CN103945897A - 用于稳定承重关节、改善承重关节的活动性和控制承重关节的软骨基质退变的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改善受损伤的关节的活动性和/或受损伤的关节的滑液的质量的设备和方法，其中，所述关节与至少第一肌肉群和至少第二肌肉群相关联，所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群各自具有拮抗关系以用于在收到自然的神经脉冲时影响关节的通过一定的活动范围的活动性。所述设备和方法包括：电子医疗装置，所述电子医疗装置构造成通过至少第一通道和至少第二通道以多阶段模式施加运动水平的电刺激，该多阶段模式被编程至电子医疗装置中并且对应于用于关节的肌电图输出的顺序；至少两个第一电极，所述至少两个第一电极连接至所述电子医疗装置的至少第一通道，至少两个第一电极定位成邻近至少第一肌肉群；至少两个第二电极，所述至少两个第二电极连接至所述电子医疗装置的至少第二通道，至少两个第二电极定位成邻近至少第二肌肉群；敷贴器，所述敷贴器构造成穿戴在关节部段上，使得至少两个第一电极和至少两个第二电极设置在敷贴器与关节部段之间，敷贴器进一步构造成减小在受损伤的关节的至少一个隔室上的压缩力。

Description

用于稳定承重关节、改善承重关节的活动性和控制承重关节的软骨基质退变的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请是于2008年1月18日提交的共同待决的美国申请No.12/016,914的部分继续申请，并且也是于2006年8月9日提交的共同待决的美国申请No.11/500,907（下文称为’907申请）的部分继续申请，其中，于2008年1月18日提交的共同待决的美国申请No.12/016,914是已弃权的于2003年9月11日提交的美国申请No.10/659,278（下文称为’278申请）的部分继续申请。’278申请要求于2002年9月11日提交的美国临时申请No.60/409,589的权益，而’907申请要求于2005年8月9日提交的美国临时申请No.60/706,445的权益。这些申请的公开内容如同在本文中充分陈述那样通过参引全部并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及退行性关节疾病和骨性关节炎，并且更特别地涉及一种用于稳定承重关节、改善承重关节的活动性和控制承重关节的软骨基质退变的设备和方法。

背景技术

在历史上，已经采用电肌肉刺激来重新培养和重新训练受损的肌肉。运动的恢复——特别是对中风瘫痪的运动的恢复——通过称为功能性电刺激（即，实际上引起关节部段活动或关节通过其整个活动范围的电刺激）已经看到了有限的成功。功能性电肌肉刺激的目标在于恢复受到衰竭性创伤后的肌肉的功能性机能。用于功能性电肌肉刺激的主要对象包括具有下身麻痹、偏瘫和四肢麻痹的人、以及具有脊髓损伤的个体或者遭受中枢神经系统损伤，例如多发性硬化、颅脑损伤或大脑性麻痹的患者。

Keegan的美国专利No.3,083,712（下文称为“Keegan”）总体上涉及电肌肉疗法，并且更特别地涉及一种用于肌肉疗法的程序化的顺序。“Keegan”的目的是提供一种用于以肌肉的正常功能所需要的适当时间关系在拮抗肌之间产生连续编程的设备。在“Keegan”的说明性示例中，刺激通过电极施加至腓神经，这引起脚的轻微外翻（即向外翻动）和肌肉背屈。在该示例中，设置电刺激以确保当脚向前摆动时脚的脚趾将被抬起以避免脚趾的拖地，位于身体的麻痹侧的脚趾在走路时拖地是偏瘫的特征。当开关随着脚后跟碰到地面而被按下时，提供该示例的电刺激，从而桥接接触以从电池电源提供能量。相应地，“Keegan”的“连续编程”涉及一种用于在开关被按下时刺激腓神经而不按顺序刺激多个肌肉的方法。对于病人而言，仅由该类型的刺激所引起的功能性运动——如果有的话——很少成为随意性运动。

脊髓损伤的病人的最终目标是行走。相应地，可以在迈步阶段通过电刺激刺激肌肉以使关节部段前进通过其活动的范围。在站立期间也刺激肌肉，所以患者可以保持在直立位置中。尽管在关节部段的迈步阶段和站立阶段之间存在瞬时恢复期，但是因易疲劳的快速运动单元的电刺激的激活，疲劳快速地开始并且肌肉可能容易地失灵。因为脊髓的破坏促使缓慢耐疲劳肌肉纤维转换至快速易疲劳肌肉纤维，所以疲劳也会占据主导，特别是在跨过关节的承重肌肉中是这样。此外，在这种刺激期间的姿势的不稳定性可能引起跌倒。与通常将需要刺激来引起关节部段运动通过其整个活动范围的肌肉的总量相比，不稳定性涉及通过这种电刺激所刺激的少量肌肉。

相应地，已经做出尝试来克服在肢体前进通过其活动范围时因易疲劳性和因缓慢颤搐肌肉转换至快速颤搐肌肉所造成的肌肉失灵。Aleev等的美国专利No.4,165,750（下文称为“Aleev”）涉及一种以生物电的方式控制的人体肌肉的电刺激器，所述电刺激器包括振荡器和一组刺激器通道。Aleev使用活人和功能性电刺激来改善在实际上由人执行的运动与被编程的运动之间的一致性以在刺激的过程中缓解疼痛，并且能够通过在疲劳刚开始时改变刺激条件来检测在电刺激期间肌肉的易疲劳性。Aleev尝试在下述系统中实现这些目标：该系统感测编程者（programmer）的肌肉的生物电活动、操纵对应的电信号并且将该电信号施加至运动处于受控制下的人的肌肉，同时继续感测编程者的肌肉的生物电活动，该编程者与运动处于控制下的人可以是不同的人。这些目标不仅意味着恢复受损肌肉的力量，也意味着恢复失去的运动技巧（即，使人能够执行与健康的人的四肢、躯干和头的复合活动相同的四肢、躯干和头的复合活动）。

Cywinski的美国专利No.5,350,415（下文称为“Cywinski”）涉及一种不依靠肌肉收缩来实现治疗结果的用于肌肉的营养刺激的装置。Cywinski的装置容纳脉冲发生电路，该脉冲发生电路模仿在肌肉受神经支配时自然地产生的运动单元动作电位（MUAPs）。MUAPs已知具有介于每秒5个脉冲与每秒15个脉冲之间的平均激发速率，该平均激发速率远低于实现肌肉的融合的且有力的收缩所必需的刺激速率。Cywinski的目标是刺激从快速疲劳类型进入缓慢耐疲劳类型的肌肉收缩性能的营养变化。相应地，Cywinski在不需要引起肌肉的融合的且有力的收缩的情况下实现了治疗结果。

在人体的自然运动后，电刺激可以被模式化，并且在下文中称为“模式化的电肌肉刺激”。当健康的关节部段运动通过其整个运动范围时，模式化的电肌肉刺激采用记录在健康的关节部段中的激发模式的模板。模式化的电肌肉刺激也可以在身体的自然MUAPs或者任何其他可观察到的肌肉测序之后被模式化。例如，未受损伤的肱二头肌和肱三头肌的活动模式可以以肌电图输出的形式来检测并且在直臂的弯曲期间被记录。然后，分析这些肌电图活动（即协同模式）的计时参数和幅值参数。通过使用数学模型，活动模式被重建并且通过电肌肉刺激器被施加至受损的肌肉对。当受损的肌肉收缩时，感官刺激模式提升至大脑，在大脑处因而以远不能辨别的方式产生新的运动模板。一旦能够获得新的运动模板，那么自发的功能性运动会成为可能。

上述的方法主要涉及受损肌肉的治疗。最近，研究者已经研究了除了肌肉之外的某些组织和细胞之间的生物电相互作用的生理学过程和关于除了肌肉之外的某些组织和细胞的有关生长和修复的活动。例如，骨性关节炎——又称为退行性关节病的特征在于关节软骨的退化和软骨下骨的增殖和重塑。骨性关节炎通常的症状是僵硬、活动受限和疼痛。与任何其他关节相比，骨性关节炎尤其影响膝关节。关节被包围在称为滑囊的保护性囊状结构中，并且存在产生滑液的称为滑膜的关节的衬垫。该滑液浸浴并润滑关节的关节面并且帮助保护软骨。滑膜细胞和在邻近软骨的关节空间中发现的其他细胞在软骨的新陈代谢（例如滑膜细胞产生能够分解软骨的金属蛋白酶）中也具有重要作用。

在骨性关节炎的状况下看到的软骨的分解分几个阶段发生。首先，滑液变稀薄并且失去其弹性和粘性，这降低了其对关节起缓冲作用的能力。没有该缓冲作用，在关节中的软骨可能更易“磨损”。因此，覆盖关节的光滑的软骨表面软化并开始失去吸收运动的冲击的能力并且可能因过度使用或震动而更容易受损伤。当软骨分解时，关节也可能失去其形状，并且在受损伤的关节隔室的边缘上可能形成骨生长或骨刺。因此，骨头和软骨的小颗粒可能退变并且开始围绕关节腔漂浮，这促使受损伤关节的进一步退变。因而，用于测量针对骨性关节炎的治疗方法的效果的一个因素可以是对测量滑液的粘度和密度的定量和定性分析。

用于治疗骨性关节炎的常规医疗标准是支撑受损伤关节。常规支架通过减少在被支撑的关节上的压缩力来减轻疼痛。例如，Tillinghast，III的美国专利No.5,458,565（下文称为“Tillinghast”）涉及一种骨性关节炎膝盖支架，该支架具有：挠性的上臂构件和下臂构件，上臂构件和下臂构件通过旋转铰链组件以可旋转的方式彼此连接；以及定位在铰链组件与膝关节之间的可膨胀或可收缩的流体容纳垫，并且Ingimundarson等的美国公开专利申请No.2006/0135900（下文称为“Ingimundarson”）涉及一种具有挠性的近关节的壳和挠性的远离关节的壳的骨性关节炎膝盖的支架。Tillinghast的实施方式针对下述目标：稳定骨性关节炎膝关节并且通过将放射状地定向的治疗力分布穿过垫到达与垫接合的膝关节的表面来减少用户的疼痛。而Ingimundarson的实施方式针对下述目标：通过这样来减小隔室性的骨性关节炎的影响，将多种力施加至远离具有骨性关节炎的隔室的侧部的膝盖，同时在隔室的侧部上提供力以在使旋转力最小化的同时将支架牢固地维持在腿上。

尽管已经使用了这种膝盖支架，其对治疗骨性关节炎有不同程度的作用，但是还没有一个这种膝盖支架可以与控制软骨基质退变的电刺激成功地结合。例如，Shiba等的美国专利No.6,456,885（下文称为“Shiba”）涉及一种与在对应的拮抗肌处于收缩状态时被提供至拮抗肌的电刺激相结合的肌肉强化膝盖支架。当患者试着在闭链运动练习期间伸直或弯曲关节部段时，电刺激用于产生抵抗力。所产生的肌肉收缩使被这些肌肉围绕的骨受到轴向的压缩载荷。然而，这些载荷沿与Tillinghast和Ingimundarson试图最小化的力相反的方向延续。

如上所述，在现有技术中仍然存在对稳定承重关节、改善承重关节的活动性和控制承重关节的软骨基质退变的设备和方法的需要。更特别地，在现有技术中仍然存在对在减轻骨性关节炎症状的情况下允许患者具有更大的活动性且同时允许治疗症状的设备和方法的需要。

发明内容

相应地，本发明的目标是提供一种用于稳定承重关节、改善承重关节活动性和控制承重关节的软骨基质退变的设备和方法。该设备和方法包括：电子医疗装置，该电子医疗装置构造成通过至少第一通道和至少第二通道以多阶段模式施加运动水平的电刺激，该多阶段模式被编程至电子医疗装置中并且对应于关节的肌电图输出的顺序；至少两个第一电极，所述至少两个第一电极连接至所述电子医疗装置的至少第一通道，所述至少两个第一电极定位成邻近至少第一肌肉群；至少两个第二电极，所述至少两个第二电极连接至所述电子医疗装置的至少第二通道，所述至少两个第二电极定位成邻近至少第二肌肉群；敷贴器，所述敷贴器构造成被穿戴在关节部段上，使得至少两个第一电极和至少两个第二电极布置在敷贴器与关节部段之间，敷贴器进一步构造成减小受损伤的关节的至少一个隔室上的压缩力。通过下面的结合附图和权利要求的书面描述，本发明的这些其他目标、优点和特征以及其他目标、优点和特征将变得更加明显。

附图说明

参照作为说明书的一部分并且表示本发明的示例性实施方式的附图能够更好地理解本发明的许多方面。

图1是承重关节部段的正侧视图和背侧视图，其中，示出了基于肌电图输出以三阶段模式促进运动水平的电刺激来刺激与关节相关联的拮抗肌肉群的表面皮肤电极的布置；

图2是示出了具有稳定器的表面皮肤电极的布置的承重关节部段的正侧视图和背侧视图；

图3是本发明的电子医疗装置的示例性实施方式的俯视图；

图4示出了被施加至受损伤的关节的拮抗肌肉群时测序电流的相对计时模式；

图5是示出在本发明的示例1中的疼痛指数的WOMAC分量表的对比图；

图6是示出在本发明的示例1中的功能指数的WOMAC的分量表的对比图；

图7是示出在本发明的示例1中的僵硬指数的WOMAC的分量表的对比图；

图8A是示出了在本发明的示例2中获得的外侧髁对照组的基准线活体组织切片的组织结构的显微照片；

图8B是示出了在本发明的示例2中获得的外侧髁对照组的12周活体组织切片的组织结构的显微照片；

图9A是示出了在本发明的示例2中获得的外侧髁实验组的基准线活体组织切片的组织结构的显微照片；以及

图9B是示出了在本发明的示例2中获得的外侧髁实验组的12周活体组织切片的组织结构的显微照片。

这些附图中的部件不一定按比例，而是明显地着重在清楚地示出本发明的原理。同样在这些附图中，贯穿若干附图，相同的附图标记指示对应的部件。

具体实施方式

本发明克服了现有技术的不足并且通过利用与稳定器结合的模式化的电肌肉刺激来改善受损伤的承重关节的活动性和控制在受损伤的承重关节中的软骨基质退变的至少提供了下面讨论的优点。根据下面的优选实施方式的描述和在附图中，能够更好地理解由本发明提供的这些优点和其他优点。在描述优选实施方式时，为了清楚起见采用了特定术语。然而，本发明并不意在受限于所选的特定术语，并且应该理解的是，每个特定术语包括以相似方式操作来实现相似目的的所有技术等同语。例如，尽管优选实施方式针对腿的关节部段和膝盖的关节，但是同样可以想到的是本发明可以用于电刺激和稳定具有关节——包括但不限于肘、踝、肩膀、臀部、脚趾关节和手指关节——的其他关节部段。

A.设备

转至附图，附图标记100标示了具有受损伤的承重关节102的关节部段100。运动水平的模式化的肌肉电刺激通过四个表面皮肤电极108和电子医疗装置110施加至引起关节102的运动或连接的肌肉群104和106。该模式化的肌肉刺激在不需要实际上引起关节部段100运动通过与正常的关节活动相关联的活动范围的情况下、以模仿正常的关节活动的顺序引起肌肉群104和106的融合的且有力的收缩。肌肉收缩的顺序使关节102处于在不带来承重载荷的情况下自然增强营养机能的状况下。

图1示出了用于通过使用表面皮肤电极108施加运动水平的模式化的肌肉电刺激来改善受损伤关节102——特别是膝关节102——的活动性和控制受损伤关节102的软骨基质退变的设备和方法。表面皮肤电极108可以放置在关节部段100上的预定位置处，使得电刺激模式对应于肌肉群104和106的单个肌肉细胞中的放电顺序，所述单个肌肉细胞以在未受损伤的膝关节102的自然运动期间进行复合运动的模式一起收缩。

图2示出了用于通过使用设置在稳定器200中的表面皮肤电极108施加运动水平的模式化的肌肉电刺激来改善受损伤关节102——特别是膝关节102——的活动性和控制受损伤关节102的软骨基质退变的设备和方法。因为表面皮肤电极108可以放置在关节部段100上的预定位置处，所以稳定器200可以包括附接部或者袋状部202，其中，当将稳定器200被穿戴在关节部段100上时，表面皮肤电极108能够在对应于关节部段100上的预定位置处附接至稳定器200或安装在稳定器200中。以此方式，不管何时病人穿戴稳定器200，表面皮肤电极108都能够容易地且可重复地定位在关节部段100上的预定位置处。

在图1和图2中，表面皮肤电极108放置在大腿的前部区域的肌肉群104上和大腿的后部区域的肌肉群106上。更具体地，在大腿的前部区域，一个表面皮肤电极108放置在骨外侧肌上并且一个表面皮肤电极108放置在骨内侧肌上，其中，这两块肌肉组成了在大腿的前部区域的肌肉群104或者股四头肌。在大腿的后部区域，一个表面皮肤电极108放置在近关节的股二头肌上并且一个表面皮肤电极108放置在远离关节的股二头肌上，其中，这两块肌肉组成了在大腿的前部区域的肌肉群106或股后肌肉群（总体上）。

同样在图1和图2中，表面皮肤电极108连接至电子医疗装置110，该电子医疗装置110构造成通过使用多个通道将电刺激信号提供给肌肉群104和106。通过在表面皮肤电极108与电子医疗装置110之间延伸的导电体或者导线112进行这些连接。放置在大腿的前部区域的肌肉群104上的该对表面皮肤电极108对应于电子医疗装置110的通道1，而放置在大腿的后部区域上的肌肉群106上的该对表面皮肤电极108对应于电子医疗装置110的通道2。电子医疗装置适于通过其四个通道中的每个通道提供多种类型和多种水平的刺激。这种电子医疗装置110的示例是在McGrow等的美国专利No.6,393,328和No.6,988,005中所公开的便携式肌肉刺激器，美国专利No.6,393,328和No.6,988,005的公开内容如同在本文中充分陈述的那样通过参引全部并入本文中。

图3示出了这种便携式肌肉刺激器的示例性实施方式。如图3所示，电子医疗装置110包括液晶显示屏（LCD）300，该液晶显示屏（LCD）300提供了视觉反馈和用于用户决定电刺激治疗的类型、水平和长度的界面。电子医疗装置110也包括电源开关302和用于控制包含在电子医疗装置110中的四个绝缘通道中的每个通道的各自的输出的四个开关304至310。在电子医疗装置110的前部处设置有四个输出插孔312至318，其中，单独的插孔设置用于能够独立地治疗四个单独的肌肉群的多达四个电绝缘输出通道中的每个通道。每个电绝缘的通道可以具有单独的强度控制件（例如开关304至310）用于独立地增加和降低由该通道所提供的刺激的强度。相应地，表面皮肤电极108通过插入输出插孔312至318中的电学上地单独的导线112与电子医疗装置110电通信，其中，每对表面皮肤电极108连接至单个输出插孔312至318。此外，电子医疗装置110可以设置有可编程数据存储卡，该可编程数据存储卡构造有使用监控功能使得其能够被无人监管的病人容易地和安全地使用，例如由McGrow等在美国专利No.5,836,995和No.5,755,745中公开的数据卡，美国专利No.5,836,995和No.5,755,745的公开内容如同在本文中充分陈述的那样通过参引全部并入本文中。

转至图2，表面皮肤电极108在附接部202处被安装在稳定器200中，使得表面皮肤电极108定位在稳定器200与关节部段100之间的稳定器200的内表面或皮肤侧表面处。每个附接部202包括用于进行每个表面皮肤电极108与其对应的导线112之间的电连接的电触头（未示出）。这些导线112的一部分可以硬件连接在稳定器200内并且在稳定器200的外表面处包括连接点，其中，连接点能够快速且便利地连接至导线112的其余部分或者直接连接至电子医疗装置110的输出插孔312至318。在图2中，例如，稳定器200包括接收部204（dock），该接收部204构造成将电子医疗装置110接纳在其内并且构造成将电子医疗装置110的输出插孔312至318直接连接至硬件连接在稳定器200内的导线212。接收部204优选地在防止干扰病人的运动的位置中——诸如在稳定器200的背向相对的关节部段100的侧部上——设置在稳定器200上。

表面皮肤电极108优选地为双面的或者双粘的（double-stick)，当病人穿戴稳定器200时，表面皮肤电极108以粘合的方式附接至稳定器200的内表面和关节部段100的皮肤。表面皮肤电极108也优选地是可重复使用的、一次性的和可替换的，所以表面皮肤电极108能够在不扰乱与将表面皮肤电极108连接至导线112的电触点的连接性的情况下从稳定器200移除。并且表面皮肤电极108优选地能够在稳定器200内重新定位，以便适应具有不同表寸和形状的关节部段100的不同的病人以及适应不同的电极排列。表面皮肤电极108能够通过将附接部202和其对应的电触头布置在可调节带中而在稳定器200内重新定位。

稳定器200构造成减小在受损伤关节102的至少一个隔室上的压缩力。在腿100处，例如，膝关节102的内侧隔室通常比外侧隔室更易受损伤。因此，单铰链稳定器200能够用于提供对抗在膝关节102的内侧隔室内的病理性的不平衡载荷的侧向力。从而，稳定器200从膝关节102的骨性关节炎的隔室或者以其他方式受损伤的隔室移除了承重应力并且将承重应力转移至健康的隔室上。在膝关节102的内侧隔室上的压缩力的减少给膝关节102带来较少的疼痛和磨损。因而，本发明的稳定器200能够与电肌肉刺激结合以改善关节部段100的活动性和控制在关节部段100的受损伤的承重关节102中的软骨基质退变。

B.方法

在本发明的一个实施方式中，电刺激的施加通过采用电连接至电子医疗装置110的单独的通道的多对表面皮肤电极108的对称的波形而发生。波形的对称性允许多对表面皮肤电极108用于每个通道以通过正极和负极的可互换性运行。替代性地，电刺激可以使用非对称的波形，使得对于在每个通道处的多对表面皮肤电极108在没有可互换性的情况下各自对应正极或负极。

在图1和图2的非限制性构型中，电刺激可以以“运动水平”施加至受损伤关节102的每个肌肉群104和106，从而引起对应的肌肉实现融合的且有力的收缩。在本发明的示例性实施方式中，运动水平的刺激可以具有引起要在受损伤关节102的神经或肌肉处产生的动作电位的参数设置。该参数设置可以形成双相、对称的波形，该双相、对称的波形调制频率、波幅和/或阶段以产生足以引起受刺激肌肉的强有力的可见收缩的一段时间的动作电位，但是不需要实际上引起关节部段100运动通过其整个活动范围（即不能引起功能性电刺激的参数）。

图4是示出了当将根据本发明的运动水平的模式化的电肌肉刺激施加至关节部段100的拮抗肌肉群104和106时的测序电流的相对计时模式的图。图4的图表示出了用于将运动水平的刺激施加至那些肌肉群104和106中的每一肌肉群的“通电”（on time)和“断电”（off time)。“通电”对应于施加电刺激的时段并且通过图表的阴影区域表示，而“断电”对应于未施加电刺激的时段并且通过图表的非阴影区域来表示。

本发明的运动水平的模式化电肌肉刺激可以设置成多个阶段或者多阶段模式。在下文描述的非限制性实施方式中，参照包括三个阶段（例如三阶段模式）的模式来描述电刺激。如图4所示出的，运动水平的模式化的电肌肉刺激设置成三阶段模式，该三阶段模式包括刺激股四头肌104、然后刺激腿后肌肉群106和返回再次刺激股四头肌104。三个阶段刺激顺序的第一阶段引起股四头肌104的收缩。当股四头肌104几乎完成其收缩时，腿后肌肉群106开始接收电刺激，从而引起腿后肌肉群106的收缩。在三个阶段刺激的阶段1与阶段2之间存在重叠的时段，其中，股四头肌104和腿后肌肉群106均同时被刺激。当腿后肌肉群106几乎完成其收缩时，股四头肌104再次被刺激。与阶段1和阶段2相似，在三个阶段刺激的阶段2和阶段3之间存在重叠的时段。电刺激的顺序产生了膝盖102的正常的营养功能，例如在膝关节102没有进一步退变的情况下产生滑液。

不同于其中电刺激使膝关节102受到压缩的轴向载荷的Shiba，本发明的运动水平的模式化的电肌肉刺激不使膝关节102受到任何附加的承重载荷。同样不同于其中当患者弯曲或伸直关节部段100作为闭链运动的一部分时施加电刺激的Shiba，运动水平模式化的电肌肉刺激能够在无需患者运动他或她的关节部段100通过其整个活动范围的情况下实现改善受损伤的关节102中的滑液的质量的期望的结果，从而防止了在刺激时期的运动摩擦的任何增大。因而，本发明的运动水平模式化的电肌肉刺激补充由稳定器200提供的压缩力的减小，而不是如在Shiba中那样对抗其压缩力的减小。

在图4中所示出的连续的激发模式下，通道1和通道2的通电和断电对应于在正常关节活动期间穿过股四头肌104和腿后肌肉群106放电的时段。更具体地，图4中所示出的激发模式如当承重关节102通过其整个活动范围时从承重关节102的股四头肌104和腿后肌肉群106以肌电图的方式记录的仿效肌肉收缩的计时模式。根据本发明，肌电图输出（未示出）是在处于高水平活动的状态下时从活的运动神经（例如当活的对象运转时，被测量的股四头肌104和腿后肌肉群106的运动神经）记录的。然后，再次产生用于肌肉群104和106收缩的计时模式——如图4中所示——以产生本发明的运动水平的模式化的电肌肉刺激。电刺激由电子医疗装置110以下述模式输送：该模式是基于这些肌肉群104和106的活的运动神经的计时模式。并且当施加模式化的肌肉刺激时，受损伤的关节102受到下述状况：该状况允许受损伤的关节102在不需要实际上引起关节运动通过其生物学上设计的活动范围的情况下具有营养机能。

同样在图4中所示的连续的激发模式中，通道1和通道2的通电和断电分别对应于穿过第一腿100的股四头肌104和腿后肌肉群106放电的时段，而通道3和通道4的通电和断电对应于穿过第二腿100的股四头肌104和腿后肌肉群106放电的时段。因此，电刺激可以通过使用具有至少四个刺激通道1至4的电子医疗装置110同时被施加至每个腿100的受损伤膝关节102。在该非限制性实施方式中，对应于通道1的表面皮肤电极108放置在第一腿100的前部区域；对应于通道2的表面皮肤电极108放置在第一腿100的后部区域；对应于通道3的表面皮肤电极108放置在第二腿100的前部区域；对应于通道4的表面皮肤电极108放置在第二腿的后部区域。

将运动水平的刺激以模仿肌电图输出模式的顺序施加至与特定关节102相关联的肌肉群104和106在不需要引起关节部段100运动通过其整个活动范围的情况下、通过引起与受损伤关节102相关联的肌肉群104和106的融合的且有力的收缩来控制软骨基质退变。这些肌肉收缩在不引起作为软骨基质退变的促进因素的碾磨和摩擦的情况下促进血液流入关节102及其相关联的肌肉群104和106中。并且如上述所讨论的，稳定器200帮助防止当关节部段100运动通过其整个活动范围时——例如当病人在疗程期间活动关节部段100时——的碾磨和摩擦。

本发明的运动水平模式化的电肌肉刺激优选地在对应的关节部段100处于使对应的关节部段100内的压力和运动摩擦最小化的位置时施加至受损伤的关节102的肌肉群104和106，例如当人正（person)坐着或正躺下时将刺激施加至膝关节102。这种治疗方法允许模仿日常生活的正常活动诸如走或跑的刺激在会在受损伤的关节102上产生这种活动期间通常会发生的该类型的有害磨损的情况下而被施加。并且当患者选择参加这些活动时，稳定器200将帮助减轻在受损伤的关节102上的磨损的量以维持运动水平模式化的电刺激的益处。此外，因为这种稳定器200通常——具体地由体力活动的患者——穿戴很长时间，所以患者能够在疗程期间使表面皮肤电极108留在目标肌肉群104和106上，从而消除了在每个疗程前后移除和重放表面皮肤电极108的需要。

同样在图1和图2的构型中，能够通过使用本发明的四个表面皮肤电极108和电子医疗装置110来输送干涉电流。在施加称为预调制电流的已知类型的干涉电流时，两股电流在通过表面皮肤电极108输送至患者的皮肤之前在电子医疗装置110中被混合。在用于输送真实的干涉电流的常规应用中，干涉电流能够在患者体中内生地产生。即使完全可辨别，但两种输送方法之间的临床差异并不显著。相应地，通过允许相同的电极构型被用于施加运动水平模式化的电刺激和干涉刺激两者，在本发明中预调制输送提供了施加的容易性。此外，预调制输送允许两个这些类型的刺激在需要在稳定器200内重新构造表面皮肤电极108的位置的情况下而被施加，这进一步有助于施加的容易性，如在前一段中所讨论的。

因为能够通过使用在图1和图2的构型中的四个表面皮肤电极108和电子医疗装置110来输送干涉电流。本发明的另一个实施方式包括施加预调制干涉刺激和运动水平模式化的肌肉电刺激以改善后一类型的刺激的效果。在单个疗程中，首先施加预调制干涉刺激，然后施加运动水平的模式化的电肌肉刺激。施加预调制干涉刺激并且然后施加运动水平的模式化的电肌肉刺激改善了运动水平的电肌肉刺激的效果，这是因为降低了病人对高强度的运动水平的模式化的电肌肉刺激的敏感度的干涉刺激的能力。并且因为对本发明的两种类型的电刺激来说，表面皮肤电极108的布置方式是相同的，所以病人将不需要调整或移动表面皮肤电极108或稳定器200来施加那些不同类型的电刺激。

本领域普通技术人员应该理解的是，在模式化的肌肉刺激治疗前后可以使用其他替代性类型的电刺激来增强效果。不同类型的刺激的示例包括但不限于经皮神经电刺激（TENS)、干涉刺激、双动态刺激、高压电流刺激（HVGS）、电磁和脉冲电磁场刺激（EMF&PEMF）和微电流刺激。

在本发明的任意示例性实施方式中，每类刺激的持续时间可以是从每天大约10分钟至每天大约4个小时。此外，当干涉刺激以感知水平被施加时，干涉刺激可以在当额定成500欧姆的负载时的从0.1mA至150mA（毫安）的范围内而被施加。干涉刺激也可以以具有介于0Hz与250Hz之间的最终差频和介于1KHz与20KHz之间的基频而被施加。当运动水平的刺激以基于肌电图输出顺序的模式而被施加时，运动水平的刺激可以在当额定成500欧姆的负载时的从5mA至150mA的范围内而被施加。该刺激可以从“通电”开始至“通电”结束以恒定强度而被施加，其中，在“断电”期间不提供刺激。或者为了在“断电”与“通电”之间提供更平滑的过渡，刺激可以在“通电”开始处倾斜上升至特定强度并且在“通电”的结束处倾斜下降至零，例如如McGrow等的美国专利No.6,393,328和No.6,988,005所公开的，美国专利No.6,393,328和No.6,988,005的公开内容如同在本文中充分陈述的那样通过参引全部并入本文中。

此外，通过使用不同于稳定器200的敷贴器，可以有利于表面皮肤电极108的适当且可重现的放置。这种敷贴器包括压缩单元、绑带和其他替代性的穿戴件（garment），其他替代性的穿戴件（garment）设计成在主动支撑承重关节部段100的同时允许承重关节部段100维持其活动性。像稳定器一样，这种敷贴器意在每次这种敷贴器通过在其中提供用于定位表面皮肤电极108的预定位置而被穿戴时允许表面皮肤电极108以可重复的方式定位在与受损伤的关节102相关联的肌肉群104和106上。预定位置对应于穿戴敷贴器所围绕的、与受损伤关节102相关联的肌肉群104和106。

C.示例

参照所附示例可以更好地理解本发明，所附示例仅用于说明的目的而不应该解释为限制如由所附权利要求所限定的本发明的范围。

i.示例1：将模式化的肌肉刺激的益处与在膝盖的骨性关节炎的治疗中的TENS相比

退行性关节疾病和骨性关节炎是影响关节——包括但不限制于臀部、膝盖、脚踝、脚趾、背部、颈部和肩膀——的渐进式疾病过程。通常，承重关节例如臀部、膝盖和脚踝最易受骨性关节炎影响。最常见类型的骨性关节炎是膝盖的骨性关节炎。超过一千万美国人患有膝盖的骨性关节炎，其中，大多数患病的人大于45岁。在退行性关节病和骨性关节炎中的病理性变化包含关节软骨基质的渐进式分解。

有资格包含在这次调查中的总共116名病人是在美国五个医疗中心中的一个医疗中心中招募的。病人被随机地放入“实验”刺激组和“假对照”刺激组中并且不了解他们的任务。为了允许临床医生充当独立的观察着和评估者，他们也不了解刺激组任务。在具有共101名病人的8周的评估后完成了研究。

在该调查期间，实验组接收每天35分钟时间的刺激，该刺激由15分钟的预调制干涉刺激和随后20分钟的运动水平的模式化的肌肉刺激组成。在预调制干涉刺激期间，病人被要求增加刺激的强度，直到在皮肤上体验到轻微的麻痹感但还没有肌肉收缩为止。预调制干涉刺激具有5000Hz的基频和在1Hz与150Hz之间扫频的预调制差频。在15分钟的预调制干涉刺激之后，运动水平模式化的肌肉电刺激被施加至实验组。刺激是如三阶段刺激模式，该三阶段刺激模式包括在达到收缩的程度上按照具有间歇重叠的时段的特定顺序刺激股四头肌、腿后肌肉群股和四头肌。该模式是基于在高水平连续活动期间正常收缩模式的肌电图输出和股四头肌和腿后肌肉群的计时。病人被指导来增加运动水平刺激的强度，直到病人感到轻微的但舒适的肌肉收缩为止。并且在5分钟后增大强度以将适度的收缩变为在不引起疼痛的情况下能够忍受的强收缩。运动水平的模式化的肌肉刺激在每1500毫秒中的200毫秒输送50Hz脉冲，同时刺激幅度固定在60mA并且病人通过变化脉冲宽度来控制刺激强度，其中，强度参数从0.08C变化至11.38C。

对于在假对照组中的病人的每个低电流TENS时间期间，刺激输送为具有0.2Hz频率和60mA的固定振幅的方波，其中，脉冲宽度被调节以提供73nC的网络输出。在TENS刺激期间，病人被告知刺激可能被感知但不会产生肌肉收缩（即，刺激应该处于感知水平而不处于运动水平）。接收低电流TENS刺激的病人也被告知刺激的强度是预设的并且调节对实际电流没有影响。

主要的疗效标准包括西安大略和麦克马斯特（WOMAC）大学骨性关节炎指数的疼痛分量表、身体机能分量表和僵硬分量表和用于疼痛和生活质量的视觉模拟评分法（VAS)。该研究中使用的WOMAC是以英语为标准的用于美国大众的Likert版本3.1，该Likert版本3.1由回答用于以李克特5点量表计分（无、轻微、适当、剧烈和极度）的每个选项的24道自制问题组成。24道问题记录在三个单独的分量表下：疼痛、身体机能和僵硬。疼痛分量表具有分值为0至4分的五道问题并且如果漏掉超过一道题，就被认为是无效的；因此，疼痛分量表具有0分（无痛）至20分（极痛）的范围。在漏掉题目的情况下，给剩余的4个题目求平均值并且然后用平均值乘以5。机能分量表具有分值为0至4分的17道问题并且如果漏掉超过三道题，就被认为是无效的；因此，机能分量表具有0分（无机能）至68分（最大机能）的范围。在漏掉题目的情况下，给剩余的题目求平均值并且然后用平均值乘以17。僵硬分量表具有分值为0至4分的两道问题并且如果漏掉任一道题，就被认为是无效的；因此，僵硬分量表具有0分（无僵硬）至8分（最大僵硬）的范围。在漏掉题目的情况下，给剩余的题目的分数乘以2。

VAS线用于测量总体疼痛强度和骨性关节炎对生活质量的整体影响。用于总体疼痛等级的VAS线在一端处固定有“0分”和标签“无痛”而在另一端处固定有“100分”和标签“可想象的剧痛”。用于生活质量等级的VAS线在一端处固定有“0分”和标签“很差”而在另一端处固定有“100分”和标签“很好”来固定。病人被指导在相应的VAS线上放置标记以记录体验的感受的强度或质量。提供VAS等级用于两个膝盖。

基于WOMAC和VAS功效标准的分数表示为在第一次刺激疗程之前测量的基准线平均值和在随后的8周中测量的从基准线值开始的平均变化值。从基准线开始的较小的平均变化值表示对骨性关节炎影响较小。在8周的治疗数据中，对于三个WOMAC分量表的每一者的在统计学上的显著差异有利于本发明的方法。特别地，实验组和假对照组具有用于三个WOMAC分量表（P值＞0.5）中的每一者的可比较的基准线平均值。8周的治疗过后，在实验组中的病人在下述方面具有比在假对照组中的病人具有明显较大的减小，下述方面是指：WOMAC疼痛分量表（3.98vs.1.90；P=0.002)、身体机能分量表(12.86vs.6.74;P=0.003)和僵硬分量表(1.53vs.0.74;P=0.004)。图5示出了每次指定访问时在WOMAC疼痛分量表方面在实验组与假对照组之间的对比；图6示出了在每次指定访问时在身体机能分量表方面在实验组与假对照组之间的对比；且图7示出了每次指定访问时在WOMAC僵硬分量表方面在实验组与假对照组之间的对比。该数据证明了本发明的随后有运动水平模式化肌肉刺激的预调制干涉刺激在缓解疼痛、增加机能和降低僵硬方面比常规的低电流TENS明显更有效。

对于三个分量表中的每一者的WOMAC减小值在被视为每个分量表内的彼此的百分比时进一步例证了随后有运动水平模式化的肌肉刺激的预调制干涉刺激相比于常规的低电流TENS的优势。在实验组的疼痛分量表中，减小值（3.98）除以用于疼痛分量表的问题的数量（5）等于80%。对于假对照组，减小值（1.90）除以用于疼痛分量表的问题的数量（5）等于38%。作为彼此的百分比，实验组百分比（80%）减去假对照组百分比（38%）然后再除以假对照组百分比（38%）等于110%。这表明在实验组中的110%的疼痛减少至假对照组中的疼痛。

在WOMAC减少值的身体机能（进行日常活动的困难）分量表中，实验组减少值（12.86）除以用于进行日常活动的困难的分量表的问题的数量（17）等于76%。对于假对照组，减小值（6.74）除以用于进行日常活动的困难的分量表的问题的数量（17）等于40%。作为彼此的百分比，实验组百分比（76%）减去假对照组百分比（40%）然后除以假对照组百分比（40%）等于90%。这表明在实验组中的进行日常活动的90%的困难减少至假对照组中的困难。

在WOMAC减少值的僵硬分量表中，实验组减少值（1.53）除以僵硬分量表的问题的数量（2）等于77%。对于假对照组，减小值（0.74）除以用于僵硬分量表的问题的数量（2）等于37%。作为彼此的百分比，实验组百分比（77%）减去假对照组百分比（37%）然后除以假对照组百分比（37%）等于108%。这表明在实验组中的108%的僵硬减少至假对照组中的僵硬。

尽管实验值和假对照组也具有用于VAS等级的可比较的基准线平均值，但是在八周的治疗后，从基准线至上次访问在生活质量VAS等级方面的平均变化在实验组与假对照组之间是相似的（18.17vs.18.16;P=0.99)，然而实验组中的病人在总体疼痛VAS（27.91vs.23.19；P=0.29）方面具有极大的下降。然而，在治疗组中总体疼痛VAS之间的差异没有实现统计显著性。另一方面，如果在该分析中只包括完成该研究（在实验组中49个而在假对照组中50个）的病人，那么对于总体疼痛VAS等级而言组与组之间在从基准线开始的平均变化方面的差异从4.71增加至9.40并且实现了统计显著性（P=0.038）。尽管收集的数据没有在总体疼痛VAS评估中实现统计差异，但是不能预期的是总体疼痛和生活质量VAS将实现统计显著性。不像WOMAC——其是特别为膝盖的骨性关节炎所设计的实验，VAS评估是用于总体目的的实验并且在测量膝盖的骨性关节炎方面比WOMAC准确性低。

此外，仅包括完成该研究的病人的两个第二效果分析用于执行WOMAC疼痛和机能量表。第一分析按照时间评估治疗组的互动。对比了两个治疗组从基准线至每个指定访问的平均变化。结果示出了在第2周访问时，实验组的病人在疼痛的WOMAC分量表（2.50vs.1.08；P=0.008)和机能（7.74vs.4.14；P=0.03）方面已经具有比假对照组的病人显著较大的减小。该结果证明本发明的随后有模式化的肌肉刺激的预调制干涉刺激仅在两周的刺激后具有有益的效果，而常规的单一阶段低电流TENS则不具有有益的效果。

其他第二效果分析比较了假对照组的病人与测试组的病人的频率，该分析汇报了在两个后基准线访问中在WOMAC分数中的20%或更多的改善。对比的结果示出：与在假对照组中的病人相比，在实验组中有更高比例的病人在疼痛的WOMAC分量表（71.2%vs.49.1%；P=0.023）和机能分量表（65.4%vs.45.3%；P=0.030)方面具有改善。因此，两个第二效果分析的结果反应了主要分析，从而有利于本发明的方法超过单一阶段的低电流TENS。

这个谨慎地控制的临床研究的分析提供了这样的科学证据：本发明的方法使用在治疗具有膝盖的骨性关节炎的患者中是安全且有效的。具体地，该结果提供了统计上明显的证据：本发明的方法减少了在患有骨性关节炎的膝关节中的疼痛。该统计上明显的证据呈在僵硬、身体机能和疼痛WOMAC分量表方面的改善的形式。

Ⅱ.示例2：电刺激对骨性关节炎的连续的效果

动物模型用于影响软骨基质退变的滑液的成分的定量分析。

在对成年猎犬的研究中，对象从居住在华盛顿州立大学且由来自比较骨科研究实验室（CORL)的人员照顾的狗中选择。每条狗具有先前造成的软骨缺损并且在两个膝关节中的一个膝关节中确立了骨性关节炎。基于该标准，在本研究中招募了共11条成年猎犬（6条母狗和5条公狗）。

所选择的对象——各自用唯一的六个字母的按照字母顺序的标识标记——被随机地放入每组五个的“实验”刺激组和“对照”刺激组，其中一条狗作为备用以替代可能因该手术而产生并发症的狗。兽医技术人员将电极放置在两组上并且将刺激施加至实验组，其中，做实验测量的技术人员不了解刺激组任务，以便允许他们作为独立的观察者和评估者。研究间隔时长是12周，其中，在12周期间两个组中的对象每周六天每天接收单一疗程30分钟的治疗。实验组接收30分钟的运动水平模式化的肌肉刺激，而对照组在不施加任何电刺激的情况下使电极在其上放置30分钟。

单个技术人员观察并且将对象的疼痛记录在VAS量表上并且通过随后每周在基准线处使用测力板来测量对象的地面反作用力。随后每两周在基准线处从每个对象的受损伤的关节处收集滑液。无论何时收集到滑液，将20个单位的木瓜凝乳蛋白酶注入受损伤的关节以贯穿受损伤的关节退变而维持适当的僵而疼痛/跛。仅每两周收集一次滑液，使得每周的VAS分数和地面反作用力测量值可以用来评估面对木瓜凝乳蛋白酶注射的僵而疼痛的可能的变稀薄。该评估的方法也使得能够在匹配非木瓜凝乳蛋白酶周的滑液的时间点处将滑液数据与地面反作用力数据作比较。除了该数据，在12周治疗的开始和结束时获取受损伤的关节的射线照片。在刺激疗程前后，从在每个对象的受损伤的身体部段中的外侧和内侧的髁中的每一者获取骨软骨塞——即骨头或软骨——的活体组织切片，作为最终的数据源。

用于地面反作用力数据的主要效果标准包括峰值竖直力（PVF）和竖直脉冲（VI）。地面反作用力数据通过使用能够测量站立时间、驱动脉冲、破坏脉冲、峰值反作用力、峰值破坏力、峰值竖直和竖直脉冲力的测力板来记录。在0至10范围上的疼痛分数用于测量总体疼痛。疼痛分数量表和疼痛分数标准适于来自用于评估狗的疼痛的疼痛分数系统。（可以查阅J卷44,2003643-648）。

针对硫酸化葡糖胺聚糖、透明质酸、基质金属蛋白酶-3、白蛋白和胶原蛋白化验了收集的滑液。由于在研究期间从一些对象收集到少量的滑液，因此样本进行了组间合并以允许足够大的体积来对不同滑液标记进行分析。

骨软骨塞的活体组织切片在全身麻醉下进行并且受到组织病理学评估。评估集中在关节软骨和软骨下骨的状况以及利用0至4的半定量评分系统的炎症和纤维化的严重性上，其中，较高的分数对应于更为突出的特征。然而，从受损伤的身体部段的内侧髁和外侧髁不断地获得骨软骨塞的困难影响了在组织水平的变化的组织病理学评估。沿着活体组织切片的长轴线准备的组织切片有时示出不存在关节软骨（在对照组中的18个中的4个不存在关节软骨而在实验组中的22个中的3个不存在关节软骨）。因此，分析集中在解剖指数的改进的趋势上而不是数据。

解剖指数的改进通过使用用于确定葡糖氨基葡聚糖正常量的番红精O着色化验、从透明型关节软骨的肥大区中的软骨细胞的外表而被确定。关节软骨具有多列软骨细胞，该软骨细胞在没有聚集——即在没有在一个硫酸软骨素（chondron）中聚集多个软骨细胞——的情况下以有顺序的方式设置为增生且肥大的硫酸软骨素的层。通过观察软骨下骨以合适的厚度和骨髓容纳物而适当地隔开骨小梁而没有炎症和纤维化，得出软骨下骨不同于关节软骨。软骨的染色越强和越接近红色，则能越好地指示软骨包含正常量的葡糖氨基葡聚糖。

地面反作用力数据被分析和表示为在0周的第一次刺激疗程之前的测量的基准线平均值和在随后的12周中测量的从基准线值开始的平均变化的值。从基准线开始的更大百分比的变化是对本发明的方法的积极回应的指示。然而，在12周的治疗数据中，随着时间的推移在每个组内在PVF分数或VI分数中不存在从基准线开始的显著的百分比变化，但是在每周的刺激疗程后实验组存在比对照组进行得更好的图形趋势。具体地，在木瓜凝乳蛋白酶注射周和非木瓜凝乳蛋白酶注射周，在每个刺激疗程之后，实验组相比对照组存在具有更大PVF分数和VI分数的主要的图形趋势。该数据证明：与具有骨性关节炎而没有接受对其受损伤关节的刺激的成年猎犬相比，本发明的运动水平模式化的肌肉刺激改进了行为指数，例如具有骨性关节炎的成年猎犬的PVF和VI。

每周的VAS分数与PVF和VI的百分比平均变化的对应的每周测量值相关联以评估在木瓜凝乳蛋白酶注射周面对木瓜凝乳蛋白酶时的僵而疼痛的可能的减弱。在VAS分数与PVF测量值（皮尔逊相关系数=-0.70725，p＜0.0001)和VI测量值（皮尔逊相关系数=-0.70402，p＜0.0001）两者之间存在显著的负相关性。该负相关性证明：在实验组中总体的疼痛减少的地方，PVF值和VI值增大。低的p值证明：在木瓜凝乳蛋白酶注射周获取的测量值与在非木瓜凝乳蛋白酶注射周获取的测量值一致。

分析滑液用于确定诸如硫酸化葡糖胺聚糖、透明质酸、基质金属蛋白酶-3、白蛋白和胶原蛋白之类的标记的存在，其中，这些标记的存在的减少指示对本发明的方法的积极的响应。然而，在12周的治疗数据中，随着时间的推移在每个组内滑液标记的存在不具有显著的变化，但是在每两周的刺激疗程时段之后，实验组存在相比于对照组在其滑液中具有较少的硫酸化葡糖胺聚糖、透明质酸、基质金属蛋白酶-3的图形趋势。除了存在降低硫酸化葡糖胺聚糖的积极的效果的强烈的图像趋势之外，图像趋势确定了在T12（P=0.0026）的白蛋白浓度和T6（p=0.0001）、T10（p<0.0001）和T12（p<0.0001）的可溶胶原蛋白浓度的方面在实验组与对照组之间的积极意义。与对照组相比，滑膜内的可溶胶原蛋白的减少量是20%。该数据证明：本发明的运动水平模式化的肌肉刺激通过减少滑液中的葡糖氨基葡聚糖、白蛋白和可溶胶原蛋白的量、与具有骨性关节炎而没有在其受损伤的身体部位接收刺激的成年猎犬相比改善了具有骨性关节炎的成年猎犬的滑液的质量。

对于治疗前的活体组织切片与治疗后的活体组织切片之间的成对比较，来自对照组的三对和来自实验组的四对用于测量骨性关节炎的解剖指数。在对照组中治疗前的活体组织切片与治疗后的活体组织切片之间的骨髓和滑膜中的炎症和纤维化的严重性增加了，而在实验组中两个参数保持相似（没有统计差异）。通过在一些示例中的破骨细胞和在其他示例中的骨小梁的补偿性硬化增厚，软骨下骨示出增加的磨损的混合特征。外侧髁上的关节软骨的形态学中的变化模式在实验组中从负平均值（退变）提高至正平均值（修复），但在对照组中恶化了。从透明型关节软骨的肥大区中的软骨细胞的相对正常的外表和用于葡糖氨基葡聚糖的番红精O的强的红色着色确定了该改善。在实验组中的外侧髁的软骨下骨看似具有接近正常状况的厚度和空间。然而，实验组的内侧髁在治疗前后的状况下具有相似的形态特征。

如图8A至图9B所示，显微照片示出了在实验组和对照组的治疗前后的差异。通过甲酸的脱钙、脱水和嵌入石蜡中、用番红精O着色和用固绿对比着色的过程从活体组织切片准备了这些组织学幻灯片。软骨显现为从橙到红而骨头显现为淡蓝绿色。骨髓中的细胞性质表示炎症的渗透和伴随的纤维化。

图8A示出了来自基准线处的对照组活体组织切片的显微照片，而图8B示出了12周后来自相同对照组对象的活体组织切片的对应的显微照片。图9A示出了来自基准线处的实验组活体组织切片的显微照片，而图9B示出了12周后来自相同实验组对象的活体组织切片的对应显微照片。如通过图8B中所示出的橙色和红色的量的减少所指示的，图8B示出了从图8A的软骨的减少。比较地，如通过图9B中所示出的橙色和红色的量的增加所指示的，图9B示出了从图9A的软骨的增加。因此，图8A至图9B提供了这样的证据：外侧髁上的关节软骨的形态学中的变化的模式在实验组中从负平均值（退变）改善至正平均值（修复），但在对照组中恶化了。

该谨慎地控制的研究的分析提供了有根据的科学证据：本发明的方法改善了滑液的质量。具体地，结果提供了这样的证据：基于正常肌肉组织活化计时和顺序模式化的肌电图输出而施加运动水平的模式化的肌肉刺激减小了在动物模型的受损伤关节的滑液内的白蛋白浓度和可溶胶原蛋白浓度。该改善表明来自关节软骨的基质退变在该骨性关节炎模型中减弱了。与对照组相比，滑液标记的图形趋势、地面反作用力数据和组织病理学改善对经受本发明的每个治疗方法的对象的临床骨性关节炎状况支持积极的影响。该结果通过减少滑液中的葡糖氨基葡聚糖、白蛋白和可溶胶原蛋白的量而证明了本发明在治疗确定的骨性关节炎中的效果。

如由两个示例所证明的，根据本发明的非限制性方面的方法和设备增加了患有骨关节炎的承重关节的活动性并且控制了渐进式过程软骨基质退变。疼痛、机能和僵硬的WOMAC分量表方面的疗效标准测量变化的统计上显著的改善支持该结论。证明葡糖氨基葡聚糖的减少和在滑液中统计上显著较少量的白蛋白和可溶蛋白的量的图形趋势也支持该结论，从而提供了确立本发明的改善滑液的质量的能力的有形物理标记。因此，临床研究提供了这样的科学证据：本发明是用于减少关节退变的渐进式过程的有效方法。

D.总结

如由先前的示例所证明的，本发明的设备和方法通过利用与稳定器相结合的运动水平的模式化的电肌肉刺激来改善受损伤的承重关节的活动性和控制受损伤的承重关节中的软骨基质的退变而克服了现有技术的不足。例如，Cywinski的电刺激以远低于实现肌肉的融合的且有力的收缩所必需的刺激率的强度而被施加，而Aleev的电刺激以引起关节部段100实际通过其整个活动范围的强度被施加。前者不足以自然地增强受损伤关节102的营养机能，而后者引起了实际促使软骨基质退变的碾磨和摩擦的类型。

相似地，Shiba的电刺激在病人运动他的或她的关节部段100通过其整个活动范围时而被施加，这也引起了促使软骨基质退变的磨损和摩擦的类型。并且除了以引起关节部段100通过其整个活动范围的模式刺激多个肌肉群之外，当病人通过主动收缩相应的主动肌有意识地引起关节部段100通过其整个活动范围时，Shiba的电刺激被施加至单个拮抗肌。相应地，Shiba的电刺激既不以运动水平（即，高于感知水平而低于会引起关节100实际运动通过其整个活动范围的水平）施加，也不模仿正常关节活动的模式。此外，最终的肌肉收缩使关节部段100的受损伤的关节102受到压缩的轴向载荷，这控制软骨基质退变背道而驰。因此，在现有技术未能成功之处，本发明成功了。

在不脱离本发明的精神或实质特征的情况下，本发明可以以其他形式具体化或者以其他方式执行。例如，尽管优选实施方式的稳定器200被描述为单铰链装置，但是在不脱离本发明的精神或实质特征的情况下，其也可以是双铰链装置。因此，本公开内容和列举的示例被认为在各方面都是说明性的而非限制性的，本发明的范围通过所附权利要求所指示，所有的等同物意在包含在所述范围内。本领域的普通技术人员将能够意识到当前发明的等同实施方式并且能够通过使用当前公开内容的教示和仅有的常规实验来实践这种实施方式。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于改善关节部段的受损伤的关节的活动性的方法，其中，所述关节与至少第一肌肉群和至少第二肌肉群相关联，所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群各自具有拮抗关系以用于在收到自然神经脉冲时引起所述关节部段运动通过一定的活动范围，所述方法包括：

将至少两个第一电极定位成邻近所述至少第一肌肉群；

将至少两个第二电极定位成邻近所述至少第二肌肉群；

将敷贴器放置在所述关节部段上，使得所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极布置在所述敷贴器与所述关节部段之间，所述敷贴器构造成使所述受损伤的关节的至少一个隔室上的压缩力减小；以及

通过所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极以对应于肌电图输出的顺序的多阶段模式将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：将所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极以可移除的方式附接至所述敷贴器，使得所述将所述敷贴器放置在所述关节部段上的步骤执行所述将所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极分别定位成邻近所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括以所述敷贴器将扭力施加至所述关节部段的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

将所述至少两个第一电极电连接至电子医疗装置的第一通道作为第一正极－负极对；以及

将所述至少两个第二电极电连接至所述电子医疗装置的第二通道作为第二正极－负极对；

其中，所述多阶段模式的运动水平的电刺激由所述电子医疗装置产生。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述受损伤的关节是人体的膝关节；以及

所述敷贴器是包围所述膝关节且提供内侧推力和外侧推力以对抗在所述膝关节的所述至少一个隔室内的至少一个病理上的不平衡载荷的支架。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述定位所述至少两个第一电极的步骤包括将这种电极定位在大腿的前部区域处，而所述定位所述至少两个第二电极的步骤包括将这种电极定位在所述大腿的后部区域处。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述施加所述运动水平的电刺激的步骤包括在所述关节处于使所述关节中的压力和运动摩擦中的至少一者最小化的位置时施加所述运动水平的电刺激，使得所述关节的承重载荷和运动摩擦在所述施加所述运动水平的电刺激的步骤期间同时被最小化。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述肌电图输出的顺序与当收到自然的神经脉冲的拮抗肌肉群使所述拮抗肌肉群的相应的关节部段运动通过所述关节部段的整个活动范围时从那些拮抗肌肉群所记录到的肌电图输出的模式相对应。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，施加干涉刺激、经皮电神经刺激、高压电流刺激或微电流刺激中的至少一者的步骤在所述施加运动水平的电刺激的步骤之前。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，施加干涉刺激的步骤在所述施加运动水平的电刺激的步骤之前，其中，所述干涉刺激是感知水平预调制干涉电刺激。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述施加干涉刺激的步骤包括：

通过所述至少两个第一电极施加第一频率的电刺激；以及

通过所述至少两个第二电极施加第二频率的电刺激，

其中，所述第二频率与所述第一频率具有干涉关系以产生至少一个差频。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述以多阶段模式施加运动水平的电刺激的步骤包括：

开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第一阶段并且结束所述第一阶段的施加；

在结束所述第一阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第二肌肉群的第二阶段，并且在结束所述第一阶段的施加之后结束所述第二阶段的施加；

在结束所述第二阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第三阶段，并且停止所述第三阶段的施加；以及

重复所述第一阶段的施加、所述第二阶段的施加和所述第三阶段的施加。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述以多阶段模式施加运动水平的电刺激的步骤包括以对控制从硫酸化葡糖胺聚糖、白蛋白和可溶胶原蛋白构成的组中所选择的至少一个软骨基质退变标记而言有效的量来施加所述刺激。

14.一种用于改善关节部段的受损伤的关节的活动性的设备，其中，所述关节与至少第一肌肉群和至少第二肌肉群相关联，所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群各自具有拮抗关系以用于在收到自然的神经脉冲时影响所述关节运动通过一定的活动范围的活动性，所述系统包括：

电子医疗装置，所述电子医疗装置构造成通过至少第一通道和至少第二通道以多阶段模式施加运动水平的电刺激，所述多阶段模式被编程至所述电子医疗装置中并且与用于所述关节的肌电图输出的顺序相对应；

至少两个第一电极，所述至少两个第一电极连接至所述电子医疗装置的所述至少第一通道，所述至少两个第一电极定位成邻近所述至少第一肌肉群；

至少两个第二电极，所述至少两个第二电极连接至所述电子医疗装置的所述至少第二通道，所述至少两个第二电极定位成邻近所述至少第二肌肉群；以及

敷贴器，所述敷贴器构造成被穿戴在所述关节部段上，使得所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极布置在所述敷贴器与所述关节部段之间，所述敷贴器进一步构造成使所述受损伤的关节的至少一个隔室上的压缩力减小。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述敷贴器进一步构造成以可移除的方式接纳所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极，使得当所述敷贴器被穿戴在所述关节部段上时所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极分别定位成邻近所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群。

16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述敷贴器进一步构造成将扭力施加至所述关节部段。

17.根据权利要求14所述的设备，其中，

所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极连接至所述电子医疗装置，使得所述至少两个第一电极形成以第一频率操作的第一电路，而所述至少两个第二电极形成以第二频率操作的第二电路；以及

所述电子医疗装置构造成在与所述第一频率具有干涉关系的情况下施加所述第二频率以产生至少一个差频。

18.根据权利要求14所述的设备，其中，

所述受损伤的关节是人体的膝关节；以及

所述敷贴器是包围所述膝关节且提供内侧推力和外侧推力以对抗在所述膝关节的所述至少一个隔室内的至少一个病理上的不平衡载荷的支架。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述敷贴器进一步构造成以可移除的方式接纳所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极，使得当所述敷贴器被穿戴在所述关节部段上时所述至少两个第一电极定位在大腿的前部区域处而所述至少两个第二电极定位在所述大腿的后部区域处。

20.根据权利要求14所述的设备，其中，所述关节处于使所述关节中的压力和运动摩擦中的至少一者最小化的位置，使得所述关节的承重载荷和运动摩擦在施加所述运动水平的电刺激的步骤期间同时被最小化。

21.根据权利要求14所述的设备，其中，所述肌电图输出的顺序与当收到自然的神经脉冲的拮抗肌肉群使所述拮抗肌肉群的相应的关节部段运动通过所述关节部段的整个活动范围时从那些拮抗肌肉群所记录到的肌电图输出的模式相对应。

22.根据权利要求14所述的设备，其中，所述电子医疗装置进一步构造成在所述运动水平的电刺激之前和/或之后施加干涉刺激、经皮电神经刺激、高压电流刺激或微电流刺激中的至少一者。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，

所述电子医疗装置进一步构造成施加干涉刺激；以及

所述干涉刺激是感知水平预调制干涉电刺激。

24.根据权利要求22所述的设备，其中，

所述电子医疗装置构造成通过经由所述至少两个第一电极施加第一频率的电刺激和经由所述至少两个第二电极施加第二频率的电刺激来施加干涉刺激；以及

所述第二频率与所述第一频率具有干涉关系以产生至少一个差频。

25.根据权利要求14所述的设备，其中，被编程至所述电子医疗装置中的所述多阶段模式包括：

开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第一阶段并且结束所述第一阶段的施加；

在结束所述第一阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第二肌肉群的第二阶段，并且在结束所述第一阶段的施加之后结束所述第二阶段的施加；

在结束所述第二阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第三阶段，并且停止所述第三阶段的施加；以及

重复所述第一阶段的施加、所述第二阶段的施加和所述第三阶段的施加。

26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述电子医疗装置构造成以对控制从硫酸化葡糖胺聚糖、白蛋白和可溶胶原蛋白构成的组中所选择的至少一个软骨基质退变标记而言有效的量以多阶段模式施加运动水平的电刺激。

Claims (26)

1.一种用于改善关节部段的受损伤的关节的活动性的方法，其中，所述关节与至少第一肌肉群和至少第二肌肉群相关联，所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群各自具有拮抗关系以用于在收到自然神经脉冲时引起所述关节部段运动通过一定的活动范围，所述方法包括：

将至少两个第一电极定位成邻近所述至少第一肌肉群；

将至少两个第二电极定位成邻近所述至少第二肌肉群；

将敷贴器放置在所述关节部段上，使得所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极布置在所述敷贴器与所述关节部段之间，所述敷贴器构造成使所述受损伤的关节的至少一个隔室上的压缩力减小；以及

通过所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极以对应于肌电图输出的顺序的多阶段模式将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：将所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极以可移除的方式附接至所述敷贴器，使得所述将所述敷贴器放置在所述关节部段上的步骤执行所述将所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极分别定位成邻近所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括以所述敷贴器将扭力施加至所述关节部段的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤：

将所述至少两个第一电极电连接至电子医疗装置的第一通道作为第一正极－负极对；以及

将所述至少两个第二电极电连接至所述电子医疗装置的第二通道作为第二正极－负极对；

其中，所述多阶段模式的运动水平的电刺激由所述电子医疗装置产生。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述受损伤的关节是人体的膝关节；以及

所述敷贴器是包围所述膝关节且提供内侧推力和外侧推力以对抗在所述膝关节的所述至少一个隔室内的至少一个病理上的不平衡载荷的支架。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述定位所述至少两个第一电极的步骤包括将这种电极定位在大腿的前部区域处，而所述定位所述至少两个第二电极的步骤包括将这种电极定位在所述大腿的后部区域处。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述施加所述运动水平的电刺激的步骤包括在所述关节处于使所述关节中的压力和运动摩擦中的至少一者最小化的位置时施加所述运动水平的电刺激，使得所述关节的承重载荷和运动摩擦在所述施加所述运动水平的电刺激的步骤期间同时被最小化。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述肌电图输出的顺序与当收到自然的神经脉冲的拮抗肌肉群使所述拮抗肌肉群的相应的关节部段运动通过所述关节部段的整个活动范围时从那些拮抗肌肉群所记录到的肌电图输出的模式相对应。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，施加干涉刺激、经皮电神经刺激、高压电流刺激或微电流刺激中的至少一者的步骤在所述施加运动水平的电刺激的步骤之前。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，施加干涉刺激的步骤在所述施加运动水平的电刺激的步骤之前，其中，所述干涉刺激是感知水平预调制干涉电刺激。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述施加干涉刺激的步骤包括：

通过所述至少两个第一电极施加第一频率的电刺激；以及

通过所述至少两个第二电极施加第二频率的电刺激，

其中，所述第二频率与所述第一频率具有干涉关系以产生至少一个差频。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述以多阶段模式施加运动水平的电刺激的步骤包括：

开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第一阶段并且结束所述第一阶段的施加；

在结束所述第一阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第二肌肉群的第二阶段，并且在结束所述第一阶段的施加之后结束所述第二阶段的施加；

在结束所述第二阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第三阶段，并且停止所述第三阶段的施加；以及

重复所述第一阶段的施加、所述第二阶段的施加和所述第三阶段的施加。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述以多阶段模式施加运动水平的电刺激的步骤包括以对控制从硫酸化葡糖胺聚糖、白蛋白和可溶胶原蛋白构成的组中所选择的至少一个软骨基质退变标记而言有效的量来施加所述刺激。

14.一种用于改善关节部段的受损伤的关节的活动性的设备，其中，所述关节与至少第一肌肉群和至少第二肌肉群相关联，所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群各自具有拮抗关系以用于在收到自然的神经脉冲时影响所述关节运动通过一定的活动范围的活动性，所述系统包括：

电子医疗装置，所述电子医疗装置构造成通过至少第一通道和至少第二通道以多阶段模式施加运动水平的电刺激，所述多阶段模式被编程至所述电子医疗装置中并且与用于所述关节的肌电图输出的顺序相对应；

至少两个第一电极，所述至少两个第一电极连接至所述电子医疗装置的所述至少第一通道，所述至少两个第一电极定位成邻近所述至少第一肌肉群；

至少两个第二电极，所述至少两个第二电极连接至所述电子医疗装置的所述至少第二通道，所述至少两个第二电极定位成邻近所述至少第二肌肉群；以及

敷贴器，所述敷贴器构造成被穿戴在所述关节部段上，使得所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极布置在所述敷贴器与所述关节部段之间，所述敷贴器进一步构造成使所述受损伤的关节的至少一个隔室上的压缩力减小。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述敷贴器进一步构造成以可移除的方式接纳所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极，使得当所述敷贴器被穿戴在所述关节部段上时所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极分别定位成邻近所述至少第一肌肉群和所述至少第二肌肉群。

16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述敷贴器进一步构造成将扭力施加至所述关节部段。

17.根据权利要求14所述的设备，其中，

所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极连接至所述电子医疗装置，使得所述至少两个第一电极形成以第一频率操作的第一电路，而所述至少两个第二电极形成以第二频率操作的第二电路；以及

所述电子医疗装置构造成在与所述第一频率具有干涉关系的情况下施加所述第二频率以产生至少一个差频。

18.根据权利要求14所述的设备，其中，

所述受损伤的关节是人体的膝关节；以及

所述敷贴器是包围所述膝关节且提供内侧推力和外侧推力以对抗在所述膝关节的所述至少一个隔室内的至少一个病理上的不平衡载荷的支架。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述敷贴器进一步构造成以可移除的方式接纳所述至少两个第一电极和所述至少两个第二电极，使得当所述敷贴器被穿戴在所述关节部段上时所述至少两个第一电极定位在大腿的前部区域处而所述至少两个第二电极定位在所述大腿的后部区域处。

20.根据权利要求14所述的设备，其中，所述关节处于使所述关节中的压力和运动摩擦中的至少一者最小化的位置，使得所述关节的承重载荷和运动摩擦在施加所述运动水平的电刺激的步骤期间同时被最小化。

21.根据权利要求14所述的设备，其中，所述肌电图输出的顺序与当收到自然的神经脉冲的拮抗肌肉群使所述拮抗肌肉群的相应的关节部段运动通过所述关节部段的整个活动范围时从那些拮抗肌肉群所记录到的肌电图输出的模式相对应。

22.根据权利要求14所述的设备，其中，所述电子医疗装置进一步构造成在所述运动水平的电刺激之前和/或之后施加干涉刺激、经皮电神经刺激、高压电流刺激或微电流刺激中的至少一者。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，

所述电子医疗装置进一步构造成施加干涉刺激；以及

所述干涉刺激是感知水平预调制干涉电刺激。

24.根据权利要求22所述的设备，其中，

所述电子医疗装置构造成通过经由所述至少两个第一电极施加第一频率的电刺激和经由所述至少两个第二电极施加第二频率的电刺激来施加干涉刺激；以及

所述第二频率与所述第一频率具有干涉关系以产生至少一个差频。

25.根据权利要求14所述的设备，其中，被编程至所述电子医疗装置中的所述多阶段模式包括：

开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第一阶段并且结束所述第一阶段的施加；

在结束所述第一阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第二肌肉群的第二阶段，并且在结束所述第一阶段的施加之后结束所述第二阶段的施加；

在结束所述第二阶段的施加之前，开始将运动水平的电刺激施加至所述至少第一肌肉群的第三阶段，并且停止所述第三阶段的施加；以及

重复所述第一阶段的施加、所述第二阶段的施加和所述第三阶段的施加。

26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述电子医疗装置构造成以对控制从硫酸化葡糖胺聚糖、白蛋白和可溶胶原蛋白构成的组中所选择的至少一个软骨基质退变标记而言有效的量以多阶段模式施加运动水平的电刺激。