”。
以下三个专利与平衡试验和/或运动协调有关美国专利号US5,269，318、美国专利号US5,476,103和名称为“Method and apparatus for thediagnosis and rehabilitation of balance disorders”的WIPO公开号WO98/46127。
有几家公司开发出了平衡测量和/或平衡治疗装置。NeuroCom(www.neurocom.com)有几种康复装置。Neurocom的The Smart Balance-Master是一个姿势描记训练器。它包括一个与计算机监控器连在一起的活动台。从www.medfitsystems.com获得的K.A.T(肌肉运动知觉能力培训设备)用于平衡试验和/或平衡训练。其它已知装置是来自Micromedical Technologies(www.micromedical.com)的BalanceQuest和System2000。System2000是一种转动的前庭椅子(vestibular chair)。
名称为“Balance training device”、公开号US2002/115536的专利描述了一个有一个座位并进行骑马运动的装置。
转让给Motek B.V.的美国专利US6,774,885描述一种康复装置，该装置还公开在(www.e-motek.com)。美国专利号US6,774,885中也描述了一种计算机辅助的康复平台(CAREN)，该装置可帮助认识和分析平衡和协调紊乱问题。
名称为″An Interactive device with a balance plate″的专利EP0862930描述了一个用于平衡能力的训练和康复的平衡板。
在本申请中提到的所有专利和其他公开物的公开内容被并入本申请中作为参考。

发明内容
本发明一些具体实施方式
的一个方面涉及病人在坐姿时进行的康复活动。在本发明的一个典型实施例中，提供一种康复椅系统，该系统在患者坐下时感知和/或作动患者身体各部位。在本发明一个典型实施例中，可选择椅子为离平衡状态。可选择地，椅子用来使平衡能力康复。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅系统包括一个适合人就坐的座位；至少一个相对所述座位移动的伸长器(例如可伸展和/或铰接(articulating)的部件比如一个机器人臂)；至少一个传感器，产生一个表示人的平衡状态的指示；和一个控制器，配置成在利用一个传感器测量所述平衡状态时使所述伸长器移动。
在本发明的一个典型实施例中，康复包括移动身体各部位而不失去平衡。可选择地，用椅子系统协助患者不失去平衡。
本发明一些实施例的具体特征是，平衡训练包括提供真实的肌肉运动知觉反馈的目标。在一个示例中，目标是一个移动的机器人臂，该臂一旦被接触到就要被抓住并被依赖。同时可以测量与该运动相关的力。可供选择或附加地，在平衡或不平衡动作期间在患者可运动部位和椅子之间发生的直接机械式接触可以协助训练患者的肌肉运动知觉感应和/或提供支撑。可供选择或附加地，利用身体动作对于避开与中风有关的各种感知问题是很有用的。
本发明一些实施例的一个方面涉及提供一种适用于例如小诊所、家庭、办公室、户外或工作场所的便携式康复装置。
在本发明的一个典型实施例中，根据一个程序控制康复椅系统。可选择地，利用针对多个患者的测量和试验结果来设计该程序。
在本发明的一个典型实施例中，可以预先确定(设置)多个不同的训练程序。可选择地，程序可以根据患者的参数进行修改。典型的参数是身体尺寸和年龄。
本发明一些实施例的一个方面涉及对平衡紊乱的治疗和康复。在本发明的一个典型实施例中，这些紊乱情况可通过下述康复训练来治疗特别对有问题的身体部位进行练习、使身体各部位之间协调的练习和/或其中进行由椅子支撑的复杂性降低的平衡任务的练习。
本发明一些实施例的一个方面涉及平衡能力的康复，其中测量多个负荷区，例如除脚之外的至少一个负荷区。在本发明的一个典型实施例中，测量一个倾斜臂上的负荷。可供选择或附加地，测量臀部的负荷。
本发明一些实施例的一个方面涉及交互式康复，其中一个复杂的任务被分解为渐进的子任务，可以在执行这些子任务期间提供反馈。在本发明的一个典型实施例中，提供一个伸手任务，在该任务中患者手伸出越远，平衡问题就变得更加复杂。可选择地，随着伸出的进行，提供一个与平衡有关的反馈。
本发明一些实施例的一个方面涉及治疗和/或防止身体疼痛，比如背痛。在本发明的一个典型实施例中，一个椅子系统可用来在处于被支撑位置时练习背部和/或相关肌肉和/或骨骼部位。可选择地，患者背部外科手术之后，患者可提出这种练习的请求。可选择地，脊柱的CPM动作得到支撑。
因此，根据本发明一个典型实施例提供一种康复椅系统，包括供人就坐的座位；相对所述座位移动的至少一个伸长器；至少一个传感器，产生表示该人平衡状态的指示；和控制器，配置成使所述伸长器移动的同时用所述传感器测量所述平衡状态时。
根据本发明的一个典型实施例，还提供一种康复方法，包括识别需要康复的人体部位，并利用椅子系统练习所述身体部位的至少一个部位，该椅子包括适合与身体四肢连接的移动部件。可选择地，所需的康复和练习是用来进行平衡能力的康复。
根据本发明的一个典型实施例，还提供一种康复椅系统，包括供人就坐的座位；相对所述座位移动的至少一个伸长器；至少一个传感器，产生表示该人平衡状态的指示；和控制器，配置成使所述伸长器移动的同时用所述至少一个传感器测量所述平衡状态时。可选择地，所述伸长器被机械地连接到所述座位上。可供选择或附加地，所述控制器可响应所述平衡状态使所述伸长器移动。可供选择或附加地，所述控制器使所述伸长器移动并测量平衡状态中的响应的变化。可供选择或附加地，所述坐位适于转出该座位的平面。
在本发明的一个典型实施例中，所述座位包括一个靠背。可选择地，所述靠背是铰接的。可供选择或附加地，所述靠背围绕其一个竖直轴转动。
在本发明一个典型实施例中，所述座位适于抵抗其的所述转动。
在本发明一个典型实施例中，所述座位适于在动力驱动下升高至少10cm。
在本发明一个典型实施例中，该系统包括至少一个腿部移动器，适于将人的至少一条腿从该条腿所放置的地板抬起。可选择地，该系统包括至少一个第二腿部移动器，适于将至少第二条腿从所述地板抬起。可选择地，所述各腿部移动器适于被锁定在一起。可供选择或附加地，所述各腿部移动器可分立活动。
在本发明一个典型实施例中，所述至少一个平衡传感器包括供人脚使用的至少一个压垫。
在本发明一个典型实施例中，所述至少一个传感器包括供所述椅子的扶手使用的至少一个压力传感器。
在本发明一个典型实施例中，所述至少一个传感器包括至少一个定位在座位上供臀部使用的压力传感器。
在本发明一个典型实施例中，所述至少一个传感器包括至少一个定位在所述椅子附近桌子上的压力传感器。
在本发明一个典型实施例中，所述至少一个传感器包括至少两个压力传感器，它们相对坐在椅子上的人对称定位。
在本发明一个典型实施例中，所述至少一个传感器包括至少四个在空间上相互分离的压力传感器。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器根据储存在控制器内的一个康复计划驱动所述伸长器。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器根据储存在控制器内的一个康复计划驱动所述座位。
据本发明一个典型实施例，提供一种康复系统，包括
关节，针对旋转角(Phi)和仰角(Theta)有一个共同的转动中心；安装在所述关节上的座位；和控制器，适于执行以下至少一个操作根据一个康复计划驱动所述座位和测量所述座位的转动。
根据本发明一个实施例，还提供一种康复系统，包括适于供人就坐的椅子；适于使坐在椅子上的人的至少一条腿抬高的腿部升高机构；和控制器，适于控制该升高机构以反复升高该人的所述至少一条腿，以便操纵该人的脊柱。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种人体康复方法，包括使人坐在与机器人协助装置连接在一起的椅子上；和在所述装置的机器人协助下，对所述人执行至少一个康复练习，所述练习用来使平衡能力康复，所述机器人协助包括下列中的至少一个由所述机器人协助提供引起运动的力和由所述机器人协助提供对运动的阻碍。可供选择的，所述练习包括伸出一只或两只手。可供选择的或附加的，所述练习包括举起和放置一个目标物。
在本发明一个典型实施例中，所述练习包括操纵手离开身体伸出。
在本发明一个典型实施例中，所述练习包括在练习的复杂性增加时进行的带有反馈的交互练习。
在本发明一个典型实施例中，所述执行步骤包括监控身体的多个部位。
在本发明一个典型实施例中，所述方法包括在进行练习时，监控身体两侧之间的平衡情况。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括监控该人的器官的位置，并分析这些位置以确定该器官对人的平衡的辅助。可选择地，该器官包括手臂。可供选择或附加地，该器官包括躯干。可供选择或附加地，该器官包括腿。
在本发明一个典型实施例中，对该器官位置的监控包括监控该器官的运动。
在本发明一个典型实施例中，对该器官位置的监控包括监控该器官对其它身体部位动作的阻碍。
在本发明一个典型实施例中，所述机器人协助包括使身体的一个部位移动。
在本发明一个典型实施例中，所述机器人协助包括阻碍身体一个部位移动。
在本发明一个典型实施例中，所述机器人协助包括防止失去平衡。
在本发明一个典型实施例中，所述机器人协助包括促使失去平衡。
在本发明一个典型实施例中，所述练习包括站立。
在本发明一个典型实施例中，所述机器人协助举起该人。
在本发明一个典型实施例中，所述练习包括躯干训练。
根据本发明的一个典型实施例，提供一种使平衡能力康复的方法，包括由一个人执行需要平衡的任务；和通过在多个空间上分离的载荷区测量力量来监控所述任务的执行情况，其中所述人向所述多个空间上分离的载荷区施加力，所述多个空间上分离的载荷区包括除了脚之外的至少一个载荷区。


下面结合附图通过参考典型实施例的描述，来说明本发明的非限定性实施例。附图一般不是按照比例进行绘制的，任何尺寸的意思仅为示例而非限定。图中，多幅图中出现的相同结构、部件或零件用相同或类似数字标记表示，其中图1表示根据本发明一个典型实施例的以椅子为基础的康复装置的示意图；图2表示根据本发明一个典型实施例的康复椅的示意图；图3是根据本发明一个典型实施例的康复椅使用方法的流程图；图4是利用根据本发明一个典型实施例的使用康复椅对人进行训练的示意图；图5是根据本发明一个典型实施例的康复椅使用方法的流程图；图6是表示根据本发明一个典型实施例的以座椅为基础的康复装置的示意图；图7是根据本发明一个典型实施例的康复椅使用方法的流程图；图8是利用根据本发明一个典型实施例的使用康复椅对人进行训练的示意图；图9A、9B、9C表示根据本发明一个典型实施例的一种训练方法和一种康复椅；图10是一种康复椅的示意图，其中示出了本发明一个典型实施例中的各种动作范围；图11和12示出根据本发明一个典型实施例的一种训练方法和一种康复椅；图13表示根据本发明一个典型实施例的一种康复椅；图14A、14B、14C是根据本发明一个典型实施例的帮助一个人从坐姿到站姿的运动并利用一个康复椅的示意图。
具体实施例方式
概述下面的描述包括康复装置和康复方法。下面描述了本发明一个典型实施例中的康复装置以及使用该装置的几种可选择的使用方法。应当注意到，为特定方法使用具体装置的实施例是为了说明该具体方法，不能解释为装置或方法被限定为装置实施例和方法实施例的特定组合。
康复椅系统在本发明的一个典型实施例中，康复装置是一种椅子，然而也可选用其他康复装置比如摇摆板或平板。图1是根据本发明一个典型实施例的康复椅系统100的示意图。人或患者104坐在康复椅110上。康复椅系统100可以用来训练人104身体的各部分，以达到康复和/或治疗疼痛的目的。正如这里所述的，康复椅系统100可用来帮助恢复和/或训练和/或改善身体各部位比如人104的手臂、腿部的动作。可选择地，传感器130放在患者身上。
系统100获得数据并将其传送给控制器150。数据比如椅子可移动部件和/或人身体各部位的位置和取向可通过椅子110获得并由其传送给控制器。数据可以通过数据采集单元140从固定到人身上的传感器130获取并传送给控制器150。
控制器运行各种程序并处理传送过来的数据。然后控制器提供反馈，比如通过将椅子各部件移动到某些位置来进行椅子的物理更新。控制器还提供其他类型的反馈，例如更新显示器160。关于控制器150的更多信息将在下面的“控制器”部分进行描述。
利用康复椅系统的康复活动图2图示说明了根据本发明一个典型实施例的康复椅110。下面，当描述利用该椅子的方法时，还将描述包括该椅子的各部件。
图3的流程图300与图1一起描述了本发明一个典型实施例中的康复方法。之后将描述各种椅子型式并描述利用这些椅子进行康复的各种方法。例如，下面描述的一种康复方法就是物理地帮助患者移动手臂并通过这种方式训练患者的手臂。
在步骤302中，对患者104和/或椅子110的参数进行各种测量。该测量包括利用各种传感器。传感器可以是椅子110的部件，并且指示例如椅子的一个离平衡位置。可选择地，传感器比如130固定到人104上并且指示例如身体的位置和/或受到的力。
在本发明的一个典型实施例中，可以从这些指示中提取人的一个平衡状态，所述指示指示了该人的平衡类型和/或平衡质量。在一个示例中，当椅子110不稳定地支撑该人时，识别一个“离平衡”状态。在另一个示例中，一个平衡状态表明该平衡是作用于人体各部位上的力之间的平衡。在另一个示例中，平衡状态包括对在保持平衡时各支撑部件(例如椅背和支撑腿)作用的指示。在另一个示例中，平衡状态包括显示稳定性的相对重心和支撑(例如椅座)的指示。在另一个示例中，平衡状态示出根据人的节律运动的类型、幅度、组织和/或存在方式的稳定性，例如，在不同支撑位置之间变换负荷。
在步骤304中，利用测量结果更新装置100的各种要素，例如，患者的训练程序和/或将椅子各部件移动到某些位置。移动椅子各部件可以协助人完成任务和/或给人提供生物反馈。在本发明的一个典型实施例中，移动椅子各部件用来设立一个让患者达到或者防止他离开位置的目标。
在步骤306中，患者身体的各部位独立或一起练习(训练)。通常训练都是按照程序进行的。可选择地，该程序可以在控制器150上运行。程序可以提前准备好，并可以进行初步试验。在一个示例中，程序为(以一个非常简单的形式)“首先训练无支撑的竖直坐立，然后用不平衡椅子进行训练”。下面将描述更详细的内容。
在步骤308中，确定患者是否想继续练习。康复训练时间可以持续足够的周期，比如，一天一次或每周两次，并持续几周或数月。在整个期间，可以改变练习的类型、复杂性和/或难度。
图4表示利用椅子110对人104的一个手臂进行训练的情况。下面，将描述训练手臂运动和腿部运动的方法和动作。
“配合”法图5中的流程图500描述了一种方法(“配合”法)，该方法可以用来进行平衡训练和对患者背部的康复训练。与图2中的椅子一起来说明该方法。在步骤502中，患者104坐在椅子110上。患者坐在座位105上，手臂放在扶手250和252上。图2中的扶手250可选择地由各种系固件(harness)256和258以及系固件支撑件257组成，这些部件可根据每个患者的需要选用。可选择地，扶手可以浮动(例如使用气垫)，这样扶手可以至少局部地支撑患者的手。要求患者随椅臂一起移动，并同时保持其平衡。椅子可以是稳定或不稳定，可以提供各种水平的支撑(例如升高或降低椅背、椅臂、脚踏、带子(用来固定躯干、手臂和/或腿部)和/或系固件)。
在步骤504中，确定一个训练程序，例如完成一个“配合”法。
在步骤505中，指示人做什么。该指示可以是音频和/或视频，根据要执行的动作，可以使用计算机生成的基于装置100的视频(possibly using acomputer generated video generated on the fly by system 100 according to theaction to be performed)。可选择地，利用一个虚拟现实演示将该指示传递给患者。在本发明的一个典型实施例中，装置100用来给出一个示范，此时用户被支撑或不被支撑。
在步骤506中，在患者可以抓住或握持椅臂的位置，椅臂230和232向患者的双手移动。患者104在椅臂顶端(步骤508)握持椅臂。椅臂顶端240固定在椅臂230上，椅臂顶端242固定到椅臂232上。可选择地，椅臂230和/或232上固定有各种把手、控制部件、传感器和/或移动元件。在本发明的一个典型实施例中，设置一个感应力场的元件。在另一个示例中，设置一个移动手腕的单独元件。在本发明的一些实施例中，包括一个感知附件，该附件给患者提供变化的与触摸相关的感知，例如挠痒。可选择地，患者利用感知附件进行与表面状态有关的治疗，例如区分粗糙和/或光滑表面。
在本发明的一个典型实施例中，每个椅臂都与一个球状结构相连，该结构允许椅臂移动，参考图2。尤其是，椅臂230与球状结构224连接，椅臂232与球状结构220连接。在本发明的一个典型实施例中，球状结构包括提供变化力的制动器。可选择地，制动器是一个圆环，当圆环被带到球中心附近时，它向球施加可选择的力。可选择地，利用一个或两个电机使球运动，例如步进机和/或伺服电机。可选择地，利用一个线性作动器使球上的一个把手移动。可选择地，设置确定椅臂位置的编码器和/或确定椅臂力的力传感器。备选的，可以使用机器人技术铰接臂。
椅臂可经过球状结构220和224被提供有x，y，z轴方向上运动。例如，患者可以使用椅臂230，232模仿划船运动。可选择地，椅臂230，232可以用来模仿越野滑雪运动。椅臂可以相互反向移动，例如走路运动(右臂向前，左臂向后)。应当注意到，椅臂230，232可以有选择地操作并且相互独立地运动。可选择地，椅臂是一个支持三维运动的铰接臂。在本发明的一个典型实施例中，至少一个椅臂设置有高达6个自由度。可选择地，至少一个椅臂是伸缩式的，可调节臂的顶端240和242的高度。可选择地，椅臂可以设置成相互镜像对称地动作，比如，可以是其中一个椅臂引起另一个椅臂移动的主从关系。在本发明的一个典型实施例中，通过控制器或者通过机械连接机构实施该主从关系。
在“配合”方法中，在步骤510中，至少一个椅臂230和/或232是关于患者104移动。当椅臂移动时，指示患者试着将一只手保持在椅臂的臂顶上。该椅臂可关于患者在任何方向移动，离开或接近，上或下，左或右，或者是这些方向的任何组合方向。椅臂运动可以快或慢，运动速度可以变化。在本发明的一个典型实施例中，椅子110也可以如下那样移动，并且用来提供其他关于椅臂230和/或232的动作变化。在一些情况中，指示患者施加和/或保持某个不变的力和/或一个变化的力。这些力可通过椅臂的响应来显示，可以选择性地带有阻力地在沿一个轨迹运动，但是不能在其他方向运动。
在步骤512中，当患者与该移动臂“配合”移动时，有选择地固定到患者和椅子上的传感器130记录患者相对椅子和椅臂的运动。在本发明的一个典型实施例中，传感器确定椅子各部件例如椅臂230和/或232和/或臂的顶端240和/或242的位置。
在步骤514中，由装置100完成分析工作。该分析可以用来更改训练程序和/或移动椅子各部件和/或给人104提供其他反馈。在本发明的一个典型实施例中，控制器150分析所发生的平衡和协调动作的模式。这能够使椅子装置100迅速干涉和影响和/或纠正患者的动作。例如，传感器130可以探测患者104是否过于倾斜，或者给椅臂施加了紊乱的压力，这样如果这些情况持续的话，患者可能跌落椅子或者可能受到更大的伤害。在所述一种情况中，可以向后倾斜椅子来补偿椅子的倾斜，迫使患者坐回椅子内，由此避免患者跌落。除了根据传感器数据提供正确的椅子动作之外，患者和健康恢复指导专家可以检查并分析传感器数据，以便测量患者的进程并确定下一步的康复计划。应当注意到，正确的动作还可以由椅臂230和/232发起。在步骤516中，确定患者是否应当继续练习。
在本发明的一个典型实施例中，控制器150根据一个程序控制椅子110。例如，该控制器控制可移动部件比如椅臂230和/或232。控制器执行一个康复方法例如流程图500的方法。
座位的动作图6是根据本发明一个典型实施例的基本座椅600的示意图，该基本座椅是椅子110的一种型式。椅子110和600都包括座位105；底座214；一个可选择的球状结构，或其他与座位连接并控制座位移动的可转动球轴承装置(例如双万向节)222。图6还示出一个制动机构(620)。制动机构用来控制椅子沿着规定的轴的运动。例如，如果不想让其沿x轴运动，就可以给球状结构222表面上施加一个制动防止椅子在该方向运动。制动器通常比电机便宜且需要的动力小。图6示出了座位105的一些可能有的运动方式。其中示出了座位的三种运动X-Y向(612)，X-Z向(614)，Z向(616)；然而，也可以是三个轴向结合起来的运动。此外，可以提供沿X-Y平面的平移运动，例如利用合适的线性驱动器。
在本发明的一个典型实施例中，控制器150可以传递X轴、Y轴、Z轴的位置和椅子600的转动。例如，如果人104向前倾斜，椅子110就根据训练程序响应并调节座位105。
在本发明的一个典型实施例中，座位和/或座位靠背可以围绕座位的竖轴转动。可选择地，该转动可以用来帮助或阻止患者躯干转动。可选择地，座位靠背被分为多个部件，这样例如座位靠背的肩部可以转动而座位靠背的主干部分保持静止。
在本发明的一个典型实施例中，座位105由控制器150控制而移动，患者104基本保持静止。例如，当测量患者104的姿势时，是需要这么做的。
在本发明的一个典型实施例中，患者通过移动椅子110或椅臂230和/或232而进行练习，这样患者就必须与椅子和/或椅臂一起移动并努力保持平衡。测量并分析患者施加到各椅子部件上(包括椅臂)的压力。可选择地，通过使患者移动时握持椅臂顶端240，242，然后利用固定到各系统部件比如椅臂、椅臂顶端、和/或脚踏上(或脚垫)上的传感器来测量患者施加的力量。
在本发明的一个典型实施例中，椅子可以自由转动或枢轴转动，或者按减小的速率转动(例如利用该制动器)，其中患者必须不借助控制器150来平衡椅子。当患者在椅子中调整以保持平衡时，患者的动作被测量和分析以便测量康复进程并确定进一步的康复策略。可选择地，患者还可以在使用椅臂230和/或232时，使椅子平衡。具体地，可被测量的项目是不平衡使力、用力(两侧)的时间差以及背部和腹部肌肉的活动(例如由EMG测量)。
图10描述了在本发明一个典型实施例中的随练习椅1000可能有的动作1002，1004，1006的三个基轴。1002是椅子1000在z轴的运动。箭头1004和1006代表将椅子安装到万向节上可以实现的典型转动。
图13描述了带有与椅子1300分开的椅臂1330，1332的康复椅1300的一个典型实施例。所示椅臂1330，1332与类似于椅子自身球状结构1322的球状结构1320，1324连接。可选择地，该椅子设置有膝部支撑件1340，该支撑件为患者加强背部提供CPM。CPM用来治疗背痛并且下面将作详细讨论。可选择地，椅子1300可与附属部件一起并按照对椅子110和600描述的方式使用。
可供选择地，椅子1300可以用来将患者移动到一个位置，在该位置，患者仅由臀部支撑一并同时要求患者根据某个协议移动手臂和/或腿部。可选择地，为手臂和腿部设置支撑件并用来测量受到的力量。可选择地，椅子1300有一个可放平的靠背，这样患者可以练习躺倒，并且是从站立或坐姿开始。
“向前伸出”法图7中的流程图700描述了一种方法(“向前伸出法”)，该方法可以用来进行平衡训练。注意到，“向前伸出”只不过是对该方法的一种称呼，事实上，患者可以在任何方向进行伸出训练(例如向上，向侧面等)。该方法由图2的椅子来表示。在步骤702中，患者坐在椅子110上。步骤704中，确定训练程序。在这种情况下，执行一个程序可以完成“向前伸出”法。步骤706中，椅子各部件移动到初始位置准备进行练习。例如，在患者在达到一个目标时，椅臂可以不需要，因此可以挪开。
指示患者将一只手移到一个开始位置，然后尽可能远的、快的向前伸出(步骤705)。椅子根据其测量结果(步骤712)提供帮助或阻力(步骤715)。比如，椅子装置测量(步骤712)人身体各部位的位置和取向，椅子装置响应这些测量结果并通过椅子装置给该人施加力量(步骤715)。可选择地，椅子的移动能力被限制到所需的特定移动范围内。比如，仅允许前后移动而不能向两侧移动。
在伸出期间，可以给该人提供图形和/或音频和/或视频反馈(步骤715)。在步骤714中，由装置100完成分析任务。该分析结果可以用来修改训练程序和/或移动椅子的各部件和/或给该人104提供其他反馈。例如，一个治疗程序可以由目标的数量N以及该人对每个目标要做的伸出动作的数量M组成。例如，可将目标物在一个较宽的动作范围放置(例如从垂直向上到垂直向前到向旁边)。可选择地，各目标物可以放的很近。可根据患者的康复需要提供目标物。除了改变目标物的位置之外，在本发明的一个典型实施例中，指示患者用各种速度和/或力量接近该目标物。为了将康复训练集中在患者身体的一个特殊部位，可以限制患者的各部位，或者可以指示患者使这些部位静止不动，防止来自健康的身体部位的“欺骗”或不想要的帮助。可选择地，用传感器来监控“欺骗”。在本发明的一个实施例中，康复包括阻力训练(例如利用重块)。
指示患者104(步骤705)开始运动且此时手放在扶手上(步骤708)，并慢慢向目标物移动。目标物可以放在一个基本垂直的板上，板可选择地固定到椅子上，并且位于患者前方可以接触到的距离处。传感器可以放在手上。在本发明的一个典型实施例中，板包括灯光(指示目标物的位置)以及测量力量的传感器。可选择地，板包括位置传感器和/或驱动器，将其移动到给定位置。可选择地，例如如果传感器设置在目标物本身上而不是在整块板上，板包括目标物可在上面移动的轨道。患者向目标物移动直到患者不能再向其移动或直到目标物已被抓到为止。在本发明的一个典型实施例中，患者接受到反馈(步骤715)，该反馈指示手离目标物有多近(例如在手上采用一个近程传感器或位置传感器)、移动手臂的速度、动作的平稳性。在本发明的一个典型实施例中，目标物是一个机器人臂的顶端，该顶端包括例如力传感器和/或位置传感器。在步骤716中，确定患者是否应当继续练习。
在书写任务的示例中，例如，正如在检测书写的白色书写板领域中已知的那样，使用一个具有位置和/或接触压力传感器的钢笔。
现在参考图8，该图示出根据本发明一个典型实施例的患者利用康复椅800向前伸出的情况。这种情况下，目标N是瓶子810。在一个典型练习中，开始时指示患者804慢慢接近瓶子810。在慢慢接近瓶子取得成功之后，然后指示患者增加向瓶子伸出的速度，或可选择地伸出更远。可选择地，椅子800通过微微向前转动来帮助患者伸向瓶子。可选择地，采用铰接靠背将患者更近地“推”向瓶子。在本发明的一个典型实施例中，当患者804伸向瓶子810时，用传感器监控患者和椅子的状态。对传感器测量数据的分析结果用来检测患者平衡和力量方面的不足。然后选择地使用这里描述的装置和方法对这些不足进行逐一修复。
在本发明的一个实施例中，还通过开展在保持平衡的同时比如从瓶子倒出或模仿倒出动作的练习，鼓励患者进行精确运动控制。
典型“正确平衡”法在本发明的一个典型实施例中，指导患者如何利用测量到的若干身体部位施加的力量和，可选择的，生物反馈实现正确的平衡。可选择地，使患者康复，从而利用一个或多个肢体的不同组合达到一个平衡状态。例如，患者可以仅在一只脚而不是同时在两只脚上进行平衡来接受平衡康复练习。正如这里所述，可以利用若干安放在患者身上或周围和在练习装置上或周围的传感器对患者的动作和/或平衡进行测量。可选择地，可以计算所有力的矢量和来确定患者是否正确地进行平衡。可以通过一个虚构的目标平衡特征图(profile)、通过与患者的健康特征图进行比较、通过与另一个人的健康特征图进行比较和/或通过对患者的平衡建立一个标准的其他任何合理的方法，来确定什么是正确的平衡。可选择地，为了测量进展和帮助实施康复计划，在整个训练期间一直跟踪患者的平衡特征图。
在本发明的一个典型实施例中，用在此描述的传感器测量的结果来确定患者是否在某个特定部位施加了过量的力量，或者力量不足。例如，如果患者过于依赖左腿而对右腿依赖不足，那么就没有做到正确的平衡，传感器将测量该不平衡，并且该装置试图帮助患者进入平衡状态。可选择地，当装置100确定患者处于离平衡的状态，则给患者提供反馈，以便提示患者以一种帮助纠正该离平衡状态的方法响应。可选择地，以音频格式和/或在视频显示器上给患者以反馈。在本发明的一些实施例中，反馈可以振动或其他触觉刺激形式送出。可选择地，反馈直接送到身体那些没有被适当应用来获得平衡状态的特定部位。
附加的椅子细节如上所述，在本发明的典型实施例中，为了精确测量患者康复的进度，将各种传感器固定到患者和/或椅子的各部件上。为此可以独立或合并使用各种不同的传感器。传感器可粗略分为两种第一种是附属到患者身上(例如身体部位定位、生物学响应)，其他传感器用来测量椅子的布置(例如椅子各部件的位置/取向)。
为了收集康复期间患者身上的信息，传感器可选择性地附着到患者的身体上。例如，位置传感器可有选择地附着到身体各部位上比如手臂、胸部、头、脚、手、和/或腿上。这些位置传感器用来确定身体各部位在练习时的位置。对这些位置数据的分析可以帮助了解患者的全身动作，包括身体较强部位对较差部位的过度补偿(overcompensation)等。例如，如果与“向前伸出”康复方法协同使用，位置传感器可以估计出患者伸手的精确度和准确度。
患者康复期间可选择使用的另一种传感器是压敏传感器。通过测量患者在某个特定位置受到的压力(例如椅臂顶端242)，可以确定患者在稳定性和/或身体的控制能力方面对该身体部位的依赖程度如何。压力传感器可选择地用于手、腿、足、臂、臀部、头部和躯干。在本发明的一个典型实施例中，对所选择压力的分析结果可以说明患者是否平衡，和，如果不平衡，平衡较差出现的位置在哪里。例如，如果患者在椅子移动期间对某个特定椅臂顶端施加了一个大小异常的压力，则与“配合”法协同使用的压力传感器就可以确定患者是否缺乏平衡能力。该大小异常的压力将会指示出，患者在该方向上移动时不能够适当地进行平衡，结果是必须依赖椅臂顶端来保持平衡。然后可以修整患者的平衡程序进行该方向上的平衡活动，以便克服该不足。可选择使用压力传感器测量力量。如果与“向前伸出”法协同使用，向目标物伸出的患者可以激发一个压力传感器，该传感器检测患者将会施加给目标物上的压力大小。在本发明的一个典型实施例中，压力传感器用于测量力量和平衡两者。
在本发明的典型实施例中，其他传感器比如肌肉张力和肌电图(“EMG”)传感器用来监控患者对康复的生理响应。这些传感器采集的测量数据的分析结果帮助分辨患者的哪些部分需要进一步康复并且可以制定将来的康复策略。可选择使用脉冲测量或呼吸速率传感器。
在本发明的一个典型实施例中，除了或可选择监控患者的传感器之外，传感器可监控康复椅的操作。可选择地，传感器固定到康复椅的任何部件上，比如用来跟踪这些部件的位置以及在其上作用的能量和/或力。为此目的的一种传感器是基于磁力的跟踪传感器。超声波和光学位置传感器也是已知的。将从椅子上获取的传感器读数与从患者身上获取的传感器读数进行比较具有特殊用途。对该数据的比较分析结果指示患者响应椅子的具体动作。患者响应这些椅子动作方面的不足指出需要进一步康复的部位。
在本发明的一个典型实施例中，椅子的原动力由与球状结构222操作连通的至少一个电机提供。可选择地，提供至少一个制动器防止球状结构222在特定方向动作或者完全防止其运动。还有，可选择地提供一个电机以帮助椅子沿z轴运动。在本发明的一个典型实施例中，为了确定施加给球状结构222的动量，可以与电机一起使用一个位置编码器。
在本发明的一个典型实施例中，椅子的速度和定向运动是可变化的。如图6所示，椅子可选择地在x，y，z轴向上运动。电机的速度是可调的，使椅子可以从停止到相当快速之间的范围内运动。除了主动控制椅子转速之外，椅子可以完全被解放出来，或者仅提供有间歇式电机运动。可选择地，可以移动椅子为患者移动提供补充支撑。在本发明的一个典型实施例中，椅子慢慢响应重力，例如包括模仿降低重力的摩擦力(例如制动器或利用电机)。可选择地，可以按照正常或高于正常的速度响应用户的动作。可选择地，还为椅子失去平衡(例如转动)提供一个安全限制。作为选择或附加地，有一个极限值，椅子在该极限值下不会失去平衡。
椅子的用法应当注意到，这里描述的康复装置可用于家庭、护理中心比如老年家庭、医院和康复中心。在本发明的一个典型实施例中，可以利用游戏和/或竞赛和/或比赛进行训练。可选择地，可通过图1中的网络例如LAN或因特网155将多个椅子装置相互连接起来。
在本发明的一个典型实施例中，在有协助或没有协助的情况下，都可以进行康复。例如，一旦患者坐下，就可以在没有协助的条件下进行练习。一些患者需要帮助和/或强的保护(strapping-in)。可选择地，康复期间可以进行远程监控和/或测量，例如从中心位置通过电话线或因特网完成。
在本发明的一个典型实施例中，用椅子测试患者的能力。可选择地，这种椅子可用来跟踪完全康复的患者。
可选择地，康复训练期间，对患者的进程做记录。可能存在的进程上的不足与潜在的器官问题有关，该问题可由治疗医师治疗和/或报告给医师。
在本发明的一个典型实施例中，椅子系统的第一个用途包括为患者调整椅子系统，输入用户具体信息和/或测试患者的能力。可选择地，椅子是可调整的，例如高度、宽度和/或靠背角度(back angle)。可选择地，可提供软垫以适合某些身体畸变和/或形态。可以确定练习的初始设置，然后根据进程和/或时间扩展和/或改变该设置。可选择地，确定一个或多个基准，比如从桌上举起一本书的能力，一旦能举起就认为完成了康复(或者移动到不同的平台)。还有，在训练步法时，一旦发现平衡能力非常好，就可以仅在站立位置训练患者。可选择地，保持在就坐位置，因为这可以在对身体条件要求很小的情况下进行平衡训练。
在本发明的一个典型实施例中，椅子用来使患者至少局部处于水中进行康复训练，这将要求使用防水部件和/或利用无线而不是有线连接。
在本发明的一个典型实施例中，例如进行步态训练中，患者的脚放在可在X-Z面上移动的垫子上。可选择地，垫子也可以在X-Z面内转动(或阻碍或帮助转动)。可选择地，可以利用模仿走路的方式让两个垫子移动。
椅子的变型本发明的一些实施例可以有不同的设计和/或布置和/或动作。在本发明的一个典型实施例中，座位105可以是各种形状和坡度。可选择地，座位有一个靠背。可选择地，靠背的高度可调。可选择地，靠背相对座位倾斜或移动。可选择地，靠背有一个头部支撑件。可选择地，座位和靠背可以独立或相关联的移动。在本发明的一个典型实施例中，靠背由若干个部分铰接起来，所述部分可以给患者背部的特定部位提供直接支撑。可选择地，在练习期间响应患者的动作提供该支撑。在本发明的一个典型实施例中，铰接是通过椅子各部件之间的动力关节来支撑的。椅子各部件可沿椅背竖直和/或水平布置。在本发明的一个典型实施例中，动力关节包括使一个关节转动的电机。除了或可供选择的对椅子每个部件提供一个位置和/或取向传感器之外，可给电机配置一个可选择的位置编码器。可选择地，上述典型实施例用来在患者站立或坐下时支撑患者。
在本发明的一个实施例中，患者被固定到悬挂在康复椅上方的系固件上，以便减轻施加在椅子上的身体重量。可选择地，系固件用来给患者练习期间提供额外支撑。可选择地，系固件还用作安全装置，防止患者康复期间跌落到地面。
在本发明的一个典型实施例中，可以根据人104身体参数调节座位，比如患者身高和/或体重。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅与脚支撑件协同使用。可选择地，脚支撑件包括传感器(例如压力传感器)或附属装置，比如带子。可选择地，脚支撑件可以移动，比如提升脚或在一个或多个取向上转动脚。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅与脚垫协同使用。可选择地，脚垫包括传感器(例如压力传感器)。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅与膝部支撑件协同使用，该支撑件包括例如对脚支撑件所描述的那些特征，可选择地，包括使膝部弯曲的电机和/或报告膝部位置和/或执行膝部位置的传感器。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅与腿支撑件协同使用，腿支撑件包括针对脚支撑件所描述的特征。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅与至少一个手臂支撑件协同使用，该手臂支撑件包括针对脚支撑件所描述的特征，比如利用一个基于二维或三维的铰接和/或转动的球状结构。
在本发明的一个典型实施例中，提供一个球附件，这样患者在保持平衡的同时可以练习踢球。还可以设置其他类似附件(可以不是物理地附着在身体上)。可选择地，提供带有胶水或其他固定装置的无线位置传感器，并且该传感器可以应用到日常使用的物体上，比如一本书或茶壶上，这样患者可以利用日常使用的物品进行练习。可选择地，“伸出(reach-for)”法由一个球支持，该球由系统抛出并且使用者必须抓住它。可选择地，使一个机器人臂移动到一个位置，然后在一个时间窗消失后离开，以便提供类似行为。
在本发明的一个典型实施例中，在一个或多个脚垫/毯，扶手、弹性坐垫和靠背中设置一个压力传感器。可选择地，这些压力传感器指示患者在活动期间施加的压力。可选择地，传感器指示施加压力的一个精确点(例如5厘米内)，这样就可以估计患者的一个接触点。可供选择或附加地，设置固定装置将患者身体各部位与垫子连结起来。可供选择或附加地，患者身体部位上的位置传感器对身体部位和压力传感器之间的相对位置产生一个指示。
可选择地，压力传感器包括扭矩传感器，不仅用来探测压力的大小而且还有所施力的方向(在压力传感器的平面内)。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅配有一个手动施力制动器(可选择地，带有指示刻度)。可选择地，患者开始康复训练时利用大摩擦力(也就是说更稳定地)，练习时(例如伸出以便取得一个目标物)随着患者稳定性得到提高，患者递增地减小椅子的摩擦力，以便改善力量和平衡性。正如上面注意到的，椅子的稳定性不需要椅子角度恒定不变。在整个练习过程中，其也可以是不恒定。例如，首先，提供一个相当大的安全区域，在此可以忽视患者施加的不平衡力。不久就例如根据先前行为缩小该区域尺寸，这样患者不得不更加小心地不去施加该非平衡力，或者准备进行纠正。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅振动，例如为了提供信息或反馈(例如将要失去稳定性的反馈)。
在本发明的一些实施例中，一些部件可以用类似部件替换。例如，座位105可以用一些其他类型的座位替换，比如自行车座。
控制器在本发明的一个典型实施例中，控制器150根据一个程序控制椅子110。可选择或附加地，控制器是个人电子计算机或者是专用嵌入式计算机。控制器控制椅子的可移动部件，比如在本发明一个典型实施例中为椅臂230和/或232。控制器执行一个康复方法，比如图5的流程图500描述的方法。程序可提前编制好，并且在实施初步试验之后可进行设计。
可以选择康复方法，例如用一个菜单和一个用户输入装置。可选择地，通过用户输入装置可以输入各种参数例如年龄和性别。
控制器可以根据程序控制椅子110的可移动部件的动作。例如，控制器可以让椅子110的椅座在抬高就座在椅子上的人的方向上移动，以帮助他从坐姿站立起来。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅110有传感器或其他测量装置，所以不需要将传感器放在人104身上。椅子可以生成椅子各部件和/或人体各部位的位置和/或取向数据。例如，人104整个身体和/或身体各部位在X轴、Y轴、Z轴上的位置。椅子可以生成其他测量数据比如人104的身体部位或者体重产生的压力。数据从康复椅110传送给控制器150，如箭头194所示。数据还可从数据采集单元140传送给控制器150，如箭头192所示。
在本发明一个典型实施例中，控制器150处理从康复椅110和数据采集单元140输入的数据。可选择地，采用各种用户输入装置170来与用户互动。可选择地，计算机输出到输出设备比如显示器160、视频单元162和音频单元164。音频单元可以用来提供可听和/或语音指示和/或反馈。可选择地，提供一个外部接线用来连接到远程计算机。可选择地，控制器与网络例如LAN、WAN和/或互联网通讯。
在本发明一个典型实施例中，控制器150执行下列任务中的至少一个任务运行各种程序；控制椅子110；控制椅子110各部件的动作；给椅子传递X轴、Y轴、Z轴位置和转动信息。
在本发明一个典型实施例中，控制器根据预先准备的程序控制装置110或其中的部件。可选择地，控制器控制多个装置和/或康复系统。在许多预先试验之后，可以准备一个程序。该程序执行一种康复方法。操作者或人104可以通过菜单和用户输入装置选择一种康复方法。可选择地，通过用户输入装置170提供各种参数比如年龄和性别。
在本发明的一个典型实施例中，患者行为在整个康复程序中受到跟踪。可选择地，控制器150执行该跟踪任务。当传感器130收集与患者和椅子有关的数据时，这些结果被储存在一个控制器150可读取的数据库中。然后利用控制器150拣选和处理储存在数据库中的数据。
应当注意到，装置100的一些实施方式不包括计算机。一些实施方式不需要电源。在一个示例中，利用一个机械式计算机(例如引导椅臂运动的机械式凸轮随动件)控制装置参数。可选择地，正如上面注意到的，椅子可手动操作。
疼痛在本发明一个典型实施例中，椅子设备可以检测疼痛，例如，根据肌肉张力、呼吸和脉搏速率自动检测，或手动检测，比如通过用户输入(例如声音或开关)。在本发明一些实施例中，进行练习动作中一个突然停止和/或改变也可解释作疼痛的一种指示。
在本发明一个典型实施例中，椅子系统(或其他康复设备比如机器人臂)用来探测出现疼痛的动作和/或肌肉力量(muscular effort)的范围以及疼痛级别。可选择地，可以教导患者避免疼痛的动作。
在本发明一个典型实施例中，考虑到疼痛，可以选择康复运动轨迹，例如设法展开一个无痛包络线或在将疼痛总量限制在一个阶段内。可选择地，为了扩大无痛运动的可能范围(以及力量的范围)，训练期间迫使患者在接近疼痛极限情况下活动。应当注意到，与平衡相关的许多行为都会使大面积的肌肉发生活动，并且因此很可能引起不希望的疼痛。通过给患者展示这些动作是什么(例如在一个安全状态)，患者可以学习避免使这些肌肉活动。可供选择地，康复可以包括刺激某些肌肉达所要求的程度(例如这些肌肉不会萎缩)，并且使患者明白他将经历的疼痛量是预先确定和必须的。
在本发明一个典型实施例中，如果患者以一种不必要方式移动身体部位并且可能引起疼痛或身体损伤(例如对于不结实的关节)的话，可用位置和其他传感器提供反馈。可选择地，提供安全警告的同时，还可以提供疼痛警告。可选择地，康复系统防止引起除了被特别指示的以外的疼痛的动作，这样在该系统中可以增加患者的自信心。
平衡训练在本分明一个典型实施例中，患者是在一个椅子110，600或1300上进行康复训练。为了提高患者的平衡能力，最初让椅子配置成使得椅子所座落的球状结构不进行转动或枢轴转动。当患者开始练习并执行康复计划时(进行例如“配合”和“前伸”练习)，椅子设置为递增地增加动作范围。理想地，患者可以在康复椅上保持平衡无须制动器和椅子电机的帮助。为了确定椅子动作范围是适当的，用上述和这里提到的类型的传感器对患者进行监控。
为了确定行为能力的一个基准值，可以使用这些传感器测量健康受验者的行为能力。或者，不考虑对健康受验者的测试，来确定行为能力的目标值。当局部麻痹患者进行练习时，传感器测量该患者的行为能力。在本发明一个典型实施例中，对身体各部分进行测量，然后将身体部位的测量结果相互比较，以便测量它们的相对使用程度。可选择地，测量多个患者的四肢和/或身体各部位。将这些练习测量结果与目标行为能力数量进行比较就可以发现不足。然后根据这些不足可以调整康复程序。例如，如果患者试图站立起来，每只脚下的压力传感器就会测量患者施加的压力。理想地，在站立位置，两只脚施加的压力相同。然而，如果一只脚被偏好，就可能指示出该患者需要进一步的康复练习。在本发明一个典型实施例中，进行包括手臂和手在内的练习或者进行大动作比如伸出练习时，可采用类似技巧。
在本发明的一些实施例中，使用“达到平衡”法，其中患者需要抓住或投掷一个小重物和/或球。这些活动要求变换平衡姿势。在本发明一个典型实施例中，在该设备控制的一个装置的作用下，球自动被抛向患者。当球接近患者时，希望患者伸出手并试图抓住空中的球。这种类型的活动通常导致患者偏离中心，因此可以练习平衡。根据患者的治疗需要，可以从特定方向将球投给患者。或者，为了恢复平衡能力，患者可以沿规定方向投球。可选择地，可在坐在康复椅110时进行该练习。
在本发明一些实施例中，康复椅发起向不平衡位置的运动并要求患者为了建立平衡而进行修正。可选择地，扶手和/或脚垫发起向不平衡位置运动，并要求患者进行修正以期建立平衡。如果修正已完成，可以由与康复系统协同使用的传感器测量在修正速度以及修正动作方向方面的患者运动。可选择地，平衡修正中的任何不足都可以进行特别练习。
在本发明一个典型实施例中，康复系统为患者自然动作提供补充动作，以便恢复一个平衡的状态。上述补充动作可以通过以下步骤来实现检测患者的位置和动作，将这些测量值与给定平衡条件比较，预测是否达到平衡条件，然后将适当的推动力提供给椅子，以便补偿患者计算出的任何修正不足和过量修正。
在本发明的一些实施例中，提供虚拟现实(VR)型显示器或电视显示器，比如为了显示反馈结果，和/或显示指示和/或使活动更为有趣和/或转移人的注意力以减轻疼痛。人可以在屏幕上对指令作出反应和/或反馈，这也可以加强其肌肉，改善平衡性，并改善某些动作。
在一些典型实施例中，与产生动作幻觉的视频练习结合起来的椅子装置可用来提高平衡能力并减少眩晕。
在本发明的一个典型实施例中，脚踏板与椅子一起使用来模仿骑自行车。用传感器确定患者是否能够踩踏板并保持平衡状态。
在本发明的一个典型实施例中，平衡练习包括起来和坐下时靠在桌子上(例如用一个压力感应垫)。施加不均衡的压力可能表示一个可以康复的与平衡相关的问题。可选择地，可将一个或多个可振动或其他激励性的贴片/单元固定到身体各部位，并产生一个提示患者改变动作的刺激。可选择地，康复系统的机器人臂比如通过移动或振动来提供该反馈(例如用一个供依靠的衬垫附件而不是把手)。
另一个典型练习是保持坐姿期间抬起一条腿。另一个典型练习是单足站立，比如采用如下所述的局部支撑椅。
抬腿和背部训练图11和图12示出根据本发明一个典型实施例的以椅子为基础的康复装置1200。装置1200包括座201，基部205；球状结构203；脚支撑件1220和1222；膝部支撑件1240和1242。可选择地，膝部支撑件是一件。装置1200可以在患者坐着时执行背部肌肉的CPM。它可以用来改善背部的灵活性、减轻背痛、减小肌肉张力。一般，坐着时对背部进行治疗比躺着时治疗背部要舒服得多。躺下练习(这样，在位置变化期间给背部增加更多的压力)可以进一步引起背部不适和/或伤害。在本发明一个典型实施例中，通过升高和降低膝部支撑件1240和1242，可选择的是脚支撑件1220和1222，或是二者结合起来或是单独操作，可以在康复装置上执行CPM。可选择地，根据患者康复的需要，可以按照任何次数和/或在任意多疗程重复升高和降低支撑件。
在本发明的一个典型实施例中，用各种传感器测量CPM(或其他练习)是否被正确管理和/或测量对肌肉的效果(例如利用EMG测量)。
可选择地，康复椅1200转动以为患者提供练习。椅子1200能够绕x、y、z轴在三维方向转动。可以沿一个、两个或者所有三个轴合并起来的方向进行转动。在本发明的一个典型实施例中，椅子1200转动时，膝部支撑件1240，1242和/或脚支撑件1220，1222也在运动。这种练习可以是温和练习用来活动脊柱和练习后背和/或腹部肌肉和/或拓展其活动范围。在本发明一个典型实施例中，这种动作用来治疗疼痛，比如通过伸展和或刺激那些给身体提供支撑的肌肉。可选择地，椅子包括加热器或振动器以帮助消除疼痛。
在本发明的一个典型实施例中，CPM练习伴随有手和臂部练习，可选择地，这些练习与CPM同步。手和臂部的练习可以通过提供臂部支撑件比如图13所示的元件1330和1332来进行。此外，引起脊椎弯曲的腿部运动可以是非被动的，比如得到帮助或者抵抗阻力而进行。
在本发明的一个典型实施例中，非CPM练习也用来帮助治疗背部问题。例如，这里描述的“向前伸出”练习不但能康复平衡能力，而且还用来增强背部力量。可选择地，非CPM练习伴随有手和臂部练习。可提供臂部支撑件比如图13所示元件1330和1332来进行手和臂部练习。
在本发明的一个典型实施例中，椅子1200或其他椅子是用来教给患者正确的动作，例如避免使肌肉过度紧张。在一个示例中，要求用户有一个伸出动作，并且用户在做该动作期间被告知(例如利用音频或语音信号)该动作是否正确和/或哪里不正确。可选择地，激励单元明确提示患者哪个动作是不正确的。在另一个示例中，各种类型的日常动作，比如转动身体、举起物品、伸手和/或使力，都通过示范教给患者。可选择地，该系统接收来自患者的反馈，该反馈告知其中一个动作是否引起了疼痛。这种情况下，系统和/或治疗专家重新配置该“正确”动作。正确动作还可能包括在某个次序中刺激肌肉的训练，和/或制止给肌肉、关节或身体其他部位施加过度应变(strain)。所有这些都是可以选择性教导的，比如通过给患者做示范来教导。
站起和坐下一般利用椅子进行的动作是坐下和站起。由于年龄的原因和/或当遭受感知和/或身体伤害时，这些动作变得很困难。在本发明一个典型实施例中，康复椅系统可以引导患者沿着正确的线路坐下和起立。还有当患者靠在各种物体(比如桌子或扶手)上时，这种引导包括位置、速度和力量的反馈。可供选择或附加地，椅子可以提供移动部件，比如椅臂、底座和靠背，都可以帮助患者沿轨迹移动。可选择地，一个疼痛转移装置用来让患者诉说疼痛。可以提供各种坐下和站立练习，例如通过移动扶手、改变椅子协助的程度和/或在患者能够和/或可以跟随的轨迹上设置约束。
现在转到图9A，所示患者904以完全坐姿处于康复椅900内。在本发明一个典型实施例中，患者的手抓住用来支撑的椅臂顶端940和/或942。患者的脚平放在地板上。患者需要从完全坐姿起立到站立位置。图9B表示了椅子900如何使座位905的后部倾斜以带动患者904慢慢起身到站立位置。可选择地，座位905在z轴方向升起并组合有座位905后部倾斜动作。图9C表示出由座位905帮助顺利起身到站立位置的患者，其双脚平放地站在地板上。可选择地，患者依靠在椅臂936/938以获得支撑。可选择地，实际上，椅臂使患者移动。可供选择地，椅臂测量力量大小。可选择地，椅臂设有扶手(未示出)。可选择地，椅子900没有椅臂。可选择地，椅子900有一个铰接的靠背，为了帮助患者离开座位905，靠背可以给患者904施加压力。在本发明的一些实施例中，用铰接的靠背修正座位与患者背部的位置关系。
在本发明的一个典型实施例中，在患者移动到站立位置时，用传感器监控患者和椅子的状态。当患者在不同点施加力时，例如向地板和/或脚凳、椅臂、椅臂顶端施力，测量该力。对传感器测量结果的分析可以用来检测患者平衡能力和力量方面的不足并且可以量化患者的“站立质量”。然后针对这些不足进行具体的康复练习，可选择地，利用这里描述的装置和方法以提高质量。在本发明一个典型实施例中，椅子900设有可转动以帮助患者练习的座位905。在本发明一个典型实施例中，患者在转动的椅子中进行站立和/或坐下练习。可选择地，测量患者站立和坐下期间施加的力以便识别能力上的不足。
支撑椅图14A-14C表示了本发明一个典型实施例中的支撑椅1400。图14A中的椅子处于低位。图14B示出的椅子1400处于比图14A中高的高位。在本发明一个典型实施例中，椅子1400根据患者个体需要而上下移动。可选择地，躯干支撑件1404(例如带子)可以包括在支撑椅上。图14C示出椅座处在直立位置附近的支撑椅1400，在本发明的某些实施例中，患者在该位置可以受到帮助从座位站起。可选择地，椅子的背部可以向后弯曲，以支撑患者处于半俯卧或躺下的位置。
在本发明的一个典型实施例中，在患者在半坐位置进行平衡动作练习时来为患者提供部分支撑。典型练习包括站立时踢球(或靠在椅子上就好象它是一面墙)和单足站立。
日常动作的训练在本发明一个典型实施例中，康复椅系统用来帮助患者康复实现日常活动，比如在桌边吃饭、阅读书籍、刷牙和洗碗。在所有这些活动中，患者施加离开重心的力，该力潜在地引起一个平衡问题或者一个在精确施力方面的问题。
使用时，用带子将患者的一只手束缚到椅子系统110的一个可移动顶部，例如240，患者企图或被引导执行一个日常动作，比如拣起叉子。可选择地，患者平衡方面的动作结果被指示给患者，比如通过让椅子缓慢地失去平衡。可选择地，一个躯干支撑件是选择性地可电释放的，并且其被缓慢地释放，以显示给患者失去平衡而不施加正确的修正动作的躯干位置上的效果。
可选择地，提供一个带有适合传感器(例如接触和/或压力式)的加入式桌子部件。可选择地，提供一个白色书写板用来书写。
在本发明的一个典型实施例中，装置110用于完成下列任务中的一个或多个训练患者执行与日常生活相关的动作，测试患者进行这种活动的当前能力和/或监控患者的能力。
附加装置如上所述，装置100的一些实施方式包括各种附加装置120。附加装置可以包括医疗外围设备180比如ECG；照相机；毯子，可选择地设置有压力传感器；把手，可选择地报告疼痛；在各种操作进行帮助的装置，比如帮助人站立；工作区比如平桌；竖直接近的目标物；不同类型的手柄和把手，这些手柄和把手可以供患者104抓住并且可选择地在椅臂顶端240和242与康复椅连接。在本发明的一些典型实施例中，利用限制器固定住患者身体被选出的部分。例如，可以用限制器将患者手臂固定到扶手250上，此时患者可以试图弯曲该臂的腕部(因此使手从水平位置到竖直位置升高和降低)。可选择地，提供一个固定的或铰接的头靠。可选择地，头靠包括防止和/或鼓励头部转动的装置。
安全性可选择地，椅子110包括安全装置；比如制动器，保险丝；应急按扭或开关。在本发明的一个典型实施例中，提供一个或多个安全装置以防止患者受到伤害。例如，可以使用以下安全机构中的一个或多个a)绷绳锚。如果患者释放该开关(或触摸一个适当的按扭)，装置100就会停止动作和/或所有的力和阻力都变为零。可替换地，可以定义出其他的“安全停止位(safe harbor)”情况。
b)话控开关。可以提供用声音启动和/或停止的装置，让患者向装置喊话停止动作。
c)分析技术。可选择地，分析患者施加的实际动作和/或力，以确定是否达到一个极限值，或者患者是否在经历一个不适当的压力。
d)机械式保险丝。如果施加给椅子某部件上的力超过某个极限值，则该保险丝融化或爆开。
附加程序在本发明的一个典型实施例中，控制器150产生一个可指示力、位置速度和/或加速度的信号。可选择地，可以继续分析这些信号。在一个示例中，为身体的一个生物力学模型提供一个信号，该信号可以指示患者哪里不足。在另一个示例中，分析包括使用FFT或其他手段以抽取该不平衡的频率特性。在一些情况中，该频率特性可以指示出一个问题的根源，该问题的身体位置，一个问题的认知根源和/或克服该问题的建议性练习。例如，可能引起不平衡的一些类型的抖动可能是由过量训练某些肌肉而引起的。即使不能作出清楚的判断，该信息对于更进一步的探索特定身体部位或能力都是非常有用的。
可选择地，将展现出力和/或平衡问题的患者模型提供给用户和/或治疗师。
变型在本发明的一个典型实施例中，康复椅系统100由标准部件组成。例如，可选择地，球状结构220和224是可互换的。可选择地，在不带椅子扶手250和252的情况下也可使用康复椅。
在本发明的一个典型实施例中，在一个平板(例如摇摆板)、而不是康复椅上进行康复活动，除了康复椅之外在平板(例如摇摆板)上进行康复活动。
在本发明的一个典型实施例中，康复椅110的转动能力用来使患者104眩晕和/或测试对眩晕的敏感性。在本发明的一个典型实施例中，椅子座位沿小弧度运动或在一个圆圈内移动。整个过程中可以增加速度。当患者试图在眩晕状态下恢复平衡时，患者的动作由传感器测量，然后分析以检测出患者平衡恢复能力方面的不足。将该不足作为所要求的康复的目标，以便恢复患者名义平衡恢复能力。可供选择和附加地，椅子包括变换动作的装置，该装置也可用来引起眩晕或进行其他练习。可选择地，利用一个显示器显示与椅子动作匹配或不匹配的图象，以训练和/或测试眩晕的敏感性。
在本发明的一个典型实施例中，该平板配置在现有椅子下方，可能的话提供一个脚踏，这样康复和/或平衡康复可以在一个标准椅上进行。还可以提供一组有线或无线传感器。应当注意到，这里描述的一些练习还可以在站立时进行，可选择地，在多个已知的移动平板中的一个上进行，同时可供选择地提供一个或多个机器人臂用以支撑、肌肉运动知觉(kinesthetic)反馈和/或指导。类似地，以一种可以栓装到现有标准椅子上的形式(例如利用一个带子)提供一个机器人臂模块或抬腿模块。
平衡和坐下训练以及疼痛训练不局限于上述所示具体示例中。尤其是，平衡被用来补充比如美国专利申请No.60/566079描述的微型电机控制康复方法，该文献公开的内容在这里通过参考被并入。对于微型电机控制，在实施微型电机控制时，应当由患者保持平衡。在坐下期间可以完成微型电机控制任务。
平衡康复还可以与神经康复结合。例如，美国专利申请No.60/604615描述的利用神经感应来确定引发一个动作的时刻，该文献公开的内容在这里通过参考被并入。可以使用EEG信号作为与平衡相关的动作的反馈。
平衡训练可以与EMG一起使用。例如，美国专利申请No.60/566078描述的，该文献公开的内容在这里通过参考被并入。除了EMG之外还可以用平衡感应或者用平衡感应来确定发送EMG的时刻。
平衡训练可以与步态训练一起使用，例如美国专利申请No.60/633428描述的，该文献公开的内容在这里通过参考被并入。在一个示例中，坐姿平衡训练可在步态训练之前进行或者作为步态训练的一个附加训练。
音乐可以用于平衡训练中，例如美国专利申请No.60/633429描述的，该文献公开的内容在这里通过参考被并入。在一个示例中，音乐用来指示身体两侧之间的平衡。一个声音很大的频道用来指示身体一个部位施加了过大的力量。无声用来指示平衡状态，而摇摆将产生一个循环管(cyclicaltube)，以及失去平衡时，报警的振幅可以增大。
这里通过对具体实施例的详细说明已经对本发明进行了描述，这些实施例仅是示例方式并且不限制本发明的范围。所述实施例包括不同特征，并不是所有特征都要求体现在所有实施例中。本发明的一些实施例仅利用了其中的一部分特征或者包括这些特征的组合。本领域技术人员可以对本发明实施例以及包含实施例中提到特征的不同组合的实施例进行各种变形。本发明的范围仅受权利要求书的限制。
权利要求
1.一种康复椅系统，包括供人就坐的座位；相对所述座位移动的至少一个伸长器；至少一个传感器，产生表示该人的平衡状态指示；和控制器，配置成使所述伸长器移动的同时用所述至少一个传感器测量所述平衡状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述伸长器机械地连接到所述座位上。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器响应所述平衡状态使所述伸长器移动。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器使所述伸长器移动并测量平衡状态下的响应的变化。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述座位适于转出该座位的平面。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述座位包括一个靠背。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述靠背是铰接的。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述靠背围绕其一个竖直轴转动。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述座位适于抵抗其的所述转动。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述座位适于在动力驱动下升高至少10cm。
11.根据权利要求1所述的系统，包括至少一个腿部移动器，适于将人的至少一条腿从该腿所放置的地板抬起。
12.根据权利要求11所述的系统，包括至少一个第二腿部移动器，适于将至少第二条腿从所述地板抬起。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述各腿部移动器适于被锁定在一起。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述各腿部移动器可分立活动。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个平衡传感器包括供人的脚使用的至少一个压垫。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器包括供所述椅子的扶手使用的至少一个压力传感器。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器包括至少一个定位在座位上供臀部使用的压力传感器。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器包括至少一个定位在所述椅子附近桌子上的压力传感器。
19.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器包括至少两个压力传感器，它们相对于坐在椅子上的人对称定位。
20.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器包括至少四个在空间上相互分离的压力传感器。
21.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器根据储存在控制器内的一个康复计划驱动所述伸长器。
22.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器根据储存在控制器内的一个康复计划驱动所述座位。
23.一种康复装置，包括关节，针对旋转角(Phi)和仰角(Theta)有一个共同的转动中心；安装在所述关节上的座位；和控制器，适于执行以下至少一个操作根据一个康复计划驱动所述座位和测量所述座位的转动。
24.一种康复装置，包括适合供人就坐的椅子；适于使坐在椅子上的人的至少一条腿抬高的腿部升高机构；和控制器，适于控制该升高机构以重复升高该人的所述至少一条腿，以便操纵该人的脊柱。
25.一种人体康复方法，包括使人坐在与机器人协助装置连接在一起的椅子上；和在所述装置的机器人协助下，对所述人执行至少一个康复练习，所述练习设计成使平衡能力康复，所述机器人协助包括下列中的至少一个由所述机器人协助提供引起运动的力和由所述机器人协助提供对运动的阻碍。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述练习包括伸出一只或两只手。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述练习包括举起和放置一个目标物。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述练习包括使手离开身体伸出。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述练习包括在练习的复杂性增加时进行的带有反馈的交互练习。
30.根据权利要求25所述的方法，其中所述执行步骤包括对身体的多个部位监控。
31.根据权利要求25所述的方法，包括在进行练习时，监控身体两侧之间的平衡情况。
32.根据权利要求25所述的方法，包括监控该人的器官的位置，并分析这些位置以确定该器官对人的平衡的辅助。
33.根据权利要求32所述的方法，其中该器官包括手臂。
34.根据权利要求32所述的方法，其中该器官包括躯干。
35.根据权利要求32所述的方法，其中该器官包括腿。
36.根据权利要求32所述的方法，其中对该器官位置的监控包括监控该器官的运动。
37.根据权利要求32所述的方法，其中对该器官位置的监控包括监控该器官对其它身体部位动作的阻碍。
38.根据权利要求25所述的方法，其中所述机器人协助包括使身体的一个部位移动。
39.根据权利要求25所述的方法，其中所述机器人协助包括阻碍身体的一个部位移动。
40.根据权利要求25所述的方法，其中所述机器人协助包括防止失去平衡。
41.根据权利要求25所述的方法，其中所述机器人协助包括促使失去平衡。
42.根据权利要求25所述的方法，其中所述练习包括站立。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述机器人协助举起该人。
44.根据权利要求25所述的方法，其中所述练习包括躯干训练。
45.一种使平衡能力康复的方法，包括由一个人执行需要平衡的任务；和通过在多个空间上分离的载荷区测量力量来监控所述任务的执行情况，其中所述人向所述多个空间上分离的载荷区施加力，所述多个空间上分离的载荷区包括除了脚之外的至少一个载荷区。
全文摘要
一种康复椅系统(100)，有一个适于人就坐的座位(105)；至少一个相对所述座位移动的伸长器(230)；至少一个传感器(130)，产生表示该人平衡状态的指示；和一个控制器(150)，配制成在利用所述至少一个传感器测量所述平衡状态时使所述伸长器移动。
文档编号A63B26/00GK1972732SQ200580010391
公开日2007年5月30日 申请日期2005年2月4日 优先权日2004年2月5日
发明者奥默·艾纳夫 申请人:莫托里卡股份有限公司