CN104768459B - 用于提供关于患者至少一块肌肉的信息的设备 - Google Patents

Abstract

用于提供关于患者(6)至少一块肌肉(4)的信息的设备(2)，该设备(2)包括：(i)用于提供肌肉(4)的测量使能信号的信号提供装置(8)；(ii)用于使来自信号提供装置的测量使能信号能够被患者(6)接收的第一接触电极(10)；(iii)用于测量肌肉(4)的参数的测量装置(12)，该参数受测量使能信号的影响，该参数与至少一种电特性有关，其表示由肌肉(4)运动引起的组织阻抗的变化；以及(iv)穿在患者(6)的肌肉(4)上的服饰(14)，该服饰(14)包括分离的导电区(18)的阵列(16)，所述设备(2)使得所述第一接触电极(10)能够以预定精确位置被设置于服饰(14)上以获取测量参数，第一接触电极(10)与服饰(14)中预定位置上的那些分离的导电区接触。可选择地，所述设备包括用于提供肌肉(4)的神经肌肉刺激信号的神经肌肉刺激装置(46)。

Description

用于提供关于患者至少一块肌肉的信息的设备

本发明涉及用于提供关于患者至少一块肌肉的信息的设备。该设备可以用于提供关于遭受丧失活动能力的患者的肌肉运动信息，该患者由于例如中风或外科引起的疾病而导致丧失活动能力。该设备也可以被用以提供关于身体健全但希望利用更好的肌肉运动实现更好性能的患者的肌肉运动信息。例如，在患者为运动员的情况下。本发明的设备主要用于人类患者，但是，它也可以用于动物患者。

用于提供关于患者至少一块肌肉的信息的公知设备包括用于提供肌肉的测量使能信号的信号提供装置、用于使来自信号提供装置的测量使能信号能够被患者接收的接触电极以及用于测量肌肉参数的测量装置。该公知设备被用于给出连接关节的指示，例如，踝关节。该公知设备具有的一个问题是很难将接触电极精确地设置于患者的需求部位。在最佳位置上增加或减少5mm的位置变化可以对测量结果产生不利影响。

本发明的目的是减少上文提到的问题。

相应地，在本发明的一个非限制的实施方式中提供了用于提供关于患者至少一块肌肉的信息的设备，该设备包括：

(i)用于提供肌肉的测量使能信号的信号提供装置；

(ii)用于使来自信号提供装置的测量使能信号能够被患者接收的第一接触电极；

(iii)用于测量肌肉的参数的测量装置，该参数受测量使能信号的影响，并且该参数与至少一种电特性有关，该电特性表示由肌肉运动引起的组织阻抗的变化；以及

(iv)被穿在患者的肌肉上的服饰(garment)，该服饰包括分离的导电区的阵列，

并且所述设备具有这样的结构：第一接触电极能够以预定精确位置被设置于服饰上，以获取测量的参数，而且第一接触电极与在预定位置上的服饰中的那些分离的导电区接触。

本发明的设备是有利的，因为它能够使第一接触电极精确设置。对于个体患者而言，这种精确设置是切实可行的。一旦确立了服饰上第一接触电极的精确位置，那么第一接触电极能够被固定(secured)在服饰上的位置，例如，使用固定装置，诸如粘胶剂。该粘胶剂可以是导电胶，在导电胶固化之前，导电胶允许调整接触电极的重新设置。服饰上的第一接触电极的初始精确设置可以由临床医生、医院技术人员或其他授权人员来实现。一旦第一电极被固定到服饰，那么在使用后服饰可以被脱掉，并且以后在必要时服饰可以穿上，例如，日常使用。患者可以是穿上服饰与脱掉服饰的人。第一接触电极的重新精确放置得到保证，因为它们被固定到服饰上。因此，例如，来自医院另一部门或来自家中的患者的肌肉运动的可靠远程监控因而变成可能。

该设备可以是其中的服饰由可伸缩的或保形(conformable)的织物制成的设备。由这种织物制成的服饰能够使服饰适合于患者需要进行肌肉测量的身体部位以便指示肌肉的运动。

该服饰可以为用于滑过(slid over)患者的一部分的袖套服饰。所述患者部位例如可以为手臂、腿、手指、脚趾、躯干或颈部。该袖套服饰可以为可伸缩的闭环袖套服饰以便被放置于人体部位上。

如果需要，该服饰可以为用于捆绑患者的一部分的带状服饰。该带状服饰可以为开环的形式，并且被闭环装置闭合。该闭合装置可以为紧固件，该紧固件包括推动以关闭塑料构件及拉动以打开塑料构件的基体(matrix)。这样的一种优选类型紧固件是大家熟知的注册商标Velcro所有的。可以采用其它的闭合装置，例如，带扣。

分离的导电区的阵列可以被非导电区或低导电区(lower electricallyconducting areas)隔开。优选地，该低导电区比导电区更薄(thinner)以便限制电流横向流动。通常，阵列中的导电区相互间隔。然而，可以采用其它类型的导电区。导电区可以是这样的，它们通过服饰横向传导，但不能在服饰平面上横向传导或大体上不能在服饰平面上横向传导。因此，导电区可以被认为是跨传导(trans-conductive)导电区。

导电区可以被织入服饰或者它们可以被塑造到或印刷到服饰中。

阵列可以是任何合适恰当的大小与形状。因此，例如，根据将被监控或治疗的肌肉或肌肉组织的位置与大小，阵列可以是规则的或不规则的形状。

本发明的设备可以被用于提供仅指示肌肉运动的测量参数。信号提供装置可以是单独的信号发生器。通常具有两个第一接触电极，但是如果需要，可以采用多于两个的第一接触电极。

可选择地，除了提供指示肌肉运动的测量参数之外，本发明的设备也可以被用于提供由指示的肌肉运动所决定的肌肉的神经肌肉刺激。在这种情况下，本发明的设备可以包括用于提供肌肉的神经肌肉刺激信号的神经肌肉刺激装置。

当本发明的设备包括神经肌肉刺激装置时，那么信号提供装置与神经肌肉刺激装置可以被提供作为单一的部件。可选择地，信号提供装置可以作为从神经肌肉刺激装置分离的部件来提供。

当本发明的设备包括神经肌肉刺激装置时，那么设备可以被使用以便肌肉的测量使能信号被施加到肌肉的神经肌肉刺激信号，反之亦然。

如果需要，第一接触电极也可以使神经肌肉刺激信号能够被患者接收。可选择地，本发明的设备可以包括第二接触电极，该第二接触电极与第一接触电极隔开且使神经肌肉刺激信号能够被患者接收，第二接触电极能够以预定位置中被设置于服饰上以获取神经肌肉刺激，并且第二接触电极与服饰中预定位置上的那些分离的导电区接触。当采用第二接触电极时，通常将具有两个第二接触电极，但如果需要，可以多于两个。

测量使能信号可以具有选自以下中的至少一者波形：

(a)正弦波；

(b)方波；

(c)三角波；

(d)任意的波形形状；

(e)相似的或不相似的波形的重叠部分(repeated parts)；

(f)能够被平均的随机波形；以及

(g)脉冲

可以采用其它类型的波形。随机波形可以是具有噪声特性的波形，例如，白噪声。

测量装置可以是这样的，它通过使用选自以下中的至少一者的电特性测量肌肉的参数：

(a)相移；

(b)幅度；

(c)转换速率；

(d)均方根值；以及

(e)脉冲

如果需要，可以测量其它的电特性

本发明的设备可以包括用于密封服饰上导电部分的密封装置，藉此，服饰能够进行清洁。因此，例如，在反复使用后，服饰可以通过擦抹来进行清洁。

可以使用本发明的设备可以，以便临床医生或其他人能够准确地将第一接触电极设置于分离的传导区阵列的最合适区域上。第一接触电极可以保持原样(remain inplace)以用于服饰将来所有的使用。可选择地，使用之后，第一电极可以是可移动的，那么，对于每个后续使用，第一电极是可重新设置的。当第一电极保持原样时，它们可以被构建以连接至设备的剩余部分。

本发明的设备可以被使用以使得肌肉的运动是由肌肉长度的变化引起的运动。然而，可以使用其它类型的肌肉运动。

现在仅通过示例的方式及参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1示出了用于提供关于患者至少一块肌肉的信息及用于确保电极的准确并可重复位置的第一设备的一部分；

图2是图1中示出的设备的一部分的放大视图；

图3是穿过图1中示出的设备的一部分的横截面；

图4是图3中示出的设备的一部分的放大视图；

图5-10示出了对于图1中示出的那些分离的导电区的不同类型的分离的导电区；

图11示出了提供指示肌肉运动的测量参数的本发明第一设备的一部分；

图12示出了本发明第二设备的一部分，该部件包括用于指示肌肉运动的测量装置及用于提供肌肉的神经肌肉刺激信号的神经肌肉刺激装置；

图13示出了本发明第三设备的一部分，其中，用于提供肌肉的测量使能信号和肌肉的神经肌肉刺激信号的信号提供装置都由神经肌肉刺激器提供；

图14示出了本发明第四设备的一部分，该设备包括用于使来自信号提供装置的测量使能信号能够被患者接收的第一组电极和用于接收来自神经肌肉刺激装置的神经肌肉刺激信号的第二组电极；

图15示出了图12和图14的设备中示出的分离信号发生器和神经肌肉刺激器使用的测量波形；以及

图16示出了使用如图13的所示的设备中使用神经肌肉刺激波形的分量作为测量使能信号的测量波形。

参考图1-4与图11，示出了用于患者6至少一块肌肉4的设备2。该设备2包括用于提供肌肉4的测量使能信号的信号提供装置8。该设备2还包括用于使来自信号提供装置8的测量使能信号能够被患者6接收的两个第一接触电极10。

该设备2进一步包括用于测量肌肉4的参数的测量装置12。该参数受测量使能信号影响。该参数与至少一种电特性有关，所述电特性表示由肌肉4运动引起的组织阻抗的变化。

该设备2进一步包括穿在患者6肌肉4上的服饰14。该服饰14包括由非导电区20隔开的分离的导电区18的阵列16。

该设备2是这样的，第一接触电极10能够以预定精确位置被设置于服饰14上，以获取测量参数，并且第一接触电极10与服饰14中预定位置上的那些分离导电区18接触。

如图1所示，服饰是滑过手臂22的袖套服饰以使得服饰14位于手臂22的前臂24上。该服饰14由可伸缩的或保形的织物制成，藉此，服饰14是贴近前臂24轮廓的袖套服饰。

图3示出了导电区18的矩阵16能够怎样与患者6的皮肤25接触。

分离的导电区18被阵列16中的分离的导电区18有规律地隔开。分离的导电区18被织入服饰中或被模制到或被打印到服饰中。可以从图3与图4得到更好的理解。

图5-10示出了分离的导电区18六种不同的结构和/或类型及阵列26、28、30、32、34、36中的周围非导电区20。

图11示出了第一设备2如何使得信号提供装置8为分离信号发生器。在使用中，信号发生器8产生测量波形38，该测量波形38创建经由第一接触电极10、导电区18以及测量装置12穿过患者身体的电路40。测量装置12产生输出42。因此，输出42是指示肌肉4运动的测量参数。

图12示出了本发明第二设备44的一部分。与图11相似的部分已经给出了相同的参考数字以易于比较与理解。该设备44包括用于提供肌肉4的神经肌肉刺激信号的神经肌肉刺激装置46。神经肌肉刺激装置的使用附加于信号提供装置8的使用，可以从图12得到理解。因此，首先，设备44能够使肌肉4被测量以便获取肌肉4运动的指示，其次，设备44能够使肌肉4接收肌肉4刺激运动的神经肌肉刺激信号。然后，神经肌肉刺激的效果可以被指示肌肉4运动的测量参数所监控，并且接下来，神经肌肉刺激信号可以被相应地调整以为肌肉4提供最佳神经肌肉刺激。设备44运行以使得信号提供装置8产生波形38。波形38被开关48切换以形成经由电极10与测量装置12而穿过患者身体的电路40。由测量装置12进行计算，然后，控制指令信号50被发送至神经肌肉刺激装置46。神经肌肉刺激装置46经由开关48被连接至第一接触电极10，因此，刺激脉冲或脉冲52被传送至第一接触电极10。然后，在必要与适当的时候，重复此过程。

图13示出了第三设备54。与前面的图的相似部分已经给出相同的参考数字以易于比较与理解。在设备54的操作中，神经肌肉刺激装置46产生神经肌肉刺激脉冲序列52，该神经肌肉刺激脉冲序列52被传送至第一接触电极10。电路40通过测量装置12来形成。测量装置12计算被发送至神经肌肉刺激装置46的控制信号50以调制脉冲序列52。测量使能信号被形成为神经肌肉刺激脉冲序列52的分量。该测量使能信号由信号提供装置8产生，信号提供装置8在图13中没有示出，但是它被形成为神经肌肉刺激装置46的组成部分。

图14示出了本发明的第四设备56。与前面的图的相似部分已经给出相同的参考数字以易于比较与理解。该设备56与设备44类似，除了设备56采用第一接触电极10并还采用两个第二接触电极58。这使得设备56无需在设备44中使用的开关48。设备56运行以使得信号提供装置8产生测量波形38以形成经由第一接触电极10和测量装置12而穿过患者6身体的电路40。由测量装置12进行计算，然后，控制指令信号50被发送至神经肌肉刺激装置46。神经肌肉刺激装置46将刺激脉冲或脉冲52传送至第二接触电极58。

图15示出了单独的信号提供装置8与单独的神经肌肉刺激装置46使用的测量波形，例如，在图12与图14中所示的可得到的。神经肌肉刺激脉冲52以规律性周期被传送。测量波形38被施加至刺激脉冲52之间。

图16示出了使用神经肌肉刺激波的分量实现测量波形，使用图13中示出的设备可以采用该神经肌肉刺激波的分量。测量波形以调制的脉冲串(burst)被传送，该调制的脉冲串与神经肌肉刺激脉冲或脉冲52一起被传送。

本发明的设备可以被使用以控制诸如瘫痪者的手臂肌肉的肌肉的电刺激，从而确保肌肉伸展，但不会过度伸展及不会可能损伤自身。如上所述，有利地是，相同的电极可以被用于感知与刺激，因为感知可以发生在每个刺激脉冲之间诸如毫秒脉冲的次秒级脉冲期间。

本发明的设备可以被用于监控肌肉运动和/或用于，例如：

(a)允许远距离的健康医师远距离地检查患者正在进行适当的锻炼；

(b)通过监控在锻炼期间肌肉运动来帮助训练运动员；

(c)非光学运动捕获统，例如用于控制在虚拟环境中虚拟化身(avatar)的运动，因此，所述化身符合计算机用户的运动。

本发明的设备可以比具有角度测试仪或使用光学数据捕获的公知设备的制造成本更低。对于瘫痪的患者，与使用角度测试仪、陀螺仪等系统相比较，校正本发明的设备以避免过度伸展会更容易，同样地，本发明的设备会更便宜。对于运动与触觉应用，一种好处是传感器可以完整且无障碍地位于贴身服饰内。因此，再次说明与其它公知系统相比，本发明的设备可以更便宜且更简单。

由于被刺激，肌纤维可以能够进行测量与反应，因为在分子量级，与非延伸的纤维相比，延伸的肌纤维的形状可以给出它们更好的电容效果。本发明的设备可以被用于治疗应用，例如涉及电刺激。可选择地，本发明的设备可以被用于非治疗应用，例如测量多个肌肉组织。

服饰可以具有导电聚合物或类似的东西以进行导电。可以同时监控不只一个肌肉组织。单个服饰可以具有用于多个肌肉组织的传感器。校正步骤可能与以下步骤一样简单：将手臂或关节移动到完全伸展手臂或其它身体部位的位置，以及自动记录相比于最大期望预定值的测量电变化。如果基于小时或逐日的测量收到电极位置的小移动的影响，可以使用连续的再校正方法。类似地，如果每个电极是电极的密排阵列(close packed array)，基于来自具有最大范围相位滞后的电极的测量或一些这样的类似方法，可以采用计算机系统来识别每个阵列内哪个电极具有最理想的位置。可替代地，在刺激实施方式中，本发明的设备可以检测哪些电极能最有效地刺激肌肉或关节，然后，可以使用这些电极来进行刺激与感知。

可以理解的是以上参考附图描述的本发明的实施方式仅通过举例的方式已经被给出，而且可以进行修改。因此，例如，可替代地，导电区18可以由位于比导电区18更低平面(lower plane)的更薄的导电区隔开。设备2、44、54、56可以被使用于不只一块肌肉或一个肌肉组织。设备2、44、54、56能够与服饰14或用于患者身体不同部位的不同类型的服饰一起被使用。患者6可以是包括遭遇肌肉运动损伤的人或运动员的任何合适的患者。可替代地，患者6可以是动物，例如，狗、猫或竞赛马。图中示出的个体部件不被限制于它们图中的使用，它们可以在其它图中及本发明的所有方面中被使用。

Claims (18)

1.用于提供关于患者至少一块肌肉的信息的设备，该设备包括：

(i)信号提供装置，用于提供所述肌肉的测量使能信号；

(ii)第一接触电极，用于使来自所述信号提供装置的所述测量使能信号能够被所述患者接收；

(iii)测量装置，用于测量所述肌肉的参数，该参数受所述测量使能信号的影响，并且该参数与至少一种电特性有关，所述至少一种电特性表示由所述肌肉运动引起的组织阻抗的变化；以及

(iv)穿在所述患者的肌肉上的服饰，并且该服饰包括分离的导电区的阵列，

以及所述设备使得所述第一接触电极能够以预定精确位置被设置于所述服饰上，以获取所测量的参数，并且所述第一接触电极与所述服饰中所述预定位置上的那些分离的导电区接触。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述服饰由可伸缩的或保形的织物制成。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述服饰为用于滑过所述患者的一部分的袖套服饰。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述服饰为用于捆绑人体的一部分的带状服饰。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述导电区为在矩阵中隔开的导电区。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述导电区被织入所述服饰中或被模制到或打印到所述服饰中。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述信号提供装置为单独的信号发生器。

8.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括用于提供所述肌肉的神经肌肉刺激信号的神经肌肉刺激装置。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述信号提供装置与所述神经肌肉刺激装置作为单个部件被提供。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述信号提供装置被提供为与所述神经肌肉刺激装置中分离的部件。

11.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的设备，其中，所述设备被使用以使得所述肌肉的所述测量使能信号被施加到所述肌肉的所述神经肌肉刺激信号上。

12.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的设备，其中，所述第一接触电极还使所述神经肌肉刺激信号能够被所述患者接收。

13.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的设备，所述设备包括与所述第一接触电极分离且使所述神经肌肉刺激信号能够被所述患者接收的第二接触电极，所述第二接触电极能够以预定位置被设置于所述服饰中，以获取所述神经肌肉刺激，并且所述第二接触电极与所述服饰中所述预定位置上的那些分离的导电区接触。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述测量使能信号具有任意的波形形状。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述测量使能信号具有选自以下中的至少一者的波形：

(a)正弦波；

(b)方波；

(c)三角波；

(d)相似的或不相似的波形的重叠部分；

(e)能够被平均的随机波形；以及

(f)脉冲。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述随机波形为白噪声。

17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述测量装置通过使用选自以下中的至少一者的电特性来测量所述肌肉的所述参数：

(a)相移；

(b)幅度；

(c)转换速率；

(d)根均方值；以及

(e)脉冲。

18.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括用于密封所述服饰上的导电部分的密封装置，从而所述服饰能够被清洁。