CN102596311A - 电肌肉刺激 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电刺激肌肉组织的方法和装置。电极阵列（13）的电极（12）根据激活模式的序列而被激活，每个模式限定了要被激活的电极（12）的子集，每个子集由至少一个电极（12）组成，所述激活通过经由所述电极（12）的子集向肌肉组织提供电肌肉刺激信号来进行。与电极（12）的所述激活交替地，从传感器（30；12）接收与相应的激活模式相关联的响应信号。可选地，然后选择与被确定为适合刺激的位置相对应的至少一个电极（12）以用于刺激，并且刺激肌肉组织。该过程可以重复以便跟踪适合在动态情况下刺激的位置。可选地，根据所测量的响应信号估计身体部分的取向。

Description

电肌肉刺激

技术领域

本发明涉及电肌肉刺激领域。更具体地，本发明涉及用于向接触肌肉组织的身体组织提供电肌肉刺激信号的方法和用于对肌肉组织进行电刺激的装置。

背景技术

对肌肉的电刺激或功能性电刺激（FES）例如在中风康复、脊髓损伤康复、失禁治疗和运动增强治疗的领域中是众所周知的应用。

根据WO2007/017778A2，获知一种用于电刺激肌肉组织的装置，其具有含电极阵列的电极系统。该装置具有用于选择一个或多个刺激电极垫的电极选择器。在一个示例中，在电极系统被安置在用户的皮肤上之后，测量每一个电极垫与皮肤之间的阻抗，并且基于所测量的阻抗来选择一个或多个刺激电极垫。在另一个示例中，可以基于肌肉展现最低活动性的区域选择刺激电极垫。该装置可以用于通过提供电信号来刺激肌肉组织使得肌肉组织交替地收缩和放松。在刺激肌肉组织之前，执行对肌肉组织的活动性的第一测量，并且在刺激肌肉组织之后，执行对肌肉组织的活动性的第二测量。因而，可以确定该刺激对肌肉组织的活动性的影响。在刺激之前和之后所确定的活动性的值可以被输出到用户接口。

发明内容

将期望能够找到适合以方便的方式和/或在不必重新安置电极或刺激装置的情况下对肌肉组织进行电刺激的位置。

还将期望能够找到适合的位置以用于在相应肌肉被激活的同时对肌肉组织进行电刺激。当肌肉被激活时，用于电刺激的最优位置可能不同于在肌肉的非激活状态下用于刺激的最优位置。

还将期望能够找到适合在非静态情况下、例如在相应肌肉收缩或放松的同时对肌肉组织进行电刺激的位置。在肌肉收缩或放松期间，适合刺激肌肉组织的位置可以移动。适合刺激特定肌肉的位置的移动也可能是由于不同肌肉的激活或收缩或放松造成的。

还将期望能够跟踪适合在如所述的非静态情况下电刺激肌肉组织的位置的移动或改变。

将期望能够在无需植入电极的情况下改进肌肉刺激。植入电极是侵入性的（invasive）、昂贵的且危险的过程并且因此被限于特定情况。

特别地，将期望能够找到适合利用可以从外部应用到肌肉组织之上的皮肤的装置来电刺激所述肌肉组织的位置。

还将期望能够方便地定位适合电刺激肌肉组织以便刺激肌肉群中的特定肌肉的位置。

为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本发明的第一方面，提供了一种用于向接触肌肉组织的身体组织提供电肌肉刺激信号的方法，包括：

- 安置电极阵列，其包括与所述身体组织电接触的多个电极；

- 根据激活模式的序列激活所述电极，每个激活模式限定了要被激活的电极的子集，每个相应子集由至少一个电极组成，所述激活通过经由相应的子集的所述至少一个电极向所述身体组织提供电肌肉刺激信号来进行，以及

- 与根据激活模式的对电极的所述激活交替地，通过感测所述肌肉组织的属性来测量与激活模式相关联的响应信号，该属性响应于经由激活模式的所述至少一个电极被提供给接触所述肌肉组织的所述身体组织的电刺激信号形成对所述肌肉组织的活动性的度量。例如，该测量步骤在激活步骤的每个执行之后被执行。

这种方法允许针对电极的不同激活模式测试它们在刺激目标肌肉组织中的效力。由此，对应于用于电刺激的适合位置的激活模式可以被自动确定。特别地在所述位置可能例如由于在电极阵列布置在其上的皮肤之下的肌肉组织的移动而改变的应用中，这是有利的。因此，用于肌肉的适合的激活模式可以在静态（肌肉无收缩或肌肉收缩无变化）和动态（在受刺激的肌肉的收缩或相同区域中肌肉群的收缩和/或放松期间）两者的情况下被确定。

而且，该方法允许以较低的精确度安置电极阵列而不影响对肌肉组织的刺激，因为对于该刺激，可以依据所测量的响应信号来选择电极阵列的一个或多个电极，这些电极存在于适合提供刺激信号的区域中。而且，由于电极阵列可以以较低精确度被安置，因此该电极阵列可以由没有关于肌肉系统的专业知识的人来放置。而且，放置电极阵列是较不耗时的。而且，比较小的电极可以用于刺激，替代例如大得足以必然覆盖适合刺激的区域的单个一对大电极。大的外部电极由于刺激所需的大电流和/或电压的缘故可能是让人痛苦的。而且，大电极不可能以较小的肌肉群为目标。而且，大电极可能具有副作用，比如在该电极下刺激另一个肌肉或其他类型的神经（例如疼痛神经、感觉神经）。

例如，所述电极可以是电极垫或表面电极。这具有的优点是：例如与针电极相比侵入性较小。

例如，在根据激活模式对电极的每个激活之后结束或停止提供刺激信号，并且在刺激暂停期间测量响应信号。

特别地，所述激活模式序列可以是不同的激活模式的序列。通过测量与相应的激活模式相关联的响应信号，可以确定适合或最适合电刺激所述肌肉组织的激活模式。因此，可以在不重新安置电极阵列的情况下确定用于刺激的适合的位置或激活模式。

例如，所述身体组织可以包括肌肉组织之上的皮肤。可替代地，例如所述身体组织可以是所述肌肉组织的一部分。

根据激活模式序列激活所述电极以及与根据激活模式对电极的所述激活交替地测量与该激活模式相关联的响应信号的步骤在下文中也将被表示为“搜索步骤”或“搜索过程”。例如，重复这些步骤。当例如用于电刺激的适合位置由于例如肌肉的收缩或放松的缘故而在由电极覆盖的区域内移动时，该方法允许自动跟踪用于刺激的适合位置。

例如，对响应信号的所述测量是肌电图测量。

本发明的有用的细节在从属权利要求中指示。

例如，该方法可以进一步包括：

- 基于所测量的响应信号选择所述多个电极中的至少一个。例如，适合、特别地最适合刺激肌肉组织的至少一个电极可以被选择。例如，至少一个电极可以被选择以用于刺激肌肉组织。例如，可以基于所测量的响应信号的幅值来选择所述多个电极中的所述至少一个。然而，在选择所述多个电极中的所述至少一个之后不一定刺激所选的至少一个电极。例如，基于所测量的响应信号选择适合用于刺激的所述多个电极中的至少一个可能是为了搜集信息的目的，比如用于确定身体部分的取向，如下文将进一步描述的。

例如，基于选择适合用于刺激肌肉组织的至少一个电极，可以确定电极阵列相对于所述肌肉组织的方位。因此，可以确定电极阵列相对于身体部分的方位。因此，可以确定处于与电极阵列固定的位置关系中的设备相对于身体部分的方位。例如，所述设备可以与电极阵列集成。例如，所述设备可以包括加速计。因此，可以确定加速计相对于身体部分的方位。因此，加速计读数可以与基于所确定的加速计的方位的所述身体部分的移动相关。

例如，可以基于适合用于根据响应信号确定肌肉活动性的标准、特别地基于适合用于根据响应信号确定最高肌肉活动性的标准，来选择所述多个电极中的所述至少一个。例如，可以基于下述标准中至少一个来选择所述多个电极中的所述至少一个：

- 响应信号的最高峰-峰值，

- 响应信号的曲线下最大面积，

- 响应信号的最快增加阵列，以及

- 响应信号的最快降低速率。

不希望受限于任何理论，相信这些标准是响应信号的幅值的表达，其指示根据相应的激活模式刺激所述肌肉组织的效力。例如，可以基于如由所测量的响应信号表示的肌肉活动性的幅值选择所述多个电极中的所述至少一个。相信所述标准表示响应于根据激活模式的电刺激的肌肉活动性的幅值。而且，相信这种激活模式是适合用于刺激肌肉组织的激活模式。

例如，基于所测量的响应信号选择所述多个电极中的所述至少一个可以包括比较所有的响应信号或比较这些相应信号的幅值。

例如，可以通过选择激活模式的至少一个来选择所述多个电极中的至少一个。而且，例如可以选择与激活模式的至少两个的组合相对应的电极的子集。因此，可以选择对应于用于刺激肌肉组织的最有希望的激活模式的组合的电极。

在一个实施例中，该方法进一步包括：

- 经由所述选择的至少一个电极并经由所述身体组织选择性地向所述肌肉组织提供电肌肉刺激信号。因此，该方法可以是电刺激肌肉组织的方法。这具有的进一步优点是：该方法允许自动确定用于刺激的适合位置并向肌肉组织提供刺激信号。这可以允许，即使在激活的肌肉的情况下或更一般地在用于刺激的位置在电极阵列的安置之后改变时，在适合用于刺激的位置处刺激肌肉。

例如，在根据激活模式序列激活所述电极的所述步骤中，可以向所述身体组织提供电肌肉刺激信号，其对应的刺激强度低于对应于经由所选择的用于刺激的至少一个电极选择性地提供的电肌肉刺激信号的刺激强度。即，在测试不同的激活模式的搜索过程期间，刺激强度低于在稍后的选择性地提供刺激信号的步骤中的刺激强度。由此，搜索过程对肌肉组织的当前状态的干扰被最小化。

例如，搜索步骤中的刺激强度可以低于一个感知阈值。例如，刺激强度可以恰好高于一个刺激阈值，但低到足以不被感觉到。

在一个实施例中，根据激活模式序列激活所述电极、与根据激活模式对电极的所述激活交替地测量与该激活模式相关联的响应信号以及基于所测量的相应信号选择所述多个电极的至少一个的这些步骤与经由所选的所述至少一个电极并经由所述身体组织选择性地向所述肌肉组织提供电肌肉刺激信号的步骤交替地被重复。例如，这允许在适合的刺激位置由于移动的缘故而移动时选择对应于所述位置的电极。由此，例如可以改进支持移动的刺激。例如，该方法可以允许跟踪适合的刺激位置以支持移动。

在一个实施例中，该方法进一步包括：

- 基于所测量的响应信号确定身体部分的取向。例如，该取向是相对于特定取向的取向。这可以具有的优点是：使得如加速计和陀螺仪之类的附加的方位和运动传感器对确定身体部分的取向而言是多余的。

例如，基于所测量的响应信号确定身体部分的取向可以包括：

- 基于所测量的响应信号确定所述肌肉组织的状态，以及

- 基于所确定的所述肌肉组织的状态确定身体部分的取向。

所述肌肉组织的状态与所述身体部分的取向相关。例如，该取向取决于所述肌肉组织的激活状态。例如，通过激活所述肌肉组织，所述身体部分可以被移动。在另一个示例中，适合用于刺激的位置的方位取决于肌肉组织的状态。例如，当对抗肌（antagonist muscle）被激活时，所述肌肉组织可能移动并且因此适合用于刺激所述肌肉组织的位置的方位可能改变。

例如，根据激活模式序列激活所述电极以及与根据激活模式对电极的所述激活交替地测量与该激活模式相关联的响应信号的步骤被重复，该方法进一步包括：

- 基于重复测量的响应信号确定身体部分的运动。

例如，可以通过基于所测量的响应信号顺序地确定身体部分的取向来确定身体部分的运动。

在该方法的一个实施例中，基于所测量的响应信号选择所述多个电极中至少一个的步骤包括基于所测量的响应信号选择所述多个电极中的至少一个第一电极和至少一个第二电极，并且经由所述选择的至少一个电极并经由所述身体组织向所述肌肉组织选择性地提供电肌肉刺激信号的步骤包括，经由所述选择的至少一个第一电极和所述选择的至少一个第二电极中的至少一个并经由所述身体组织，向第一肌肉的肌肉组织和第二肌肉的肌肉组织中的至少一个选择性地提供电肌肉刺激信号。

例如，肌肉刺激信号可以依据相同肌肉的肌肉组织的状态和/或依据不同肌肉的肌肉组织的状态而被提供给肌肉的肌肉组织，所述状态基于所测量的响应信号而被确定。这允许例如通过防止对抗肌对激活的主动肌（agonist muscle）的刺激来提高刺激的安全性。而且，这允许通过对抗的刺激改进消除不期望的肌肉活动，比如震颤或痉挛活动。

例如，可以依据基于所测量的响应信号确定的身体部分的取向来提供肌肉刺激信号。这利于根据一个或多个身体部分的期望运动序列执行对肌肉的刺激。

在本发明的另一个方面，提供一种用于电刺激肌肉组织的装置，所述装置包括：

- 电极阵列，其包括多个电极，用于与接触所述肌肉组织的身体组织电接触地安置；该电极阵列可连接到用于生成电肌肉刺激信号的信号发生器；

- 电极选择器，用于从所述多个电极中选择一个或多个电极以用于向所述身体组织提供连接的信号发生器的电刺激信号；

- 传感器，用于通过感测所述肌肉组织的属性测量信号，该属性形成对所述肌肉组织的活动性的度量；以及

- 控制单元，用于控制电极选择器并用于从传感器接收信号，该控制单元适于：

      - 根据激活模式序列激活所述电极，每个激活模式限定了要被激活的电极的子集，每个相应的子集由至少一个电极组成，所述激活通过控制电极选择器来选择相应子集的所述至少一个电极以用于经由所述至少一个电极向所述身体组织提供信号发生器的电肌肉刺激信号来进行，以及

- 与根据激活模式对电极的所述激活交替地，从传感器接收与该激活模式相关联的响应信号。

例如，传感器可以由所述多个电极的至少一个形成。

例如，电极阵列可经由电极选择器连接到信号发生器。

例如，这些电极是电极垫。

例如，该装置进一步包括所述信号发生器。

例如，该控制单元适于：

- 根据激活模式序列激活所述电极，每个激活模式限定了要被激活的电极的子集，每个相应的子集由至少一个电极组成，所述激活通过经由电极选择器所选择的相应子集的至少一个电极向所述身体组织提供信号发生器的电肌肉刺激信号来进行，以及

- 与根据激活模式对电极的所述激活交替地，从传感器接收与该激活模式相关联的响应信号。

例如，控制单元包括分离的单元，例如用于控制电极选择器和/或信号发生器的第一控制单元和用于接收相应的响应信号的第二控制单元。例如，第一控制单元是电肌肉刺激单元，而第二控制单元是EMG记录单元。这些单元可以是两个分离的单元或组合在一个壳体中。例如，信号发生器是与所述装置分离的并且可连接到该装置。

在一个实施例中，控制单元进一步适于基于响应信号选择所述多个电极中的至少一个。例如，控制单元进一步适于比较与相应电极相关联的响应信号和由控制单元接收的响应信号，并且适于基于对响应信号的比较来选择所述多个电极中的至少一个。

在一个实施例中，所述装置进一步包括用于分析从传感器接收的响应信号的信号处理单元，其中该信号处理单元适于确定适合用于根据响应信号确定肌肉活动性的标准。例如，信号处理适于确定下述至少一个：

- 响应信号的峰-峰值，

- 响应信号的曲线下面积，

- 响应信号的增加速率，以及

- 响应信号的降低速率。

所提及的值被认为是肌肉组织的活动性的幅值的指示。

例如，信号处理单元适于输出对应于如由所测量的响应信号表示的肌肉组织的活动性的幅值的值。例如，该输出值可以是上述值之一。

例如，控制单元适于执行如上所述的方法。

本发明的另一个方面是如上所述的装置用于治疗肌肉的用途。

在本发明的另一个方面，提供一种包括程序代码部分的计算机程序产品，其用于在其运行在可编程装置上时执行如上所述的方法。

本发明的这些和其他方面将根据下文所述的实施例而清楚明白并且将参照这些实施例而被阐明。

附图说明

图1示出用于电刺激肌肉组织的装置的示意性表示。

图2示意性示出图1的装置，电极阵列被置于用户的上臂上。

图3示出用于向接触肌肉组织的身体组织提供电肌肉刺激信号的方法的流程图。

图4示意性示出EMG数据的示例。

图5示意性示出用于向接触肌肉组织的身体组织提供电肌肉刺激信号的方法的另一个实施例。

具体实施方式

图1和2所示的电刺激装置1包括可以置于动物（比如人类）的皮肤上的电极系统10。在图2中，电极系统10被置于用户的上臂的皮肤部分上。然而，电极系统10可以置于身体的另一个部分上并且可以具有适应于特定身体部分形状的形状。例如在电极系统要被置于身体的脊髓区域上的情况下，电极系统10可以具有细长的形状。

如图1所示，电极系统10包括具有电极垫形式的多个电极12的电极阵列13。而且，在图1的示例中，电极系统包括对电极11。对电极11充当接地。可替代地，例如当经由电极12的子集刺激时，至少一个其他电极12可以充当对电极或接地。因此，专用对电极11是可选的。

例如，电极阵列13中的电极沿着直线安置，形成矩形矩阵布置。在图1的示例中，该矩阵是3乘3矩阵，然而该矩阵可以具有其他的尺寸，比如更小或更大。而且，该矩阵的列的间隔可以不同于该矩阵的行的间隔。而且，如图1的示例所示，该矩阵可以是正方形的。而且，该矩阵的列数可能不同于行数。而且，电极12也可以例如在非矩形布置中安置，比如圆形布置或三角形布置。

在图1的示例中，对电极11具有闭环形状并且包围电极阵列13。然而，对电极11可以具有不同的形状并且可以例如在电极12之间遵循曲折的路径。

电极系统10可以置于皮肤上，使得电极12和对电极11与皮肤进行电接触，皮肤即接触在皮肤下面的肌肉组织的身体组织。电极阵列13然后将与所述肌肉组织电接触，并且特别地将能够接收电信号或将电信号发送到由电极阵列13占用的皮肤区域下面的肌肉区。特别地，电极12将能够经由皮肤将电流以肌肉刺激信号的形式注入肌肉组织，以便刺激肌肉组织。

如图1所示，装置1进一步包括经由连接18而被连接到电极阵列10的操作单元50。在图1示例中，连接18是有线连接。然而，连接18也可以是无线连接。例如，电极系统10可以是电池供电的并且包括无线电发射器/接收器。

操作单元50可以接收由电极系统10生成的信号并且控制电极系统10的操作，如下文更详细地解释的。

电极12和对电极11可以在柔性的、优选地有弹性的载体的表面上提供。这允许电极系统适应电极系统10置于其上的身体部分的形状。该载体可以被提供有经由连接18将电极12和对电极11连接到操作单元50的电组件。

例如，操作单元50包括外壳。在外壳之内，提供了控制单元53，其经由连接18而被连接到电极系统10，并且连接到可选的用户接口56。用户接口56可以包括例如形成用于向装置1的用户输出信息的输出接口的显示器和形成输入接口的控制按钮。例如，用户可以经由用户接口56向控制单元53提供输入，比如针对由该装置执行的操作的期望设置。在该示例中，输出接口允许视觉地输出数据，然而该数据可替代地或此外可以被输出为音频或任何其他适当方式。

如图1所示，控制单元53包括用于从电极阵列13中的电极12中选择一个或多个刺激电极的电极选择器530。例如，电极系统10可以包括用于寻址电极10的列（line）选择器单元和行选择器单元。然而，例如电极系统10可以包括适于独立寻址各个电极12的电极寻址单元及其组合。这使得刺激电极能够根据任何激活模式来选择，或者使得电极12的子集能够用于刺激。

信号发生器531连接到电极选择器530。在操作中，信号发生器531向由电极选择器530根据激活模式选择的刺激电极垫提供电肌肉刺激信号。电刺激信号经由刺激电极12而被传送到其上放置电极系统10的表面，例如皮肤。然后，该电极信号经由皮肤透入肌肉组织，响应于此，肌肉组织可能收缩。由此，肌肉组织被刺激。

刺激的参数的值，比如电流的量和刺激周期的持续时间，可以由信号发生器531基于存储在信号发生器531的存储器中的数据来确定。信号发生器531连接到可编程微处理器536，其例如适于设置用于刺激的参数。例如，刺激的参数的值可以由用户经由用户接口56来确定。

微处理器536连接到电极选择器530并且适于控制电极选择器530以便根据激活模式选择刺激电极。

微处理器536例如还包括计时器，其用于控制微处理器536的操作顺序以使得在操作中用于经由电极系统10向身体组织提供电肌肉刺激信号的方法的步骤的序列如下文将描述的那样被执行。

而且，微处理器536连接到和/或装备有存储器533，例如用于存储与响应信号相关联的刺激参数或数据，如下文将描述的。

在图1的示例中，电极系统10包括形式为两个传感器电极30的单独传感器。在该示例中，传感器电极30在电极阵列13和对电极11之外的电极系统10的相对侧上彼此平行地延伸。例如，传感器电极是形成例如矩形形状带的电极垫。在图2的示例中，传感器是双极肌电图（EMG）传感器。

该传感器可以感测肌肉组织的属性，该属性形成所述肌肉组织的活动性的度量。该传感器具有传感器输出端，其连接到控制单元53中的信号处理单元537的输入端。经由该传感器输出端，该传感器可以向信号处理单元537提供传感器信号。信号处理单元537可以根据传感器信号确定活动性的度量的值，即测量由传感器感测的信号并经由处理器输出端将该值输出到微处理器536。因此，信号处理单元537可以将如由所测量的信号表示的肌肉活动的幅值的值输出到微处理器536。

例如，微处理器536可以基于由信号处理单元537确定的值来确定肌肉组织的参数并在用户接口56处以用户可感知的形式输出该值。而且，例如关于电极阵列是否仍然被安置在适合用于刺激的位置之上的指示可以基于响应信号来生成，并且可以被指示给用户。当电极系统10是干电极系统时，即不附着于皮肤的系统（如“粘结的”电极），而且在“粘结的”电极的情况下，这都是有利的。

在修改的实施例中，该传感器是用于单极EMG测量的单个传感器电极30的形式。因此，该传感器是单极EMG传感器。例如，该传感器可以布置在电极阵列13附近。

在另一个修改的实施例中，电极12的至少一个可选择的电极形成传感器。例如，电极12具有电刺激肌肉组织和感测肌肉组织的所述属性的双重功能，该属性形成所述肌肉组织的活动性的度量。例如，信号处理单元537的输入端连接到电极12，或可经由电极选择器530连接到电极12。例如，电极12的至少一个电极可以充当单极或双极EMG传感器。因此，不需要单独的传感器电极30。例如，控制单元53可以适于控制电极选择器530来选择至少一个电极12以用于形成用于经由所述至少一个所选的电极12感测肌肉组织的所述属性的传感器，并且用于接收响应信号。

图3示出用于向接触肌肉组织的身体组织（特别是向肌肉之上的皮肤）提供电肌肉刺激信号的方法的示例的流程图。

在第一步骤110中，包括电极阵列13的电极系统10被安置在期望的表面上，例如肌肉组织之上的皮肤的一部分上。

在第二步骤112中，微处理器536控制电极选择器530以根据激活模式序列的第一激活模式选择至少一个刺激电极。例如，每个激活模式可以由要被激活的电极12的不同单个电极组成。例如，激活模式的序列是特定顺序的电极序列。例如，在矩形电极阵列13的情况下，电极12可以被逐行以及在每行内逐列被激活。然而，微处理器536还可以被允许控制电极选择器530以根据由多于一个电极组成的激活模式选择刺激电极。

在第三步骤114中，由信号发生器531生成的肌肉刺激信号经由通过电极选择器530选择的刺激电极而被提供给皮肤，并且因此被提供给与皮肤电接触的肌肉组织。由此，肌肉组织可以被电刺激。刺激的效力通常将取决于刺激电极的方位或更一般地取决于激活模式。

在第四步骤116中，由信号处理单元537测量传感器的信号。例如，该测量步骤与刺激步骤重叠。特别地，在允许确定肌肉活动性的幅值的时间跨度上测量信号。特别地，例如在经由刺激电极应用刺激信号之后在这种时间跨度期间测量信号。因此，所测量的信号包括与刺激电极或更一般地与用于刺激的激活模式相关联的响应信号。例如，由信号处理单元537连续获取传感器的信号，并且基于关于应用相应刺激信号的时序的信息识别与特定刺激电极相关联的响应信号。例如，这种信息和可选地关于用于刺激的激活模式的信息可以经由微处理器536而被提供给信号处理单元537。

取代使用具有图1的传感器电极30的传感器，从传感器接收与激活模式相关联的响应信号的步骤可以包括控制电极选择器530来选择至少一个电极12以用于形成用于经由所述至少一个选择的电极12感测肌肉组织的所述属性的传感器，以及从所述至少一个选择的电极12中接收响应信号。

在第五步骤118中，信号处理单元537确定如由所测量的响应信号表示的肌肉活动性的幅值的值，如下文所描述的。

然后利用在步骤112中选择的激活模式序列的下一个激活模式和在步骤114中刺激的相应至少一个电极来重复搜索步骤112、114、116和118。针对激活模式序列中每个其他激活模式重复这些步骤。在由不同的各个电极组成的激活模式的示例中，这意味着步骤112-118的序列针对所述9个电极12的每一个而被执行一次。电极12被逐个激活，并且相关联的响应信号被分析。然而，步骤116中测量的响应信号也可以被记录，并且在分析步骤118针对每个响应信号被执行之前，可以针对激活模式序列重复步骤112-116。

图4示出如由信号处理单元537从传感器接收的肌电图（EMG）信号的示例。图4所示的曲线示出与刺激信号应用于在图4中从1到9标号的各个电极相对应的顶点。在刺激之间的间隙中，记录与相应刺激电极相关联的响应信号。例如，如在图4中所指示，以频率F顺序地激活刺激电极。

例如，信号处理单元537针对与不同刺激电极或激活模式相关联的响应信号的每一个确定峰-峰值。在图4中，与电极号5相关联的响应信号的最大峰-峰值由双箭头指示。

在测量和分析了用于刺激每个电极的响应信号之后，在第六步骤120中基于如由所测量的响应信号表示的肌肉活动性的幅值选择电极12的至少一个。特别地，例如可以选择被发现已经造成肌肉活动性的最大幅值的刺激电极。在图4的示例中，电极号5因此将被选择。特别地，例如至少一个电极可以被选择用于刺激肌肉组织。微处理器536选择所述至少一个电极。而且，例如微处理器536可以控制电极选择器530来选择所述至少一个电极。

在第七步骤122中，信号发生器531的肌肉刺激信号经由电极12中的所述选择的至少一个电极并经由皮肤而被提供给肌肉组织，以便刺激该肌肉组织。示出响应的最大幅值的电极被认为是最适合用于刺激肌肉组织的电极。然而，例如多于一个的电极可以被选择用于刺激。例如，可以选择所有电极用于刺激，其相关联的响应信号示出高于特定阈值的肌肉活动性的幅值。在图4的示例中，这可能导致在步骤120中电极号5和6被选择用于刺激，这些是具有最大峰-峰值的响应信号。

取代在步骤120中基于相关联的响应信号的最高峰-峰值的标准选择至少一个电极，其他标准可以用于选择所述至少一个电极。适合的标准的示例是：响应信号的曲线下最大面积、响应信号的最快增加速率、响应信号的最快降低速率等等。

如目前为止所述的图3的方法可能在确定用于刺激处于肌肉的静态情况的肌肉组织的电极方面是有用的。不希望受限于任何理论，相信响应于刺激而示出肌肉活动性的最大幅值的电极的位置最适合用于刺激肌肉组织的活动性。因此在步骤120中选择的所述至少一个刺激电极对应于适合或最适合用于刺激所述肌肉组织的位置。这种位置被预期对应于相应肌肉的运动点（motor point），即其中运动神经进入肌肉的区域。

例如，在图3的方法中，在步骤122中刺激肌肉组织之后，从再次在步骤112中选择第一刺激电极或激活模式开始重复该方法的步骤。因此，步骤112-118的搜索过程和步骤120和122的刺激过程被重复。由此，适合用于刺激肌肉组织的位置可以在动态情况下被跟踪，例如在肌肉收缩或放松或者由于另外的肌肉的活动性的缘故而被移动的情况下被跟踪。

例如，搜索步骤112-116可以针对取决于先前选择的至少一个刺激电极的激活模式序列而被执行。例如，该搜索可以在先前选择的刺激电极的附近的电极上进行。

因此，当运动点相对于皮肤表面的位置由于诱导的肌肉收缩的缘故或通过在相同的身体部分中肌肉群的收缩或放松而改变时，所描述的方法利于跟踪该运地点以便保持有效的刺激。

而且，例如运动点或在步骤120中选择的所述至少一个刺激电极的位置可以被显示在用户接口56的显示器上。这可以允许不断地监控在静态和动态情况下的运动点位置。

在图3的所述实施例中，选择至少一个用于刺激的电极的步骤120和/或刺激的步骤122可以是可选的步骤。例如，在步骤120中确定了至少一个适合用于刺激肌肉组织的电极之后，该方法可以继续步骤112、114、116和118的搜索过程。这可以允许监控适合用于刺激的位置的方位。在此情况下，刺激强度应当尽可能低，但是应当高于刺激阈值；优选地低到足以不会感觉到搜索过程且恰好高于刺激阈值。

在图3的实施例的另一个修改中，该方法的所述步骤可以针对不同肌肉（例如一个肌肉群中的不同肌肉）的肌肉组织同时执行。因此，例如步骤120和122可以同时或随后被执行用于刺激不同肌肉的肌肉组织。例如，在步骤120中，至少一个第一电极可被选择用于刺激第一肌肉，且至少一个第二电极可被选择用于刺激第二肌肉。例如，在步骤122中，经由第一选择的至少一个电极选择性地将电肌肉刺激信号提供给所述第一肌肉的肌肉组织，并且经由所述第二选择的至少一个电极选择性地将电肌肉刺激信号提供给第二肌肉的肌肉组织。例如，基于不同肌肉的适合用于刺激的位置或运动点的相对取向的预定知识，与肌肉活动性的大幅值相关联的电极或激活模式被分配给第一或第二或另外的肌肉的至少一个。这种预定的信息可以例如存储在存储器533中。此外或可替代地，这种信息可以通过分析针对不同的刺激电极或激活模式的肌肉响应并且经由用户接口56输入肌肉数据来获得。例如，在分析步骤118中，用户可以被请求输入关于在先前的刺激步骤114中已激活了哪个肌肉的信息。允许选择性地刺激多于一个的肌肉对于在多个运动点彼此非常接近的区域中的刺激是特别地有利的。

而且，针对不同肌肉的肌肉组织同时执行图3的方法的步骤可以允许将某些运动点的位置的变化与其他运动点或肌肉的移动关联。这例如在第一肌肉的运动点的方位根据某种相关性影响其他肌肉（例如对抗肌）的运动点的方位的情况下是有利的。

而且，针对不同的肌肉的肌肉组织同时执行图3的方法的步骤在像恢复手抓功能之类的应用中是有利的，恢复手抓功能需要以特定次序刺激不同的肌肉以实现手的期望运动。控制单元53可以控制经由相应的选择的至少一个电极根据针对不同肌肉的期望激活次序选择性地向相应肌肉的肌肉组织提供电肌肉刺激信号的所述步骤122。例如，针对特定肌肉进行刺激的持续时间和时刻可以根据期望的刺激次序来确定。

而且，对不同肌肉的肌肉组织的刺激可以依据该肌肉的对抗肌的状态来执行。例如，对主动肌和相应的对抗肌的刺激可以相互排斥地执行。这增加了肌肉刺激的安全性。而且，例如对主动肌的刺激在没有检测到对抗肌的肌肉活动性的条件下被执行。这允许进一步增加肌肉刺激的安全性。

在图3的方法的另一个修改的实施例中，在步骤122中的刺激可以在对抗肌的活动性已在相应的响应信号中被检测到的条件下被执行。这可能是有利地的，以便消除震颤或痉挛移动。因此，对抗肌活动性例如由于震颤或痉挛的缘故而被测量到并且主动肌在步骤122中被相应地刺激以“消除”震颤或痉挛。例如，图3的方法的步骤可以同时针对主动肌的肌肉组织和对抗肌的肌肉组织而被执行。

图5示出用于向接触肌肉组织的身体组织提供电肌肉刺激信号的方法的另一个示例的流程图。该方法类似于图3的方法，但与所述方法不同之处在于刺激步骤122是第八步骤，并且在步骤120与122之间执行基于所测量的响应信号确定身体部分的取向的第七步骤130。

在步骤130中，例如基于步骤116的所测量的响应信号和分析步骤118来确定肌肉组织的状态。

例如，当适合用于刺激的位置已被如上所述地确定时，该位置可以是肌肉的状态的指示。例如，肌肉组织的所述状态可以是肌肉组织或包括所述肌肉组织的身体部分的取向的状态，或取决于所述肌肉组织的收缩或放松的状态的不同身体部分的取向的状态。

而且，例如，在步骤130中，基于所确定的所述肌肉组织的状态来确定（即估计）身体部分的取向。

例如，基于所确定的所述肌肉组织的状态并基于校准数据来确定身体部分的取向。校准数据可以在初始校准步骤中获取，在该初始校准步骤中用户执行特定移动和/或采取特定姿势和/或激活或放松特定肌肉。校准数据可以存储在存储器533中。

可选地，在从如上所述的搜索过程的步骤112开始可选地重复该方法的步骤之前，该方法继续刺激步骤122。因此，确定身体部分的取向可以与对肌肉组织的刺激结合。例如，刺激可以依据所确定的取向执行。这允许例如根据身体部分的移动刺激肌肉组织，例如按照需要调适刺激以实现期望的运动。

在图5的方法的修改实施例中，类似于以上关于图3的方法所述，可以同时针对不同肌肉的肌肉组织执行该方法的步骤。

例如，身体部分的取向还可以基于所确定的多于一个的肌肉的肌肉组织的状态来确定。例如，适合用于刺激的位置可以如上所述地针对多于一个的肌肉的肌肉组织而被确定。例如，二头肌和三头肌的运动点可被确定，并且在步骤130中，可以基于所确定的这些肌肉的状态来确定手臂的取向。

在另一个示例中，步骤122中对各个肌肉的肌肉组织的刺激可以根据不同肌肉的肌肉收缩次序来执行，以便实现期望的运动。例如，在恢复手抓功能的应用中，需要肌肉刺激序列以实现所需的运动。例如，手臂和/或手和/或手指的方位可以通过定位各个肌肉运动点来确定，并且激活不同肌肉的次序可以从在步骤130中确定的方位或取向得出。这具有的优点是：不需要额外的设备来确定相应身体部分的取向，例如加速计或陀螺仪。

尽管已经在附图和前述描述中图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性的或示范性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。

特别地，根据本发明的装置的每个所描述的特征可以有利地与根据本发明的方法一起使用，且反之亦然。

本领域技术人员在实践要求保护的本发明时通过研究附图、公开和所附权利要求能够理解并实现对所公开的实施例的变形。

例如，被描述为包含在外壳中的操作单元50的不同元件也可以相互分离，例如形成分离的设备。而且，操作单元的各部分可以包括在电极系统10中，或者操作单元可以与电极系统10集成。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”不排除多个。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于向接触肌肉组织的身体组织提供电肌肉刺激信号的方法，包括：

- 安置电极阵列（13），其包括与所述身体组织电接触的多个电极（12）；

- 根据激活模式的序列激活所述电极（12），每个激活模式限定了要被激活的电极（12）的子集，每个相应子集由至少一个电极（12）组成，所述激活通过经由相应的子集的所述至少一个电极（12）向所述身体组织提供电肌肉刺激信号来进行，以及

- 与根据激活模式对电极（12）的所述激活交替地，通过感测所述肌肉组织的属性来测量与该激活模式相关联的响应信号，该属性响应于经由激活模式的所述至少一个电极（12）提供给接触所述肌肉组织的所述身体组织的电刺激信号形成对所述肌肉组织的活动性的度量。

2.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：

- 基于所测量的响应信号选择所述多个电极（12）中的至少一个。

3.如权利要求2所述的方法，其中基于适合用于根据响应信号确定肌肉活动性的标准来选择所述多个电极（12）中的所述至少一个。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中该方法进一步包括：

- 经由所述选择的至少一个电极（12）并经由所述身体组织选择性地向所述肌肉组织提供电肌肉刺激信号。

5.如权利要求4所述的方法，其中根据激活模式序列激活所述电极（12）、与根据激活模式对电极（12）的所述激活交替地测量与该激活模式相关联的响应信号以及基于所测量的响应信号选择所述多个电极（12）中的至少一个的这些步骤，与经由所新选的所述至少一个电极（12）并经由所述身体组织选择性地向所述肌肉组织提供电肌肉刺激信号的步骤，交替地被重复。

6.如权利要求4或5所述的方法，其中基于所测量的响应信号选择所述多个电极（12）中至少一个的步骤包括基于所测量的响应信号选择所述多个电极（12）中的至少一个第一电极和至少一个第二电极，以及

其中经由所述选择的至少一个电极（12）并经由所述身体组织向所述肌肉组织选择性地提供电肌肉刺激信号的步骤包括，经由所述选择的至少一个第一电极和所述选择的至少一个第二电极中的至少一个并经由所述身体组织，向第一肌肉的肌肉组织和第二肌肉的肌肉组织中的至少一个选择性地提供电肌肉刺激信号。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，该方法进一步包括：

- 基于所测量的响应信号确定身体部分的取向。

8.一种用于电刺激肌肉组织的装置，包括：

- 电极阵列（13），其包括多个电极（12），用于与接触所述肌肉组织的身体组织电接触地安置；该电极阵列（13）可连接到用于生成电肌肉刺激信号的信号发生器（531）；

- 电极选择器（530），用于从所述多个电极（12）中选择一个或多个电极（12）以用于向所述身体组织提供连接的信号发生器（531）的电刺激信号；

- 传感器（30；12），用于通过感测所述肌肉组织的属性测量信号，该属性形成对所述肌肉组织的活动性的度量；以及

- 控制单元（53），用于控制所述电极选择器（530）并用于从所述传感器（30；12）接收信号，该控制单元（53）适于：

      - 根据激活模式序列激活所述电极（12），每个激活模式限定了要被激活的电极（12）的子集，每个相应的子集由至少一个电极（12）组成，所述激活通过控制所述电极选择器（530）来选择相应子集的所述至少一个电极（12）以用于经由所述至少一个电极（12）向所述身体组织提供所述信号发生器（531）的电肌肉刺激信号来进行，以及

- 与根据激活模式对电极（12）的所述激活交替地，从所述传感器（30；12）接收与该激活模式相关联的响应信号。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述控制单元（53）进一步适于基于响应信号选择所述多个电极（12）中的至少一个。

10.如权利要求8或9所述的装置，进一步包括用于分析从所述传感器接收的响应信号的信号处理单元（537），其中该信号处理单元（537）适于确定适合用于根据响应信号确定肌肉活动性的标准。

11.如权利要求8-10中任一项所述的装置，其中所述控制单元（53）适于执行权利要求1-7中任一项的方法。

12.根据权利要求8-11中任一项的装置用于治疗肌肉的用途。

13.一种包括程序代码部分的计算机程序产品，其用于在其运行在可编程装置上时执行根据权利要求1-7中任一项的方法。

14.数据载体，其包括用于执行如权利要求1-7中任一项所述的方法的步骤的计算机程序。

15.计算机，其用于执行如权利要求13所述的计算机程序产品。

Images