CN100511902C - 利用所选电极制动的系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于利用经由许多电极(12)耦合到目标的刺激信号来使诸如人类或动物之类的目标无法运动的系统和方法，其中在所述许多电极(142)中有所选的特定电极(142)被用于刺激信号。可通过施加测试信号并监视规定时间期间递送的能量或电荷来测试电极(142)的子集。如果如监视测试脉冲幅度所指示的，利用电极(142)的特定子集递送的能量或电荷与某个限度相比是合适的，则该特定子集被选择用于施加刺激信号。可向电极(142)的第一子集施加第一刺激信号以促使目标朝向电极运动，所述电极在由于目标运动而更好地耦合到目标时将提供更有效的电极子集以获得进一步的刺激。例如，具有间隔较近的电极(142)的射弹(132)可激发烧灼感，以吸引目标在射弹(132)的后向电极上刺穿目标的手部。利用后向电极(142)和一个或多个间隔较近的电极(142)可提供经过目标组织的更有效的刺激电路。

Description

利用所选电极制动的系统和方法

与相关申请的交叉引用

本申请是Patric W.Smith等人2003年11月13日递交的美国申请序列号No.10/714,572的延续案并要求其优先权；并且根据35U.S.C.§119(e)要求Patrick Smith等人2003年10月7日递交的美国申请序列号60/509,577以及Patrick Smith等人2003年10月8日递交共同未决的美国申请序列号60/509,480的优先权。

政府许可权

本发明可能部分是联系美国政府赞助研究而得出的。因此，按照Office of Naval Research所授予的合同No.N00014-02-C-0059的条款规定，美国政府拥有本发明的已付清许可以及在有限情况下要求专利所有人就合理条款许可他人的权利。

技术领域

本发明的实施例一般地涉及用于降低人或动物的活动性的系统和方法。

背景技术

递送带电射弹(projectile)的武器已被用于自卫和执法。这些武器一般递送刺激信号经过目标，其中目标是人类或动物。这种武器中的一种传统种类包括Cover的美国专利3,803,463和4,253,132中描述的那种类型的传导能量型武器。这些武器一般向目标发射射弹，以便射弹所携带的电极与目标接触，从而完成经由系缚金属线递送刺激信号以经过电极并经过目标的电路。其他传统传导能量型武器省略了射弹，并且在目标靠近武器时通过与目标接触的电极递送刺激信号。

刺激信号可以是一系列电压相对较高的脉冲，已知这些脉冲会导致目标疼痛。在刺激信号被递送时，高阻抗缝隙(例如空气或衣物)可能存在于电极和目标的导电组织之间。传统刺激信号包括电压相对较高(例如50,000伏特)的信号，以电离跨越这种达2英寸的缝隙的路径。结果，刺激信号可能被传导经过目标的组织，而无需将射弹穿透到组织中。

在某些传统的传导能量型武器中，使用了能量相对较高的波形。该波形是根据利用被麻醉的猪来测量哺乳动物对能量型武器的刺激的肌肉响应的研究而开发的。利用能量较高的波形的设备被称为电肌肉破坏(EMD)设备，并且一般具有2001年12月12日递交的PatrickSmith的美国专利申请10/016,082中描述的类型，这里通过引用将该申请结合进来。施加到动物的骨骼肌的EMD波形一般导致该骨骼肌剧烈收缩。EMD波形显然超越了目标的神经系统的肌肉控制，从而导致骨骼肌不自主地锁紧，并且可能造成目标完全无法运动。

不幸的是，能量相对较高的EMD波形一般是从功率容量较高的能量源产生的。在一种实现方式中，手持式发射设备包括8个AA大小(标称1.5伏特)电池、大容量电容器以及变压器，以在被系缚着的射弹中生成26瓦特的EMD输出。

2003年2月11日递交的Magne Nerheim的美国专利申请10/447,447中描述的那种类型的双脉冲波形提供了电压相对较高、电流强度较低的脉冲(以形成经过缝隙的电弧，如上所述)，之后是电压相对较低、电流强度较高的脉冲(以刺激目标)。比起用于上述EMD波形的功率来，可用少80％的功率来实现对骨骼肌的作用。

非常需要一种用于传导能量型武器中的更有效的刺激信号，以使人类目标无法运动而不会造成持久的伤害或死亡。在本申请之前的十年中，在美国每年有超过30,000人由于子弹创伤而死亡。此外，每年有数千警员由于与一般公众中的不顺从者对抗而受伤。有更多的这种不顺从者在被送往警方拘留的过程中而受伤。如果没有用于递送更有效的刺激信号的系统和方法，就无法实现传导能量型武器的成本、可靠性、射程和有效性的进一步改善。传导能量型武器的应用仍将有限，从而妨碍了执法并无法向个人提供增强的自卫。

发明内容

根据本发明的不同方面的制动(immobilization)设备包括三个或更多个电极，以及选择性地耦合到第一电极、第二电极和第三电极的信号生成器。该信号生成器经由第一电极和第二电极提供测试信号以促使目标朝向第三电极运动。该信号生成器还经由第三电极提供用于制动的刺激信号。第三电极被安排成由于目标运动而与目标接触。

根据本发明的不同方面的一种用于对目标进行制动的方法，包括按任何顺序的如下步骤：(a)提供与目标接触的第一电极和与目标接触的第二电极；(b)经由第一电极和第二电极提供第一信号；(c)提供第三电极，用于由于目标响应于第一信号的运动而与目标接触；以及(d)经由第三电极提供制动信号。

根据本发明的不同方面的一种用于从多个电极中选择电极子集的方法，该子集用于对目标进行制动，该方法包括按任何顺序的：(a)调回存储的条目序列，每个条目标识各自的电极子集；以及(b)根据条目序列顺序测试子集。

根据本发明的不同方面的一种制动设备，包括：信号源，其提供制动信号；多个电极；以及电路。该电路选择性地将多个电极的多个电极子集中的每个子集耦合到信号源，以经由所选电极子集递送制动信号。

根据本发明的不同方面的系统、设备、电路和方法通过有效地对目标进行制动、通过降低严重伤害或死亡的危险和/或以比使用现有技术的系统更少的能量花费进行长时间的制动，从而至少部分地解决了上述问题。

附图说明

现将参考附图更详细描述本发明的实施例，附图中类似的标号表示类似的元件，其中：

图1是根据本发明的不同方面的利用刺激信号来制动的系统的功能性框图；

图2是图1的系统中使用的制动设备的功能性框图。

图3是图2的制动设备所提供的刺激信号的定时图；以及

图4是图2的制动设备所执行的过程的功能性流程图。

具体实施方式

根据本发明的不同方面的系统向动物递送刺激信号以使动物无法运动。制动适合是暂时性的，例如为了使动物免遭危险，或者为了阻挠动物的动作，以便对活动性施加更永久的限制。电极可能通过动物本身的动作(例如动物朝向电极运动)、通过朝向动物推进电极(例如电极是带电射弹的一部分)、通过展开(deployment)机构和/或通过重力而与动物接触。例如，图1-4的系统100包括发射设备102和弹盒104。弹盒104包括一个或多个射弹132，其中每一个具有波形生成器136。

发射设备102包括电源112、瞄准装置114、推进装置116和波形控制器122。推进装置116包括推进激活器118和推进物120。在备选实现方式中，推进物120是弹盒104的一部分。在对波形生成器136进行相当的简化的情况下，可省略波形控制器122，如下所述。

在发射设备102的制造和操作中可采用任何传统材料和技术。例如，电源112可以包括一个或多个可再充电电池，瞄准装置114可包括激光枪瞄准器，推进激活器118可包括在某些方面与手枪的板机类似的机械触发器，推进物120可包括压缩的氮气。在一种实现方式中，发射设备是手持式的，并且可以以与常规手枪类似的方式操作。在操作中，弹盒104被安放在发射设备102之上或之中，用户的手动操作导致携带电极的射弹被从发射设备102推出，并朝向目标(例如动物，如人类)，并且在电极与目标电耦合之后，刺激信号被递送经过目标组织的一部分。

可以利用任何传统技术将射弹132系缚到发射设备102和发射设备102中的适当电路(未示出)，以便向电源134提供替代或辅助电源；触发、重新触发或控制波形生成器136；激活、重新激活或控制展开；和/或与射弹132中的仪器(未示出)合作在发射设备102处接收从电极142提供的信号。

波形控制器包括无线通信接口和用户接口。通信接口可包括无线电或红外收发器。用户接口可包括小键盘和平板显示器。例如，波形控制器122通过与波形生成器136的无线电通信形成和维持链路，以便利用传统的信令和数据通信协议进行控制和遥测。波形控制器122包括操作者接口，该操作者接口能够向系统100的用户显示状态并且能够自动地或根据用户需要向波形生成器136发出控制(例如命令、消息或信号)。控制帮助控制射弹132的任何方面和/或收集来自射弹132的任何电路的数据。控制可影响刺激信号的时间和幅度特性，其中包括整体启动、重启动和停止功能。遥测可包括对波形生成器136或射弹132中利用传统技术实现的其他仪器(未示出)的反馈控制。状态可包括刺激信号和刺激信号递送电路的任何特性。

弹盒104包括具有电源134、波形生成器136和电极展开装置138的射弹132。电极展开装置138包括展开激活器140和一个或多个电极142。电源134可以包括为了相对较高的能量输出与体积比率而选择的任何传统电池。波形生成器136接收来自电源134的电力，并且根据本发明的不同方面生成刺激信号。刺激信号被递送到一个电路中，该电路是通过经由电极142穿过目标的路径完成的。电源134、波形生成器136和电极142合作，以形成刺激信号递送电路，该电路还可包括不由展开激活器142展开的一个或多个附加电极(例如通过射弹132的碰撞而放置)。

射弹132可包括一个主体，该主体具有隔间或其他结构，用于安放电源134、用于波形生成器136的电路组合件以及电极展开装置138。该主体可以形成为传统弹道学形状(例如湿润空气动力形式)。

电极展开装置包括任何使电极从装填(stowed)配置移动到展开(deployed)配置的机构。例如，在电极142是被推动经过空气到达目标的射弹的一部分的实现方式中，装填配置为射弹的精确行进提供了空气动力稳定性。展开配置经由刺穿组织直接完成刺激信号递送电路，或经由进入组织中的电弧而间接完成刺激信号递送电路。已发现约7英寸的间距比约1.5英寸的间距更有效；并且较长的间距可能也是适用的，例如一个电极在大腿中，另一个在手中。当电极分离得更远时，刺激信号显然会经过更多组织，从而产生更有效的刺激。

根据本发明的不同方面，电极展开是在射弹132和目标接触之后激活的。可以通过展开激活器的方位改变；展开激活器相对于射弹主体的位置改变；展开激活器的方向、速度或加速度的改变；和/或电极之间的导电率的改变(例如电极142或通过射弹132和目标的碰撞而放置的电极)，来确定接触。对于低成本射弹，通过机械特性来检测碰撞并且通过机械能量释放或重新定向来展开电极的展开激活器140是优选的。

根据本发明的不同方面，目标的行为可能促进电极的展开。例如，射弹前部的一个或多个间隔较近的电极可能附着到目标，以激起目标的疼痛反应。一个或多个电极可能被暴露并被适当地定向(例如远离目标)。暴露可以发生在飞行期间或碰撞之后。目标的疼痛可能是由刺入目标肉中的电极倒钩而导致的，或者如果存在两个间隔较近的电极，则可能由于间隔较近的电极之间的刺激信号递送而导致。虽然这些电极可能太靠近在一起以至于不能适当地制动，但是刺激信号可以产生足够的疼痛和迷向(disorientation)。对疼痛的典型响应行为是用手(或嘴，如果是动物的话)抓住所感觉到的导致疼痛之处，以尝试去除电极。这就是所谓的“手部陷阱(hand trap)”方法，这种方法利用这种典型响应行为来将一个或多个暴露的电极植入目标手部(或嘴部)之中。通过抓住射弹，一个或多个暴露的电极刺穿目标的手部(或嘴部)。目标的手部(或嘴部)之中的暴露的电极一般与其他电极间隔得很远，以使得另一个电极与所述暴露电极之间的刺激可以允许适当的制动。

在一种备选系统实现方式中，省略了发射设备102、弹盒104和射弹132；并且将电源134、波形生成器136和电极展开装置138形成为适合于其他传统的在目标之上或附近放置的形式的制动设备150。在另一种备选实现方式中，省略了展开装置138，并且通过目标行为和/或重力来放置电极142。可以利用传统技术来包装制动设备150，以用于个人安全(例如安置在人类目标的衣物中，或动物的藏身之处，以便将来激活)、设施安全(为监视摄像头、设备关断或紧急响应提供时间)或军事目的(例如地雷)。

射弹132可以是致命的或非致命的。在备选实现方式中，射弹132包括任何用于施行致命武力的传统技术。

这里所论述的制动包括对目标的自主运动的任何抑制。例如，制动可包括导致疼痛或干扰正常肌肉功能。制动不需要包括目标的全部运动或全部肌肉。优选地，不包括非自主肌肉功能(例如用于循环和呼吸的)。在局部性电极放置的变体中，一个或多个骨骼肌的功能丧失就完成了适当的制动。在另一种实现方式中，导致适当强度的疼痛以扰乱目标完成运动任务的能力，从而使目标丧失能力。

发射设备102的备选实现方式可包括传统上可获得的武器(例如枪支、枪榴弹发射器、车载炮)，或用这些传统上可获得的武器来替换。射弹132可经由爆炸性装料120(例如火药、黑火药)来递送。射弹132也可经由压缩气体(例如氮气或二氧化碳气)的释放和/或压力(例如弹簧力，或由化学反应(例如汽车气囊展开中使用的那种类型的反应)产生的力)的迅速释放来推进。

根据本发明的不同方面，波形生成器可以按任何顺序执行以下操作中的一个或多个：选择用于刺激信号递送电路中的电极，电离电极和目标之间的缝隙中的空气，提供初始刺激信号，提供备选刺激信号，以及对操作者输入作出响应以控制上述操作中的任何操作。在一种实现方式中，这些操作大部分是由处理器所执行的固件来控制的，以允许波形生成器的小型化、降低成本和提高可靠性。例如，图2的波形生成器200可以被用作上述波形生成器136。波形生成器200包括低电压电源204、高电压电源206、开关208、处理器电路220和收发器240。

低电压电源接收来自电源134的DC电压，并提供用于波形生成器200的操作的其他DC电压。例如，低电压电源204可包括传统的开关式电源电路(例如Lineary Technology销售的LTC3401)，以接收来自电源134的电池的1.5伏特，并提供5伏特和3.3伏特DC。

高电压电源接收来自低电压电源的未经稳压的DC电压，并提供脉冲式的、电压相对较高的波形，作为刺激信号VP。例如，高电压电源206包括开关式电源232、变压器234、整流器236和存储电容器C12，所有这些都是传统技术的。在一种实现方式中，包括传统电路(例如Linear Technology销售的LTC1871)的开关式电源232接收来自低电压电源204的5伏特DC，并且为变压器234提供相对较低的AC电压。进入开关式电源232的反馈控制信号确保了信号VP的峰值电压不超过某个限度(例如500伏特)。变压器234将在其初级绕组上的相对较低的AC电压升高为两个次级绕组中每一个之上的相对较高的AC电压(例如500伏特)。整流器236为充电电容器C12提供DC电流。

开关208通过在短时间中导通以形成脉冲；然后断开，从而在电极上形成刺激信号VP。可从电容器C12获得的放电电压在脉冲持续期间降低。当开关208断开时，电容器C12可以被再充电，以为每个脉冲提供相同的放电电压。

处理器电路220包括具有根据本发明的不同方面编程的微处理器、存储器和模数转换器的传统可编程控制，以执行上述方法。

基于射弹的收发器按上文所述的方式与波形控制器通信。例如，收发器240包括适合于随时在射弹132和发射设备102之间进行数据通信的射频(例如约450MHz)发送器和接收器。例如，根据适合于通信链路的辐射器和拾取器(例如天线或红外设备)的放置和设计，可以以射弹132的任何适当配置建立136和122之间的通信链路。在一种实现方式中，射弹132在四种配置中工作：(1)装填配置，其中空气动力翼片和可展开电极处于存储位置和方位；(2)飞行中配置，其中空气动力翼片处于从射弹132中伸展开来的位置；(3)在与目标接触之后的碰撞配置；以及(4)电极展开配置。

刺激信号可包括经由电极递送以建立或维持经过目标的刺激信号递送电路和/或使目标无法运动的信号。根据本发明的不同方面，这些目的是用具有多个阶段的信号来实现的。每个阶段包括这样一段时间，在该时间段期间，一个或多个波形经由波形生成器和耦合到波形生成器的电极而被连续递送。根据本发明的不同方面，构成完整波形的阶段可以按任何顺序包括以下阶段：(a)路径形成阶段，用于电离可能与电极串联的去往目标组织的空气隙；(b)路径测试阶段，用于测量刺激信号递送电路的电特性(例如是否存在与目标组织串联的空气隙)；(c)冲击阶段，用于使目标无法运动；(d)保持阶段，用于阻碍目标的进一步运动；以及(e)休止阶段，用于允许目标的有限活动性(例如允许目标喘气)。

每个阶段的信号特性的示例在图3中示出。在图3中，刺激信号的两个阶段归属于路径管理，三个阶段归属于目标管理。每个阶段的波形形状可以具有正幅度(如图所示)、负幅度或者在相同阶段的重复中在正负幅度之间交替。路径管理阶段包括路径形成阶段和路径测试阶段，如上所述。

在路径形成阶段中，波形形状可包括初始峰(电压或电流)、随后的极性交替的较小的峰以及幅度衰减的拖尾。初始峰值电压可超过预期长度的空气隙的电离电势(例如约50千伏，优选为10千伏)。在一种实现方式中，波形形状被形成为来自传统谐振电路的衰减振荡。具有一个或多个峰的一个波形形状可能就足以电离跨越缝隙(例如空气隙)的路径。可以在断定需要电离并且需要再次尝试电离(例如先前的尝试失败、或电离后的空气受到破坏)的路径测试阶段(或者与另一阶段同时的监视)之后，重复施加这种波形形状。

在路径测试阶段中，获得电压波形并将其施加在一对电极上，以确定路径是否具有足够进入路径形成、冲击或保持阶段的一个或多个电特性。可通过任何传统技术，例如监视在预定时间段中被耦合以提供电流到电极中的电容器上的初始电压和最终电压，来确定路径阻抗。在一种实现方式中，电压脉冲的形状基本上是矩形的，具有约450伏特峰值幅度，并且持续时间约为10毫秒。可接连若干次测试路径，以形成平均测试结果，例如从一到三个电压脉冲形成平均测试结果，如上所述。对电极的所有组合测试可以在约1毫秒内完成。路径测试的结果可被用于选择一对电极，以用于随后的路径形成、冲击或保持阶段。可在未对所有可能的电极对完成测试的情况下做出选择，例如，当以从最优选到最不优选的顺序来测试电极对时就是如此。

在冲击阶段中，获得电压波形并将其施加在一对电极上。一般该波形足以干扰目标骨骼肌的自主控制，尤其是大腿和/或小腿的肌肉的自主控制。在另一种实现方式中，在实现的制动中包括手部、足部、腿部和臂部的使用。该电极对可以是在测试阶段期间选择的；或者是由路径形成阶段为导电准备的。根据本发明的不同方面，冲击阶段中使用的波形形状包括具有减小的幅度的脉冲(例如梯形形状)。在一种实现方式中，波形形状是从初始电压和终止电压之间的电容器放电生成的。

对于包括要维持的电离作用的路径，初始电压可以是相对较高的电压，或者对于不包括电离作用的路径，可以是相对较低的电压。就像图3中那样，初始电压可对应于刺激峰值电压(SPV)(例如约为骨骼肌神经动作电势)。对于快速上升时间波形，SPV实质上可以是初始电压。电离作用之后的SPV可为从约3千伏到约6千伏，优选为约5千伏。没有电离作用的SPV可为从约100伏到约600伏，优选为从约350伏到约500伏，更优选为400伏。

可确定终止电压以便在每个脉冲中递送预定的电荷。每脉冲电荷最小值可被设计为确保连续肌肉收缩，而不是非连续肌肉抽搐。在其中每脉冲电荷高于约15微库仑的人类目标中观察到了连续肌肉收缩。在一种实现方式中使用了约50微库仑的最小值。85微库仑的最小值是优选的，虽然更高的能量花费就伴随着更高的最小每脉冲电荷。

可确定每脉冲电荷最大值以避免目标的心脏纤维性颤动。对于人类目标，在每脉冲1355微库仑或更高的情况下观察到了纤维性颤动。值1355是在相对较宽范围的脉冲重复速率(例如从约5到50脉冲每秒)、与目标电阻变化相一致的相对较宽范围的脉冲持续时间(例如从约10到约1000微秒)以及相对较宽范围的每脉冲峰值电压(例如从约50到约1000伏特)上观察到的平均值。500微库仑的最大值大大降低了纤维性颤动的危险，而更低的最大值(例如约100微库仑)是优选的，以便节约能量花费。

脉冲持续时间优选地是由上述电荷递送所规定的。根据本发明的不同方面的脉冲持续时间一般长于使用高于空气的电离电势的峰值脉冲电压的传统系统。脉冲持续时间可以在从约20到约500微秒的范围中，优选在从约30到约200微秒的范围中，最优选为在从约30到约100微秒的范围中。

通过节约每脉冲的能量花费，可实现更长的制动持续时间，并且可以使用更小更轻的电源(例如在包括电池的射弹中)。在一种实现方式中，在射弹中包括了AAAA大小的电池，以在可能延续到约10分钟的目标管理期间递送约1瓦特的功率。在这种实施例中，适当的每脉冲电荷范围可以是从约50到约150微库仑。

初始和终止电压可被设计为在具有从约30微秒到约210微秒(例如约50到100微秒)范围的持续时间的脉冲中递送每脉冲电荷。足以递送适当的每脉冲电荷的放电持续时间部分地依赖于目标处电极之间的电阻。例如，约100微秒的一次RC时间常数放电可对应于约1.75微法的电容和约60欧姆的电阻。放电到50伏的100伏初始电压可从1.75微法电容器提供87.5微库仑。

可计算终止电压以确保预定电荷的递送。例如，可观察与电容器上的电压相对应的初始值。随着电容器放电以向目标中递送电荷，观察到的值可能减小。可基于初始值和希望在每个脉冲中递送的电荷来计算终止值。在放电期间，可监视该值。当观察到终止值时，可以以任何传统方式来限制(或停止)进一步的放电。在备选实现方式中，对递送的电流积分以提供递送的电流的量度。监视到的达到极限值的测量值可被用于限制(或停止)进一步递送电荷。

备选实现方式中的脉冲持续时间可以比100微秒大不少，例如达到1000微秒。较长的脉冲持续时间增大了心脏纤维性颤动的危险。在一种实现方式中，连续冲击脉冲的极性交替，以驱散聚集在目标中以不利地影响目标心脏的电荷。

在冲击阶段期间，以约5到约50脉冲每秒的速率递送脉冲，优选地以约20脉冲每秒的速率递送脉冲。冲击阶段从该阶段的第一脉冲的上升沿持续到最后一个脉冲的下降沿，持续时间为1到5秒，优选为2秒。

在保持阶段中，获得电压波形并将其施加在一对电极上。一般此波形足够以低于冲击阶段的程度阻碍活动性和/或继续制动。保持阶段需要的功率一般低于冲击阶段。利用混杂在冲击阶段之间的保持阶段使得在固定电源耗尽(例如电池电源)时制动效果能够继续比起无保持阶段情况下继续冲击阶段时更长的时间。保持阶段的刺激信号可以如上所述主要干扰目标骨骼肌的自主控制，或者可以主要导致疼痛和/或迷向。该对电极可以与先前的路径形成、路径测试或冲击阶段中使用的相同或不同，优选与紧挨其前的冲击阶段的相同。根据本发明的不同方面，保持阶段中使用的波形形状包括具有减小的幅度和初始电压(SPV)的脉冲(例如梯形形状)，正如以上参考冲击阶段所论述。可确定终止电压，以递送预定的小于冲击阶段中使用的脉冲的每脉冲电荷(例如从30到100微库仑)。在保持阶段期间，可以以约5到15脉冲每秒的速率递送脉冲，优选以约10脉冲每秒的速率递送脉冲。保持阶段从该阶段的第一脉冲的上升沿持续到最后一个脉冲的下降沿，持续时间为约20到约40秒(例如约28秒)。

休止阶段是用来改善目标和/或系统操作者的个人安全的阶段。在一种实现方式中，休止阶段不包括任何刺激信号。因此，与以上参考保持阶段所描述的类似，休止阶段的使用节约了电池功率。通过降低目标进入较对高危险的物理或情感状况的可能性，改善了目标的安全。高危险物理状况包括丧失非自主肌肉控制(例如循环或呼吸)的危险、惊厥、痉挛或与神经紊乱相关联的发作(例如癫痫、麻醉剂过量)的危险。高危险情感状况包括无理性行为的危险，例如源于对立即死亡的恐惧的行为或自杀性行为。利用休止阶段可降低对目标的长期健康造成损害的危险(例如使疤痕组织和/或有害的外伤的形成达到最低限度)。休止阶段可持续1到5秒，优选为2秒。

在一种实现方式中，冲击阶段之后是重复的一系列交替的保持阶段和休止阶段。

在上述任何一种展开电极配置中，刺激信号可在各种电极之间切换，以使得在任何特定时刻不是所有电极都是活动的。因此，用于向多个电极施加刺激信号的方法包括，以任何顺序：(a)选择一对电极；(b)向所选的那对施加刺激信号；(c)监视递送到目标中的能量(或电荷)；(d)如果递送的能量(或电荷)低于某个限度，则断定所选电极中至少有一个没有充分耦合到目标以形成刺激信号递送电路；以及(e)重复选择、施加和监视，直到递送预定的总刺激量(能量和/或电荷)。执行这种方法的微处理器可以在少于一毫秒内识别出适当的电极，以使得用于选择电极的时间不被目标所察觉。

根据本发明的不同方面的波形生成器可执行用于递送刺激信号的方法，该方法包括选择路径，为刺激信号准备该路径，以及提供该刺激信号以获得一连串效果，这些效果以任何顺序包括：比较高的制动效果(例如上述冲击阶段)、比较低的制动效果(例如上述保持阶段)以及比较起来最低的制动效果(例如上述休止阶段)。例如，图4的方法400被实现为被存储在存储器设备上(例如由传统盘介质和/或半导体电路所存储和/或运送)并被安装以便被处理器执行(例如在处理器电路220的只读存储器中)的指令。

方法400开始于如上所述的路径测试阶段，该阶段包括用于确定可接受的或优选的电极对的循环(402-408)。由于射弹可能包括许多电极，因此任何的电极子集都可被选择以用于施加刺激信号。存储在波形生成器200的处理器可访问的存储器中的数据可包括电极子集(例如电极对)的列表，优选地是从用于最大制动效果的最优选电极子集到最不优选的电极子集的有序列表。在一种实现方式中，有序列表指示用于上述所有阶段中的一个电极子集的优先选择。在另一种实现方式中，该列表被排序以传达对多于一个阶段中的每一个阶段各自的电极子集的优先选择。方法400使用一个列表来表达适当的电极优先选择。备选实现方式包括多于一个列表和/或多于一个循环(402-408)(例如每个阶段一个列表和/或循环)。在另一种备选实现方式中，列表包括相同子集的相同条目，以便在插入测试或刺激信号之前和之后测试子集。

根据方法400，在路径管理之后，处理器200执行目标管理。路径管理可包括路径形成，如上所述。如下所述，目标管理可被中断以执行路径管理(434)。对于目标管理，处理器220在阶段序列中提供刺激信号，如上所述。在一种实现方式中，阶段序列是通过执行循环(424-444)实现的。

对于预定义的阶段序列的每个(424)阶段，执行循环(426-442)以提供适当的刺激信号。在进入内循环(426-442)之前，识别阶段。阶段序列可包括一个冲击阶段，之后是交替的保持和休止阶段，如上所述。

在所识别的阶段持续期间(426)，处理器220为电容器(例如用于信号VP的C12)充电(428)直到有足够递送的电荷(例如100微库仑)可用、或者充电被提供脉冲的要求(例如经由收发器240的操作者命令、电极测试的结果或定时器期满)所中断。然后处理器220形成脉冲(例如冲击阶段脉冲或保持阶段脉冲)，该脉冲具有按上述方式设置的SPV的值(422或414)。在一种实现方式中，处理器220通过观察存储电容器电压(例如VC)的减小(436)直到这种电压等于或超过极限电压(例如约228伏)，来计量电荷的递送(432)。对适当的极限电压的选择可遵循公知的关系：ΔQ＝CΔV，其中Q是以库仑为单位的电荷量；C是以法拉为单位的电容；V是以伏特为单位的电容器电压。

在电荷递送的计量期间，处理器220可检测到(434)针对所识别的阶段正在使用的路径已发生故障。一旦发生故障，处理器220就退出所识别的阶段，退出所识别的阶段序列，并返回(402)路径测试，如上所述。

当已递送了适合于所识别的阶段的电荷量(436)时，结束脉冲(例如信号VP)(440)。在结束脉冲之后提供的电压可以是零(例如使所识别的电极中的至少一个开路)或标称电压(例如足以维持电离作用)。

如果所识别的阶段未完成，则处理在内循环顶部处继续(426)。当阶段的持续时间尚未期满时；或者当尚未递送预定量的脉冲时，所识别的阶段就可能未完成。否则，处理器220识别(444)阶段序列中的下一阶段，并且处理在外循环中继续(424)。外循环可重复阶段序列(如图所示)直到波形生成器的电源被完全耗尽。

对于每个(402)列出的电极子集，处理器220在所识别的电极子集上施加(404)测试电压。在一种实现方式中，处理器220施加比较低的测试电压(例如约500伏)，以确定包括所识别的电极的刺激信号递送电路的阻抗。可通过估计电流、电荷或电压来确定阻抗。例如，处理器220可观察与用于提供测试电压的电容器(例如C12)上的电压相对应的信号的电压(例如VC)的变化。如果观察到的电压变化(例如峰值或平均绝对值)超过某个限度，则所识别出的电极被认为是合适的，并且刺激峰值电压被设置为450伏。否则，如果未在列表末尾处，则另一个子集被识别(408)并且循环继续(402)。

在另一种实现方式中，处理器220利用递送适当的电荷(例如从约20到约50微库仑)而施加比较低的测试电压(例如约500伏)，以吸引目标朝向电极运动。例如，运动可能造成后向电极刺穿目标的手部，从而建立经过目标组织中的相对较长的路径的优选电路。在一种实现方式中，所述后向电极与该子集的电极邻近，并且也是该子集的成员。或者，后向电极可以与该子集的其他电极相对较远和/或不是该子集的成员。

一种实现方式中使用的测试信号具有用于这里所论述的刺激信号的范围内的脉冲幅度和脉冲宽度。一个或多个脉冲构成一个子集的测试。在备选实现方式中，在子集测试期间测试信号被连续施加，并且每个子集的测试持续时间与用于这里所论述的刺激信号的范围内的脉冲宽度相对应。

如果在列表末尾没有找到可接受的对，则处理器220识别路径形成阶段的电极对，如上所述。处理器220以传统方式向电极施加(212)电离电压。假设发生电离，则随后的冲击阶段和保持阶段可利用刺激峰值电压来维持电离。因此，SPV被设置(414)为3千伏。

以上描述论述了本发明的优选实施例，这些优选实施例可以被改变或修改，而不会脱离权利要求书所限定的本发明的范围。虽然为了描述清楚起见，描述了本发明的若干个特定实施例，但是本发明的范围是想要由以下所阐述的权利要求来度量的。

Claims (29)

1.一种制动设备，包括：

第一电极；

第二电极；

第三电极，用于由于目标的运动而形成经过所述目标的所述制动设备与所述目标之间的完整电路；以及

信号生成器，其选择性地耦合到所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极，以经由所述第一电极和所述第二电极提供第一信号以促使所述目标朝向所述第三电极运动，并且经由所述第一电极和第二电极的至少一个以及所述第三电极提供用于制动的第二信号。

2.如权利要求1所述的制动设备，还包括：

存储器，其包括列表，该列表包括所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的标记；以及

处理器，其根据监视到的经由列出的电极递送到所述目标中的能量，而指导将所述列出的电极选择性地耦合到所述信号生成器。

3.如权利要求1所述的制动设备，还包括：

存储器，其包括列表，该列表包括所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的标记；以及

处理器，其根据监视到的经由列出的电极递送到所述目标中的电荷，而指导将所述列出的电极选择性地耦合到所述信号生成器。

4.如权利要求1所述的制动设备，还包括：

存储器，其包括列表，该列表包括所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极的标记；以及

处理器，其根据列出的电极之间的阻抗，而指导将所述列出的电极选择性地耦合到所述信号生成器。

5.如权利要求2所述的制动设备，其中所述列表是按要测试的电极的子集而组织的。

6.如权利要求3所述的制动设备，其中所述列表是按要测试的电极的子集而组织的。

7.如权利要求4所述的制动设备，其中所述列表是按要测试的电极的子集而组织的。

8.如权利要求1所述的制动设备，还包括发射设备，其将所述第一、第二和第三电极中至少一个射向所述目标。

9.如权利要求1所述的制动设备，还包括发射设备，其将所述信号生成器射向所述目标。

10.如权利要求1所述的制动设备，其中所述第一信号包括测试信号。

11.如权利要求1所述的制动设备，其中所述第一信号包括刺激信号。

12.如权利要求1所述的制动设备，其中所述第一信号包括用于电离与电极串联的去往目标组织的空气隙的部分。

13.一种制动设备，包括：

信号源，其提供制动信号；

多个电极；以及

电路，其选择性地将所述多个电极的多个电极子集中的每个子集耦合到所述信号源，以经由一个所选电极子集递送所述制动信号。

14.如权利要求13所述的制动设备，其中所述电路：

响应于将所述多个电极子集中的每个子集耦合到所述信号源确定各自的测试结果；以及

根据所选电极子集的测试结果与一个限度的比较，来选择所选的电极子集。

15.如权利要求13所述的制动设备，其中所述制动信号包括足以电离电极和目标之间缝隙中的空气的峰值电压。

16.如权利要求14所述的制动设备，其中所述制动信号包括：

用于确定所述各个测试结果的第一部分；以及

用于对具有串联在所述所选电极子集中至少两个电极之间的组织的目标进行制动的第二部分。

17.如权利要求13所述的制动设备，还包括发射设备，该发射设备将所述多个电极射向所述目标。

18.如权利要求13所述的制动设备，还包括发射设备，该发射设备将所述信号源射向所述目标。

19.包括如权利要求13所述的制动设备的射弹。

20.用于对目标进行制动的系统，该系统包括发射设备和如权利要求19所述的射弹。

21.一种用于对目标进行制动的方法，该方法包括：

提供第一电极和第二电极以完成经过所述目标的第一电路；

经由所述第一电极和所述第二电极提供第一信号；

提供第三电极以便由于所述目标响应于所述第一信号的运动而完成经过所述目标的第二电路；以及

经由所述第三电极提供制动信号。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述第一信号包括测试信号。

23.如权利要求21所述的方法，其中所述第一信号包括刺激信号。

24.如权利要求21所述的方法，其中所述第一信号包括用于电离与电极串联的去往目标组织的空气隙的部分。

25.如权利要求21所述的方法，还包括将所述第一、第二和第三电极中至少一个射向所述目标。

26.如权利要求21所述的方法，还包括将用于提供所述制动信号的装置射向所述目标。

27.一种用于从多个电极中选择电极子集的方法，该电极子集用于对目标进行制动，该方法包括：

调回所存储的一系列条目，每个条目标识各自的电极子集；

根据所述一系列条目顺序地测试电极子集；以及

经由经过一个被测试的电极子集的电流对所述目标进行制动。

28.如权利要求27所述的方法，还包括将所述多个电极射向所述目标。

29.如权利要求27所述的方法，还包括将用于提供所述电流的装置射向所述目标。

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