CN1956692A - 用于康复和训练的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种康复装置，通过在患者的运动(意图运动)过程中该装置应用如下操作中的一个或多个，即推，协助，提醒，响应和/或阻力，该装置引导患者以一条正确的空间轨迹执行运动。力由例如机器人活节臂或球铰接的杆的作动器施加。所施加的力作为，可选为连续的、会阻碍和/或引导患者的力场。该装置可以被编写而具有各种轨迹(路径和/或速度)和/或力。在该轨迹上的一个点处的力可响应于患者的实际轨迹和/或响应于康复计划和/患者的进展而变化。该装置可以学习由物理治疗师输入的运动并将其重放给患者。
Description
相关申请
根据119(e)，本申请要求以下专利申请的权利：2004年2月5日提出的美国临时申请No.60/542022，2004年4月29日提出的美国临时申请No.60/566078，2004年4月29日提出的美国临时申请No.60/566079，2004年8月25日提出的美国临时申请No.60/604615，2004年12月7日提出的美国临时申请No.60/633428，2004年12月7日提出的美国临时申请No.60/633429，2004年12月7日提出的美国临时申请No.60/633442，这些文献通过参考合并在本申请中。
本申请还涉及与本申请人在同一天提交的名称为“Gait RehabilitationMethods and Apparatuses”；“Rehabilitation with Music”；“NeuromuscularStimulation”；“Fine Motor Control Rehabilitation””；“Methods andApparatuses for Rehabilitation Exercise and Training”；“Methods andApparatus for Rehabilitation and Training”；“Methods and Apparatus forRehabilitation and Training”的PCT申请，并且具有代理记录号分别为414/04391；414/04396；414/04400；414/04388；414/04213；414/04405。所有这些申请公开的内容都被本申请参考引用。
发明所属技术领域
本申请涉及身体的操作方法，比如用来康复和/或训练身体。
背景技术
在发生事故或中风之后，人们经常需要一个长时期的康复过程以求恢复在事故或中风中被损坏的部分或所有身体功能。这种康复可以包括两个要素中的一个或两个：身体康复部分和认知康复部分，在身体康复部分中，使被损坏或不用的肌肉、神经和/或关节的功能全部恢复(尽可能的)，而在认知康复部分中，恢复控制身体的认知能力。在一些情况中，对身体和/或大脑的伤害使得患者需要在修正功能性方面(例如当一个肢体变短时)或者甚至是新的功能方面(例如在使用假肢时)中训练。
目前物理疗法主要靠理疗专家的个人注意来实现，理疗专家监控并指导患者进行某些练习。因此，康复费用高且患者离开治疗中心后的顺从度相对较低。
一些家用理疗装置是已知的，例如一种称为“backlife“的产品，该产品提供脊柱的CPM(连续被动运动)。
美国专利US5836304描述了一种通过远程治疗师进行的认知康复，该文献所公开的内容以引用的方式并入本文中。
美国专利US5466213描述了一种利用机器人臂的康复装置，该文献所公开的内容以引用的方式并入本文中。
刊登在的Journal of Rehabilitation Research and Development，第37卷第6号，2000年11月/12月，作者是Chales G.Burgar，MD；Peter S.Lum，PhD；Peggy C.Shor，OTR；H.F.Machiel Van der loos，PhD，题目为“Development ofrobots for rehabilitation therapy：The Palo Alto VA/Stanford experience”的文章描述了用于康复的机器人的使用方法，该文献所公开的内容以引用的方式并入本文中。
发明内容
本发明的一些实施例的主要方面涉及适用范围很宽的康复方法和设备，包括短暂(temporal)、精神(mental)、认知(cognitive)、肌肉运动(motor)、定位(location)和/或其他情况。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种康复装置，在患者做动作(或者打算动作)期间，该装置通过施加一个或多个推动、协助、提醒、响应和/或阻挡的力，引导患者沿一个正确的空间轨迹线完成一个动作。在本发明一个典型实施例中，这些力由一个作动器施加，例如一个机器人活节臂或者一个球铰接杆。在一些实施例中，所施加的力作为，可选为连续的、会阻碍和/或引导患者的力场。替代空间轨迹线或除了空间轨迹线之外附加地，取向、和/或速度轨迹线也被引导、支持和/或测量。
在本发明的一个典型实施例中，对于一个已知空间体积和力量范围，该装置支持在该空间体积内的几乎任何3D轨迹线。在本发明一个典型实施例中，提供一种装置，该装置支持一个健康臂或腿在一维、两维或三维上的运动范围。在一些情况中，部分空间就足够了，例如该空间的50％或30％。
可任选的，可用各种轨迹线(路线和/或速度)和/或力对该装置进行编程。可任选地，在该轨迹上的一个点处的力可响应于患者的实际轨迹、可能为同一轨迹线(例如，其上较早的一个点)而变化，和/或响应于康复计划和/患者的进展而变化。可任选地，该装置学习该患者的动作并用一个校正的动作重复(例如对轨迹线和/或速度进行平滑)。可替代或附加地，该装置可以学习由物理治疗医师输入的一个动作并可任选调节地为患者重放该动作(例如肢体尺寸的调整)。
在本发明一个典型实施例中，为身体同一和/或不同肢体或身体部位上的一个或多个点定义这些轨迹线和/或力。可任选地，一个点受到3，4，5或6个自由度的控制。
在本发明的一个典型实施例中，程序设计包括给电子控制器编程。在本发明的一个典型实施例中，程序设计包括机械式编程。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种适于家用的康复装置。在本发明一个典型实施例中，该装置在家中是可移动的，例如不用永久固定到任何表面上和/或者包括轮子。在本发明一个典型实施例中，该装置可折叠在一个固定座上。在本发明一个典型实施例中，该装置非常轻完全能避免住宅地板上的结构性超载，例如该装置的重量可以少于100Kg，少于50Kg，或少于25Kg。可任选地，该装置可以折叠放入一个标准轿车的行李箱内，例如最大尺寸小于120厘米。可任选地，该装置可拆卸成零件，这些零件轻到可由非残疾人携带的程度。
在本发明的一个典型实施例中，该装置保证患者被正确地定位。可任选地，通知患者纠正其姿势。在本发明一个可供选择实施例中，该装置在考虑患者的姿势的情况下进行重新自我校正。
在本发明一个典型实施例中，一个装置可用于(例如通过编程、附件和/或设定)多个种不同的治疗，例如多个不同身材、多个不同年龄、多个不同关节和/或多个不同的附属肢体(appendage)。
在本发明一个典型实施例中，提供一种康复装置，该装置可方便携带于各种活动中例如户内和或户外比如做饭、烤肉和在桌边吃饭。
本发明一些实施例的一个方面涉及日常活动的康复，例如吃饭、倒茶、敲钉子和做饭。在本发明一个典型实施例中，提供包括位置传感器和/或其他传感器在内的成套工具包，以便固定到日常物体上并跟踪其使用以及为康复提供反馈和/或指导。可任选地，该反馈和/或引导可由一个康复机器人机械地提供。在本发明一个典型实施例中，日常活动训练基座包括一个或多个可调工作空间，在该空间内可完成日常活动，例如一个模仿桌子的平面和另一个模仿茶碟(例如训练倒茶)的平面。
本发明一些实施例的一个方面涉及长期康复和/或训练。在本发明一个典型实施例中，很长时间地、例如数月或数年使用一个康复装置。可任选地，用同一个装置可以进行康复和训练患者正确的动作。在本发明一个典型实施例中，用一个康复装置进行预防性的训练，例如保证有关节炎的患者不从有病的关节开始。可任选地，用一种康复装置实现一个具体的康复目标，比如某个特定肢体的康复。可任选地，该装置用于非医学训练，例如通用的体育运动机械。
本发明一些实施例的一个方面涉及支持和/或测量患者各种精神状态，例如动机、沮丧、耐力、带痛训练的能力、与他人交流和/或合作和/或相互作用的能力和/或愿望。这些状态通常互相重叠。例如，沮丧通常表示为失去动机。在本发明一个典型实施例中，动力是通过与诊断、游戏和/或治疗情况相比较而估测得出。可任选地，这种比较包括分析一个人在不同动机状态下是否能实现同样一个行为，和/或承受一次极限的频繁程度如何。在本发明一个典型实施例中，该有关动机的状态用于评估进度、建议心理治疗、练习的难度控制和/或自动提供关于动机的激励中的一个或多个。
本发明一些实施例的一个方面涉及在进行物理康复的同时支持和/或克服的认知问题。在本发明一个典型实施例中，认知和/或理解上的限制通过提供以下方面中的一个或多个来克服：以多种模式、以损害较少的模式(例如从各种可能性中选择)、和/或与该限制适合的提高程度(例如对弱视用较大的字母)提供指示、反馈和引导。在本发明一个典型实施例中，作为对受限制功能进行康复的一部分，该提高的程度随时间而变化。
本发明一些实施例的一个方面涉及多种模式的康复。在本发明一个典型实施例中，利用同一系统，例如电动机控制、电动机propreception、视觉理解和发声，使多个身体系统(例如肌肉运动、视觉的、听觉的、视觉-肌肉运动)、技能和/或感觉康复。在本发明的一个典型实施例中，这些系统之间的协调受到训练。在一个示例中，手眼的协调被康复。在另一个示例中，手脚的协调被康复。在本发明的一个典型实施例中，受到损坏的协调路线是康复的目标。
本发明一些实施例的一个方面涉及对康复的反馈。在本发明一个典型实施例中，该反馈包括对完成日常活动的反馈。可替代或附加地，该反馈包括从远程治疗师的反馈或一个动作期间进行自动反馈。可替代或附加地，该反馈包括对患者执行的动作质量的反馈。
本发明一些实施例的一个方面涉及康复治疗方法。在本发明一个典型实施例中，在日常动作中的具体训练是在康复装置的协助下完成的。可替代或附加地，提供防止恶化的训练，例如防止手臂/功能疏忽引起的帕金森病的恶化。可替代或附加地，执行能长期改善的训练，例如用来改善大脑性麻痹。可替代或附加地，执行防止疾病的治疗，例如训练患者不要因为受伤而忽视某个关节。
本发明一些实施例的一个方面涉及使用一个康复装置既进行康复又进行测试、诊断和/或监控。在本发明一个典型实施例中，该装置用来评估患者的能力，然后使该患者康复。可替代或附加地，该装置用来测量该患者并且以那些测量结果对未来的康复进行校正。典型测量结果包括身材、力量、运动范围和运动质量，精神状态和/或认知和/或理解能力。
本发明一些实施例的一个方面涉及与动作质量有关的康复方法。在本发明一个典型实施例中，定义一个动作质量。可任选地，当对一名患者进行康复时，根据他的动作质量给他提供一个自动反馈。可替代或附加地，康复和/或训练的一部分是教给患者各种动作的质量标准。
本发明一些实施例的一个方面涉及对动作的校正。在本发明一个典型实施例中，给康复装置编写一个正确动作。在本发明一个典型实施例中，通过执行一个正确的动作然后将该动作存入与该装置关联的存储器中，从而将一个正确的动作编写入该装置内。可任选地，在一个专门的教导模式期间或当该装置离线时，编写该动作。可选择地，该装置在患者使用期间学习。
可任选地，用该装置教导患者正确的动作是什么，例如利用模板和/或利用规则(例如2/3幂定律进行电动机控制)。在本发明一个典型实施例中，评价动作的正确性作为康复参数且基于此提供反馈。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种用于日常活动的康复装置，其中该康复装置可以在患者执行日常动作中对其进行训练和/或测试。在本发明一个典型实施例中，可以靠近实际生活设施比如一张桌子或柜台来使用该康复装置。
本发明一些实施例的一个方面涉及对包括一个运动机构的康复装置进行定位。在本发明一个典型实施例中，一个运动机构有一个受限制的运动范围和/或精度。可任选地，将该康复装置定位成能够最大化地使用该动作范围，例如通过与一个具体练习进行匹配。在本发明的一个典型实施例中，该康复装置包括一个定位元件，例如可以用来将该动作机构固定在一个理想的位置和/或取向的一个横杆(rail)和/或一个或多个接头。可任选地，该定位元件是机动的，例如使该动作机构自动或非手动地动作。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种康复方法，其中利用一个健康的身体部位使身体的一个患病部位康复。在本发明的一个典型实施例中，康复装置让两个一好一坏的肢体同时或平行运动，并且利用未损坏肢体的正确动作作为对该损坏肢体的力场定义的一个基础。可替代或附加地，按照先是未损坏肢体然后是损坏肢体的顺序动作。可任选地，修正该未损坏的动作，例如减小力、速度或动作范围。可任选地，该动作是镜象动作或对称动作(例如游泳期间的手臂和腿部)。在本发明一个典型实施例中，使用可以支撑两个肢体的装置。在一些实施例中，这两个肢体的动作是相关联的。在另一个实施例中，在这些肢体之间有部分或完全的至少实时地去耦。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种有多点的康复装置，其中该康复装置固定到患者身体的多个点上，这些点可以相互运动，该运动是康复的一部分。
在本发明一个典型实施例中，该康复装置固定到两个肢体上，例如一个胳臂和一条腿，或者两个胳臂上。
在本发明一个典型实施例中，该康复装置单独地允许在一关节任一侧上、两块骨头(bones)的3D空间内运动。
在本发明一个典型实施例中，该装置机械地限制这些点中的一个或多个点的运动。可任选地，一个或多个这些点被跟踪(在一或多维上)但是其动作在一些或任何方向上并不被机械地限制。
在本发明一个典型实施例中，该康复装置支持复杂动作，其中号召身体不同部位完成某些动作，例如肩膀和腕部动作。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种康复装置所用的机械结构。在本发明一个典型实施例中，该装置包括一个固定到一个接头上的臂，臂上有一个身体固附点，用来束缚住患者或者由患者抓住。该接头用作一个球形接头，允许臂在一个角度范围内例如相对接头中心在φ和θ方向(例如在球形坐标中)的±90度，沿一个球体表面上的大体的任何的路线运动。可任选地，这些运动的转动中心基本是所有路线的同一转动中心。在本发明一个典型实施例中，该接头和/或该臂作为一个整体在该动作范围没有奇点。可任选地，对该接头运动的阻力(该装置可以增加阻力)基本上是均匀的，该球面运动基本是独立的。
在本发明一个典型实施例中，该球形接头包括承窝接头中的球，该臂固定到该球上或者该承窝上。球或承窝的另一个可任意固定到一个基座上，例如一个立在地板上或者固定到一面墙或天花板上的基座。
在本发明一个典型实施例中，可以提供平衡。在一个示例中，该装置包括一个重块，该重块与所述臂相对地固附到所述球上，用来平衡所述臂的动作。可任选地，在整个动作范围内，基本可使该臂的动作保持平衡。在本发明的一个典型实施例中，该平衡包括防止一个静止转矩(restingtorque)。可替代或附加地，平衡包括对使用期间现有惯性力矩或一个预期惯性力矩的修正。可任选地，根据实施例的不同，该装置可以包括一个静止力(resting force)，该力趋向于使该装置稳定或不稳定。
可任选地，设置一个或多个引导板。在本发明一个典型实施例中，固附到该球上或者是一部分重块上的一个销被约束在一个狭槽内(例如矩形或其他形状)移动，该狭槽限定在一个引导板内。可任选地，该狭槽具有弹性。
可任选地，设置一个或多个电动机驱动该球转动和/或在理想方向上施加力。
可任选地，设置一个或多个方向制动器，有选择地制止球在理想方向上运动。
可任选地，设置一个或多个单向制动器(uni-directional)，有选择地制止球在任何方向上运动。
在本发明一个替代实施例中，用两个或更多有共同转动中心的接头代替一个球，例如一个万向接头。
在本发明一个典型实施例中，该臂可沿自身的轴伸长。可任选地，提供一个电动机，有选择地推动该延伸件沿该轴的运动或者施加力来阻止该运动。可任选地，设置一个或多个制动器，有选择地阻碍所述延伸件沿该轴的运动。
在本发明一个典型实施例中，该延伸被平衡，这样其中就不具有自行运动。可替代或附加地，即使当有各种程度的伸长时，该延伸也不会影响所述臂的平衡。
可任选地，一种康复装置可以在各种方向上取向。可任选地，该装置包括一个接头，位于基座和一个活节部件之间。
本发明一些实施例的一个方面涉及一个有选择性制动的球接头。在本发明一个典型实施例中，设置一个夹盘，以有选择地制止该球接头的转动。可任选地，设置多个方向制动器。可任选地，一个或多个传感器产生一个力施加方向的指示，一个控制器响应该力的方向选择哪些方向和/或单向制动器使其松开。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种伸缩元件，可选择地作为一种康复装置的一部分而使用。在本发明一个典型实施例中，提供至少三个部分，两个端部和一个中部，对该中部施加有延伸或收缩的力。利用一个齿条和齿轮(每个端部上有一个齿条，中部的任一端有两个齿轮)将中部固定到这两个端部。用一个皮带将两个齿轮连接起来，这样它们可以协同运动。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种包括弹簧的力反馈控制机构。通过改变该弹簧的有效长度可以提供顺应性上的变化。在本发明一个典型实施例中，该弹簧是一个扁平螺旋弹簧并且该顺应性方向垂直于该弹簧的平面。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种力控制机构，该机构用于可由人工移动的元件上。在本发明的一个典型实施例中，提供一个弹簧抵抗人所施加的力。可任选地，力的大小是可调节的，可任选地可预先给弹簧(或者其他弹性元件)加载。可任选地，该由人工移动的元件也可以由一个电动机驱动，并且所述顺应性也任选地提供给所述人的动作。可任选地，提供一个阻尼元件，例如黏性垫。
在本发明一个典型实施例中，该弹性元件可实时地(on the fly)被配置，例如给该运动提供理想的阻挡程度。可任选地，重新调节该弹性装置以便跟随该元件的实际运动。
在本发明一个典型实施例中，该电动机利用一个接头移动该把手，并且一个第二接头用于提供力的顺应性。
在本发明一个典型实施例中，由一个弹性元件给多个轴同时提供力的顺应性，这些轴之间基本没有耦合。
在本发明一个典型实施例中，该元件在球形转动中的运动轴向地压缩一个弹性元件，该弹性元件随后提供顺应性。
在本发明的一个典型实施例中，利用一个不能被反驱动的齿轮系统给该元件提供动力。当检测到反驱动时，就将反驱动机械地转移给一个弹性元件，该弹性元件提供顺应性。
在本发明一个典型实施例中，提供一个机械式二极管设计，其中利用一个齿轮将一个运动传给一个杆，并且其中该杆不能使该齿轮移动。在本发明一个典型实施例中，该二极管包括一个齿轮或杆，其与一个具有足够低的导程角(lead angle)的蜗轮(即不能反向驱动)配合，一个电动机使该蜗轮转动，由此使与之相连的齿轮和/或杆运动。由于导程角低，当齿轮转动时，蜗轮轴向运动而非转动。可任选地，蜗轮搁置在弹簧或者另一个弹性元件上，弹性元件对该齿轮的运动提供一定程度的弹性。可任选地，弹簧预先加压到一个理想的量。可任选地，蜗轮转动来随杆的运动，并保持一个理想的张力和/或在弹性元件中保持对称性。
本发明一些实施例的一个方面涉及一个手动操控器，该操控器利用至少一根线索以及可任选地一个或多个机器人元件来移动或控制人的身体动作，使得身体的至少一个点的三维(3D)运动受该操控器的约束。在本发明一个典型实施例中，该操控器配置成用作一个康复装置。可任选地，提供一个或多个电动机使该至少一个点移动。可任选地，提供一个或多个弹性元件，使得在一个或多个线索内设置一些带弹性的空隙。可任选地，提供三根线索来限制三维运动。
本发明一些实施例的一个方面涉及患者在一个康复系统内的定位。在本发明一个典型实施例中，该装置利用一个成像系统确定患者的位置。在本发明一个典型实施例中，可替代或附加地，确定一个患者所用椅子或其他支撑件相对该系统的位置。可任选地，弹簧-加载的线索系统用来测量该相对位置。可任选地，使用一个压力感应垫。
在本发明一个典型实施例中，指导患者执行一个或多个动作，并且从该动作轨迹线中确定该相对位置。可任选地，确定2D而非3D位置。可替换的，确定3D位置和/或方向信息。
在本发明一个典型实施例中，用该系统自身的一个移动部件或者该系统的一个光指示部件来标记和/或注释一个正确的定位。
在本发明的一个典型实施例中，一旦该相对位置被确定下来，则考虑该相对位置来修改一个或多个练习。
本发明一些实施例的一个方面涉及一种康复装置的安全性。在本发明一个典型实施例中，该康复装置包括一个或多个机械式保险丝，当在一个可更换元件(例如一个销)上的剪切、张力和/或转矩超过一个阈值时，该保险丝可以选择性地破裂。除了机械式销外，可以替代使用一种可调节磁销，其中销的两个部分由磁力而相互固附起来。通过移动销的两个部件之一内的磁铁，可以可任选设定吸力的大小。通过在销部件之间提供一个锯齿状连接可以检测该力矩，该连接使这些销部件的相对转动和这些部件的分离相互关联起来。可任选地，在销内设置一根线索，因此可以由该装置用电力检测该线索的破裂。
在本发明一个典型实施例中，为患者提供一个特殊安全开关，其中如果患者释放该开关，则该装置停止或者进入一个预定或动力确定的安全模式和/或位置。可任选地，该特殊安全开关放在一个无线元件上，该元件由一个完好的肢体或身体部位控制，例如用脚踩、握在手里或放在口中。
在本发明一个典型实施例中，提供一种由声音作动的中断，例如患者可以通呼喊使康复停止。
在本发明一个典型实施例中，该康复装置分析患者的运动和施加的力，以检测出现的问题。例如，任何总重上的异常都将导致康复装置停止工作。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括至少一个有弹性的运动元件，当移动以便出现松弛时，随着所用松弛量的增加，则阻力增加。可任选地，该松弛用来使用户不用根据该元件的运动而执行一个动作，同时提供足够的时间来检测该动作是错误的并且该施加的力正在接近一个安全限制。
下面是本发明实施例的几种很有用情况的示例。在本发明一些典型实施例中，支持各种治疗时间，包括比如目标定向治疗、短期治疗、长期治疗和/或预防性活动。在本发明一些典型实施例中，为康复中跨多个阶段的治疗，可能是整个康复过程提供支持，在一些情况下可以使用同一装置。在本发明一些典型实施例中，可以康复身体的多个部位，既可以同时也可以分开进行，在一些情况下可以使用同一装置。在本发明一些实施例中，既可以一起使用也可以使用同一个装置，进行多个模式的康复，例如肌肉运动控制、肌肉运动反馈、视觉、听觉能力和/或会话。动作的复杂性和等级范围受到一些实施例支持，例如一个关节的简单运动和多个肢体运动的复杂计划。本发明一些实施例可支持多个治疗场所，例如，ICU、床、诊所、家庭和或户外。本发明一些实施例中支持多个活动类型，例如专用康复练习、训练练习、日常活动、户外活动和/或诊断活动。在本发明一些实施例中，支持多个身体位置，例如躺下、站立和/或坐着。在本发明一些实施例中，支持一定精神(mental)范围、认知和/或肌肉运动能力状态。应当注意到，不是本发明所有实施例都支持上述所有各个范围以及该范围的延伸。
因此，根据本发明一个典型实施例，提供一种康复方法，其使用如下类型的作动器，作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动，该方法包括：
利用与所述患者一个运动相互作用的所述作动器中的一个作动器，在从床、轮椅、诊所和家中选择的第一康复位置上让患者进行练习；和
利用与所述患者一个运动相互作用的所述作动器中的第二作动器，在从床、轮椅、诊所和家中选择的第二康复位置上让患者进行第二练习；
其中利用同一个移动所述作动器的运动机构进行所述第一练习和所述第二练习。
可任选地，利用同一个康复设备进行所述第一和第二练习。
在本发明一个典型实施例中，所述运动机构是机动的。可任选地，所述运动和所述力由一个控制器控制。可替代或附加地，所述运动机构能够给所述作动器的一个顶端施加至少10Kg的力。可替换和或附加地，所述运动机构能够在所述作动器不同运动方向上施加大小不同的力。
在本发明一个典型实施例中，所述运动机构适于给所述作动器的运动施加可选择的阻力。
在本发明一个典型实施例中，所述作动器在多个模式下与所述运动相互作用，这些模式包括至少引起所述运动、引导所述运动以及记录所述运动。可任选地，所述第一和所述第二练习采用不同运动的相互作用模式。
在本发明一个典型实施例中，所述第一和所述第二练习中的至少一个是在水中进行。
在本发明一个典型实施例中，所述第一和所述第二练习是在同一个肢体上进行。
在本发明一个典型实施例中，所述第一和所述第二练习是不同的练习。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括：在与所述第二作动器接合的同一个控制器中，持续跟踪所述患者的包括所述第一和所述第二练习的进展。
可任选地，所述作动器是刚性的。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种利用一个作动器的康复方法，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动，该方法包括：
利用所述作动器练习患者的第一种器官；和
利用所述作动器练习该患者的第二种器官。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括：在所述练习之间，给所述康复装置的所述患者替换一个附件。
在本发明一个典型实施例中，该作动器包括一个控制所述相互作用的控制器。可任选地，所述控制器编入有适用于不同肢体的多个不同练习。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括：在所述练习之间，调节所述作动器相对于所述患者的一个空间位置和取向中的至少一个。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复成套工具，包括：
作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
在所述作动器上的顶端；和
用于所述顶端的多个可模块化更换的附件，其中的至少两个可与不同的器官配合。
可任选地，至少所述附件之一通过所述作动器被驱动。可替代或附加地，至少一个所述附件之一能够在三个转轴上转动。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
机动的作动器，通过阻碍运动、引导运动和引起运动中的至少一个来支持人的一个运动；和
构造成控制所述作动器的控制器，
其中，所述控制器是可编程的，为患者提供可在多个模式之间进行转换的康复练习，在这些模式中，动机、认知能力和肌肉运动能力中的一个或多个可以为或高为或低。
可任选地，所述控制器可以在至少三个信息表达模式和复杂等级中的可选择的之一中提供指示。
可替代或附加地，所述控制器构型成在至少三个协助等级中的可选择的一个等级中给所述患者的肌肉运动活动提供支持。
可替代或附加地，所述控制器构型成在至少三个激励等级中的可选择的一个等级中给所述患者提供激励反馈。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种利用一个作动器的康复方法，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动，该方法包括：
在一个家用设置中将所述作动器耦合到人身上；
由所述人执行一个日常活动，其中所述作动器与所述活动相互作用，以提高康复。
可任选地，所述日常活动是户外活动。
可替代或附加地，所述作动器利用被存储的康复计划进行相互作用。
可替代或附加地，所述作动器将康复的进展报告给一个远程位置。
可替代或附加地，所述作动器阻止所述患者做出的不安全动作。
可替代或附加地，该方法包括在首先在一个康复诊所进行所述日常活动。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种利用作动器的康复方法，包括：
在第一康复装置上让第一患者做康复练习；
在第二康复装置上让第二患者做康复练习；和
在所述两个装置之间传递与康复有关的信息，所述信息包括以下信息的至少一个：分数、当前阶段、患者身体的空间位置和游戏运动。
可任选地，所述患者利用所述装置输入和输出来一起进行一项游戏。可任选地，所述患者扮演相互对抗的角色。可替代或附加地，所述第一康复装置为所述第一患者提供不同于所述第二装置给所述第二患者提供的支持，以便补偿这两个患者之间能力上的差别。
在本发明一个典型实施例中，时实传递所述信息。
在本发明一个典型实施例中，利用无线连接器传递所述信息。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括由一位远程治疗师监控所述第一和所述第二患者。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括由所述患者远程连接至治疗组。
在本发明一个典型实施例中，所述两个装置位于同一个房间内。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复系统的结构，包括：
第一康复装置；和
第二康复装置，通过无线数据链接与所述第一康复装置连接，使得这两个康复装置可以同步动作。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种协调康复的方法，包括：
提供第一作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
提供第二作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
分别由一位患者和一位非治疗师将所述第一和第二作动器接合起来；和
利用所述第一作动器和所述非治疗师对所述患者进行康复练习。
可任选地，所述非治疗师是一位血亲。
根据本发明一个典型实施例，该方法包括通过一个控制器的指示来引导所述非治疗师和所述患者。
根据本发明一个典型实施例，所述非治疗师的年龄小于18岁。
根据本发明一个典型实施例，所述非治疗师的年龄小于10岁。
根据本发明一个典型实施例，所述提供是在所述非治疗师的家中进行。
根据本发明一个典型实施例，所述非治疗师在物理治疗法上的经验少于50小时。
根据本发明一个典型实施例，所述非治疗师在物理治疗法上的经验少于10小时。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
一个框架；
一个作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
一个接头，使所述框架和所述作动器相互连接并允许所述运动机构在所述框架上有多个不同的相对布置，使得所述空间相对所述框架移动。
可任选地，所述运动机构在不同的空间方向受到不同运动限制，并且其中所述多个相对布置包括改变所述机构的取向。
在本发明一个典型实施例中，所述接头包括一个直线接头。
在本发明一个典型实施例中，所述接头包括一个旋转接头。
在本发明一个典型实施例中，所述框架是曲线型的。
在本发明一个典型实施例中，所述接头是机动的。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括一个控制器，该控制器根据储存在所述控制器内的需要执行的练习控制所述接头。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括至少一个报告所述接头位置的传感器。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复系统的装配方法，该系统包括一个作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动，该方法包括：
确定一个要执行的康复练习；
为所述练习给所述运动控制机构选择一个理想的位置；和
根据所述理想的位置在框架上调节该机构的位置。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括自动调节所述位置。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括向用户自动报告所述理想的位置。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
具有在φ(旋转)和θ(仰角(elevation))的球形角度中的运动自由度的接头，所述自由度使得所述接头可以定位在每个角度方向的至少30度范围内的基本任何角度位置上；
基本刚性的径向延伸件，该延伸件固附到所述接头上并且适于在人的肢体上的至少一个点上与肢体一起移动；和
控制器，适于控制所述接头的运动并由此控制所述径向延伸件的运动。
在本发明一个典型实施例中，所述径向延伸件是被平衡的，从而如果该人不施加力则所述点保持稳定，如果施加力则所述点移动。可任选地，所述平衡可以改变，以便与一个可选择地固附到所述延伸件的一个附件的重量相匹配。可替代或附加地，由所述控制器使所述平衡沿着一个运动路线改变，以便与所述点上的瞬间变化相匹配。可替代或附加地，可以设定所述平衡，以便给所述肢体提供一个守中的浮力(neutral buoyancy)。
在本发明一个典型实施例中，所述接头是一个球接头。
在本发明一个典型实施例中，所述接头包括两个有公共转动中心的正交铰链。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器包括一个机械式控制器。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器包括一个电子控制器。
在本发明一个典型实施例中，所述装置包括至少一个可选择地阻碍所述自由运动的制动器。可任选地，所述制动器由所述控制器连续地控制。可替代或附加地，所述制动器在所述φ和θ方向中的仅一个方向上进行单向制动。可替代或附加地，所述制动器在所述φ和所述θ两个方向上工作。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括至少一个适于使所述接头移动的电动机。可任选地，所述电动机在所述点适于施加至少10Kg的力。可替代或附加地，所述电动机受所述控制器的连续控制。可替代或附加地，所述电动机不能由所述延伸件反向驱动。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括至少一个弹性元件，当该人在不同于受所述控制器控制而运动所沿的运动轨迹线的一个轨迹线上移动所述点时，该弹性元件提供弹性顺应性。可任选地，所述控制器设定所述弹性顺应性的范围。
在本发明一个典型实施例中，所述元件是可伸展的。
在本发明一个典型实施例中，元件包括一个输送电源的导线管。
在本发明一个典型实施例中，所述装置包括至少一个位置传感器，报告所述接头的一个角度位置。
在本发明一个典型实施例中，所述装置包括至少一个力传感器，报告施加给所述接头的力。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器控制所述运动并提供下面中的至少一个：协助所述患者肢体的运动、阻止所述患者肢体的运动、引导所述患者肢体的运动、轻推所述患者肢体使之移动以及移动所述患者肢体。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器上储存有多个不同的康复练习。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种平衡康复装置，包括：
作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；和
至少一个平衡所述作动器的重块，从而不需要力就可以使所述作动器保持在空间内。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复方法，包括：
利用一个作动器协助患者沿一个轨迹线在空中的运动；
给所述患者离开所述轨迹线的运动提供阻力，所述阻力包括在离开所述轨迹线方向上的顺应性，
其中所述顺应性由没有机电反馈回路的机械方式实现。
在本发明一个典型实施例中，所述顺应性通过制动提供。
在本发明一个典型实施例中，所述顺应性由至少一个弹性元件提供。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括跟踪患者带有顺应性的所述动作。
在本发明一个典型实施例中，在沿该动作的空间中的不同点处提供不同的阻力。
在本发明一个典型实施例中，在空间中相同点的不同方向上提供不同阻力。
在本发明一个典型实施例中，所述顺应性为至少1厘米。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
电动机，以防止由所述杆反向驱动电动机的方式可操作地与所述杆连接，所述电动机可操作来移动该杆；和
与所述杆耦合并为所述运动提供弹力的弹簧。
在本发明一个典型实施例中，只有当所述杆以不同于所述电动机引起的运动而运动时，所述弹簧提供所述弹力。
在本发明一个典型实施例中，所述电动机的试图反向驱动给所述弹簧施加力。
在本发明一个典型实施例中，所述弹簧有一个可控制的预负载。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括一个与所述弹簧平行的阻尼元件。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
电动机，可操作地与所述杆连接并使其运动；
狭槽，引导所述杆的运动；和
弹簧，与所述杆耦合并给所述运动提供弹力。
在本发明一个典型实施例中，所述弹簧装在所述狭槽上。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种用于康复的多轴弹性元件，包括：
第一组的至少一个接头，适于允许一个径向延伸的杆在球形坐标系内的运动；
第二组的至少一个接头，适于允许所述第一组接头在球形坐标内的运动；
弹性元件，有一个与所述杆运动关联的压缩状态，由此与所述第二组内的运动相顺应。
在本发明一个典型实施例中，所述弹性元件有一个可设定的预负载。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
电动机，可操作地与所述杆连接并使其运动；和
弹簧，与所述杆耦合并给所述运动提供弹力，
其中所述弹簧有可设定的顺应性。
在本发明一个典型实施例中，所述顺应性由一个控制器设定。可任选地，所述设定是连续的。
在本发明一个典型实施例中，所述弹簧是具有可设定的有效长度的扁平簧(flat spring)。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种伸缩机构，包括：
至少三个伸缩部，包括一个中部和两个端部；
使所述中部延伸的作动机构；
第一齿条和齿轮机构，与所述端部之一和所述中部的运动相耦合；
第二齿条和齿轮机构，与所述端部的另一个和所述中部的运动相耦合；和
可操作地连接这两个齿条和齿轮机构的皮带。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种便携式康复装置，包括：
使该装置稳定到一个表面或物体上的底座；和
作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动，
其中所述装置有两种构型：
适于进行康复训练的第一构型；和
适于存储的第二构型，并且其中
所述装置适于由非专业人员人工地在所述两个构型之间变化。
在本发明一个典型实施例中，所述装置拆开为所述第二构型。
在本发明一个典型实施例中，所述装置包括至少一个快速连接。
在本发明一个典型实施例中，所述装置被折叠起来。
在本发明一个典型实施例中，所述装置折成扁平状，可以放进汽车行李箱中。
在本发明一个典型实施例中，所述装置重量少于30Kg。
在本发明一个典型实施例中，所述所述装置装有轮子。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
至少一个与所述杆耦合的电动机，适于与所述杆的动作相互作用；和
至少一个单独的元件，适于使所述电动机和所述杆相互连接，并且当该元件上的一个预定力超出时，所述杆的至少一部分与所述电动机拆开。
在本发明一个典型实施例中，所述元件包括一个断裂销。
在本发明一个典型实施例中，所述元件包括一个单独的接头。
在本发明一个典型实施例中，所述元件连接在所述杆的本体和一个装在所述杆上的附件之间。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
至少一个与所述杆耦合的电动机，适于与所述杆的运动相互作用；
至少一个弹性元件，使所述电动机和所述部分相互连接；和
控制器，适于识别一个安全问题并根据所述识别结果停止所述电动机，所述弹性元件防止该停止突然发生。
在本发明一个典型实施例中，所述装置包括一个作动器，该作动器包括一个能够给所述杆施加力的运动机构，该杆在直径至少为30厘米的空间内并且在杆运动的至少三个自由度中对患者肢体的动作有影响。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器通过检测所述患者的一个呼叫来识别所述安全问题。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器通过计算所述患者身体一个部位的至少一个位置并将该计算结果与一个或多个允许值比较，从而识别所述安全问题。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复对接站，包括：
作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
至少一个作动器，适于协助康复；和
适于锁定到一个患者支架的对接端口(docking port)。
在本发明一个典型实施例中，所述端口适合与一个轮椅接合。
在本发明一个典型实施例中，所述端口适合与一个床接合。
在本发明一个典型实施例中，所述对接站是可移动的。
在本发明一个典型实施例中，所述对接站包括至少一个用于固附第二作动器的端口。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复方法，包括：
提供一个作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
将所述作动器耦合到人体的一个位置；
由所述作动器给所述点施加一个力矢量，所述力包括转动。
在本发明一个典型实施例中，所述力矢量包括至少两个相对于该力矢量的转动方向。
在本发明一个典型实施例中，该方法包括与所述力同时地给所述身体上的至少第二点施加第二力。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复方法，包括：
提供第一作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
将所述第一作动器耦合到人体的第一点上；
提供第二作动器，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
将所述第二作动器耦合到人体的第二点上；和
利用所述作动器给所述点施加不同的力。
在本发明一个典型实施例中，所述第一作动器施加一个转动。
在本发明一个典型实施例中，所述不同的点是在同一个肢体上。
在本发明一个典型实施例中，所述不同点是在不同肢体上。在本发明一个典型实施例中，该方法包括一齐练习这两个肢体。可替代或附加地，该方法包括从一个肢体模到另一个肢体地复制动作。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种反向运动的方法，包括：
利用作动器控制一个器官上的至少一个点的运动，该作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
控制该器官上的至少第二点的位置；和
从所述运动和所述位置通过计算机重建所述器官的至少一个关节的弯曲值。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
作动器，该作动器包括作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力；
供患者使用的支撑件；和
控制器，适于根据所述作动器以及所述患者和所述支撑件中的至少一个的相对位置来调整一个康复练习。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括一个用来确定所述相对位置的距离传感器。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括一个用来确定所述相对位置的成像传感器。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器与所述患者和所述作动器的相对布置有关。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器假定该相对位置仅在两维方向不同。
在本发明一个典型实施例中，该装置包括指示理想患者位置的指示器。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器构型成利用所述作动器指示一理想的相对布置。
在本发明一个典型实施例中，所述控制器构型成在练习过程中并响应患者的动作实时调节所述练习。
在本发明一个典型实施例中，还提供一种康复装置，包括：
存储器，其内储存有练习和付款编码之间的对应；
控制器，用来控制一个康复练习并产生一个报告，该报告包括一个来自所述存储器并与所述练习对应的编码。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复装置，包括：
至少一个作动器，用来支持一身体部位的运动；
至少一个传感器，与该作动器相关联并测量所述运动；和
控制器，该控制器分析所述被测量的运动并产生一个关于运动质量的测量值，并且该控制器响应所述运动质测量量值修改康复计划。
在本发明一个典型实施例中，该控制器根据测量到的运动质量修改未来练习的选择。
在本发明一个典型实施例中，该控制器根据测量到的运动质量修改用于未来练习的参数选择。
在本发明一个典型实施例中，所用运动质量测量值被定义为与2/3幂定律匹配的程度。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复方法，包括：
引起一人完成至少一个练习；
从所述至少一个练习的结果中评估所述人的精神状态；和
根据所述评估自动选择至少一个第二练习。
在本发明一个典型实施例中，评估一个精神状态的步骤包括比较两个练习之间的表现，希望其中一个引起一个很高的顺应性。
在本发明一个典型实施例中，评估一个精神状态的步骤包括比较练习之间的表现，利用患者的最大能力作为基准线，依靠该基准线可以确定变化。
在本发明一个典型实施例中，所述评估是自动的。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复方法，包括：
确定患者完成一个肌肉运动任务的能力；
确定患者执行一个非肌肉运动任务的能力；和
根据所述确定结果为患者自动选择一个练习或练习参数。
在本发明一个典型实施例中，所述选择包括使一个指示或反馈模态与一个理解能力相匹配。
在本发明一个典型实施例中，所述选择包括使一个指示或反馈模态与一个认知能力相匹配。
在本发明一个典型实施例中，所述选择包括设计一个练习或者一系列练习，这些练习用来康复所述肌肉运动和所述非肌肉运动能力两者。
在本发明一个典型实施例中，所述练习康复视觉和肌肉运动的协调性。
根据本发明一个典型实施例，还提供一种康复方法，包括：
在直径至少为30厘米的空间范围内，将一个带有顶端的机动的作动器移动到一个空间位置；和
指导患者施加力反抗所述顶端，其中所述作动器给所述力提供顺应的阻力。可任选地，该方法包括根据该空间位置选择该阻力。
附图说明
下面通过参考结合附图的典型实施例的描述，来说明本发明的非限定性实施例。附图一般不是按照比例进行绘制的，任何尺寸的意思仅为示例而非限定。图中，所有图中出现的相同结构、部件或零件用相同或类似数字标记表示，其中：
图1是表示根据本发明一个典型实施例的基于关节臂的康复装置的示意图；
图2是根据本发明一个典型实施例的远程康复系统的示意性方框图；
图3A举例说明了根据本发明一个典型实施例的康复装置所产生的一个力场；
图3B示出一个阻力的典型分布(profile)；
图4A是根据本发明一个典型实施例的康复装置使用方法流程图；
图4B是根据本发明一个典型实施例的长期使用一种康复装置的流程图；
图5示出根据本发明一个典型实施例的包括肢体位置检测的系统；
图6举例说明了根据本发明一个典型实施例的一个肘保持固定部件；
图7和8举例说明了根据本发明典型实施例的两台手康复装置；
图9A和9B举例说明了根据本发明典型实施例的装置，这些装置用于身体上多于一个的点的受控运动；
图10示出根据本发明一个典型实施例的基于球的康复装置；
图11示出了根据本发明一个典型实施例的图10中的康复装置的一个平衡；
图12示出了根据本发明一个典型实施例的基于板的康复装置的驱动系统；
图13A示出了根据本发明一个典型实施例的用于板驱动系统的联接装置；
图13B示出了根据本发明一个典型实施例的带有柔性狭槽的板；
图14A示出了根据本发明一个典型实施例的两块板的康复装置；
图14B和14C示出了根据本发明典型实施例的引导板；
图15A示出了根据本发明一个典型实施例的一个腕部固定部件，该部件为手的一个或多个自由度的运动提供控制和/或反馈；
图15B-15F示出了根据本发明典型实施例的各种固定部件；
图16A-16D示出了根据本发明典型实施例的肘部支撑的各种方法；
图17A示出了根据本发明一个典型实施例的取向可变的康复装置；
图17B和7C示出了根据本发明一个典型实施例的另一个可供选择的取向可变的康复装置；
图17D示出了根据本发明一个典型实施例的另一个可供选择的取向可变的康复装置；
图18示出了根据本发明一个典型实施例的用于手臂和腿的康复装置；
图19A示出了根据本发明一个典型实施例用于身体两侧的康复装置；
图19B示出了根据本发明一个典型实施例的对接站(docking station)；
图19C示出了被占用的图19B所示那种对接站；
图19D示出了根据本发明一个典型实施例的定位在床附近的可移动康复装置；
图19E示出了根据本发明一个典型实施例的另一个可供选择的联接到床上的可移动康复装置；
图19F举例说明了根据本发明一个典型实施例的可移动康复装置在浴缸中的用法；
图19G示出了根据本发明一个典型实施例的用于日常活动的康复装置；
图19H示出了根据本发明一个典型实施例的协助训练日常生活动作的装置；
图20示出了根据本发明一个典型实施例的卡盘机构；
图21示出了根据本发明一个典型实施例的一个可供选择的非球、平衡的康复装置；
图22A示出了根据本发明一个典型实施例的另一个可供选择的非球康复装置机构；
图22B示出了固定到图22A的装置上的力控制机构和制动器；
图23示出了根据本发明一个典型实施例的悬臂式康复装置机构；
图24A示出了根据本发明一个典型实施例的用于图22B的力控制机构的侧视截面图；
图24B是根据本发明一个典型实施例的操作图24A中机构的流程图；
图25示出了根据本发明一个替代实施例的一种力控制机构；
图26A示出了根据本发明一个典型实施例的一种沿Z轴的伸展结构；和
图26B示出了根据本发明一个典型实施例的一种用于固定部件的力控制机构，作为图26A的一个部件。
具体实施方式
概述
本发明一些实施例的方法和装置提供身体各部位的受控制、局部受控制或受引导的运动。下列各部分描述了该设备，其中首先描述了一个典型装置的结构(一个关节臂)，随后是各种康复方法，然后是附加的康复装置的设计和使用。不应认为本申请受限于用来说明具体方法的具体装置。还有，其中的许多方法可以用各种装置来实施，并且许多装置可以用来实现不同方法。
关节臂的结构
图1表示根据本发明一个实施例的基于节臂的康复装置100。在本说明书的部分内容中，引用的是装置100，然而这里描述的也同样适合的其他装置。一些场合使用的是术语“系统”，而不是直接引用装置100，并且也可以包括多个装置和监控器。
装置100包括一个关节臂102，该臂从桌子或其它平板104向上伸出。臂102的顶端108作为一个受控点，可以在各种3D轨迹线上移动。可任选地，平板104并不固定到地板上，而是改为由一个可任选地加重底座106(该底座可以位于其他地方而非图中所示位置)负担，以防止装置100在使用时发生翻倒或倾覆现象。可任选地，底座106包括用来带动该臂的电子设备。可供选择或附加地，加重底座106是临时重块，比如充满水的囊状物。下面说明其他示例性的一般设计。
在本发明一个典型实施例中，臂102是一个关节臂，用来支撑三维的运动。下面描述可供选择的设计形式，比如基于单个接头和一个延伸臂的结构。
在本发明的一个典型实施例中，臂102包括由多个接头112相互连接的多个部分组成。在本发明的一个典型实施例中，每个接头都是机动的，比如本领域所公知的机器人臂。可供选择或附加地，每个接头可选择为可锁定的，例如下面所述的。可选择地，每个接头上设置有角位置传感器和/或在顶端108处设置一个位置传感器，这样可以确定在臂102和/或顶端108空间内的位置。该接头可以是有一个、两个或更多自由度的接头。
在本发明的一个典型实施例中，臂102(例如其锁定和/或施力和/或运动)由控制器114控制，例如个人计算机或专用嵌入式计算机。可选择地，用显示器116和/或用户输入装置118与用户交流。可选择地，显示器116包括(或者限于)一个音频显示器，比如提供可听的和/或语音指示和/或反馈。
可选择地，提供一个外部连接120，用来与远程计算机和/或其他装置连接，比如作为如下面图2所述的用途。
应当注意到，装置100的一些实施装置不包括计算机。一些实施装置不要求有电源。在一个示例中，采用机械式计算机控制该装置的参数。在本发明的一些实施例中，用一个制动系统对动作进行限制(可选择地变化)。
臂的详细说明
正如下面将要详细描述的，在根据本发明的典型实施例中，各种康复方法要求臂102或者如下所述的其他装置具有不同类型的动作和/或响应。在本发明的一些实施例中，使用装置100进行的康复给装置100设置某些约束条件，例如，关于动作的平滑性、响应性、轴之间的耦合、运动平衡和/或受支撑的范围。
例如，在根据本发明的典型实施例中，一些康复类型要求患者沿一个轨迹线移动顶端108。可以沿该轨迹线预先确定阻力或也可以根本不设阻力。在任何情况下，理想的是装置100不会反过来影响患者的动作，至少在如果患者的动作是正确的情况下是这样。在一个具体示例中，顶端108不阻碍沿特定轨迹线的运动，对于不沿该轨迹线的运动则给予极大地阻碍。这样一个顶端被称为守中定向运动的顶端(neutral directed motion tip)。
为了以守中方式支持产生的3D轨迹线(例如至少沿该动作轨迹线不设阻挡)，可选择地，要求臂102在一个预先确定并且有用的动作范围内没有奇点，例如半径为0.8米或更小的球形范围内，例如0.5米或更小的球形。术语“奇点”用来确定一个点和臂的位置，当在该位置往相邻点移动时，就得经过一个或多个接头的边界，并在接头位置上要求一个相当大的变化，该变化通常需要花费时间并且展现给患者一个突然的阻挡或延迟。此外，提供守中的动作意味着，在一个想要的动作范围内，可以在任何一点提供一个均衡(并且期望为零)的阻力。在本发明的一些实施例中，可能更重要的是阻力的任何变化都要平滑地改变。在一些实施例中，臂102提供一个反力或者甚至提供运动。在本发明的一些实施例中，要求该力具有均匀性和可控制性。在一些实施例中，顶端108用来支撑患者的一个肢体，这样该肢体会感到有浮力。
臂102能够施加和/或反抗的力的大小依赖于在使用时所用到的康复方法。例如，一种康复类型要求臂102来绝对阻止一个不正确的动作，则施加在顶端108上的力高达例如100KG。在另一个示例中，臂102使用大小为只要患者感受到该阻止即可的力来抵抗运动就足够了，例如1KG。在一些实施例中可以使用一个提醒力，例如10KG的力，该力可以保证防止患者不经意地就能反抗该力而移动顶端108。
在本发明的一个典型实施例中，顶端108的运动空间范围为50×50×50cm。在其他实施例中，提供更大或更小的空间范围。该空间不需要为矩形。可选择地，该空间还包括顶端108围绕一个、两个或三个轴的转动。在一些实施例中，顶端移动的空间是一维或两维空间(也就是在一个平面或沿一条线运动)。
在本发明的一些实施例中，要求臂102响应患者的一个运动，该运动以看起来是自然的或者至少与康复运动不干扰的方式进行。在本发明的一个实施例中，臂102的响应速度大于10ms，或者好于5ms更好。
许多机械装置的一般特性是，由于结构上受制造公差、检测公差、设计和/或非最优化的影响，因此会有一些运动中无法控制的自由度。在本发明的一个典型实施例中，装置100中不能控制的运动量小于5mm或小于2mm。在本发明的一些实施例中，带弹簧的机构用来防止不受限制的后冲运动。
实现这种运动范围和响应速度以及力量的机器人技术是已知的，但是成本可能很高。下面描述各种附加的适合技术。可任选地，控制器114以被动、主动或响应方式控制臂102，以实现这些目的。在本发明的一个典型实施例中，臂102的这种主动控制导致的结果是补偿臂102转动惯量的至少80％或更多。应当注意到，对于不同情况可以要求不同的数值，例如更大或更小的响应速度或一个更大或更小的不可控制的自由度。
臂102的长度是，例如1米、0.8米、0.5米、0.3米或者任何更大、更小或中间值。
运动类型
在如图所示装置100中，受到控制的运动是一个点的运动，即顶端108。通过给顶端108提供各种固定部件，可以将顶端108连接到例如身体的骨架、关节或不同部位上。该固定部件可以是刚性的，例如利用带子或者可以与患者运动协作，例如作为一个把手或者支架。可以提供特定的固定装置，例如用于手、臂、肘、膝、踝和/或肩。还有，如下所述，为了在身体的不同点、身体相同或不同部位上的固定，可以设置多个顶端108(可选择地，有单独的臂102)。
当提供康复时，可以支持各种类型的运动，例如下面中的一个或多个：
a)被动运动。顶端移动(借助于装置100)并且患者随之移动。
b)有抵抗的运动。患者移动顶端108并且遇到阻力。该阻力可以是各种大小并且在所有方向上是均匀的或者有方向性。
c)有协助的运动。当患者移动顶端108时，臂102上的正反馈增加患者移动方向运动的力量。
d)力场的运动。患者移动顶端108。沿某一个轨迹线遇到一个阻力水平(或者没有)。偏离轨迹线是不被允许的或者会遭受阻力。图3A示出这样一个力场的示例。沿着一个“正确”轨迹线302的运动可以没有阻力，或者可能受到协助。在轨迹线302周围的空间304中就展现出一个增加了的阻力。在周围空间306中展现出了一个甚至更大的阻力。在外围空间308中可以阻止运动。在本发明的一个典型实施例中，当不在轨迹线302上时，就施加一个校正力矢量310，指向轨迹线302。可选择地，替代一个校正的力，阻力作为距轨迹线302的距离的函数而变化，这样，顶端108的运动自然就会被迫回到轨迹线302上。图3B是表示一个路线的分支和所施加力之间关系的图表。可选择地，该力施加在该路线方向上。或替代地，该力可能是一个单向性的阻力。
这种类型的运动可用来协助训练患者做要求的运动。
e)对称运动。要求顶端108的运动与不同部件运动的轨迹线对称，例如下面所述的双肢康复练习。
f)自由运动。患者以其想要的任何方式移动顶端108，可能接受反馈。当患者(或者治疗师或者助手)移动顶端108时，装置100可以记录下来用于将来的回放。在一个回放模式中，可以利用其它模式可任选地重建该预先记录的运动(或路线)，可任选地，该记录下来的路线被例如自动或手动地修改(例如被光滑或其它编辑)。
g)一般力场。确定一个与任何具体轨迹线不关联的力场和/或助力场。例如，可允许用户实施轨迹线的一个范围，或者可模仿的一个真实或虚拟场景(例如水，有障碍物的区域)。
h)局部力场。仅作用在局部小区域和/或仅在一维或两维中的一个力场。
I)受限制的运动。支持或阻止一个目标身体的一个或多个点移动。可选择地，测量患者身上的这些点和移动点之间的角度。在一个示例中，肘被固定在一个专用扼具上，只允许一个肩运动。在一些实施例中，该限制是局部的和/或由一个可移动部件提供(例如臂102)。
J)初始运动。患者开始该运动(例如1cm的运动或100克的力)，并且装置100完成或协助患者完成在空间中的该运动。可以在整个轨迹线上或者部分轨迹线上完成该运动。
K)实施运动。装置100开始该运动并由患者完成该运动。装置100可以以各种方式协助完成剩余的运动(例如运动开始后，通过改变这里描述的各种模式之一来协助完成)。如果患者不能拾起该运动，则装置100可以产生一个提示，例如一个音频提醒装置。单一运动轨迹线的不同部分可以具有机器初始定义。可选择地，如果患者运动过慢，装置100就开始该运动。
L)有提示的运动。在根据一个不同模式开始运动之前，患者从该系统接收一个提示。该提示可以是，比如顶端108的振动、皮肤上的刺激垫、语音或可视提示。在本发明的一些实施例中，用提示的强度和/或时限和/或其它在进行的运动(例如一个可视显示器和游戏)协助训练不同模式之间的协调性，例如，手眼协调。可以使用一个运动提示来训练动觉感应。
M)教导模式。装置100教导一个运动。在一个示例中，一个治疗师执行一个运动，每个点的运动参数被记录下来，然后用来进行练习。教导该系统的另一种方式是利用治疗师采用的一个路线。治疗师可以用一个控制器来指示一个被教导的点，或者可以定义一个连续模式，通过该模式可以获得一个完整轨迹线。可任选地，在重放之前编辑该路线和这些点。可任选地，在回放之前，例如通过平滑或确定运动各点，这些路线被提炼出来。
因此，在本发明一些实施例中，康复装置100可以提供一个或多个等动力、等张力和均衡的练习。
应当理解，对一个顶端108所跟随的轨迹线的定义可以包括速度参数(例如，路线的轨迹线、速度轨迹线、力的轨迹线)。例如，可以协助、或强迫、或期望一个用户按某个速度移动顶端108。该速度可以是比如绝对速度或相对速度(例如要求一个均匀速度和与一个非均匀轮廓匹配的速度)。
可选择地，确定一个角度轨迹线，该轨迹线在顶端108的角方向上设置限制。在一些实施例中，该限制是一维的。在其他实施例中，该限制是两维或三维的。
在一个具体康复情景中，速度、角度和空间轨迹线可以分属上述不同的运动模式。例如，空间轨迹线可以是力场类，而速度轨迹线是自由或协助类的。轨迹线和/或参数的类型可以作为时间函数和/或作为早先特性的函数而沿着轨迹线而改变。例如在一个轨迹线后部的一个很小的协助可以提供给这样一种类型的运动，该运动在该轨迹线之前部被正确地(或比期望的还好)执行。
轨迹线可以是绝对的，例如被定义为装置100上的一个静止点或一个不同点的函数。在其它实施例中，轨迹线完全是相对的，例如，要求患者沿一条直线移动一只臂，而不考虑开始点。在其他实施例中，轨迹线是部分相对的，也就是是一旦运动开始，这将确定轨迹线剩下部分的形状，例如，一个轨迹线的开始部分表明患者是否是站立或者坐着，因此就可以预料手的运动是什么类型。
在一些实施例中，如下所述，其中确定多个点108的位置，每个点的运动类型可以是不同类型。在一些实施例中，被定义的是，轨迹线是两个或多个空间中的点的函数。例如，如果用两个点确定一个肘的形状(例如骨骼之间的角度)，该轨迹线约束就可以定义在该肘的运动上。该运动在空间中可以是相对的(例如两个点之间的比较)并且不是绝对的(例如与一个装置的参考点相比)。在另一个示例中，为不同点提供不同限制，例如在一个点限制角度，而对另一个点限制速度。
应当注意到，在本发明的一些实施例中，提供一个张量或张量场，空间中的每个点可以与一个速度、力和/或转动相关联，所有这些可以是标量或者矢量。
在本发明一些实施例中，为一个轨迹线的不同部分或者为空间的不同部分定义不同模式(例如为一个具体的臂)。可任选地，可以根据实际特性激发一种模式。例如，如果运动矢量低于某个阈值，则提供有更多协助的模式。同样地，超过一个阈值的暂停可能意味着一个更多协助的模式。一个准确运动可能意味着一个更少协助的模式。
在本发明一个典型实施例中，可以自动改变模式，例如，当接近患者肌肉运动极限时(例如运动范围)或者当接近认知极限时(例如空间忽视区或时间忽视区，比如长期运动)。
典型用法
图4A是根据本发明典型实施例的装置100使用方法的流程图400。
在402中，装置100通电(对于电子设备)。可选择地，当触摸臂102或者移动一段距离时，便开启装置100。做为替代地，臂102的运动可以给装置100提供动力。
在404中，如果使用远程连接器120，则装置100可选择性地下载指令，例如建议要做的运动是什么和/或期望执行的程序是什么以及在身体其他位置治疗得到的结果是什么。或替代地，患者向装置100确定身份，例如使用代码、从列表中选择姓名或利用用户输入118使用智能卡或磁卡。或替代地，患者的康复信息储存或索引在该磁卡或智能卡上或者在袖珍闪存设备上或是移动硬盘上。
在406中，选择要执行的运动。在一个更加自动化的装置中，可以从例如从操作列表中自动或由患者进行该选择操作。在一个自动化程度不高的装置中，例如患者可以根据一个计划图表进行，该图表由康复中心或由一个指导治疗师提供。
在408中，可任选地，臂102被移动到一个开始位置，例如由装置100或由患者移动(例如直接地或者允许装置100这样操作)。应当注意到，在一些轨迹线中，没有预先确定的开始位置。而是用实际开始位置来确定该轨迹线的其他部分。
在本发明的一些实施例中，指示或测量患者相对于装置的位置(例如通过可视装置，通过机械固定部件)并且相应调整程序。
在一些情况中，根据另一种方式调整装置100。例如，可在顶端108处固定一个特殊把手，或者装置的支脚可以升高或降低。在一个可折叠装置中(例如折叠架)，可以将装置组装起来。可选择地，可以在使装置100运动起来之前完成该组装。
在410中，对患者执行一个可选择的热身过程，以保证其已做好活动准备。可选择地，使用一个或多个生理学传感器例如肌肉温度传感器(例如皮肤表面)以保证患者的已充分热身。
在412中，可选择地对患者进行测试以确认一个预期的当前能力。
在414中，测试结果或替代地用来修正被选运动的一个或多个参数或者来选择一个不同的运动，例如根据患者测试期间的成绩不够还是超过来确定。典型的修正包括：减慢期望的速度、减少期望或阻抗的力、减小期望或允许的运动范围并且减少重复的次数。
在416中，按照如下方式完成该活动，例如连续完成20次被动运动，或者沿整个轨迹线利用0.5Kg阻力完成运动(由患者执行)。在另一个示例中，该阻力作为速度的函数而增加，或者如果速度高于或者低于一个被定义的速度轨迹线，则可选择使用如上所述的一个模式或不同模式的组合。
在418中，可任选地记录活动期间可任选进行的各种测量结果。也可以随着活动同时完成该记录。
在420中，可以根据该活动提供反馈，例如给患者、康复专家和/或装置100反馈。可任选地，还提供关于生理状况的反馈，例如根据增加的运动不规则性和/或根据脉搏速率或其它生理参数确定疲劳度。
在422中，可任选地，决定是否重复动作和/或选择一个新动作。可根据例如患者的进步和/或疲劳度作出该决定。
在本发明的一个典型实施例中，装置100自动生成一个CPT码或其他结帐的报告。可选择地，生成一个治疗师证明和/或修改的报告。在本发明一些实施例中，患者的进步用来评定将来期望的付款和/或练习和/或建议性的指导。可任选地，在使用和改进使用该装置中，这些未来因素、患者的提高、流逝的时间和或患者的动机用于由健康护理提供者决定未来财务支持。
在本发明的一个典型实施例中，如果设定的时间过去后，(例如几个星期)，在功能或其他测量参数上没有提高，则可以停止该财务支持。在另一示例中，基于在特定区域(例如患者精确性)中所记载的改进，可以扩大该治疗支持。在另一个实施例中，该治疗的支付者可以坚持使装置的使用费用最低(例如如果将一个装置送到该患者的家里)。通过检查一个进行中的使用报告(可以在线)，该支付者可以决定继续或停止使用。
在本发明的一个典型实施例中，该装置可以仅生成代码和/或报告，例如利用一个查找表(每个练习可以有一个相关代码)使用表格并且还可根据其他因素比如动机和计划完成情况自动生成报告。
计划和长期进度
图4B是根据本发明一个典型实施例的装置100被长期使用的流程图430。
在432中，可以使用装置100对被确认为需要康复的新患者进行测试。例如，这些测试可以包括运动范围的测试、对在空间不同点所施最大力的测试和/或力量控制以及运动控制灵敏性(fineness)的测试。在本发明的一个典型实施例中，装置100计算肢体尺寸(或者利用照相机检测)并利用该肢体尺寸调节预储存的练习，例如调节其轨迹线和/或开始点。
在434中，分析测试结果，以确定患者的需要并确定康复目标。该行为可以例如手动或自动或在装置100的支持下进行手动。
在436中，起草一个康复计划，包括一个或多个期望的计划表、各种被允许和/或被要求的用于该计划各部分的练习及练习参数、定义涉及该练习的被增加或减小的难度水平、被允许和/或要求的练习顺序、每个练习重复的次数、热身要求、记录的数据表、患者可修改的信息表、不能被通过的一个或多个安全参数、和/或一个或多个参数警告值，处于该警告值时给患者提供报警和/或一个监测患者进程的康复预期。应当注意到，虽然产生一个康复计划是一个已知运动，但是在本发明的一个典型实施例中该计划是特定的，例如考虑一个或多个长期康复的可能性、包含可方便在家中拥有一个装置用于多个短期阶段的可能性、用一个装置提供多个运动、远程监控器的需要和/或根据本发明一些实施例的一个装置的可编程序性和可响应性。该计划可以手动、自动或在装置100的协助下手动产生，例如自动生成一个初始计划，然后由人来评注或批准。
在438中，在被监控情况下执行该计划。在本发明一个典型实施例中，该监控是手动的。可选择地，至少一部分监控是自动的。
在440中，可以响应该监控结果修改该计划，例如如果检测到进程较慢，则可以改变计划时间时段。
在一些情况下，当进行康复时，新问题可能会出现或成为重点问题。在一些情况下，该计划可以被修改(440)。在其他情况下，可以重复测试(442)，一般都会至较患者所开始估计的更轻的程度。
在一些计划中，周期性测试(例如在患者家中的装置100上)是该计划的一部分。这种评估测试还可以用来确定完成康复的时间。
在444中，通常可以完成康复活动并且可以可任选地制订一个训练计划，例如确保对康复的维护或者为其他原因(比如防止恶化或防止肢体或关节被忽略)。
在446中，可以执行对患者的长期监控，例如一星期一次或一月一次对患者的能力进行测试。
在448中，可以确认患者的新需要，例如根据监控或根据周期性的一般测试。在一个示例中，一个患者，在关节炎需要康复的时间过去之后，可以确定进行中风康复训练。在本发明的一个典型实施例中，可以为患者创立一个个人概况档案。例如，该测试图可以包括一系列要进行的项目，例如运动的平滑性，这些项目可以随着时间的过去被依次地处理或者如果测试期间检测到了某个阈值(例如运动质量变得低于一个阈值)时处理。
正如这里注意到的，本发明一些实施例的一个特性在于，装置100可使用于一个较宽的范围，包括远距离治疗，并且从初始康复开始到后续康复(例如为了保持一种能力)一直跟随患者并进行诊断。
得分和时间估算
在本发明一个典型实施例中，对患者的能力和/或进程进行打分。在本发明一个实典型施例中，这种记分是用来协助决定未来康复的需要和/或形式。可供选择或附加地，记分用来监控康复练习的效果和/或协助在练习之间进行选择。可供选择和附加地，记分用来保证满足患者的需要(例如个人康复需要或平衡康复的需要)。在本发明的一个典型实施例中，计分用于识别获得进步地方面及归因于没有进步而可能需要额外治疗或修改治疗的方面。
在本发明的一个典型实施例中，利用下面一个或多个测量结果对患者的能力和/或进步打分。
a)动作记分可以包括：运动范围、运动时间、力量、平滑度、没有颤动、颤动程度、痉挛状态、肌肉紧张、运动的精确度、运动质量和/或力的技巧(力的控制，例如不打破鸡蛋)中的一个或多个。可以为了某个关节或者为一个复杂运动来定义这些，例如为了用手指夹紧、用手保持、单臂的移动。此外，可以使用一些功能性分数例如让患者可以移动装满的玻璃杯的速度，以及捡起和放下物品的能力。
b)认知分数可以包括：运动(运动能力)和感官之间(例如视觉、听觉的)的协调、反应速度、任务成功完成的百分率、完成的质量、错误、计划能力、所用指令的复杂性水平(例如水平1是简单的视觉和听觉指令比如屏幕上向前箭头和音频的口头指令，而水平5是为诸如跟随如屏幕上所示之3D路径的复杂的屏幕与运动交互作用)中的一个或多个。
c)精神存储(mental stores)可以包括：在患者能力范围和/或疼痛包络范围内成功完成的任务、自身工作的测量、系统所要求的轻推量、使用的连贯性(例如在家)中的一个或多个。
在本发明的一个典型实施例中，使用类似损伤的数据库或使用在相同时间所康复的患者得分来相对于其它患者而校准患者的得分。可替代地或附加地，在健康与非健康肢体之间进行计分。
在本发明一个典型实施例中，记分被用做诊断中的辅助。在本发明一个典型实施例中，当对患者进行诊断时，为个体身体部位能力和一般能力产生分数(例如通过提供适合的练习)。在本发明的一个典型实施例中，装置100通过进行实验然后分析这些结果来分析患者的能力。在一个示例中，通过产生包括两种练习在内的一系列练习，装置100测试患者是否能更好地响应一种练习或是另一种练习。然后分析患者执行的结果来抽取趋向，该趋向表明那一个被控制的变量对患者有更好或希望的效果。可选择地，人体治疗师选择该初始的可能练习。可供选择或附加地，人体治疗师决定在这些练习上可以花费的时间百分比。针对每个患者情况，通过治疗师可以调整该记分方法或解决办法，例如调整测量精度或分数的动力范围或期望的结果(例如定性测量)。
在本发明的一个典型实施例中，患者可以展示在肌肉力量分数上的一个提高，但是不能展示精度方面的相应提高(关联性可以是例如对应于一个表格或对应于同一患者、可能是对于同一肢体的一个预先趋势)。在这样一种情况下，可以修改该患者的该练习计划，以包括更多的精确集中练习以及更少的增强肌肉练习。应注意到，不是所有康复计划都是以在多个测量中的同时进步为目的。在一些计划中，集中进行一个测量，一旦在该测量上实现了一个期望的进步，再集中进行另一个测量。
在本发明的一个典型实施例中，关于进程的分数用来估计达到目标的时间。可选择地，该估计是基于下列变量中的一个或多个：动机、先天才能和当前伤残。可选择地，先天能力通过跟踪该进程而估算出来。可选择地，将一组不同情况结果和估计的时间储存在一个数据库中并用来产生一个估量。可选择地，用一个神经网络。可选择地，采用下面描述的方法估计动机。可选择地，可以进行人工估算。可选择地，时间估算还包括必须满足的不同分数的阈值。例如，可基于一个被维持动机来调解估算。检测到动机的减少可以用来促进预计进程的更新或建议特定治疗。
家庭使用
在本发明的一个实施例中，装置100可适宜用于家庭。该适宜可包括以下一个或多个特征：
a)尺寸小。例如，装置100的占地面积可以少于1平方米。可选择地，装置的尺寸可以符合标准门宽(例如宽度为60厘米或70厘米或80厘米)。
b)简单接口。在本发明的一典型实施例中，装置100具有用于使用者的简单接口，其(例如)包括较少数目的选项自其挑选使用的图解和/或语言指令和/或经设计以被典型成人理解的反馈。在本发明的一典型实施例中，使用有线或无线悬吊物或腕戴式控制器。举例而言，此控制器可具有有限的命令组，其包括练习选择器标度盘、用于选择练习的试行或较慢版本的按钮、开始或停止练习的启动按钮、增加或减小练习难度等级的刻度盘或一对按钮及用于反馈的LED或LCD显示器(例如，红色LED用于指示不好及绿色LED用于指示良好)。在一替代实施例中，装置100为语音启动且受控的，例如使用IVR(交互式语音响应)类型的菜单系统。
c)灵活性。在本发明的一典型实施例中，装置100经设计以由不同大小范围的患者(或住在家里的人)使用，且用于不同治疗范围、用于复数个不同身体部位和/或附肢(例如，1、2、3或4个肢体或身体部位或更多)。在某些状况下，可提供多种附件。可任选地，装置100适合以多种定向安置和/或接近家庭活动，诸如在桌边用于进食的康复和/或日常生活的活动。
d)没有固定。在本发明的某些实施例中，将装置100简单地固定至一表面或根本不固定，藉此简化安装及解除安装。
e)行动性，以下详述。
f)可任选地亦支持其它家庭设置，例如当患者在床上、在客厅和/或在后院时。
在本发明的一典型实施例中，装置100连接至诸如TV或HiFi系统的家用电器。在本发明的一典型实施例中，可自TV来指导患者或使用者可使用TV作为反馈与系统一起运动。在另一实例中，机顶盒(视讯转换器)用作局部处理器和/或至远程站的通信端口。
在本发明的一典型实施例中，利用了装置100在家里且便利地定位使得患者一天使用多次的事实。在一实例中，较之在研究所处所可能的情况，康复活动经设计覆盖一天的更多部分(例如，半天或整天)，同时仍允许患者具有无康复活动的生活。举例而言，康复计划可要求遍布整天的/间隔为一小时的十个5分钟疗程。
在另一实例中，装置100与现实活动交互作用和/或使用现实物体，如以下较详细所述。特别是，此允许康复计划展示(且达成)处理现实情况的患者能力的真实进程(诸如吃饭及穿衣)。
在本发明的一典型实施例中，互相连接独立住宅中的装置(例如，在家庭中或在朋友之间)。可任选地，参与者中的一者可使用计算机而非装置100来交互作用(例如，使用鼠标运动以模仿装置操纵、或作为使用标准计算机接口的游戏中的游戏者)。
在本发明的一典型实施例中，装置100与门诊诊所通信使得家庭活动及诊所活动为同步的。可任选地，患者携带包括其个人数据的内存单元(例如，USB记忆卡)。
在本发明的一典型实施例中，家庭系统对患者产生练习提醒(例如，听觉提醒或电子邮件或SMS提醒)。
远程使用
如上所说明，装置100可任选地用作分布式系统的一部分。图2展示典型分布式康复系统200。
展示具有康复装置100的一或多个家庭。网络202(例如，因特网、电缆网络、蜂巢式网络或电话网络)将装置100连接至远程站。在本发明的一典型实施例中，远程站为包括具有显示器206及使用者输入208的计算对接站204的康复中心。单站204可任选地实时监视多个装置100。可在相同或不同场所处提供复数个站204。可任选地，复数个站204用于监视单一装置100。举例而言，每一装置100可具有由中等熟习此项技术者进行的低等级监视，该中等熟习此项技术者向熟习此项技术的监视者展示较难问题，该熟习此项技术的监视者负责许多不熟习此项技术的监视者或与许多不熟习此项技术的监视者联合协作。
亦展示了一可选携带型连接212，例如使用膝上型计算机。
亦展示了一可选远程数据库210，其可为一或多个患者(例如，100或1000个患者或更多)储存数据。尽管数据库可位于康复场所，但此并不是要求的。在某些状况下，数据库为分布式的，例如在康复场所和/或使用者装置100中。
在本发明的一典型实施例中，基于患者具有类似(或重叠)食物、治疗和/或预测和/或根据个人匹配，将一群患者收集至网络中。在本发明的一典型实施例中，将该群组成员的进程呈现至其它成员，可能地激励竞争。对于具有较低动机的患者，可提供支持群组(例如，患者较其它成员更为先进的群组或进行团体努力而非竞争的群组)。
在群组活动的一实例中，复数个患者中的每一者在角色扮演游戏中具有一角色。可根据患者能力来设定每一患者/角色的难度。可选择群组领导者。在另一实例中，要求每一游戏者复制群组领导者的移动和/或指令。可任选地，由每一游戏者的装置100保护每一游戏者不超越其能力。
可支持除监视者以外的其它类型的使用者，(例如)患者的全科医生、或家庭成员或护理者能够登录且观察患者进程。
远程康复可跟随若干路径，(例如)以下的一或多者：
a)实时监视。可任选地，邻近装置100提供相机214以允许治疗师侦测问题和/或向患者提出建议。可任选地，由治疗师实时分析数据。可任选地，使用具有动画软件或VR(虚拟实境)的实时重建。或者，提供离线分析。可提供不同价目表(pay schedule)用于不同类型的监视。另外，不同的康复需要可指示在远程治疗师与患者之间的交互作用程度。可任选地，由治疗师来控制相机214，例如变焦距拍摄和/或摇摄患者的某部位。可任选地，预先计划相机路径以追踪患者和/或患者身体上各点的计划或实际运动。替代相机214或除相机214以外，可由与装置100相关联的多种位置及定向传感器来提供实时监视。此亦可仅需要与视觉监视相比而减小的频宽。
在本发明的一典型实施例中，治疗师可(例如)使用听觉视觉方法和/或藉由命令装置100以某方式(例如，增加力、改变轨迹或防止患者超越安全限度)响应来提供实时反馈。
b)现场开始。现场开始康复治疗过程(例如，在相机上)，且一旦治疗师确信患者可独立操作，则停止监视。可任选地，患者可请求帮助，例如在活动期间或在活动之间。
c)计划。由远程站(例如，每周或在每一治疗过程开始时)提供包括练习和/或用于装置100的编写的计划。在某些实施例中，计划为自动的且可任选地在装置100处有或没有患者输入的情况下而执行。
d)监视。远程站可专用于分析自装置100或另一位置上载至其的数据且建议改变。亦可实施其它类型的监视，例如检查以了解患者如何定期使用系统和/或用于了解意见。康复中心可执行(例如)每周检查且可能地要求周期性测试。可任选地，可召集患者到达康复中心(例如)以测试、教示和/或额外治疗。
e)测试。在本发明的一典型实施例中，远程站使用装置100以管理对患者的测试且评估其状况和/或进程。在本发明的一典型实施例中，此测试用于评估药物的功效和/或为患者规定的其它治疗。可任选地，周期性测试用于选择最有用的药物，例如用于具有帕金森氏疾病的患者或用于痉挛患者。
f)家庭治疗师。在本发明的某些实施例中，治疗师将为了康复治疗过程(rehabilitation session)到达患者家里。举例而言，治疗师可设置装置100、标记正确开始位置、为特定患者(例如，大小)校准装置100和/或教示患者装置100的使用。可任选地，治疗师(例如)为了建议和/或监视其工作而可存取和/或与远程站联系。举例而言，当治疗师为稍后治疗过程而来时，远程站可帮助比较当前与过去表现。可任选地，治疗师随身带着装置100。可任选地，治疗师带来两装置。可任选地，由治疗师带来的装置用于控制已在患者家里的康复装置。
g)远程维护。在本发明的一典型实施例中，可自远程位置来维护装置100，其(例如)包括：装置100对机械问题的一或多个报告；在有或无患者帮助的情况下装置100的机械能力的远程测试；在有或无患者帮助的情况下装置100的感应能力的远程测试；下载及上载登录；和/或下载及上载软件。可任选地，装置100收集远程访问的记帐信息。可任选地，装置100收集可(例如)由保险公司使用的使用信息。在某些实施例中，对装置100的远程访问经设计以维护患者隐私，例如藉由隐藏患者身份信息、藉由限制对多种登录及记录的存取和/或使用密码及其它验证方案。
h)远程动机治疗过程。在本发明的一典型实施例中，装置100用于侦测降低的动机程度且现场治疗师(可任选地紧急时提供)可提供现场鼓励和/或指令。通常可提供现场远程治疗过程。
在本发明的一典型实施例中，在远程位置处提供虚拟实境方法(例如，安装护目镜的显示器)以帮助远程操作者感觉在较好控制中。可替代的或附加的，操作者可操纵其视点。在本发明的一典型实施例中，使用多种传感器(例如如下所述)来移动患者模型，用于远程和/或局部反馈。
其他使用方案
在装置100的某些实施例中，可以与上述不同的其它方式来使用装置100。举例而言，在本发明的一实施例中，提供监督群组，其中一或多个治疗师注视/监视/支持各在不同装置上的复数个患者。在此监督群组中，可实行以下方案中的一或多者：
a)携带——治疗师将复数个装置100带到市中心或老年人家里或类似地点，且对一群组使用者教示一治疗过程。
b)游戏——每一患者在游戏中扮演角色且保持得分。在冒险游戏的实例(例如，角色扮演游戏)中，患者可藉由使用康复练习改良其能力来获得生命点、武器、能力及其它项目。游戏就个人来说适合于一或多个患者，例如藉由提供帮助至需要其的那些患者。在本发明的一典型实施例中，游戏需要患者进行某些身体活动。活动可根据患者的康复需要而在患者间变化。VR或较简单显示技术(诸如屏幕)可用于帮助患者变得沉浸于游戏中且较少注意其它游戏者。当患者为分散的且由网络(诸如因特网)互连时亦可玩此等游戏。
c)调入群组——患者可加入已有群组或游戏或治疗过程以形成虚拟“治疗室”。可任选地，与康复练习同时提供聊天热线。可任选地，提供康复服务器用于装置100以接通且登记需要、获得至其它装置的连接和/或控制对治疗师的存取。
在本发明的一典型实施例中，例如由治疗师来监督群组且治疗师可使用网络摄影机监视群组。可替代的或附加的，可使用VR或仿真在治疗师系统上重建患者练习。可替代的或附加的，治疗师可观察由系统所产生的数据(诸如得分)。可任选地，可(例如)基于支付计划来提供在治疗师与患者之间的不同交互作用等级。在一实例中，现场连接可仅用于较高支付的患者。在另一实例中，网络摄影机接口可用于仅较高支付的患者。同样地，支付计划可指定其它治疗参数，例如练习的复杂性、观察等级、在患者与听觉视觉效应和/或游戏的质量之间的交互作用。可任选地，由系统实际提供的康复量亦视支付人而定。可替代的或附加的，根据所执行的康复来向支付人开账单。
d)测试和/或训练——在本发明的一典型实施例中，由治疗师使用群组以试验新治疗观念且实时接收来自患者的关于使用不同方法的相对益处及问题的反馈。可任选地，此群组用于训练目的，例如用以允许治疗师大体上同时观察相同和/或不同症状的多个患者。可任选地，若识别到差异，则治疗师可经训练以侦测此等差异和/或可被展示如何为其不同地康复。
在本发明的一典型实施例中，进行连接系统方案。在一实例中，使用主从关系(例如，在其间使用有线或无线(例如，蓝芽、蜂巢式或WiFi)连接或在其间使用网络连接)来连接两装置。主控者可为(例如)儿子(或女儿)，及从属者为儿子帮助康复的年老父母。此允许局部麻痹的父母使用康复练习作为与家庭维持联系的方式。可替代的或附加的，局部麻痹的父母可接收来自家庭成员的支持。此支持亦可包括关于如何使用系统和/或尝试什么练习的建议。
连接装置100(或具有多个臂102的单一装置)的另一典型使用是用于儿童游戏。在本发明的一典型实施例中，局部麻痹的儿童与健康儿童一起玩，每一儿童操纵一单独的臂或装置。可任选地，由装置100(例如)提供速度增强或提供周期性自动动作来补偿局部麻痹的儿童的动作能力。若儿童玩角色扮演游戏或运动模拟(例如，网球)，则装置100可补充局部麻痹的儿童的能力，同时仍允许儿童对游戏的某些控制(例如，允许局部麻痹的儿童实际上执行20％的移动)。装置100可控制对局部麻痹的儿童的支持程度以确保公平竞争。
反馈及患者使用者接口
预想多种类型的反馈与本发明的典型实施例一起使用，例如以下的一或多者：
a)来自患者的反馈。可任选地，患者可(例如)使用语言批注或文字批注将反馈提供至治疗师。在一实例中，在活动期间提供此反馈。在另一实例中，患者回顾活动记录且接着添加注释。在由本发明的典型实施例所支持的某些活动中，当达到某情况(例如，最大力)时要求患者操纵一控制。亦可由患者来提供反馈用于计划或进程，不仅为个别活动。
在本发明的某些实施例中，由装置100处理患者反馈以修改和/或决定当前或将来活动和/或其参数。举例而言，若患者标记某力为最大力，则稍后活动将不超过该力。在本发明的一些实施例中，不需要明确的使用者反馈，相反系统可(例如)基于控制难度隐含地判定何时接近最大力并在由此判定的力上编写将来活动。
b)对患者的反馈。在本发明的一典型实施例中，(例如)在活动期间、在休息中和/或在活动之后将反馈呈现至患者。举例而言，此反馈可包括对使用者的指示，该指示为其在不正确地执行活动、应不同地进行将来循环和/或在当前与过去表现之间的比较和/或其它统计。应注意，在许多状况下，正反馈与负反馈一样重要甚至更为重要。此视所使用的康复方法而定。正反馈可为(例如)听觉鼓励、鼓掌声音、视觉愉快屏幕和/或得分增加。
可使用独立组件(诸如以上悬吊物)和/或使用虚拟实境装置(诸如安装护目镜的显示器)来提供多种反馈模态，例如，语言及听觉反馈、含有文字或图形的显示、标记视讯影像、装置100(例如，由尖端108)上的力或振动反馈，其中展示错误(或正确动作)的类型、位置和/或其它参数覆盖于活动的实像或虚像上。
例如于2004年12月7日申请的美国临时申请案第60/633,429号(该案在与本申请案相同的日期且由相同申请人申请为PCT申请案，题为“Rehabilitation with Music”且具有代理人案号414/04396，两申请案的揭示内容以引用的方式并入本文中，其的揭示内容以引用的方式并入本文中)中所述，音乐可用作反馈模态，尤其对于具有有限认知语言和/或视觉能力的患者。举例而言，音乐可用于指示运动质量，可由运动所产生或可由装置100所使用作为对患者的指令或提示。
c)对治疗师的反馈。在本发明的一典型实施例中，本地或远程治疗师具有反馈。此反馈可包括(例如)一或多个使用程度(例如，包括当治疗师不注意时患者是否练习)、力度、错误指示、错过通知、超过或满足特定参数、预定警示、运动质量(以下所述)、安全情况和/或当前和/或过去活动的统计分析。
d)来自远程治疗师的反馈。在本发明的一典型实施例中，由远程治疗师来提供反馈(例如，如上所指示患者可接收的反馈)。可任选地，此反馈包括送至装置100的是否重复某练习和/或修改参数的指令。在本发明的一典型实施例中，以断点限定练习或治疗师可添加断点，在这些断点时治疗师、患者和/或装置100(例如视实施例而定)可决定(例如)是否修改将来参数、强加休息和/或若未达成所要结果则重复活动。若患者未进行决定及足够快地或在较短、预定暂停期间内进行决定，则患者不需要注意此断点。
e)来自装置100的反馈。视装置100的自动化程度而定，可由装置来提供反馈(例如，指示阈值已过去或指示安全问题)。
f)来自所附着的传感器片(patch)或基于患者和/或装置100的影像的分析的反馈。以下参看图5来描述此等典型片。
g)自一装置至另一装置的反馈，例如在主从模式的操作中。
在本发明的一典型实施例中，语言为康复过程的一部分。在一实例中，装置100响应于或期待语音命令。在另一实例中，装置100产生语音指令。
某些使用者需要简单接口。在一实例中，对使用者(患者)的指令为简单红灯/绿灯以指示进行及停止。
可提供复数个不同类型的提示以指示由患者行动的需要，例如听觉、触觉、(装置100或片的)振动、相对肢体的运动、视觉(例如，闪烁屏幕)和/或速度改变。在本发明的一典型实施例中，例如突然发出的声音(或呼喊)的震撼(例如)用于警示以别的方式不响应的患者。
在本发明的一典型实施例中，虚设身体用于对患者展示装置100(例如，臂102)的运动对患者的效应。
可任选地，所使用接口界面的复杂性随患者康复进程、且患者认知能力改良和/或患者具有较多注意力剩余而增加。可任选地，例如如下所述，藉由选择用于匹配患者能力和/或在某些非动作活动中训练患者的接口，使用者接口用于(例如)执行同时认知、感知及动作康复。
精神状态
如上所说明，任何特定患者的康复进程通常视以下的一或多者而定：认知能力(若患者不能清楚思考，则动作计划(motor planning)是困难或不可能的)、精神能力(若患者不具有动机，则康复是困难的)及动作能力。
在本发明的一典型实施例中，可由装置100来测量和/或支持此等中的一或多者。可任选地，由系统100来判定支持程度和/或类型的改变。可替代的或附加的，由使用者来判定支持的改变，或由使用者来设定如何根据得分而改变支持的计划。
认知能力的支持是藉由(例如)提供简单显示、多个模式的信息呈现、提醒和/或多个提示。例如，可藉由提供测试或藉由评估游戏中的表现(其中需要认知能力)来测试认知能力。在某些状况下，在认知能力与感知能力之间进行区别。
在本发明的一典型实施例中，要求患者执行动作任务(例如，向前移动)，其理解任务的能力取决于认知能力。看见屏幕上的目标或实际接收指令(例如，视觉或语言)的能力取决于其感知能力。
动作能力的支持系藉由(例如)以上所述运动的多种模式。动作能力的测量是藉由(例如)提供具有标准结果范围且将结果置于已知刻度盘上的练习。
在支持精神状态中，这里在本发明的一些实施例中提供多种方法：
(a)装置100(或远程控制器)而非患者可供应初始力(例如，初始运动及初始练习重复)。
(b)装置100可提供诱因，例如得分、特定反馈组件(诸如影像、笑话、有趣图标、笑声和/或休息期)。
(c)装置100可支持群组，其中该群组的成员彼此提供动机(例如，经由协作和/或竞争)。
(d)装置100可提供游戏。
(e)装置100可指示缺乏动机，该情况建议有提供安慰的需要。
(f)装置100可藉由呈现安全特征和/或经设计以减小疼痛的特征(例如，使用者指示疼痛范围且装置100确保仅当预先警告患者时才越过疼痛范围)来增加患者动机且减少害怕。在本发明的一典型实施例中，使用者藉由当到达疼痛点时按压控制或由治疗师这么做来对装置100指示疼痛范围。亦可使用专用疼痛传感器，例如侦测神经活动或侦测诸如出汗或加快脉搏的生理改变。
(g)装置100可选择性提供正反馈或负反馈。
(h)可设定装置100或多或少地原谅错误。
(i)装置100可追踪哪些练习看似激发患者的较多动机和/或协作。
(j)装置100而非患者可提供注意力，例如持续注意以确保一旦开始则进行运动。若错误出现，则并非要求患者注意其，装置100可侦测错误且提供提示以校正运动——藉此减小对患者的精神及认知负载。
尽管可由人来估计动机及诸如抑郁及退缩的其它精神状态，在本发明的一典型实施例中，藉由侦测其在表现上的效果由装置100来测量或估计这些。在本发明的一典型实施例中，装置100评估(例如)以下的一或多者：患者有多么努力的工作、患者进行其任务有多好、在治疗过程内及之间的进程、对刺激的预期响应和/或在不同任务之间和/或随任务的变化。
在一测量方法中，比较患者在任务中的表现与在游戏中的患者表现(例如，运动范围、速度准确度)。在玩游戏增加动机的假设下，在游戏与练习之间的表现的差异可指示在理想任务与理想任务之间的动机差异度。
在另一测量方法中，装置100用于测量患者能力的范围，例如ROM(运动范围)、疼痛限度等等。假定相信诊断治疗过程能提供关于患者能力的相对准确的信息，至少原因为患者已知诊断治疗过程在范畴上是有限的。此后，给患者提供在患者能力边缘的练习，且进行判定尝试达到范围边缘的数目及成功。此判定可用作动机的指示(例如，欲达成已知患者可达成目标的志愿)。在本发明的一典型实施例中，练习包含提供行为目标至患者且期望患者达到目标。
在另一测量方法(自校准方法)中，患者玩一些目标在患者能力范围的游戏。由于预先未知此能力，因此提供不同难度等级的多种目标。在本发明的一典型实施例中，藉由分析游戏以首先判定患者能力是什么且其次判定患者每隔多久试图达到其能力边缘，来评估动机。
另一测量方法为追踪患者多么努力的工作(例如，休息期为多长)。另一方法为判定在任何特定练习中患者工作得最努力。另一方法为判定患者是否提供在自由游戏治疗过程中的注意、介入和/或活动，其中若患者希望则患者可练习至其希望的任何难度等级。可任选地藉由比较不同时间的运动轨迹来判定注意力，例如用以了解可变性的范围(例如，若患者突然放慢——则可能其注意力偏离)。可任选地藉由追踪由患者请求的修改(例如在患者可选择若干轨迹中的一者的练习中)来判定介入。
在本发明的一典型实施例中，藉由分析手写体或总的动作移动来估计精神状态，例如侦测异常颤动、张力的记号(ticks)或其它符号和/或缺乏控制(例如，与其它时间相比)。应注意在某些状况下，可提供精神状态为较绝对值更为稀罕的相对状态。
练习
在本发明的一典型实施例中，已有身体康复练习用于装置100。然而，可提供非目前可用的多种测量。在某些状况下，修改练习以考虑装置100的限制或装置100的能力。可任选地，以通过人工不可能的精确度和/或控制度来判定正确运动。另外，本文中描述了在无机器人支持(或本文中所述的其它技术)的情况下不可能的某些练习。
在本发明的一典型实施例中，人工修改练习。在本发明的一典型实施例中，练习由治疗师记录且接着批注(例如，标记所要测量)。在另一实例中，将练习直接程序化至装置100中。可任选地，装置100建议对练习的限制或添加，例如安全限制或装置限制和/或建议哪里较少支持性或较多支持性的运动模式可为适当的(例如，在运动结束时较多支持性的模式为可取的)。
在本发明的一典型实施例中，由患者执行达到练习。在此练习中，可训练多种肌肉群组且可提供多种难度等级。
在本发明的一典型实施例中，由以下典型参数的一或多者来限定伸出移动(reaching movement)：
伸出距离：
近——接触身体或距身体几英寸
中间——在完全伸出到接近的中间范围
远——几乎以整个臂的伸展
伸出方向：
上/下——自较低/较高伸出位置至较高/较低位置
外/内——移开/移至身体
横向/接近——自身体横向移出/移至身体
伸出高度：
头上
视线水平
肩部水平
躯干水平
伸出目标：
自由伸出——至空间中的一般位置无目标的移动
目标伸出——至实体目标的移动
仿真目标——至呈现于计算机屏幕上的目标的移动
由手的距离、方向及高度所限定的手的开始位置及结束位置来限定特定“伸出”。亦可依据臂关节的涉入和个别化关节从而达成伸出的患者能力来进一步理解任何的伸出。
在本发明的一典型实施例中，限定以下测量的一或多者：
患者执行伸出的能力；
运动的平滑性；
达成伸出终点的时间；
伸出的准确度；
所执行的工作或动力；
用于伸出移动的运动轨迹与正常轨迹图案的比较；
患者可执行的伸出重复数目；
随后重复的表现的稳定性。
在本发明的一典型实施例中，伸出训练包含以下一般步骤：
5至10次重复在引导运动下伸出。将指示患者试图与装置100一起移动。
5至10次重复起始模式。将由装置100来测量患者的力的量值及方向。当超过用于正确意图的阈值时，装置100将引导患者完成伸出。
5至10次重复帮助模式。患者将试图独立执行伸出。装置100将测量患者意图且帮助患者移动。随时间过去，当患者能够较独立移动时将减少帮助量。
5至10次重复自由运动。患者将在无装置100的帮助的情况下试图执行伸出。
另一典型练习为日常活动的模仿，诸如在点之间移动装满的杯子及举起书本。
程序设计
在本发明的一典型实施例中，康复过程的多种方面可经计划且输入为至计算机(例如，装置100)的指令，其包括以下的一或多者：
a)设计新练习；
b)为特定情况和/或患者修改练习；
c)设计且修改康复计划；及
d)设计且修改决策逻辑(例如，断点、阈值及重复)。
对于系统200和/或装置100的不同使用者许可为不同的，例如可允许不同许可用于添加新的、复制、修改、删除和/或编辑中的一或多者。此等活动可应用于(例如)患者数据、活动、计划、统计和/或数据输入中的一或多者。可根据本发明的典型实施例创建和/或修改的特定活动参数包括：轨迹、位置及范围(例如，最小及最大速度及角度)；力参数、重复循环数目、停止决策和/或休息期长度及频率。
在本发明的某些实施例中，提供一或多个程序库(library)(例如，计划程序库、每一患者程序库和/或活动程序库)作为用于修改及用于储存程序的基础。
在本发明的一典型实施例中，藉由物理地操纵尖端108(例如，由具有良好手部的患者或由治疗师)来输入新轨迹。可任选地，接着在计算机上编辑所得到轨迹。可替代的或附加的，可使用3D CAD/CAM程序，可任选地在其中一者模拟人体且可对身体上的点移动和/或用于此等所限定点的理想或允许运动范围给予多种约束。可任选地，使用图形设计程序，例如其中使用者指示轨迹的少许点且程序以线或曲线来完成轨迹。可替代的或附加的，使用者可(例如)藉由提供点和/或公式来限定诸如圆形的多种几何形状。可替代的或附加的，使用者可画图且(例如，在站204或在装置100处)将其扫描于系统200中。
在本发明的一典型实施例中，为特定患者和/或情况校准练习。此校准可包括(例如)以下的一或多者：
a)对患者能力的校准，诸如关节运动的角范围或施加力或维持精细位置控制的能力；
b)对患者大小的校准，例如肢体或骨头的长度；
c)对进程的校准，例如可基于展示或预期进程而改变计划的时间间隔和/或其步骤大小。
如上所说明，由患者或由治疗师所进行的路径可经编辑且用于练习。在本发明的一典型实施例中，编辑包括平滑、添加点和/或路径部分、将运动转换为初始运动组件中的一或多者。
典型程序设计语言
以下的表格I描述可任选地用于程序设计装置100代替学习机器人程序设计语言的典型高级程序设计语言。在本发明的一典型实施例中，由治疗师和/或其它使用者来使用此语言。可任选地，已有练习为可储存且可修改的。
此高级语言基于可被拖入程序区以建立(或编辑)程序的图标程序库(每一者表示一命令)。每一图标表示一命令；具有3种类型的所限定命令(可添加更多)：
a.运动命令——诸如线及圆周的基本运动。每一命令具有开始点(P1)及停止点(P2)，可设定用于每一运动命令的速度、力加速/减速时间。在尖端108在理想点处时可藉由按压输入键来完成设定点(P1，P2)。
b.一般命令——诸如开始/停止程序、延迟及记录。
c.附属命令——处理外部设备及可附着于设备的附件的一组命令。
每一命令具有可输入的一组参数(否则，可使用预设参数值)。操作者可添加注释至每一命令。装置100产生每一命令的描述，操作者可添加注释至每一命令且每一命令具有一描述。未展示的是用于指导使用者的命令及限定在某些状况下装置100应进行什么行为的参数。可任选地，每一路径部分可包括一或多个触发器，之上触发器在启动时执行程序代码的较短部分。一实例为当使用者变化其速度10％以上时启动触发器，在该种状况下提供警告或提供更有帮助性的运动模式。
| 运动命令 | 线曲线圆形/椭圆形教示点教示路径 | 左侧左侧左侧左侧左侧 | p1、p2、F、S、文字p1，p2，p3，F，SC，R1，R2，F，S，文字或P1，P2，P3P1..Pn，F，S，文字路径，F，S，文字 | 按压@P1&按压@P2使用p1开始P3作为结束&P2作为经过点及曲线在点之间系统内插系统取样路径 | F-力S-速度系统内插对于椭圆形使用非0之R2取样率 |
| 一般命令 | 开始停止延迟/暂停 | 两者两者左侧 | 文字TXT-文字T-时间(第二)或B-(按钮名称)；TXT | 第一程序命令程序之结束 | 可用于等待特定按钮按压 |
| 循环记录分析读取输入 | 两者右侧右侧两者 | N；重复循环之数目；TXT3级数据准确度：正常精细粗糙读取(串)；TXT | 位置、力、速度、加速度、急冲度(jerk)、I/0状态、预负载、制动器设定使用“eval”命令用作输入机构 | 允许显示的循环数目指示记录模式开/关例如若输入则可一起使用逻辑 | |
| 附属命令 | 手柄夹紧手柄紧握腕部运动肘 | 右侧 | 手柄1夹紧(开/关，力范围(kg/Lb))手柄1紧握(开/关，力范围(kg/Lb))手柄腕部力的3X范围 | 夹紧/紧握手柄夹紧/紧握手柄腕部手柄 |
表I：命令类型
表II是利用表I所示语言编制的一个样本程序。程序结构分为几栏；
第一列是有顺序的主命令，第二栏和第三栏是并行操作的指令。
当开始一个新程序时，可选择地，自动提供该开始和结束指令。其他指令是由人工插入在开始和结束之间。
表格II为具有3直线(可为矩形)的路径的取样程序，其中在中间有延迟，且在第二线期间操作一外部设备(例如-等待自手柄的输入)。记录在第二及第三线期间的所有数据且重复整个程序5次。可任选地提供重复的修改量(例如，增加速度，增加所需准确度)作为参数。亦可任选地提供一般程序参数(诸如得分类型、预期的运动质量)。
| 程序名称 | 描述 | 日期 | 文件名称 | ||
| 试验1 | 玻璃杯紧握 | 自动日期 | xxx.prg | ||
| 命令 | 可选命令 | 可选命令 | 参数 | 注释 | |
| 1 | 开始 | ||||
| 2 | 线 | P1(开始点)P2力(PA[值]/PP) | PA(值)患者主动必须超过力值；PP患者被动-无力值 | ||
| 3 | 延迟/暂停 | D(1秒) | |||
| 4 | 手柄夹紧手柄夹紧手柄夹紧 | 记录记录记录记录记录 | 1kg＜力＜5kg | 在执行期间显示紧握力若不在范围中则显示警告讯息 | |
| 5 | 线 | P1P2力(PA[值]/PP) | |||
| 6 | 延迟/暂停 | D(1秒) | |||
| 7 | 线 | P1，P2(开始点) | |||
| 8 | 循环 | N＝5 | |||
| 9 | 停止 | ||||
表II：程序取样
根据本发明的一些实施例所提供的特定类型控制为空间程序设计控制。在此类型的控制中，将尖端108的空间中的某些姿态或位置转化为用于装置100的命令。在一实例中，由治疗师或由患者来使用此等姿态以快速转递一练习部分。
在简化操作的另一实例中，将治疗师的腕部移动转化为臂(或其它肢体)运动，因而允许治疗师进行较小运动且仅用其的手，而要对其运动进行编程的肢体。
肢体位置的感应及控制
在装置100中，如说明，控制患者的仅一点，该点与尖端108接触。然而，此意味着多个不同的臂运动可导致相同空间轨迹。对于一些情况，此并非问题。举例而言，对于中风的恢复，在一些状况下任何运动都是有用的。在其它康复方案中，理想的是指定或知道所有移动身体部位的位置。在本发明的一些典型实施例中，固定其它身体部位的位置。举例而言，可将患者用带捆至椅子(例如，患者的肩)和/或给肘提供休息。此限制固持尖端108的手的可能运动。
图5说明根据本发明的一典型实施例、包括肢体位置感应和/或限制的系统500。(例如)可藉由侦测位置且提供反馈(例如，听觉或视觉反馈)至患者来提供身体其它部位的正确运动，而不是接触尖端108的手的运动。
患者506坐在椅子514中且使用装置100(或如下所述臂安装在球上的装置)。一或多个相机502使臂和/或患者506的其它部位成像，且判定其的空间位置和/或速度。可替代的或附加的，一或多个相机516安装在装置100上用于此成像。在身体位置的基于图像的重建的一些实施例中，包括一或多个信用标记504(例如，捆绑图案或LED)为有用的。
替代基于图像的位置感应，可使用磁、电、超音波或其它无接触的位置感应及定向感应方法。许多此等位置判定方法及装置在此项技术中已知且可使用。在本发明的一典型实施例中，在装置100上和/或在尖端108上提供参考位置。可任选地，而不用装置100中的机械传感器或除装置100中的机械传感器以外，前述位置传感器用于判定装置100的状态，。
替代使用无接触位置感应或除其之外，可使用基于机械的位置感应(例如使用活节臂)。
应了解在本发明的一些实施例中，不提供臂102，相反使用一些类型的位置传感器。可任选地经由虚拟实境类型显示器及反馈(例如，模仿力的振动)来提供反馈。然而，此不会允许直接力反馈及所施加的阻力，如在本发明的其它典型实施例中所要求的那样。
在本发明的一典型实施例中，片(patches)504用于提供反馈或提示至患者。在本发明的一典型实施例中，片包括无线接收器、可选电源及刺激器(例如，振动器、针刺、钳子或加热组件)。基于来自装置100的命令，片504可提供刺激至患者。片504可为有线的而非无线的。
在本发明的一典型实施例中，身体点的感应位置用于以下的一或多者：
a)判定身体运动是否正确；
b)判定什么运动为可行的(例如，基于关节的角度)；
c)自实例学习所要运动；
d)监视患者能力(例如，用于测试或肢体测量)；和/或
e)判定在练习期间、之前和/或之后及当发生改变时身体姿势是否正确。
替代位置、定向及速度传感器或除其之外，可提供生理传感器，例如，如练习机器中已知的脉搏测量传感器及尖端108中的紧握和/或夹紧力传感器的一或多者。可替代的或附加的，可将一或多个生理传感器(例如，呼吸频率传感器)提供于患者。
回头参看图5，替代位置传感器或除其之外，可提供身体支架508用于一或多个身体部位。在所示实例中，藉由(可任选地可调整)杆510附着于椅子514的支架508防止胸和/或肩的运动。在一替代实施例中，一或多个带用于固持身体部位。
在本发明的一典型实施例中，反向运动方法用于估计患者关节和/或骨头的运动和/或尺寸。举例而言，若将肢体固定至支架508，则尖端108的移动可用于估计关节的实际运动。当用于锁定肘的背带508在完全伸展位置中时，患者移动臂时可计算自肩至腕的距离。若使用图15F的手柄且由肩带来限制患者，则可判定前臂长度。可替代的或附加的，力场可用于以将保证可判定肢体尺寸的方式来限制运动。
在本发明的一典型实施例中，构造患者模型以用于此反向运动计算。又，在安全计算中，可使用此模型。举例而言，若患者可能达到一种其中运动为不安全的关节形态，则可防止不安全的运动。每一关节的伸出可取决于(例如)患者的固定(例如，背带)、所测量ROM及假定ROM。
可任选地，椅子514可能地以可调整方式(例如，使用固定杆512)固定至装置100。可任选地，(例如)当首先进行新活动时或在装置设置期间进行初始校准过程。在一实例中，杆512包括刻度且在校准期间判定椅子相对于刻度的正确设定。
在本发明的一些实施例中，装置100与内建椅子514一起。以下描述为可移动椅子的典型定位。
在本发明的一典型实施例中，在装置的整个工作容积之上，定位感应应超过1cm、5mm、2mm或1mm。在一些实施例中，若维持练习中的相对准确度，则容忍较低绝对定位准确度。
在本发明的一典型实施例中，力控制的精度超过100gr、50gr、10gr或更好。可任选地，臂的平衡在这些值内。可提供类似准确度用于测量。可任选地，提供超过10Hz、50Hz、100Hz或更多的取样率。
患者定位
在本发明的一些实施例和/或练习中，患者位置为不重要的。然而，在许多练习中，某关节、腱和/或肌肉群组的正确目标会需要在尖端108相对于患者的运动中和/或在患者和/或其它身体部位的姿势中的精密度。
在本发明的一典型实施例中，提供带、背带及或支架508以设定患者的位置。可任选地，一或多个杆512将椅子514连接至装置100。替代一个杆，标号512表示一弹簧加载线索，其包括位置传感器以指示其收缩及因此指示椅子514相对于装置100的位置。可任选地，使用复数个可收缩线索。可任选地，每一线索包括一环形物，椅子514的腿安置于该环形物中。可任选地，若椅子在治疗过程期间移动，则实时(on the fly)校正练习以考虑椅子514及装置100的新相对位置。可替代的或附加的，若在治疗过程期间侦测患者运动(例如，自一姿势至另一姿势的运动)，则练习适合于反映新位置。可任选地，获悉患者的复数个典型静态姿势且系统使用这些获悉姿势以区别正进行运动与半永久姿势。可任选地，藉由多种压力传感器上的压力改变或使用使椅子、装置和/或患者成像的相机来侦测姿势的改变。可替代的或附加的，藉由侦测尖端108所跟随的实际轨迹的改变来侦测改变。
可任选地，提供垫子518。在一选项中，垫子518为用于侦测椅子腿或患者腿的位置的压力感应垫。可任选地，对患者实际使用的椅子执行校准。可替代的或附加的，垫子用于允许相对位置的人工输入。可替代的或附加的，垫子包括通过使垫子成像的相机可识别的标记。
在本发明的一典型实施例中，尖端108用于判定椅子514的位置。在一实例中，一旦在适当位置锁定椅子514，则藉由接触椅子514和/或患者上的点，尖端108用作数字转换器。在一些状况下，配接器尖端可置放于尖端108处。可任选地，一旦已将患者位置数字化一次(例如，在治疗师引导下)，下一次将椅子514带至装置100，则由装置100移动尖端108以指示椅子514或患者的理想位置。
可任选地，激光或光指示器附着于尖端108(或臂108或装置100至其它部分)且用来产生椅子和/或患者部分的理想位置的光标记。装置100可任选地在指示装置、臂108和/或椅子的坐标系之间转换。
在本发明的一些实施例中，并非尖端108而是患者的手或手指需要在某位置处。可任选地，虚设手置放于装置100中且用于此校准。
应注意如这里所述的定位方法亦可用于定位康复系统的其它部分，例如，桌子、玻璃杯、第二装置100或用于日常生活的套组(例如如图19H中所示)。
在本发明的一典型实施例中，由患者运动来判定患者定位。在本发明的一典型实施例中，一旦定位患者，则患者执行一或多个练习且基于随后的实际轨迹来判定患者位置。在一些状况下，需要已知患者的先前能力(例如，关节运动范围)以判定患者位置。
在本发明的一典型实施例中，患者执行臂的摆动，而无需弯曲肘。运动的半径指示肩关节的位置。若患者不能伸直其肘(或保持其为直的)，则可任选地使用此信息。
在本发明的一典型实施例中，假定在治疗过程之间的患者移动主要为2D平面中的平移运动，因此臂的仅一运动足以用于位置校准。可任选地，移动两臂以帮助侦测身体扭转。
可任选地，替代判定患者位置或除其之外，患者移动的初始设定用于提取关于患者的基本信息(诸如运动范围及运动自由度)。可任选地，装置100在进行测量之前首先施加或建议旨在热身肌肉及关节的一系列练习。
身体的附件
在图1中，尖端108固持于患者手中。为了附着于身体的其它部位，可使用其它构件。在一实例中，在末端108处提供带或弹性环而非球状手柄。在另一实例中，提供棒状手柄而非球状手柄。
图6展示根据本发明的一典型实施例的肘固持器600。例如当所需运动是肩部的时可使用此肘固持器，因此肘616沿轨迹移动。基座602适合于尖端108处的安装。铰链604允许在第一部分606与第二部分608之间的相对运动，臂614在该两部分上休息。可选带610及612可任选地将臂614较牢固地附着于固持器610。可任选地，接头604具有可变阻力(例如，可由患者和/或由装置100设定)。可替代的或附加的，接头604包括用于将力施加至合拢或打开的肘616的作动器。可替代的或附加的，接头604包括角传感器。可任选地，固持器600可使肘振动，(例如)作为治疗效应或帮助防止关节冻结。此振动亦可(例如)使用合适附件而应用于其它关节及身体部位。
在本发明的一典型实施例中，在一实例中固持器600充当痉挛用背带，锁定接头604(或非接头)且迫使臂614打开且由带610及612来固持。
在本发明的一典型实施例中，提升部分608及606使得接头604具有在一或多个平面中大体上与肘616相同的旋转中心。
在本发明的其它实施例中，提供至身体上的其它点的附件。特别是，应注意在本发明的一些实施例中受约束的为关节，而在其它实施例中受约束的为骨头或骨头上的某位置。如上所说明，可提供多种类型的约束(例如，对角度和/或空间维度的约束)。以下参看图16来描述额外附件。
在本发明的一典型实施例中，附件包括编码电路或其它构件，使得当附着于臂102时，装置100知道附件的类型。
在一些实施例中，附件配备有由两机械快速连接部分(例如，弹簧加载引脚及狭缝布置)及一电快速连接(例如，弹簧加载小针接触)制成的快速连接组件，此允许自练习至练习或自患者至患者的快速改变。在本发明的一典型实施例中，每一附件包括一芯片且接收来自连接器的能量且发送数据(若有的话)于总线(例如，封装型总线)上。或者，电连接器用于直接将附件的测量构件(例如，电位计)与装置100建立接口。
使用者的指导
装置100可以许多模式来提供指令至使用者，之上模式包括以下的一或多者(用于本发明的多种实施例)：
a)记录的语言。
b)计算机动画显示。
c)指令录象。
d)在患者未附着时装置100的运动。
e)在附着患者时装置100的运动，可能以较慢速度且具有注释。
f)附着虚设物设置，装置100的运动。
g)使用音符，例如作为提示或用以设定运动的进展速度。
h)第二装置100的运动，例如作为示范或与患者自身运动顺次发生。训练、教示及运动质量(QoM)
虽然康复计划的一部分通常练习身体部位以维持或增加运动的强度或范围，但在本发明的一典型实施例中，康复包括教示患者运动的质量方面和/或什么运动为正确的。
在本发明的一典型实施例中，以下运动质量的一或多者为所关心的：
a)可用关节的利用度和/或关节运动范围；
b)肌肉的利用，其中其可施加足够的力；
c)运动，其中关节和/或肌肉可达成较好的控制准确度；
d)未接近能力阈值的运动；
e)未接近危险区的运动(例如对于具有不稳定关节的患者)；
f)在运动和/或旋转的平滑性；
g)所行进的距离；
h)所需的最大力；
i)运动(例如，额外运动)的空间和/或能量效率；和/或
j)具有最小急冲度(jerk)的运动
在本发明的一典型实施例中，使用刻划健康个体特征的运动的幂定律来判断运动的质量。可任选地将局部麻痹的个体的特征刻划为其有多接近地到达此定律及其到达了哪些关节和/或运动类型。
可任选地，由限定运动质量的基本运动特征来描述“健康移动”。对于臂，一种此特征为手自一点至另一点粗略跟随在两点之间的最短路径的平滑转移。第二特征在于由路径的曲率来约束手的速度(Viviani P及Terzuolo C.Trajectory determines movement dynamics.J Neurosci 7，1982：431-437，其的揭示内容以引用的方式并入本文中)。路径的曲率越大，手的移动越慢，以2/3的定比。数学地限定这些运动描述，且因而其可用于移动质量的目标量化。
“最小急冲度”可解释通常在健康人群组中所观察的平滑且最短移动特征，同时已建立“三分之二幂定律”以验证在路径曲率与手速度之间的关系。最近，两规则已为统一的(Viviani P及Flash F.Minimum-jerk、two-thirds powerlaw，and isochrony：converging approaches to movement planning.J ExpPsychol：Hum Percept Perform 17：32-53，1995，其的揭示内容以引用的方式并入本文中)，且数学地限定为相同意图的两样态(Richardson MJE及FlashT.Comparing smooth arm movements with the Two-Thirds Power Law and therelated segmented-control hypothesis.J Neurosci 22：8201-8211，2002，其的揭示内容以引用的方式并入本文中)。可采用结合在单一描述中的这两规则用于测试在用装置100治疗之前、期间和/或之后的运动质量。可任选地，藉由以不同速度给患者提供运动范围且自结果提取幂定律信息来判定幂定律配合。定律可应用于其它关节及肢体(诸如下肢)。
可应用的另一定律是关于在协调运动中每一关节的相对运动。在健康人群组中，此运动考虑各关节自运动目标的相对距离及这些关节的不同准确度。可应用的另一定律为使目标大小与时间相关以碰撞目标的配合定律。
这些质量对于运动可为一般的或对于具有一定能力及不足的患者可为特定的。
在本发明的一典型实施例中，藉由实例(例如，经由正确及不正确运动来引导臂)向患者教示这些运动质量。例如可由治疗师或由患者来输入或预先程序化这些运动。可替代的或附加的，记录且校正患者运动且之后患者缓慢经由不正确及正确运动。在预定运动中，可为特定使用者(例如，为使用者大小)来校准运动。
可任选地，为试图保持其所有运动具有超过阈值的质量(以一或多个参数)的患者限定正确性的阈值。
可替代的或附加的，藉由实时或离线对患者运动进行评论来教示这些质量。
因此，在本发明的一些实施例中，康复的实质部分包含在正确运动中练习患者或教示患者如何知道其所执行的某运动具有较高或较低质量。
其它类型的训练与运动正确性无关。举例而言，可训练患者不忽略受损肢体。然而，在相关方面中，可训练患者使用受损关节作为“正确”运动的一部分，使得不减小关节的运动范围。
在一实例中，对于一些运动来说，在肘与腕之间的预期的相对运动是已知的(例如，或诸如藉由实例由治疗师输入)，诸如移动桌面上的物体。若患者偏离了一定量(例如，由治疗师所限定)，则提供反馈。
配对运动
在本发明的一典型实施例中，将好的臂肢体的运动用于训练较坏肢体。举例而言，好的臂可用于描绘圆形且接着训练较坏臂描绘圆形。此训练的一优点为患者藉由准确地较佳理解每一运动所用哪些关节及肌肉来接收的密切反馈(intimate feedback)。在一替代应用中，由治疗师或其它护理者来提供“较佳”运动。
在单臂装置100中，可使用以下过程：
a)装置100可任选地在现实中或在显示器上说明正确运动。
b)用“好的”肢体来执行运动。可任选地，使用如上所述用于编辑的方法来校正运动。
c)以“不好的”肢体(例如)使用被动运动、自由运动或力场来重复该运动。可任选地，在施加至不好的肢体之前校正“好的”运动，(例如)预期速度减小、运动范围减小或力减小。
d)在运动期间和/或之后提供反馈至患者(例如，作为显示器)。
e)可任选地重复运动。
图7及图8分别展示两手柄装置700及800，其中同时移动带有可选的耦合的两臂。在本发明的一典型实施例中，这用于使一臂被动移动另一臂，(例如)因此患者可以好的臂来感应不好的臂在做什么，或反的亦然。可替代的或附加的，由装置来移动一手柄，因此患者可了解期望其做什么。可任选地，两臂装置用于儿童，例如作为在局部麻痹的儿童与健康儿童或成人之间的游戏。
在装置700中，两独立康复装置702及704可任选地由基座706固着并且电性地和/或机械地由计算机耦合，使得一者的臂708模拟另一者的臂710的运动。臂移动机构可任选地为如下所述的基于球的机构。
在装置800中，单一接头连接两臂808及810。结果，颠倒了运动。可任选地，臂808及810为可延伸的(例如，如下所述)且连接到一起，使得其一起伸长及缩短，(例如)两臂包括啮合于具有固定旋转中心(例如，齿条及小齿轮机构)的齿轮相对侧的延伸部。
在本发明的一典型实施例中，使用其它装置来提供镜像运动。举例而言，在使用标准装置的应用中，由在任一手(或依序在同一手)固持一鼠标且自一手至另一手应用以上运动变换的使用者来提供镜像运动。在另一实施例中，使用一或两个力反馈操纵杆。应注意对于此及其它实施例，可使用复数个装置。特别是，对于特定应用，可使用相对简单和/或标准的硬件(例如，力反馈操纵杆或触觉显示器)。
复杂运动
图9A说明包含两部分的康复装置900，第一部分902与腕部运动相关联及第二部分904与肘运动相关联。部分902及904可为如下所述基于球的装置。刚性且可任选的可调整连接910固定部分902及904的相对位置。连接912可任选地互相连接腕部固持器906及肘固持器908。装置900用于举例说明在康复期间肢体(例如，臂或腿)上多个点的控制。
使用中，可在三空间维度及可任选地亦在角度维度中控制固持器908及906的每一者，因而允许测试、训练和/或提供较复杂的运动。可任选地，从安全角度(例如，防止一些关节旋转)限制一些运动的可能性是有用的。可任选地，在运动的3、4、5或6自由度中控制点。可任选地，一些自由度的控制不同于其它自由度的控制。举例而言，在一轴上的运动可具有与其相关联的阻力，同时角运动可以为装置900支持一些力的辅助运动。
应注意在装置900中，可将轨迹限定为相对轨迹，其中装置900的实际位置较固持器906及908空间中的相对位置及移动是较不重要的。
图9B说明包括具有臂932的单一部分928的康复装置920，在该臂932上安装有一臂固持器930。固持器930使用肘固持器924且使用腕部固持器922来限制肘与腕两者。用于垂直于臂932旋转固持器930的可选旋转机构926被示出，同时可任选旋转机构940环绕臂932旋转固持器930。可替代的或附加的，可任选地提供类似机构(未图示)用于环绕其轴来旋转固持器930。
如下所述，可由根据本发明的一典型实施例的康复装置所支持的另一类型复杂运动需要几个身体部位(例如，臂及腿)的同步运动。
基于球的装置
如上所示，除活节臂以外的设计可用于装置100。特别是，在本发明的一典型实施例中，装置基于万向接头，自该万向接头延伸出可任选地长度可变的刚性臂。
在本发明的一典型实施例中，万向接头可实施为球窝接头。图10展示使用球窝接头(ball-in-socket joint)的一典型康复装置1000。为简明起见，此附图标记在一般意义上用于如本文中所述的若干基于球的装置。
装置1000包含例如含有板1016的台的基座1004，该板1016具有在其中限定的孔1017且围绕球1010。球1010可任选地搁置在复数个滚子1012上。在图11所示的一替代实施例中，由底板1015来替代滚子1012，该底板1015具有限定于其中的支撑球1010的一孔1013。
臂1002自球1010延伸且可任选地由通过杆1022附着至球1010相对侧的平衡重1018来平衡。杆1022可任选地穿过可选引导板1020中的狭缝，以下较详细描述。
使用中，球1010转动和/或旋转，允许臂1002的尖端1008限定空间中的多种轨迹。可任选地，臂1002为可延伸的，使得轨迹填充空间的容积。可任选地，臂1002包括一马达或制动器1024(例如，油压制动器)以主动移动或被动对抗此延伸。
在本发明的一典型实施例中，提供制动器1014用于球1010。使用相对大的球1010的一潜在优点在于在球表面的扭矩(例如，如制动或移动臂1002所需的)通常小于较小接头所需的，可能地允许使用较小或较便宜的马达或其它机械组件。可替代的或附加的，这些马达的定位控制和/或位置传感器的感应性可为较小的，同时仍允许足够精确的控制及反馈。
可以多种构型提供装置1000。在最简单的构型中，装置完全被动且使用者仅可设定板设置(以下所述)及制动器上的阻力设置。在较先进的构型中，可由计算机控制实时变化阻力。在另一先进构型中，(例如，使用未图示的传感器)提供球和/或臂位置的感测。在另一先进构型中，(例如，使用未图示的方向制动器)可变化方向阻力。在另一先进构型中，(例如)使用板和/或使用多个方向马达(其亦可用于提供阻力)来可任选地在方向上设定或变化原动力(movtive force)。
在本发明的一典型实施例中，多个马达用于控制臂1002的运动和/或力。马达可任选地包括可选位置编码器以判定臂位置。可替代的或附加的，使用步进马达或伺服马达。可替代的或附加的，使用独立传感器(例如，读取球1010的光学标记的一种传感器)。在本发明的一典型实施例中，由旋转轮子的马达来替代滚子1012。若一轮子在垂直于另一个轮子的方向上(相对于球1010的表面)，则可达成在一或两方向上的选择性运动(例如，若垂直于轮子的运动为低摩擦滑移运动)。或者，由具有转轮的马达来替代仅一滚子，其中轮子转动至所要的运动方向且接着旋转以达成运动。可任选地使用马达来达成方向阻力。或者，由马达施加力或阻力及由制动器1014所施加的一般阻力的组合来达成此阻力。可任选地，将一或多个应变传感器提供或整合至马达中以评估被施加至臂1002的力的方向。接着，马达可可任选地以反力、或辅助力或转向力(例如，具有垂直于所施加力的分量)来回应。
在本发明的一典型实施例中，当制动器具有小于球的内径时，藉由朝着球1010的赤道提升及降低制动器来操作制动器1014。或者，根据需要膨胀(inflate)及紧缩(deflate)制动器。可替代的或附加的，(例如)藉由形状记忆合金形成制动器来修改制动器的圆周，制动器圆周被加热以引起制动器的瞬时膨胀和/或收缩。可替代的或附加的，使用挤压至球1010的表面上且朝向其中心的垂直制动器。
替代单向制动器或除其之外，可使用方向制动器，例如以相对低摩擦弯曲来对抗球沿刀片的运动从而允许垂直于刀片的运动的橡胶刀片状衬垫。
应注意当臂1002可延伸时，施加至点1008的力大体上亦包括沿臂1002的轴的分量，制动器或马达1024可响应于该分量且可任选地在球1010的响应中考虑该分量。
平衡
图11展示根据本发明的一典型实施例的装置1000的平衡。如上所示，图11展示装置1000的变体，其中由板1015来支持球1010。可任选地设计配重1018以准确消去臂1002的力矩。或者，(例如，藉由改变其距球1010的距离或藉由添加或移除模块配重)可设计或修改其以提供使臂1002返回支持位置的力或倾向于移动臂远离此支持位置的力。在一些状况下，可调整平衡以校正附件或患者肢体的配重。
可任选地，当臂1002为可延伸时，延伸部分包括以维持球1010的重心的方式远离球1010的中心而延伸的移动平衡重。此运动可仅在球1010的内部。
可替代的或附加的，由马达和/或制动器的主动平衡来提供球1010的平衡。此主动平衡亦可用于有效减小或抵消球1010及臂1002的惯性力矩。
当添加附件至尖端1008时，此可改变平衡。可任选地，与每一此附件一起设置适当配重，附加于平衡重1018。或者，手柄1008包括匹配附件的配合部分中的一或多个触点或电路的一或多个触点和/或电路。此允许装置1000侦测添加了哪一附件且适当移动配重1018以补偿。可任选地自远程站下载合适表格。或者，附件包括推至尖端1008中且藉此移动球1010内部的臂平衡重的合适长度的栓钉。配重1018的移动可任选地藉由马达(未图示)且可(例如)沿杆1022和/或远离杆1022及臂1002的连接线。可替代的或附加的，装置1000藉由侦测所施加的转矩且移动配重1018(或其它配重)以补偿来进行自校准。
可任选地，相对于在活动期间由人所施加的预期重量或力来设计平衡。
图11亦展示由板1020中的狭缝1030经约束在直线中行进的杆1022。
引导板
虽然大体上计算机控制方向的马达及制动器可达成任何所要运动，但在本发明的一些实施例中，藉由使用板1020及其相关联狭缝1030来支持可能更为有限的运动。使用引导板的一潜在优点在于垂直于狭缝的移动大体上为不可能的，且此不需要合适电路。
图12说明根据本发明的一典型实施例用于基于板的康复装置的驱动系统。第一可选马达1046固附于齿轮1048，该齿轮1048旋转板1020以允许杆1022除直线以外的运动。第二可选马达1040固附于螺纹杆1042，在该螺纹杆1042上杆耦合器1044行进。当耦合器1044行进时，其沿狭缝1030移动(或对抗)杆1022。亦可使用其它机构。
如图3A及图3B中所说明，有时期望提供变化而非绝是对垂直于狭缝1030的运动的绝对阻碍。图13A说明用于替代耦合器1044且其具有此性质的一典型耦合装置1300。耦合装置1300包括具有用于安装于螺纹杆1042上的内部螺纹部分1302的主体1314。主体1314进一步包含具有啮合杆1022的孔1304的有孔组件1306。一或多个弹簧组件1308将组件1304耦合至主体1314。可任选地，例如可由螺钉1310来调整弹簧组件1308中的张力。可任选地，提供线性位移传感器1312以测量杆1022位置的误差。例如，可在狭缝1030和/或垂直于其的方向上提供组件1308。参看图22-26来描述其它典型力控制机构。
图13B展示由一或多个弹簧1352及1354耦合的两半1342及1344形成的弹性导轨1340。因此，形成于半部分的两边缘1348与1350之间的狭缝1346具有一些弹性应变。可替代的或附加的，使边缘1348及1350至少部分为弹性的(例如，由橡胶制成)。
图14A说明一变型装置，其中一前一后地使用两引导板，一上引导板1020及一下引导板1402。可任选地提供独立马达用于旋转每一引导板。
图14B展示具有若干狭缝的引导板。提供实心区以防止切口脱落。可替代地使用其它方法(例如，平面外桥接)。
图14C展示具有“X”状狭缝的引导板。亦可提供其它形状，例如，具有内部交叉的圆形或弯曲狭缝。
在本发明的一典型实施例中，程序设计装置1000包括替代狭缝和/或设定阻力。可任选地，当插入狭缝时，(例如)使用如上所述的基于触点的侦测方案或使用无线或RF通信(例如，藉由将智能卡电路嵌入于板中)由装置1000来识别。
附属物&腕部附件
图15A展示根据本发明的一典型实施例提供一或多个手运动度的控制和/或反馈的腕部附件1500。
假定前臂搁置在支架1510上，同时由手抓住把手1502。在相对于支架1510的一或多个轴中用万向接头固定把手1502。在所示实例中，把手1502安装于包括杆1504的基座1503上。接头部分1506可可任选地环绕杆1504的轴来旋转和/或沿其行进。另外，可选杆1508互相连接支架1510及接头部分1506且允许环绕杆1508旋转。另外，可选杆1512在垂直于其它两杆的方向上会合接头部分1506且允许环绕那个第三轴旋转。
可任选地，腕部附件1500固附于在支架1510尖端1508或在基座部分1514处固附于杆1508。
可任选地，由一或多个马达和/或可控制制动器来支持所述的一或多个相对运动。
在一些腕部附件(或用于其它附件装置)中，一或多个弹簧将手柄连接至康复装置，使得以一或多个维度提供图3A及图3B所示的变化阻力。
图15B展示根据本发明的一典型实施例且大体上遵循装置1500的形式的腕部附件1520。由患者紧握手柄1522，同时患者的臂搁置在臂支架1524上。可任选地，提供可经由一或多个带狭缝1526固附的一或多个带(未图示)。基座1542经由连接器1528提供至臂102的固附(未图标，但在图15C中举例说明)。在本发明的一典型实施例中，使用(例如)适合于如本文中所述的多个附件的万能连接器。在本发明的一典型实施例中，连接器提供机械固定、动力(例如，电源)及数据传送的一或多个。可任选地，连接器亦提供关于至装置100的附件的识别信息。
在所示实施例中，由机械接头1530、1532及1534来支持三个腕部旋转。可任选地，在一或多个接头处的阻力为可调整的。在所示的实施例中，该调整为人工的(例如，使用一或多个旋钮1536、1538及1540)。或者，提供内部调节(例如，使用较小电马达)。阻力可具有(例如)摩擦类型或具有弹性(例如，弹簧)类型。可任选地，提供用于每一接头的旋转传感器(例如，电位计)。
可任选地，手柄1522为可替代的，例如使用插拔销1544以选择性松开手柄1522，用于移除。
图15C展示类似于腕部附件1520且自相对侧展示的腕部附件1550的不同版本(例如，旋钮1552在与旋钮1538不同的位置处)。亦展示腕部附件在臂102上的安装。在本发明的一典型实施例中，安装包含可任选地具有摩擦阻力的球窝接头。可任选地，若套节接头经受在一定水平(作为安全特征)之上的扭矩则设计其断开(例如)。可任选地，此安全等级为可设定的。在本发明的一典型实施例中，接头包含固持于两板之间的球，其中板由具有可设定阻力的弹簧来互相连接。可任选地提供互相连接板的线索且其可产生被损信号(例如，弹簧过度变形)。可任选地，提供安全系绳以保持接头部分在一起。
另一差异在于，并非单臂支架1524，而是展示双臂支架1558及1556。可任选地，仅为较远的臂支架(1558)提供带。可选衬垫1560。
图15D展示非垂直手柄附件1560。虽然展示弯头1562中的90度角，但可提供其它角(例如，45度)。可任选地，角度允许较佳控制，在该角度上肌肉将动作和/或可较容易地进行一些运动。可任选地，弯头1562为可调整的，例如预设定角度(诸如0、45及90度)。
展示了可选万能附件1564。
图15E展示把手1570，其中展示可选手指压痕1572。展示用于自患者的输入的可选按钮1574。可提供额外按钮且亦可在其它实施例中提供按钮。
可任选地，手柄1570的主体1576为易压缩的(如其亦可在其它实施例中那样)。一类型的易压缩主体包括充气囊。可任选地，可变化气体的压缩以改变阻力。在一替代实施例中，主体1576由一或多个弹簧间隔的两面板形成。
展示了可选万能附件1578。
图15F展示包括两手柄1582及1586的两手柄实施例1580，可任选地这两手柄经由销1584及1588为可改变的。例如，当期望一手在运动中帮助另一手时此实施例可是有用的。实际使用的两手柄不需要为相同的。
展示了可选万能连接器1590。
亦可使用其它附件。在一实例中，使用杯状附件。患者可固持如玻璃杯的杯状物或使用由其手柄的夹紧动作来固持其。可提供测量夹紧力和/或紧握力(当被施加至玻璃杯时)的多种传感器。或替代地，可使用此项技术中已知的附件，可任选地修改以包括万能连接器和/或合适传感器。可任选地，提供以带固持手的附件。
可任选地，所使用的附件向患者提供感觉(例如，振动、刺痛、夹紧或表面纹理)。可将电源以及数据提供至附件以产生且控制此感觉。例如，藉由提供具有不平衬垫的平滑层可变化表面纹理。延伸凸块或不平层将变化表面纹理。
虽然描述用于臂的附件，但应了解可将这些附件提供至其它肢体且至头及颈。在一实例中，提供踏板作为用于脚的附件。腕部附件的多种旋转亦可提供用于脚。同样地，可设计头及颈附件以固持对颌相对于颈的多种旋转和/或移动的支持。
另一类型的附件(例如，片504(图5))未直接安装于臂102上。
肘支撑
图16A-16D说明根据本发明的典型实施例的肘支撑的多种方法。如上所示，对于一些康复方法，提供肘(或其它身体部位)的支持和/或防止其运动是有用的。在本发明的一典型实施例中，装置100支撑肢体的重量使得患者可集中注意移动肢体且不集中于在空间中固持它。相反，可设定装置100以防止患者依赖装置，(例如)其中装置100准确提供预期由肢体施加的力(可任选地具有一些允许误差)。可任选地，力度沿轨迹而改变(例如，随肢体伸展)。
图16A展示由线索固附于固定至康复装置的框架1602的肘支撑物1604。可任选地，框架1602为可拆卸的。可任选地，设计框架1602以允许进入轮椅，使得轮椅上的患者不需要为了康复而离开椅子。提供一或多个脚踏板1609用于腿的练习和/或其它康复活动。可任选地，踏板用于支持在臂与腿之间的协调练习。可提供在一个以上自由度移动的踏板以及如本文中所述的多种传感器。展示了可为坐在轮椅中的患者膝盖提供空间的垂直运动机构1606。
在最简单的实施例中，设定线索1605(例如，其长度)至所要的肘位置。可任选地，使用三线索使得可在空间中固定肘支撑物1604。可任选地，提供更多线索(例如，四线索)使得即使当不占用时支撑物1604亦不移动。虽然线索可用于设定肘支撑，但这些线索亦可用于支撑其它身体部位。可任选地，提供用于支撑多个身体部位的多个线索组。可任选地，使用基于线索的系统而非臂102或1002以控制尖端(或附件)或身体上的点的位置。
在本发明的一典型实施例中，线索系统用于测量空间中的位置。在一实例中，线索1605重绕且固附于诸如编码器的测量装置。内插法可用于提供支撑物1604的XYZ坐标。在另一实例中，亦如上所述，线索用于测量椅子与康复装置(例如，框架1602)的相对位置。
可任选地，线索机构固附于两肢体之间且用于判定其相对距离。多个线索可用于判定多于仅一个的距离值。
可任选地，线索系统用于测量额外参数，例如，施加至肢体的力(可任选地包括方向)及运动速度。应注意可提供包括(对于相同点或尖端108)机器人组件与线索组件两者的组合系统。
在本发明的一典型实施例中，例如使用马达来控制线索系统以维持某张力。可任选地，此用于允许肢体的浮动支撑。可任选地，马达用于控制或帮助运动，(例如)其中马达用于缩短线索或允许线索以某速度放出或是否感应到一定的力。
可任选地，线索1605(例如)藉由提供固附于线索1605的弹簧(例如，在点1608处，其中亦可提供马达)来提供相对于张力的顺应性。可任选地，可(例如)使用电马达来变化弹簧的张力。可任选地，弹簧大体上用于提供缓冲。
图16B展示由自康复装置延伸的臂1610所支撑的肘支撑物1604。可任选地，臂1610包括一线性延伸测量组件及两旋转测量组件以指示支撑物1640的位置。本文中所述的其它实施例亦可包括这些传感器，因此装置100可计算位置。又，如所示，可提供力传感器以帮助分析由患者施加至支撑物1604的力。
图16C展示由自康复装置延伸的关节臂1620所支撑的肘支撑物1604。
图16D展示由从臂1002延伸出(和/或安装于其)的部件1630所支撑的肘支撑物1604。
可任选地，延伸臂及部件为可构型的。可替代的或附加的，臂包括马达和/或可变阻力组件。可替代的或附加的，臂及连接包括位置、定向、位移和/或力传感器。在本发明的一典型实施例中，可基于臂的一或多个部分是固定的且已知长度的事实来判定臂各部分的实际位置。若提供任何接头，则可测量接头的角度。
以下在图19中展示对接站中的额外肘支撑物实例。
变化取向
在本发明的一些实施例中，期望臂102具有不垂直的中心支持位置。图17A展示康复装置1700，其包括在其的基座1704与其的移动机构1706之间的接头1702，可呈多个取向。
或者，以上所述康复装置的一者可安装于除地面以外的表面上或于具有不均匀长度的腿上。可任选地，当装置1000安装于壁上或倒置时，亦在球1010上提供滚子(诸如滚子1012)，使得当装置1000在其侧面上或倒置时这些滚子可支撑球1010。例如，藉由螺钉或使用黏着剂来达成安装。
变化取向康复装置的一潜在优点为使患者在变化位置上进行康复的能力。举例而言，起立时可有用地实践(例如)包括伸出及平衡的那些练习。当患者卧床时，一些练习必须躺下时实施。一些练习可坐着实施以及其它练习则跪着实施。
另一潜在优点在于相同系统可用于以相同装置来康复不同身体部位。
变化取向康复装置的另一潜在优点在于许多臂运动机构在其运动范围、轴之间的耦合和/或其它机械特性考虑中是有限的。变化装置的取向允许运动机构置放于较佳位置。应注意在一些变化取向装置中，即使运动机构已移动但装置的受控尖端108可位于相同位置。此允许(例如)患者在练习改变期间保持在轮椅中。
虽然展示了取向的人工改变，但一或多个马达可任选地用于实现取向的改变。可提供一或多个角传感器以侦测接头1702(在一或两方向上)的实际旋转。
图17B及图17C展示在两取向上的替代的变化取向康复装置1710。在图17B中，展示角取向，支撑平板1724相对于基座1712来定位运动机构1720及臂1722。可任选地，提供一或多个可延伸腿1714用于稳定性。可任选地，提供轮椅导轨1716(可任选地为可延伸的)。可任选地，给导轨1716开缝以允许轮子进入其中。可任选地在轮子任一侧上添加夹盘以将轮子锁定在适当位置。未图示的为一可选的基于托架的锁定机构，其中一或多个销或托架(例如)沿轮子轴自其的一或两侧来啮合轮子。例如，可由患者自己来电致动此机构。此轮椅锁定机构亦可用于本发明的其它实施例中。
在本发明的一典型实施例中，可以多种角度来定位平板(slab)1724。
图17B展示约45度的角。图17C展示90度角。亦在图17C中展示的为由可锁定铰链1728固附于支撑平板1724的第二支撑平板1726。在图17B中，平板1726相对于基座1712为平坦的。另外的可能模式为0度角，其中平板1724及1726平放于基座1712的凹部1734中。铰链1730用于旋转运动机构1720使得其面朝上。可任选地，运动机构1720经由可旋转基座1721耦合至铰链1730。另一典型位置为平板1724平放于凹部1732中，使得可旋转基座1721亦处于凹部1732中。此为传输模式，其中可拆下臂1722且整个装置1710可(例如)配置于汽车行李箱中。平板1726可任选地由另一可锁定铰链(未图示)固附于基座1712。
图17D展示了替代康复装置1740，具有其运动机构1748的可调整位置。在此实施例中，轨道1744自基座1742延伸且运动机构1748耦合至在轨道1744上行驶的滑块(traveler)1746。可任选地，运动机构1748由铰链固附于滑块1746以便较好利用机构1748的运动范围(例如，允许装置1740的臂1750使用滑块1746而非使用机构1748集中于运动空间的中心)。
轨道1744可任选地折迭以用于旅行。轨道1744可任选地包括内建数据及电力总线用于至少传送电力至机构1748。或者，使用挠性电缆(未图示)。基座1742(如本文中所示的其它基座)可任选地包括轮子。
多肢体装置
在本发明的一典型实施例中，可一起训练多个肢体(例如)用于康复同步运动。在本发明的一典型实施例中，在多种构型中固附诸如用于装置1000中的多个模块以达成此效应。固附可为(例如)结构的(例如，防止不当的相对运动，但可能可调整的)、机械的(例如，自一模块传输运动至另一模块)和/或受控的(例如，响应于或与一模块处的交互作用同步地修改在另一模块处的交互作用)。
图18展示根据本发明的一典型实施例用于臂及腿的康复装置1800。装置1800包括(例如)使用装置1000的机构来练习臂的一第一部分1804及(例如)亦使用装置1000的机构来练习腿的一第二部分1802。
此类型装置的一典型使用为康复具有一侧麻痹的中风受害者。另一典型使用为训练同步运动(诸如步行所需的)。
在一些状况下，两侧康复为需要的。图19A展示具有四机构模块的一康复装置1900。一对模块1902及1904用于控制右臂的移动，及一对机械模块1906及1908用于控制左臂的移动。例如，如上所述，两对模块可被同步和/或用于教示。
可任选地，添加一或多个模块用于练习每一腿。在所示的实例中，提供诸如图16A中的一或多个踏板1910。然而，如上所说明，可使用具有较大自由度的装置。可任选地，使用步态训练机构，(例如)如在于2004年12月7日申请的美国临时申请案第60/633,428号中所述，该案亦在与本申请案相同的日期且由相同申请人申请为PCT申请案，题为“Gait RehabilitationMethods and Apparatuses”且具有代理人案号414/04391，其的揭示内容以引用的方式并入本文中。可任选地，此机构包括固附于踝且可旋转和/或以多种(例如，2、3、4或更多)方向调动踝(例如，脚)的支撑物以便康复步行。可任选地，提供一或多个机构模块用于(即使当坐着时)训练臀部运动。可任选地，为患者提供踏车或训练自行车以当练习其上身时继续步行。可任选地使踏车运动与由患者的康复练习及实际表现同步。可任选地，步态训练包括身体的不同部位的个别训练且接着一起训练它们用于完整(或部分)步态。
可任选地，装置1900与轮椅而非标准椅子一起使用。
对接系统
图19B展示对接站(docking station)1920，及图19C展示由轮椅1922占用的对接站1920。对接站意味着患者可被置入其中且锁定至适当位置且接着康复的一结构。自功能性观点来看，通常理想的是，仅需要患者的最小操纵，来开始康复工作。因此，例如，患者可在轮椅中且可任选地而非调整患者位置(例如，最初且当练习改变时)，康复装置可任选地自发地移动以确保正确的相对定位。
在所示的实施例中，在轨道1928上提供两变化定向模块1924及1926。可任选地，由手来移动模块。或者，马达(未图标)改变模块的构型和/或使其沿轨道1928移动。轨道1928可任选地提供动力和/或数据至模块。又，可固附非变化定向的模块或其它康复装置。
展示可选轮椅固持机构1932定位于轨迹1930上。可任选地，人工地改变位置。或者，使用马达(未图标)来改变位置。同样地，轮椅啮合机构可为人工或机动的。
展示了一组脚踏板1934，但其可由其它脚部训练装置来替代。
展示了固附于接头1938的可选肘支撑物1936。可任选地，相对于人浮动肘支撑物1936，可任选地被调整以补偿患者的重量。可任选地，浮动在平面中(例如，在平行于地面的平面中)。可任选地，由支撑物来测量肘的位置且该位置可用于多种反馈(诸如运动质量的测量)。支撑物1936可任选地在伸缩式和/或活节臂上，(例如)如图16中所述。
可任选地提供显示器1940(例如)用于治疗师和/或患者。亦可提供输入系统1942(例如，键盘及操纵杆)。可任选地，可旋转输入及输出装置1940及1942至不同位置，使得治疗师可在对接站1920为占用时存取其。
显示器1940、输入1942和/或接头1938可任选地安装于柱(可任选地伸缩式柱)上。可任选地，提供专用于患者的显示器1946(听觉和/或视觉)。
可提供类似对接站用于轮床，例如其具有一者用于每一肢体的四运动机构。或者，如下所述，使康复装置为足够携带型的使得可将其带至卧床患者。
行动性
本发明的一些实施例的特征在于提供行动的康复装置。存在多种行动性等级且如本文中所述的本发明的多种实施例可达成这些等级。
在本发明的一典型实施例中，康复装置的行动性用于在病房内或在医院病房之间移动装置。
图19D展示根据本发明的一典型实施例定位在床1951附近的行动康复装置1950。在行动装置的此实施例中，运动机构1952安装在轨道1958(例如，具有基座1960的弯曲轨道)上。可在基座1960上提供轮子，可任选地可锁定和/或延伸腿(未图示)。轨道1958可任选地包括用于调整机构1952位置的一或多个轨道1962(展示了狭缝)。展示了两不同附件，1954用于臂且1956用于腿。可任选地，轮子用于将装置1950移动至储存仓中。上文描述了可拆卸装置，例如在图17B中所示。
图19E展示根据本发明的一典型实施例耦合至床1951的替代行动康复装置1964。一或多个附件机构1972将装置1964锁定至床1951。可任选地提供轮子。装置1952可用于(例如)由上所述的康复。在本发明的一典型实施例中，装置1964包含框架1970，在该框架1970的顶部1966上安装有移动机构1952。可任选地，装置1952可沿框架移动。展示了球紧握附件1968。
行动性亦可用于其它设置(例如，在家里或在较小诊所中)。又，如上所示，治疗师接到住宅电话便可携带行动康复装置。
在本发明的一典型实施例中，在水(或蒸汽浴)中执行康复，或用水支撑患者和/或提供热量和/或讯息。图19F举例说明根据本发明的一典型实施例在浴缸1976中的行动康复装置1972的使用。展示有轮的基座1978，但可使用包括固定基座在内的其它基座类型。在所示的实施例中，使用具有延伸连接的两臂附件1974且患者可坐着或躺下。
亦可在游泳池中用(例如)固附于池上天花板的装置1972来进行康复。
在本发明的一典型实施例中，将保持康复装置在水外，但将附件制为防水的。可任选地，使装置其本身为防水的或至少防溅泼的。可任选地，使康复装置为电池供电的以防止电击危险。或者，使用气压或液压马达而非电马达。可任选地，低电压(例如，24、12、5伏特或更小)用于给康复装置供电。可任选地，使用包括制动器的无马达的装置。
在本发明的一典型实施例中，康复装置的行动性用于在户外康复，例如在人们的花园中(例如，在草地上)或在大自然中。在一实例中，康复装置用于诸如烧烤的娱乐活动。装置可用于在(例如)翻转汉堡包中帮助引导、诊断及训练患者。可任选地，提供大轮子用于在软表面上的较佳行进。在另一实例中，康复装置用于康复户外活动(诸如打高尔夫球或钓鱼)。可任选地，提供特定附件用于这些活动以匹配用于活动的移动机构的运动范围。在钓鱼实例中，康复装置可帮助(例如)固持钓竿、在肩部产生运动范围以完成摇动(through a fly)且对抗鱼的拉力(其为变化的力)。典型附件为固附至钓杆的附件及固附至杆尖端的附件(例如，仿真鱼)。
在本发明的一典型实施例中，提供调平机构用于不均匀的表面。例如类似于图17A的机构的此机构包括一倾角传感器，该倾角传感器侦测水平面且调整运动机构以适当配置。
在本发明的一典型实施例中，提供尖端和/或倾斜侦测机构。可任选地，当侦测到翻倒(例如，康复单元的基座的加速度)时，单元产生警示信号。可任选地，释放固附至患者的任何附件以防止对患者的损伤。可任选地，基座包括可倒塌部分使得若侦测到翻倒，则基座可倒塌其的一部分且使装置落下离开患者。
在本发明的一典型实施例中，使在无菌环境外部使用的行动康复系统较易清洁和/或能防溅、防尘及一些天气状况。可任选地，密封电子及运动机构。可任选地，用可挠性橡胶来覆盖接头使得较少呈现凸块及裂缝。可任选地，在装置上提供可擦净塑料覆盖物。
在本发明的一典型实施例中，康复系统安装于轮椅上(例如，在其侧部或在其背部)或于车中(例如，在靠近驾驶员的座位中)。可任选地，装置可装配于货车之后部且货车经构型以用作行动康复单元，其中患者可进入(可能在轮椅中，可能使用升降机)且练习。
模块性
在本发明的一典型实施例中，康复装置可任选地以模块设计为特征。此模块设计可以以下方式中的一或多个来表现：
(a)装置能够分解为模块。此允许(例如)藉由替代有缺陷模块的维护。可替代的或附加的，藉由将其拆为组件的能力来增强装置的行动性，这些组件可由非专业人员快速地再次装配好。在本发明的一典型实施例中，不需要特定工具用于拆卸或用于装配装置。可任选地，使用简单螺丝起子或转动扳手。可任选地，装置可在1小时以内被拆散/折迭或装配回原样。可任选地，所需时间(例如)小于30分钟、小于20分钟或小于10分钟、5分钟或2分钟。
(b)装置其本身为模块。例如在图19中可见，相同运动机构模块可用于多个不同康复构型。可任选地，图17中所示的单元用作用于图19B的对接站的可固附/可拆卸模块。
(c)模块附件。例如图16-19中所示，可添加多种类型的附件至相同基本装置，藉此改变其使用。在特定实例中，装置藉由替换具有适当大小零件的部件(例如臂102)而适合于多种患者大小(例如，具有脑性麻痹的儿童)。
在本发明的一些实施例中，手附件包括机械及电快速连接。机械快速连接可包括配合于具有锁定的孔的销，电快速连接可包括在一侧上的弹簧加载针及在另一侧上的表面衬垫。同一组的连接器可用于多个附件。
(d)模块软件。可任选地，将被康复装置所使用的软件提供为模块软件，例如用于不同附件的独立模块；包括多组练习组的模块；用于不同运动模式的独立模块；和/或用于不同装置用途的独立模块(例如，群组、家或诊所)。
日常生活
如上所说明，在本发明的一典型实施例中，康复装置用于尤其帮助患者进行康复以达成日常活动，诸如开门、在桌边吃饭、读书、穿衣、刷牙及洗碟子。
图19G展示根据本发明的一典型实施例的经构型以用于日常活动的康复装置1980。康复模块1952在置有多种厨房器皿的桌1986上倒置安装。可任选地提供肘支架1984。在此实施例中，桌1986固附于支撑机构1952的框架1988。或者，框架1988可足够宽以环绕已有桌或其它家庭组件。
在使用中，将患者的手用带捆至装置1980的可移动尖端1982，且使用者试图或受引导地进行日常活动(诸如拾起叉子)。可任选地，具有力反馈的手套用于选择性康复个别手指。这些手套在本领域中是已知的。
在本发明的一典型实施例中，装置1980用于训练患者进行与日常生活相关的活动、测试患者进行这些活动的当前能力和/或监视患者能力中的一或多者。可任选地，由保险公司使用此测试和/或监视以决定所需的赔偿或帮助。可在一时间段内重复此测试使得可通过能力的突然峰值来侦测欺骗企图。
应注意康复的非常重要的目标为生活质量，其可任选地藉由训练及测试执行多种日常活动的能力来解决和/或判定。
在本发明的一典型实施例中，提供特定附件用于日常活动训练。在一实例中，提供包括倾角传感器的溢出指示杯。在另一实例中，具有侦测笔位置的能力的白板用于涉及在墙壁上书写的康复练习。将所侦测位置和/或压力报告至可任选地保持、支撑和/或引导患者手的康复装置。
在本发明的一典型实施例中，藉由提供一或多个片(例如，包括例如位置或压力传感器的传感器胶粘物)且将片固附于日常使用器具(诸如锤子或墙壁)使日常生活的器具成为附件。康复装置可任选地包括位置判定构件，(例如)与片上的位置传感器通信的无线单元或使片成像的相机，使得康复装置可判定日常使用物体的相对位置和/或定向。在一些状况下，使用本文中所述的、但无机械支撑或运动反馈的方法来进行康复和/或诊断。可任选地，藉由将振动片(在康复装置的控制下)固附于被康复的肢体来提供振动或其它反馈至患者。
2004年4月29日申请的美国临时申请案第60/566,079号描述用于精密动作控制或精密及总动作控制组合的康复的多种结构，该案亦在与本申请案相同日期且由相同申请人申请为PCT申请案，题为“Fine Motor ControlRehabilitation”且具有代理人案号414/04401，其所揭示内容以引用的方式并入本文中。
图19H展示根据本发明的一典型实施例用于帮助训练日常生活活动的装置1990。并非提供整个桌子，装置1990包括连接至基座1994的两可设定点1992及1993。一对可调整臂(例如鹅颈臂1996)可用于调整其空间位置。在使用中，例如为倒茶定位设定点1992及1993以模仿例如倒茶的情形。在一典型练习中，要求患者自点1992至点1993移动杯子(例如，由康复装置来帮助，未图示)。接着评价轨迹。展示了设定点1993为平坦表面，在该平坦表面上置放物品。可使用其它结构及附件(诸如吊钩)。可任选地，设定点1992及1993(可提供更多)包括传感器，例如接近传感器(用以侦测人或康复机器人)、接触传感器、压力传感器和/或位置传感器)。设定点亦可提供例如光、声音或振动的反馈。
可(例如)使用位置传感器或相机来判定点1992及1993的相对位置。或者，藉由尖端108依次接触点1992及1993，尖端108被用力将其位置登记至康复装置。可任选地，虚设臂安装于康复装置上，以当由使用者的一部分(诸如手指)实际接触设定点时校准尖端108及设定点的相对预期位置。
较小夹盘
在本发明的一典型实施例中，活节臂中的接头被构型以提供选择性和/或方向阻力。
图20为在杆2004与杆2002之间的此接头的横截面图。夹盘2006装配于杆2004的张开末端2008中且啮合固附于杆2002的球2012。若夹盘2006朝向杆2004收缩，则其绕球2012收紧且增加其的阻力。
可任选地，在夹盘2006与球2012之间提供一或多个应变传感器和/或光学传感器，使得可判定施加至接头2000的力的方向。可任选地，提供可选择性修改阻力程度的一或多个电启动制动器组件(例如，压电组件)。替代收缩夹盘机构或除此以外，可提供前述电启动制动器组件。
平衡万向支架装置
图21展示一替代康复装置2100，其中不使用球接头。可任选地由环绕轮轴2106的可选平衡重2110来平衡可任选地可延伸的臂2102。平衡重2110可包括用于控制臂2102的延伸的马达或可变制动器。
可任选地提供马达2108以环绕轮轴2106来旋转臂2102。提供第二铰链2112以允许环绕垂直于臂2102的轴及轮轴2106的旋转。可任选地，马达2108包括一配重使得其相对于铰链2112来平衡臂2102。可任选地，在装置2100的基座部分2104中提供狭缝2114用于起到以上的板1020及狭缝1030的功用。亦可使用类似的结构构型。可任选地，提供旋转板2116用于载运狭缝2114。可任选地提供马达(未图示)用于环绕接头2112旋转。可任选地，提升接头2112以具有与轮轴2106的轴交叉的轴。
替代万向支架装置
图22A展示根据本发明的一典型实施例用作运动机构的一替代万向支架装置2200。以下所述的图22B展示包括马达和/或制动器的装置2200的构型。
装置2200包括万向支架部分2202、可任选地可移除的z轴组件2204及固附至其的可任选地可替代的手柄2206。可使用(例如)如图15中所示的模块连接器2208。可任选地，释放销2210用于选择性移开z轴组件2204(例如)用于移位或用于储存。
万向支架部分2202可任选地包括一框架2212，该框架2212包括第一铰链2214。可任选地，引导框架2216固附于铰链2214且包括用于引导延伸部分(或凸轮从动件或销)2218(以下所述)的引导路径，其中铰链2214提供第一固定轴。
亦在框架2212上由铰链2220来提供第二固定轴。在本发明的一典型实施例中，手柄2204可任选地刚性地固附于包括延伸部分2218的框架2222。因此，将手柄2204的球面旋转运动转换为两铰链环绕固定轴的旋转。可任选地，延伸部分2218包括平衡重(未图示)。
图22B展示在一典型展开构型中的装置2200，其中固附有两制动机构2232及两力控制机构2230。可以理解的是，可构造具有阻力及力控制中的仅一者的实际装置。以下较详细描述力控制机构2230。
参考制动机构2232，在本发明的一典型实施例中，使用圆盘制动机构，其中由摩擦组件(未图标)选择性约束圆盘(或圆盘的一部分)2240。马达2250选择性设定由摩擦组件施加至圆盘上的压力。亦可提供其它摩擦机构。在本发明的一典型实施例中，以下机构用于将马达2250耦合至圆盘2240。耦合器2248将马达2250的旋转运动转换为杆2247的轴运动。可任选地，杆2247为弹簧加载的，在马达2250缺少动力时，使得销移至锁定或未锁定位置，其中圆盘2240上的摩擦为最大或最小的(视实施例而定)。藉此支架2246被杆2247选择性提升或下推。摩擦组件(虽然未图标)耦合至可旋转组件2242，该可旋转组件2242将其的旋转转换为摩擦组件朝向或远离圆盘2240的运动。可任选地，组件2242为螺钉。组件2242包括驱动桥杠杆(transaxial lever)2244，其由支架2246啮合且藉此当支架2246移动时旋转组件2242的。可旋转组件2242可任选地为弹簧加载的。
可使用(例如)制动器技术领域中已知的其它制动机构(例如，电、流体、磁和/或机械制动器)。
在本发明的一替代实施例中，藉由提供单一单向制动器来减小在各轴运动之间的耦合。在本发明的一典型实施例中，制动器包含选择性压在销2218上的截球部。
亦在图22B中展示的是多种可选传感器。传感器2234耦合至铰链2220的轴且报告手柄2204何时旋转至其限度。传感器2236报告手柄何时在参考(或原始)位置。传感器2238(例如，旋转电位计或编码器)报告铰链2220的旋转角度。类似传感器可用于铰链2214。
在本发明的一些实施例中，制动机构用于藉由停止运动来提供安全性、提供可规划的阻力(即使在无装置的主动运动的系统中)和/或平衡(例如，藉由当需要抵消外力时提供摩擦)中的一或多者。可任选地，耦合在两模块2232中的制动动作，以提供与手柄2204的运动是否沿固定轴的一者相独立的均一制动行为。
悬臂式万向支架机构
图23展示根据本发明的一典型实施例的悬臂式万向支架机构2300。框架2302耦合(刚性地或非刚性地，如图25中将描述)至手柄(未图示)，该手柄可任选地固附于驱动系统2304(例如，用于手柄轴向运动的可选择延伸及阻力)。框架2302可旋转地耦合至框架2306。在本发明的一典型实施例中，由马达2316来提供在框架2302与2306之间的相对旋转。在本发明的一典型实施例中，马达2316使用蜗轮2314及小齿轮2312来耦合框架。可提供其它连接方法。可任选地，蜗轮具有足够小的导程角以防止手柄反向驱动马达的运动。可能地，与使用精确马达和/或齿轮箱相比，蜗轮为更便宜、更安静和/或允许使用更低成本的马达。
框架2306可任选地使用类似机构耦合至基座托架2307，该类似机构的仅小齿轮2308及蜗杆2310被展示。可任选地，如在先前实施例中所述提供制动。
力控制机构
图24A展示根据本发明的一典型实施例的力及驱动控制机构2400。如所示，机构2400包括一驱动部分及一力反馈部分。在一些实施例中可省略这些部分的一或两者。
首先参考驱动部分，铰链2220或2214的轮轴(未图示)(例如)经由形成于轮轴上的齿轮部分耦合至小齿轮2404的内部小齿轮部分2402。可任选地，使用其它固附方法(例如，直接固附)。由在轴2407上旋转的蜗轮2406来旋转小齿轮2404。在本发明的一典型实施例中，由马达2414经由被带2412连接的两滑轮组2408及2410来提供动力。亦可使用其它动力系。
参考力反馈部分，在本发明的一典型实施例中，蜗轮2406具有足够小的导程角，使得其不可被小齿轮2404反向驱动。替代地，抵消由马达2414所施加之力的力(例如，来自手柄)将引起蜗轮2406沿轴2407轴向地移动。可任选地，提供黏性制动机构及弹性阻力机构的一或两者以抵消此力。可提供多种设置组合，(例如)导致图3B中所示。
蜗轮2406的轴向移动导致标记为2422的两杠杆的一者的移位(图中展示镜像机构)。可任选地由对抗杠杆2422运动的软垫2440来提供黏性缓冲。软垫2440可任选地为可调整的(例如，由手或由康复装置)。线性电位计或其它位置传感器可任选地用于侦测蜗轮2406的偏移。
在本发明的一典型实施例中，弹簧2420对抗杠杆2422的运动。可任选地，可由马达2424可选择地预加载弹簧2420。在所示的实施例中，一组滑轮2426及2430及带2428引起螺纹轴2432的旋转。在本发明的一典型实施例中，螺母2434(或其它机构)骑在螺钉上且将螺钉的旋转转换为弹簧2420的预负载。可任选地，在杆2432两端上以相对方向为杆2432车螺纹。应了解(例如)若要求不对称的阻力或为平衡重力则可提供用于两弹簧2420的每一者的独立预加载。可任选地，由螺母2438提供预加载的人工调整，螺母可能地用于初始校准及设置。
可任选地，提供销2436以限制蜗轮2406运动的轴向范围。应注意若预负载超过零，则将不发生蜗轮2406的轴向运动直至克服此力。这对应于图3B中的Fmin。可任选地，设置力机构使得延伸运动(远离身体)较朝向身体的运动存在更多阻力。
亦可提供其它机械结构，例如弹簧2420位于轴2407上。在另一实例中，并非马达2424而可由耦合于两杠杆2422之间的单一弹簧来替换相关联的预负载设置机构。
此结构可提供多种操作模式，例如：
a)使用者被动模式。在此模式中，马达2414驱动蜗轮2406且蜗轮2406旋转连接至手柄的小齿轮2404。
b)自由使用者模式。在此模式中，使用者以任何使用者判定的方向来移动手柄且系统跟随使用者。在此实施例中，机构2400充当机械二极管，用于使使用者运动自马达去耦。当使用者施加力于机器人臂上时，蜗轮2406如上所述轴向地移动。此线性运动被测量且可用作至控制器的输入。由弹簧2420的预负载大体上确定使用者所感觉的力的量。可设定预负载或如在此种状况下由电动预负载马达来控制。
在自由使用者模式中，控制器接收来自线性电位计的输入且指导马达2424以相同方向跟随。这引起使用者至抵消其所要运动的预定力。
c)受限制模式(力场)。弹簧马达组合的一额外使用为形成轨迹，在轨迹上抵消力为最小，但自轨迹的任何偏差将导致较高弹簧移位及因而导致相对偏差的力(例如，如图3A中所示)。可任选地，以特定速度启动此模式，藉此设置等动力练习。
d)起始模式。使用者开始特定方向的运动，该运动将被感应为蜗轮2406的移位。接着可由康复装置进行此运动至完成。可任选地，只要起始移动在预定方向上则该运动将被完成。
e)帮助模式。当运动在进程中时，以在运动方向推动手柄的方式(例如，正反馈)预加载弹簧2420。此可为连续力或可以脉冲来提供。
f)静态。可任选地，力机构用于要求患者施加力至空间中的一点处而无手柄的实质移动。可实时测量和/或控制力。应注意弹簧机构较摩擦机构或使用马达的直接机器人运动一般可响应于力提供更现实的较小幅度运动。
弹簧马达组合的一潜在优点在于可提供对运动的速度和/或范围限制。另一潜在优点在于即使在紧急停止中可提供逐步(例如，弹性)停止。另一潜在优点在于黏性阻尼可提供动态感。
图24B为根据本发明的一典型实施例在自由手模式下、当两个这些机构固附于图22B的装置时机构2400的操作流程图2460。类似过程可用于在三轴中具有力控制的实施例。
流程图2460描述如何测量由使用者施加的力的量值及方向及接着如何用于引导手柄的运动。动作2462至2476仅描述关于φ(Phi)的，但这些动作亦关于所有轴(例如，θ(Theta))来进行。
在2462，获得φ偏移的测量。
在2464，施加可选滤波，例如使信号平滑和/或移除噪声的低通滤波。
在2466，可任选地执行定比操作(例如)以匹配校准及控制参数。
在2468，可任选地施加噪声闸，其中将在阈值之下的信号转换为零。
在2470，可任选地提取位置改变的量值和/或方向。
在2472，可任选地使用增益因子来产生位置命令。
在2474，可任选地位置命令被箝位为至少最小值(例如)，以克服摩擦和/或噪声位准。
在2476，可任选地产生绝对位置命令。
在2478，计算φ及θ轴的速度。可任选地，亦计算加速度。
在2480，得出校正的合成向量。可任选地，合成向量为φ及θ的最大值而非向量组合，此可用以稳定系统和/或防止机械问题。
在2482，可任选地施加小于1的增益，可能地增加稳定性。
在2484，可任选地计算速度向量的角度。
在2486，计算φ及θ速度分量。
在2488，产生用于动力源(例如，马达)的命令。
耦合力控制机构
图25展示一替代力控制机构2500，其中使用单一弹簧机构来耦合φ及θ轴。使用未图示的轴来移动手柄2502。在一实例中，机构2500包含图23中所述实施例的内部机构(其中展示外部φ及θ轴)。
轴2504(及匹配正交轴，未图示)包含内部φ及θ轴，当施加力控制时手柄2502环绕这些轴少量旋转。底部2506接触板2508。少量旋转引起板2508被部分2506压低(可提供其它形状，但可任选地部分2506在其圆周是圆的)。由一或多个弹簧2510(例如，四个弹簧)来对抗此降低。可使用马达2522来设定弹簧的预负载，该马达2522使用包含滑轮2520及2516的驱动器系，且带2518可旋转螺钉2514，该螺钉2514藉由提升基座2512来压缩弹簧2510。可替代的或附加的，可实施人工预负载。
可任选地，使用套管2524或此领域中已知的其它构件来确保板2508的线性运动。可对盖2508及基座2512的相对运动提供机械停止，使得弹簧2510的足够预负载防止任何机械运动。
可计算部分2506边缘的圆角以确保在旋转角度与移位之间的线性关系。
内部旋转的轴可与外部旋转的轴一致，然而此非必需的。举例而言，所述两轴可不共面和/或所述两轴可不平行。
可提供多种测量构件(例如，测量弹簧移位的线性电位计和/或测量φ及θ旋转的旋转电位计)。测量值可与图24B的流程图一起使用。
可任选地，弹簧2510用于亦提供Z方向上的顺应性。在一实例中，当压低手柄2502时，弹簧2510提供阻力。可任选地将轴2504处的铰链置放于狭缝中，以使得铰链的z轴运动为可行的。
Z轴运动机构
图26A及图26B展示根据本发明的一典型实施例的z轴运动及力回应机构2600。该机构包含三部分伸缩杆，其包含中心部分2604、顶部部分2608及底部部分2606。外部马达(例如，图23的2304)耦合至耦合器2602且藉此旋转杆2609。外部马达的使用可任选地帮助模块性，因为可使z轴机构花费较低成本且可与其它z轴机构互换。耦合器2610(例如螺母)将旋转运动转换为中心部分2604的轴向运动。可任选地由一对线性轴承(用于部分2608的2614及用于部分2606的2612)来引导部分2604、2606及2608的伸缩。线性轴承分别处于通道2613及2611中。
在本发明的一典型实施例中，组合的齿条及小齿轮及正时皮带机构用于使部分2606及2608的延伸同步，如下所述。通道2611及2613的每一者亦包括限定于其上的齿条，且部分2604包括两小齿轮2616及2618，在两末端上各有一个。当部分2604延伸时，齿条2611引起小齿轮2616旋转。连接于小齿轮2616与2618之间的定时带2620(在相同有效直径的同轴耦合皮带轮上)引起小齿轮2618同步旋转。小齿轮2618接着移动齿条2613，引起部分2608的伸缩。
在本发明的一典型实施例中，伸缩允许z轴机构是结构紧凑的且帮助携带。又，其允许接近运动机构的旋转中心的运动。在本发明的一典型实施例中，伸缩允许z轴长度的2∶1或接近3∶1的范围。可提供额外伸缩部分用于更大的延伸比。
参考z轴机构的顶部，展示可交换手柄2630。可任选地由线性测量电位计2638的运动来展示手柄2630的轴向运动。可任选地，使用快速连接机构来固附手柄2630。
在本发明的一典型实施例中，弹簧2632(例如)使用如图24中以上所述的逻辑来提供对手柄2630的轴向运动的弹性阻力。
参看图26B，弹簧2632为螺旋弹簧，可藉由改变其有效长度来改变其的阻力，例如藉由移动确定弹簧2632的叶片长度的滑动挡板2636。可任选地人工地(例如，藉由旋转外壳2634)移动此滑动挡板。或者，可提供内部马达。叶片长度的此改变大体上可与预负载的改变相比。可藉由实际预负载弹簧2636(例如藉由其的轴向运动)或藉由提供另一弹簧以对抗轴向运动来提供最小力设置。亦可藉由旋转弹簧2632其本身、藉此拉紧弹簧来达成预负载。
视实施方式而定，力控制机构的运动范围可为(例如)3cm、5cm、10cm、15cm、20cm或中等、较小或较大的范围。
应注意在本发明的一些实施例中，齿轮减速比的使用允许使用较低功率和/或较低成本的马达。
应注意可使用可挠性或弯曲耦合来传送z轴中的力。因此，例如，z轴组件可为90度肘管(elbow)，其中仅较远部分延伸。可替代的或附加的，鹅颈状机构用于为z轴组件限定空间形状。
游戏
已提及多种游戏。在本发明的一典型实施例中，提供以下游戏类型的一或多者：角色扮演游戏(冒险及D&D游戏)、运动游戏(射击游戏)、棋盘游戏及模拟游戏(例如，英式足球及网球)。
可相对于人对手或相对于机器对手(例如)一对一地玩游戏。
在本发明的一典型实施例中，装置100充当输入装置(例如，替换操纵杆)。可替代的或附加的，装置100用作VR输入装置，(例如)以读取肢体位置。可替代的或附加的，可限定特定化输入模式，(例如)可将臂102的空间位置映像(map)至屏幕上或游戏世界中的虚拟位置或至其的速度和/或加速度。可限定用于多种控制的手势，(例如)“开火”、“提升”及“置放”命令可各具有相关联的姿势。
在本发明的一典型实施例中，提供儿童游戏(例如)用于鼓励局部麻痹的或CP儿童避免忽略身体部位。装置100亦可用作社会焦点用于防止局部麻痹的儿童变为被遗弃者。
在本发明的一典型实施例中，游戏配合于患者能力，(例如)限制所需ROM、提供患者运动增强、改变游戏速度及改变需要注意的视场。
在本发明的一典型实施例中，游戏经选择以匹配患者的动机程度(例如，为低动机患者选择简单游戏)。
安全性
在本发明的一典型实施例中，提供一或多个安全特征以防止对患者的损伤。举例而言，可使用以下安全机构的一或多者：
a)特殊安全开关(dead man switch)。若患者释放此开关(或接触适当按钮)，则冻结装置100的移动和/或使所有力及阻力为零。替代地，可限定其它“安全港”构型。
b)断裂销。销可用于将尖端1008(或其它附件)固附至臂1002。若超过某临限力，则销断裂且自臂释放附件。可为不同情况选择具有不同断裂阈值的不同销。可任选地，线索可固附于销用于反馈。可任选地，销包含两磁性吸引材料，其中可任选地由电流来设定吸引程度。
c)锁定。臂1002可具有初始锁定状态以允许患者靠着其。
d)语音启动。可提供语音启动和/或撤销以允许患者呼喊系统停止。
e)分析。可任选地，分析由患者所施加的实际移动和/或力以判定是否接近阈值或患者是否经受过度应力。
f)弹性。具有弹簧的力控制机构防止突然停止突然地停止患者。替代地，弹簧允许一些顺应性及较为逐渐的停止。
g)力测量。若力机构判定在力和/或空间脱离在阈值之上，则运动可被停止且可任选地相对于力施加的方向来移动。
平衡训练
在本发明的一典型实施例中，康复模块用于平衡训练。在一实例中，座位固附于尖端1008且患者坐在座位上。具有狭缝的非旋转板1020设定允许座位滚动的方向且阻力水平设定难度。可任选地，提供手柄杆。可替代的或附加的，为脚提供脚支架和/或踏板。或者，提供用于臂的一或多个康复模块。以此方式，可模拟且训练多种日常及体育活动。可任选地，提供虚拟实境显示器或电视显示器以增强现实感。在本发明的其它实施例中可提供此虚拟实境显示器，(例如)以展示反馈、以展示指令或使活动较为有趣。
于2004年12月7日申请的美国临时申请案第60/633,442号(该案在与本申请案相同的日期且由相同申请人申请为PCT申请案、题为“Methods andApparatuses for Rehabilitation Exercise and Training”且具有代理人案号414/04388，其的揭示内容以引用的方式并入本文中)描述(例如)使用此椅的平衡训练。可任选地，整个身体系统用于同时训练与平衡相关联的多个身体部位(例如，躯体、臂和/或腿)。
在本发明的一典型实施例中，装置100用于站立时训练平衡。举例而言，当尖端108在各空间位置时，患者执行对臂102的伸出练习；一些位置要求仅臂延伸且一些位置要求躯体弯曲。
多模态治疗及协调训练
在本发明的一典型实施例中，装置100用于在除了肌肉运动之外(otherthan motor)的模式下提供康复。在一实例中，显示器(听觉和/或视觉)用于执行视觉和/或听觉康复。因此，单一装置可用于多个康复类型(例如，在家里)且充当用于患者及用于治疗师两者的单一接触点。若存在多个治疗师，则装置可用以在多个治疗师之间协调和/或追踪普遍参数(诸如普遍进程、动机和/或认知位准)。在本发明的一典型实施例中，装置100在若干模态(modalities)的一者中(例如，为负载平衡和/或为兴趣)选择性施加练习。
在本发明的一典型实施例中，装置100用于康复在模态之间的协调和/或使用一模态的康复来帮助康复其它模态。一实例为眼手协调，其中对患者展示屏幕上的目标，且目的为移动尖端108以追踪其。另一实例为定时，其中患者可能地需要在听觉模态下在一定时限内提供命令。另一实例为空间计划，其中患者被提供关于空间运动的逐渐增加复杂性的语言指令。
在本发明的一典型实施例中，逐渐地提供较复杂视觉指令、动作行为及反馈(视觉或非视觉)至患者。同样地，逐渐提供较复杂的听觉、动觉、触觉及嗅觉(使用气味释放附件)反馈和/或指令。
在特定实例中，康复语言认知与运动一致，(例如)要求足够快速地理解语言以及时执行运动或响应于语言指令。可要求使用者提供匹配其运动的语言表达。可提供语言认知模块。
在另一实例中，随着视觉康复的进行使视觉刺激更为复杂，(例如)以光开始、接着为在一位置光、接着为闪光的速度、接着必须读取的文字，所有这些用于促动动作行为或充当反馈(例如，用于逐渐复杂的动作任务：移动臂、移至一方向、移至特定区)。
装置100的一些实施例的特定优点为机械反馈且对患者提供支撑。在一些实施例中，本文中所述用于动作康复的一些方法(且其可获得为此的特定实用性)用于非动作康复，例如测量动机、远程康复、群组活动和使用者活动的计算机支持(例如用于群组参与)。
其它装置
在此领域中已知多种机器人及定位装置(例如，六脚的)的设计。应了解根据本发明的典型实施例，本文中所述的各实施方式可适合于这些机器人和/或定位装置。 可替代的或附加的，可提供软件用于这些机器人及装置以进行本文中所述方法的各者，所有均根据本发明的典型实施例。
2004年8月25日提出的美国临时申请No.60/604,615号描述考虑大脑可塑性的效应，该案的揭示内容以引用的方式并入本文中。本文中所述的方法可使用EEG或fMRI作为输入以确定(例如)将使用的装置模式的类型或反馈。
2004年4月29日提出的美国临时申请No.60/566078，同时也是由本申请人在同一天提交名称为“Neuromuscular Stimulation”的PCT申请，代理人案号为414/04400，这两篇申请的公开内容通过参考合并在本申请中，其中描述了在移动局部麻痹肢体或者支持其运动的同时刺激该肢体。例如可选择使用健康肢体的EMG测量作为本申请的教导的一部分，以便对局部麻痹肢体的刺激和/或支撑运动做出决定。
应注意本文中所述的康复装置可任选地不仅用于家里而且用于护理中心(诸如老年人家里、医院及康复中心)。
应了解以上所述的康复方法可以许多方式变化，其包括省略或添加步骤、改变步骤次序及所使用装置的类型。另外，已描述方法与装置两者的多种特征的多样性。在一些实施例中，主要描述了方法，然而亦认为适合于执行之上方法的装置在本发明的范畴内。应了解可以不同方式来组合不同特征。特别是，并非在特定实施例中如上所示的所有特征在本发明的每一类似实施例中都为必需的。此外，亦认为以上特征的组合在本发明的一些实施例的范畴内。包括装置组、一或多个断裂销、一或多个附件和/或软件的套组亦在本发明的范畴内。又，硬件、软件及计算机可读媒体在本发明的范畴内，该计算机可读媒体包括用于进行和/或引导本文中所述的步骤(诸如臂位置的控制)且提供反馈的软件。提供部分标题用于帮助导引且不应认为必定限制了该部分的内容。当用于以下权利要求中时，术语“包含”、“包括”、“具有”及其动词变化意指“包括但不限于”。亦应注意装置适合于男性与女性，其中为方便起见使用男性代名词。
本领域的技术人员可了解的是，本发明不受迄今已描述内容的限制。相反，仅由以下的权利要求书来限制本发明的范畴。
Claims (78)
1、一种康复装置，包括：
框架；
作动器，包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动(substantial motion)；
接头，使所述框架和所述作动器相互连接，并使所述运动机构在所述框架上有多个不同的相对布置，使得所述空间相对所述框架移动。
2、根据权利要求1所述的装置，其中所述运动机构在不同的空间方向具有不同的运动限制，并且其中所述多个相对布置包括改变所述机构的取向。
3、根据权利要求1所述的装置，其中所述接头包括直线接头。
4、根据权利要求1所述的装置，其中所述接头包括旋转接头(swiveling joint)。
5、根据权利要求1所述的装置，其中所述框架是曲线型的。
6、根据权利要求1所述的装置，其中所述接头是机动的。
7、根据权利要求6所述的装置，包括控制器，该控制器根据储存在所述控制器内的、需要执行的练习控制所述接头。
8、根据权利要求1所述的装置，包括至少一个报告所述接头位置的传感器。
9、一种康复系统的装配方法，该康复系统包括作动器，所述作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动，所述方法包括：
确定要执行的康复练习；
为所述练习选择所述动作控制机构的理想的位置；和
根据所述理想的位置调节该机构在框架上的位置。
10、根据权利要求9所述的方法，包括自动调节所述位置。
11、根据权利要求9所述的方法，包括向用户自动报告所述想要的位置。
12、一种康复装置，包括：
具有φ(转动)和θ(仰角(elevation))的球角度中的运动自由度的接头，所述自由度使得所述接头可以定位在每个角度方向的至少30度范围内的基本任何角度位置上；
基本刚性的径向延伸件，该延伸件固定到所述接头上并且适于在人的肢体上的至少一个点上与肢体一起移动；和
控制器，适于控制所述接头的运动并由此控制所述径向延伸件的运动。
13、根据权利要求12所述的装置，其中所述径向延伸件是平衡的，从而如果该人不施加力则所述点保持稳定，如果施加力则所述点移动。
14、根据权利要求13所述的装置，其中所述平衡可以改变，以便与可选择地固定到所述延伸件的附件的重块相匹配。
15、根据权利要求13所述的装置，其中可由所述控制器使所述平衡沿着运动路线改变，以便与所述点上的瞬间变化相匹配。
16、根据权利要求13所述的装置，其中可以设定所述平衡，以便给所述肢体提供守中的浮力(neutral buoyancy)。
17、根据权利要求12所述的装置，其中所述接头是球接头。
18、根据权利要求12所述的装置，其中所述接头包括两个有公共转动中心的正交铰链。
19、根据权利要求12所述的装置，其中所述控制器包括机械式控制器。
20、根据权利要求12所述的装置，其中所述控制器包括电动控制器。
21、根据权利要求12所述的装置，包括至少一个可选择地阻碍所述自由运动的制动器。
22、根据权利要求21所述的装置，其中所述制动器由所述控制器连续地控制。
23、根据权利要求21所述的装置，其中所述制动器在所述φ和θ方向中的仅一个方向上进行单向制动。
24、根据权利要求21所述的装置，其中所述制动器在所述φ和所述θ两个方向上工作。
25、根据权利要求12所述的装置，包括至少一个使所述接头移动的电动机。
26、根据权利要求25所述的装置，其中所述电动机适于在所述点施加至少10Kg的力。
27、根据权利要求25所述的装置，其中所述电动机受所述控制器的连续控制。
28、根据权利要求25所述的装置，其中所述电动机不能由所述延伸件反向驱动。
29、根据权利要求12所述的装置，包括至少一个弹性元件，当该人在不同于受所述控制器控制而运动的运动轨迹线的一个轨迹线上移动所述点时，该弹性元件提供弹性顺应性(resilient compliance)。
30、根据权利要求29所述的装置，其中所述控制器设定所述弹性顺应性的程度。
31、根据权利要求12所述的装置，其中所述元件是可伸展的。
32、根据权利要求12所述的装置，其中元件包括用于电源的导线管。
33、根据权利要求12所述的装置，包括至少一个位置传感器，报告所述接头的角度位置。
34、根据权利要求12所述的装置，包括至少一个力传感器，报告施加给所述接头的力。
35、根据权利要求12所述的装置，其中所述控制器被构造成控制所述运动并提供下面中的至少一个：协助所述患者肢体的运动、阻止所述患者肢体的运动、引导所述患者肢体的运动、轻推所述患者肢体使之移动以及移动所述患者肢体。
36、根据权利要求35所述的装置，其中所述控制器上储存有多个不同的康复练习。
37、一种平衡康复装置，包括：
作动器，包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；和
至少一个使所述作动器平衡的重块，从而不需要力就可以使所述作动器保持在空间内。
38、一种康复方法，包括：
利用作动器协助患者沿轨迹线在空间中运动；
给所述患者离开所述轨迹线的动作提供阻力，所述阻力包括在离开所述轨迹线方向上的顺应性，
其中所述顺应性由没有机电反馈回路的机械方式实现。
39、根据权利要求38所述的方法，其中所述顺应性通过制动提供。
40、根据权利要求38所述的方法，其中所述顺应性由至少弹性元件提供。
41、根据权利要求38所述的方法，包括：带有所述顺应性地跟踪患者所述动作。
42、根据权利要求38所述的方法，其中在沿该动作的空间中的不同点处提供不同的阻力。
43、根据权利要求38所述的方法，其中在空间相同点的不同方向上提供不同的阻力。
44、根据权利要求38所述的方法，其中所述顺应性为至少1厘米。
45、一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
电动机，以防止被所述杆反向驱动电动机的方式可操作地与所述杆连接，可操作所述电动机使该杆移动；和
与所述杆耦合并为所述运动提供弹力的弹簧。
46、根据权利要求45所述的装置，其中只有当所述杆以不同于所述电动机引起的运动而运动时，所述弹簧提供所述弹力。
47、根据权利要求45所述的装置，其中所述电动机的试图反向驱动给所述弹簧施加力。
48、根据权利要求45所述的装置，其中所述弹簧有可控制的预负载。
49、根据权利要求45所述的装置，包括与所述弹簧平行的阻尼元件。
50、一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
电动机，可操作地与所述杆连接并使其移动；
狭槽，引导所述杆的运动；和
弹簧，与所述杆耦合并给所述运动提供弹力。
51、根据权利要求50所述的装置，其中所述弹簧装在所述狭槽上。
52、一种用于康复的多轴弹性元件，包括：
第一组的至少一个接头，适于允许径向延伸的杆的球形坐标系内的运动；
第二组的至少一个接头，适于允许所述第一组接头的球形坐标内的运动；
弹性元件，具有与所述杆运动相关联的压缩，由此与所述第二组内的运动顺应。
53、根据权利要求52所述的元件，其中所述弹性元件有可设定的预负载。
54、一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
电动机，可操作地与所述杆连接并使其运动；和
弹簧，与所述杆耦合并给所述运动提供弹力，
其中所述弹簧具有可设定的顺应性。
55、根据权利要求54所述的装置，其中所述顺应性由控制器设定。
56、根据权利要求55所述的装置，其中所述设定是连续的。
57、根据权利要求54所述的装置，其中所述弹簧是具有可设定有效长度的板簧。
58、一种伸缩机构，包括：
至少三个伸缩部，包括一个中部和两个端部；
使所述中部延伸的作动机构；
第一齿条和齿轮机构，将所述端部之一的运动和所述中部的运动相耦合；
第二齿条和齿轮机构，与所述端部之另一个的运动和所述中部的运动相耦合；和
可操作地连接这两个齿条和齿轮机构的皮带。
59、一种便携式康复装置，包括：
使该装置稳定到表面或物体上的底座；和
作动器，包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动，
其中所述装置有两种构型：
适于进行康复训练的第一构型；和
适于存储的第二构型，并且其中
所述装置适于由非专业人员人工地在所述两个构型之间变化。
60、根据权利要求59所述的装置，其中所述装置拆开为所述第二构型。
61、根据权利要求60所述的装置，其中所述装置包括至少一个快速接头。
62、根据权利要求59所述的装置，其中所述装置被折叠起来。
63、根据权利要求59所述的装置，其中所述装置折成平面状，可以放进汽车行李箱中。
64、根据权利要求59所述的装置，其中所述装置重量少于30Kg。
65、根据权利要求59所述的装置，其中所述装置装有轮子。
66、一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
至少一个与所述杆耦合的电动机，适于与所述杆的运动相互作用；和
至少一个单独的元件，使所述电动机和所述杆相互连接，并且当该元件上的预定力被超出时，所述杆的至少一部分被从所述电动机拆开。
67、根据权利要求66所述的装置，其中所述元件包括断裂销。
68、根据权利要求66所述的装置，其中所述元件包括可分离的接头。
69、根据权利要求66所述的装置，其中所述元件连接在所述杆的本体和装在所述杆上的附件之间。
70、一种康复装置，包括：
适于与患者身体的一部分一起运动的杆；
至少一个与所述杆耦合的电动机，适于与所述杆的运动相互作用；
至少一个弹性元件，使所述电动机和所述部分相互连接；和
控制器，适于识别安全问题并根据所述识别结果停止所述电动机，所述弹性元件防止该停止突然发生。
71、根据权利要求70所述的装置，其中所述装置包括作动器，作动器包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力。
72、根据权利要求70所述的装置，其中所述控制器通过检测所述患者的呼叫来识别所述安全问题。
73、根据权利要求70所述的装置，其中所述控制器通过计算所述患者身体部位的至少一个位置并将该计算结果与或多个允许值比较，从而识别所述安全问题。
74、一种康复对接站，包括：
作动器，包括运动机构，该运动机构能够施加与在该作动器运动的至少三个自由度中、在直径至少为30厘米的空间内的患者肢体的运动相互作用的力，并且该运动机构能够阻止在所述空间内任何方向任何点的实质运动；
至少一个作动器，用于协助康复；和
适于锁定到患者支架的对接端口(docking port)。
75、根据权利要求74所述的对接站，其中所述端口适合与轮椅接合。
76、根据权利要求74所述的对接站，其中所述端口适合与床接合。
77、根据权利要求74所述的对接站，其中所述对接站是可移动的。
78、根据权利要求74所述的对接站，其中所述对接站包括至少一个用于固附第二作动器的端口。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070502 |