专利名称：利用辅助锻炼来改善运动功能的系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及用于医学治疗的系统和方法。在具体实施方式
中，本发明涉及用于改善遭受神经障碍的患者的运动功能(motor function)的系统和方法。
背景技术：
神经障碍，如包括那些本质上变性的神经运动和神经认知障碍，可导致患者生活质量的显著降低。大多数神经障碍在一定程度上可通过药物治疗。在帕金森病(PD)的情形中，虽然抗帕金森药物可改善ro运动功能，但其有效性随障碍发展降低，且通常在长期l-D0PA使用后形成禁止性运动障碍。而且，许多人优选比药物更自然的替换方案。在动物中已经进行了某些研究以确定锻炼是否有益于治疗ro (参见，如，Poulton 等人，“Treadmill training ameliorates dopamine loss but not behavioraldeficits in hemi-Parkinsonian rats，，，Experimental Neurology, 193 :181-197(2005);和 Tillerson 等人，“Exercise induces behavioral recovery and attenuatesneurochemical deficits in rodent models of Parkinson’ s disease，，,Neuroscience,119:899-911 (2003)。实际上，动物研究已经表明，强迫锻炼改善运动功能并具有神经保护质量。具体地，在强迫锻炼范例中，为了避免有害刺激，注射了 6-羟基多巴胺(6-0DHA)从而刺激I3D的啮齿动物在马达驱动的跑步机(踏车)上以比其优选的锻炼速度高的速度锻炼。然而，来自动物强迫锻炼研究的有前景的结果还没有转移到患ro的人类患者。帕金森患者采用了不同形式的锻炼。例如，传统机械治疗活动、运动训练的执行、无支撑的跑步机步行、部分体重支撑的跑步机步行、或持久锻炼活动的组合都已经用于改善ro运动技巧° (参见，Herman 等人，“Six weeks of intensive treadmill training improvesgait and quality of life in patients with Parkinson’ s disease:a pilot study，，，Arch. Phys. Med. RehabiI. ,88:1154-1158 (2007);和 Pohl 等人，“Immediate effects ofspeed-dependent treadmill training on gait parameters in early Parkinson’ sdisease”，Arch. Phys. Med. RehabiI.，84:1760-1766 (2003))。然而，元分析得出下面的结论，即，没有足够的证据支持锻炼治疗对帕金森患者的有效性。(参见，如，Smidt等人，“Effectiveness of exercise therapy:A best-evidence summary of systematicreviews”, Aust. J. Physiotherapy,51:71-85 (2005))。
此外，ro和其他神经运动和神经认知障碍的衰弱效果通常阻止人们在治疗它们的各自障碍中实现全部的锻炼益处。实际上，ro患者产生缓慢和无规则的运动限制了其以改善运动功能可能必须的相对高速度锻炼的能力。参见,如DeLong MR, “Primate modelsof movement disorders of basal ganglia origin”，Trends in Neuroscience, 13 (7):281-185 (1990) ；Playford ED 等人，“Impaired activation of frontal areas duringmovements in Parkinson’s disease: a PET study”，Adv. Neurol. ,60:506-510 (1993);Playford 等人，“ Impaired mesial frontal and putamen activation in Parkinson’sdisease:a positron emission tomography study，，,Ann. Neurol. , 32(2):151-161( 1992);和Eidelberg等人,“The metabolic topography of parkinsonism，，, Journal of CerebralBlood Flow and Metabolism, 14:783-801 (1994))。而且，在某些神经障碍的后期，包括PD，药物效果较小，因此进一步削弱患者锻炼的能力。
发明内容
本发明的一个方面包括用于改善呈现异常运动功能的患者运动功能的系统。该系统包括具有可活动部分(movable portions)的锻炼器械(锻炼机器，锻炼机)，其响应于对患者提供的所述可活动部分的运动的第一贡献(第一作用，first contribution)而运动。该系统也包括耦接到所述锻炼器械的马达，其提供对所述可活动部分的所述运动的第二贡献(第二作用，second contribution)。该系统也包括在锻炼器械上的至少一个机械传感器，其感测患者或马达的机械参数。该系统进一步包括耦接至锻炼器械的控制系统，该锻炼器械耦接至马达和机械传感器，并被程序化以接收来自机械传感器的数据，且基于来自机械传感器的数据改变第二贡献的量。在优选的实施方式中，机械传感器感测患者的速度或节奏、患者产生的扭矩、马达产生的扭矩、患者产生的功率、或马达产生的功率。在优选的实施方式中，该系统在锻炼过程中增大患者的节奏。因为患者主动对锻炼器械的可活动部分的运动做出贡献，所以该系统增大但不取代患者的自愿努力。本发明的另一个方面包括用于改善遭受异常运动功能，如神经障碍的患者的运动功能的方法。该方法包括从患者接收对锻炼器械的可活动部分运动的第一贡献，并感测对应于患者或锻炼器械的机械参数的数据。该方法进一步包括经由耦接至所述锻炼器械的马达为所述锻炼器械的所述可活动部分的所述运动提供第二贡献，基于感测的数据计算患者的总分(summary score),比较患者的总分与预设的期望总分范围，以及基于该得分的比较改变第二贡献。在优选的实施方式中，机械参数是患者的速度或节奏、患者产生的扭矩、马达产生的扭矩、患者产生的功率、或马达产生的功率。在优选的实施方式中，神经障碍是神经马达或神经认知障碍。
图I示出了根据本发明方面的用于改善具有异常运动功能的患者的运动功能的系统的实施例。图2示出了根据本发明方面的控制系统的实施例。图3示出了根据本发明方面的用于改善遭受异常运动功能的患者的运动功能的方法的实施例。
图4a示出了安装在机械训练设备(trainer)上的双人自行车(tandem bicycle),该机械训练设备具有在训练机器(前)和患者(后)位置固定的前叉和安装的曲轴组件(cranksets)，如实施例I中使用的。图4b示出了在实施例I的“强迫锻炼”(“FE”)一段时间过程中，人训练机器产生175±11瓦特的功率，而患者产生54±17瓦特功率。患者参与者的节奏和心率分别是83. 2±17rpm和128. 8 ±5. 3bpm。
图5a示出了与实施例I的基线得分相比，在锻炼治疗(“EOT”)结束时和在治疗结束后4周(“E0T+4”)统一帕金森病评分量表(UPDRS)运动得分的结果。对于“自愿锻炼”(“VE”)组中患者，UPDRS得分没有变化。图5b是条形图，其示出了在通过治疗一半的另外时间的UPDRS得分和实施例I在治疗结束后2周的UPDRS得分。图6a示出了双手灵巧性任务。图6b示出了用于稳定化和操纵实施例I的VE和FE组中患者的肢体的代表性抓握负荷坐标绘图(grip-load coordination plot)。F1D患者中抓握负荷关系通常是未耦接的(分离的)且是不规则的。在8周锻炼后，抓握负荷关系在FE组中看起来更多耦接，但在VE后不变。图6c示出了 FE组中抓握时间延迟的平均变化从基线显著减小到EOT和EOT+4。VE组中没有看到抓握时间延迟的变化。图6d示出了操纵手时力产生的速率的平均变化在8周FE后显著增加，且在VE后稍微减小。图7示出了在实施例I的用于稳定化和操纵肢体的每个评估点，所有患者每次试验的压力数据的中心。图8示出了在左手正弦力任务(a-b)和左手恒力任务(c-d)后，实施例2的激活的脑区的fMRI扫描。在p〈0. 001 (校正的)，图有阈值。图9示出了在如实施例3中所述的三种不同实验组中十个患者的平均fMRI数据。
具体实施例方式一般地，本发明涉及强迫锻炼干预作为用于改善遭受医学障碍的患者症状的方法。医学障碍可以是神经障碍，如神经运动或神经认知障碍，如下面更详细地描述的。在特定实施方式中，本发明涉及强迫锻炼作为用于改善遭受异常运动功能的患者运动功能的方法。术语“强迫锻炼”或“强迫的有氧锻炼”通常指这样的锻炼活动(程序，routine)或计划，期间患者被要求以预定的锻炼强度范围锻炼，该范围大于患者愿意或能够执行的范围。在示例性实施方式中，具有医学障碍的患者，如神经障碍，优选神经运动或神经认知障碍，操作马达驱动的锻炼器械。本发明的系统在患者在锻炼器械上进行锻炼活动的过程中，经由传感器监视患者的实时反馈数据和/或锻炼器械的反馈数据。传感器可测量机械或生理参数。患者的示例性生理参数是心率。患者的示例性机械参数包括患者在锻炼过程中产生的节奏(如踩踏速率)、速度、扭矩、和功率。锻炼器械的示例性机械参数包括马达产生的扭矩和功率。功率和功定义如下功率=功/时间，而功=力X位移。虽然控制系统可程序化从而仅考虑一个参数，如在锻炼器械上执行过程中患者的速度或节奏，控制系统也可以利用算法程序化，其组合大量参数以生成患者总分。控制系统可将患者的总分和指令输出到显示系统，如指示患者更快或更慢地锻炼，该显示系统如计算机化的显示屏或打印输出。作为实例，生理数据的参数和/或机械数据可加权从而生成患者总分。因此，可为患者提供在所需速率锻炼必须的信息，从而获得减轻他或她医学障碍症状的最大临床益处。可替换地或额外地，控制系统可程序化从而激活马达以辅助患者以所需的速率锻炼从而实现上面提及的益处。为了实施锻炼系统，患者总分可与预设的所需得分范围比较。可首先指示患者增加他或她的速度、节奏、功率或扭矩，从而保持在所需范围内的锻炼水平。如果患者不能增加速度、节奏、功率或扭矩，则控制系统经程序化以激活马达从而辅助患者达到所需范围内的总分。因此，控制系统可基于患者的功率、扭矩、节奏、或速度控制马达提供的辅助的大小。结果，当控制系统检测到患者需要额外辅助从而保持总分在所需范围内时，马达可提供更多辅助，并当控制系统检测到患者需要较少辅助从而保持总分在所需范围内时，可提供较少辅助。因此，患者能够保持锻炼在所需范围内，从而接收用于减轻医学障碍症状的最大临床益处。图I示出了根据本发明的方面用于减轻医学障碍的症状的系统10的实例。系统10示出了患者12在锻炼器械14上锻炼。在图I的实例中，锻炼器械14被示为静止锻炼自行 车，然而，应该理解，锻炼器械14可以是任何锻炼器械，其可接收来自患者的功率贡献(即，主动贡献)和来自机器马达的功率贡献，并具有传感器和控制系统。示例性锻炼器械具有可移动部件，其响应于患者的运动以周期运动移动。例如，锻炼器械14可以是竖立的静止自行车、斜躺的静止自行车、半斜躺的自行车、楼梯攀爬机器、交叉训练机器、跑步机(包括体重支撑的跑步机)、爬坡机(treadc I imber )、越野滑雪机、椭圆机、划式练力机(划艇机)、马达驱动的非静止自行车、手臂肌力训练机(arm ergometer)、或任意多种其他锻炼器械。因此，锻炼器械可要求来自患者下肢、上肢、或两者的功率贡献。如实施例I中所示，锻炼下肢导致上肢和/或下肢运动功能的改善。在某些实施方式中，锻炼上肢导致上肢和/或下肢运动功能的改善。在某些实施方式中，锻炼下肢导致上肢运动功能的改善。实施系统10从而为患者12提供强迫锻炼，以便如上所述，通过要求患者以比患者愿意或能够无辅助执行的范围大的预定锻炼强度范围锻炼来减轻患者12的医学障碍的症状。锻炼运动的强度可以以任何合适方式测量。在某些情形中，强度可作为节奏或速度测量。如这里所用的，“节奏”意味着在进行锻炼时患者的肢体运动的重复速率(如，每分钟)。患者的肢体运动以传统方式计数，其可根据特定类型的锻炼或使用的锻炼器械改变。例如，在静止自行车上，节奏可以是踩踏速率(如，每分钟踏板转数或RPM);但在跑步机或爬楼机(stair climber)上,节奏可以是步进速率(如,每分钟的脚步数目)。强度也可测量为速度，例如每小时的英里数。在节奏的情形中，为了确定患者愿意锻炼(“自愿锻炼)的自愿强度，可通过测量患者自愿锻炼的最大能力来确定阈值节奏值，即，没有来自另一人或机械的辅助。为了确定患者被迫锻炼的强度，可确定超阈值节奏范围，该范围是用于治疗的期望范围。超阈值范围的底线是超过患者阈值节奏值并导致患者障碍症状改善的值。超阈值范围的顶部是患者的症状没有进一步改善之后的值。患者可借助来自第三方或机器的辅助来实现这样的节奏值，其在超阈值节奏范围内。如上所述，在超阈值节奏值的范围内的锻炼速率是患者被迫锻炼的速率。为了实施强迫锻炼，系统10包括耦接至锻炼器械14的马达16，如耦接至活动部件(如耦接至踏板的自行车曲柄)。因此，马达16可辅助锻炼器械14的可活动部件的运动，以便患者12可为可活动部件的运动提供第一贡献，且马达16可为可活动部件的运动提供第二贡献。马达16可由控制系统18控制，其将警报马达16速度的信号30提供给马达。如下面更详细地描述的，控制系统18可响应来自多种源中任一种的反馈数据20，经由信号30改变马达16的速度。为了控制马达16的速度，控制系统18被程序化以实施马达控制算法22。虽然在实施例I中，马达控制算法22是作为控制系统18的部件描述的，但应该理解，马达控制算法22可存储在计算机可读存储介质中，其可由控制系统18内的处理器读取。马达控制算法22可程序化激活马达16、停止马达16、和/或控制马达16的速度，从而保持患者12的锻炼速率在相应于减轻特定患者的各自医学障碍症状的所需范围内。因此，为了控制马达16，马达控制算法22可响应于由患者12提供的锻炼器械14的可活动部件运动的第一贡献，以及与锻炼器械14和患者12的运动关联的其他因素。任何或所有这些因素可对反馈数据20都有贡献，该反馈数据20由控制系统18收集并由马达控制算法22用于控制马达16。作为实例，反馈数据20可包括与患者12的有氧锻炼和/或生理状况关联的生理数据。系统10因此包括生物反馈传感器24，其可耦接至患者12且其提供生理数据。作为 实例，生物反馈传感器24可包括心脏监视器，从而提供患者的心率。应该理解，生物反馈传感器24也可包括多种额外或可替换类型的生物反馈传感器中的任一种，类似地，如测量体温的体温计、神经脉冲电极、和/或心电图(EKG)电极，从而提供其他类型的生理数据。感测的其他生理数据可包括患者有氧活动的任何测量，如呼吸速率、血压、代谢速率、热消耗速率、以及CO2呼出量、燃烧的卡路里、以及踩踏对称性。在图I的实例中，生理数据经信号32从生物反馈传感器24传输到控制系统18。其他类型的反馈可以在系统10中生成，从而对反馈数据20有贡献。作为实例，与锻炼器械14关联的机械反馈可提供给控制系统18，在图I的实例中展示为信号34。例如，锻炼器械14可包括耦接至活动部件(如踏板)的功率表，其测量患者12提供的功率量(单位为瓦特)，且因此测量对锻炼器械14的活动部件的运动的第一贡献。由信号34提供的反馈也可包括锻炼器械14的活动部件的周期性运动的节奏，如锻炼自行车踏板的每分钟转数(RPM)或患者锻炼的速度。锻炼器械14的节奏可从锻炼器械14的电子控制提供，或可从耦接至可活动部件本身的外部传感器提供。而且，马达16可提供指示马达16自身提供的功率的反馈。在图I的实例中，马达16的功率反馈被展示为从马达16提供给控制系统18的信号36。马达控制算法22可因此利用反馈数据20来控制马达16的操作和/或速度，从而为患者12提供所需的锻炼范围。作为实例，所需的锻炼速率可基于多种因素对患者12是特定的，如患者12的神经障碍、患者12的年龄和/或生理健康、用于减轻患者12的神经障碍症状的锻炼计划的时间阶段、或多种其他因素中任何一种。因此，对于给定的患者12，所需的锻炼速率可从一种强迫锻炼过程改变为另一种。所需的锻炼速率可提供给控制系统作为预定的所需总分范围，展示为信号40，如在每个强迫锻炼过程的开始。马达控制算法22可编译反馈数据20并将其与由信号40设定的预定总分范围比较，从而确定马达16的适当的控制和/或速度，从而确保患者12在所需的治疗范围内锻炼。因此，马达控制算法22可设定马达16的速度，从而增加锻炼器械14的活动部件的运动的第二贡献，使得患者12在以大于他或她能够单独执行的速率锻炼中得到辅助。控制系统18也可被程序化成为患者12提供机会以尝试在所需的范围内借助来自马达16的少量辅助或无辅助锻炼。具体地，系统10包括显示系统26，其可配置为计算机监视器或一组视觉指示器，其为患者12提供他或她的总分指示。作为实例，显示系统26可整体或单个要素(components)地显示反馈数据20,并可显示用于特定参数的所需范围，如节奏或功率。因此，患者12可基于视觉指示来尝试调节他或她的锻炼速率。此外，控制系统18可基于反馈数据20与预定的所需总分的比较，利用算法产生信号38，该信号经显示系统26提供患者指令28。作为实例，患者指令28可基于反馈数据20指示患者12增加他或她的踩踏速率,该反馈数据20指示患者12正在以大于所需的速率锻炼。同样，患者指令28可基于反馈数据20指示患者12减小他或她的踩踏速率,该反馈数据20指示患者12正在以大于所需的速率锻炼。控制系统18可因此提供患者指令28作为第一次尝试，从而鼓励患者12在所需范围内锻炼。然后，如果控制系统18确定患者12不能在无辅助时达到在所需范围内的总分，如基于患者12不能满足特定条件，则控制系统18可然后调用马达控制算法22来控制马达16以辅助患者12达到在所需范围内的总分。系统10因此经配置成使得具有医学障碍的患者12从强迫锻炼受益从而基本上改 善他或她各自的状况。具体地，辅助锻炼计划使患者12具有基本缓解医学状况的效果的可能性，特别是对于不能在无辅助情况下达到相当大锻炼的具有虚弱运动障碍的患者12。该辅助锻炼也可为患者12提供相当大的心脏益处，特别对于他或她本身不能达到足够保持适当的心脏健康的有氧锻炼强度的患者12。在某些实施方式中，系统包括都与中央监视站(monitoring station)通信的多种锻炼器械。中央监视站装配有计算机系统部件，其用于接收和/或发射信号、处理数据、和输出数据。例如，中央监视站可包括一个或更多屏幕显示器供医疗提供商察看。该特征在这样的情形是有用的，即，通过使医学提供商同时监视多个患者的表现，系统用于临床设施。在某些情形中，除了接收数据，中央监视系统也可将控制指令传输至单个锻炼器械，从而以本文其他处所述的方式提供强迫锻炼干预。例如，马达控制算法可在中央监视站执行。中央监视站和锻炼器械之间的通信链路可以以合适的方式提供，例如包括无线通信。图2示出根据本发明方面的控制系统50的实例。控制系统50可配置为计算机或计算机系统，或可配置为专用控制器。作为实例，控制系统50可相应于图I的实例中的控制系统18。因此，在图2的下面描述中参考图I的实例。控制系统50包括总分发生器(summary score generator) 52。总分发生器52被配置成编译反馈数据，如图I的实例中的集合反馈数据20，从而生成表示反馈数据的患者总分54。作为实例，患者总分54可以是具有来自反馈数据的部分或所有源的加权贡献(weighted contributions)的单个数值。在图2的实例中，总分发生器52提供有分别来自生物反馈传感器24、锻炼器械14、和马达16的反馈信号32、34、和36。因此，总分发生器52接收反馈的各自的独立源，并基于集合反馈生成患者总分54。在图2的实例中，患者总分包括锻炼运动的强度(其可包括自愿和马达辅助的分量)、如节奏56 (单位为rpm),并进一步包括对锻炼运动的患者贡献58 (即，自愿的)、对锻炼运动的马达贡献60 (即，辅助的)、或这两者，以及对患者测量的生理参数，如心率62。应该指出，患者贡献(患者作用)、或马达贡献(马达作用)、或两者可以被包括在总分中。生理参数可以包括在总分中或可以不包括在总分中。对锻炼运动的患者贡献和/或马达贡献可以以合适的方式测量。例如，对锻炼运动的患者贡献和/或马达贡献可测量为由患者或马达施加的功率、扭矩、节奏、或速度。作为实例，患者功率58可从耦接至静止锻炼器械14的可活动部件的功率表测量，并且可从信号34传输到反馈总测量发生器52。作为实例，马达功率60可从马达16或关联的马达控制器(未不出)测量，并可从信号36传输到总分发生器52。总分中的每个因子被分配以一定的权重，其以这样的方式设定以便使可用于本发明算法的总分可为患者提供临床有益的治疗。因子权重也取决于所使用的测量的单位。然而，本发明使用的总分不是用于限制任何特定单位测量，而是包括使用可替换测量单位的任何打分技术，但其他方面在进行适当的单位转换时，等效于本发明的打分技术。
在实施方式中，总分可包括两个或更多下列因数节奏(每分钟转数，包括自愿和强迫分量);患者的功率贡献(单位为瓦特);马达的功率贡献(单位为瓦特);和/或患者的心率(每分钟心跳)。在该总分中，节奏可被分配以总分中的最高权重，即节奏(每分钟单位)被分配以比患者或马达功率贡献(单位为瓦特)或心率(每分钟心跳)大的权重。可用于本发明的总分的特定代表性实例在下面的等式中提供总分=E A (节奏)+B (患者功率)+C (马达功率)+D (心率)其中系数A是节奏的权重贡献，系数B是患者功率的权重贡献，系数C是马达功率的权重贡献，以及系数D是心率。在某些情形中，在上面的总分中，系数A大于系数B、C、和
D。在某些情形中，分配给患者功率的权重贡献大于分配给马达功率的权重贡献，即系数B大于系数C。在某些情形中，在上面的总分中，系数D小于系数A、B和C。一种被认为临床有用的特定的权重分配如下A=0. 40，B=O. 25，C=O. 20，且D=O. 15，但其他权重分配也是有用的。虽然上述打分技术是根据特定测量单位给出的，但使用不同测量单位，但在别的方面在进行适当单位转换时转化为相同打分技术的任何可替换打分技术也旨在包括在本发明内。因此，例如，虽然替换打分技术可使用马力，而非瓦特作为功率度量，但马力可转化为瓦特，且加权系数相应地调整从而确定是否替换打分技术包括在本发明内。在另一个实例中，虽然替换打分技术可使用每小时踏板转数，而非每分钟踏板转数，但前者可转化为后者，且加权系数可相应调整从而确定是否替换打分技术包括在本发明内。总分中可考虑的其他因素包括速度、由机器产生的扭矩、由患者产生的扭矩、平均踩踏速率、踩踏对称性、患者产生的功、训练机器产生的功、产生的总功、目标心率区中的时间、平均节奏速率、高于或低于平均节奏速率的时间、患者年龄、疾病严重度、参加的锻炼过程的数目、从诊断开始的时间、有效踩踏力、无效踩踏力、最大有效踩踏力过程中的曲柄角度、无效踩踏力过程中的曲柄角度、踩踏对称性、时间节奏小于30%的无辅助速率、时间节奏超过30%的无辅助速率、等等。关于具有踏板的锻炼器械，对于ro患者优选的变量/参数和这些变量的平均值以及导致ro患者改善的这些变量的值(且因此是所需值)在下面的表中给出。
权利要求
1.一种用于改善呈现异常运动功能的患者的运动功能的系统，所述系统包括 具有可活动部分的锻炼器械，其响应于患者对所述可活动部分的运动的第一贡献而运动；以及 耦接至所述锻炼器械的马达，所述马达为所述可活动部分的所述运动提供第二贡献；在所述锻炼器械上的至少ー个机械传感器，所述机械传感器感测速度、节奏、扭矩、或功率；以及 耦接至所述马达和所述机械传感器的控制系统，所述控制系统被程序化成 从所述机械传感器接收数据，以及 基于来自所述机械传感器的数据改变所述第二贡献的量。
2.根据权利要求I所述的系统，其中，所述至少一个机械传感器包括多个传感器，所述多个传感器感测由所述患者产生的速度或节奏、扭矩，由所述马达产生的扭矩，以及由所述马达产生的功率。
3.根据权利要求I所述的系统，其中，改变所述第二贡献的量改变所述马达的速度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述控制系统进一歩被程序化成 基于来自所述机械传感器的数据计算患者总分，其中所述总分包括以下加权因子 (a)锻炼运动的强度，以及 (b)对锻炼运动的患者贡献，或对锻炼运动的马达贡献，或两者；以及 比较所述患者总分与预定的期望总分范围。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述患者总分包括对所述锻炼运动的患者贡献；并且 其中，根据每分钟单位的节奏速率表达的所述强度的加权大于根据瓦特功率表达的对所述锻炼运动的患者贡献的加权。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述患者总分包括对锻炼运动的患者贡献；并且 其中，所述强度的加权大于对所述锻炼运动的患者贡献的加权。
7.根据权利要求4所述的系统，其中，所述患者总分包括对所述锻炼运动的马达贡献；并且 其中，根据每分钟单位的节奏表达的所述强度的加权大于根据瓦特功率表达的对锻炼运动的马达贡献的加权。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述患者总分包括对所述锻炼运动的马达贡献；并且 其中所述强度的加权大于对所述锻炼运动的马达贡献的加权。
9.根据权利要求4所述的系统，其中所述患者总分包括对锻炼运动的患者贡献和对锻炼运动的马达贡献；并且 其中对锻炼运动的患者贡献的加权大于根据相同度量単位表达的对锻炼运动的马达贡献的加权。
10.根据权利要求4所述的系统，其中所述患者总分包括对锻炼运动的患者贡献和对锻炼运动的马达贡献；并且 其中对锻炼运动的患者贡献的加权大于对锻炼运动的马达贡献的加权。
11.根据权利要求3所述的系统，其中所述系统进ー步包括生理传感器，所述生理传感器感测指示有氧活动的患者的生理条件。
12.根据权利要求11所述的系统，其中感测的生理条件是心率、血压、体温、和脑活动中的ー种。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制系统被进一歩程序化成 基于来自生理传感器和机械传感器的数据计算患者总分，其中所述总分包括下列加权因子 (a)所述锻炼运动的強度， (b)对锻炼运动的患者贡献，或对锻炼运动的马达贡献，或两者，以及 (c)患者的心率；以及 比较患者总分与预定的期望总分范围。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述锻炼运动的强度是速度或节奏，患者对锻炼运动的贡献是由所述患者产生的功率，而马达对所述锻炼运动的贡献是由所述马达产生的功率。
15.根据权利要求4所述的系统，其中如果所述患者总分小于预定的期望总分范围，则所述控制系统被进一歩程序化成 为所述患者提供指令从而增加所述第一贡献。
16.根据权利要求4所述的系统，其中如果所述患者总分大于所述预定的期望总分范围，则所述控制系统被进一歩程序化成 为所述患者提供指令从而减小所述第一贡献。
17.根据权利要求15所述的系统，其中如果所述患者在设定的时间间隔后不増加所述第一贡献，则所述控制系统被进一歩程序化以 増加所述第二贡献。
18.根据权利要求I所述的系统，其中所述锻炼器械是静止锻炼自行车、跑步机、楼梯攀爬器、踏车、划式练カ机、或马达驱动自行车中的ー种。
19.根据权利要求I所述的系统，其中神经障碍包括帕金森病、阿尔茨海默氏病、痴呆、帕金森综合症、多发性硬化、肌萎缩性侧索硬化、肌张カ障碍、中风、以及创伤引起的脑损伤中的至少ー种。
20.一种用于改善遭受神经运动或神经认知障碍的患者的运动功能的方法，所述方法包括 从患者接收对锻炼器械的可活动部分的运动的第一贡献； 感测对应于与速度或节奏、扭矩、或锻炼器械的功率关联的參数的数据； 经由耦接至所述锻炼器械的马达为所述锻炼器械的所述可活动部分的所述运动提供第二贡献； 基于感测的数据来计算患者总分； 比较患者总分与预定的期望总分范围；以及 基于得分的比较来改变所述第二贡献。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述患者总分包括下列加权因子 (a)所述运动的強度；以及 (b)对所述运动的患者贡献、或对所述运动的马达贡献、或两者。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述患者总分包括对所述运动的患者贡献；并且 其中，根据每分钟单位的节奏速率表达的所述运动的强度的加权大于根据瓦特功率表达的对运动的患者贡献的加权。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述患者总分包括对所述运动的患者贡献；并且 其中所述运动的強度的加权大于对运动的所述患者贡献的加权。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述患者总分包括对所述运动的马达贡献；并且 其中根据每分钟单位的节奏速率表达的所述运动的强度的加权大于根据瓦特功率表达的对运动的所述马达贡献的加权。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述患者总分包括对所述运动的马达贡献；并且 其中所述运动的強度的加权大于对运动的所述马达贡献的加权。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述总分包括对运动的患者贡献和对运动的马达贡献；并且 其中对运动的所述患者贡献的加权大于根据相同度量単位表达的对运动的马达贡献的加权。
27.根据权利要求21所述的方法，其中所述总分包括对运动的患者贡献和对运动的马达贡献；并且 其中对运动的所述患者贡献的加权大于对运动的马达贡献的加权。
28.根据权利要求21所述的方法，其中所述运动的强度是患者的节奏或速度，并且具有最闻加权百分比。
29.根据权利要求20所述的方法，其中所述患者贡献加所述马达贡献等于总功率。
30.根据权利要求20所述的方法,其中所述患者总分还包括指示患者有氧活动的患者的生理參数。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述患者总分包括 (a)所述运动的強度， (b)对运动的患者贡献， (C)对运动的马达贡献，以及 Cd)患者的心率。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述运动的強度是节奏或速度，对运动的患者贡献是由患者产生的功率，而对运动的马达贡献是由马达产生的功率。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述心率的加权具有最低加权百分比。
34.根据权利要求20所述的方法，其中如果患者总分小于预定的期望总分范围，则改变所述第二贡献包括増加所述第二贡献；并且 其中如果所述患者总分大于预定的期望总分范围，则改变所述第二贡献包括减小所述第二贡献。
35.根据权利要求20所述的方法，还包括对于初始时间段，通过将所述第二贡献的所述大小设定成近似为零，来获得所述第一贡献。
36.根据权利要求20所述的方法，其中如果所述患者总分小于所述预定的期望总分范围，贝Ij还包括 为所述患者提供指令从而增加所述第一贡献的所述大小。
37.根据权利要求20所述的方法，其中如果所述患者总分大于所述预定的期望总分范围，贝Ij还包括 为所述患者提供指令，从而减小所述第一贡献的所述大小。
38.根据权利要求36所述的方法，其中如果在设定的时间间隔之后，所述第一贡献没有增加，则还包括 増加所述第二贡献的所述大小。
全文摘要
本发明的一个实施方式包括通过强迫锻炼来减轻患者的医学障碍症状的系统和方法。该系统包括具有可活动部分的锻炼器械，该可活动部分响应于患者的第一贡献并响应于马达的第二贡献而运动。该系统进一步包括至少一个机械传感器和控制系统，其程序化响应与感测的数据通过马达来改变第二贡献。
文档编号A63B24/00GK102695490SQ201080055051
公开日2012年9月26日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月10日
发明者杰伊·L·艾伯茨 申请人:克利夫兰临床医学基金会