DE102016109798A1

DE102016109798A1 - Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen

Info

Publication number: DE102016109798A1
Application number: DE102016109798.5A
Authority: DE
Inventors: Jung-Fu HOU; Yu-Chia LIANG; Chang-Jin YU
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2017-11-30
Also published as: CN107280912A; CN107280912B; JP6463704B2; JP2017189305A; US20170340286A1; US10463308B2

Abstract

Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen, umfassend den Schritt des Setzens der unteren Gliedmaßen der Person in eine orthetische Vorrichtung (12) einer Geh-Aktivitätsmaschine (10), den Schritt des Starten eines Motors (14) der Geh-Aktivitätsmaschine (10), um die orthotische Vorrichtung (12) für eine Aktivität der unteren Gliedmaßen anzutreiben, dem Schritt des Erhaltens statistischer Verteilungsdaten von dem Ausgabedrehmoment des Motors (14) innerhalb einer vorbestimmten Zeit und des anschließenden Berechnens der statistischen Verteilung um einen Schwellenwert zu erhalten; und den Schritt des Bestimmens ob das ausgegebene Drehmoment des Motors größer ist als der Schwellenwert oder nicht, und Stoppen des Motors (14), falls das ausgegebene Drehmoment des Motors (14) größer ist als der Schwellenwert. Folglich kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Spastizität in den unteren Gliedmaßen einer Person genau messen, ohne Sensoren zu verwenden, was effektiv die Kosten der Ausrüstung einspart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Technologien zur Aktivität von unteren Gliedmaßen, und spezieller ein Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen, um die Spastizität der unteren Gliedmaßen zu messen.
Eine Person mit einer Paraplegie bzw. Querschnittslähmung, die durch eine Verletzung des Rückenmarks, einem Hirnschlag bzw. Schlaganfall, einer Nervenschädigung und aufgrund von anderen Ursachen ..., verursacht ist, muss sich bei ihrer Körperstellung bzw. Körperhaltung, Gelenkbewegung und anderen täglichen Aktivitäten auf medizinische Hilfen verlassen, darüber hinaus sollte die Verrichtung von Aktivitätsarbeit ausgeführt werden, welche eine Assistenz durch entsprechende Hilfsmittel bzw. Hilfsvorrichtungen erfordert. Es können jedoch aufgrund von Muskelermüdung oder anderer Faktoren während der Umsetzung einer Arbeitsaktivität Krampfe in dem unteren Körper der Person auftreten. Zu dieser Zeit, muss die Arbeitsaktivität gestoppt werden und die Arbeitsaktivität kann nur wieder aufgenommen werden, nachdem sich die Person ausreichend erholt hat.
Das US-Patent Nummer 2014/0343459 offenbart eine Spastizitäts-Messvorrichtung, die einen Dehnungsmessstreifen und ein Potentiometer verwendet, um die Kraft eines Zusammenziehens bzw. einer Kontraktion eines Muskels zu messen, um einfach eine Spastizität der unteren Gliedmaßen zu messen, um eine Spastizität der unteren Gliedmaßen leicht beurteilen zu können. Weiterhin lehrt das US-Patent Nummer 2008/312549 ein Verfahren für eine quantitative Messung einer Spastizität in einer Person durch Messen eines Gelenkwinkels und einer EMG-Aktivität in der Gliedmaße, um einen Schwellenwert-EMG-Aktivitätswert und einen Nullwinkel zu bestimmen und einen Winkel und eine Geschwindigkeit als einen Datenpunkt aufzuzeichnen, an dem der gemessene EMG-Wert den Schwellwert-EMG-Aktivitätswert überschreitet. Jedoch erfordern diese beiden vorgenannten Patente des Standes der Technik die Verwendung von Sensormitteln, um den erwarteten Effekt zu erzielen, was zu dem Problem kostspieliger Ausrüstung führt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die gegebenen Umstände ausgeführt. Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messverfahren für eine Spastizität unterer Gliedmaßen einer Person bereitzustellen, die direkt ein Motordrehmomentsignal abruft, um eine Spastizität zu messen, ohne eine Verwendung zusätzlicher Sensoren, wodurch effektiv Ausrüstungskosten gespart werden können.
Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, umfasst ein Messverfahren einer Spastizität unterer Gliedmaßen einen ersten Schritt, bei dem man eine Person eine Gangaktivitätsmaschine bzw. eine Geh-Aktivitätsmaschine betreten lässt bzw. eine Person in eine Geh-Aktivitätsmaschine einsteigen lässt, und dann werden die unteren Gliedmaßen der Person in eine orthetische Vorrichtung für die unteren Gliedmaßen der Geh-Aktivitätsmaschine gesetzt bzw. gestellt, wobei in einem zweiten Schritt ein Motor der Geh-Aktivitätsmaschine gestartet wird, um die orthetische Vorrichtung für die unteren Gliedmaßen anzutreiben, um eine Aktivität der unteren Gliedmaßen der Person zu unterstützten, wobei ein dritter Schritt ein Erhalten von statistischen Verteilungsdaten der Drehmomentabgabe des Motors innerhalb einer vorbestimmten Zeit umfasst, und dann werden statistische Verteilungsdaten berechnet, um einen Schwellenwert zu erhalten, und in einem vierten Schritt und zwar dem letzten Schritt wird bestimmt, ob das Ausgabedrehmoment des Motors größer ist als der Schwellenwert oder nicht. Falls das Ausgabedrehmoment größer ist als der Schwellenwert, bedeutet dies, dass die Person eine Spastik bekommt. Zu dieser Zeit wird der Motor sofort gestoppt. Falls das Ausgabedrehmoment nicht größer als der Schwellenwert ist, bedeutet dies, dass der Zustand der Person normal ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Motor weiter laufengelassen.
Weiter werden die statistischen Verteilungsdaten bzw. die Daten der statistischen Verteilung in ein positives Halbzyklusintervall und ein negatives Halbzyklusintervall aufgeteilt. Der Schwellenwert für das positive Halbzyklusintervall und der Schwellenwert für das negative Halbzyklusintervall sind als TH^up = μ^up ± 3σ^up bzw. TH^down = μ^down ± 3σ^down definiert, dabei ist TH^up der Schwellenwert des positiven Halbzyklusintervalls, μ^up der Mittelwert des positiven Halbzyklusintervalls, σ^up die Standardabweichung des positiven Halbzyklusintervalls, TH^down der Schwellenwert des negativen Halbzyklusintervalls und μ^down der Mittelwert des negativen Halbzyklusintervalls, σ^down die Standardabweichung des negativen Halbzyklusintervalls.
Weiter können in Einklang mit den Bedürfnissen verschiedener Leute, die vorgenannten Gleichungen ebenfalls gemäß der Betriebsgeschwindigkeit des Motors, der Schrittlänge der Person und der Empfindlichkeit der Geh-Aktivitätsmaschine modifiziert werden.
Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, wobei ähnliche Bezugszeichen ähnliche Komponenten der Struktur bezeichnen.
1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Messung der Spastizität unterer Gliedmaßen gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Strukturansicht einer Geh-Aktivitätsmaschine, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 ist ein Streudiagramm mit den Koordinaten eines Motordrehmoments gegen eine Zeit.
4 veranschaulicht, ähnlich 3, eine Spastizität, die in den unteren Gliedmaßen einer Person auftritt.
5 ist ein Diagramm, das die Flächenkorrektur des Korrekturparameters veranschaulicht.
6 ist ein Streudiagramm mit den Koordinaten des Motordrehmoments gegenüber der Zeit, erhalten nach Hinzufügen eines Korrekturparameters zu dem Schwellenwert.
7 ist ein Streudiagramm der Koordinaten des Motordrehmoments gegenüber der Zeit, erhalten nach Hinzufügen eines Empfindlichkeitsparameters zu dem Schwellenwert.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Verfahren zur Messung der Spastizität unterer Gliedmaßen gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:

a) Man lässt eine Person eine Geh-Aktivitätsmaschine 10 betreten, wie sie in 2 dargestellt ist, und es werden die unteren Gliedmaßen der Person in eine orthetische Vorrichtung 14 der Geh-Aktivitätsmaschine für die unteren Gliedmaßen gesetzt.
b) Starte einen Motor 14 der Geh-Aktivitätsmaschine 10, um die orthotische Vorrichtung 12 für die unteren Gliedmaßen anzutreiben, um eine Aktivität der unteren Gliedmaßen der Person zu unterstützen,
c) Erhalte statistische Verteilungsdaten von der Ausgabe der Drehmomentveränderung des Motors 14 innerhalb einer vorbestimmten Zeit und berechne dann die statistischen Verteilungsdaten, um einen Schwellenwert zu erhalten.

Wie in 3 dargestellt, wird die statistische Verteilung in ein positives Halbzyklusintervall und ein negatives Halbzyklusintervall aufgeteilt. Die Projektion des positiven Halbzyklusintervalls und die Projektion des negativen Halbzyklusintervalls auf die y-Achse bilden jeweils eine Normalverteilung. Ein normales Signal wird in diese Normalverteilung fallen bzw. sich innerhalb der Normalverteilung bewegen. Danach wird das Konzept eines Konfidenzintervalls verwendet, um zu bestimmen, ob die Daten eines bestimmten Messpunktes ein normales Signal darstellen oder nicht. Falls die Daten dieses bestimmen Messpunkts ein normales Signal darstellen, werden die Daten dieses bestimmen Messpunktes in den Bereich des Mittelwertes des positiven, negativen Halbzyklusintervalls plus minus drei Standardabweichungen fallen. Daher berechne in Schritt c) den Mittelwert und die Standardabweichung des positiven und des negativen Halbzyklusintervalls, und bestimme dann den Schwellenwert für das positive und das negative Halbzyklusintervall, und bestimme dann den Schwellenwert für das positive und das negative Halbzyklusintervall unter Verwendung des Konzepts eines Konfidenzintervalls, und so werden die folgenden zwei Gleichungen erhalten: TH^up = μ^up ± 3σ^up TH^down = μ^down ± 3σ^down wobei TH^up der Schwellenwert des positiven Halbzyklusintervalls ist, μ^up der Mittelwert des positiven Halbzyklusintervalls ist, σ^up die Standardabweichung des positiven Halbzyklusintervalls ist, TH^down der Schwellenwert des negativen Halbzyklusintervalls ist, μ^down der Mittelwert des negativen Halbzyklusintervalls ist und σ^down die Standardabweichung des negativen Halbzyklusintervalls ist.

d) Bestimme, ob das Ausgabedrehmoment des Motors 14 größer ist als der Schwellenwert oder nicht. Falls das Ausgabedrehmoment größer ist als der Schwellenwert, wie durch P1 in der 4 angegeben, bedeutet dies, dass die Person eine Spastizität bekommt bzw. spastisch wird. Zu diesem Zeitpunkt, stoppe den Motor 14 sofort. Falls das Ausgabedrehmoment nicht größer als der Schwellenwert ist, bedeutet dies, dass der Zustand der Person normal ist. Zu diesem Zeitpunkt lasse den Motor 14 weiterlaufen.

Andererseits, da die Schrittlänge sich von Patient zu Patient stark unterscheidet und die Betriebsgeschwindigkeit des Motors 14 für verschiedene Personen unterschiedlich eingestellt werden kann, nutzt die vorliegende Erfindung eine Flächenanpassungstechnik bzw. eine Flächenapproximationstechnik um die Betriebsgeschwindigkeit des Motors 14 und die Schrittlänge der Person um einen Korrekturparameter (siehe 5) zu erhalten. Folglich wird der Schwellenwert des positiven Halbzyklusintervalls korrigiert, um TH^up = μ^up ± 3σ^up + Sv für das positive Halbzyklusintervall und TH^down = μ^down ± 3σ^down – Sv für das negative Halbzyklusintervall zu werden, wobei Sv der Korrekturparameter ist. Folglich kann aus P2 in 6 erkannt werden, dass davon ausgegangen wird, dass sich die Betriebsgeschwindigkeit des Motors 14 in den ersten 300 Sekunden ändert, wobei der Schwellenwert automatisch korrigiert wird, ohne dass eine Rekalibrierung notwendig ist.
Weiter kann ein Empfindlichkeitsparameter zu der Gleichung hinzugefügt werden, der es gestattet den Schwellenwert weiter zu korrigieren, um TH^up = μ^up ± 3σ^up + Sv + Sω^up für das positive Halbzyklusintervall zu werden, und TH^down = μ^down ± 3σ^down – Sv + Sω^down für das negative Halbzyklusintervall zu werden, wobei Sω^up und Sω^down die Empfindlichkeitsparameter für die Geh-Aktivitätsmaschine bei der Messung der Spastizität sind. Dieser Empfindlichkeitsparameter erfüllt die folgenden Gleichungen: Sω^up = (μ^up – μ^data)·ω Sω^down = (μ^data – μ^down)·ω wobei μ^data der Gesamtmittelwert der statistischen Verteilungsdaten ist, ω die Gewichtung in dem Bereich von höchster Empfindlichkeit 0 und geringster Empfindlichkeit 1. Mit diesen Empfindlichkeitsparametern ist es möglich, den Bereich des Schwellenwerts gemäß dem Zustand der Person einzustellen, wie in 7 dargestellt ist, wodurch der Effekt des Veränderns der Empfindlichkeit der Messung erreicht wird.
Zusammenfassend verwendet das Spastizitäts-Messverfahren für die unteren Extremitäten der Erfindung das Ausgabedrehmoment des Motors 14 als Signalquelle, um eine Spastizität der unteren Gliedmaßen einer Person während einer Aktivität ohne die Verwendung von zusätzlichen Sensoren zu messen. Folglich kann das Verfahren der Erfindung effektiv Ausrüstungskosten sparen. Weiter kann die Person während der Aktivität die Geschwindigkeit einstellen, ohne dass eine Rekalibrierung notwendig ist und es kann ebenfalls die Empfindlichkeit der Messung gemäß den persönlichen Bedürfnissen der Person eingestellt werden, wodurch die Einfachheit der Benutzung verbessert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0343459 [0003]
US 2008/312549 [0003]

Claims

Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen, umfassend die Schritte: a) Lasse eine Person eine Geh-Aktivitätsmaschine (10) betreten, und setze die unteren Gliedmaßen der Person in eine orthetische Vorrichtung (12) für die unteren Gliedmaßen der Geh-Aktivitätsmaschine (10); b) Starten eines Motors (14) der Geh-Aktivitätsmaschine (10), um die orthetische Vorrichtung (12) für die unteren Gliedmaßen zur Aktivität der unteren Gliedmaßen der Person anzutreiben; c) Erhalten statistischer Verteilungsdaten von der Ausgabe der Drehmomentveränderung des Motors (14) innerhalb einer vorbestimmten Zeit und nachfolgend Berechnen der statistischer Verteilungsdaten, um einen Schwellenwert zu erhalten; und d) Bestimmen, ob das ausgegebene Drehmoment des Motors (14) größer ist als der Schwellenwert oder nicht, und Stoppen des Motors (14), falls das ausgegebene Drehmoment des Motors (14) größer ist als der Schwellenwert.
Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen gemäß Anspruch 1, wobei die statistischen Verteilungsdaten in ein positives Halbzyklusinterval und ein negatives Halbzyklusinterval aufgeteilt werden; der Schwellenwert für das positive Halbzyklusintervall und der Schwellenwert für das negative Halbzyklusintervall sind jeweils als TH^up = μ^up ± 3σ^up bzw. TH^down = μ^down± 3σ^down definiert, wobei TH^up der Schwellenwert für das positive Halbzyklusintervall ist, μ^up der Mittelwert des positiven Halbzyklusintervalls ist, σ^up die Standardabweichung des positiven Halbzyklusintervalls ist, und wobei TH^down der Schwellenwert für das negative Halbzyklusintervall ist, μ^down der Mittelwert des negativen Halbzyklusintervalls ist, σ^down die Standardabweichung des negativen Halbzyklusintervalls ist.
Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen gemäß Anspruch 2, wobei der Schwellenwert für das positive Halbzyklusintervall und der Schwellenwert für das negative Halbzyklusintervall weiter als TH^up = μ^up ± 3σ^up + Sv bzw. TH^down = μ^down ± 3σ^down – Sv definiert sind, wobei Sv ein Korrekturparameter ist, der erhalten wird, indem die Betriebsgeschwindigkeit des Motors und die Schrittlänge der Person unter Verwendung einer Flächenapproximationstechnik berechnet wird.
Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen gemäß Anspruch 3, wobei der Schwellenwert für das positive Halbzyklusintervall und der Schwellenwert für das negative Halbzyklusintervall weiter als TH^up = μ^up ± 3σ^up + Sv + Sω^up bzw. TH^down = μ^down ± 3σ^down – Sv + Sω^down definiert sind, und wobei Sω^up und Sω^down die Empfindlichkeitsparameter der Geh-Aktivitätsmaschine (10) bei der Messung der Spastizität sind.
Verfahren zum Messen einer Spastizität unterer Gliedmaßen gemäß Anspruch 4, wobei der Empfindlichkeitsparameter die Gleichung Sω^up = (μ^up – μ^data)·ω und die Gleichung Sω^down = (μ^data – μ^down)·ω erfüllt, wobei μ^data der Gesamtmittelwert der statistischen Verteilungsdaten ist; ω die Gewichtung in dem Bereich von am empfindlichsten 0 bis am wenigsten empfindlich 1 ist.