CN107405067A - 凝视稳定系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种系统，其允许医生使用一端附接有头戴装置的机器臂在三维空间中旋转人类受试者的头部，同时受试者聚焦于视觉目标。

Description

凝视稳定系统和方法

发明背景

技术领域

本发明涉及一种用于操纵人类受试者的头部的取向和位置的系统和方法，更具体地，涉及一种系统和方法，其允许医生在空间中旋转和定位人类受试者的头部，以便对人体进行诊断或治疗。

相关技术的描述

许多患有脑损伤，神经发育障碍或神经退行性疾病的患者的运动和认知功能受损。充分证明基本和复杂的运动和认知功能对头部、颈部和眼睛运动具有直接和间接的相关性。前庭和视觉/眼部器官是主要的传感器，其有助于我们的大脑了解我们的空间方位以及如何在我们的环境中进行交互。测量头部、颈部和眼睛运动以及量化缺陷的能力使得有机会对这些器官进行治疗恢复并改善人的表现。

用于旋转人体以用于诊断和治疗人前庭系统的系统是本领域已知的。美国专利号6,800,062，7,559,766和8,702,631都描述了这样的系统。然而，这些系统中没有一个能够在人体静止的同时，在三维空间中沿着每个可能的矢量不受限制地移动或定位人类受试者的头部。如下面详细描述的说明书中所述，本发明的系统实现了与现有技术区分开的若干不同的特征和技术。

发明内容

在一个实施例中，用于将受试者的头部旋转和定位在三维空间中的系统包括：机器臂，所述机器臂包括基座和与所述基座相对的远端；头戴装置，所述头戴装置被固定在所述机器臂的所述远端，并由所述机器臂的所述远端致动；视觉目标；所述机器臂的所述基座与所述视觉目标之间的人体接收区域。

在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一个实施例中，所述视觉目标是相对于人体接收区域为凹形的屏幕。在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一个实施例中，所述人体接收区域包括人类受试者的座位，所述人类受试者的座位包括前侧和后侧，其中所述座椅的所述前侧面向所述视觉目标。

在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一实施例中，所述人体接收区域是平台。在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一实施例中，所述人体接收区域是站立区域。

在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一个实施例中，所述头戴装置包括背板，两个侧翼和条带，所述背板在其背面与人的头部接合，所述两个侧翼铰接于所述背板，所述背板在其侧面与人的头部接合，所述条带被附接到所述两个侧板，所述条带在前侧与的头部接合。

在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一个实施例中，所述头戴装置包括多个可定位垫，所述可定位垫在所述系统的使用期间紧靠所述人类受试者的头部。在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一个实施例中，所述可定位垫包括紧靠所述人类受试者的头部的上半球的至少四个可定位垫，以及紧靠所述人类受试者的头部的下半球的至少四个可定位垫。在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一个实施例中，所述可定位垫能沿着支撑轨道定位，所述支撑轨道从所述人类受试者的头部的后侧上的中轴延伸。

在根据任何其它实施例中的一个或其组合的另一实施例中，所述系统还包括VOG护目镜，所述VOG护目镜被配置以收集指示眼睛位置或运动的数据。

附图的简要说明

通过参考结合附图的以下描述可以理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1示出了本发明的头部操纵装置的一个实施例的前透视图；

图2示出了本发明的头部操纵装置的一个实施例的后透视图；

图3示出了在本发明的一个实施例中使用的头戴装置组件的一个实施例的透视图；

图4示出了在本发明的另一个实施例中使用的头戴装置组件的另一个实施例的透视图；

图5示出了在本发明的另一个实施例中使用的头戴装置组件的另一个实施例的另一个透视图；

详细描述

图1示出了本发明的人体头部操纵装置100的一个实施例的前透视图。通常，所述系统包括座位或座椅102，所述座位或座椅102被配置为向坐在其上的人类受试者104提供支撑。头戴装置108被临时固定在人类受试者的头部106上。头戴装置108的运动操纵人类受试者的头部106在三维空间中的运动矢量，位置和角度。

头戴装置108可以包括通常成形为接纳或部分地围绕人的头部的任何结构。图4和5描绘了头戴装置的一个实施例。如图所示，头戴装置可以包括背板206，其接合人的头部的背面，以及包括可移动侧翼202和204，所述侧翼向内和向外旋转，以与人的头部的侧面接合。它还可以包括头部条带208，所述头部条带可固定到侧翼202和204，所述侧翼围绕人的头部的前方延伸，越过前额。还可能有被配置为将人体的头部紧紧地固定得足以使得头戴装置的运动也移动人类受试者的头部的其他结构。

图3中示出了用于头戴装置的另一结构的一个示例。如图所示，头戴装置108包括多个可调接触垫302。所述垫可以通过松开螺钉组件304，移动垫302，并将螺钉组件304紧固在轨道308上而沿着支撑轨道308被定位在任何点处。垫302也可以通过在304或306处操纵螺钉组件而朝向或远离人类受试者的头部106延伸。支撑轨道308从中轴310延伸。支撑轨道208在它们从中轴310延伸的点处还是可旋转的。中轴310是通过位于中轴310(未示出)的后侧的安装组件而将头戴装置108附接到机器臂的操作端的位置。头戴装置的这个实施例是高度可定制的，以提高过程的准确性，并且为用户提供增加的舒适性。

在图1所示的实施例中，人类受试者104坐在座位102上，座位102具有前侧和后侧。座位102的前侧面向视觉目标屏幕126。在一个或多个系统(包括前庭，眼睛或本体感觉系统)诊断或治疗人体的过程中，投影仪124可以根据医生的要求，将编程图像静态或动态地投影到视觉目标屏幕126上。系统可以包括由人类受试者佩戴的一组护目镜(取代投影仪和屏幕)，所述护目镜将视觉上可辨别的预编程图像投影到人类受试者的眼睛的前方的表面上。目标屏幕还可以包括背光屏幕，例如LCD或等离子体屏幕。视觉目标还可以包括投影到墙上的形状或图像，或人类受试者在进行诊断或治疗时可以聚焦于其上的任何其它视觉可辨别的目标。

在一个实施例中，视频眼描记术(VOG)护目镜可用于在下文描述的诊断或治疗方法期间跟踪眼睛运动。可以与本发明结合使用的VOG护目镜的一个例子目前由EyeSeeCamTM德国以EyeSeeCam商标出售。VOG护目镜还可以具有惯性测量能力，其在一个实施例中可以通过将加速度计和陀螺仪中的一个或两者的组合用于护目镜或相关结构中来实现。VOG护目镜提供允许医生评估和记录眼球运动生理和疾病的信息。通过使用安装有相机和惯性测量传感器的护目镜来记录头部和眼睛的运动。可以使用与眼睛相关的数据来引导或协调机器臂的运动，从而控制头部位置。

来自惯性测量传感器，相机的数据和视觉刺激参数被测量，显示和存储在用于操作VOG护目镜的软件中。该软件还可以基于原始的眼睛运动数据来计算均匀性和平稳性增益，前庭增益(眼睛和头部移动速度之间的比率)和其他复杂信息。用于跟踪眼睛运动的相机优选地是红外相机，因此它们可以用于在黑暗环境中(例如当房间中的灯被关闭时)检测眼睛运动。护目镜还可以包括红外发光二极管，用以照亮场景并允许准确的数据采集。

图1所示的实施例还将视觉目标屏幕126描绘为具有凹形形状。这种形状允许医生显示与人类受试者距离不变(或不显著变化)的移动视觉目标。其他形状是可能的，包括平坦的视觉目标屏幕，但是诊断和治疗的策略可能有变化。

用于机器臂的基座122位于座位102的后侧。头戴装置108可以在接头110处顺时针或逆时针旋转，并且可以通过致动由计算机控制的机器臂而在三维空间中被移动和定位，其中所述机器臂包括接头112,116和120，可旋转臂段114和118的，以及基座122。可以与本发明一起使用的机器臂的一个实例由Kuka Roboter Gmbh(德国奥格斯堡)以商标LBR和LWR制造，并在美国专利8,829,895中被描述。

机器臂通常是操纵机器，其在远离基座的一端配备有用于自动处理物体的有用工具，并且其可针对在几个运动轴线上的取向，位置和操作顺序进行编程。机器臂通常包括若干构件，接头，和可编程控制(控制装置)，其控制和调节机器臂在操作期间的位置和运动顺序。驱动器是例如电驱动器或驱动马达，并且构件或臂段沿着可相对于彼此枢转的轴线延伸。机器臂可以包括具有一个或多个关节的机械臂，所述关节提供旋转运动，平移位移或以上两者。

构成机器臂的构件的相对位置可以由任何合适的传感器或传感器的组合来确定，例如磁体和霍尔效应传感器的组合。磁体可以位于可旋转构件中的一个中，并且霍尔效应传感器可以位于相邻的可旋转构件中，使得霍尔效应传感器检测相邻构件上的磁体的位置的变化。以这种方式，可以通过非接触传感器来确定和控制机器臂的位置。

可以设置控制装置，以评估来自非接触传感器的信号，并且基于所评估的信号，使用连接两个相邻构件的驱动系统来致动或停止两个构件的相对运动。

与本发明结合使用的机器臂包括若干安全特征，所述安全特征防止机器臂对被治疗或诊断的人类受试者造成身体伤害。在一个安全特征中，头戴装置可以在三维空间中移动以绘制虚拟安全箱，所述虚拟安全框包含用于人类受试者的头部的舒适的运动范围。在此练习中，机器臂可以通过在整个学习过程中感测头戴装置的位置和方位来了解虚拟安全箱的边界。然后可以对机器臂的控制系统进行编程，以将头戴装置在诊断或治疗期间的运动限制到在学习期间定义的虚拟安全箱。头戴装置必须保持在其内的虚拟安全箱可以被定义为“工作空间”，工作空间之外的空间可以被称为“受保护的空间”，因为它可以保护人类受试者的健康和安全。

结合到机器臂中的另一个安全特征是运动学反馈传感器系统，其在诊断或治疗期间检测对运动的阻力。例如，当机器臂以编程方式将人类受试者的头部移动或定位在三维空间中时，接头或构件中的传感器不断地检测到受试者的头部、颈部和相关解剖结构响应于头戴装置的运动而呈现的阻力的大小。如果这种阻力达到或超过某个阈值，则采用安全切断机构，其能停止治疗并停止头戴装置的运动，直到人类技术人员能够进行调停，或者将头戴装置返回到对被治疗或诊断的人类受试者感到舒适的“原位”或“参考”位置。可以提供这种运动学反馈的传感器的例子是在所有方向轴线上检测阻力的接头扭矩传感器。机器臂也可被编程为在三个独立的笛卡尔坐标轴的每一个中具有不同的阻力公差，以及具有相对于被附接到机器臂的远端的头戴装置的方位变化的不同的阻力公差。

通常，机器臂由可操作地耦接到各种传感器的计算机系统和嵌入机器臂的驱动马达来控制。使用为此目的定位和配置的一个传感器或传感器的组合来检测各种机器臂段和附接的头戴装置的位置，旋转角度，速度和加速度。计算机系统或计算机系统的控制模块使用反馈、前馈或其他组合方案中的位置信息来执行本文所述的或者根据本发明的医生的要求的位置性和旋转性操作以及处理方法。计算机系统可以由输入装置的任何组合来控制，包括触摸屏，按钮，转盘和开关。计算机系统还可以通过关于机器臂和/或头戴装置的位置，速度，加速度或旋转角度的显示屏来给出医生信息。

通过使用所描述的装置，具有脑损伤，神经发育障碍，神经退行性疾病或任何寻求改善的大脑和身体功能的人可以从由所述装置启用的前庭眼反射和脑回流治疗策略中受益。在控制受试者的头部顺序运动或相对于目标屏幕上的眼睛固定或主动视觉跟踪的受控运动时，可以锻炼和加强健康的神经通路，同时引起功能障碍性神经通路的萎缩。感觉统合也可以被重新校准。通过收集生理数据，机器人能够以加速治疗效果的方法进行算法响应。笛卡尔方向，加速度，减速度，速度，重力补偿，减振，刚度，力和最大偏移点都是机器人控制的头部运动的可编程参数。运动顺序可以组合起来创建复杂的治疗顺序。屏幕上的视觉图像目标可以以任何可想象的方式被动地或主动地移动，以根据计划的头部移动顺序来协调治疗。

例如，机器臂可以致动头戴装置，以使人类受试者的头部从左到右旋转，同时要求受试者注视正被投影在座椅前面的屏幕上的不移动目标。这种治疗有时被称为“乘1”(X1)疗法。在头部运动期间，为了进行诊断和治疗，可以收集关于眼睛运动和停留在目标上的能力的数据。

通过本发明实现的一种治疗方式的另一个例子有时被称为“乘2”(X2)疗法。在这种类型的治疗中，人类受试者被要求聚焦在一个移动的目标上，同时人类受试者的头正被头戴装置(其由机器臂致动)移动。

通过本发明实现的另一个治疗例子是头部冲击测试。在这种类型的诊断或治疗应用中，人类受试者的头部从一个位置快速移动到另一个位置，同时要求受试者视觉注视于投影在屏幕上的固定目标。

由本文所述的装置提供的头部移动精度使得医生能够提供比现有技术更可靠和有效的诊断和治疗。在现有技术中，乘1和乘2疗法通常由医生执行，所述医生指导人类受试者在没有任何机械帮助的情况下移动他/她的头部。因此，治疗的有效性取决于人类受试者做出精确的头部运动并遵循医生的指示。现有技术中的头部冲击测试涉及医生手动操纵人类受试者的头部。再次，这种治疗的有效性取决于医生的手动移动头部的准确性。经验表明，这些方法引入了高误差率。相形之下，通过本发明，机器臂可以重复现有技术中不能实现的公差范围内的相同运动。结果是通过本发明实现的所有视觉疗法的成功率更高。

再次，利用本发明以精确和受控的方式执行前庭眼部治疗的潜力在技术上是可能的。这个想法是一种新颖的机器人装置，其使用传感器以编程方式将人类受试者的头部在平面或多个运动平面中移动。在一个实施例中，本发明包括提供神经修复性治疗的医疗设备，其帮助具有残疾和症状的患者。

本发明的不同实施例的特征包括：在三维运动范围内，机器人装置以编程方式将患者的头颈部进行移动；提供最高程度的准确性和安全性；多个传感器用于监测患者；从头架到机器人的磁耦接-以特定的力(即，牛顿)进行校准，作为从机器臂的故障安全脱离；VOG眼睛跟踪-三维眼睛跟踪；围绕患者的视觉刺激(具有固定半径的凹形实例或平坦)；利用Kuka LWR机器人。

编程该装置的不同实施例的运动的特征包括：示教编程；编程笛卡尔坐标；重力补偿；主动减振(独立笛卡尔x，y，z)；可编程刚度(独立笛卡尔x，y，z和方位)；运动冗余；可编程力。

通过VOG(视频眼描记术)技术集成，该装置的一些实施例还将是：可编程以响应某些眼睛运动，包括VOR增益，目标滑移，Q值，延迟，速度；以及可编程以响应某些生理反应，包括瞳孔反应-扩张，收缩(散瞳，瞳孔缩小)；心率；温度变化；灌注指数；皮肤电反应(GSR)；定量脑电图qEEG；其他医学相关数据。

当前公开和要求保护的系统允许医生旋转人类受试者的头部，同时人类受试者被包含在人体接收区域内，例如坐在座位上并被座椅约束。头部可以彼此独立地围绕三个不同的轴线旋转并移动，而对旋转度或运动平面的数量没有任何限制。因为每个旋转轴线可以被独立编程，所以可以将无限数量的加速度矢量应用于正在进行处理的头部。现有技术的系统不能实现这一点。

在上文各种实施例中描述的装置可以被称为计算机辅助前庭眼康复装置(CAVORD)。CAVORD为医师提供一致、精确和可重现的治疗干预措施，同时能够监测临床生物标志物的准确性，疲劳和异常情况。该系统提供了一种锻炼受试者的眼球运动、前庭和体感系统的手段，以恢复那些有助于眼睛跟踪和头部运动行为的中枢神经系统通路中断期间出现的缺陷。该装置能够监测运动的平滑度以及眼睛跟踪缺陷，并且可以被编程以实现和监视任何方向的头部运动和眼睛跟踪。该设备的治疗和诊断功能是独一无二的。其临床应用的一些例子如下所述。

为了使神经元在人类神经系统中发挥最佳的作用，必须满足三个条件。神经元必须有氧气，营养和活性(activation)，以保持与其他神经元的连接。神经元必须在这三个因素方面有提高，以创建神经元之间的新连接或修复损坏的连接。氧气和营养通过血管系统传递给神经元，并且其传递由神经元细胞的需要来驱动。神经元使用轴突和树突与多个其他神经元以不同的接近水平产生突触，从而产生通信纤维网络，所述纤通信维网络允许细胞本地通信，以及与身体的远端区域通信。由于这种关系，神经元可以被多个连接的神经元刺激，因为它们在整个身体中被激活。这些连接的神经元可以被链接到外周受体或中枢神经系统的另一部分。随着神经元的活性增加，它将与其网络中的其他神经元进行额外连接。如果神经元的活性减少，它将开始损失并损坏与其他神经元网络的连接。神经系统改变和适应其环境需求的能力被称为神经可塑性。

人类受试者的前庭系统使个体感受到他们在空间的位置，并帮助他们将自己定位于自己的环境中。该系统位于双侧内耳中，由两个不同的感觉器官组成。第一个是半规管系统，由六个半规管组成。在头部的每侧具有三个半规管，彼此具有正交取向。每个半圆形管与另一侧的相反方位的半规管配对。两个水平半规管被定向以感测围绕Z轴线(垂直轴)的旋转运动，两个前半规管相对于前矢状和冠状体平面成45度定向，并且检测运动的垂直平面中的旋转运动，并且两个后半规管相对于后矢状和冠状体平面成45度定向，并且还检测垂直平面中的角运动。半规管填充有流体，并且当这种流体将压力施加在被称为壶腹帽的感觉结构上时检测到角运动。壶腹帽可以发出兴奋性信号或抑制信号，其根据被推送的方向被发送到大脑。如果受试者向右旋转，右侧水平半规管中的壶腹帽向大脑发出兴奋性信号，左侧水平半规管中的壶腹帽发出抑制信号。这是所有半规管配对功能的机制。

前庭系统的第二感觉器官是耳石器官。耳石系统位于双侧内耳，并与半规管系统相连。耳石器官由椭圆囊和球囊组成，并感测线性平移。该器官由凝胶状膜中的被称为静纤毛的毛发细胞组成，所述凝胶状膜由被称为耳石的碳酸钙晶体衡量。当头部相对于重力被放置在不同的位置或被施加平移刺激时，耳石产生对静纤毛的剪切力，并产生通过中枢神经系统通路传播的兴奋性信号或抑制性信号。椭圆囊感测水平面上的线性加速度和头部倾斜，而球囊检测垂直平面中的线性加速度和头部倾斜。这些信号从前庭系统的感测结构发送，并且整合在脑和脑干的多个区域中用于二次加工。

视觉系统被用于观察环境并产生有助于平衡、聚焦和跟踪的信息。视觉系统通常利用共轭或协调的眼睛运动的双目视觉来保持感兴趣的对象的焦点对准。每只眼睛都有一个视网膜，其包含感光细胞，这些感光细胞将信号发送到大脑以作为视觉信息。在视网膜组织内是称为中央凹的结构，其由负责色觉的感光细胞组成。

为了保持清晰的视野，视觉系统必须能够将感兴趣的对象集中在中央凹上，并执行适当和协调的眼睛运动以保持对象在视野中。当感兴趣的对象改变位置或如果兴趣点改变时，视觉系统必须将中央凹偏移，以保持聚焦到新目标上或将注意力转移到新目标上。眼动系统通过使用许多眼球运动策略来帮助维持目标的中心化的任务。这些眼球运动策略构成稳定视力的基础，依靠前庭系统、本体感觉系统等感官的信息输入和整合来合适地移动眼睛。

本体感觉系统由人体中的传感器组成，其提供关于关节角度，肌肉长度和肌肉紧张度的信息，这些信息被整合以提供识别身体部位在空间中的位置的信息。所述系统被设计为提供关于人体在空间中的位置的实时反馈，并允许在环境变量变化时采取适当的行动。该系统通过位于身体中的关节和韧带中的被称为机械感受器的各种受体以及通过身体的肌肉来实现。骨骼肌有两种类型的肌肉反应，意向性和无意向性。意向性运动是身体的自愿运动，其受到有意识的控制，并可以由人类受试者改变或计划。无意向性运动是身体内反射性的非自愿运动。反射肌群负责保持姿势，适应环境中的扰动，以及在意向性运动期间激活稳定肌肉组织。

人体的血管系统被设计用于提供对全身的细胞存活至关重要的营养，氧气和其他元素。当身体结构上有增加的工作量时，血管系统会将血液分流到这些区域，以协助增加的代谢需求。例如，当个体使用肌肉(例如执行二头肌卷曲)时，血管系统会将血液分流至肌肉以提供额外的支持，使肌肉能够最佳地发挥作用。这有助于肌肉最大化其力量并适应增加的需求。存在与中枢神经系统激活期间需求增加相同的机制。当神经系统内的通路被激活时，更多的血液被分流到这些激活区域，以增加可用于神经元细胞的营养物和氧气。

这些系统的组合相互协调，以确保视力稳定，以及个人与其环境的准确交互。前庭眼反射整合了来自前庭系统和眼动系统的信息，颈-目镜系统将来自颈部运动的信息与眼动系统整合，并且颈丘反射结合来自前庭系统的信息和来自颈部的本体感觉信息。上述系统必须相互协调工作以促进神经系统的最佳功能。

为了让个人对其环境有准确和适当的认知和交互，他们必须适当集中整合来自前庭系统、视觉系统和本体感觉系统的信息。在运动和刺激期间，必须对神经系统的活化区域以及身体的肌肉进行适当的血液流动。当这些系统不能协调工作时，出现神经功能障碍。在神经退行性疾病或创伤性脑损伤过程中，中枢神经系统中的典型通路可能会中断，这导致大脑的区域之间的交流无效，并可能扭曲神经元的活性，并将营养物质和氧气转运到需要额外支持的大脑部分。随着这些进程的进行，随着在这些神经网络中继续发生异常发射，神经通路可能会继续崩溃。为了解决在神经交流中的这些故障，可以将刺激施加到被发现具有异常发射的神经通路。这些刺激可以通过身体中的感觉受体来施加，所述感觉受体包括前庭系统，视觉系统和本体感觉系统。本文描述的CAVORD提供了以前所未有的精度来测量、刺激和监测这些通路的手段。

当发生神经系统的损伤或破坏时，无论是由于创伤，血管意外，神经退行性过程或发育异常，中枢或周围神经系统通路或末端器官传感器中都会发生故障，从而造成人如何感知其世界方面的缺陷。当发生这种情况时，可以通过身体检查和诊断测试或治疗干预来量化这些通路中的故障。一旦确定了病变的位置，就可以通过使用上述系统来实施刺激和恢复这些途径或末端器官受体的策略。CAVORD提供了一种以高度控制和监测的方式施用这种刺激的手段。

视网膜成像术(VNG)是一种用于测试内耳和中枢运动功能的技术，在进行中被称为前庭评估。它涉及使用红外护目镜在视觉刺激和位置变化期间跟踪眼睛的运动。传统上，患者被要求在VNG期间保持头部静止，根据刺激只能移动眼睛。CAVORD可用于稳定头部，因此只能记录眼睛运动，或者可以使头部自由移动并记录这些运动，从而允许新的行为分析机会。

抱怨眩晕的人类受试者的临床检查的一个例子是基于前庭眼反射(VOR)的头部冲击测试(HIT)。头部冲击是包括小位置振幅(10°-25°)但高加速度(3.000-6.000°/s2)和高速度(150-300°/s)的人体受试者的头部的运动。在现有技术中，这些HIT运动由执业医师，治疗师或其他临床医生手动执行。通常，当检查者正在施加头部冲击时，它们在脉冲，加速度和速度的正确路径方面不是很准确。这导致患者必须忍受许多不必要的头部冲击，并且超过了如果每个冲击都被准确地施加所需要的冲击。使CAVORD精确并准确地传递头部推力的能力不仅对患者更安全，而且消除了患者必须忍受的不必要的冲击。这样可以节省检查者和患者的时间，使患者节约不必要的神经系统疲劳和中断。

CAVORD是一种新颖的医疗设备，其可以将涉及头部和眼睛的运动的标准前庭，眼动和本体感觉康复的精确度和自动化程度提高。该设计将用比手动的医师/治疗师指导性治疗更好的准确度，精确，速度和重现性来指导康复技术。

神经系统康复可以涉及一种策略，其中受试者的头部和眼睛以各种方向和速度移动，同时聚焦于目标或将焦点改变到不同的目标。眼睛/头部运动的幅度(大小)应该是精确的，以便将神经功能最大化。手动康复治疗使用检查者或受试者对头部和眼睛运动的幅度和速度的感知选择。这本质上是不准确的，涉及不符合临床团队最佳利益的检测者，受试者和团队之间的变化。

CAVORD可以建立眼睛-头部运动的精确运动范围，并建立准确、可重复和安全的头部和颈部的适当的速率/速度和运动路径。CAVORD坚持，视觉目标必须保持对焦，而不是模糊，并且在头部运动时显示为静止。眼睛运动是通过红外视频眼压观测来实时测量的，使得如果受试者的眼睛滑脱目标，眼-头运动的速率和速度可以持续适应。只要目标停留在焦点上，眼睛-头部运动的速度可能会增加，并且会减慢以允许更容易的目标对焦。手动过程不具有识别轻微滑脱的能力，这会混淆眼睛-头部治疗。CAVORD通过不允许头部移动比规定的速度更快，并通过不允许头部通过降低速度和幅度来补偿肌肉的增加的阻力或疲劳来对此进行更正。CAVORD系统的计算机控制器通过与眼睛运动同步的加速度计和力传感器来感测头部的所有运动。可以可靠地预先规定无限数量的精确诊断和康复策略，人类受试者将完全按照预先规定来执行策略。

CAVORD会在受试者根据仅用眼睛的策略进行平稳的追踪或跳视的同时，防止头部运动，并允许在受试者使用眼睛-头部策略进行平滑的追踪或跳视的同时，以设定的速度进行头部移动。CAVORD还将根据仅使用眼睛或眼睛-头部相位(相同方向)或相反相位(眼睛和头部在相反方向移动)策略来指导视觉快速移动(跳视)的表现。CAVORD是稳健的，可以在患者仰卧，坐姿或站姿时使用。因此，系统的人体接收区域可以是但不限于平台(可以升高或高度可调节)、座位或站立基座。在其他实施例中，还可以在患者移动时使用它，作为步态再训练的一体化体辅助装置。

CAVORD通过使用特定于运动或康复策略的确切信息，最大限度地提高受试者的中枢神经系统或大脑对前庭或平衡系统内的损伤或异常的补偿。由于估计头颈部或眼睛的运动或速度的范围所涉及的固有误差，传统手工疗法或受试者导向的康复受到影响。大脑解释从前庭或平衡系统获得的信息。当这个系统的任何部分受到伤害或异常时，大脑必须被重新训练或教导以正确地解读它所收到的信息。前庭系统，眼动系统和本体感觉系统的康复练习刺激身体中的受体，CAVORD保持精确的受控环境来刺激这些系统。这种刺激产生要由大脑处理的信息。这些练习的准确性和可重复性对于让大脑学习容忍和准确地解释这种刺激是至关重要的。CAVORD可以教大脑适应所有刺激，从而增加针对可能遇到的任何异常刺激的性能和补偿。

CAVORD中的传感器允许颈部和头部在精确的运动范围内以精确和确保的速度进行运动。可以对人类受试者进行训练，以弯曲头部并观察准确放置的各种目标。在重复该策略时，向患者和临床工作人员保证该康复是可重复的，并具有即时启动过程改变的能力。精确的性能等同于更快，更一致的改进。

CAVORD允许以可以动态或编程方式更改的速度进行精确的移动。典型的前庭康复可以从眼睛-头部运动开始，开始的运动是缓慢的，然后以增加的速度运动。当人类受试者尝试自己练习或与治疗师一起练习时，人类受试者可能无法获得准确的所需的侧到侧速度。CAVORD保持准确的运动速度，并适应受试者的能力，或者如果感测到颈部肌肉的抵抗力增加或眼睛运动疲劳(神经疲劳)，则会停止训练课。

被诊断或怀疑患有神经系统症状的个体在神经处理的不同方面往往具有功能障碍。一些人在检测和/或传送要发送到中央处理器的感觉信号的能力方面有不准确之处。其他人可能在接收这些信号并以准确、及时的方式处理这些信号方面存在困难。还有一些人在将感觉刺激转化为中枢整合中可能有误差，所述中枢整合将被作为个人的精确适当的运动，认知，情感或效果来执行。通常，具有神经功能障碍的人具有这些处理误差的组合，其最终达到在医疗保健实践中常见的常规诊断标准。

CAVORD的使用对于那些患有这些类型的疾病的患者可能是有益的，因为刺激剂量和类型可以被操纵以适应或修改神经过程中的这些误差，从而改善系统的功能。实施这种类型的刺激有可能驱动中枢神经系统内的积极的神经系统变化。

可能受益于此干预的疾病包括但不限于根据当前术语和诊断标准进行的以下分类：

平衡障碍是前庭、视觉和本体感觉缺陷的常见表现。可以利用这些系统的刺激来修复影响这些疾病的外周及中心表现的许多症状。在这些情况下，可以通过使用CAVORD来进行积极的神经重塑变化。这些情况中的一些包括：平衡失调，多器官功能障碍(Mal De Débarquement)，晕动病，先兆晕厥和眩晕。

凝视和眼睛运动的缺陷在许多病理和创伤导向的病症中是功能障碍的常见症状。前庭，眼运动和本体感觉通路的刺激可以大大有助于解决导致眼部功能障碍的中心问题。CAVORD允许实施治疗，其可以专门解决发生这些功能障碍的平面和位置。这是通过用特定的眼睛和头部运动来编程CAVORD来实现的，其将刺激与存在异常状态的眼睛和头部运动相关的中心视力，中枢前庭或中枢本体感觉通路。这些病症中的一些包括：内聚力不足，会聚痉挛，复视和眼睛运动失调。

发育迟缓是影响数百万儿童的一个病症。随着人类早期的发展，它利用来自其环境的刺激来塑造和形成对周围世界的感知和理解。当一个孩子错过在大脑中建立特定关系时，可能会出现重大的延迟或缺陷，这将妨碍孩子以适当或典型的方式从事活动。像前庭系统、视觉和动眼系统以及本体感觉系统之类的感觉和系统可以被用作中枢神经系统的接入点，以对经历异常发育或延迟的大脑区域提供增加的刺激。这种增加的刺激可以帮助增加大脑连接到这些系统的区域的整合，并将发育过程推向更典型的发育通路。这些病症中的一些包括：失读症，注意力缺陷多动障碍(ADD/ADHD)，自闭症谱系障碍，阅读障碍，强迫症(OCD)，对抗性反抗障碍(ODD)，普遍性发育障碍(PDD)/-未指定(NOS)和社交障碍(SCD)。

家族性自主神经异常是心血管系统失调的病症。这可能表现为心跳的不规则，加速或减速，身体(周围和中心)中的组织异常的血液流动和灌注，以及触觉的超敏反应。心脑血管系统受大脑和脑干中的中枢神经系统连接的调节。这些区域与和前庭、眼动和本体感觉系统整合的区域具有交叉连接。通过这种机制，CAVORD可以对这个人群进行治疗。可以通过这种方式影响的一些病症包括：心律失常，反射性交感神经营养不良，雷诺现象和心动过速。

运动障碍是与影响速度、流畅性、质量和运动容易性的神经疾病相关的人类受试者的高度普遍的病症。运动的流畅性或速度的异常可能涉及过度或非自愿运动(运动过度)或减慢或缺少自愿运动(运动不足)。这些病症影响人类受试者的视觉，眼动，前庭和本体感觉系统的功能并且是这些系统的异常的后果。CAVORD可用于驱动可以解决这些类型问题的积极的神经可塑性变化。运动障碍包括但不限于：意志缺失/丧志症，运动不能/僵硬综合征，失语症/言语障碍症，运用不能症/动作协调能力丧失症，共济失调/协调障碍，运动迟缓综合征，运动障碍，肌张力障碍，肌阵挛，痉挛状态，定型运动障碍，抽搐/妥瑞氏综合征和震颤。

神经退行性疾病包括大部分在脑和脊髓的神经元内引起损伤的一系列病症。这些神经元的退化可能导致大脑的不同区域不能与脑的其他区域和通路进行操作和通信。效果是深远的，尽管大脑的一个区域的功能可能与另一个区域不直接相关，但共享通信网络中的损坏可以提供大规模功能损失的机制。虽然神经退行性病症造成可能不可替代的神经元的损伤，幸存的神经元可能通过创建与其他神经元网络(突触形成)的新连接来提供可替代的通信。CAVORD是驱动此连接的强大手段。可能受益于这种治疗的一些神经退行性疾病包括：阿尔茨海默氏病，皮质延髓退化，痴呆，多发性硬化，多系统萎缩，帕金森病/帕金森综合征/非典型帕金森病和超核麻痹。

直立不耐受症是身体的特定位置导致血压或心率过大增加、减少或波动的病症。当个体从卧位或就座位移动到站立位置时，大脑将通过压力感受器感测血压下降或通过耳石系统改变位置，并进行补偿性变化以保持血液尽可能恒定和一致地灌注到整个身体。在身体受到损伤(所述损伤影响该系统)的人身上，会造成血压或心率的极端变化。恢复这一系统的一个机制是通过耳石系统使用前庭输入来重新校准系统，因此位置的改变不会引起身体异常的反应。另一种机制是通过动眼系统，其中可以利用特定的眼睛和头部运动来恢复大脑中与控制血压和心率的大脑区域共享共同整合点的区域。CAVORD是以特定于所发生的损伤的方式提供这种刺激的一种手段。适用病症包括直立性低血压和位姿性心律失常性心动过速综合征(POTS)。

疼痛综合征包括与异常感觉相关的导致个人痛苦的疾病。疼痛是一种复杂的现象，其有许多起源。疼痛作为中心后果，对个人以及医疗服务提供者而言是有问题的，因为疼痛发生器是由于感觉刺激的错觉。这种感觉发生是由于大脑内的中枢处理的不准确。这些中枢处理系统具有与前庭、眼动和本体感觉系统共享的神经网络。在这个意义上，CAVORD可以用于减少这些类型病症的影响的治疗方法。疼痛综合征包括但不限于：颈椎病，丛集性头痛，复杂性区域性疼痛综合征(CRPS)，头痛，腰痛，偏头痛，颞下颌关节疾病，胸痛和三叉神经痛。

创伤性脑损伤是对个体神经系统和感觉器官产生深远影响的病症。创伤性损伤可能发生在大脑的任何区域。受影响的系统在分布或表现中可能是广泛的或焦点的。当这些缺陷被量化时，可以确定受影响的脑的区域。如果损伤影响前庭系统，视觉系统，眼运动系统，体感系统，血管系统或与这些系统通信的任何系统，则可以使用采用CAVORD的治疗方案来恢复大脑的损伤区域。这些病症中的一些包括：中心维持的前庭病，轻度，中度，严重创伤性脑损伤，后震荡综合征和中风。

虽然本发明易于进行各种修改和可替代形式，但是其具体实施例已经通过附图中的示例的方式示出，并且在此详细描述。然而，应当理解，本文对具体实施例的描述并不旨在将本发明限制于所公开的特定形式。

Claims (10)

1.一种用于在三维空间中旋转和定位人类受试者的头部的系统，包括：

机器臂，其包括基座和与所述基座相对的远端；

头戴装置，其被附接到所述机器臂的所述远端，并由由所述机器臂的所述远端致动；

视觉目标；

人体接收区域，其位于所述机器臂的所述基座与所述视觉目标之间。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述视觉目标是相对于所述人体接收区域为凹形的屏幕。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述人体接收区域包括人类受试者的座位，所述人类受试者的座位包括前侧和后侧，其中所述座椅的所述前侧面向所述视觉目标。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述人体接收区域是平台。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述人体接收区域是站立区域。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述头戴装置包括背板，两个侧翼和条带，所述背板在其背面与人的头部接合，所述两个侧翼铰接于所述背板，所述背板在其侧面与人的头部接合，所述条带被附接到所述两个侧板，所述条带在前侧与人的头部接合。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述头戴装置包括多个可定位垫，所述可定位垫在所述系统的使用期间紧靠所述人类受试者的头部。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述可定位垫包括紧靠所述人类受试者的头部的上半球的至少四个可定位垫，以及紧靠所述人类受试者的头部的下半球的至少四个可定位垫。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述可定位垫能沿着支撑轨道定位，所述支撑轨道从所述人类受试者的头部的后侧上的中轴延伸。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括VOG护目镜，所述VOG护目镜被配置以为收集指示眼睛位置或运动的数据。