感官刺激的制作方法

本发明涉及用于产生感官刺激以刺激受试者的足部从而进行治疗、训练或移动辅助的技术。

背景技术：

0、背景

1、在本领域中已知利用振动刺激人的足部以用于治疗原因的技术(例如参见galica等人的“subsensory vibrations to the feet reduce gait variability in elderlyfallers”)。

2、典型地，这些技术涉及监测受试者的步态运动学(gait kinematics)的某些方面，以辨别需要施加振动刺激的移动，以及然后施加相关振动。

3、通常，这些技术被用于运动分析实验室。然而，已经提出了可以在实验室环境之外使用的某些系统。

4、例如，wo2017/023864提出了一种用于通过使用施加到受试者足部的电或振动触觉感官刺激来修改受试者的步态运动学来缓解膝骨性关节炎的系统。

5、提出了一种设备，该设备包括被结合在受试者所穿戴的鞋或带中的传感器和处理器，并且其检测与受试者的运动相关联的传感器信号。然后由处理器处理这些传感器信号以识别与受试者的步态运动学相关联的步态参数，这些步态参数接着又被用于控制感官刺激的应用。

技术实现思路

0、发明概述

1、根据本发明的第一方面，提供了一种用于基于检测到的步态运动学向受试者的足部或脚踝施加感官刺激以进行治疗、训练或移动辅助的系统。该系统包括：至少一个鞋类物品，该鞋类物品结合一个或更多个传感器、一个或更多个振动致动器、数据处理器、存储器和数据收发器。该系统还包括远程计算系统，该远程计算系统包括数据通信装置和数据处理装置。该传感器被配置为在校准阶段期间生成与穿着该鞋类物品的受试者的移动相关联的校准传感器数据。该数据收发器被配置为将该校准传感器数据传送到该远程计算系统。该远程计算系统被配置成经由该数据通信装置从该鞋类物品接收该校准传感器数据。该远程计算系统还被配置成使用该数据处理装置，处理该校准传感器数据，以：生成与该受试者的步态运动学相关联的一个或更多个步态参数；使用该步态参数和与治疗、训练或移动辅助的程序相关联的一个或更多个程序参数，生成传感器数据值的预测分布，在该受试者的移动需要根据该治疗、训练或移动辅助的程序施加感官刺激的情况下，预测由该一个或更多个传感器生成的另外的传感器数据落在该传感器数据值的预测分布内。该远程计算系统被配置成经由该数据通信装置将该传感器数据值的预测分布传送到该数据收发器。该数据收发器被配置为接收该传感器数据值的预测分布，并且该存储器被配置为存储该传感器数据值的预测分布。由此，在操作阶段期间，该数据处理器被配置为监测来自该一个或更多个传感器的另外的传感器数据，并且，在来自该一个或更多个传感器数据中的该另外的传感器数据落在该传感器数据值的预测分布内的情况下，该数据处理器被配置为控制该一个或更多个振动致动器以根据该治疗、训练或移动辅助的程序来提供感官刺激。

2、可选地，在进一步校准阶段期间，该传感器被配置为生成与该受试者的后续移动相关联的另外的校准传感器数据，并且所述数据收发器被配置为将该另外的校准传感器数据传送到该远程计算系统。该远程计算系统被配置为经由该数据通信装置接收该另外的校准传感器数据，使用该数据处理装置，处理该另外的校准传感器数据以：生成与该受试者的步态运动学相关联的一个或更多个更新的步态参数；使用该更新的步态参数和与治疗、训练或移动辅助的程序相关联的一个或更多个程序参数，生成传感器数据值的更新的预测分布，在该受试者的移动需要根据该治疗、训练或移动辅助的程序施加感官刺激的情况下，预测由该一个或更多个传感器生成的该另外的传感器数据落在该传感器数据值的更新的预测分布内，所述远程计算系统被配置成经由该数据通信装置将该传感器数据值的更新的预测分布传送到该数据收发器。该数据收发器被配置为接收该传感器数据值的更新的预测分布，并且所述存储器被配置为存储该传感器数据值的更新的预测分布。从而，在进一步的操作阶段期间，该数据处理器被配置为监测来自该一个或更多个传感器的该另外的传感器数据，并且在来自该一个或更多个传感器数据中的传感器数据落在该传感器数据值的更新的预测分布内的情况下，所述数据处理器被配置为控制该一个或更多个振动致动器以根据该治疗、训练或移动辅助的程序提供感官刺激。

3、可选地，该数据处理装置被配置成以预定间隔和/或响应于来自该远程计算系统的更新信号周期性地生成该传感器数据值的更新的预测分布。

4、可选地，该步态参数包括以下项中的一项或更多项：步态速度、步速(stepvelocity)、步长(step length)、摆动时间变异性(swing time variability)、步幅长度(stride length)、步宽、节律、变异性、不对称性、姿势控制和迈步特征(stepcharacteristics)。

5、可选地，该一个或更多个振动致动器被配置成生成亚感官(sub-sensory)振动。

6、可选地，该鞋类物品结合多个振动致动器。

7、可选地，该数据处理器被配置为致动每个振动致动器以生成处于在校准过程期间确定的振动水平的足部刺激振动，在该校准过程期间，在对应于每个振动致动器的位置的每个足部位置处评估受试者的感官知觉，从而适应该受试者的足部上的感官知觉的差异。

8、可选地，该振动水平包括预定振动频率和/或预定振动幅度。

9、可选地，该感官刺激是触觉提示(cuing)。

10、可选地，该一个或更多个振动致动器被嵌入在该至少一个鞋类物品的鞋底或鞋垫中。

11、可选地，该一个或更多个振动致动器被嵌入在该至少一个鞋类物品的该鞋底或鞋垫中，使得在使用中，振动经由将该一个或更多个振动致动器中的每一个与该受试者的足部分开的该鞋底或鞋垫的中间部分传递到该受试者的足部。

12、可选地，该一个或更多个传感器、数据处理器、存储器和数据收发器还被嵌入在该鞋类物品的该鞋底或鞋垫中。

13、可选地，该传感器包括一个或更多个惯性测量单元，该惯性测量单元包括以下中的一个或更多个：加速度计、陀螺仪和磁力计。

14、可选地，该传感器还包括以下中的一个或更多个：用于检测由于该受试者接触地面而产生的压力变化的足部压力传感器、用于检测环境温度的温度传感器、用于检测大气压力的大气压力传感器和声音传感器。

15、可选地，该至少一个鞋类物品还结合了移动距离跟踪装置，该移动距离跟踪装置被配置成生成与该鞋类物品移动的距离相关联的移动距离数据，以及，该远程计算系统具有运行在该远程计算系统上的移动距离分析功能。该数据收发器被配置成将该移动距离数据传送到该远程计算系统，以通过该移动距离分析功能进行分析，从而生成移动距离分析数据。

16、可选地，该治疗、训练或移动辅助的程序是用于提醒受试者潜在跌倒的移动辅助程序，所述传感器数据值的预测分布对应于在该受试者的步态运动学以指示即将跌倒的方式改变的情况下被预测出现的传感器值的范围，由此所述数据处理器能够操作以在检测到即将跌倒的情况下控制该一个或更多个振动致动器以生成感官刺激。

17、可选地，该治疗、训练或移动辅助的程序是用于提醒受试者步态冻结(gaitfreeze)的潜在发作的治疗程序，所述传感器数据值的预测分布对应于在该受试者的步态运动学以指示步态冻结即将发作的方式改变的情况下被预测出现的传感器值的范围，由此所述数据处理器能够操作以在检测到步态冻结即将发作的情况下控制该一个或更多个振动致动器以生成感官刺激。

18、可选地，该治疗、训练或移动辅助的程序是用于提醒受试者移动偏离期望移动形式的训练程序，该传感器数据值的所述预测分布对应于在该受试者的步态运动学以指示偏离了该期望移动形式的方式改变的情况下被预测出现的传感器值的范围，由此所述数据处理器能够操作以在偏离了该期望移动形式的情况下控制该一个或更多个振动致动器以生成感官刺激。

19、可选地，该治疗、训练或移动辅助的程序是用于提醒受试者移动是与期望移动形式一致的训练程序，传感器数据值的所述预测分布对应于在该受试者的步态运动学指示期望移动形式被保持的情况下的该受试者的移动，由此所述一个或更多个振动致动器在期望移动形式被保持的情况下提供感官刺激。

20、可选地，该至少一个鞋类物品包括可充电电池，该可充电电池用于为被结合在其中的部件供电。

21、可选地，该至少一个鞋类物品包括单个振动致动器，该单个振动致动器被定位成在以下之一处刺激受试者的足部位置：第一跖趾关节、第五跖趾关节、脚跟、内侧纵向足弓、大脚趾、脚踝或脚背。

22、可选地，该至少一个鞋类物品包括多个振动致动器，该多个振动致动器被定位成在以下中的一处或更多处刺激受试者的足部位置：第一跖趾关节、第五跖趾关节、脚跟、内侧纵向足弓、大脚趾、脚踝和脚背。

23、根据本发明的第二方面，提供了一种基于检测到的步态运动学对受试者的足部或脚踝施加感官刺激以进行治疗、训练或移动辅助的方法，所述方法包括在校准阶段期间：在鞋类物品处生成与穿着鞋类物品的受试者的移动相关联的校准传感器数据；将该校准传感器数据从该鞋类物品传送到远程计算系统，在该远程计算系统处，使用该校准传感器数据生成与该受试者的步态运动学相关联的一个或更多个步态参数；在该远程计算系统处，使用该步态参数和与治疗、训练或移动辅助的程序相关联的一个或更多个程序参数，生成传感器数据值的预测分布，在该受试者的移动需要根据该治疗、训练或移动辅助的程序施加感官刺激的情况下，预测在该鞋类物品处生成的另外的传感器数据落在该传感器数据值的预测分布内；将该传感器数据值的预测分布传送到该鞋类物品，并且在操作阶段期间：监测在该鞋类物品处生成的另外的传感器数据，并且，在该另外的传感器数据落在该传感器数据值的预测分布内的情况下，控制一个或更多个振动致动器以根据该治疗、训练或移动辅助的程序来提供感官刺激。

24、根据本发明的第三方面，提供了一种用于在根据第一方面的系统中使用的用于装配到鞋类物品的装置。该装置包括一个或更多个传感器、一个或更多个振动致动器、数据处理器、存储器和数据收发器。该传感器被配置为在校准阶段期间生成与穿着该鞋类物品的受试者的移动相关联的校准传感器数据，并且所述数据收发器被配置为将该校准传感器数据传送到远程计算系统，以及所述数据收发器被配置为从该远程计算系统接收传感器数据值的预测分布，并且所述存储器被配置为存储该传感器数据值的预测分布。由此，在操作阶段期间，所述数据处理器被配置为监测来自该一个或更多个传感器的另外的传感器数据，并且，在来自该一个或更多个传感器数据中的该另外的传感器数据落在该传感器数据值的预测分布内的情况下，所述数据处理器被配置为控制该一个或更多个振动致动器以根据该治疗、训练或移动辅助的程序来提供感官刺激。

25、根据本发明的第四方面，提供了一种鞋类物品，其上装配有根据本发明的第三方面的装置。

26、根据本发明的第五方面，提供了一双鞋类物品，包括左边的根据本发明的第四方面的鞋类物品和右边的根据本发明的第四方面的鞋类物品。

27、根据本发明的第六方面，提供了一种用于在被结合在鞋类物品中的数据处理器上运行并用于在根据第一方面的系统中使用的计算机程序。该计算机程序包括计算机可实现指令，该指令当在数据处理器上被实现时控制该数据处理器执行一种方法，该方法包括：在该鞋类物品处生成与穿着该鞋类物品的受试者的移动相关联的校准传感器数据；将该校准传感器数据从该鞋类物品传送到远程计算系统；将传感器数据值的预测分布从该远程计算系统接收到该鞋类物品，并且在操作阶段期间：监测在该鞋类物品处生成的另外的传感器数据，并且，在该另外的传感器数据落在该传感器数据值的预测分布内的情况下，控制一个或更多个振动致动器以根据该治疗、训练或移动辅助的程序来提供感官刺激。

28、根据本发明的第七方面，提供了一种用于在根据第一方面的系统中使用的远程计算系统的数据处理装置上运行的计算机程序。该计算机程序包括计算机可实现指令，该指令当在数据处理装置上被实现时控制该数据处理器执行一种方法，该方法包括：从鞋类物品接收校准传感器数据；使用该校准传感器数据生成与受试者的步态运动学相关联的一个或更多个步态参数；使用该步态参数和与该治疗、训练或移动辅助的程序相关联的一个或更多个程序参数，生成传感器数据值的预测分布，在该受试者的移动需要根据该治疗、训练或移动辅助的程序施加感官刺激的情况下，预测在该鞋类物品处生成的另外的传感器数据落在该传感器数据值的预测分布内，以及将该传感器数据值的预测分布传送到该鞋类物品。

29、根据本发明的实施例，为了治疗或训练的目的，提供了一种用于基于检测到的步态运动学对受试者的足部或脚踝施加感官刺激的系统，该系统具有优化的系统架构。

30、典型地，提供了一双鞋类物品，每个鞋类物品包括多个传感器、一个或更多个振动致动器、数据处理器和相对应的存储器以及数据收发器。每个鞋类物品被提供多个传感器，并且该多个传感器被配置成检测受试者的移动并生成相关联的传感器数据。然后，该传感器数据被传输到远程计算系统以进行分析，且特别是用于表征受试者的步态的各个方面。一旦以这种方式表征了受试者的步态，远程计算系统被配置为基于受试者的步态来预测在受试者以需要根据治疗程序或训练程序施加感官刺激的方式移动的情况下将生成的传感器数据值。然后将这些预测的传感器数据值传送回每个鞋类物品上的数据处理器。每个鞋类物品上的数据处理器被配置成监测由多个传感器生成的传感器数据，并且如果传感器数据与预测的传感器数据值相对应，则数据处理器可以控制振动致动器(或多个振动致动器)振动，并因此生成所需的感官刺激。

31、根据本发明的示例，已经认识到，与基于检测到的步态运动学生成对受试者的足部的感官刺激相关联的步态表征处理任务，尽管处理器更加密集，但不一定需要“实时”进行。

32、因此，使用现代数据通信技术，这些任务可以远离在远程计算设备上检测到传感器数据的地方被执行(此处对功耗和处理器能力的限制较少)。这意味着可以降低对与传感器一起定位的数据处理器的数据处理要求，并且只需要能够将传感器信号与由远程计算系统提供的指示应生成感官刺激的预测传感器数据值相匹配。

33、此外，通过在远程计算设备处进行步态表征处理任务，可以进行更复杂的步态分析，与步态表征处理任务在与传感器定位在一起的本地数据处理器上执行时通常是不可能进行的情况形成对比。此外，来自受试者成对穿着的两个鞋类物品的传感器数据可以被容易地处理，相较于步态表征处理任务由位于每个鞋类物品处的数据过程单独和独立地执行时的可能情况，生成更准确和更详细的步态表征信息。

34、根据本发明的实施例，可以在临床环境之外，例如在具有无偏条件的熟悉环境中收集与受试者相关的数据，这可能导致本质上更好的分析和相关治疗。根据本发明的实施例，可以以可再现的方式定量、客观地分析受试者的步态。在某些应用中，例如，治疗师可以以客观和公正的方式确定患者是否已经有进展。

35、本发明的各种其它特征和方面在权利要求中进行限定。