CN111246829A - 在感觉运动功能康复和增强期间提供间接移动反馈的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种康复反馈系统，在对使用者的一个或多个身体部位进行康复期间使用。该系统包括四个手指追踪元件和一个拇指追踪元件，该四个手指追踪元件和一个拇指追踪元件被支承为相对于彼此移动，从而当这些元件联接到使用者的手指和拇指时允许使用者执行握持动作。偏斜构件提供用于将每个追踪元件朝向其起始位置推动的阻力。视觉屏障适于将使用者的在视觉屏障的第一侧处的手部隐藏成不被使用者的在视觉屏障的第二侧处的直接视线看见。在视觉屏障的第一侧处的传感器检测追踪元件的移动，并与能够被使用者从视觉屏障的第二侧处察觉到的指示器元件通信。

Description

在感觉运动功能康复和增强期间提供间接移动反馈的系统和 方法
技术领域
本发明涉及这样一种系统和使用该系统的方法：其用于在恢复对使用者的部位的控制进行康复期间对该部位的移动提供阻力，并且用于以该部位对使用者不直接可见的间接方式向使用者提供与该移动有关的反馈。
背景技术
术语“感觉运动功能”是指人类收集感觉信息(触觉的、本体感受的)并使用这样的信息来为骨骼肌产生自主和非自主的运动命令的能力。感觉运动功能使用神经系统经由感觉神经元将感觉信息从外围(触觉信息，通过本体感受的关节角)馈送到脑，在中枢神经系统(脑、脊髓)中对其进行处理，并经由运动神经元将运动命令发送到骨骼肌，以围绕它们的关节移动骨。感觉细胞、神经和肌肉的适当功能对于执行任何种类的身体活动(行走、工作、日常生活活动)都是必需的。
如中风或身体受伤的状况会导致对感觉运动功能表现中所涉及的一种或多种元素造成损伤。这种损伤本身表现为功能损伤，其范围从精度和力量的轻微损失，到其肢体或部位完全不能移动并且没有感觉(触觉、本体感受)信息。
另一方面，健康个体可能希望训练他们的感觉运动功能以使其能力提高到高于平均值。典型的情况包括，但不限于，组装微型电子装置(例如，智能电话)的工人、眼-手协作对其至关重要的神经外科医生、训练其在飞行中对飞机的精确手动控制的战斗机飞行员或者健康的老年人群。
目前存在为这个领域设计的两种类型的装置：无源装置(手套、背带、外骨骼式结构)和有源装置(电子肌肉刺激器、机器人装置、外骨骼式结构或内骨骼式结构)。
无源装置(例如，弹簧加载式手套和外骨骼式框架)通过补偿痉挛来限制肢体的运动范围或促进围绕关节的运动。痉挛是一种具有这样特征的疾病：一块肌肉或肌肉群强烈、非自主地收缩，阻塞了拮抗(反作用)肌肉或肌肉群，并使关节周围的自主运动变得疼痛和/或非常困难/不可能。这些装置设计成对感觉运动系统的一个或多个部件的不佳表现进行部分补偿。
一个典型的示例是一种治疗性手套(Therapeutic Glove，美国专利5697103A)，其描述了一种由刚性段制成的手套，该刚性段连接在手指关节处并且在外侧具有弹簧系统，其使佩戴者的手得以延长，从而对受伤的手合拢成变形的痉挛性握拳的趋势进行补偿。
诸如机器人系统或电子肌肉刺激器的有源装置通过对肌肉进行外部电刺激来移动患者一侧的肢体或者通过在不同程度上主动地辅助或抵抗外部致动器的移动来工作。它们的功能可以通过软件、患者语音控制或者通过经由皮肤接触与患者神经系统直接交互来控制。
这样的装置或者是作为临床或学术研究项目的一部分而定制的，或者是可商购的。在这两种情况下，它们都非常复杂且价格过高(超过100,000美元)。它们必须由专业人员在严格控制的环境(临床或学术环境)中进行操作，并且通常对于绝大多数潜在使用者而言是遥不可及的。
目前尚无行之有效的方法来为中风幸存者提供可负担且有效的康复方式。现有的无源方法帮助改善活动范围(减轻症状)，而无法改善手部受损的感觉运动功能这一核心问题。现有的有源装置虽然能够与患者的感觉运动系统进行交互，但并不是为大众市场应用设计的，无法大规模使用(无论是独自在家中还是在社区层面上)，而且价格昂贵。
发明内容
根据本发明的系统和方法解决了健康护理领域的功能需求，例如患有各种类型的运动技能障碍的患者的康复领域，例如中风后的损伤或在战争老兵或运动员等中可能存在的一类创伤性脑损伤，或者在健康个体中的精确运动技能的提升。根据本发明的一方面，提供了一种康复反馈系统，用于在使用者对使用者的一个或多个身体部位的控制进行康复期间使用，该系统包括：
基础框架；
至少一个工作元件，支承在基础框架上，以能够相对于基础框架从起始位置移动到偏斜位置，所述至少一个工作元件适于联接到使用者的一个或多个身体部位中的相应一个，以与身体部位一起相对于基础框架移动；
偏斜构件，可操作地连接在基础框架与所述至少一个工作元件之间，以提供用于将所述至少一个工作元件朝向起始位置推动的阻力；
视觉屏障，适于将使用者的在视觉屏障的第一侧处的一个或多个身体部位隐藏成不被使用者的在视觉屏障的第二侧处的直接视线看见；
传感器元件，在视觉屏障的第一侧处，以布置成检测所述至少一个工作元件远离起始位置的移动；以及
指示器元件，使用者能够从视觉屏障的第二侧处察觉到指示器元件，并且指示器元件布置成响应于传感器元件检测到所述至少一个工作元件已从起始位置移开，而向使用者指示所述至少一个工作元件的位移。
根据本发明的第二方面，上述康复反馈系统用于在使用者对一个或多个身体部位的控制进行康复期间向使用者提供与该使用者的一个或多个身体部位的移动有关的反馈。
根据本发明的另一方面，提供一种向正在接受使用者对身体部位进行控制的康复训练的使用者提供移动反馈的方法，方法包括：
提供一种康复反馈系统，其包括：(i)基础框架；(ii)至少一个工作元件，支承在基础框架上，以便能够相对于基础框架从起始位置移动到偏斜位置；(iii)偏斜构件，可操作地连接在基础框架与所述至少一个工作元件之间，以便提供用于将所述至少一个工作元件朝向起始位置推动的阻力；(iv)传感器元件，布置成检测所述至少一个工作元件远离起始位置的移动；以及(v)指示器元件，布置成响应于传感器元件检测到所述至少一个工作元件已从起始位置移开，而向使用者指示所述至少一个工作元件的位移；
在康复系统附近设置视觉屏障，使得将一个或多个身体部位在视觉屏障的第一侧处隐藏成不被使用者的在视觉屏障的第二侧处的直接视线看见；
将指示器元件定位成使得使用者能够从视觉屏障的第二侧处察觉到指示器元件；以及
对反馈机构进行操作，从而以使用者能够从视觉屏障的第二侧处察觉到的方式，向使用者指示使用者的身体部位相对于基础框架的任何移动，使用者的身体部位在视觉屏障的第一侧处与所述至少一个工作元件联接。
与现有的实施方式不同，本发明致力于解决损伤的根本原因(或改善健康个体的功能表现)。它是通过简单、易于使用和易于大规模制造的硬件实现方式来完成的。本发明可以实现为非常基础的、可负担的单元，或者实现为更复杂的产品(能够进行远程访问、团队练习及在线竞赛、自学、人工智能)，以匹配世界各地广泛的潜在使用者的偏好和要求。
如本文中所描述的，用于感觉运动功能的康复和增强的装置优选地包括附接到一只手的各个手指的指尖(远端指骨)的装置，以为每个手指提供可单独调节并可任意程序化的阻力和运动范围。该装置使使用者在使用装置时无法看到自己正在锻炼的手，而是通过单独的用户界面提供间接的表现反馈。该装置通过间接表现反馈增强神经可塑性，以恢复和增强感觉运动功能。该装置优选地提供多轴定位以适应功能能力/上肢的差异。优选地，该装置还为手指提供可调节的间隔和附接，以适应各种手和手指尺寸。
在所示的实施方式中，所述至少一个工作元件包括多个手指追踪元件，其布置成联接到使用者的相应手指，以追踪使用者的手指的握持动作。在这种情况下，偏斜构件优选地独立于其他手指追踪元件联接到每个手指追踪元件。此外，偏斜构件优选地能够在多个不同的阻力设置之间进行调节，每个阻力设置对应于各自的阻力，以便布置成提供用于将所述至少一个工作元件朝向起始位置推动的可程序化的阻力。每个手指追踪元件的偏斜构件优选地是可调节的，以便独立于其他手指追踪元件的偏斜构件改变其偏斜力。
在一个实施方式中，当工作元件是多个手指追踪元件时，传感器元件可以包括多个手指传感器，所述多个手指传感器分别在视觉屏障的第一侧处可操作地联接到手指追踪元件，以使得指示器元件包括多个手指指示器，所述多个手指指示器从视觉屏障的第二侧处是可见的，且多个手指指示器能够分别与多个手指传感器相关联地操作，从而将其布置成彼此独立地指示相应的手指追踪元件的位移。可替代地，传感器元件可以包括单个手指传感器，所述单个手指传感器在视觉屏障的第一侧处分别可操作地联接到多个手指追踪元件，以使得指示器元件包括单个手指指示器，所述单个手指指示器从视觉屏障的第二侧处是可见的，且单个手指指示器与单个手指传感器可操作地相关联，从而布置成指示手指追踪元件中任一个的位移。
优选地，所述至少一个工作元件还包括拇指追踪元件，拇指追踪元件布置成联接到使用者的相应拇指，拇指追踪元件能够在与手指追踪元件相反的方向上抵抗偏斜元件移动。
反馈机构的传感器元件可以包括与拇指追踪元件相关联的第一传感器以及与手指追踪元件中的一个或多个相关联的至少一个第二传感器。在这种情况下，指示器元件优选地包括响应于第一传感器的第一指示器以及响应于至少一个第二传感器的第二指示器。
在所示出的实施方式中，偏斜构件包括弹性构件，弹性构件在使用者施加力时能够从起始位置变形，并且在使用者释放力时返回至起始位置。更具体地，偏斜构件可以是长型构件，当所述至少一个工作元件从起始位置位移到偏斜位置时，长型构件经历弯曲。
优选地，反馈机构的指示器元件取决于所述至少一个工作元件的移动量，从而向使用者指示所述至少一个工作元件的移动的幅度。
在一些实施方式中，至少一个工作元件包括具有中心插槽轴线的插槽，插槽适于在其中接纳使用者的指尖，在其中，对工作元件进行支承，以沿着工作方向在起始位置与偏斜位置之间移动，插槽能够在围绕调节轴线的角度位置范围内进行角度调节，调节轴线定向成分别横向于在中心的插槽轴线和所述工作方向二者。
所述至少一个工作元件的插槽可以包括锁定元件，所述锁定元件使得在工作元件在起始位置与偏斜位置之间移动的整个过程中，插槽均能够固定在角度位置中的一个选定位置处。所述至少一个工作元件的插槽也可以被支承为在工作元件在起始位置与偏斜位置之间移动的整个过程中，插槽能够在不同的角度位置之间自由地枢转。
附图说明
现在将结合附图描述本发明的各种实施方式，在附图中：
图1是根据第一实施方式的康复反馈系统的主要部件的示意性立体图，在其中出于说明的目的，已经去除了反馈机构和视觉屏障的部件；
图2是根据第一实施方式的康复反馈系统的示意性侧视图，示出了力调节和设置显示器；
图3是根据第一实施方式的康复反馈系统的示意性侧视图，示出了用于遮挡使用者进行康复的手部的视觉屏障；
图4是根据第一实施方式的康复反馈系统的示意性立体图，示出了间接反馈机构；
图5是根据第二实施方式的康复反馈系统的示意性侧视图，示出了使用机电位移传感器的间接反馈机构的变形，该机电位移传感器与在视觉屏障的相对侧上的显示屏通信；以及
图6(a)、图6(b)、图6(c)和图6(d)是根据图1或图5的实施方式之一的、与反馈系统一起使用的工作元件的替代性布置的示意图，其中，每个工作元件均包括可定向的手指容纳部，手指容纳部可以相对于将手指容纳部支承在其上的工作元件在不同的角度方向之间进行调节。
在附图中，相同的附图标记表示不同附图中的相应部分。
具体实施方式
参考附图，示出了康复反馈系统的优选实施方式，其提供了这样一种装置：该装置附接到左手或右手的五个手指中的每个手指的指尖(远端指骨)，提供可调节的间隔以适应各种手部尺寸，为每个手指提供可单独调节并可任意程序化的阻力以及运动范围，并且使得使用者在使用该装置时无法看到他们的手部。通过可自定义的图形界面间接提供性能反馈。
在示出的每个实施方式中，系统包括安装在两个基座块上的五个竖直弹性杆1：一根杆在拇指基座块2上，四根杆在手指基座块3上。拇指基座块2和手指基座块3可以沿着共同的基础滑动器系统4滑动，以适应各种手部尺寸。每个杆的上端(自由端)都装配有由柔性的防滑材料制成的手指容纳部5，其深度足以容纳相应的手指的远端指骨。手指容纳部的直径选自(基于每个使用者的)普通尺寸的集合，使得在操作期间指尖被紧紧包裹但不会挤压得不适。使用者将待进行训练的手部的手指插入到这些手指容纳部中，并尝试将它们放到中间，以模拟握持动作，包括拇指与一个手指(捏式握持)、拇指与两个手指(三脚架式握持)、拇指与三个手指(四方式握持)或拇指与所有四个手指(球式握持)。选择具有弹性的杆，使得它们可以充分伸展健康个人在放松状态下的手，而不使使用者感到不适。
平行于弹性杆并且在与握持期间弹性杆所沿的方向相反的一侧上，每个弹性杆1都有一个刚性杆6。拇指刚性杆附接到拇指基座块2和拇指顶部块7。四个手指刚性杆中的每个都附接到手指基座块3和共同的手指顶部块8。拇指顶部块7和手指顶部块8通过顶部滑动器系统9连接，可以沿着顶部滑动器系统9滑动并且可以锁定到顶部滑动器系统9上，以适应各种手部尺寸。
在每个弹性杆与其相应的刚性杆之间，具有阻力设置滑动器10，其可以沿着一对杆移动，并锁定在顶部块与基座块之间的任何位置。阻力设置滑动器沿弹性杆的位置决定了弹性杆的自由长度，即，独立地对于五个手指中的任一个，较低的位置允许弹性杆的较长部分弯曲(因此，握持阻力较小)，而较高的位置则减少了弹性杆的自由长度。当放置在弹性杆的顶部(紧邻手指容纳部)处时，阻力设置滑动器会阻止相应手指的任何移动。力校准刻度11将阻力设置滑动器的位置链接到手指容纳部水平处的实际力(例如：1至50N)，或链接到任意阻力刻度(例如：1至10)。
本发明的这种可能的实施方式借助于可调节的平坦面板12来遮挡使用者的手，该平坦面板12有摩擦地附接到旋转接头13。面板可以绕两个水平轴旋转，也可以沿着可伸缩支柱14升高或降低，以使其对手部进行遮掩而使使用者无法直接看到手，同时在面板与手指容纳部之间留出足够的空间以允许将手指舒适地插入到手指容纳部并进行手部锻炼。
在本发明的这种可能的实施方式中，通过附接到基座块的一对U形框架15将移动反馈提供给使用者。这些U形框架具有弹性，并被安装成使得其与弹性杆保持接触并锻炼期间与弹性杆一起弯曲，而不会显著增加握持动作的阻力。两个U形框架中的每一个都通过接头16附接到可移动的反馈杆17，可移动的反馈杆17朝向手指侧延伸以使得其自由端对使用者可见。固定的反馈杆18牢固地附接到手指顶部块并朝向手指侧延伸，以使得其自由端对使用者可见。指示器系统19通过接头20附接到可移动的反馈杆，并沿着固定的反馈杆滑动，从而使用者将该手指运动感觉为指示器相对于彼此的运动。一个固定的指示器21为拇指和手指相对于握持目标位置的运动提供了参考点。
由于其体积小且重量轻，因而该装置可以通过可选的支承系统(诸如，三脚架)相对于使用者的手沿着不同方向定位，以适应受损手部的任何可能的畸形或病理学状况或静止构型。
在示出的实施方式中，基座块2、3和杆4共同形成基础框架。手指容纳部5在本文中也描述为手指和拇指的工作元件，其限定了用于追踪相应的手指和拇指相对于基础框架的运动的手指追踪元件和拇指追踪元件。柔性弹性杆1限定了偏斜构件，该偏斜构件对工作元件进行支承，以使其可以与使用者的手指的移动一起相对于基础框架从起始位置移动到偏斜位置，同时提供将所述至少一个工作元件朝向起始位置推动的阻力。面板12在手指与使用者的直接视线之间充当视觉屏障，手指在视觉屏障的第一侧处联接到工作元件，使用者的直接视线在视觉屏障的第二侧处。反馈机构包括在视觉屏障的第一侧处的第一传感器元件和第二传感器元件15，用于可操作地连接到杆1上的工作元件5，以便布置成检测工作元件远离起始位置的任何移动程度或任何移动量。反馈机构还包括第一指示器元件和第二指示器元件19，其分别可操作地连接到第一传感器元件和第二传感器元件15。第一指示器元件和第二指示器元件19位于视觉屏障的第二侧处，从而布置成响应于传感器元件的检测而分别向使用者指示手指追踪元件和拇指追踪元件的位移量，所述位移量是指手指追踪元件和拇指追踪元件分别从起始位置移开的位移量。
本发明的另一可能的实施方式使用机电传感器来分别测量每个手指和拇指的位移。在该实施方式中，框架侧臂22和杆侧臂23的一端通过球形接头24连接。框架侧臂22经由球形接头25附接到共同的手指顶部块8。杆侧臂23通过球形接头26连接到杆1，球形接头26形成在与杆1永久性附接的套筒27上。框架侧臂22嵌入磁场传感器28。沿着杆侧臂，在距球形接头24相同的距离处嵌入磁体29，使得磁场传感器28和磁体29彼此面对，同时磁场传感器28与磁体29之间的间距与手指容纳部5远离静止位置的位移成比例。球形接头允许杆5朝向拇指杆1或向侧面移动，而不会以除了由阻力设置滑动器10调节的阻力的任何方式来限制手指的移动。与机械反馈系统相比，该实施方式具有独立测量每个手指的位移的优点，从而允许对使用者能力进行更精确的评估以及更细粒度的反馈。
在本发明的又一实施方式中，手指容纳部30的改进版本允许它们相对于杆1的方向定向成不同角度。在该实施方式中，可定向的手指容纳部30借助于杆帽31经由接头32附接到杆1，该接头32允许手指容纳部围绕接头轴线旋转，使得手指容纳部可以改变其相对于杆1轴线方向的定向。根据正在进行的特定锻炼的需要，接头32可以锁定在任何特定位置(从而迫使使用者进行特定的握持)，或者可以被释放以使手指容纳部30可以遵循指尖的方向，从而为使用者提供更大的移动自由度。
本发明的其他替代性实施方式可以使用其他机械装置或致动器来产生阻力并控制运动范围；其还可以使用位移和力传感器来读取力和运动，并使用计算机处理的图形用户界面进行使用者反馈。还可以提供音频反馈(声音或语音消息)。其他实施方式可以包括为装置提供附加特征的处理能力、自学习和人工智能功能，并且还可以包括通信接口，以允许健康护理专业人员通过数据链路(电话线、无线电通信、互联网)进行远程监控和控制，或允许在地理位置不同的使用者之间进行团队锻炼和互动。
一个使用示例：
左手中风幸存者的身体左侧受到中风的影响。她的左手的活动能力非常有限，但她的指尖仍具有触觉。中风可能会影响她的认知能力，也可能不会。她希望能够用她的左手拇指、食指和中指拾取较小物体并握住匙或叉。
她可以使用该装置专门针对此特定用途重新训练三个手指的感觉运动功能。她将使用其健康的右手来对该装置进行设置。典型的训练项目包括以下步骤：(i)将对拇指、食指和中指的阻力设置为5；(ii)将对无名指和小指的阻力设置为10(用于阻碍无名指和小指，从而防止它们对间接反馈产生影响)；(iii)将其左手的手指插入到手指容纳部中；(iv)调节顶部和底部的块状滑动器，使其与她的手部尺寸相匹配；(v)调节屏障面板的位置，使她在锻炼期间无法看到她的左手；(vi)将固定指示器放置在移动指示器之间的中间处；(vii)开始锻炼；在每次握持期间，她将专注于使两个移动指示器同时与固定指示器接触(这种情况转化为手指的对称移动，即拇指行进距离等于食指和中指行进距离)；(viii)随着握持精度的提高和执行时间的减少，她将减小所涉及手指的阻力设置，同时将三个手指全部保持在同一水平处，并继续锻炼(阻力较低，需要更高的控制水平来避免超过目标移动)；(ix)一旦对整体握持能力(速度、精度)感到满意后，就可以不同地设置对每个手指的阻力水平，以训练单个手指的运动控制；(x)随着移动精度的提高，她可以在专注于使两个移动指示器同时与固定指示器接触的同时，将固定指示器放置成更靠近于在一个或另一移动指示器(这转换成拇指与手指的行进距离不同)；(xi)一旦出现疲劳，她应该停止锻炼，并在充分休息后恢复训练，训练始终从前一训练期间最后一次成功执行的任务略容易的任务开始。
如本文中所描述的，附图中所示的反馈系统包括基础框架，该基础框架主要包括在纵向方向上彼此固定地支承在多个不同间距处的下部拇指块2、下部手指块3、上部拇指块7和上部手指块8。这些块中的每个均在大致横向方向上延伸，使得两个下部块由在下部块之间互连的横杆4在纵向方向上间隔开。如上所述，下部块中的一个或两个可以沿着横杆滑动以调节下部块之间的纵向间隔。类似地，上部块通过上部横杆9连接，上部横杆9定向成沿着纵向方向在处于横向间隔开的位置处的上部拇指块7与上部手指块8之间延伸。同样，当调节这些块之间的纵向间隔以适应不同的使用者的手部尺寸时，上部拇指块7和上部手指块8中的一个或两个相对于上部横杆9是可滑动的。
在框架的手指侧处，四个弹性杆1从下部块向上延伸，以在沿着与对框架进行调节的纵向方向垂直的横向方向定向的一排上均匀地间隔开。在起始位置处，这些杆可以定位成与相应的上部手指块8的内表面紧密相邻，从而在大致共同的水平面内将限定有手指追踪元件的手指容纳部5支承在杆的顶端处，并且使得当这些元件从其起始位置移动到其偏斜位置时，这些手指容纳部可以在大致沿着纵向方向定向的工作方向上朝向相对的上部拇指块7移动。
手指容纳部中的每个均包括具有开放顶端的插槽，该开放顶端围绕中心插槽轴线，以适合于在其中容纳使用者的各个指尖，从而手指追踪元件可以联接到使用者的手指，并且可以与使用者的手指一起从起始位置移动到偏斜位置。根据第一实施方式，手指容纳部相对于将手指容纳部支承在其上的杆的定向是固定的，使得插槽轴线垂直于横向方向和纵向方向二者，所述纵向方向对应于从其起始位置朝向偏斜位置移动的工作方向。
可替代地，根据图6(a)至图6(d)的实施方式，手指容纳部可被支承以使得手指容纳部可以围绕调节轴线进行角度调节，其中所述调节轴线定向在横向方向上，以使得调节轴线与移动的工作方向垂直，并且与基础框架的纵向方向垂直且与插槽轴线垂直。在某些情况下，可能需要设置锁定元件，其在手指容纳部在其起始位置与偏斜位置之间移动的整个过程中，将手指容纳部相对于杆的方向固定在选定的角度方向上；然而，在其他情况下，可能需要对手指容纳部进行支承，使得在手指容纳部在其起始位置与偏斜位置之间移动的整个过程中，手指容纳部均保持自由枢转来改变角度方向。
在框架的与一排手指追踪元件纵向相对的端部处，在框架的拇指侧处的下部块2支承单个杆1，且在杆1的顶端处具有单个手指容纳部5，该单个手指容纳部在配置上与被支承在用于手指追踪元件的杆上的手指容纳部大致相同。在拇指侧处的单个杆1限定拇指追踪元件，该拇指追踪元件最初以未弯曲的状态被定位成与上部块7的内表面紧密相邻。拇指追踪元件可以在与手指追踪元件的工作方向相反的工作方向上移动，使得拇指追踪元件的手指容纳部可以大致在框架的纵向方向上从其起始位置向偏斜位置朝向相对的手指追踪元件移动。在拇指追踪元件的杆1最初的未弯曲位置中，拇指追踪元件的手指容纳部5与手指追踪元件的手指容纳部大致处于共同的水平面中。在使用中，当使用者将拇指放在拇指追踪元件中并且将其手指放在手指追踪元件的相应容纳部中并进行握持动作时，拇指追踪元件和手指追踪元件中的每个都可以朝向彼此且相对于框架移动。
在手指追踪元件和拇指追踪元件两者的情况下，杆1布置成在与工作元件的起始位置对应的非弯曲位置中大致线性地延伸。当元件朝向彼此移动时，相应的杆1在使用者施加力时发生弯曲偏斜，使其从起始位置变形，由此阻力推动弹性构件在由使用者释放时返回至起始位置。通过施加在杆上的弯曲而产生的阻力可以使用以上描述的可沿着相应的固定杆6滑动的块10来调节。每个固定杆6是刚性的并且大致是非柔性的，同时安装成与工作元件的杆1中的相应一个杆平行。每个滑动器块被支承为可以沿着相应的固定杆6纵向滑动，并且在其中设置有孔，通过该孔可滑动地接收相应的柔性杆1。合适的锁定元件(诸如，定位螺钉)可以将块10沿着相应的一对杆1和固定杆6保持在选定的高度上，同时对块10进行支承。块10的高度范围中的每个选定的高度均通过柔性杆1抵抗于相应的手指容纳部5从其起始位置朝向其偏斜位置的移动而施加的不同的阻力。块10的高度的变化有效地缩短了杆1在块10与手指容纳部5之间的未联接长度，其中，杆的未联接长度是杆能够自由进行弯曲的剩余部分。对于相关的手指容纳部5在纵向工作方向上从其起始位置朝向其偏斜位置移动相同的距离，进行更大程度的弯曲需要更短的杆的未联接长度，这对应于对移动具有更大的阻力。由于每个杆1其自身均设置有用于调节该杆的力的块10，因此可以彼此独立地调节所有工作元件之间的阻力。
由一个或多个感测元件和一个或多个指示器元件组成的反馈机构可以采用根据图1至图4的实施方式的机械系统的形式，或者可以采用根据图5的实施方式的机电系统的形式。在第一实施方式中，每个柔性框架15限定输入联动杆，该输入联动杆在横向方向上沿着相应的一排手指追踪元件或拇指追踪元件的内侧延伸。因此，如果手指追踪元件中的任一个均向内朝向其偏斜位置向内移动，则框架15的输入联动杆将朝向基础框架的相对端向内移动。同样地，如果拇指追踪元件朝向其偏斜位置向内移动，则框架15在拇指侧处的相应输入联动杆将朝向基础框架的相对端向内移动。框架15限定传感器元件，该传感器元件用于感测在视觉屏障12的第一侧处而不被使用者看到的工作元件的移动。
对指示器杆18进行支承，以使其沿着纵向方向在与视觉屏障偏移开的位置处延伸，从而对在视觉屏障12的第二侧处的使用者可见。中心标记21安装在指示器杆18上的中央位置处。当相对于使用者的手部尺寸校准指示器时，中央标记21可以在沿着指示器杆18的位置上进行调节，但是一旦校准，就可以使用例如定位螺钉将其相对于杆18固定在位。另外，手指和拇指指示器构件19也安装在指示器杆上，安装成可以在中央标记21的相对侧处沿着指示器杆1滑动。每个指示器构件19通过合适的联动构件17联接到框架15中的相应一个，使得指示器构件19中的每个均可以沿着指示器杆18在基础框架的纵向方向上滑动，其与传感器框架15在基础框架的纵向方向上的移动成正比。其他联动装置可以将指示器构件19联接成与传感器框架15相关联，使得即使在该移动并非线性成正比的情况下，在移动之间也存在关系。在任一情况下，期望指示器构件的移动既指示工作元件的运动已经发生，又指示该运动的幅度。
在根据图5的机电感测元件的情况下，可以使用合适的电子传感器将单个感测元件联接到工作元件中的每一个，其中所述电子传感器能够产生表示相应工作元件的与所述电子传感器相关联的移动量的输出信号。在这种情况下，合适的显示屏可以位于视觉屏障12的第二侧处，其与在屏障的第一侧处的工作元件和感测元件相对，并且显示屏可以与多个传感器元件通信，多个传感器元件用于显示与每个传感器相关联的输出信号的图形表示。因此，图形显示器可以图形化地表示与传感器元件中的每个相关联的独立的指示器元件，该指示器元件除了显示该移动的幅度之外还指示该工作元件何时发生了移动。
由于如在本文中以上描述的本发明中可以做出多种修改，并且可以产生许多明显不同的实施方式，因此，所附说明书中包含的所有内容旨在应解释为仅是示例性的，而不是限制性的。

Claims (32)

1.康复反馈系统，用于在使用者对所述使用者的一个或多个身体部位的控制进行康复期间使用，所述系统包括：
基础框架；
至少一个工作元件，支承在所述基础框架上，以便能够相对于所述基础框架从起始位置移动到偏斜位置，所述至少一个工作元件适于联接到所述使用者的一个或多个身体部位中的相应一个，以与所述身体部位一起相对于所述基础框架移动；
偏斜构件，可操作地连接在所述基础框架与所述至少一个工作元件之间，以便提供用于将所述至少一个工作元件朝向所述起始位置推动的阻力；
视觉屏障，适于将所述使用者的在所述视觉屏障的第一侧处的一个或多个身体部位隐藏成不被所述使用者的在所述视觉屏障的第二侧处的直接视线看见；
传感器元件，在所述视觉屏障的第一侧处，以便布置成检测所述至少一个工作元件远离所述起始位置的移动；以及
指示器元件，所述使用者能够从所述视觉屏障的第二侧处察觉到所述指示器元件，并且所述指示器元件布置成响应于所述传感器元件检测到所述至少一个工作元件已从所述起始位置移开，而向所述使用者指示所述至少一个工作元件的位移。
2.根据权利要求1所述的康复反馈系统，其中，所述至少一个工作元件布置成联接到所述使用者的手指。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的康复反馈系统，其中，所述偏斜构件能够在多个不同的阻力设置之间进行调节，每个阻力设置均对应于相应的阻力，从而将其布置成提供用于将所述至少一个工作元件朝向所述起始位置推动的可程序化的阻力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的康复反馈系统，其中，所述至少一个工作元件包括多个手指追踪元件，所述多个手指追踪元件布置成联接到所述使用者的相应手指，以追踪所述使用者的手指的握持动作。
5.根据权利要求4所述的康复反馈系统，其中，所述偏斜构件独立于其他手指追踪元件地联接到每个手指追踪元件。
6.根据权利要求5所述的康复反馈系统，其中，所述每个手指追踪元件的偏斜构件是可调节的，从而独立于所述其他手指追踪元件的偏斜构件来改变其偏斜力。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的康复反馈系统，其中，所述传感器元件包括多个手指传感器，所述多个手指传感器分别在所述视觉屏障的第一侧处可操作地联接到所述手指追踪元件，并且所述指示器元件包括多个手指指示器，所述多个手指指示器从所述视觉屏障的第二侧处是可见的，且所述多个手指指示器能够分别与所述多个手指传感器相关联地操作，从而将其布置成彼此独立地指示相应的手指追踪元件的位移。
8.根据权利要求4至6中的任一项所述的康复反馈系统，其中，所述传感器元件包括单个手指传感器，所述单个手指传感器在所述视觉屏障的第一侧处分别可操作地联接到所述多个手指追踪元件，并且所述指示器元件包括单个手指指示器，所述单个手指指示器从所述视觉屏障的第二侧处是可见的，且所述单个手指指示器与所述单个手指传感器可操作地相关联，从而布置成指示所述手指追踪元件中任一个的位移。
9.根据权利要求4至8中的任一项所述的康复反馈系统，其中，所述至少一个工作元件还包括拇指追踪元件，所述拇指追踪元件布置成联接到所述使用者的相应拇指，所述拇指追踪元件能够在与所述手指追踪元件相反的方向上抵抗所述偏斜元件移动。
10.根据权利要求9所述的康复反馈系统，其中，所述传感器元件包括与所述拇指追踪元件相关联的第一传感器以及与所述手指追踪元件中的一个或多个相关联的至少一个第二传感器，并且其中，所述指示器元件包括响应于所述第一传感器的第一指示器以及响应于所述至少一个第二传感器的第二指示器。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的康复反馈系统，其中，所述偏斜构件包括弹性构件，所述弹性构件在使用者施加力时能够从所述起始位置变形，并且在所述使用者释放力时返回至所述起始位置。
12.根据权利要求11所述的康复反馈系统，其中，所述弹性构件是长型构件，当所述至少一个工作元件从所述起始位置位移到所述偏斜位置时，所述长型构件经历弯曲。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的康复反馈系统，其中，反馈机构的所述指示器元件取决于所述至少一个工作元件的移动量，从而向所述使用者指示所述至少一个工作元件的移动的幅度。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的康复反馈系统，其中，所述至少一个工作元件包括具有中心插槽轴线的插槽，所述插槽适于在其中接纳所述使用者的指尖，在其中，对所述工作元件进行支承，以沿着工作方向在所述起始位置与所述偏斜位置之间移动，所述插槽能够在围绕调节轴线的角度位置范围内进行角度调节，所述调节轴线定向成分别横向于所述在中心的插槽轴线和所述工作方向二者。
15.根据权利要求14所述的康复反馈系统，其中，所述至少一个工作元件的插槽包括锁定元件，所述锁定元件使所述插槽能够固定在所述角度位置中的选定位置处。
16.根据权利要求14所述的康复反馈系统，其中，所述至少一个工作元件的插槽支承为在不同的所述角度位置之间能够自由地枢转。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的康复反馈系统的使用，用于在使用者对一个或多个身体部位的控制进行康复期间，向所述使用者提供与所述使用者的一个或多个身体部位的移动有关的反馈。
18.一种向正在接受由使用者对所述使用者的身体部位进行控制的康复训练的使用者提供移动反馈的方法，所述方法包括：
提供一种康复反馈系统，其包括：
(i)基础框架；
(ii)至少一个工作元件，支承在所述基础框架上，以便能够相对于所述基础框架从起始位置移动到偏斜位置；
(iii)偏斜构件，可操作地连接在所述基础框架与所述至少一个工作元件之间，以便提供用于将所述至少一个工作元件朝向所述起始位置推动的阻力；
(iv)传感器元件，布置成检测所述至少一个工作元件远离所述起始位置的移动；以及
(v)指示器元件，布置成响应于所述传感器元件检测到所述至少一个工作元件已从所述起始位置移开，而向所述使用者指示所述至少一个工作元件的位移；
在所述康复系统附近设置视觉屏障，使得将所述一个或多个身体部位在所述视觉屏障的第一侧处隐藏成不被所述使用者的在所述视觉屏障的第二侧处的直接视线看见；
将所述指示器元件定位成使得所述使用者能够从所述视觉屏障的第二侧处察觉到所述指示器元件；以及
对反馈机构进行操作，从而以所述使用者能够从所述视觉屏障的第二侧处察觉到的方式，向所述使用者指示所述使用者的身体部位相对于所述基础框架的任何移动，所述使用者的身体部位在所述视觉屏障的第一侧处与所述至少一个工作元件联接。
19.根据权利要求18所述的方法，包括将所述至少一个工作元件联接到所述使用者的手指，以便向正在接收由所述使用者对所述使用者的手指进行控制的康复训练的使用者提供反馈。
20.根据权利要求18或19中任一项所述的方法，包括在多个不同的阻力设置之间对所述偏斜构件进行调节，每个阻力设置均对应于用于将所述至少一个工作元件朝向所述起始位置推动的相应的阻力。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中，所述至少一个工作元件包括多个手指追踪元件，所述方法包括将所述手指追踪元件联接到所述使用者的相应手指，以便向所述使用者提供所述与使用者的手指的握持动作有关的反馈。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述偏斜构件独立于其他手指追踪元件联接到每个手指追踪元件，使得每个手指追踪元件均能够独立于所述其他手指追踪元件在多个不同的阻力设置之间进行调节，每个阻力设置均对应于用于将相应的手指追踪元件朝向所述起始位置推动的相应的阻力。
23.根据权利要求21或22中任一项所述的方法，其中，所述传感器元件包括多个手指传感器，所述多个手指传感器分别在所述视觉屏障的第一侧处可操作地联接到所述手指追踪元件，并且所述指示器元件包括多个手指指示器，所述多个手指指示器从所述视觉屏障的第二侧处是可见的，且所述多个手指指示器能够分别与所述多个手指传感器相关联地操作，从而布置成彼此独立地指示相应的手指追踪元件的位移。
24.根据权利要求21或22中任一项所述的方法，其中，所述传感器元件包括单个手指传感器，所述单个手指传感器在所述视觉屏障的第一侧处分别可操作地联接到所述多个手指追踪元件，并且所述指示器元件包括单个手指指示器，所述单个手指指示器从所述视觉屏障的第二侧处是可见的，且所述单个手指指示器与所述单个手指传感器可操作地相关联，从而布置成指示所述手指追踪元件中任一个的位移。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个工作元件还包括拇指追踪元件，所述拇指追踪元件布置成联接到所述使用者的相应拇指，所述拇指追踪元件能够在与所述手指追踪元件相反的方向上抵抗所述偏斜元件移动。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述传感器元件包括与所述拇指追踪元件相关联的第一传感器以及与所述手指追踪元件中的一个或多个相关联的至少一个第二传感器，并且其中，所述指示器元件包括响应于所述第一传感器的第一指示器以及响应于所述至少一个第二传感器的第二指示器。
27.根据权利要求18至27中任一项所述的方法，其中，所述偏斜构件包括弹性构件，所述弹性构件在使用者施加力时能够从所述起始位置变形，并且在所述使用者释放力时返回至所述起始位置。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述弹性构件是长型构件，当所述至少一个工作元件从所述起始位置位移到所述偏斜位置时，所述长型构件经历弯曲。
29.根据权利要求18至28中任一项所述的方法，其中，其中，反馈机构的所述指示器元件取决于所述至少一个工作元件的移动量，从而向所述使用者指示所述至少一个工作元件的移动的幅度。
30.根据权利要求18至29中任一项所述的方法，其中，所述至少一个工作元件包括具有中心插槽轴线的插槽，所述插槽适于在其中接纳所述使用者的指尖，其中，对所述插槽进行支承，以沿着工作方向在所述起始位置与所述偏斜位置之间移动，所述插槽能够在围绕调节轴线的角度位置范围内进行角度调节，所述调节轴线定向成分别横向于所述在中心的插槽轴线和所述工作方向二者。
31.根据权利要求30所述的方法，包括：在所述工作元件在其起始位置与偏斜位置之间移动的整个过程中，将所述至少一个工作元件的插槽锁定在所述角度位置中的选定位置处。
32.根据权利要求30所述的方法，包括：支承所述至少一个工作元件的插槽，以在所述工作元件在其起始位置与偏斜位置之间移动的整个过程中，所述插槽能够在所述不同的角度位置之间自由地枢转。
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