BR112017013019B1 - Sistema para transferir informação proprioceptiva e/ou sensoriais de uma prótese ou de um sistema sensorial e método para transferir informação proprioceptiva de uma prótese ou de um sistema sensorial - Google Patents

Abstract

SISTEMA PARA TRANSFERIR INFORMAÇÃO PROPRIOCEPTIVA DE UMA PRÓTESE E MÉTODO PARA TRANSFERIR INFORMAÇÃO PROPRIOCEPTIVA DE UMA PRÓTESE OU DE UM SISTEMA SENSORIAL. Um sistema e método para transferir informação proprioceptiva e/ou sensorial de uma prótese (37, 471) ou de um sistema de detecção (472) disposto em uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, à pele de um usuário que usa essa prótese ou sistema de detecção. O sistema compreende: um dispositivo (10, 30, 40) para fornecer retroalimentação eletrotátil na forma de um padrão de estimulação elétrica com esquema de codificação para pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441); e pelo menos um eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) configurado para ser posicionado sobre uma parte do corpo do dito usuário, o dito eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) compreendendo uma pluralidade de almofadas configuradas para serem seletivamente e discretamente ativadas/desativadas de acordo com o dito padrão de estimulação predefinido.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere ao campo de próteses, como prótese de mão, ou para partes do corpo sem sensibilidade e, em particular, aos dispositivos de estimulação elétrica que fornecem retroinformação eletrotátil para essa prótese ou partes do corpo sem sensibilidade.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] As próteses motorizadas multifuncionais capazes de abrir ou fechar a mão com base em sinais de controle de Electromiografia (EMG) (próteses mioelétricas) que estão disponíveis no mercado estão atualmente enfrentando vários desafios. Elas geralmente permitem apenas dois graus de liberdade (abertura e fechamento da mão), elas não têm retroinformação sensorial, elas têm vida útil limitada da bateria e são ao invés disso muito pesadas e acumulam calor durante todo o dia transportando. Essas desvantagens resultam em uma taxa média de rejeição de próteses mioelétricas que hoje é mais de 25%. Pesquisas contínuas, incluindo o uso combinado de múltiplos registros de EMG e redes neurais artificiais podem em breve formar uma base para o controle neural das próteses de mão mais avançadas, fornecendo um grande número de graus de liberdade conforme descrito por F.C.P. Sebelius et al. em "Refined Myoelectric Control in Below-Elbow Amputees Using Artificial Neural Networks and a Data Glove", The Journal of Hand Surgery, Volume 30, Edição 4, julho de 2005, Páginas 780-789.

[003] Contudo, a falta de retroinformação sensorial que permitirá ao usuário identificar a mão artificial como “uma parte do seu corpo” ainda representa um problema fundamental. Uma mão sem funções sensoriais é percebida como um corpo estranho e muitas vezes é negada pelo dono, como afirmado por Ramachandran e Blakeslee em 1998. A informação proprioceptiva e o senso de toque, que podem permitir a regulação da força de aperto e execução de tarefas motoras delicadas, são essenciais para que o usuário se identifique com a mão artificial.

[004] Várias interfaces de retroinformação sensorial em próteses de mão foram testadas ao longo dos anos e relatadas, por exemplo, por R.R. Riso em "Strategies for providing upper extremity amputees with tactile and hand position retroinformação - moving closer to the bionic arm", Technology and Health Care, IOS Press, Volume 7, Número 6 / 1999, páginas 401-409 e por G. Lundborg e B. Rosen em "Sensory substitution in prosthetics, Hand Clinics, 2001, 17(3):481-8.

[005] Reconhecemos três abordagens para fornecer retroinformação sensorial ao usuário:

[006] A primeira é baseada no uso de um sistema sensorial intacto para substituir o faltante. Este método é usado automaticamente por amputados usando próteses mioelétricas que utilizam a visão para orientar os movimentos da prótese. O uso da audição como substituição para a sensação perdida foi descrito como uma estratégia efetiva em lesões nervosas principais, deixando o vazio da mão de sensação e também foi testada nas próteses de mão, como descrito no pedido de patente internacional WO9848740.

[007] A segunda é baseada na estimulação direta de nervos intactos. Diversos tipos de interfaces nervosas foram utilizados em ambiente de laboratório (Riso, 1999). A vantagem teórica das estratégias de interface de nervo é que os estímulos sensoriais podem ser transferidos diretamente para os nervos periféricos e podem assim alcançar o Sistema Nervoso Central (SNC). Contudo, existem várias desvantagens e dificuldades. Um dispositivo de passagem transcutânea ou técnicas telemétricas são necessários para transferir a informação sensorial do lado de fora do corpo para dentro. A estimulação elétrica de fascículos sensoriais pode não ser específica de modalidade e pode dar origem a percepção sensorial não fisiológica e estranha. A estimulação direta do princípio dos nervos intactos, portanto, permanecerá no estágio experimental durante muitos anos.

[008] A terceira abordagem baseia-se na estimulação de receptores cutâneos da pele intactos em uma área remota do corpo. As tentativas de usar a estimulação cutânea transferida para áreas de pele remotas já foram experimentadas há várias décadas. De acordo com este princípio, as áreas da pele remotas do corpo podem ser submetidas à estimulação eletro-cutânea (como afirmado por Szeto and Riso no capítulo 3 do livro "Rehabilitation Engineering", ISMB 0-8493-6951-7, 1990) ou vibração (como afirmado por Mann and Reimers em "Kinesthetic sensing for the EMG controlled "Boston Arm", IEEE Trans. Man Mach. Syst., 11(1), 110, 1970). Os primeiros protótipos mostraram que o circuito fechado pode ser implementado, mas que as interfaces simples (por exemplo, estimulação de canal único) têm uma aplicabilidade limitada devido a sensações muito desagradáveis e não fisiológicas (relatadas por Lundborg et al., 1999). Novas interfaces de retroinformação complexas que permitirão um controle de circuito fechado mais intuitivo são abordadas nos últimos anos. Alguns grupos de pesquisa estão dando prioridade à estimulação vibrotátil para retroinformação sensorial (por exemplo, Witeveen et al. em Grasping force and slip retroinformação through vibrotactile stimulation to be used in myoelectric forearm prostheses, Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2012 Annual International Conference of the IEEE, Página(s): 2969 - 2972; E Cipriani et al em “A Miniature Vibrotactile Sensory Substitution Device for Multifingered Hand Prosthetics”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering (Volume: 59, Edição: 2), Página(s): 400 - 408, 2002). Alguns outros estão optando pela estimulação eletrocutânea (como Geng et al, em Impacts of selected stimulation patterns on the perception threshold in electrocutaneous stimulation, Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation 2011, 8:9; ou Szeto et al. em Electrocutaneous Stimulation For Sensory Communication In Rehabilitation Engineering, Biomedical Engineering, IEEE Transactions on, BME-29 300, 1982).

[009] O pedido de patente dos Estados Unidos US2009/0048539A1 descreve um sistema de retroinformação sensorial para uma extremidade do corpo sem sensibilidade ou uma prótese de extremidade do corpo. O sistema apresentado é formado por sensores aplicados a uma prótese ou a uma extremidade do corpo sem sensibilidade, que estão conectados a um processador que coleta sinais dos sensores e os processa em sinais de saída. Os sinais de saída são então transferidos para um monitor tátil formado por transdutores de sinal dispostos na pele de uma extremidade do corpo adjacente intacta do paciente. Uma vez que os componentes nervosos de ocorrência natural são difíceis de localizar e, portanto, os transdutores de sinal não podem ser colocados em uma disposição ideal, o paciente pode aprender a discriminar entre diferentes estímulos com a ajuda da audição ou visão, por exemplo, observando qual dedo é exposto a um estímulo (por exemplo, calor). Contudo, esta revelação depende da existência de pelo menos um sensor, disposto em uma extremidade do corpo sem sensibilidade ou em uma prótese de extremidade do corpo, para alcançar a funcionalidade. Este sistema só pode ser usado para controle de circuito fechado e não pode ser usado em configurações de alimentação direta, quando a retroinformação é acoplado com sinais de controle, como o controle de EMG em próteses mioelétricas.

[0010] O pedido de patente internacional WO98/25552 descreve um aparelho e método para proporcionar percepções sensoriais em um sistema sensorial de um dispositivo protético. A retroinformação é baseada em um mapeamento direto da saída sensorial para um canal designado com uma magnitude de estímulo adequada.

[0011] O pedido de patente internacional WO2012/055029 descreve um monitor montado em um paciente (por exemplo, na parte inferior das costas do paciente) para receber informações de uma almofada de estimulação, para fornecer retroinformação ao usuário.

[0012] Em suma, é evidente que existe uma forte motivação no campo das próteses para fornecer soluções aplicáveisaos sistemas de retroinformação sensorial acoplados às extremidades do corpo protéticas multifuncionais eficazes, O que leva a uma maior aceitação e usabilidade de dispositivos de próteses.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0013] A presente invenção aplica a abordagem baseada na estimulação eletrocutânea através de eletrodos de multi-almofada, fornecendo um sistema de interface de retroinformação sensorial para próteses de extremidades do corpo, como próteses de mão, ou para extremidades do corpo sem sensibilidade, como mãos sem sensibilidade, que superam as limitações dos dispositivos convencionais. Em particular, o sistema aborda o problema da identificação com a parte do corpo artificial ou extremidade do corpo (extremidade do corpo da prótese) ou com a extremidade do corpo com perda parcial ou total de sensibilidade, fornecendo informações proprioceptivas. O sentido de tato também pode ser fornecido. A informação de interesse é transmitida para a pele do usuário através de estimulação eletrocutânea. Isso permite a regulação da força de aperto e execução de tarefas motoras delicadas. O dispositivo usa uma interface de retroinformação intuitiva e fácil de aprender que pode fornecer ao usuário informações proprioceptivas e sensoriais da extremidade do corpo artificial (ou um sistema de detecção para restaurar as sensações para uma extremidade do corpo) e permite a regulação da força de aperto e execução de tarefas motoras delicadas baseada nas mudanças na configuração de eletrodos multi-almofada e na frequência de estimulação. As mudanças na configuração do eletrodo são possíveis através de um estimulador elétrico especialmente projetado que permite estimulação distribuída no tempo e no espaço através do eletrodo de multi-almofada através de uma unidade de multiplexação.

[0014] Além disso, esta invenção também está relacionada ao protocolo para codificar a informação proprioceptiva e sensorial da extremidade do corpo artificial (ou extremidade do corpo com perda parcial ou completa de sensibilidade) usando a localização do estímulo (almofada ativa no eletrodo da matriz) e conjuntos de parâmetros d estimulação (largura de pulso, amplitude de estimulação e frequência de estimulação) variações que codificam conjuntos de esquemas de informação/mensagem de retroinformação intuitivos (fáceis de perceber e entender). Este protocolo define um esquema de codificação intuitivo para cada conjunto de informações proprioceptivas ou sensoriais usadas para o controle da prótese ou uma extremidade corporal sem sensibilidade. Por exemplo, a rotação da mão artificial é codificada com a rotação de eletrodos ativos e o aumento da força aplicada pela mão artificial é codificado com o aumento da frequência de estimulação nos eletrodos ativos.

[0015] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema para transferir informação proprioceptiva de uma prótese ou de um sistema sensorial disposto em uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, à pele de um usuário que usa essa prótese ou sistema sensorial. O sistema compreende: um dispositivo para fornecer retroalimentação eletrotátil na forma de um padrão de estimulação definido a partir de pelo menos um sinal de entrada; e, pelo menos, um eletrodo de multi-almofada configurado para ser posicionado sobre uma parte do corpo do dito usuário, o dito eletrodo de multi-almofada compreendendo uma pluralidade de almofadas configuradas para serem seletivamente e discretamente ativadas/desativadas de acordo com o dito padrão de estimulação.

[0016] O dispositivo compreende: meios para processar o dito pelo menos um sinal de entrada, em que o dito pelo menos um sinal de entrada compreende um sinal de controle da dita prótese ou do dito sistema sensorial, codificando assim o dito pelo menos um sinal de entrada em um de uma pluralidade de padrões de estimulação predefinidos que representam uma pluralidade correspondente de parâmetros operacionais da dita prótese artificial ou sistema sensorial; meios de estimulação para produzir uma pluralidade de pulsos elétricos com base no dito padrão de estimulação selecionado; meios para conduzir os ditos pulsos elétricos dos ditos meios de estimulação para o dito pelo menos um eletrodo de multi- almofada, dessa forma ativando/desativando seletivamente as almofadas discretas dos ditos eletrodo de multi-almofada e alterando os parâmetros de configuração das ditas almofadas discretas com base no dito padrão de estimulação, permitindo assim a estimulação cutânea distribuída no tempo e espaço correspondente ao dito pelo menos um sinal de entrada.

[0017] Em uma modalidade específica, o sistema compreende adicionalmente meios de aquisição de dados configurados para capturar um sinal de controle a ser fornecido para os ditos meios de processamento a serem tratados como sinal de entrada.

[0018] O sistema pode ser incorporado em um soquete configurado para ser colocado em uma extremidade sobre um toco de uma parte do corpo e para receber uma prótese de extremidade artificial na extremidade oposta. Alternativamente, pelo menos o dito eletrodo de multi- almofada é incorporado em uma peça de vestuário configurada para ser posicionada em uma parte do corpo de um usuário que tem uma prótese de extremidade artificial ou em uma parte do corpo de um usuário que possui uma sistema sensorial na extremidade do corpo sem sensação.

[0019] Em uma modalidade específica, o pelo menos um eletrodo de multi-almofada é projetado para circundar circularmente o toco ou parte do corpo do usuário, em que a pluralidade de almofadas compreendida no dito pelo menos um eletrodo de multi-almofada é disposto em matriz única ao longo do eletrodo de multi-almofada.

[0020] Em uma modalidade preferencial, a pelo menos uma entrada compreende pelo menos um de um sinal de controle para a abertura, flexão, rotação e/ou força de aperto de uma prótese ou de um sistema sensorial disposto em uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade. Em uma modalidade específica, pelo menos uma entrada compreende adicionalmente a informação sensorial.

[0021] Em uma modalidade específica, a prótese é uma mão artificial ou a parte do corpo que tem pouca ou nenhuma sensibilidade é uma mão.

[0022] De preferência, o padrão de estimulação predefinido é definido por alguns ou todos os seguintes parâmetros de estimulação: localização(ões) da(s) almofada(s) ativada(s) no eletrodo de multi-almofada, frequência de estimulação, largura do pulso de estimulação e amplitude do pulso de estimulação.

[0023] Alternativamente, o padrão de estimulação é definido somente pelos seguintes parâmetros de estimulação: localização de estímulos e frequência de estimulação.

[0024] O sistema pode ser adicionalmente configurado para transferir informação sensorial da dita prótese ou do dito sistema sensorial disposto em uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, à pele de um usuário que usa essa prótese ou sistema sensorial.

[0025] Em um outro aspecto da invenção, um método é fornecido, para transferir informação proprioceptiva de uma prótese ou de um sistema sensorial disposto em uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, à pele de um usuário que usa essa prótese ou sistema sensorial.

[0026] O método compreende as etapas de: fornecer retroalimentação eletrotátil na forma de um padrão de estimulação definido a partir de pelo menos um sinal de entrada; e seletivamente e discretamente ativar/desativar uma pluralidade de almofadas de pelo menos um eletrodo de multi- almofada posicionado sobre uma parte do corpo do dito usuário, a dita ativação/desativação sendo feita de acordo com o dito padrão de estimulação.

[0027] A etapa de fornecer retroalimentação eletrotátil na forma de um padrão de estimulação definido a partir de pelo menos um sinal de entrada compreende, de preferência: processar o dito pelo menos um sinal de entrada, em que o dito pelo menos um sinal de entrada compreende um sinal de controle obtido da dita prótese ou do dito sistema sensorial, codificando assim o dito pelo menos um sinal de entrada em um de uma pluralidade de padrões de estimulação predefinidos que representam uma pluralidade correspondente de parâmetros operacionais da dita prótese ou sistema sensorial; produzir uma pluralidade de pulsos elétricos com base no padrão de estimulação selecionado compreendido em um esquema de mapeamento predefinido; conduzir os ditos pulsos elétricos dos ditos meios de estimulação para o dito pelo menos um eletrodo de multi-almofada, dessa forma ativando/desativando seletivamente as almofadas discretas dos ditos eletrodo de multi-almofada e alterando os parâmetros de configuração das ditas almofadas discretas com base no dito padrão de estimulação compreendido em um esquema de mapeamento predefinido, permitindo assim a estimulação cutânea distribuída no tempo e espaço correspondente ao dito pelo menos um sinal de entrada.

[0028] Em uma modalidade específica, a pelo menos uma entrada compreende adicionalmente a informação sensorial.

[0029] Em uma modalidade específica, a abertura de uma mão artificial ou de um sistema sensorial disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade é codificada da seguinte forma: em uma posição inicial (mão aberta) as almofadas ativadas são as duas dispostas na parte dorsal mais distante do braço e quando a mão começa a fechar estas almofadas são desativadas enquanto as almofadas adjacentes são ativadas, continuando este processo até a mão ser fechada e as almofadas dispostas na parte volar central do braço serem ativadas; ou vice-versa, o que significa que as primeiras almofadas a serem ativadas são as duas dispostas na parte volar do braço.

[0030] Em uma modalidade específica, a força de aperto aplicada por uma mão artificial ou medida por um sistema sensorial disposta em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade é codificada alterando a frequência de estimulação na uma ou mais almofadas ativas em resposta às alterações na força medida.

[0031] Em uma modalidade específica, a rotação de uma mão artificial ou de um sistema sensorial disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade é codificada em uma evolução rotacional das almofadas ativas no eletrodo de multi-almofada, a primeira almofada sendo ativada correspondendo à posição original da mão artificial ou sistema de detecção no instante do início da rotação, enquanto que durante a rotação da mão artificial ou sistema de detecção, a almofada já ativa é desativada enquanto a almofada seguinte na direção da rotação é ativada, e assim por diante, até que a almofada correspondente ao fim da rotação seja ativada.

[0032] Em uma modalidade específica, a flexão/extensão de uma mão artificial ou de um sistema sensorial disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade é codificada na ativação de pelo menos uma almofada adicional sobre o elemento de multi-almofada na sequência de tempo pré-programada.

[0033] Em uma modalidade específica, o método permite que um usuário detecte simultaneamente pelo menos duas das seguintes entradas:

[0034] - a abertura/aperto de uma mão artificial ou de um sistema sensorial disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade;

[0035] - a força de aperto aplicada por uma mão artificial ou medida por um sistema sensorial disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade;

[0036] - a rotação de uma mão artificial ou de um sistema sensorial disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade; e

[0037] - a flexão/extensão de uma mão artificial ou de um sistema sensorial disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade.

[0038] Em um aspecto final da invenção, é fornecido um produto de programa de computador que compreende instruções/código de programa de computador para executar o método já descrito.

[0039] Em suma, é fornecida uma solução específica para a retroinformação eletrotátil e um esquema de codificação específico necessário para controlar uma extremidade artificial (ou extremidade do corpo sem sensibilidade). Nesta solução, a retroinformação destina-se a ser utilizada para o controle intuitivo da prótese e não diretamente para transferir os dados sensoriais.

[0040] Características e vantagens adicionais da invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir e serão particularmente salientadas nas reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0041] Para completar a descrição e a fim de proporcionar uma melhor compreensão da invenção, um conjunto de desenhos é fornecido. Os ditos desenhos formam parte integrante da descrição e ilustram uma modalidade da invenção, que não deve ser interpretada como restringindo o escopo da invenção, mas apenas como um exemplo de como a invenção pode ser realizada. Os desenhos compreendem as seguintes figuras:

[0042] A Figura 1 mostra um dispositivo de interface de retroinformação eletrotátil e um eletrodo de multi-almofada para transferir informações proprioceptivas de uma mão artificial para a pele do indivíduo de acordo com uma possível modalidade da invenção dentro do soquete de uma prótese.

[0043] A Figura 2 ilustra um diagrama de blocos que representa uma interface de retroinformação eletrotátil de acordo com uma modalidade da invenção.

[0044] A Figura 3 mostra um dispositivo de interface de retroinformação eletrotátil para transferir informações proprioceptivas e sensoriais de uma mão artificial incorporada em um soquete.

[0045] A Figura 4 mostra um dispositivo de interface de retroinformação eletrotátil para transferir informações proprioceptivas e sensoriais de uma mão artificial colocada em uma peça de vestuário que pode ser posicionada sobre qualquer parte do corpo.

[0046] A Figura 5 mostra uma possível implementação de um eletrodo de multi-almofada para uma interface de retroinformação eletrotátil, tendo um ânodo comum.

[0047] A Figura 6 mostra uma implementação alternativa de um eletrodo de multi-almofada para uma interface de retroinformação eletrotátil, tendo almofadas concêntricas.

[0048] As Figuras 7 a 10 mostram diferentes esquemas de mapeamento/codificação para os eletrodos ativos para diferentes sinais de entrada.

[0049] DESCRIÇÃO DE UMA MANEIRA DE REALIZAR A INVENÇÃO

[0050] Neste texto, o termo “compreende” e suas derivações (como “compreendendo”, etc.) não devem ser entendidos em um sentido de exclusão, ou seja, estes termos não devem ser interpretados como excluindo a possibilidade de que o que é descrito e definido pode incluir ainda outros elementos, etapas, etc.

[0051] No contexto da presente invenção, o termo “aproximadamente” e os termos de sua família (como “aproximado”, etc.) devem ser entendidos como indicando valores muito próximos dos que acompanham o termo acima mencionado. Isso significa dizer, que um desvio dentro dos limites razoáveis de um valor exato deve ser aceito, porque uma pessoa versada na técnica entenderá que esse desvio dos valores indicados é inevitável devido a imprecisões de medição, etc. O mesmo se aplica aos termos “perto de” e “cerca de” e “substancialmente”.

[0052] O termo “extremidade do corpo” da “parte do corpo” destina-se ao longo deste texto a se referir a um braço ou uma perna ou uma parte dos mesmos (por exemplo, um ou mais dedos ou dedos dos pés ou suas partes), ou uma mão ou pé total ou uma parte dos mesmos, um antebraço ou canela, como a batata da perna, ou uma parte da mesma, ou a parte superior do braço ou a coxa ou uma parte da mesma.

[0053] Neste texto, as expressões “com pouca ou nenhuma sensibilidade” ou “sem sensibilidade” são usadas para se referir a partes do corpo ou extremidades do corpo que, por qualquer razão, não tem sensibilidade ou tem sensibilidade reduzida. Exemplos não limitantes de razões para essa falta de sensibilidade são lesões nervosas, neuropatia metabólica e uso de neuropróteses, ou seja, sistemas que utilizam estimulação elétrica para acionar membros ou partes do corpo paralisados. Pelo contrário, as expressões “não danificadas”, “intactas”, “com sensibilidade total" ou "com sensação total" se referem a partes do corpo que, enquanto estiverem próximas ou perto das partes do corpo sem sensibilidade, tem tecido intacto ou substancialmente ou parcialmente intacto. Quando houve uma amputação de uma extremidade do corpo, a parte não danificada fechada para a parte amputada é chamada de “toco”.

[0054] A descrição a seguir não deve ser compreendida em um sentido limitador, mas é dada apenas com a finalidade de descrever os princípios gerais da invenção. As modalidades seguintes da invenção serão descritas a título de exemplo, com referência aos desenhos acima mencionados que mostram aparelhos e resultados de acordo com a invenção.

[0055] A Figura 1 mostra um esboço de um sistema para alimentar diretamente informações proprioceptivas de uma parte do corpo artificial (próteses) ou de uma parte do corpo com perda parcial ou total da sensibilidade (não ilustrada), para a pele do indivíduo. O sistema permite ao usuário perceber mentalmente a sensação natural na parte do corpo artificial ou na parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, graças a um estimulador elétrico e a um eletrodo de multi-almofada que conseguem estimular a pele de uma parte do corpo não danificada (por exemplo, o antebraço se falta a mão ou a parte superior do braço se o antebraço estiver faltando). O sistema se baseia na estimulação elétrica controlada de porções do sistema somatossensorial. Em uma modalidade preferencial, a estimulação elétrica controlada é assíncrona e é conseguida por meio de um estimulador de canal único e um eletrodo de multi-almofada.

[0056] Conforme mostrado na Figura 1, o sistema compreende pelo menos um dispositivo de retroinformação eletrotátil 10 que, com base em certas entradas 14, ordena uma interface ou um eletrodo de multi-almofada 13 (formado por pequenas almofadas que formam uma matriz), localizado em uma parte do corpo não danificada do usuário, para fornecer rajadas de baixa intensidade de pulsos elétricos. Em outras palavras, Ele libera estimulação elétrica distribuída no tempo e espaço. O dispositivo de retroinformação eletrotátil 10 também compreende pelo menos um estimulador elétrico e unidade de multiplexação, não mostrados na Figura 1, agindo como um roteador de pulso galvanicamente isolado capaz de ativar de forma síncrona ou assíncrona as almofadas discretas no eletrodo de multi-almofada 13 em resposta às instruções (sinais elétricos) recebidos de uma unidade de processamento. Como consequência, o eletrodo multi-almofada 13 aplica uma estimulação elétrica transcutânea distribuída no tempo e no espaço através da pele do usuário. As rajadas de pulsos são enviadas através dessas pequenas almofadas em momentos diferentes, frequências diferentes e/ou intensidades diferentes, a fim de gerar sinais distintivos que ativam os receptores da pele e, assim, os sistemas neurais aferentes (somatossensoriais) e o córtex sensorial. O termo “retroinformação” se refere à estimulação produzida através do eletrodo de multi-almofada 13 que fornece informações de interesse relativamente às entradas de sistema 14 ao usuário.

[0057] O eletrodo de multi-almofada 13 da figura 1 pode ser colocado no tronco do braço de um indivíduo, caso em que a parte do corpo artificial (prótese) não ilustrada é uma mão artificial, ou pode ser usada com uma parte do corpo não amputada, por exemplo, com uma parte do corpo com perda parcial ou total de sensibilidade.

[0058] A Figura 2 mostra um diagrama de blocos do sistema descrito na figura 1. São representados dois blocos principais: um dispositivo de retroinformação eletrotátil 10 e um eletrodo de multi-almofada 13. O dispositivo 10 tem uma unidade de processamento ou meios de processamento 15 (que no esboço da figura 1 está integrado no dispositivo 10), que controla os parâmetros de estimulação (isto é, eletrodos ativos, frequência de estimulação, largura e amplitude de pulso) a serem entregues ao eletrodo de multi- almofada 13 com base em um esquema de mapeamento definido de uma ou mais entradas 14. A unidade de processamento 15 processa os sinais de entrada 14 e seleciona os parâmetros de estimulação adequados como uma resposta aos mesmos, com base em um esquema de mapeamento intuitivo explicado mais tarde. O esquema de mapeamento é definido na unidade de processamento 15. O dispositivo 10 também possui uma unidade de estimulação 11, também chamado de um estimulador elétrico 11, que produz os pulsos elétricos dos parâmetros desejados (como amplitude, duração e frequência) com base nas demandas da unidade de processamento 15. O dispositivo 10 também possui uma unidade de multiplexação 12, que conduz os pulsos elétricos da unidade de estimulação 11 para a almofada desejada no eletrodo de multi-almofada 13, com base nas demandas da unidade de processamento 15. A seta que liga diretamente a unidade de processamento 15 e a unidade de multiplexação 12 representa o mapeamento da localização do estímulo, enquanto a seta que conecta a unidade de processamento 15 e o estimulador elétrico 11 representa o mapeamento dos parâmetros do estímulo. Em outras palavras, a unidade de processamento define o esquema de estimulação e o estimulador gera os pulsos que são entregues ao local específico no eletrodo de multi-almofada. A interface eletrotátil é a retroinformação fornecida para o usuário através da estimulação sensorial. A unidade de processamento calcula o padrão de estimulação com base em um esquema de mapeamento predefinido. A unidade de estimulação elétrica produz pulsos de estimulação e controla a corrente elétrica aplicada à pele do usuário para atender às demandas da unidade de processamento. A unidade de multiplexação 12 encaminha os pulsos para o local desejado no eletrodo de multi-almofada 13, com base nas informações da unidade de processamento.

[0059] As entradas do sistema 14 podem ser entradas de sistema externas 141 e/ou sinais medidos diretamente por uma unidade de aquisição de dados 142 compreendida no dispositivo de retroinformação eletrotátil 10, conforme mostrado na Figura 2. As entradas externas 141 incluem qualquer informação sensorial da parte do corpo artificial ou sistema sensorial para a extremidade do corpo sem sensibilidade. Essas entradas podem ser coletadas através de uma interface de comunicação analógica, digital ou sem fio. As entradas da unidade de aquisição de dados 142 podem incluir EMG, medições inerciais ou medições de qualquer outra propriedade física realizadas pelo próprio dispositivo de aquisição de dados. Em uma modalidade preferencial, a unidade de aquisição de dados 142 é baseada em um amplificador de EMG, capturando, dessa forma, sinais de entrada de EMG. Alternativamente, A unidade de aquisição de dados 142 pode ser baseada em pelo menos um sensor inercial.

[0060] Essas entradas 14 141 142, uma vez processadas, são transferidas para o usuário sob a forma de estimulação cutânea sobre a interface formada pelo eletrodo de multi-almofada 13. Os esquemas de mapeamento 15 do dispositivo de retroinformação eletrotátil 10 define esquemas de mapeamento intuitivos para os sinais de entrada. Os esquemas de mapeamento são projetados para se assemelharem ao processo que está acontecendo com a mão ou extremidade do corpo artificial sem sensibilidade. Por exemplo, a abertura da mão (partida dos dedos) é mapeada através da saída dos eletrodos ativos. O aumento de força é mapeado através do aumento da frequência de estimulação. Isso torna o mapeamento intuitivo e fácil de aprender, como relatado pelos indivíduos que participaram de diferentes testes e experimentos com o sistema inventivo. As Figuras 7 a 10 mostram alguns conjuntos propostos de esquemas de mapeamento de acordo com uma modalidade da invenção.

[0061] Em uma modalidade específica, apenas um sinal de entrada 14 é necessário para fornecer a retroinformação eletrotátil e, portanto, A unidade de aquisição de dados 142 não é uma parte obrigatória do sistema se houver uma ou mais entradas externas do sistema 141 e vice-versa: as entradas externas 141 não são necessárias se houver um ou mais sinais medidos com a unidade de aquisição de dados 142 do dispositivo de retroinformação eletrotátil 10. Alternativamente, ambos os tipos de sinais de entrada podem estar presentes.

[0062] Na modalidade específica em que o sistema é utilizado por uma pessoa que usa uma parte artificial do corpo (por exemplo, uma prótese de mão) ou um sistema sensorial (por exemplo, uma luva de dados sobre a mão), as entradas do sistema 14 podem compreender informações sensoriais obtidas a partir dos sensores compreendidos no dispositivo de prótese ou sistema sensorial. Exemplos não limitadores de sensores convencionais incluídos nos dispositivos de próteses ou sistemas sensoriais são sensores de toque, sensores de pressão, sensores de força, sensores de flexão, sensores de vibração ou inerciais, sensores de temperatura, sensores de umidade, codificadores de junta ou qualquer combinação dos mesmos, ou qualquer outro sensor capaz de responder a um estímulo, e pode ser um sensor ou uma pluralidade de sensores ou multisensores com a capacidade de detectar diferentes estímulos ao mesmo tempo. Esses sensores compreendidos em uma parte do corpo artificial (por exemplo, uma prótese de mão) ou um sistema sensorial (por exemplo, uma luva de dados sobre a mão ou um sistema de aperto de mão com estimulação elétrica funcional (FES) ou neuropróteses para aperto de mão) são colocados em locais em que a retroinformação sensorial é desejada. Todas estas entradas 14 são entradas externas 141. Se uma parte do corpo artificial for usada, a parte do corpo artificial (como uma mão artificial ou sistema de aperto de mão de FES) compreende de preferência sensores e entradas de sistema 14 que permitem um controle de circuito fechado da mão artificial. O sistema permite um controle mioelétrico de alimentação direta da parte do corpo artificial ou sistema sensorial. É baseado em gravações múltiplas dos músculos nas partes restantes do corpo (toco), que pode permitir ao usuário controle como o natural das próteses ou do sistema sensorial com base na bioretroinformação desses sinais de controle. Este controle similar ao natural não é possível nas partes artificiais do corpo sem retroinformação, exigindo que o usuário assista a parte do corpo artificial para controlá-la. As entradas 14 podem ser medições sensoriais da extremidade artificial ou do sistema sensorial para uma extremidade corporal sem sensibilidade e/ou podem ser baseadas em medições de sinal de controle (por exemplo, EMG para a prótese mioelétrica). Se elas contêm medições de sensores na prótese ou no sistema sensorial, elas podem ser usadas para o controle de circuito fechado e se elas são baseadas no sinal de controle, elas podem ser usadas para controle de alimentação direta de uma extremidade artificial (como uma mão) ou um sistema sensorial (como uma luva de dados). As medições de EMG podem ser tomadas pela unidade de aquisição de dados 142 ou podem ser entradas externas 141 a partir da prótese ou do sistema sensorial. Estes sinais são apenas de interesse para a retroinformação se o sistema for usado para controlar a parte artificial do corpo ou o sistema sensorial. Um dispositivo de prótese (ou um sistema sensorial) produz informações sensoriais proprioceptivas com base em codificadores que estão incorporados no mesmo, bem como informações sensoriais, por exemplo, força, assim medida. Para prótese mioelétrica, o sinal de EMG medido por um sistema de aquisição de EMG através de eletrodos de registro (após várias filtrações e processamento) é o sinal de controle que um usuário deve produzir para controlar a prótese. Os sinais de controle podem ser determinados pelo dispositivo de prótese ou por uma interface de controle (entendida como qualquer dispositivo que pode obter sinais de controle se eles não forem obtidos diretamente pela prótese). No caso do controle mioelétrico, o sinal de controle é EMG, mas pode ser qualquer outro sinal bio-fisiológico que é usado para acionar a prótese). Os sinais de controle são adquiridos como entradas externas 141 para o sistema ou podem ser calculados na unidade de processamento 15 com base nas medições do sinal de controle realizadas pela unidade de aquisição de dados 142 do dispositivo de retroinformação eletrotátil 10. Se as medições do sinal de controle forem realizadas pelo dispositivo de retroinformação eletrotátil 10, elas também podem ser encaminhadas para a interface de controle (ou para a prótese ou sistema sensorial se a interface de controle não for incorporada na prótese ou no sistema sensorial). Na modalidade preferencial, as entradas do sistema 14 incluem o sinal de controle (alimentação direta) para a abertura, flexão, rotação e força de aperto de uma mão ou mão artificial com pouca sensibilidade. Elas também podem incluir a informação sensorial (circuito fechado). Em outras palavras, a informação dos sensores na prótese ou no sistema sensorial implica controle de circuito fechado, enquanto informações sobre sinais de controle (EMG ou inerciais medidos pela prótese, sistema sensorial ou a própria retroinformação eletrotátil) implica controle de alimentação direta. O mapeamento desses sinais de entrada 14, é calculado pela unidade de processamento 15 de modo a fornecer a interface eletrotátil.

[0063] O design da codificação da informação (padrão ou esquema de mapeamento), uma implementação da qual é mostrada nas figuras 7-10, baseia-se na análise dos padrões de estimulação distintivos que podem ser claramente distinguidos pelo usuário. Os inventores observaram em seus estudos que a sensação mais confiável de que os indivíduos saudáveis e os amputados pudessem distinguir era a localização dos estímulos e a frequência de estimulação. Pelo contrário, as mudanças da largura do pulso e amplitude de estimulação resultaram ou em um reconhecimento insuficiente de estímulos ou estimulação desagradável. Esta é a principal razão pela qual, no sistema da invenção, a informação é, de preferência, codificada na localização do estímulo e na frequência da estimulação. O termo “informação” se refere aqui à sensação de calor, frio, pressão, etc., à força produzida por uma prótese ou sistema sensorial e/ou a informação proprioceptiva (abertura, rotação, flexão) e/ou a qualquer outra informação de qualquer outro sensor na prótese ou luva de dados.

[0064] Em seguida, duas modalidades preferenciais do sistema para transferir informações proprioceptivas de uma parte do corpo artificial (prótese) ou de uma parte do corpo com perda parcial ou total de sensibilidade (através de um sistema sensorial) na pele do indivíduo são descritas. Em particular, as modalidades se referem a uma mão artificial (prótese) ou a uma mão com perda parcial ou total de sensibilidade (e, portanto, vestindo um sistema sensorial).

[0065] Em uma modalidade preferencial, mostrada na Figura 3, o sistema que tem o dispositivo de retroalimentação eletrotátil 30 e os eletrodos de estimulação de multi-almofada 33 é incorporado em um soquete 36 de uma prótese de extremidade (ou extremidade artificial) 37 e, portanto, é colocado sobre o toco 38 do usuário 39. Em outras palavras, a figura 3 ilustra um soquete 36 de uma prótese de extremidade 37. O soquete 36 compreende um dispositivo de retroinformação eletrotátil 30 e um eletrodo de multi- almofada 33. Nesta modalidade específica, a prótese é uma mão artificial 37. Em uma modalidade específica, O eletrodo de multi-almofada 33 está encaixado no soquete 36. Os processos e materiais de produção do soquete e os eletrodos estão fora do escopo desta invenção. Na Figura 3, os sinais de entrada externos 341 são capturados a partir da prótese 37, enquanto a unidade de aquisição de dados (não ilustrada na figura 3) compreendida no dispositivo de retroinformação eletrotátil 30 adquire sinais de controle (sinais de controle de EMG, por exemplo). A seta do dispositivo 30 para os eletrodos de multi-almofadas 33 na figura 3 pretende enfatizar que os sinais de controle podem ser medidos pelo próprio dispositivo e não são provenientes da parte do corpo artificial 37. A estimulação de retroinformação é fornecida através do eletrodo de multi-almofada 33 para o toco 38.

[0066] Em uma modalidade alternativa, a figura 4 ilustra uma peça de vestuário 46 que compreende um eletrodo de multi-almofada 43. Em outras palavras, os eletrodos de estimulação de multi-almofada 43 são integrados em uma peça de vestuário flexível 46 que pode ser posicionada sobre qualquer parte do corpo do usuário 49, não necessariamente o toco da parte do corpo ausente. A peça de vestuário 46 pode ser usada por um usuário que usa uma prótese (parte superior da figura 4) ou por um usuário que tem uma extremidade do corpo sem sensibilidade (mas não amputada) (parte inferior da figura 4). A peça de vestuário 46 pode ser colocada no toco 48 do amputado 49 (se o sistema é usado com uma prótese 471) ou em uma posição arbitrária no braço (se o sistema é usado com uma prótese 471 ou se o sistema é usado com um sistema sensorial 472 para a parte do corpo sem sensibilidade). O sistema sensorial ilustrado 472 é uma luva de dados. No primeiro caso (sistema usado com uma prótese), os eletrodos de estimulação de multi-almofada 43 e o dispositivo de retroalimentação eletrotátil 40 podem ser usados independentemente do dispositivo mioelétrico e do soquete usado para montar a extremidade artificial 471 no toco 48 do indivíduo 49. O dispositivo de retroinformação eletrotátil 40 pode ser integrado na mesma peça de vestuário 46 ou pode ser localizado em outro lugar. O dispositivo de retroinformação eletrotátil 40 e o eletrodo de multi- almofada 43 devem estar fisicamente conectados. Portanto, em uma modalidade preferencial, eles estão na mesma peça de vestuário 46. Em uma modalidade específica, a luva 472 possui capacidades de retroinformação (capacidade para informar o usuário sobre informações de controle proprioceptivo). Exemplos típicos das capacidades de retroinformação dos sistemas sensoriais 472, como as luvas, são a capacidade de medir a flexão ou a capacidade de medir ângulos definidos por falanges de dedos. Além disso, os sistemas sensoriais 472, como as luvas, fornecem informações sensoriais, em particular capacidades de toque ou força. Por exemplo, quando um usuário que usa uma dessas luvas agarra algo, a luva fornece informações proprioceptivas enquanto a luva está sendo movida para agarrar o objeto, e quando o objeto finalmente é agarrado, os sinais proprioceptivos param. Então, as informações de toque ou de força são fornecidas. As informações proprioceptivas são enviadas ao usuário. De preferência, uma combinação de informações proprioceptivas e sensoriais (toque) é enviada ao usuário através da estimulação.

[0067] O dispositivo de retroinformação eletrotátil pode ser conectado a uma mão artificial (extremidade) 37 471 ou a um sistema sensorial 472, como uma luva de dados. Essas conexões podem ser conexões com fio analógicas/digitais (como mostrado, por exemplo, na figura 3) ou sem fio através de qualquer interface de comunicação sem fio conhecida pelo estado da técnica. Na modalidade da figura 4, essa comunicação é de preferência sem fio.

[0068] O eletrodo de multi-almofada 13 33 43 pode ser fabricado utilizando os materiais e a tecnologia conhecidos pelo estado da técnica, como inserções de borracha de silicone condutoras, impressão serigráfica de tintas condutoras, onde o contato com a pele é estabelecido através do contato direto com a superfície do eletrodo seco ou através de uma inserção de material de hidrogel condutor entre a pele e o eletrodo. As almofadas ou eletrodos que formam o eletrodo de multi-almofada 13 33 43 são suficientemente pequenos para permitir fluxo de corrente controlado entre o ânodo e o cátodo. Na modalidade preferencial, a localização do cátodo no corpo determina os receptores de pele ativados e o ânodo pode estar localizado em qualquer posição do mesmo corpo. Dessa forma, uma almofada no eletrodo de multi-almofada 13 33 43 usado como cátodo determinará a localização dos estímulos reconhecidos. Graças a esta configuração, o mapeamento dos sinais de entrada 14 através desta interface eletrotátil que possui os eletrodos de multi-almofada 13 33 43 é possível selecionando/alterando a localização do estímulo (isto é, ativando/desativando seletivamente as almofadas individuais) e/ou controlando os parâmetros de estimulação (frequência, largura de pulso ou amplitude de estimulação).

[0069] O eletrodo de multi-almofada 13 33 43 é de preferência concebido para estar localizado em uma parte de corpo não danificada do usuário de modo que os eletrodos ou almofadas que formam o eletrodo de multi-almofada 13 33 43 estejam posicionados circularmente em cima ou sobre a dita parte do corpo. No caso de o usuário ter uma prótese acoplada a um toco, esta parte do corpo é de preferência o toco de um braço (ou perna) do usuário. O tamanho e a forma das almofadas são escolhidos de modo a produzir estimulação confortável, mas também seletiva. A camada com eletrodos de multi-almofadas é, de preferência, integrada em um substrato macio e flexível, concebido de forma a permitir o posicionamento do sistema sobre qualquer parte da extremidade do corpo; facilitando assim a aplicação do sistema. Dois designs de eletrodos de multi-almofadas preferenciais são mostrados nas figuras 5 e 6, mas outros formatos e número de almofadas poderiam alternativamente ser utilizados. Os eletrodos de multi-almofadas podem ser produzidos para permitir uma interface de pele seca (por exemplo, borracha condutora) projetada de maneira que permita o posicionamento do sistema em um soquete de um membro artificial. Os eletrodos também podem ser integrados em um substrato macio e flexível que é projetado em um modo de uma peça de vestuário que permite o posicionamento do sistema sobre uma posição selecionada individualmente em um corpo. A Figura 5 mostra uma possível implementação de um eletrodo de multi-almofada 53, compreendendo um ânodo comum 531 e uma pluralidade de cátodos 532. O eletrodo de multi-almofada 53 assume a forma de uma banda, cinta ou fita configurada para circundar o toco. Os cátodos 532 estão dispostos ao longo da banda, formando uma linha de eletrodos, enquanto o ânodo 531 preferencialmente assume a forma de um eletrodo longo paralelo à lista de cátodos 532. A Figura 6 mostra uma implementação alternativa de um eletrodo de multi-almofada 63 compreendendo uma pluralidade de pares de ânodo 631 - cátodo 632, em que cada cátodo 632 está circundado por um ânodo preferencialmente concêntrico 631. O eletrodo de multi- almofada 63 também assume a forma de uma banda, cinta ou fita configurada para circundar o toco. Os pares de ânodo-catodos estão dispostos ao longo da banda, formando uma linha de almofadas ou eletrodos.

[0070] Em seguida, é descrito como a informação proprioceptiva e sensorial da parte do corpo artificial (ou parte do corpo com perda parcial ou total de sensibilidade) é codificada e como os parâmetros de estimulação (largura do pulso, amplitude de estimulação e frequência de estimulação) são modificados para responder corretamente a várias entradas do sistema. Em particular, quatro exemplos de mensagens são ilustrados nas figuras 7-10. Estes são exemplos não limitadores, uma vez que podem ser utilizadas mensagens adicionais.

[0071] Em uma modalidade preferencial, o sistema é capaz de reagir a quatro entradas independentes 14 obtidas de uma mão artificial ou de um sistema sensorial para uma mão com pouca sensibilidade. Os quatro sinais de entrada diferentes são: a abertura de uma mão artificial (de aperto fechado para mão aberta); A força medida pela mão artificial ou pelo sistema sensorial; a rotação da mão artificial ou sistema sensorial; e a flexão/extensão da mão artificial ou sistema sensorial. O sistema da invenção reage a estas quatro entradas independentes definindo (na unidade de processamento 15) quatro esquemas de codificação de estimulação que podem ser usados para transferir informações de interesse para o usuário. Dependendo da mão artificial ou sistema sensorial, se usados, essas entradas podem incluir, por exemplo, as informações proprioceptivas da mão artificial sobre a abertura, rotação e a flexão/extensão da mão artificial ou luva, bem como a informação dos eventuais sensores incorporados na mão artificial ou luva (sensores de toque, força, vibração, temperatura, umidade ou outros).

[0072] A Figura 7 representa o esquema de codificação/mapeamento proposto de preferência selecionado para reagir ao sinal de entrada associado à abertura da mão artificial ou luva. Neste esquema, as almofadas ou eletrodos a serem ativados quando a mão artificial ou luva estão totalmente abertos são os dois dispostos na parte dorsal central do braço. Quando a mão começa a fechar estas almofadas são desativadas e as almofadas adjacentes são ativadas. Este processo é contínuo até as almofadas ou eletrodos dispostos na parte volar central do braço serem ativadas, o que representa mão fechada. As setas pontilhadas na figura 7 descrevem a evolução da ativação/desativação das almofadas. Alternativamente, a ativação pode ser o contrário, isso significa dizer, as primeiras almofadas a serem ativadas são as duas dispostas na parte volar central do braço, o processo que termina com a ativação das duas dispostas na parte dorsal central do braço. Em outras palavras, as almofadas ativas mudam de uma primeira situação em que as duas almofadas de extremidade estão ativas e as restantes não estão até que apenas as duas almofadas centrais estejam ativas; ou vice-versa. O eletrodo de multi-almofada deve ser de um formato que permita essa ativação/desativação ordenada das almofadas e precisa ser disposto ao redor do braço ou toco do braço. Um formato apropriado exemplificador do eletrodo de multi-almofada é uma pulseira.

[0073] A Figura 8 representa o esquema de codificação/mapeamento proposto de preferência selecionado para reagir ao sinal de entrada associado à força medida pela mão artificial ou luva. Nesse caso, o mapeamento é feito alterando a frequência de estimulação nos um ou mais eletrodos ativos em resposta a mudanças de força. Por exemplo, um aumento na força medida pela mão artificial ou luva é traduzido em um aumento na frequência de estimulação. Em outras palavras, o aumento da força aplicada pela mão artificial (ou eventualmente pelo sistema de detecção) é codificado com o aumento da frequência de estimulação nos eletrodos ativos. O mapeamento ilustrado na figura 8 não se limita a dois eletrodos ativos (em escuro na figura 8). Na modalidade preferencial, a distância entre estas duas almofadas ativas codifica a abertura, como explicado em relação à figura 7. Isso significa que, se, por exemplo, o usuário estiver agarrando um objeto mais grosso do que o mostrado na figura 8, os eletrodos ativos (que nesta modalidade foram selecionados para serem dois, mas pode ser uma quantidade diferente de eletrodos) não são os escuros na figura 8, mas outros eletrodos mais próximos ao lado dorsal. Se, pelo contrário, o usuário estiver, por exemplo, agarrando uma palha - um objeto mais fino do que o mostrado na figura 8 -, os eletrodos ativos não são os escuros na figura 8, mas outros eletrodos mais próximos ao lado volar. É importante ressaltar que o esquema de codificação para a força medida pela mão artificial em combinação com o esquema de codificação descrito anteriormente para a abertura da mão artificial ou luva pode fornecer ao usuário informações sobre a dureza do objeto que está sendo agarrado. Por exemplo, o usuário poderá reconhecer se o objeto está sendo espremido pela mão artificial ou luva se, quando a força estiver aumentando, a abertura estiver diminuindo. Isto é possível devido à codificação proposta da abertura/aperto e da força aplicada com os respectivos parâmetros de estimulação independentes (localização do estímulo e frequência de estimulação).

[0074] A Figura 9 representa o esquema de codificação/mapeamento proposto de preferência selecionado para reagir ao sinal de entrada associado à rotação da mão artificial ou luva. Uma rotação da mão artificial ou luva é traduzida (codificada) para uma evolução rotacional das almofadas ativas no eletrodo de multi-almofada posicionado circularmente. A primeira almofada a ser ativada corresponde à posição original da mão artificial ou luva (no instante do início da rotação). Durante a rotação da mão artificial ou luva, a almofada já ativa é desativada enquanto a almofada seguinte na direção da rotação é ativada, e assim por diante, até que a almofada correspondente ao fim da rotação seja ativada. Na solução proposta, esta codificação de informação é independente dos esquemas de codificação descritos, representados nas Figuras 7 e 8, e pode, portanto, ser usada juntamente com a informação sobre a abertura da mão e a força aplicada. Em outras palavras, os esquemas de codificação propostos permitem ao usuário detectar, por exemplo, rotação e abertura/aperto simultaneamente, ou rotação e força aplicada simultaneamente.

[0075] A Figura 10 representa o esquema de codificação/mapeamento proposto de preferência selecionado para reagir ao sinal de entrada associado à flexão/extensão da mão artificial ou luva. A flexão/extensão da mão artificial ou luva é traduzida (mapeada) na ativação das almofadas adicionais no eletrodo de multi-almofada na sequência de tempo pré-programada. Esta mensagem ou esquema de codificação é diferente dos três anteriores porque, ao contrário desses, essa é destinada a enviar informações relativas. Somente quando o ângulo da mão artificial (ou luva ou sistema de aperto de mão FES) em relação ao braço correspondente muda por alguma quantidade (por exemplo, 15 graus), vários eletrodos (por exemplo, mas não limitado a 6) do mesmo lado do braço/toco são ativados em vez de uma quantidade diferente de eletrodos (por exemplo, 2) que estão ativos de outra forma. O esquema de codificação associado à flexão/extensão da mão ou sistema artificial pode ser combinado com o esquema de força uma vez que a frequência de estimulação pode ser percebida independentemente da localização ou número de almofadas ativadas quando pelo menos uma almofada é estimulada.

[0076] Em suma, uma vez que os quatro esquemas de codificação são independentes uns dos outros, mais de um deles pode ser usado simultaneamente para permitir que o usuário reaja a duas ou mais entradas independentes. Em outras palavras, o sistema é capaz de combinar pelo menos duas funções. Por uma questão de exemplo, é, por exemplo, possível usar a posição de 2 almofadas de estimulação aferente para codificar a abertura da mão e fornecer uma frequência que codifica as informações de força (por exemplo, maior frequência de estimulação para maior força). Também, por exemplo, é possível combinar rotação da mão (pro/supinação) e a força de aperto (frequência) é descrita. Isso é possível porque a posição de estimulação (também dita como localização de estímulos) e a frequência de estimulação são variáveis independentes e, portanto, podem ser usadas para codificar sinais aferentes simultâneos (por exemplo, abertura/aperto é codificada com localização de estímulos e a força é codificada com frequência). Em suma, os esquemas de codificação propostos permitem ao usuário perceber se, por exemplo, um objeto está sendo espremido (notado graças ao aumento simultâneo da frequência de estimulação (que representa o aumento da força)) e a proximidade dos eletrodos ativos (que representa a diminuição da abertura).

[0077] Como pode ser observado, nas modalidades ilustradas correspondentes aos quatro esquemas de codificação, a estrutura física do eletrodo deve ser circular (tipo pulseira) ao redor da parte do corpo em que é colocada. A combinação ilustrada de mensagens só pode ser usada nesta configuração do eletrodo.

[0078] Em suma, nesta modalidade exemplificadora, em que uma pessoa está usando uma mão artificial ou luva e o sistema inventivo que possui um eletrodo de multi-almofadas de tipo pulseira (figuras 5 ou 6) foi descartado no seu toco do braço, o mapeamento é feito da seguinte forma: o movimento dos eletrodos ativos da parte dorsal central do braço para a parte central do braço é baseado nas mudanças da abertura da mão (figura 7), mudanças da frequência de estimulação nos eletrodos ativos é baseada na força de aperto (figura 8), a rotação dos eletrodos ativos é baseada na rotação da mão artificial ou luva (figura 9) e a mudança no número de eletrodos ativos é baseada na flexão/extensão da mão artificial ou luva (Figura 10). Uma das vantagens da interface proposta é a transferência simultânea da abertura da mão e informação de força que permite ao usuário sentir se o objeto agarrado está sendo espremido pela força aplicada. O sistema não está, obviamente, limitado a este esquema de codificação específico, e diferentes esquemas de informação e codificação proprioceptiva e sensorial podem ser usados para transferir informações sobre esses quatro parâmetros de eletrodo de multi-almofadas posicionados circularmente independentes. O eletrodo de multi-almofada funciona de forma semelhante e a informação é codificada de forma semelhante na pessoa, que em vez de usar uma mão artificial, está usando uma luva sensora em uma mão com pouca sensibilidade.

[0079] Antes do uso rotineiro do sistema da invenção, o usuário (por exemplo, o amputado) precisa ser submetido a um curto treinamento, para aprender a correlação entre o que é detectado (por exemplo, pelos sensores na parte do corpo da prótese) e a sensação real produzida na pele pelo eletrodo de multi-almofada. Uma vez que este treinamento é cumprido, a pessoa está pronta para usar de forma autônoma o sistema inventivo.

[0080] Como aparente a partir do conteúdo desta descrição, o sistema e método propostos podem melhorar diretamente o funcionamento da prótese artificial, como as mãos, uma vez que permite ao usuário sentir isso como parte do corpo. Deste modo, o amputado é capaz de usar efetivamente a mão artificial e ter uma melhor qualidade de vida. Este dispositivo de retroinformação eletrotátil pode ser usado para melhorar o desempenho das próteses mioelétricas existentes comercialmente disponíveis e para aumentar o nível de aceitação pelo aumento direto da relação de custo- benefício. A taxa média de rejeição das próteses mioelétricas hoje é de mais de 25%, ambas, em jovens e adultos, o que é principalmente associado à falta de necessidade funcional, desconforto (excesso de peso e calor) e impedimento para a retroinformação sensorial. Por exemplo, os amputados geralmente escolhem uma prótese acionada por cabo (funcionalmente limitada) convencional ao invés de controlar sem esforço, mãos mioelétricas mais sofisticadas, simplesmente porque a primeira fornece uma retroinformação restrita através dos cabos (assim chamada propriocepção fisiológica estendida).

[0081] Com base na habilidade conhecida do córtex para se auto adaptar (aprender), o usuário desenvolverá uma nova modalidade de exterocepção e propriocepção. As almofadas que se tornam ativas seguirão os sinais provenientes dos sensores incorporados na mão artificial (toque, força, vibração, temperatura, umidade, codificadores de junta, etc.), outros sistemas sensoriais (por exemplo, luva de dados sobre a mão) ou diretamente a partir das medições de EMG que são usadas para controlar a mão artificial mioelétrica.

[0082] Por outro lado, a invenção não está, obviamente, limitada à(s) modalidade(s) específica(s) aqui descrita(s), mas também abrange quaisquer variações que possam ser consideradas por qualquer pessoa versada na técnica (por exemplo, quanto à escolha dos materiais, dimensões, componentes, configuração, etc.), dentro do escopo geral da invenção como definido nas reivindicações.

Claims (15)

1. SISTEMA PARA TRANSFERIR INFORMAÇÃO PROPRIOCEPTIVA E/OU SENSORIAIS DE UMA PRÓTESE (37, 471) OU DE UM SISTEMA SENSORIAL (472) para uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, à pele de um usuário que usa essa prótese ou sistema sensorial, sendo que o sistema compreende: - uma prótese (37, 471) configurada para ser posicionada no toco (38) de uma parte do corpo ou um sistema sensorial (472) configurado para ser disposto na extremidade do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade; - um dispositivo (10, 30, 40) para fornecer retroalimentação eletrotátil na forma de um padrão de estimulação definido a partir de pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441) fornecido pela dita prótese (37, 471) ou pelo dito sistema sensorial (472), sendo o dito pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441) um sinal sensorial da dita prótese (37, 471) ou de dito sistema sensorial (472) ou um sinal de controle da dita prótese (37, 471); e - pelo menos um eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) configurado para ser posicionado sobre uma parte do corpo do dito usuário, o dito eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) compreendendo uma pluralidade de almofadas configuradas para serem seletivamente e discretamente ativadas/desativadas, de acordo com o dito padrão de estimulação, caracterizado por o dito padrão de estimulação ser definido pelo menos pelos seguintes parâmetros de estimulação: localização dos estímulos e frequência da estimulação; em que o dito dispositivo (10, 30, 40) compreende ainda: - meios (15) para processar o dito pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441), codificando assim o dito pelo menos um sinal de entrada em um de uma pluralidade de padrões de estimulação compreendidos em um esquema de mapeamento predefinido, representando uma pluralidade correspondente de parâmetros operacionais da dita prótese artificial (37, 471) ou sistema sensorial (472); - meios de estimulação (11) para produzir uma pluralidade de pulsos elétricos com base no dito padrão de estimulação selecionado; e - meios (12) para conduzir os ditos pulsos elétricos dos ditos meios de estimulação (11) para o dito pelo menos um eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63), dessa forma ativando/desativando seletivamente as almofadas discretas do dito eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) e alterando os parâmetros de configuração das ditas almofadas discretas com base no dito padrão de estimulação, permitindo assim a estimulação cutânea distribuída no tempo e espaço correspondente ao dito pelo menos um sinal de entrada fornecido pela dita prótese (37, 471) ou pelo dito sistema sensorial (472).

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito dispositivo (10, 30, 40) compreender adicionalmente meios de aquisição de dados (142) configurados para capturar um sinal de controle a ser fornecido para os ditos meios de processamento (15) a serem tratados como sinal de entrada.

3. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo dito pelo menos um eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) ser projetado para circundar circularmente o toco ou parte do corpo do usuário, em que a pluralidade de eletrodos compreendem o dito pelo menos um eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) disposto em matriz única ao longo do eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63).

4. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo dito pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441) compreender pelo menos uma das informações sensoriais e/ou um sinal de controle para a abertura, flexão, rotação e/ou força de aperto de uma prótese (37, 471) ou de um sistema sensorial (472) disposto em uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade.

5. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo elemento que fornece pelo menos um sinal de entrada ser uma prótese e tanto o dispositivo (10, 30, 40) para fornecer retroinformação eletrotátil quanto pelo menos um eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) serem incorporados em um soquete (36) configurado para ser posicionado no toco (38) da parte do corpo na qual a prótese (37) está configurada para ser posicionada, ou pelo menos o dito eletrodo de multi-almofada (43) ser incorporado em uma peça de vestuário (46) configurada para ser posicionada em uma parte do corpo de um usuário que tem a dita prótese (471).

6. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo elemento que fornece pelo menos um sinal de entrada ser um sistema sensorial (472) para uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade e pelo menos o dito eletrodo de multi-almofada (43) ser incorporado em um vestuário (46) configurado para ser posicionado na extremidade do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade em que o sistema sensorial (472) é posicionado.

7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela dita prótese ser uma mão artificial.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela dita parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade ser uma mão.

9. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo dito padrão de estimulação ser adicionalmente definido por um ou ambos os seguintes parâmetros de estimulação: largura do pulso de estimulação e amplitude do pulso de estimulação.

10. MÉTODO PARA TRANSFERIR INFORMAÇÃO PROPRIOCEPTIVA de uma prótese (37, 471) ou de um sistema sensorial (472) para uma parte do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, à pele de um usuário que usa essa prótese ou sistema sensorial, sendo o dito método para transferir informação proprioceptiva implementado no sistema definido na reivindicação 1, e caracterizado por compreender as etapas de: fornecer pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441) por uma prótese (37, 471) configurada para ser posicionada em um toco (38) de uma parte do corpo ou por um sistema sensorial (472) configurado para ser posicionado na extremidade do corpo com pouca ou nenhuma sensibilidade, o dito pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441) sendo um sinal sensorial da dita prótese (37, 471) ou do dito sistema sensorial (472) ou um sinal de controle da dita prótese (37, 471); fornecer retroalimentação eletrotátil na forma de um padrão de estimulação definido a partir de pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441) fornecida pela dita prótese (37, 471) ou pelo dito sistema sensorial (472), o dito padrão de estimulação sendo definido pelos seguintes parâmetros de estimulação: localização de estímulos e frequência da estimulação; e seletivamente e discretamente ativar/desativar uma pluralidade de almofadas de pelo menos um eletrodo de multi- almofada (13, 33, 43, 53, 63) posicionado sobre uma parte do corpo do dito usuário, a dita ativação/desativação sendo feita de acordo com o dito padrão de estimulação; em que a etapa de fornecer retroalimentação eletrotátil na forma de um padrão de estimulação definido a partir de pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441) compreende: processar (15) o dito pelo menos um sinal de entrada (14, 141, 142, 341, 441), fornecida pela dita prótese (37, 471) ou pelo dito sistema sensorial (472), codificando assim o dito pelo menos um sinal de entrada em uma de uma pluralidade de padrões de estimulação compreendidos em um esquema de mapeamento predefinido representando uma pluralidade correspondente dos parâmetros operacionais da dita prótese (37, 471) ou sistema sensorial (472); produzir (11) uma pluralidade de pulsos elétricos com base no padrão de estimulação selecionado compreendido em um esquema de mapeamento predefinido; conduzir (12) os ditos pulsos elétricos para o dito pelo menos um eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63), dessa forma ativando/desativando seletivamente as almofadas discretas dos ditos eletrodo de multi-almofada (13, 33, 43, 53, 63) e alterando os parâmetros de configuração das ditas almofadas discretas com base no dito padrão de estimulação compreendido em um esquema de mapeamento predefinido, permitindo assim a estimulação cutânea distribuída no tempo e espaço correspondente ao dito pelo menos um sinal de entrada.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela parte do corpo ou extremidade ser uma mão, em que a abertura de uma mão artificial (37, 471) ou de um sistema sensorial (472) disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade ser codificada da seguinte forma: em uma posição inicial (mão aberta) as almofadas ativadas são as duas dispostas na parte dorsal mais distante do braço e quando a mão começa a fechar estas almofadas são desativadas enquanto as almofadas adjacentes são ativadas, continuando este processo até a mão ser fechada e as almofadas dispostas na parte volar central do braço serem ativadas; ou vice-versa, o que significa que as primeiras almofadas a serem ativadas são as duas dispostas na parte voltar do braço.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela parte do corpo ou extremidade ser uma mão, em que a força de aperto aplicada por uma mão artificial (37, 471) ou medida por um sistema sensorial (472) disposta em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade ser codificada alterando a frequência de estimulação na uma ou mais almofadas ativas em resposta às alterações na força medida.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela parte do corpo ou extremidade ser uma mão, em que rotação de uma mão artificial (37, 471) ou de um sistema sensorial (472) disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade ser codificada em uma evolução rotacional das almofadas ativas no eletrodo de multi-almofada, a primeira almofada sendo ativada correspondendo à posição original da mão artificial do sistema de detecção no instante do início da rotação, enquanto que durante a rotação da mão artificial ou sistema de detecção, a almofada já ativa é desativada enquanto a almofada seguinte na direção da rotação é ativada, e assim por diante, até que a almofada correspondente ao fim da rotação seja ativada.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela parte do corpo ou extremidade ser uma mão, em que a flexão/extensão de uma mão artificial (37, 471) ou de um sistema sensorial (472) disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade ser codificada na ativação de pelo menos uma almofada adicional sobre o elemento de multi-almofada na sequência de tempo pré-programada.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pela parte do corpo ou extremidade ser uma mão, sendo capaz de permitir que um usuário detecte simultaneamente pelo menos duas das seguintes entradas: - a abertura/aperto de uma mão artificial (37, 471) ou de um sistema sensorial (472) disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade; - a força de aperto aplicada por uma mão artificial (37, 471) ou medida por um sistema sensorial (472) disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade; e - a rotação de uma mão artificial (37, 471) ou de um sistema sensorial (472) disposto em uma mão com pouca ou nenhuma sensibilidade.

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