用于家庭康复的传感器装置的制作方法

专利名称：用于家庭康复的传感器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于治疗诸如中风之类的神经运动紊乱的康复和/或 物理疗法的系统和方法。
背景技术：
在中风后，患者经常遭受运动协调的失调。关于脑损伤后的功能 恢复，这些失调是理解最少的，但往往是最令人衰弱的。这些协调缺
陷表现为异常肌肉协同(synergy)的形式，并导致功能上使人残疾的 有限和僵化的运动模式。肌肉协同的这些局限的结果是例如在手臂中 肩外展和屈肘之间的异常耦合，这显著降低了中风生还者相对于重力 向上提升受损的手臂的重量时够得到的空间。当前减轻这些异常协同 的神经医疗方法产生了有限的功能恢复。在腿部，异常协同的表现导 致髋/膝伸展和髋内收之间的耦合。其结果是降低了在站立期间激活受 损的腿部中的髋外展肌的能力。
中风生还者遭受的最突出的伤残之一是上肢的半側瘫痪。康复锻 炼被证明在重新获得运动控制中是有效的，只要该训练是剧烈的，并 且在治疗中对患者进行导引。
当在医院或康复中心提供传统的治疗时，通常每天一次或两次地， 在半小时会话间观察患者。在门诊患者治疗中这减少到每周一次或两 次。
当前研究表明，用于改进患者的协调的运动锻炼可以作为远距离 康复解决方案的一部分在家中进行。用于无人管理的家庭中风康复的 技术方案要求使用标记器或传感器，用于获取患者在锻炼期间的姿态。 通过传感器进行姿态采集是有吸引力的并且被大量研究的选择。
这种方法的问题在于，现有的基于标记器或传感器的跟踪系统假 设用户足够熟练到将所选择的传感器放置在用户身体上的特定位置， 典型地放置在手部、下臂和上臂；因此应当实现一致的结果。因此传感器被标记、上色或计数。
如果用户是中风伤者，并且正遭受认知受损，则该假设变得不实
际。相反地在此情况下，从一个使用到另一使用，标记器在肢体上的
确切位置将不同，这是因为由于用户对他的手臂手部和/或手指的运动
失控，用户不能将标记器或传感器固定到完全相同的位置。根据其放 置对各种传感器和分配进行必要的区分对中风伤者是额外的负担。

发明内容
因此，本发明的目的是最小化用于将传感器放置在用户的身体上 的指令的量，并且从而促进紧固过程。
该目的通过用于特别是在中风后的家庭康复的传感器装置来解 决，所述传感器装置包括要附接到用户的身体的至少两个传感器，每
个传感器包括接收器，用于接收从所述传感器装置的外部的源产生 的第一信号；传感器处理单元，用于在接收到所述第一信号后，处理 所述第一信号并初始化笫二信号，所述笫二信号包括关于所述传感器 的标识的信息；发送器，用于发送所述笫二信号到中央处理单元，其 中在接收到所述第一和/或所述第二信号后，对每个传感器产生时间标 记(time stamp)，以用于通过不同时间;际记的比较确定每个传感器 相对于所述第一信号的源的位置。
据此，允许用户采用任何传感器，并将其附接到任何所需要的身 体部分，而不用关注哪个传感器必须被放置在身体的哪个部分。
在不同的身体部分上放置了所有的传感器之后，计算每个传感器 相对于第一信号的源的距离，以确定每个传感器的位置。可确立若干 不同的方式来实现该计算。
根据第一实施例的传感器装置因此包括中央处理单元，所述中央 处理单元包括时间标记发生器，其中每当已经接收到第二信号时在所 述中央处理单元中产生时间标记。然后，将时间标记与关于所述传感 器的标识的信息一起存储在所述中央处理单元中。
在可选实施例中，每个传感器包括时间标记发生器，所有传感器 的时间标记发生器彼此同步，其中紧接在接收到第一信号之后在所述 传感器处理单元中产生并存储时间标记。在该实施例中，每个传感器 包括时间标记发生器。因此在中央处理单元处丢失第二信号的风险不重要，因为可能在期望的任何时间询问存储在传感器处理单元中的时 间标记，并且每当期望时就可以重复该询问。
所述第一和/或第二信号可以是声学信号和/或脉冲信号和/或光 信号。所述第一信号例如可在用户伸展双臂并击掌时产生。据此，产 生声学信号以及脉冲信号，依赖于传感器是声学传感器或脉冲传感器
或两者，所述声学信号以及脉沖信号都可由传感器检测到。还可能使 用电子或机械设备来触发声音或另一信号。这些设备可包括在中央处 理单元中。
由于第一信号应当是使得能够确定在人身体上的各传感器相对于 彼此的位置的信号，所以现今声音信号或脉冲信号是有利的，这是因 为，在两个相邻传感器处对第一信号的检测之间肯定有时间迟延，并 且声波或脉冲的行进相对较慢，使得其可以被容易地检测到。
在对通过用户击掌产生的脉沖进行测量的情况下，可进行测量而 不用对用户的手臂关注手臂是否是笔直的，这是因为脉沖无论如何都 沿手臂行进。
在光信号用作第一信号的情况下，在接收到第一信号后，在两个 相邻的传感器处产生的两个时间标记之间的差别将非常小，使得测量 装置必须非常精确，以便检测时间标记的差别。当前，即使使用光信 号也能够检测可测量结果的现有测量装置成本非常昂贵。在将来，如 果这样的感测装置的成本不再昂贵，则采用光信号作为第一信号可能 是有意义的。
另一方面，使用光信号作为第二信号是有意义的，这是因为光谱 非常亮并且易于确定，并且在光信号从传感器发射和其被中央处理单 元确定之间仅存在非常短的延时，所述中央处理单元在一个实施例中 更精确地为在中央处理单元中提供的光敏设备。
在本发明的一个实施例中，第一信号可以在用户伸展双臂并击掌 时产生。据此，产生声学信号以及脉冲信号，依赖于传感器是声学传 感器还是脉沖传感器，所述声学信号以及脉冲信号都可由传感器检测 到。
为了确保已经放置传感器的身体部分与第一信号的源对准，中央 处理单元可包括通信装置，以发出如何进行传感器装置的初始化的指 令，并建议用户如何将他自身相对于第一信号的源定位以得到适当的测量。如果传感器要放置在用户的手臂上，则可通过中央处理单元指 示用户首先放置例如三个传感器在他左臂上，然后击掌。在对左臂上 的相对于彼此的传感器进行确定后，中央处理单元可指示用户放置其 他传感器在他的右臂上，此后再次击掌，或替代击掌，例如通过说"放 置完成"或通过按下按钮使得由此可产生来自外部源的第一信号，以 任何方式指示他完成了传感器的放置，并准备好进行传感器的识别过 程。
该外部源可以是电子或机械设备，以触发声音或另一信号作为第 一信号。这些设备还可以包括在中央处理单元中。
为了避免由于来自环境的不是特意地而仅是无意产生的信号而产 生第二信号，传感器处理单元可将由所述接收器接收的信号与对应于
所述第一信号的、存储在传感器处理单元中的预定信号比较，其中仅 当由所述接收器接收的信号与所存储的信号匹配时，所述传感器处理 单元才产生笫二信号。这可通过使用麦克风作为接收器实现，该麦克 风登记例如声波的传递，其中所述传感器处理单元可例如通过检查频 谱、脉沖高度和/或宽度，检查所检测的声波是对应于预定信号，还是 源于其他噪声。
在一个实施例中，每个传感器在接收到所述第一信号后可不同地 发射，以使得所述中央处理单元在接收第二信号的同时，能够同时确 定产生第二信号的传感器的标识。因此，每个传感器可产生第二信号， 所述第二信号同时示出其标识。例如如果第二信号是光信号，并且每 个传感器用表征其标识的不同波长发射，这可实现上述情况。光信号 可通过在中央处理单元中提供的光敏设备检测。在中央处理单元中， 每个波长可专用于特定的传感器。因此，通过比较时间标记并且从而 精确地确定第一信号第一、第二或第三到达哪个传感器，每个传感器 相对于第一信号的源的时间标记可与产生第二信号的传感器的标识一 起，容易地存储在中央处理单元中。如果第二信号是听觉信号，例如 如果选择对每个传感器特定的频率，则这同样适用。
传感器可以以全互换(all-to-all)通信彼此交换其时间标记， 以确定其相对于所述第一信号的源的位置。当然，还可能的是在确定 相对于所述第一信号的源的位置之后，所述传感器通过在交换其时间 标记之后完成排序过程，来改变彼此之间的其标识，使得此后其标识与在用户的身体上的放置顺序(例如，从手腕到肩膀)匹配。
根据本发明的传感器装置的传感器每一个都可固定在载体上，以
紧固到用户的身体，其中所述载体可以以这样的方式形成使得确保 在两个相邻传感器之间的最小距离，由于第一信号的行进，该最小距 离对于得到时间标记的测量的差是必须的。
以下将参照图l和图2，描述根据本发明的目前优选的示例性实施 例的、用于特别在中风后的家庭康复的传感器装置，其满足上述目的 并提供其他有益特征。
本领域技术人员将容易地认识到，这里关于附图给出的描述仅用 于说明目的，而不意在限制本发明的范围。


图1示出使用声音信号的传递的、根据本发明的传感器装置；以
及
图2示出其中在传感器中产生时间标记的、这样的装置的传感器 的示例。
具体实施例方式
图1示出特别用于中风后的家庭康复的传感器装置1。 为了最小化用于将传感器la、 lb、 lc放置在用户的手臂2上的指 令的量，并因此促进紧固过程，该传感器装置提供了传感器检测和识 别机制，其通过计算传感器la、 lb、 lc相对于第一信号的源的距离， 使得能够关于传感器la、 lb、 lc在用户的身体上的放置来分配传感器 la、 lb、 lc，所述笫一信号例如是声音信号，在第一实施例中，该第 一信号通过用户击掌3而产生。
传感器装置1包括六个分开的传感器，其中三个传感器la、 lb、 lc附接到用户的左臂2，并且其中三个(未示出)放置在用户的右臂 (也未示出)。
每个传感器la、 lb、 lc固定在载体4上，该栽体无需遵循特殊顺 序而一个接一个地紧固到用户的手臂2。在该实施例中，三个等效的传 感器la、 lb、 lc附接到用户的手部3、下臂和上臂3a以及躯干3b。 以这样的方式建立载体4，使得在每个载体4之间存在最小距离d，以确保两个相邻的传感器la和lb或lb和lc之间的最小距离，由于在 图1中由在用户的左臂2处的曲线所指示的第一信号的行进，该最小 距离对于得到在传感器la、 lb、 lc之间测量的时间标记的差是必须的。 两个传感器la、 lb、 lc之间的最小距离d可计算为与时间标记发生器
的分辨率成比例的第一信号的行进速率。
如图2所示，对于传感器la、 lb、 lc相对于用户手部3的距离的 计算，每个传感器la、 lb、 lc包括接收器，用于接收第一信号；传 感器处理单元，用于在接收到第一信号后处理第一信号，并初始化第 二信号；以及发送器，用于将第二信号发送到中央处理单元5。
在该实施例中，每个传感器la、 lb、 lc还包括例如时钟的时间标 记发生器，其中所有传感器la、 lb、 lc和未示出的传感器中的时钟彼 此同步，从而允许通过不同时间标记结合其标识的比较，确定每个传 感器la、 lb、 lc相对于用户的手部的位置。
确定传感器位置的方法如下所述地工作
首先，通过中央处理单元5邀请用户将任何三个传感器la、 lb、 lc附接到他的左臂，而不用关注传感器la、 lb、 lc的先后顺序或标识。 此后，指示用户伸展两只手臂并击掌3。可选地，用户还可以不必击掌 3，而仅指示中央处理单元5他完成了放置过程，并且他准备好继续确 定传感器la、 lb、 lc的位置。此后，中央处理单元5内的电子或机械 设备邀请用户在第一信号的源的方向上伸展他的手臂2。此后，中央处 理单元5触发声音或脉沖或某些恰当的东西作为第一信号。
如果第一信号是脉冲信号(例如，用户的击掌3)，则在第一信号 的源的方向上伸展用户的手臂2的步骤可以忽略，这是因为脉冲信号 在用户的手臂2内行进，因此屈臂将不显著改变测量结果。
每当接收器(在这里是登记传递的声波的麦克风)接收到第一信 号，并且将其发送到传感器处理单元，传感器处理单元就将由麦克风 接收的信号与在传感器处理单元中存储的预定信号比较。仅在接收的 信号与存储的信号在频谱、脉沖高度和/或宽度上对应时，才通过时间 标记发生器产生时间标记，并将其存储在传感器处理单元中，以避免 由于不匹配预定信号的、来自环境的噪声而产生时间标记。
紧接在接收到第一信号并产生时间标记后，同时地或稍后地，通 过传感器处理单元产生第二信号，并将该第二信号通过发送器(在该实施例中是无线电设备)传送到中央处理单元5，第二信号包括关于传
感器la、 lb、 lc的标识以及其对应时间标记的信息。
中央处理单元5接收时间标记以及所有传感器la、 lb、 lc的标识。 不同时间标记的比较导致哪个传感器la、 lb、 lc已经放置在哪个特定 身体部分的信息，例如，具有"标识2"的传感器la在左手上，具有 "标识l"的传感器lb在左下臂上，并且具有"标识3"的传感器lc 在左上臂上。
一旦已经识别所有传感器la、 lb、 lc，就通知用户已经完成左 臂2上的传感器la、 lb、 lc的确定，并且现在要对右臂实现相同的测 量。在下一步骤中，所有左臂传感器U、 lb、 lc将不参与该测量，因 为已经定位了它们。
因此，传感器装置1使得用户能够采用任何传感器la、 lb、 lc， 并且将其附接到要监视的任何身体部分(例如，左臂2),而不需要关 注哪个传感器la、 lb、 lc必须放置在身体的哪个部分以及传感器la、 lb、 lc的先后顺序。
如果例如由于传感器la、 lb、 lc之间的测量时间差过长或过短而 导致时间标记不一致，则这指示不是所有传感器la、 lb、 lc都已经正 确放置，或者用户没有与第一信号的源适当地对准。在此情况下，要 求用户再次检查传感器定位以及他的手臂2相对于中央处理单元5的 定位，然后例如通过击掌再次产生第一信号。
在可选实施例(未示出)中，中央处理单元5包括中央时间标记 发生器，其中每当已经将第二信号与关于发出该第二信号的传感器la、 lb、 lc的标识的信息一起从传感器装置1发送到中央处理单元5时， 在中央处理单元5中产生时间标记。为了紧接在接收到第二信号后或 与接收到第二信号同时地区分产生和发送第二信号的传感器la、 lb、 lc，在一个实施例中，每个传感器la、 lb、 lc在接收到第一信号后以 非常不同的方式答复，这意味着例如如果传感器la、 lb、 lc产生的第 二信号是光信号，则每个传感器可以用表征其标识的不同波长发射。 在此情况下的光信号由在中央处理单元5中提供的光敏设备6检测， 此后在处理单元5中处理。在处理单元5中，每个不同的波长专用于 特定的传感器la、 lb、 lc，使得就在接收到信号后，可能对于正确的 传感器la、 lb、 lc处理在接收到之后产生的时间标记。这使得可能精确地确定第一信号在左臂上第一、第二或第三到达了哪个传感器la、 lb、 lc。
在另一实施例中，传感器la、 lb、 lc可以全互换通信彼此交换其 时间标记，以便确定其相对于第一信号的源的位置。此后，每个传感 器la、 lb、 lc可分别进行排序过程。通过这样做，每个传感器la、 lb、 lc知道其距声源(这里是中央处理单元5)的相对位置。如果在传感 器la、 lb、 lc上关于传感器放置的信息可用，则每个传感器la、 lb、 lc知道其支持的身体部分。如果相当部分的传感器数据处理在传感器 la、 lb、 lc上而不是在中央处理单元5上进行，则这是重要的。
当然，还可能在确定相对于第一信号的源的位置后，传感器la、 lb、 lc通过在交换其时间标记后完成排序过程，来改变彼此之间的其 标识，使得此后其标识与在用户的身体上的放置顺序(例如，从手腕 到肩膀)匹配。
权利要求
1.一种用于特别是在中风后的家庭康复的传感器装置(1)，包括附接到用户的身体的至少两个传感器(1a，1b，1c)，每个传感器(1a，1b，1c)包括接收器，用于接收从所述传感器装置(1)的外面的源产生的第一信号；传感器处理单元，用于在接收到所述第一信号后，处理所述第一信号并初始化第二信号，所述第二信号包括关于所述传感器(1a，1b，1c)的标识的信息；发送器，用于发送所述第二信号到中央处理单元(5)，其中在接收到所述第一和/或所述第二信号后，对每个传感器(1a，1b，1c)产生时间标记，以用于通过不同时间标记的比较确定每个传感器(1a，1b，1c)相对于第一信号的源的位置。
2. 根据权利要求1的传感器装置(1)，其特征在于，所述中央 处理单元(5)包括时间标记发生器，并且每当已经接收到第二信号时 在所述中央处理单元(5)中产生时间标记，每个时间标记与关于所述 传感器(la， lb， lc)的标识的信息一起被分别存储在所述中央处理 单元(5)中。
3. 根据权利要求1的传感器装置(1)，其特征在于，每个传感 器(la， lb， lc)包括时间标记发生器，所述时间标记发生器彼此同 步，其中紧接在接收到第一信号后，在所述传感器处理单元中产生并 存储时间标记。
4. 根据权利要求1到3的任一个的传感器装置(1)，其特征在 于，所述第一和/或第二信号是声学信号和/或脉冲信号和/或光信号。
5. 根据前述任一权利要求的传感器装置(1)，其特征在于，所 述传感器处理单元将由所述接收器接收的信号与对应于所述第一信号 的预定信号比较，其中仅当由所述接收器接收的信号与所述预定信号匹配，则所述传感器处理单元才产生第二信号。
6. 根据前述任一权利要求的传感器装置(1)，其特征在于，所 述中央处理单元(5)包括通信装置，用于发出如何进行所述传感器装 置(1)的初始化的指令。
7. 根据前述任一权利要求的传感器装置(1)，其特征在于，每 个传感器(la， lb， lc)在接收到所述笫一信号后产生不同的第二信 号，从而同时向所述中央处理单元(5)指示其标识。
8.根据前述任一权利要求的传感器装置(1)，其特征在于，所 述传感器(la, lb， lc)以全互换通信彼此交换其时间标记，以确定 其相对于所述第一信号的源的位置。
9. 根据权利要求8的传感器装置(1 ),其特征在于，传感器(la, lb， lc)在交换其时间标记之后，完成排序过程。
10. 根据前述任一权利要求的传感器装置(1)，其特征在于，传 感器(la， lb， lc)包括载体，形成所述载体使得维持用于执行其位 置的确定的彼此之间的最小距离。
11. 一种用于通过根据前述任一权利要求的传感器装置(1)确定 用户肢体上的传感器位置的方法，包括下述步骤将至少两个传感器(la， lb， lc)放置在用户身体的一肢上，而 不用关注所述传感器(la， lb， lc)的次序；将配备有所述传感器(la， lb， lc)的肢体朝所述笫一信号的源 伸展；产生要由所述传感器(la， lb， lc)检测的第一信号； 在接收到所述笫一信号后，在所述传感器处理单元中处理所述第一信号，并且初始化第二信号，所述第二信号包括关于所述传感器(la，lb， lc)的标识的信息；如果所述第一和/或第二信号在频谱、脉冲和/或宽度上对应于在所述传感器处理单元中存储的预先指定的信号，则通过时间标记发生器产生时间标记；以及比较不同时间标记以评估所述传感器(la, lb, lc)相对于所述第一信号的源的位置。
12. 根据权利要求11的用于确定传感器位置的方法，其特征在于， 在邀请所述用户伸展双臂(2)并击掌(3)时，产生所述第一信号。
13. 根据权利要求11或12的用于确定传感器位置的方法，其特 征在于，在每个传感器中产生所述时间标记。
14. 根据权利要求11或12的用于确定传感器位置的方法，其特 征在于，在所述传感器处理单元中产生所述时间标记。
全文摘要
一种用于特别是在中风后的家庭康复的传感器装置，包括至少两个传感器。所述传感器附接到用户的身体。每个传感器包括接收器，用于接收从所述传感器10装置的外部的源产生的第一信号；传感器处理单元，用于在接收到所述第一信号后，处理所述第一信号并初始化第二信号，所述第二信号包括关于所述传感器的标识的信息；发送器，用于发送所述第二信号到中央处理单元15。在接收到所述第一和/或所述第二信号后，对每个传感器产生时间标记，以用于通过不同时间标记的比较确定每个传感器相对于所述第一信号的源的位置。
文档编号A61B5/11GK101568303SQ200780047871
公开日2009年10月28日 申请日期2007年12月18日 优先权日2006年12月21日
发明者E·G·J·M·邦杰斯, G·兰弗曼, J·特夫鲁格特, R·D·威尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司