CN108024904B - 穴位按压设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于向用户自动地施予基于皮肤压力的治疗的健康设备。所述设备包括一个或多个致动器构件，每个致动器构件包括一类智能变形材料，所述智能变形材料被设置为响应于温度的变化或者响应于电刺激的施加而改变形状；所述致动器构件由控制器控制以向用户的皮肤上的一个或多个点施加压力。

Description

穴位按压设备

技术领域

本发明涉及一种用于向用户施予基于压力的治疗的设备以及针对其的方法。

背景技术

失眠是一种睡眠障碍，其在现代世界中影响越来越多的人。一些调查己经报告了高达30％的人可能经常出现失眠症状，其中10％遭受明显的症状，引起这些人在其清醒时间期间的疲倦问题。据报道，高达10％可能有慢性失眠。

失眠在中国是特别严重的问题。最近的研究表明，在中国的失眠患病率可能高达40％，高于全球平均水平。

当今仍广泛使用的处置失眠——以及整个范围内的其他状况——的一种常规康复治疗方法是穴位按压法。穴位按压和针灸起源于中国和亚洲，尽管现今发现在世界各地不同的国家都采用这种疗法，但是其使用仍然在其起源地最常见。

穴位按压法包括将局部压力施加到身体的各区域，触发肌肉紧张的释放、降低血压并且对较深的皮肤组织提供刺激。这也有助于增加局部血流量、触发内啡肽(天然止痛剂和情绪提升剂)的释放、并且抑制特定压力荷尔蒙的释放。

穴位按压法采用对已知对生物电脉冲特别敏感的皮肤区域的压力的施加。在传统中医学中，对这些点的刺激被认为增强了人体能量的流动。己知刺激健康睡眠的若干个点，诸如：手腕上的P6点，肩胛骨之间的Bl38，后颈的Bl10、GB20和GV16，胸部上的CV17，以及也有脚底上的KD1点(通常被称为“睡眠点”)。压力的施加常常由经过训练的专业人员手动地完成。

已知穴位按压点与所谓的生物活性点(BAP)相符合，这些点是人体上神经纤维束穿透皮肤的下皮层和真皮的点。这些神经末梢非常小，并且在BAP处的神经纤维束的密度局部非常高，这导致皮肤在这些点附近表现出非常低的电阻。另外，在一些情况下，BAP与针灸点密切相关，其中约80％的所有已知针灸点表现出与BAP相似的解剖学皮肤结构。

生物活性点(或穴位)在解剖学、组织学和生物化学上与周围组织不同。具体地，穴位显示出比周围组织更大浓度的粘多糖、胶原纤维和神经末梢。穴位和经络也表现出比周围皮肤区域更低的电阻和更高的电容。也己经表现出在穴位附近具有较高的氧含量。

也己知穴位与大脑活动之间存在特定的相关性。例如，研究表明，对穴位的局部刺激触发了大脑的特定相关区域的激活。

许多研究已经证实了穴位按压处置对睡眠障碍的有效性。

一篇综述文章(Wing-Fai Yeung等人的Acupressure,reflexology,andauricular acupressure for insomnia:A systematic review of randomizedcontrolled trials)提出了针对失眠症的基于针灸的处置的系统评价。其报道了：在进行这样的比较的所有6项研究中，穴位按压比安慰剂穴位按压显著更有效。对三项适度质量的研究的汇总分析也确定了主观睡眠问卷评分——亦即PSQI和AIS的结果的显著改善。

另一篇文章(Bray，P.、Garcia-Rill，E.等人的“Modulation of the SleepState-Dependent P50Midlatency Auditory-Evoked Potential by ElectricStimulation of Acupuncture Points”)已经描述了对穴位的电刺激相对于睡眠质量的效果。该论文提出了这样一项研究，所述研究被设计为对己知与觉醒有关的特定穴位的刺激进行系统地测试，并且探讨了其对调节睡眠状态相关的P50电势的潜在影响。

在特定点(PC6、HT3、LR3)处的电针刺降低了P50的电势量值。由此可以得出结论：该疗法可以有效地用于降低觉醒水平。结果表明，对特定穴位点的表面刺激调节了睡眠状态相关的P50电势的表现，只要使用特定参数的刺激即可。

电针刺的作用被发现在刺激的时段期间开始并且持续时间长于刺激时间段。此外，发现重复的刺激时间段对于降低P50电势幅度是相加性的。这意味着对觉醒水平有直接的影响，使电针刺成为针对具有过度警觉症状的状况的潜在疗法。这样的失调症包括精神分裂症、抑郁症和焦虑症。失眠症也表现出过度兴奋的特征，使得该疗法非常适合于处置失眠症。

P50中潜伏期听觉诱发的电势是睡眠状态相关的波形。其具有三个主要特性：(1)其存在于快速皮层节律同步期间，诸如唤醒快速眼动(REM)睡眠，但是不存在于在慢节律的同步期间，如在深度慢波睡眠中(即，其是状态相关的)；(2)其被胆碱能拮抗剂阿波溴胺所阻断(即，其是由胆碱能神经元介导的)；以及(3)其在大于2Hz的刺激速率下快速地适应。

为了有效地施加穴位按压，需要高度的技能和精确度。施加压力的区域必须被精确地定位，所施加的压力的大小必须被小心地控制，并且所施的加压力的持续时间和模式必须适合于被处置的状况。出于该原因，常常雇用训练有素的专业人员来施予治疗。备选地，也存在许多书籍和培训课程提供自我穴位按压治疗的教学。

然而，这两种选择在便利性和成本方面都有缺点。拜访训练有素的治疗师并不总是现实和可负担的，尤其是在需要重复的疗程的情况下。进行自我训练对于大多数人来说也可能证明是不切实际的或者是过度的负担。

此外，特别是对于用于处置失眠症的疗法中，需要在发病期间并且贯穿个人的自然睡眠周期的过程而施予治疗的情况下，由患者本人或者第3方专业人员外部手动地施予治疗都是完全行不通的。

因此，需要一种自动地向患者施予基于穴位按压的治疗的器件，而不需要患者或第三方积极参与。

确实存在声称提供这样的功能的特定设备。具体地，在非常常见的使用中，是许多基于腕带的设备，其使用附接的固态标签元件在佩戴所述设备的持续时间期间向用户的手腕上的点施加恒定的压力。

然而，这些设备仅仅能递送固定的、未调制的压力，这已知不能令人满意地提供真正有效的穴位按压治疗。

需要一种能够自动地递送可变量值的压力的设备，所述压力因此能够根据已知的有效递送真正的穴位按压治疗的特定模式而被随时间调制。

US 6228103 B1公开了一种尝试这样的解决方案的设备，其中，电动凸轮元件被并入到可穿戴的缚带中并且适于旋转以提供随时间循环变化的压力。

然而，在该设备的所有实施例中，借助于机电电动机元件来提供调制压力。然而，这样的元件——根据现有技术的水平——必然具有显著的形状因子，并且会导致设备的大量增加的体积和重量，使得其对于并入到旨在由用户舒适地并且不突兀地佩戴的设备内的目的是不切实际的。特别是对于用于处置失眠症而言，这是非常不希望的，其中，设备的体积/重量性质以及(相对)较大的移动部件将倾向于打断或干扰自然睡眠，并且妨碍该设备在用户在睡眠过程中必须施加其体重(即，躺在)的身体的任何部位上的舒适使用。

因此，需要一种能够在一段时间内自动地向用户身体的一个或多个穴位自动地递送可变压力的设备，但是其中，递送所述可变压力的设备具有更薄、更紧凑并且更不突兀的形状因子，改善了用户佩戴设备时的舒适性——特别是在睡眠期间舒适地佩戴和操作而不干扰或打断自然的睡眠周期。

发明内容

本发明由权利要求所限定。

根据本发明的一方面，提供了一种用于向用户的皮肤的一个或多个区域施加压力的健康设备，包括：

一个或多个致动器构件，每个致动器构件包括一类智能变形材料，所述智能变形材料被设置为响应于温度的变化或者响应于电刺激的施加而改变形状；

一个或多个刺激器件，其用于向所述一个或多个致动器构件递送热或电刺激，以刺激所述智能变形材料的变形；以及

控制器，其适于控制所述一个或多个刺激器件，以便刺激所述一个或多个致动器构件的形状变形材料，以向用户的皮肤的一个或多个压力递送区域递送压力。

所述一个或多个刺激器件包括电极，所述电极与所述控制器操作性地耦合并且被电耦合至每个致动器构件的所述智能变形材料，并且适于将通过所述控制器生成的电刺激递送至所述智能变形材料。

此外，所述设备也包括一个或多个皮肤刺激元件，所述一个或多个皮肤刺激元件与所述控制器电连接，用于将电刺激转移到用户皮肤的一个或多个区域。由所述一个或多个皮肤刺激元件转移的所述电刺激是通过所述控制器生成的并且被用于感测皮肤的阻抗，其中，所述控制器适于通过测量所递送的电刺激的一个或多个电参数来确定皮肤的阻抗。

智能变形材料的特征在于：能够响应于外部刺激的施加，诸如温度变化或者电场或电流的施加，利用非常小的活动部件来递送大的致动力。例如，利用这些材料能实现小于1mm的轮廓。本发明的实施例基于使用智能变形材料的条带、层或其他元件来提供高度紧凑的致动器构件，所述致动器构件能够递送相当的致动力，所述致动力可以被利用来向用户提供自动的基于皮肤压力的治疗。

这与例如基于机电致动的(例如，包括马达的)设备不同，因为这些设备通常体积庞大且突兀，并且因此对于用户穿戴而言不舒适。所述设备特别不适合用于处置失眠，其中设备的笨重和沉重的性质以及(相对)大的移动部件倾向于打断或干扰睡眠。智能材料致动器的薄的形状因子还允许将本发明的实施例用于用户在睡眠期间自然倾向于躺下或施加其体重的身体部位，而不会引起不舒适。

作为非限制性范例，智能变形材料可以包括形状记忆合金材料——其被设置为响应于热刺激而变形——以及电活性聚合物材料——其被设置为响应于电刺激而变形。其他智能变形材料包括形状记忆聚合物，所述形状记忆聚合物响应于热刺激而变形。

如上文所论述的，穴位(或生物活性点)的特征在于存在局部大密度的神经末梢(神经纤维束)，这导致这些区域展现出非常低的电阻。因此，阻抗感测允许通过查找阻抗的局部最小值来检测用户皮肤上的穴位位置。

所述控制器可以适于控制一个或多个刺激器件，使得致动器构件的变形材料被刺激以递送随时间变化的量值的压力。具体地，在范例中可以控制随着时间的量值，以便从设备施予穴位按压治疗。

量值的变化在简单的范例中可以包括在零量值与固定的非零量值之间的二元变化——即，所述变化可以包括简单地开启和关闭固定量值施加的压力。在其他范例中，所述致动器构件可以是能刺激的以施加谱或离散范围的压力量值。

如上文所论述的，真正的穴位按压疗法需要在治疗的过程中施加不同的压力。将恒定压力施加至穴位较长时间并不会实现良好的效果；而是必须间歇地释放和重新施加压力，或者至少周期性地减小并且然后增加压力。本发明的实施例允许提供该功能。

在具体范例中，可以控制随时间变化的量值，以便从设备施予用于对失眠症的处置的穴位按压治疗。

所述健康设备可以是可穿戴健康设备，所述可穿戴健康设备包括用于将一个或多个致动器构件保持抵靠在用户皮肤的一个或多个压力递送区域上的紧固器件。所述紧固器件可以包括例如一个或多个粘合剂贴片或条带。

根据一组实施例，所述智能变形材料可以是形状记忆合金材料，所述形状记忆合金材料被设置为响应于温度从特定相态转变温度以下到特定相态转变温度以上的变化而在第一形状与第二形状之间变化，并且

形状记忆合金(SMA)能够产生数百MPa的应力和大的形变，使其成为非常强大的致动器解决方案，仅具有非常小的形状因子。具体地，典型的SMA可能每10cm长的1×1mm²截面材料条带能够施加2-10N的离面力(力取决于位移幅度)。

所述智能变形材料可以是形状记忆合金材料，所述形状记忆合金材料被设置为响应于温度从特定相态转变温度以下到特定相态转变温度以上的变化而在第一形状与第二形状之间变化，并且

其中，所述控制器适于将电流递送至被耦合至每个致动器构件的形状记忆合金材料的电极，以便刺激对所述形状记忆合金材料的焦耳加热。

在这些情况下，可以由形状记忆合金材料的一个或多个区域部分形成一个或多个皮肤刺激元件。在此，所述设备的实施例能够借助于单个致动器构件部件来提供组合的致动和阻抗感测(用于穴位识别)功能。在致动器构件包括形状记忆合金材料的情况下，可以经由(导电)SMA的至少一部分直接将用于阻抗感测的低电平电流转移到用户的皮肤。这不仅简化了设备，其也意味着可以针对(一个或多个)致动器构件自身的压力施加区域正下方的皮肤区域而采集阻抗测量结果(即，针对皮肤上的压力施加点)。

因此，实施例方便地允许进行阻抗测量，并且致动压力被施加到用户的皮肤上的完全相同的点，而不需要在其之间重新定位设备。对穴位(低阻抗点)的检测可以紧接着向该点施加压力，而无需对所述设备进行进一步的物理调整。

在其他范例中，所述智能变形材料可以是电活性聚合物材料，所述电活性聚合物材料被设置为响应于电刺激的施加而改变形状，并且

其中，所述控制器适于将电压递送至电极，用于电刺激电活性聚合物材料以改变形状。

针对单个12x12x0.3mm³部件，典型的EAP可能能够产生高达2N。

在这些情况下，可以由与致动器元件的电活性聚合物材料相耦合的电极的一个或多个区域部分来形成一个或多个皮肤刺激元件。

根据上文所描述的实施例中的一个或多个，所述控制器可能能够执行以下步骤：

通过借助于所述一个或多个皮肤刺激元件测量被递送至用户的皮肤的电刺激的一个或多个电参数来周期性地或连续地确定皮肤的阻抗，从而获得一组皮肤阻抗测量结果；

通过将所述确定的皮肤阻抗与一个或多个参考值进行比较来分析所确定的皮肤阻抗，从而确定所述值是否对应于用户皮肤的最小阻抗点；并且

通过借助于一个或多个感官输出元件来生成感官输出，所述感官输出的一个或多个参数取决于对所确定的阻抗是否对应于最小阻抗点的所述确定的结果。

所述参考值可以对应于一个或多个先前采集的阻抗测量结果，或者可以备选地或额外地包括一个或多个预定阈值。所述参考值在一些情况下可以对应于一个或多个采集值的一个或多个函数的确定的值。

该实施例的范例允许引导用户将设备适当地定位在其身体上，使得致动器构件的压力施加区域与其皮肤的穴位对齐。所述感官输出元件在范例中可以包括一个或多个声学输出元件，诸如扬声器或蜂鸣器，或者可以包括一个或多个光学输出元件，诸如照明元件(例如，包括LED或灯丝灯泡)。

例如，用户例如可以——作为初始校准/定位练习的一部分——将所述设备在其皮肤的特定区域上扫掠，其中在用户进行扫掠时连续地或周期性地获得阻抗量度。对感官输出部件的激活允许向用户警告检测到了局部阻抗最小值(即，穴位)——并且因此警告以下事实：用户应当将设备保持在其当前位置并且将其固定到其身体的该点。

在一个或多个致动器构件包括形状记忆合金材料的情况下，所述一个或多个致动器构件中的每个可以——根据一组范例——包括第一形状记忆合金层、第二形状记忆合金层、以及被设置在所述第一形状记忆合金层与所述第二形状记忆合金层之间的热隔离层。

在这种情况下，两个形状记忆合金层可以被提供为具有不同的‘记忆形状’(即，可以被配置为在加热时变形成不同的形状)。具体地，所述第一层可以被配置为在第一方向变形以便向用户的皮肤施加致动压力，而所述第二层可以被配置为在相反的方向上变形，以允许将所述第一层‘重置’回其原来的形状。双层结构因此提供固有的双向性：所述设备可以被致动和复位而不需要任何外部偏置。

根据另一组范例，所述一个或多个致动器构件中的每个致动器构件可以替代地包括第一形状记忆合金层和第二形状记忆合金层，所述第二形状记忆合金层被耦合至所述第一形状记忆合金层，并且其中，所述第一层和所述第二层具有不同的相态转变温度。

在此，没有提供绝热层，但是两者具有不同的相态转变温度。所述第二层允许根据如上类似的原理来‘重置’第一层，但是不是通过单独的、隔离的加热，而是通过将整个致动器构件系统的温度从所述第二层的相态转变温度以下升高到所述第二层的相态转变温度以上而被刺激以变形。

根据本发明的另一方面的范例，提供了一种借助于健康设备来将压力递送至用户的皮肤的一个或多个区域的方法，所述健康设备包括：

一个或多个致动器构件，每个致动器构件包括一类智能变形材料，所述智能变形材料被设置为响应于温度的变化或者响应于电刺激的施加而改变形状；以及

一个或多个刺激器件，其用于向所述一个或多个致动器构件递送热刺激或电刺激，以刺激所述智能变形材料的变形；

所述方法包括：

控制所述一个或多个刺激器件，以刺激所述一个或多个致动器构件的所述形状变形材料，从而将压力递送至用户的皮肤的一个或多个压力递送区域。

附图说明

现在将参考附图来详细描述本发明的范例，在附图中：

图1示出了针对形状记忆合金的温度-相态关系；

图2示出了针对形状记忆合金的温度-应力-应变关系；

图3示出了适合于在本发明内使用的典型EAP的应变-电压曲线；

图4示出了根据本发明的实施例的范例设备；

图5示出了可以由本发明的实施例包括的第一范例致动器构件；

图6a和图6b分别图示了根据实施例的范例设备的未致动状态和致动状态；

图7示出了用于在致动模式下操作所述构件的第一范例致动器构件的范例电气配置；

图8示出了用于在感测模式下操作所述构件的第一范例致动器构件的范例电气配置；

图9示出了可以由本发明的实施例包括的第二范例致动器构件；

图10示出了可以由本发明的实施例包括的第三范例致动器构件；并且

图11示出了可以由本发明的实施例包括的第四范例致动器构件。

具体实施方式

本发明提供了一种用于向用户自动地施予基于皮肤压力的治疗的健康设备以及针对其的方法。所述设备包括一个或多个致动器构件，每个致动器构件包括一类智能变形材料，所述智能变形材料被设置为响应于温度的变化或者响应于电刺激的施加而改变形状。所述致动器构件由控制器控制以向用户皮肤上的一个或多个点施加压力。

本发明基于在自动穴位按压设备内引入智能变形材料技术，以便提供一种能够以时间变化的方式向用户身体上的一个或多个点施加显著压力的设备，而不会导致常规的基于机电的致动部件(诸如电气马达)的大且笨重的形状因子。

存在多种智能变形材料，并且随着已经发现了针对这样的材料的不断增加的应用范围，其发展在近几十年急剧加速。从最宽泛的意义上说，所述材料的特点在于其形状或形式可能会通过施加一些外部刺激(诸如加热或电场)而变形。

出于本申请的目的，详细概述了使用两种特定类的智能变形材料的实施例，所述两种特定类的智能变形材料具体是：形状记忆合金(SMA)和电活性聚合物(EAP)。这两种材料都能够在所需的穴位按压力范围内递送力。对于良好定位的设备，通常在大约2.5×2.5mm²的压力施加区域上需要30N/cm²的压力(＝1.9N力)。整个设备的尺寸当然大于施加穴位按压的斑点尺寸。

然而，应当理解，使用智能变形材料所赋予的优点并不特别限于这两种特定的类别，而是也可以有利地使用其他类别，例如作为非限制性的范例，电活性复合材料、电致伸缩陶瓷或晶体、形状记忆聚合物、光机械材料、和/或磁致伸缩材料。

形状记忆材料(SMM)是公知的，特别是形状记忆合金(SMA)。形状记忆合金的两种主要类型是铜-铝-镍，以及镍-钛(NiTi)，其被称为镍钛诺。镍钛诺例如可以以线、棍和棒的形式或作为薄膜而被提供。然而，SMA也能够通过使锌、铜、金和铁合金化来产生。

SMA能够以两种不同的相态存在，具有三种不同的晶体结构(孪晶马氏体、去孪晶马氏体和奥氏体)。镍钛诺合金在被加热时从马氏体状态变为奥氏体状态，并且在被冷却时返回。

图1示出了在加热和冷却期间作为加热的函数的马氏体分数。在加热期间，As和Af是从马氏体向奥氏体的转变开始和结束时的温度。温度As是转变温度。在冷却期间，Ms和Mf是到马氏体的转变开始和完成时的温度。

加热转变与冷却转变之间的差异引起迟滞，其中在该过程中损失一些机械能。曲线的形状取决于形状记忆合金的材料特性，诸如合金化以及加工硬化。

从马氏体相态到奥氏体相态的转变仅仅取决于温度和应力，而非时间。当形状记忆合金处于其冷态(低于As)中时，金属能够弯曲或拉伸，并且将保持这些形状，直到被加热到高于转变温度。在加热后，形状改变到其原始形状。当金属再次冷却时，其将改变相态而非形状，并且因此保持在热形状中，直到再次变形。

利用这种单向效应，从高温冷却不会导致宏观的变形。变形是重新创建低温形状所必需的。针对镍钛诺的转变温度As是由合金类型和组分来确定的，并且能够从-150℃与200℃之间变化。通常，使用在-20℃至120℃范围内的转变温度。因此，所述转变温度能够针对特定应用来调谐。

也存在具有基于冷加工或硬化的双向形状记忆效应的材料，其在马氏体相态中具有高应力。然而，该效应不允许重复的温度循环，因为应力随时间释放。

如上文所提到的，相态转变取决于应力以及温度。图2是示出了针对形状记忆效应的应力-应变-温度函数的示意图。应力被示为σ，并且应变被示为ε。

所述材料被退火以记忆特定的形状。通过对材料施加应力，材料被变形成其沿着路径10的低温形状。这是去孪区域。存在应力-应变曲线中的斜率的急剧增加，在此之后，材料变得更加难以被进一步变形。一旦应力被释放——如路径12所示——大的应变仍停留在材料中，直到加热到高于转变温度。这是使材料到达奥氏体相态的加热路径14。然后，其能够沿着路径16冷却回到孪生马氏体相态，此时，材料的应变已经弛豫(但形状尚没有变回)。

SMA的高温相态的弹性模量(E-模量)显著高于低温相态的E-模量。

在加热期间伴随该相态转变的变形能够递送第一力F1。在温度降低到相态转变温度以下之后，并且因此在相态变化到低温相态之后，需要较低的力F2以将SMA重新成形为其原始形式(图2中的路径10)。

电活性聚合物是一组聚合物，当受到电场的刺激时，其尺寸或形状展现出变化。具体地，电活性聚合物包括电致伸缩聚合物和离子聚合物，当向其施加电压时，其能够生成受控的变形。变形的程度能够通过改变所施加的电压来控制，这允许对位移进行数字控制。与形状记忆合金相反，其中，即使在材料已经重新进入低温相态之后，高温形状仍然存在，一旦电刺激被去除，电活性聚合物就恢复到其原始形状。

图3示出了针对典型电活性聚合物的范例应变-电压曲线，其中应变对应于作为材料总长度的比例的总体发生的变形，并且E对应于跨材料施加的电场。与针对SMA的(在图2中所图示的)应变-温度关系不同，针对电活性聚合物，存在两者之间的一对一的关系，使得零电压总是使材料返回到单个特定的零应变(未变形的)形状。

图3的曲线所对应的特定EAP是场驱动的弛豫铁电体EAP。所示的应变对所施加的电场关系对于基于PVDF的三元共聚物体系、诸如PVDF-TrFE-CFE是典型的。PVDF-TrFE-CFE材料与诸如离子聚合物和介电弹性体的其他EAP相比通常具有相对高的弹性模量，并且因此能够在激活时递送显著的力。

然而，应当理解，本发明的实施例决不限于这些特定的范例EAP材料，并且可以备选地考虑任何各种EAP。

在图4中示出了根据本发明实施例的健康设备22的第一范例。所述设备包括薄柔性条带或贴片24，多个致动器构件26被耦合或并入到薄柔性条带或贴片24，被布置在跨设备22的宽度延伸的列中。所述致动器构件中的每个致动器构件都被电连接到控制器单元28，控制器单元28也被耦合至柔性条带的表面。所述控制器由电池单元29供电，电池单元29也被提供为耦合至条带。所述条带还包括被设置在两端的粘性贴片30，用于在设备使用时将条带固定到用户的皮肤。

在图4的特定范例中，致动器构件26包括形状记忆合金材料的层或条带。请注意，术语层并不意味着任何特定的堆叠，并且实际上所述层在该范例中是并排的。在图5中示出了范例致动器构件的透视图。每个元件26包括SMA的第一层31和第二层32，所述层由适于热隔离两个SMA层的隔热层34隔开，使得其可以彼此独立地被刺激和变形。在致动器构件的中心处是压力施加区域36，当致动器被激活时，压力施加区域36被向上推动(相对于图4从页面向外)，因此——当设备反转并且被施加到用户的皮肤以使用时——对被设置在压力施加区域36下方的用户的皮肤的点施加向下的压力。

注意，在所示的范例中，压力施加区域36仅构成形成致动器构件26的材料层的特定区域或区(即，SMA条带31和32中的每个从构件的最左侧连续延伸到最右侧，并且所述压力施加区域仅仅是这些连续条带的中央部分。

然而，在备选范例中，所述压力施加区域可以包括独立元件，所述独立元件由与周围层不同的材料构成。在一些范例中，这可以是与SMA层31、32中的一个或两者有不同组成的SMA材料。备选地，其可以包括导电的非SMA材料，使得电流仍然可以在每个SMA层31、32的每个半部之间自由地通过。在另外的范例中，其可以由非导电材料形成。在这种情况下，可以提供专用的连接条带以将每个SMA层元件31、32的两个半部彼此电连接，或者备选地将左半部分电连接在一起并且将右半部分电连接在一起。在后一种情况下，通过将左侧和右侧作为单独的、热隔离的层元件而不是前侧条带31和后侧条带32进行致动来操作致动器构件。

再次参照图5的范例，两个SMA层31、32中的每个被提供有到控制器28的单独的一对电连接38，用于经由电极构件40跨所述层来递送电流。将电流施加到两个层中的任一层刺激了对所述层的焦耳加热，从而增加了材料的温度。随着温度从SMA材料的相态转变温度以下升高到SMA材料的相态转变温度以上，所述材料层被刺激为变形成其记忆形状。

如上文所描述的，形状记忆合金材料的变形不是固有地可逆的：一旦其已经被变形并且冷却到其相态转变温度以下，则需要额外的外力来将SMA‘重置’回到其原始形状。通过提供彼此机械耦合但热隔离的两个单独的SMA材料层，能够简单地通过确保两个层被提供有不同的形状记忆形状来实现这种双向性。具体地，所述第一层被提供为具有对应于‘致动’状态的形状记忆形状，并且所述第二层被设置为具有对应于空闲或平坦状态的形状记忆形状。

通过加热第一层31(同时使第二层32不加热)，致动器构件26被诱导变形成弯曲的致动状态，其中由第一层的相态转变所释放的应力足以使绝缘层和第二层(仍处于其可延展性马氏体相态中)弯曲成第一层31的相同的变形的形状变化的形状。通过加热第二层32(一旦第一层已经再次冷却到其可延展的马氏体相态)，所述致动器构件通过类似的原理被诱发为再次变形回到其平坦、空闲的形状。

图6a和图6b描绘了原位示出的图4的范例健康设备22的侧视图，其中，致动器构件26被按压抵靠在用户的皮肤44的区域的表面上。图6a示出处于平坦空闲状态期间的设备，并且图6b示出处于致动状态的设备，其中第一SMA层31已经被刺激为变形到其变形的形状。

通过交替地加热第一层31和第二层32(确保允许另一层在此期间冷却)，可以将压力交替地施加(图6b)或释放(图6a)到被设置在致动器构件26的压力施加区域36下方的用户皮肤的区域。该交替刺激由控制器单元28控制，所述控制器单元28被配置为根据一个或多个预定模式、程序或方案将电刺激(用于焦耳加热)施加到致动器构件的SMA层。这些模式可以对应于由专业人员在施予特定穴位按压治疗中所使用的特定压力施予序列。具体地，控制器28可以被配置为控制对第一层31和第二层32的刺激，从而从设备生成压力施加模式，所述压力施加模式精确地复制在施予针对失眠的穴位按压治疗中所应用的模式。

根据特定范例，控制器28可以被配置为在多种不同的模式中操作，其中，每种模式对应于压力施加的不同的特定模式或程序。这些不同的模式可以对应于例如适合于处置不同的特定状况或疾病的穴位按压疗法。备选地，一些或所有所述模式可以对应于针对相同疾病或状况中的一种或多种的不同水平或强度的处置。

设备22在范例中可以包括适于接收用于向控制器单元28传送的用户输入命令的一个或多个用户交互元件。所述控制器可以适于例如响应于特定的专用用户输入命令而在一个或多个操作模式之间进行切换。

注意，在一些实施例中，尤其是在期望高频刺激的情况下，可以提供专用的冷却元件以允许层元件31、32的温度更快速地降回到其相态转变温度以下。备选地，可以提供一个或多个散热器或散热元件与层元件中的一个或两者热连通以辅助从这些层消散热量。然而，在其他实施例中，这样的提供可能是不必要的——特别是在不需要高速实现从致动状态到闲置状态的转换的情况下。

在范例中，绝热层34可以包括柔性热屏障材料，诸如橡胶或橡胶-陶瓷复合物、开孔或闭孔泡沫或织物。

尽管在图4的具体范例中，设备22被示出为包括用于在使用时将设备固定到用户的皮肤的粘附贴片32，但是在备选实施例中，可以提供其他紧固器件。作为非限制性实例，这些可以包括扣件或挂钩，其中，所述设备包括适于围绕用户身体的特定区域(例如，手腕或颈部)弯曲或折叠的缚带或条带，其中，所述设备的两端然后借助于所述扣件或挂钩保持在一起，将条带紧固在位。可以提供这样的器件来替代粘附贴片或元件，或者与粘附贴片或元件相组合。备选地或额外地，根据一个或多个范例，所述设备可以形成为闭合的弹性环，使得环的弹性张力可以被用于将设备紧固在用户身体的区域的周围。

根据一个或多个特定范例，图4的实施例还可以被配置为提供感测和识别用户的皮肤上的穴位(或生物活性点)的位置的额外的功能。如前面部分所描述的，生物活性点在解剖学上的特征为具有高密度神经纤维束的位置，其继而使得这些点附近的皮肤展现出非常低的电阻。因此，可以通过定位皮肤的与周围区域相比阻抗较低的区域或点来识别皮肤上的这些点的位置。

这可以通过借助于图4的设备22，通过使用SMA层31、32中的一个或者这两者以将低幅度电信号施加到用户的皮肤，并且监测所施加的信号的参数(借助于控制器)以便获得皮肤阻抗的测量结果来实现。例如，控制器28可以被配置为监测所施加的信号的电压和电流，以便确定跨皮肤的阻抗。

针对这样的测量所需的电流非常低——太低而不能引起对致动器构件的致动。焦耳加热通常需要高电流。例如，10厘米长的1×1mm²方形截面的导线需要施加大约5A的电流2秒的持续时间，以使温度上升20°。对于这样的线，0.4V将产生5A的电流。相比之下，皮肤的阻抗通常在10kΩ到数百kΩ的量级，在1V下的电流将是<<1mA。

为了实现有效的感测，有必要确保所提供的任何感测电流的大部分被引导通过(高阻抗)皮肤，而不是被允许穿过(低的多的阻抗)SMA层自身。为了实现这一点，所施加的电压的不同分布(跨四个电极构件40)针对感测是必要的，而非针对致动是必要的。

这在图7和图8中展示，其中，电活性电极构件40由粗的电连接38来表示，并且电非活性电极构件由细的电连接来指示。图7图示了用于刺激(仅第一SMA层31的)致动的范例电气配置。在此，跨单个给定的SMA层的电极部件40来施加(0.4V的)电势差，从而引起电流穿过SMA材料，刺激焦耳加热和变形。

图8示出了用于促进感测的对比配置。在此，不是在任何单个给定的SMA层的电极部件之间，而是在不同SMA层的电极部件之间，施加1V的电势差。具体地，第一SMA层31的两个电极被接地，并且第二SMA层的电极构件中的一个被供应以正电压。提供绝缘层34，其既是热隔离层的又是电绝缘的，因此迫使不同层的电极之间的电连接经由皮肤(由皮肤区域48示出)进行，并且因此引起电流流过皮肤。

控制器28可以被配置为随着用户在其皮肤的更宽的区域上移动设备22而连续地或周期性地监测阻抗，并且由此确定何时达到最小阻抗的点——指示穴位的存在。

在该点处，可以激活一个或多个用户交互元件(在图4中未示出)，例如一个或多个感官输出元件，以提醒用户已经识别了穴位，并且该设备应当保持在其当前的位置。

举例来说，控制器28可以包括存储器并且被配置为在所述设备跨用户的皮肤移动时存储阻抗的每个测量值。以这种方式，可以通过简单地比较每个新的测量值与存储器中存储的值来确定最小阻抗点。

可能需要用户例如跨皮肤区域执行至少一个初始‘扫掠’以便获得初始的一组阻抗读数，并且然后将所述设备在相同的区域上向回移动，使得所述设备然后可以向其指示在第一扫掠期间发现的局部阻抗最小值在哪一点处。

备选地，当用户在其皮肤的区域上移动设备时，通过简单地计算后续阻抗值之间的差异和/或差异的变化率，来动态地执行最小值检测，而不需要采集初始的一组值。以此方式，可以通过例如识别阻抗测量结果突然从值减小切换到值增加的点来识别最小值。

所述感官输出元件例如可以包括一个或多个声学输出元件(例如，扬声器元件)或者一个或多个发光元件(例如，LED或灯丝灯泡)。所述感官输出元件例如可以包括一个或多个触觉输出元件，其用于向用户提供基于振动的信号。

在其他备选范例中，可以通过将测量的阻抗值与一个或多个预定或预先存储的参考值进行比较来实现对穴位的识别。这些参考值例如可以是参考阈值，将测量值与所述参考阈值进行比较以确定测量值是否超过或满足所述阈值，其中，满足或超过所述阈值中的一个或多个阈值触发了向用户发出警报。

注意，对于上文所描述的特定范例，通过从跨一个或者这两个SMA层31、32的整个长度施加到用户的电刺激来采集阻抗测量结果。在备选范例中，图4的设备22可以被调整为使得仅SMA层的一个或多个受限部分或区域被用于对皮肤施加刺激并获得阻抗测量结果。

在一个范例中，对感测电流的施加可以通过使用(例如，被提供给压力施加区域36的皮肤接触部分的)单独的专用电极元件来实现。该电极元件可以被提供为与控制器单元28的专用电连接。以这种方式，可以完全独立于致动功能来提供感测功能。如果需要，这两者例如可以同时地执行。

在另一范例中，(一个或多个)SMA层31、32的导电合金仍可以被用于将电刺激递送至皮肤，但是可以调整更大的区域，使得使用所述层的仅一个小的部分或区域来递送这种刺激。例如，SMA层的‘上部’(皮肤接触的)表面(如在图4中所示的)可以被提供有电绝缘涂层，其留下表面的仅一个或多个小的部分暴露。以此方式，在将所述设备应用于用户的皮肤时，仅暴露的部分将刺激递送至用户。

限制施加刺激的面积的优点是可以获得空间上更加局部化的阻抗测量，从而允许对穴位的特定位置的更加精确的定位。

利用SMA层31、32自身用于致动和感测两者的一个优点是需要提供更少的电气部件和控制元件，并且另外，允许测量阻抗的区域在任何给定时间精确地对应于如果确定所述区域对应于穴位则可以随后施加致动的区域。

在图5中所示的范例致动器构件仅表示该部件的一系列可能配置中的一个。

图9描绘了根据本发明实施例的致动器构件的第二范例布置。在该范例中，正如在图5的范例中那样，所述致动器构件包括形状记忆合金材料的两个层50、52。然而，根据该范例的层不是彼此热隔离的(没有提供隔热层)，其中，第一层50被直接耦合至第二层52。

所述第二层52被提供为具有高于第一层50的相态转变温度T1的相态转变温度T2。这两个层在范例中可以由相同的形状记忆合金材料或者不同的形状记忆合金材料构成。另外，所述第二层被提供为比第一层具有稍大厚度。在致动器构件26与控制器28之间提供单个电连接38，用于经由电极元件40跨致动器布置的所有层递送电流。

致动器构件26的双向性是通过与图5的先前所描述的范例中相同的原理来实现的——其中，第一层元件50的变形被配置为提供前向致动力，并且第二层元件52的变形被配置为提供反向力以将致动器构件26重置回其平坦的空闲状态。由于提供了具有不同相态转变温度的两个层——第二层52比第一层50具有更高的转变温度——两者可以作为单个热系统来同时地加热，其中，温度从初始从T1以下升高到T1以上(但是在T2以下)触发了第一层50的变形——并且因此致动——并且随后从T2以下升高到T2以上，触发第二层52的变形并因此触发致动器构件26的复位。

当从T2以下升高到T2以上时——用于触发致动器的复位——第一层元件50始终保持在其高温奥氏体相态中，并且因此处于高弹性模量、低柔性状态。然而，由于第二层元件52的厚度比第一层元件的厚度稍大，因而由其相态转变和变形引起的力足以超过第一层元件的阻力，并使致动器返回其平坦配置。随着温度再次降低到T1以下，所述致动器构件的形状不改变，并且所述设备保持在其复位状态中。

一般而言，为了使第二层52在其转变回到闲置、平坦状态期间克服第一层50的阻力，并且因此，引起整个致动器构件采取该形状，由第二层52在其高温度相态下递送的力必须超过由第一层50在其高温度相态下所递送的力。在所述层由相同的材料构成的情况下，或者更宽泛地，在两个层的高温弹性模量非常相似的情况下，如上文所解释的，如果第二层52的厚度大于第一层50的厚度，则满足了以上要求。这是由于(允许合理的简化)通常由厚度为d并且弹性模量为E的材料层所施加的力(每单位长度)能够大致近似为E*d的事实。因此，对于具有非常相似的E的材料，并且特别是对于具有相同长度的层，仅在第一层的厚度大于第二层的厚度时，由一个层所施加的力将超过由另一层所施加的力。

然而，在备选范例中，两个层50、52的弹性模量彼此不同——在各材料的一个或两个相态中。在这种情况下，当两者都处于其高温相态时，第二层52的力超过第一层50的力的条件通过更宽的近似条件得以满足：当处在相对高的温度下时，第二层的E*d超过第一层的E*d。

因此，两个层50、52可以由相同的形状记忆材料构成，或者可以构成不同的材料，但是在任一种情况下，两个层具有不同的相态转变温度。

整个双层结构作为单个粘结体移动，其中每层与另一层机械地共同依赖。因此，两个层通过强的连接而被连接在一起，优选在没有气隙的情况下在整个表面上连接，但是使得每个保持其特定的材料特性。

根据以上两个特定范例致动器构件配置，通过向材料层直接施加电流以及随后对SMA材料的焦耳加热而对所提供的致动器构件26(参见图5和图9)进行热刺激。

然而，在备选的一组范例中，通过提供与层元件热耦合的一个或多个专用加热器元件来实现对SMA层的热刺激。在图10中示出了这样的配置的范例，其示出了具有两个(在此情况下是热隔离的)SMA材料层31、32的致动器构件，每个SMA材料层被提供有被热耦合至该层的一侧的相应的加热器元件58。每个加热器元件58被个体地连接到控制器28，并且可以被独立地激活或去激活以刺激加热或允许冷却相应的层。

根据另外的一组范例实施例，所述致动器构件可以包括一层或多层电活性聚合物材料。如上文所论述的，电活性聚合物响应于跨所述材料施加电场而改变形状，其中，变形的程度可以通过改变所施加的电压来控制。与形状记忆合金材料相反，EAP的变形是直接可逆的：只要施加电刺激，材料就将保持变形，并且一旦所施加的场被移除，材料将立即恢复到其原始形状。因此，与SMA范例实施例的双层结构不同，使用EAP材料的致动器构件因此可以被提供为仅包括单层材料——因为不需要用于‘重置’的第二层。

在图11中图示了包括EAP材料层的致动器构件的范例。致动器构件26包括单层EAP材料62，具有被耦合至其上部表面的第一电极构件64以及被耦合至其下部表面的第二电极构件65，用于经由电连接38(被连接到控制器单元28)来跨所述层施加电场。

在将电信号施加到电极构件64、65上时，跨EAP层62建立电场，该电场刺激该层变形为‘向上’弯曲，其中，变形的程度与所施加的电场的大小有关。请注意，对于某些EAP，需要额外的被动承载层来创建向上的弯曲。当致动器构件被反转并且被施加到用户的皮肤上时，该变形将向下的压力施加到位于压力施加区域36下方的用户的皮肤的点上。在电极构件64处的电信号终止时，所述致动器构件返回到在图11中所示的平坦构造，并且压力从用户的皮肤释放。

如在上文所描述的基于SMA的范例中，并入了图11的范例致动器构件26的健康设备22的实施例还可以被配置为提供检测或识别用户皮肤上的穴位的位置的额外的功能。这可以以与这些范例相同的方式来实现——通过向用户的皮肤施加低水平电刺激以获得阻抗测量结果，并且随后识别局部阻抗最小的区域或点。在当前情况下，低电平电信号不是通过致动器构件自身的材料(其不是导电的)而是通过电极或其他导电元件被施加到皮肤上，所述电极或其他导电元件被布置为在设备使用时与用户的皮肤相接触。

在一组范例中，所述电刺激是通过电极构件64来施予的。由于所述元件被耦合至致动器构件26的上部表面，因而在设备被反转(如在图4中所示的)以施加在皮肤上时，电极构件64被保持按压而与用户的皮肤相接触，从而允许电信号被传送。在这种情况下，必须在致动器构件的上部表面上的某处提供额外的电极构件，以便可以跨皮肤建立电路。

注意，当所述设备在致动模式而不是在感测模式下操作时，高量值信号的活动极被提供给EAP底部处的第二电极构件65(即，不在皮肤接触侧)。皮肤接触电极将始终处于低状态。以此方式，确保了用于致动的高量值信号从不被施加到用户的皮肤。另外，也可以通过将电源(在电池的情况下)或接地(在墙上插座连接的情况下)的‘负极’接触到皮肤来进一步确保安全性，使得始终保护皮肤免受高幅度活动电极并始终处于接地/低电平状态。

类似于先前所描述的SMA范例，电极构件64的特定部分或区域可以被提供有电绝缘覆盖物，以仅留下特定部分被暴露以用于向用户皮肤进行施加。这将限制进行阻抗测量的总面积，并且因此提供更多的局部测量，允许更精确地确定穴位位置。

根据备选的一组范例，单独的专用电极构件可以被提供为被耦合至致动器构件26的上部表面，以用于将电刺激递送至用户的皮肤。在这种情况下，专用元件被提供到控制器28的分离的电连接，以允许独立于致动功能来操作感测功能。

根据上文所描述的任何特定实施例，所述健康设备在范例中还可以包括一个或多个额外的刺激元件。例如，除了由致动器构件所提供的(一个或多个)压力治疗之外，所述设备可以还包括TENS元件以用于递送基于电刺激的治疗。额外地或备选地，所述设备可以包括一个或多个加热元件，以用于向用户递送低水平的基于热的治疗。例如，这些在范例中可能包括一个或多个红外LED元件。

在一个或多个范例中，所述设备可以额外地并入一个或多个温度传感器和/或湿度传感器。音频输出部件可以被提供用于播放音乐和/或录音，例如以帮助放松用户。

本领域技术人员通过研究附图、公开以及权利要求书，在实践请求保护的本发明时，可以理解和实现对所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应当被解读为对范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于向用户的皮肤的一个或多个区域施加压力的健康设备（22），包括：

一个或多个致动器构件（26），每个致动器构件包括一类智能变形材料，所述智能变形材料被设置为响应于温度的变化或者响应于电刺激的施加而改变形状；

一个或多个刺激器件，其用于向所述一个或多个致动器构件递送电刺激或热刺激，以用于刺激所述智能变形材料的变形；所述一个或多个刺激器件包括电极，所述电极被电耦合至所述一个或多个致动器构件（26）中的每个致动器构件的所述智能变形材料；以及

控制器（28），其与所述一个或多个刺激器件操作性地耦合并且适于控制所述一个或多个刺激器件向所述智能变形材料递送电刺激或热刺激，以便刺激所述一个或多个致动器构件（26）的所述智能变形材料，从而将压力递送至用户的皮肤的一个或多个压力递送区域，

其中，所述设备包括与所述控制器（28）电连接的一个或多个皮肤刺激元件，其中，所述一个或多个皮肤刺激元件被提供用于将通过所述控制器生成的电刺激转移到用户的皮肤的一个或多个区域，其中，被转移到所述用户的皮肤的所述一个或多个区域的所述电刺激用于感测所述皮肤的阻抗，并且其中，所述控制器适于通过测量被转移到所述用户的皮肤的所述一个或多个区域的所述电刺激的一个或多个电参数来确定所述皮肤的阻抗，

所述一个或多个皮肤刺激元件被提供到所述智能变形材料的皮肤接触部分或者由所述智能变形材料的一个或多个区域部分形成，使得在基于阻抗的对穴位的检测之后能够经由所述智能变形材料向用户的皮肤的所述一个或多个压力递送区域施加压力，而无需对所述智能变形材料进行进一步的物理调整。

2.根据权利要求1所述的健康设备（22），其中，所述控制器（28）适于控制所述一个或多个刺激器件，使得所述致动器构件（26）的所述智能变形材料被刺激以递送量值随着时间而改变的压力，从而使得能够由所述设备施予穴位按压治疗。

3.根据权利要求1所述的健康设备（22），其中，所述健康设备是可穿戴健康设备，所述可穿戴健康设备包括用于保持所述一个或多个致动器构件抵靠用户的皮肤的所述一个或多个压力递送区域的紧固器件。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的健康设备（22），其中，

所述智能变形材料是形状记忆合金材料（31、32），所述形状记忆合金材料被设置为响应于温度从特定相态转变温度以下到特定相态转变温度以上的变化而在第一形状与第二形状之间变化，并且

其中，所述控制器（28）适于将电压递送至被耦合至每个致动器构件（26）的所述形状记忆合金材料（31、32）的所述电极，以便刺激对所述形状记忆合金材料的焦耳加热。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的健康设备（22），其中，

所述智能变形材料是电活性聚合物材料（62），被设置为响应于电刺激或热刺激的所述施加而改变形状，并且

其中，所述控制器（28）适于将电压递送至所述电极，用于电刺激所述电活性聚合物材料（62）以改变形状。

6.根据权利要求5所述的健康设备（22），其中，所述一个或多个皮肤刺激元件由被耦合至所述致动器构件（26）的所述电活性聚合物材料（62）的所述电极的一个或多个区域部分形成。

7.根据权利要求3所述的健康设备（22），其中，所述一个或多个致动器构件（26）中的每个致动器构件包括第一形状记忆合金层、第二形状记忆合金层、以及被设置在所述第一形状记忆合金层与所述第二形状记忆合金层之间的热隔离层（34）。

8.根据权利要求3所述的健康设备（22），其中，所述一个或多个致动器构件中的每个致动器构件包括第一形状记忆合金层和第二形状记忆合金层，所述第二形状记忆合金层被耦合至所述第一形状记忆合金层，并且其中，所述第一形状记忆合金层和所述第二形状记忆合金层具有不同的相态转变温度。

9.根据权利要求1-3中的任一项所述的健康设备（22），其中，所述控制器（28）能操作用于执行以下步骤：

通过借助于所述一个或多个皮肤刺激元件测量被递送至用户的所述皮肤的电刺激的一个或多个电参数来周期性地或连续地确定所述皮肤的阻抗，由此获得一组皮肤阻抗测量结果；

通过将所确定的所述皮肤的阻抗与一个或多个参考值进行比较来分析所确定的所述皮肤的阻抗，以便确定所确定的所述皮肤的阻抗是否对应于所述用户的皮肤的最小阻抗点；

借助于一个或多个感官输出元件来生成感官输出，所述感官输出的一个或多个参数取决于对所确定的阻抗是否对应于最小阻抗点的所述确定的结果。

10.一种借助于根据权利要求1-9中的任一项所述的健康设备将压力递送至用户的皮肤的一个或多个区域的装置，

所述装置包括：

用于控制所述一个或多个刺激器件，以刺激所述一个或多个致动器构件（26）的智能变形材料，从而将压力递送至用户的皮肤的一个或多个压力递送区域的器件，

用于通过测量被转移到所述用户的皮肤的所述一个或多个区域的所述电刺激的一个或多个电参数来确定所述皮肤的阻抗的器件。

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