BRPI0822752B1

BRPI0822752B1 - Dispositivo portátil para a reabilitação do membro superior

Info

Publication number: BRPI0822752B1
Application number: BRPI0822752-7A
Authority: BR
Inventors: Ettore Cavallaro; Thierry Keller
Original assignee: Fundacion Fatronik
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2019-03-19
Also published as: JP2011520579A; US8795207B2; BRPI0822752B8; JP5140760B2; EP2298266B1; CA2725270C; CN102088945B; CN102088945A; AU2008356483A1; BRPI0822752A2; AU2008356483B2; US20110295165A1; KR101504793B1; KR20110034596A; EP2298266A1; WO2009141460A1; ES2431056T3; CA2725270A1

Abstract

dispositivo portátil para a reabilitação do membro superior o dispositivo portátil (1 o) para reabilitar um usuário deficiente com dificuldades para executar funções de extensão e de elevação simultâneas, compreende um suporte (12) para o braço o qual se pode fixar o antebraço do usuário e meios (16) para permitir o movimento do suporte para o braço sobre uma superfície. além disso, compreende meios (18) para monitorar o movimento do suporte para o braço e meios (13) para detectar uma força exercida pelo braço do usuário em uma direção ortogonal a superfície. o dispositivo permite ao usuário realizar movimentos de extensão em uma área ampla de trabalho tendo o antebraço suportado e fixado. o fato de que o antebraço está suportado e fixado ao dispositivo permite um melhor controle dos movimentos de treinamento do ombro, evitando trajetórias descontroladas ao nível do cotovelo, que são possíveis no caso onde apenas o punho está fixado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “DISPOSITIVO PORTÁTIL PARA A REABILITAÇÃO DO MEMBRO SUPERIOR”

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere a um dispositivo portátil para a reabilitação de um usuário afetado por uma deficiência, com dificuldades para executar funções de extensão e elevação simultâneas. O dispositivo é particularmente adequado para uso em programas de fisioterapia e/ou reabilitação para o tratamento dé lesões músculo-esqueléticas ou neurovasculares ou distúrbios do membro superior.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Centenas de milhares de pessoas se vêem incapacitadas a cada ano devido ao comprometimento motor do membro superior. O comprometimento pode ser devido a doenças neurológicas como acidente vascular cerebral (ver, por exemplo, as estatísticas atualizadas para 2007, de ataques e doenças do coração da American Heart Association e da American Stroke Association), ou pode ser devido a lesões musculoesqueléticas. Em ambos os casos, a doença pode resultar em diminuição da amplitude de movimento, fraqueza muscular, perda de velocidade e/ou coordenação reduzida do membro afetado.

Sabe-se que a fisioterapia é eficaz na redução do grau de ipcapacidade (Nancy Byl et. al., Neurorehabilitation and Neural Repair, Vol. 17, No. 3, 176-191 (2003); Darlene Hertling, publicado por Lippincott Williams e Wilkins, 2005). A pesquisa publicada recentemente (Liesbet De Wit, et. al., Stroke 2007;38;2101) confirma que os melhores resultados são obtidos na reabilitação nos centros de saúde onde a maioria dos pacientes recebem mais tratamento ao dia por longos períodos. Atualmente, a fisioterapia só é administrada apenas em hospitais e centros de saúde especializados. Um fisioterapeuta faz com que o paciente realize uma série de exercícios repetidos durante as sessões de treinamento, que geralmente têm um número e duração limitados, por causa da disponibilidade de terapeutas e do custo. Além disso, normalmente é difícil avaliar o grau de comprometimento no início e quantificar os benefícios do tratamento devido à falta de técnicas de mensuração objetiva

Dispositivos robóticos têm o potencial de melhorar esta situação. Um robô inteligente acoplados mecanicamente com o braço do paciente pode ser usado para ajudar o paciente a realizar os exercícios durante o período de reabilitação, aumentando assim o tempo investido no treinamento de reabilitação. Além disso, os sensores do robô podem ser usados para avaliar o grau de comprometimento no início do ciclo do tratamento e monitorar o progresso.

Na verdade, temos desenvolvido uma série de dispositivos robóticos, nos últimos anos, tanto para fins acadêmicos quanto comerciais. Por exemplo, na Universidade de

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Washington, Seattle, EUA, se desenvolveu um exoesqueleto de membro superior acionado com 7 graus de liberdade como um dispositivo para a reabilitação/assistência para o tratamento de distúrbios que envolvem a perda de força nos membros superiores. Pesquisadores da Scuola Superiore SantAnna, Pisa, Itália, desenvolveram o sistema 5 MEMOS, um robô cartesiano com dois graus de liberdade, de baixo custo, para a recuperação motora dos membros superiores após acidente vascular cerebral. O sistema ACT 3D foi desenvolvido na Universidade do Noroeste, EUA, para criar um mundo virtual para o treinamento do movimento do braço durante as funções de agarrar e soltar.

A pesquisa em ambientes acadêmicos também gerou uma pequena quantidade de 10 dispositivos comerciais. Por exemplo, o MIT-Manus, desenvolvido no âmbito da pesquisa acadêmica no MIT, em Boston, EUA e, posteriormente, patenteado (U.S. Patent No. 5.466.213 (1995)) agora é comercializado por Interactive Motion Technology, nos EUA, como os dispositivos InMotion 1,2,3 para uso na reabilitação do ombro, cotovelo e punho.

Da mesma forma, há uma série de patentes apresentadas neste campo. Por 15 exemplo, Erlandson (U.S. Patent No. 4.936.299 (1990)) descreve um aparelho e um método de reabilitação que se aproveita de um braço robótico controlado por uma CPU.

Baker (CA Patent No. 2 244 358 (2000)) descreve um dispositivo terapêutico para a rotação do pulso para a reabilitação do pulso. Reinkensmeyer, et al. (U.S. Patent No. 6.613.000 (2003)) descreve um sistema baseado em computador que fornece um 20 tratamento para o movimento do braço para pacientes com distúrbios sensoriais que pode funcionar através da web e oferece programas personalizados de exercícios terapêuticos. Diaz et al. (U.S. Patent No. 2005/0273022 A1 (2005)) descreve um dispositivo médico portátil para a reabilitação articular mediante um movimento passiva contínuo. Dewald et al. (U.S. Patent No. 2007/0066918 A1 (2007)) descrevem um sistema para a reabilitação de 25 disfunção na coordenação dos membros induzida pela força da gravidade depois de um acidente vascular cerebral ou outros distúrbios neurológicos.

Os resultados dos ensaios clínicos e estudos realizados por robôs, tal como o MITManus, indicam que o tratamento com robô é seguro, bem aceito pelos pacientes e útil (veja por exemplo, Krebs et al. Technol. Cuidados de Saúde 7, 6 (Dezembro de 1999), 419-423.).

No entanto, a geração atual de robôs para a reabilitação ainda tem algumas questões pendentes que impedem a sua utilização em grande escala. Entre elas está um custo significativo. O dispositivo robótico deve ser barato o suficiente para ser adotado em larga escala pelos centros de saúde. A simplicidade de uso também é uma questão no caso dos pacientes terem que usar o dispositivo robótico em casa. A característica do “uso em 35 casa” exige também a portabilidade do dispositivo.

Na verdade, os dispositivos e/ou patentes descritos anteriormente podem ser amplamente classificados em duas categorias: (1) dispositivos caros e não portáteis que

3/13 podem ser usados para implementar uma série de diferentes programas de reabilitação por causa de sua complexa estrutura; (2) aparelhos mais simples mais especializados, que podem ser usados para um número limitado de programas de reabilitação.

Várias patentes têm sido publicadas para tais dispositivos especializados. Por exemplo, a patente U.S. No. 2007/0021692 descreve um sistema para realizar movimentos induzidos dos membros. As trajetórias da mão ou do pé são registradas por sensores de posição e pode-se registrar a pressão exercida pelo membro.

A patente WO No. 99/61110 descreve um sistema para o treinamento de movimentos de extensão rápidos (movimentos de antecipação). O sistema inclui medição da posição (braço, mão, articulações), medição com EMG e feedback para o usuário.

A patente U.S. No. 7.311.643 descreve uma placa portátil de exercícios para os ombros e membros superiores. Fornece meios para mover uma alça em um plano com um coeficiente de atrito ligeiramente variável.

A patente japonesa No. 2007185325 descreve um sistema para realizar exercícios de extensão sobre uma mesa. O sistema é portátil e proporciona medição da posição e da força exercida pelo usuário em um suporte. A posição do suporte não proporciona informação sobre a configuração do braço.

A patente japonesa No. 2002272795 descreve um dispositivo para a reabilitação do membro superior, que inclui a medição da posição e da força exeroida pelo usuário em um suporte (dispositivo de transporte) e meios de feedback. O sistema exige um quadro de instrumentos com guias em que se pode mover o dispositivo de transporte.

A patente japonesa No. 2004008605 descreve um dispositivo de treinamento para a reabilitação de membros. Fornece um meio para medir a força exercida por um membro em um dispositivo fixo junto com meios para fornecer feedback para o usuário, tal como vídeo, som, vibração

É um objetivo da presente invenção fornecer um dispositivo simples e econômico que permita ao usuário realizar movimentos de extensão em uma área ampla de trabalho. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Para este fim, segundo um aspecto da presente invenção, se fornece um dispositivo portátil segundo a reivindicação independente 1. Modalidades preferidas são definidas nas reivindicações dependentes 2 a 26.

O dispositivo portátil para a reabilitação de um usuário afetado por uma deficiência com dificuldades para executar funções de extensão e de elevação simultâneas segundo a presente invenção compreende um suporte para o braço ao qual pode ser anexado ao antebraço do usuário e meios para permitir a movimentação do suporte para o braço sobre uma superfície. Além disso, compreende meios para monitorar o movimento de suporte para o braço, ou seja, a posição/velocidade/aceleração e orientação do mesmo. Finalmente

4/13 compreende meios para detectar uma força exercida pelo braço do usuário sobre o suporte para o braço em uma direção ortogonal à superfície.

No dispositivo, de acordo com a presente invenção, são introduzidas no projeto uma simplificação e redução de custos. O dispositivo proposto é na verdade um robô móvel em vez de se um dispositivo fixo, um dispositivo baseado em um quadro ou um dispositivo que se move sobre um trilho ou guia. Isso vai permitir a portabilidade. Além disso, aborda as necessidades de técnicas especiais de reabilitação com a modularidade.

O dispositivo de acordo com a presente invenção, ao contrário dos equipamentos descritos anteriormente da arte anterior, permite ao usuário realizar movimentos de extensão, em uma ampla área de trabalho, tendo o antebraço apoiado e protegido. O fato de que o antebraço é suportado e anexado ao dispositivo permite um melhor controle dos movimentos de treinamento do ombro, evitando trajetórias descontroladas ao nível do cotovelo que são possíveis no caso de pegar somente um suporte. Ao mesmo tempo, detectar a rotação e a posição do dispositivo, pelo fato de que o antebraço está ligado ao dispositivo, o que garante uma melhor avaliação quantitativa da posição tridimensional do braço.

O dispositivo é projetado para treinar o cotovelo e o ombro, mas também pode ser usado para treinar o pulso e a pressão adicionando módulos específicos. O número, intensidade, duração e tipo de seção de treinamento podem ser controlados por um software *

executado na unidade central de processamento do dispositivo. Os recursos de rede do dispositivo de acordo com uma modalidade preferida da invenção permitem o seu uso em ambientes de tele-reabilitação, no qual o usuário e o fisioterapeuta não estão no mesmo lugar, mas o fisioterapeuta pode monitorar e alterar os parâmetros do programa de reabilitação a qualquer momento que seja necessário.

No campo da reabilitação, um dos problemas resolvidos pelo dispositivo da presente invenção está relacionado com a avaliação e tratamento das disfunções do membro superior, devido às sinergias anormais entre abdução do ombro e flexão do cotovelo ativado pelo peso do próprio membro. Pacientes com AVC na fase crônica são um exemplo de pessoas com deficiência que apresentam gerações de padrões anormais de força motora. Quando um indivíduo com deficiência tentar fazer uma extensão para longe do corpo e tem que compensar totalmente a gravidade atuando sobre o membro, o movimento de extensão

Λ é ligada à flexão de cotovelo involuntáriamente. Isso impede que o indivíduo realize o movimento de extensão de uma forma natural. No entanto, esta demostrado que a capacidade de aprendizado motor ainda está presente em pacientes com AVC crônico, que poderia permitir a recuperação em um padrão mais funcional da ativação do ombro e cotovelo. (Ellis et al. Muscle Nerve. Agosto de 2005, 32 (2): 170-8).

Através da presente invenção um indivíduo pode realizar movimentos de extensão

5/13 tendo o braço suportado e medindo-se o grau de força de elevação que pode exercer, preferencialmente por um sensor de força. Em uma modalidade preferencial também é proporcionado ao indivíduo um feedback sobre a posição e orientação do antebraço, e da força de elevação exercida. Ele/ela podem dedicar-se então a movimentos de extensão e elevação para executar determinadas funções representadas em um ambiente virtual que pode ser utilizada para treinar a sua recuperação funcional das sinergias corretas do cotovelo/ombro. Por exemplo, podem usar a posição e a força de elevação para controlar dois graus de liberdade em um ambiente um em modo de jogo mostrado em uma tela de LCD. Portanto, a invenção pode ser usada para fornecer uma avaliação quantitativa da condição do indivíduo no início do treinamento de reabilitação e para proporcionar um treinamento de forma eficaz. Além disso, este resultado se alcança evitando o uso de robôs articulados ou óteses suspensas por cabos.

A invenção fornece um dispositivo e procedimentos de treinamento e medição para treinar e/ou autotreinar e assistir a indivíduos que possuem transtornos neurológicos ou musculoesqueléticos que resultam em perda parcial da capacidade de mover os membros superiores. O dispositivo é preferencialmente modular permitindo atingir um grau diferente de funcionalidade/complexidade do sistema.

Em um de suas modallidades, o dispositivo é um robô móvel de peso leve e tamano reduzido, que é operado em uma mesa (ou qualquer outra superfície adequada). O robô é equipado com uma plataforma base com rodas convencionais ôu rodas esféricas. Um suporte para o braço é montado sobre a plataforma base sobre a qual o usuário pode manter seu antebraço. O suporte para o braço é conectado a base do robô de modo que sua altura em relação à base pode ser selecionada dentro de um intervalo de valores prédeterminados. Além disso, é equipado com sensores de torque/força de modo que ao menos as forças exercidas pelo usuário ao longo do eixo vertical pode ser medido. A base móvel é equipada com sensores, tais como sensores de rastreamento ótico que permitem o monitoramento da posição/velocidade/aceleração do robô e, portanto, também do seu suporte de braço. O dispositivo compreende meios fixação para segurar o antebraço no suporte de braço, em que os meios de fixação são selecionados do grupo: tiras de velcro, pulseiras pneumáticos e pulseiras impressas em 3D adaptadas para o formato do antebraço de um único usuário. Ele fornece uma interface de feedback, geralmente uma tela de vídeo (embora possa usar vídeo, áudio, tato ou uma combinação dos mesmos) de modo que o usuário pode monitorar sua própria atividade. O dispositivo forma parte de um sistema dotado de uma unidade de processamento, uma unidade de armazenamento e uma unidade de comunicação por cabo/sem fios.

O robô foi projetado para que ele possa ser utilizado por pacientes. Pode ser fornecido um sistema auxiliar que se comunique com o robô remotamente através de um

6/13 protocolo de rede. Este sistema auxiliar é projetado para uso por pessoal médico e fornece um meio de armazenamento e processamento de dados, juntamente com o software adequado para analisar e interpretar os dados recolhidos e enviados pelo robô durante as sessões de reabilitação.

A fim de estabelecer o grau inicial de alteração e monitorar a melhora do paciente com o tratamento, pode-se implementar um procedimento de medição. O procedimento é baseado na medição e registro do movimento de base móvel do robô e dos torques/forças aplicadas pelo usuário no suporte de braço.

O procedimento de treinamento de reabilitação se aproveita de um software interativo que instrui o paciente sobre a função que têm que seguir utilizando o robô móvel. O paciente recebe feedback contínuo sobre o seu desempenho em uma espécie de jogo interativo.

O tipo de exercício a ser realizado pode ser decidido à distância pela equipe do centro de saúde e/ou adaptar-se constantemente ao desempenho do usuário.

Todo o sistema pode ser modular, de modo que a modalidade anteriormente descrita pode estar integrada por módulos de aplicação para ampliar sua funcionalidade.

Em uma modalidade, atuadores podem ser adicionados à base móvel com a finalidade de introduzir um deslocamento assistido (o usuário inicia o movimento e o sistema ajuda o usuário a completar) ou ativo (o sistema move o braço do usuário, de forma segura, através de trajetórias pré-determinadas) do robô móvel na superfície da mesa, de modo que

J» os campos de força podem ser simulados.

Em outra modalidade, a unidade móvel não tem rodas, mas uma base que pode ser arrastada sobre uma almofada. O atrito entre a almofada e a base do robô móvel pode ser alterado, selecionando o material de que são feitas. Por exemplo, o teflon em teflon tem um coeficiente de fricção estática de 0,04.

Em outra modalidade, pode-se incluir o treinamento de supinação do punho ou de inclinação radiocubital por um dispositivo de suporte de braço adequadamente desenvolvido. O treinamento da pressão pode ser adicionado da mesma maneira.

Em outra modalidade, pode-se acrescentar a estimulação elétrica funcional (FES) a capacidade do sistema com a finalidade de melhorar o tratamento.

Em outra modalidade, pode-se acrescentar o monitoramento com EMG dos músculos do membro superior, com a finalidade de fornecer mais dados para profissionais de saúde sobre as ativações do músculo para poder ajustar o tratamento em conformidade.

Em outra modalidade, pode-se introduzir o monitoramento com EEG para fornecer aos profissionais de saúde informação sobre os padrões de ativação cerebral durante a reabilitação.

Em outra modalidade, pode-se introduzir um atuador linear à interface entre o

7/13 suporte de braço e o dispositivo móvel ao longo do eixo vertical.

Em outra modalidade, um sistema de medição da posição articular pode ser integrado no dispositivo para monitorar diretamente as articulações do ombro, cotovelo e pulso do paciente.

Em outra modalidade, um sistema de medição da posição em 3D (como, por exemplo, o Fastrak Polhemus ou Patriot e similares) podem ser integrados no dispositivo para monitorar diretamente as articulações do ombro, cotovelo e pulso do paciente.

Em outra modalidade, as rodas esféricas são equipadas com freios controlados eletricamente, de modo que se pode controlar o esforço necessário para mover o robô móvel.

Em outra modalidade, há um conjunto de câmeras CMOS ou CCD que podem ser utilizadas para monitorar com vídeo os movimentos de treinamento de maneira qualitativa e/ou quantitativa (trajetórias e/ou posições angulares do membro).

Em outra modalidade, o dispositivo móvel é usado sobre uma almofada. A almofada pode conter áreas com diferentes alturas. A posição vertical do dispositivo segue a posição do dispositivo no plano, juntamente com um mapa do software 3D da almofada.

Estes e outros aspectos da invenção se farão evidentes a partir de e se esclareceram com referência as modalidades descritas a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A invenção será melhor compreendida e seus vários objetos e vantagens serão mais evidentes para aqueles hábeis na arte, fazendo referência aos desenhos seguintes, juntamente com a descrição seguinte, em que:

A Figura 1 mostra uma vista esquemática superior do dispositivo portátil de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 2 mostra uma vista esquemática lateral longitudinal do dispositivo representado na figura 1.

A Figura 3 mostra uma vista esquemática inferior do dispositivo representado na figura 1.

A Figura 4 mostra uma vista esquemática lateral transversal do dispositivo representado na figura 1.

A Figura 5 mostra uma vista tridimensional simplificada do dispositivo representado na figura 1.

A Figura 6 mostra um diagrama de blocos de um sistema de reabilitação, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 7 mostra uma visão esquemática de um possível uso para o dispositivo descrito na Figura 1.

A Figura 8 mostra um diagrama de blocos do conceito de reabilitação

8/13 simultaneamente.

Figura 9 mostra o cálculo da posição e orientação do dispositivo portátil.

Em todas as figuras, números de referência similares se referem à elementos similares.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Agora, com referência às Figuras 1 a 5, se descreve uma modalidade exemplar do dispositivo portátil 10 de acordo com a presente invenção. O dispositivo portátil, que também se faz referência na presente descrição como uma unidade móvel ou um robô móvel consiste de uma base 14 do dispositivo, ao qual também se faz referência na presente

Λ descrição como uma plataforma móvel com três rodas esféricas 16, dispostas nos vértices de um triângulo eqüilátero, que permite um deslocamento do dispositivo portátil. Como rodas esféricas passivas podem ser utilizadas Alwayse ou Omnitrack ou dispositivos comerciais de transferência de bola similares. Um suporte 12 para o braço, ao qual se pode fixar o antebraço do usuário, está conectado à plataforma móvel. Um dispositivo de rastreamento óptico esta inserido na plataforma móvel 14 de modo que possam calcular a posição e orientação do dispositivo quando em movimento.

O dispositivo de rastreamento óptico é composto de dois sensores de mouse óptico 18. Um dos dois sensores está localizado no centro da plataforma móvel; o outro está localizado em uma distância L do centro e da direção do eixo longitudinal do suporte de braço. A leitura dos dois sensores fornece uma medida da posição relativa. O sistema é calibrado no início do uso, colocando-o em uma orientação e posição pré-definidas.

Agora, com referência a Figura 9, onde P ξ (Xp, Yp) é a posição do sensor óptico central e Q = (Xq, Yq) é a posição do outro sensor com relação ao sistema de referência ortogonal centrado na posição inicial de P (Po), o eixo X de P a Q e o eixo Y e orientado de modo que o eixo Z seja direcionado para cima desde a superfície da mesa, então a posição do dispositivo em cada momento é (Xp, Yp) e a orientação do dispositivo (o ângulo do eixo longitudinal do suporte de braço no que diz respeito à sua posição inicial) pode ser calculada através de fórmulas trigonométricas simples. Por exemplo, (Xq, Xp)> 0 e (Yp-Yq) > 0, β = atan((Yp-Yq) / (Xq-Xp)). A extensão desta fórmula ou outras fórmulas equivalentes para cobrir todo o espaço de orientação é evidente para aqueles hábeis na arte.

O dispositivo portátil mostrado nas Figuras 1-5 pode ser usado vantajosamente em um sistema mostrado na Figura 6, que é composto por três unidades principais: o dispositivo portátil 10 usado para suportar passivamente ou ativamente um membro contra a força da gravidade, enquanto permite um movimento num plano ilimitado, uma unidade 30 de cálculo e feedback e uma unidade 60 de visualização e controle remoto. Além disso, uma almofada (com uma superfície de polímero texturizado ou uma superfície de poliéster ou similar) pode ser usado para fornecer uma superfície adequada para o movimento do dispositivo portátil

9/13

10. A almofada pode incluir algumas barreiras ou trajetos ou estruturas tridimensionais desenhadas especificamente na qual podem mover o dispositivo móvel.

A plataforma móvel 14 possui uma unidade de processamento 26 (tal como um módulo Gumstix ™ ou similar), que tem uma expansão de entrada analógica, uma expansão de entrada/saída digital e uma expansão de comunicação através de fios/sem cabos. A expansão de entrada analógica aceita sinais dos sensores de torque/força 13 que medem a força exercida sobre o suporte para o braço 12, desde os sensores ópticos (18) ou ambos.

Em uma modalidade do dispositivo, o suporte de braço 12 está equipado por um sensor de força de 3 graus de liberdade que monitora as forças sobre o eixo vertical e sobre os dois eixos que identificam o plano paralelo à superfície horizontal. O sensor de força pode ser implementado usando extensômetros ou técnicas similares, tal como se realiza nos produtos comerciais (sensores de torque/força ATI ou similar). O suporte de braço também pode ser equipado com um dispositivo de amortecimento que permite um movimento limitado e que pode ser selecionados a partir do suporte de braço sobre o eixo vertical, quando se aplica uma força sobre esse eixo. O suporte de braço também é fornecido com tiras de velcro ou outros meios similares 20 para fixar o braço do paciente ao dispositivo móvel.

O dispositivo portátil pode compreender atuadores 22 para proporcionar um movimento assistido ou ativo de base móvel e atuadores 24 para controlar a altura do suporte para o braço com relação à base do aparelho e/ou flexibilidade frente as forças verticais.

A unidade de cálculo e feedback 30 compreende uma unidade de processamento 32, uma unidade de transceptor 34 para transmitir dados e receber dados a partir da unidade de processamento inserida 26, uma unidade de armazenamento 36 e uma interface de feedback 40 para fornecer o feedback para um usuário 50.

A unidade de cálculo e feedback 30 fornece o feedback visual e/ou acústico e/ou tátil, que permite ao paciente agir em um ambiente virtual com o braço afetado suportado pelo dispositivo portátil 10. Em uma modalidade, a unidade de cálculo e feedback compreende uma tela (LCD ou outra tela comercial) e alto-falantes, que se comunicam com um PC comercial. O PC pode adquirir dados transmitidos através de uma ligação sem fios dos sensores localizados no dispositivo portátil 10 ou de um sensor situado no ambiente ou no corpo do usuário, ou ambos. A transmissão sem fio pode ser realizada usando o protocolo 802.11 ou similares (por exemplo, WUSB, etc). Uma forma de software do jogo é executada em um PC e o usuário joga com a finalidade de desempenhar as fupções de reabilitação. O software também realiza uma coleta de dados brutos e cálculo de estatísticas de desempenho do usuário e coleta por meio de rotinas escritas propositadamente. Além disso, o software tem a capacidade de enviar dados para um servidor presente no centro médico

10/13 através de uma conexão com a Internet convencional. O software também pode receber novos conjuntos de parâmetros para ajustar as funções de reabilitação, de acordo com as decisões da equipe médica no centro médico.

A unidade de visualização e controle remoto 60 compreende um PC convencional, com meios de transmissão e recepção de informação 62 de e para a unidade de cálculo e feedback 30, tal como uma ligação à Internet. Este PC é usado pela equipe médica 80 para acompanhar e controlar os procedimentos de reabilitação realizados pelos pacientes em suas casas. O software que roda no PC recolhe informações de todos os clientes através de uma conexão criptografada para proteger a privacidade do paciente. As informações são armazenadas em memórias permanentes, tais como, mas não limitado a discos rígidos. Também podem compreender um sistema UPS e um sistema de cópia de segurança dos dados. O software pode ser utilizado para monitorar em tempo real (bloco 64) um paciente. O software pode exibir informações através de várias IGU 70 e pode calcular e exibir dados estatísticos e outras informações úteis para a equipe médica para acompanhar o treinamento de reabilitação (bloco 66). A equipe médica também pode usar o software para ajustar os parâmetros dos dispositivos portáteis (bloco 68).

Agora se inclui uma série de exemplos de casos de uso do sistema descrito acima neste documento, como meio de esclarecer algumas possíveis utilizações da presente invenção. Esses casos de uso não representam limitações da invenção.

Em um cenário típico que o sistema pode ser usado para administrar um tratamento para reduzir a falta de coordenação induzida pela força da gravidade, em pacientes com lesões cerebrais unilaterais. Na verdade, sabemos que as funções de treinamento * especificamente projetadas podem ajudar os pacientes com AVC crônico a reduzir significativamente a geração de padrões anormais de torque e, portanto, melhorar a área de extensão e a velocidade do movimento (Ellis et al . Muscle Nerve. Agosto de 2005, 32 (2): 170-8).

Segundo este cenário, o paciente está inicialmente no centro de saúde, onde o seu estado pode ser avaliado pelo sistema proposto. A informação registrada é armazenada para servir como referência. Após a avaliação, a equipe médica escolhe um programa de tratamento e, portanto, configura o software do sistema. O paciente então pode ser ensinado como usá-lo corretamente. A equipe médica também decide se o paciente deve iniciar o tratamento no centro médico ou deve ser enviado para a casa para continuar o tratamento com o dispositivo portátil. Quando em casa (ou até mesmo no centro médico), o paciente pode realizar os exercícios sem a necessidade de uma assistência constante e seu

J» progresso pode ser monitorado remotamente pela equipe médica, que pode ajustar os exercícios de treinamento com base na melhoria do estado do paciente.

Conforme mostrado na Figura 7, enquanto usa o dispositivo, o usuário 50 está

11/13 sentado confortavelmente na frente da mesa 110, sobre a qual está localizado o dispositivo portátil 10. Pode-se usar uma almofada 120 específica dependendo da aplicação. Ele/ela fixa o antebraço 140 do braço afetado ao suporte de braço com correias de fita ou qualquer outro sistema de fixação compreendido pelo dispositivo. Você pode então ligar o sistema e realizar auto-testes e pode solicitar ao paciente para executar uma função simples para concluir uma fase de calibração. Após completar o auto-teste e calibração, o sistema vai começar a sessão de treino, a partir da posição inicial 130 do dispositivo portátil.

Em um cenário típico, a unidade de cálculo e feedback 30 compreende um monitor de vídeo (LCD ou outra) e alto-falantes são conectados à unidade de processamento 32 que recebe os dados do dispositivo portátil 10. O monitor de vídeo e o alto-falante apresentam

Λ ao usuário um jogo interativo que tem que jogar para realizar a função de treinamento. O dispositivo portátil 10 atua como o dispositivo de entrada para o jogo.

Além disso, o sistema pode ser conectado a um servidor 100 projetado especificamente para permitir que um tratamento em grupo. Assim, vários usuários podem realizar o treinamento, ao mesmo tempo, receber informações sobre as atividades dos outros e competir ou cooperar como parte do treinamento.

O grupo de tratamento poderia assumir a forma de um CRPG online (papel que joga o jogo de computador online) ou MMORPG online (papel massivo de múltiplos jogadores que joga o jogo de computador online). A Figura 8 mostra um diagrama de blocos de um conceito de reabilitação simultânea deste tipo. Os usuários UI 1...n afetados por uma deficiência utilizam a parte do sistema descrito na Figura 6 e chamado de 'centro médico ou doméstico’. Os usuários UN 1...n não afetados por uma deficiência usam dispositivos de entrada comerciais (joysticks, teclados, etc.). A equipe médica nos centros médicos 90 utiliza a parte do sistema descrito na Figura 6 e chamado de 'centro médico’.

Deste modo se põem a disposição diversas modalidades treinamento:

(1) O usuário pode se conectar a um “centro de reabilitação virtual” (talvez dentro de um mundo virtual baseado na web como o Second-Life ou outros) e seguir as instruções de um terapeuta junto com outros usuários;

(2) O usuário pode realizar a função de reabilitação como parte de um jogo de equipe com outros usuários que também estão em treinamento;

(3) O usuário pode jogar um jogo junto com pessoas não afetadas por uma deficiência, que utilizam os dispositivos de entrada convencionais para interagir no jogo. Todas estas modalidades têm a possibilidade de introduzir uma dimensão de lazer ou diversão na rotina de reabilitação que pode melhorar a aceitabilidade e o resultado do tratamento em si.

Em uma situação típica, o treinamento envolve a execução de um movimento de extensão combinada com uma elevação do braço (abdução do ombro). O usuário tem o

12/13 braço preso ao dispositivo portátil 10. O dispositivo pode se mover livremente sobre a superfície de uma mesa. O movimento de extensão faz com que o dispositivo se mova sobre a mesa, gravando os sensores de posição 18 a orientação e a posição relativas do dispositivo portátil 10 e assim do suporte de braço 12 e do antebraço fixado ao mesmo. Em um caso típico, o usuário nâo poderá realizar a abdução do ombro com a extensão correta sem ajuda, devido, por exemplo, as sinergias anormais desenvolvidas após um acidente vascular cerebral. Entretanto, o suporte de braço permite compensar estas sinergias uma vez que não estão obrigadas a levantar o peso do braço.

Nesse caso simples, o suporte de braço 12 tem uma posição fixa em relação à base móvel que permite o treinamento isométrico de abdução do ombro. A força exercida pelo antebraço sobre o suporte de braço é monitorado pelos sensores de força 13 inseridos na conexão entre o suporte de braço e a base móvel. Portanto, o usuário pode medir seus progressos na capacidade para levantar o braço enquanto realiza um movimento de extensão, porque poderá ver uma diminuição na força medida pelo sensor de força. No caso ideal, o usuário deveria ser capaz de suportar todo o peso de seu braço enquanto realiza a função de extensão.

Nos casos mais complexos, o deslocamento vertical do suporte de braço com relação à base pode ser controlado por um sistema de amortecimento ou pode ser ajudado mediante alguns atuadores, de modo que podem ser implementados padrões de reabilitação mais complexos.

De qualquer forma, a medição da força orientação e posição constituem entradas que podem ser usadas para interagir com o software de treinamento no modo de jogo. O software pode ser muito simples, como em jogos em 2D. Por exemplo, o usuário se move em um labirinto simples, usando a posição e orientação do antebraço, enquanto desempenha funções tentando levantar o braço (superar obstáculos, obter pontos de bonificação de suspensão, etc.) Em cenários mais complexos, o dispositivo pode ser usado para interagir em um jogo online para múltiplos usuários e/ou um mundo virtual baseado na internet, com outros usuários afetados por uma deficiência ou com usuários saudáveis. Desta forma, a dimensão social e recreativa adicionada ao treinamento de reabilitação poderia acelerar e/ou torná-lo mais eficaz.

Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e descrição acima, tais ilustrações e descrição devem ser considerados ilustrativos ou exemplificativos e não restritivos, a invenção não se limita as modalidades descritas.

Os técnicos no assunto podem entender e efetuar outras alterações com relação as modalidades descritas, pondo em prática a invenção reivindicada, a^artir de um estudo dos desenhos, da descrição e das reivindicações anexadas. Nas reivindicações, o termo compreende/n não exclui os outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido um ou

13/13 uma não exclui uma pluralidade. Um processador único ou outra unidade podem desempenhar as funções de vários elementos mencionados nas reivindicações. O simples fato de que certas medidas são mencionadas em reivindicações dependentes diferentes entre si não indica que não possa ser vantajosamente usada uma combinação destas 5 medidas. Um programa de computador pode ser armazenado/distribuído em um meio adequado, tal como um meio de armazenamento óptico, ou um meio de estado sólido fornecido em conjunto ou como parte de outro hardware, ainda que também podem ser distribuídos em outras formas, tais como através da Internet ou outros sistemas de telecomunicações sem fios ou por cabos. Nenhum número de referência nas reivindicações 10 deve ser interpretado como limitativo do escopo.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo portátil (10) para reabilitar um usuário deficiente tendo dificuldades de executar funções de extensão e elevação simultâneas compreendendo:

- um suporte de braço (12) para o antebraço do usuário;

- meios (16) para permitir o movimento do suporte de braço sobre uma superfície;

- meios (18) para monitorar o movimento do suporte de braço; e

- meios (13) para detectar uma força exercida pelo braço do usuário em uma direção ortogonal a superfície, caracterizado pelo fato de que o dispositivo portátil (10) ainda compreende meios de fixação (20) para fixar o antebraço ao suporte de braço e ao qual os meios para detecção de forças (13) estão adaptados para medir a força de levantamento exercida pelo braço do usuário.
2. Dispositivo portátil, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios para permitir o movimento do suporte de braço são rodas esféricas ou rodas convencionais.
3. Dispositivo portátil, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios para permitir o movimento do suporte de braço compreendem uma base plana que pode ser arrastada sobre uma almofada (120).
4. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda ao menos um atuador (22) para proporcionar um movimento assistido ou movimento ativo.
5. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dispositivo portátil é usado para suportar passivamente o antebraço.
6. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende ao menos um sistema de freios para controlar o movimento.
7. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios para detectar uma força exercida pelo braço do usuário compreendem ao menos um sensor de força.
8. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios para monitorar o movimento do suporte de braço estão adaptados para monitorar a posição, e/ou velocidade, e/ou aceleração, e orientação do suporte de braço, em que a orientação é definida como o ângulo do eixo longo do suporte de braço com relação a sua posição inicial, e compreende ao menos um sensor de posição.
9. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma base (14) que proporciona os meios

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2/3 para o movimento do dispositivo sobre uma superfície, estando o suporte de braço (12) conectado a base do dispositivo.
10. Dispositivo portátil, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os meios para fixar o suporte para o braço em diferentes alturas com respeito à base do dispositivo.
11. Dispositivo portátil, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o suporte de braço está dotado de ao menos um atuador (24) para controlar a altura do suporte de braço com respeito à base do dispositivo.
12. Dispositivo portátil, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o suporte de braço pode rodar livremente ou mediante atuadores controlados ao longo do seu eixo principal com a finalidade de facilitar os movimentos de pronação-supinação do antebraço.
13. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de fixação são selecionados de um grupo de: tiras de velcro, pulseiras pneumáticas, pulseiras impressas em 3D ou clipes, clipes de fixação deformáveis.
14. Dispositivo portátil, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda meios para medir a posição articular para monitorar diretamente as articulações do punho, cotovelo e ombro do paciente.
15. Sistema caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo portátil (10) conforme qualquer uma das reivindicações anteriores e uma unidade de retroalimentação e computação (30), que compreende uma unidade de processamento central (32), uma unidade de armazenamento (36), uma interface de retroalimentação' (40) e uma unidade de comunicação por fios ou sem fio (34).
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a unidade de retroalimentação e computação (30) está equipada para implementar uma retroalimentação visual, ou acústica, ou tátil, ou uma combinação destas.
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a unidade de retroalimentação e computação (30) está adaptada para proporcionar ao usuário um jogo interativo a ser jogado para realizar a tarefa de treinamento por meio do dispositivo portátil ao qual está conectado ao seu antebraço.
18. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 17, caracterizado pelo fato de que o sistema está adaptado para ser usado no tratamento em grupo, no qual o usuário pode competir ou colaborar com outros usuários em uma tarefa de treinamento.
19. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 17, caracterizado pelo fato de que o sistema está adaptado para se conectar a um servidor

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3/3 para jogos (100) para interagir com um jogo online de multiusuários e/ou um mundo virtual baseado na internet.
20. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 19, caracterizado pelo fato de que ainda compreende meios para proporcionar estimulação elétrica funcional (EEF).
21. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 20, caracterizado pelo fato de que compreende ainda meios para a monitoração com EMG dos músculos do braço.
22. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 21, caracterizado pelo fato de que ainda compreende meios para a monitoração com EEG de padrões de ativação cerebral durante a reabilitação.
23. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 22, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um conjunto de câmeras CMOS ou CCD de baixa resolução para monitorar por vídeo os movimentos de treinamento do braço de maneira qualitativa e/ou quantitativa.

24. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 23, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma almofada que contém zonas com alturas diferentes. 25. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 24,

caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade de visualização e controle a distância (60) para ser usado pelo pessoal médico (80) para monitorar e controlar os procedimentos de reabilitação dos pacientes, que compreende um processador, que têm meios para transmitir e receber informação (62) de e para a unidade de retroalimentação e computação (30).
26. Sistema, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a unidade de visualização e controle a distância (60) compreende meios para ajustar parâmetros de dispositivos portáteis (68).
27. Sistema, de acordo com a reivindicação 25 ou 26, caracterizado pelo fato de que os meios para transmitir e receber informação (62) de e para a unidade de retroalimentação e computação (30) usam uma conexão criptografada.