TW201822742A - 步態活動促進之電動步行輔具及其應用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種步態活動促進之電動步行輔具及其應用方法，該電動步行輔具包含一支撐主體、一使用者區域、至少一步態感測模組、至少一步態引導模組及一控制系統。該些步態感測模組透過一感測手段獲得步態特徵訊息後，傳送至該控制系統，並將步態特徵訊息轉換成指示訊息傳遞至該些步態引導模組，依其內容提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動。藉由上述內容，可即時性的觀測到使用者的步態活動狀態，並給予使用者適切的提示以達到促進使用者步態活動之目的。

Description

步態活動促進之電動步行輔具及其應用方法
本發明係關於一種電動步行輔具及其應用之方法，尤其是指一種步態活動促進之電動步行輔具及其應用方法。
隨著社會結構逐漸邁入高齡化，對於步行輔具在數量及質量上的需求也日益提高，良好的輔具設計不僅能在行走輔助的範疇中給予幫助，更能讓使用者享有更加獨立自主的生活。因此，目前的步行輔具不僅要克服使用者之生活障礙，如何在使用操控的過程中擁有更多的便利性及安全性，更是目前步行輔具在改良進步上的重點，基於上述描述，電動化的步行輔具不僅是未來的基本需求，針對不同使用者的需求進行精進更是電動步行輔具未來的發展目標。
一般而言，行動輔具的使用族群包含需永久依賴步行輔具行走之使用者，以及暫時性依賴步行輔具行走之使用者，前者之使用族群包含關節自然退化之老年人、因神經性疾病(如帕金森氏症等)而導致步行障礙之疾病患者或因疾病而導致體能衰弱之患者(如中風等)，而暫時性依賴性之使用族群則包含因車禍等外來因素導致下肢暫時性失能，或是因久病臥床而造成暫時性肌力衰退之患者，基於不同的使用因素，各個使用者對於電動步行輔具的需求也有所不同。
對於非永久性需要步行輔具進行輔助之使用者而言，由於其仍具備良好之步行基礎，因此其對於步行輔具之需要，除了提供暫時性的障礙輔助之外，如何協助使用者 能在癒後回復和往常生活一樣的行走模式，更是這些使用者在使用輔具時相當重要的一個目標。特別是，使用者於骨骼結構尚未結實或肌肉支撐力量不足的情況下，往往會為了避免疼痛而以不正確的姿勢或施力方式進行行走，在這樣的狀況下，相當容易造成使用者的關節穩定性破壞、肌群之間力量失衡，甚至是使下肢的骨關節或肌肉產生二次或另外的傷害或病變等，如此一來都可能會讓使用者的癒後情況不佳甚至更糟。因此，理想的步行輔具不僅要足以作為良好的支撐及輔助行走工具，更要能引導使用者以正確的方式進行行走，以確保使用者於移除步行輔具後之活動品質。
另外，對於永久性依賴步行輔具行走之使用者而言，其雖然需要長期的依賴步行輔具行走，但是，若能在依賴步行輔具行走的情況下不斷的提升其行走品質的話，使用者仍可藉由該行動輔具獲得更為獨立自主的生活，無需過度仰賴他人之協助。其中，提升使用者行走品質的方針，除了引導使用者以最適化的行走模式行走以外，更可適當的藉由步行輔具的輔助加強行走所需肌群之使用，逐步的減少患者對步行輔具所提供之支撐力的依賴。如此一來，患者能利用步行輔具完成更多的事情，在生理上及心理上都能充分的鼓舞且更為健康。
承續前述內容所言，在目前的相關技術領域中，已發展出依預訂排程提供使用者提示，以做為使用者步態訓練之用的行走輔具。然而，此類依預訂排程進行步態訓練之步行輔具無法依照使用者當下的操作情況提供最適切的提示，換而言之，當使用者因體力或傷痛因素導致無法達到預設排程之進度時，該類步行輔具將會持續提供使用者無法達到之目標提示，使步態訓練的效果大幅受限。
因此，如何設計一種促進步態活動的輔具不僅能即時的獲得使用者的使用情況，同時可就使用者的操作資訊 回饋更符合使用者生理狀態的步行提示，達到促進步態的目的，即成為相關領域中亟需解決之課題。
本發明之主要目的，係提供一種步態活動促進之電動步行輔具，藉由裝置之設計可即時的量測到使用者於使用步行輔具時的步行狀態，並給予使用者適當的顯示、回饋及提示以提升步態活動促進之效率。
本發明之又一目的，係提供一種步態活動促進之電動步行輔具，藉由裝置之設計可預先設定一訓練目標值，當即時的量測到使用者於使用步行輔具時的步行狀態時，將預先設定一訓練目標值進行比對，計算之間之誤差後，給予使用者修正後的訓練提示以達到步態活動促進之效果。
本發明之又一目的，係提供一種步態活動促進之電動步行輔具，藉由裝置之設計可提供予使用者多種型式之聽覺、視覺及觸覺回饋，利用多種面向的刺激讓使用者得以用最正確的步行狀態進行訓練，以提升步態活動促進之效率。
本發明之又一目的，係提供一種步態活動促進之電動步行輔具之應用方式，藉由該應用方式之設計，能即時的獲得使用者的步態訓練情況，並與理論或預設之步態訓練情況做比較之後，透過硬體設施給予使用者提示讓使用者參考並進行修正，以達到提升步態活動促進之效率之意義。
為了達到上述之目的，本發明揭示一種步態活動促進之電動步行輔具，其包含：具有至少一移動組件之一支撐主體，一使用者區域，該使用者區域係為鄰近該支撐主體之一地面區域，提供一使用者站立於其上，此外，該電動步行輔具尚包含至少一步態感測模組及至少一步態引導模組，其皆係設置於該支撐主體、該使用者身體、感測範圍可涵蓋 使用者步行活動區域之一任意設置點或其任意之組合之上，該至少一步態感測模組透過一感測手段感測使用者之步態活動，獲得至少一步態特徵訊息，並可傳遞該至少一步態特徵訊息，而該至少一步態引導模組可接收一指示訊息，依其內容提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動，除此之外，該電動步行輔具尚包含一控制系統，其係設置於該支撐主體之上，分別與該至少一步態感測模組及該至少一步態引導模組進行通訊連接或電性連接，該控制系統接收該至少一步態感測模組傳遞之該至少一步態特徵訊息，並將該至少一步態特徵訊息轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該該控制系統係進一步預先輸入一第一訓練目標值，並在接收該至少一步態感測模組傳遞之該至少一步態特徵訊息之後，比對該至少一步態特徵訊息與該第一訓練目標值獲得一誤差值，並依照該誤差值計算獲得一第二訓練目標值，轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一步態感測模組係包含一影像擷取模組、一慣性量測模組、一體感模組、一距離偵測模組、一距離掃描模組、一角度量測模組、一壓力感測模組、一足底開關(foot switch)或其任意之組合。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一步態特徵訊息係包含站立期(stance phase)持續時間、擺盪期(swing phase)持續時間、雙腳支撐期(double support phase)持續時間、腳跟著地(Heel Strike)時間、腳踩平期(Foot Flat)時間、腳跟離地(Heel off)時間、腳趾離地(Toe off)時間、腳部著地順序、髖關節角度、膝關節角度、骨盆關節方位、踝關節角度、單位時間行走步數、單位時間行走距離、健側步長、患側步長、跨步長、步寬、足偏角、步態對稱性、重心轉移 狀態、軀幹趨向性、支撐底面積(Base of support)、同側站立期和擺盪期之比例、左右側站立期和擺盪期之比例、站立期間各分期所佔時間百分比或其任意之組合。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一步態引導模組係包含一聽覺步態引導模組、一觸覺步態引導模組、一視覺步態引導模組或其任意之組合。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該聽覺步態引導模組係為一擴音裝置(speaker)或一耳機裝置(Ear phone)。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該觸覺步態引導模組係為一電刺激(electric stimulation)裝置、一振動(vibrate)刺激裝置、一輕觸(light touch)刺激裝置、一推撫(stroke)刺激裝置、一輕拍(tapping)刺激裝置、一氣流刺激(wind blow)裝置或一溫度刺激(Temperature Stimulation)裝置。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該視覺步態引導模組視覺步態引導模組係為一投影(Projector)裝置、一擴增實境(Augmented Reality)裝置、一虛擬實境(virtual Reality)裝置或一顯示(Display)裝置。
於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一步態提示之方式係包含倒數計時音提示、提示音提示、語音提示、音調變化提示、提示間隔頻率提示、文字提示、顏色顯影提示、圖型顯影提示、閃爍頻率提示、圖型亮度變化提示、震動提示、電刺激提示、溫度變化提示、非接觸性觸覺提示、刺激強度變化提示、輕觸(light touch)提示、推撫(stroke)提示、輕拍(tapping)提示或其任意之組合。
另外，為了達到上述之目的，本發明揭示一種電動步行輔具之應用方法，其係前述之該電動步行輔具，用於以促進使用者之步態活動，其步驟包含：該至少一步態感測模組感測獲得該使用者之該至少一步態特徵訊息，並傳送至 該控制系統，接著該控制系統將該至少一步態特徵訊息轉換成該指示訊息，並傳送至該至少一步態引導模組，最後該至少一步態引導模組依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，引導引導該使用者施行步態活動。
另外，為了達到上述之目的，本發明亦揭示一種電動步行輔具之應用方法，其係前述之該電動步行輔具，用於以促進使用者之步態活動，其步驟包含：輸入一第一訓練目標值至該控制系統，該控制系統傳送該第一訓練目標值至該至少一步態引導模組，接著該至少一步態引導模組依照該第一訓練目標值提供該使用者至少一步態提示，引導引導該使用者施行步態活動，在使用者施行步態活動的過程中，該至少一步態感測模組感測獲得該使用者之該至少一步態特徵訊息，並傳送至該控制系統，接著該控制系統將該些步態特徵訊息與該第一訓練目標值進行比對，計算獲得一誤差值，並依照該誤差值計算獲得一第二訓練目標值，轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組，最後該至少一步態引導模組依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，引導引導該使用者施行步態活動。
10‧‧‧電動步行輔具
11‧‧‧支撐主體
13‧‧‧握持部
15‧‧‧移動組件
17‧‧‧使用者區域
18‧‧‧使用者
20‧‧‧步態感測模組
21‧‧‧控制系統
22‧‧‧步態引導模組
第1圖：其係為本發明之步態活動促進之電動步行輔具之一較佳實施例之側視圖；第2圖：其係為本發明之步態活動促進電動步行輔具之應用方法之一較佳實施例之流程圖；第3圖：其係為本發明之步態活動促進電動步行輔具之應用方法之另一較佳實施例之流程圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹配合詳細之說明並佐以較佳之實施例，詳加說明如後：在本發明中，針對現有技術下之輔具無法依照使用者當下的操作情況提供最適切的提示，導致步態訓練的效果大幅受限的情況，提供一種新穎的步態活動促進之電動步行輔具。藉由即時量測使用者於使用步行輔具時的步行狀態，動態調整使用者於步態活動下的促進訓練內容讓訓練成效更為貼近使用者之需求，以達到訓練效率的最佳化；另外，本發明所提供之電動步行輔具亦可藉由裝置之設計提供使用者多種型式之聽覺、視覺及觸覺回饋，不僅得以以更為多元的模式進行多種訓練，使用者更能利用多種面向的刺激得以用最正確的步行狀態進行訓練，以提升步態活動促進之效率。
因此，本發明提供一步態活動促進之電動步行輔具結構，其係設置有至少一步態感測模組，該些步態感測模組可即時量測一使用者步行狀態之相關數據，做為系統判斷該使用者步態活動狀態的依據；再者，本發明亦提供一控制系統，其不僅能將感測到的至少一步態特徵訊息轉換成指示訊息對至少一步態引導模組進行指示，更可針對該步態感測模組收集到的使用者數據與該控制系統預先設定之一理論數據進行比對並獲得一誤差值，依照該誤差值判斷使用者當下的步行訓練狀態並給予修正動作之提示，以達到即時精進使用者訓練效率之目的；最後，本發明提供至少一步態引導模組，利用多種型式之聽覺、視覺及觸覺回饋，達到本發明所提供之電動步行輔具以更為多元的提示方式提供多種訓練模式，更可以讓使用者更能利用多種面向的刺激得以用最正確的步行狀態進行訓練，以提升步態活動促進之效率。
基於上述方針，以下針對本發明所提供之步態活 動促進之電動步行輔具所包含之元件、性質、其組合方式及其相互做動關係，進行進一步之說明：請參閱本發明之發明圖式第一圖，其係為本發明所提供之步態活動促進之電動步行輔具，其中一較佳實施例之側視圖，如圖所示，該電動步行輔具10係包含有一支撐主體11，該支撐主體11具有至少一移動組件15提供該支撐主體11進行平面移動之功能，且該支撐主體11係與鄰近該支撐主體11之一地面區域定義有一使用者區域17，提供一使用者18站立於其上，此外，本發明亦提供至少一步態感測模組20，該些步態感測模組20係透過一感測手段感測該使用者步態活動的各項細節，並傳遞該使用者之至少一步態特徵訊息至該電動步行輔具上設置之一控制系統21，該控制系統21其係與該步態感測模組20進行通訊連接或電性連接，該控制系統21接收該些步態特徵訊息後，可選擇直接將該些步態特徵訊息轉換為一指示訊息，或是將該些步態特徵訊息與其已預先建立之一第一訓練目標值進行比對並計算出一誤差值，依照該誤差值產生一第二訓練目標值後同樣轉換為一指示訊息。最後該指示訊息傳送至與該控制系統21通訊連接或電性連接之至少一步態引導模組22，該些步態引導模組22接收該控制系統21之該指示訊息後，依其內容提供該使用者一步態提示，引導該使用者施行符合預設目標之步態活動。
其中，所述之該支撐主體11係用以支撐該使用者18，提供該使用者18於操作時的身體控制性，以利該使用者18專注於步態活動之訓練當中，或是提供做為使用者克服日常生活中行走障礙之輔助，而為了提供該使用者18握持時充足的磨擦力，該支撐主體可進一步設置有一握持部13；另外，該支撐主體之上設置有至少一移動組件15，該些移動組件15可協助該支撐主體11以更為省力且平順的方式進行平面方向上之移動，其係與該控制系統21進行電性連接，因此， 該些移動組件15除了能經由該使用者18本身的施力進行操控之外，亦可受該控制系統21之控制而產生自主性的移動，而該些移動組件15可係為至少一輪組件、至少一履帶輪組件或複數個滾動軸組件，但並不以此為限；最後，本發明所提供之該支撐主體11，其鄰近之一地面區域可定義為一使用者區域17，提供該使用者站立於其上，讓該使用者18能搭扶於該支撐主體11之上以進行步行活動或步行訓練。
除此之外，該支撐主體11上亦具有充足之空間提供該些步態感測模組20、該控制系統21或該些步態引導模組22進行設置，以達到本發明所提供之該電動步行輔具10促進步態活動之目的，以下，則對該些模組之元件性質、功能及其相互做動關係進行說明。
首先，本發明所提供之至少一步態感測模組20，其可設置於該支撐主體11之上、該使用者18身上、感測範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一任意設置點或其任意之組合，並透過一感測手段感測該使用者18之步態活動中的各項細節，並傳遞該使用者18之至少一步態特徵訊息至該控制系統21進行後續之運算轉換處理，藉由該些步態感測模組20之設置，本發明所提供之電動步行輔具10可即時性的觀察該使用者步態訓練的狀態，作為後續修正使用者步態活動之基礎。
其中，所述之步態活動係該使用者於步行時身體特點的一種周期性現象，在正常的步態活動模式中，兩足依次分別向前邁步或承受身體重量，並在對側下肢向前邁步時保持身體平衡，進行流暢的連貫運動。其中，用以評估步行狀態是否正常流暢之特徵因素可大致分類為使用者之步幅、步態週期、步頻、步速及足部支撐力度等訊息，經由一種或多種的特徵因素組合判斷出使用者之步態活動情況。
承續前段所述，所謂之步幅係指行走時同側腳連 續行走兩步時兩足跟之間的距離，其反映的是步態活動中的對稱性與穩定性，通常依賴行動輔具的使用族群其步幅會較短；而所謂之步態週期，係指在行走時，同一隻腳的腳跟接觸(Heel contact)到地面直到下一次同邊的腳跟又再次接觸到地面的瞬間的過程，其可以再細分為站立期(Stand Phase)、擺盪期(Swing Phase)及雙腳支撐期(double support phase)等，正常人站立期佔整個步態週期的60%，擺盪期佔整個步態週期的40%，而通常依賴行動輔具的使用族群其站立期會較長且擺盪期變短；另外，所謂步頻係為每分鐘內行走的步數，其反映的是步態的節奏性，其與代表單位時間內行走距離之步速(velocity)具有極高之相關性，而通常依賴行動輔具的使用族群具有較慢之步頻及步速；最後，所謂之足部支撐力度係指於支撐期時腳底的承重力度，其對於步態活動過程中的穩定度息息相關，依賴行動輔具的使用族群往往其足部支撐力度較為不足，影響行走過程中的平衡及韻律感，上述每一項因素皆係為評估步態活動好壞的重要參考指標。
因此，為了精準的觀察、定義及判斷該使用者之步態活動狀態，本發明所提供之該至少一步態特徵訊息係包含站立期(stance phase)持續時間、擺盪期(swing phase)持續時間、雙腳支撐期(double support phase)持續時間、腳跟著地(Heel Strike)時間、腳踩平期(Foot Flat)時間、腳跟離地(Heel off)時間、腳趾離地(Toe off)時間、腳部著地順序、髖關節角度、膝關節角度、骨盆關節方位、踝關節角度、單位時間行走步數、單位時間行走距離、健側步長、患側步長、跨步長、步寬、足偏角、步態對稱性、重心轉移狀態、軀幹趨向性、支撐底面積(Base of support)、同側站立期和擺盪期之比例、左右側站立期和擺盪期之比例、站立期間各分期所佔時間百分比或其任意之組合；透過多種面向之觀測數據，可更為客觀且準確的判斷使用者之步態活動狀態，方能在該控制系統 21進行運算轉換處理之後，給予使用者最為即時且貼近需要之步態引導。然而本發明所提供之該些步態特徵訊息並不以此為限，任何符合本發明精神之訊息來源皆應受本發明之限制。
一般而言，步態特徵之訊息主要係以足底受力數據(如：受力位置、受力轉移狀態及承受之壓力值)，時間數據(如：邁步所需時間，擺動時間等)以及空間數據(如：關節角度，步幅等)為主，若僅用單一類型之步態感測模組進行量測將無法完整的觀察到整個步態活動之樣態。因此，為了準確獲取該些步態特徵訊息，勾勒出使用者於步態活動中完整之狀態，本發明所提供之該些步態感測模組20係以多種原理的感測裝置進行組合，以避免遺漏任何能客觀分析使用者步態活動的訊息。例如：利用力學類型的感測模組，可以精準的量測到足底各個位置的受力數據以及感受到受力的時間，而利用光學類型的感測模組時，除了能以最直觀的方式觀察每一個步伐的空間狀態之外，亦能間接獲得步行活動中任一時期的時間關係，同時亦可計算到腳部在進行步行活動時各個關節受力。因此，基於上述之描述，本發明所提供之該些步態感測模組20可係包含一影像擷取模組、一慣性量測模組、一體感模組、一距離偵測模組、一距離掃描模組、一角度量測模組、一壓力感測模組、一足底開關(foot switch)或其任意之組合。然而本發明所提供之該些步態感測模組並不以此為限，任何符合本發明精神之裝置皆應受本發明之限制。
接著，本發明所提供之該至少一步態引導模組22，其可設置於該支撐主體11之上、使用者18身上、感測範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一任意設置點上或其任意之組合，並與該控制系統21以通訊連接或電性連接的方式進行連接，藉以接收該控制系統21所發出之該指示訊息，使該至少一步態引導模組22依其指示內容提供該使用者一步態提示， 引導該使用者施行符合預設目標之步態活動。
其中，所述之無線通訊連接係以無線電通訊、光通訊、聲通訊或電磁感應等方式進行遠距離訊號傳輸之連接方式。其可施行之方式包含Wi-Fi、藍芽通訊及無線感測器網路(Wireless sensor network)等，但本發明所提供之無線通訊連接方式並不以此為限。
其中，該些步態引導模組22給予使用者該步態提示的方法，主要係利用聽覺、觸覺或視覺之方式進行，因應不同的修正項目，如：使用者之步幅、步態週期、步頻、步速及腳部之承重力度等參數，挑選適合的提示方式以進行對應之步態促進訓練之引導。舉例而言，該些步態引導模組22可藉由規律的聲音提示引導使用者以合適的步態週期進行步行活動，或是以光線投影的方式引導使用者以正確的步幅行走，又或是以震動回饋的方式確保使用者於站立期間(Stance phase)時對足部提供足夠的承重。藉由多種感官型式之步態引導回饋設計，能提供使用者更多元的步行訓練型態，並能更全面的評估使用者的步行狀態。基於上述原則，本發明所提供之該至少一步態提示之方式係包含倒數計時音提示、提示音提示、語音提示、音調變化提示、提示間隔頻率提示、文字提示、顏色顯影提示、圖型顯影提示、閃爍頻率提示、圖型亮度變化提示、震動提示、電刺激提示、溫度變化提示、非接觸性觸覺提示、刺激強度變化提示、輕觸(light touch)提示、推撫(stroke)提示、輕拍(tapping)提示或其任意之組合。
承續上段所述，本發明所提供之該些步態引導模組22除了可針對不同修正項目挑選適合的提示方式進行引導之外，亦可針對同一個修正項目以多個提示方式進行步態促進訓練之引導。舉例而言，當使用者在進行步態週期之促進訓練時，該些步態引導模組22可同時提供將文字提示顯示於 顯示螢幕、傳送語音提示至使用者配戴之耳機以及從鞋墊給予使用者震動提示等提示方式，告知使用者腳步如何正確移動，以達到準確訓練之目的。利用此種提示方式，使用者能避免單一提示訊息接收延遲而導致使用者之操作與目標訓練動作不合拍的情況，在進行單一訓練動作時獲取不同感官上的提示及刺激，得以用最正確的步行狀態進行訓練，另外，當身體感官都在接收同一個目標動作的提示訊息時，亦能讓使用者更為專心一致的投入訓練環境當中，有效提升步態活動促進之效率。
基於上述原則，本發明所提供之該些步態引導模組22係為一聽覺步態引導模組、一觸覺步態引導模組、一視覺步態引導模組或其任意之組合。其中，該聽覺步態引導模組係為一擴音裝置(speaker)或一耳機裝置(Ear phone)；該觸覺步態引導模組係為一電刺激(electric stimulation)裝置、一振動(vibrate)刺激裝置、一輕觸(light touch)刺激裝置、一推撫(stroke)刺激裝置、一輕拍(tapping)刺激裝置、一氣流刺激(wind blow)裝置或一溫度刺激(Temperature Stimulation)裝置；該視覺步態引導模組係為一投影(Projector)裝置、一擴增實境(Augmented Reality)裝置、一虛擬實境(virtual Reality)裝置或一顯示(Display)裝置。然而本發明所提供之該些步態引導模組並不以此為限，任何符合本發明精神之裝置皆應受本發明之限制。
最後，本發明之電動步行輔具亦提供一控制系統21，其係設置於該支撐主體11之上，且與該些移動組件15電性連接，藉由上述之設置方式，使該控制系統21得以依循其設定之內容對該些移動組件15進行控制，進而控制該電動步行輔具10依使用者需求進行合適之移動；另外，該控制系統21亦與該至少一步態感測模組20以及該至少一步態引導模組22以通訊連接或電性連接之方式進行連接，利用此一設 置方式，使該控制系統21能有效的從該至少一步態感測模組20接收有關使用者步態活動之該些步態特徵訊息，從而對該些步態特徵訊息直接進行訊號轉換，或對其進行比對及分析，再將其傳遞至該些步態引導模組22。
其中，該控制系統21控制該些移動組件15之方式，係為手動控制或自動控制。所述之手動控制，係由使用者輸入正常人之步態活動數值或預定之一第一訓練目標值至該控制系統21，接著該控制系統21則依循該第一訓練目標值之需求控制該些移動組件15之移動方向及速率等參數，以達成使用者之訓練目標；而所述之自動控制，係指該控制系統21先行設定一第一訓練目標值，當該控制系統21經由通訊連接或電性連接之方式接收該至少一步態感測模組20所遞送之該些步態特徵訊息後，將該些步態特徵訊息與其已預先建立之一第一訓練目標值進行比對並計算出一誤差值，依照該誤差值產生一第二訓練目標值，並轉換為一指示訊息以自動控制該些移動組件15之移動方向及速率等參數，以達成可動態調整使用者之訓練目標之目的。
同理，該控制系統21同樣係以上述之方式控制該些步態引導模組22，當使用者直接輸入一第一訓練目標值時，該控制系統則會依循該第一訓練目標值之需求傳遞一指示訊息至該些步態引導模組22，要求其提供符合該第一訓練目標值之至少一步態提示；又或者，該控制系統21能在該些步態感測模組20感測得該些步態特徵訊息後，直接轉換或於比對修正預先輸入之訓練目標值之後轉換為一指示訊息，要求該些步態引導模組22提供符合指示訊息之至少一步態提示，以達成可動態調整使用者之訓練目標之目的。
又其中，該控制系統21進行比對運算之方式，係預先儲存有一組正常人之步態活動數值，或由使用者依照個人需求或醫療人員指示先行輸入一第一訓練目標值，並控 制該電動步行輔具依照該第一訓練目標值進行操作。在操作的過程中，當該控制系統接收自該至少一步態感測模組20所傳遞而來之該些步態特徵訊息時，會將該些步態特徵訊息相互比對之後，獲得可評估步態活動之基礎參數，例如：每分鐘之行走步數、每秒之步行移動公尺數、承重時間、承重重量或每一步之步長距離等，接著與已建立於該控制系統21中之數值進行比對後，觀察其於各項評估步態一活動之相關參數中，超出或不足之比例，獲得一誤差值，並藉由該誤差值評估產生一第二訓練目標值，再轉換為一指示訊息要求該些步態引導模組22提供符合該第二訓練目標值之至少一步態提示，回饋予該使用者。
又其中，本發明所提供之該指示訊息可依使用者步態活動之促進目標不同，而選擇係為一實時回饋指示訊息或一目標引導指示訊息。所述之該實時回饋指示訊息，係一種將該些步態感測模組所感測到之使用者步態情況直接的回饋給使用者知悉的指示訊息，藉由該實時回饋指示訊息能讓使用者充分了解自身之使用情況，並針對該實時回饋指示訊息做出對應之調整；而所述之目標引導指示訊息，係針對該些步態感測模組目前所感測到之使用者步態情況後，提供其修正指示，其可係為一特定比例之轉換修正或是經由控制系統比對修正轉換之指示訊息，該指示訊息可傳輸至該些步態引導模組對使用者進行修正步態之引導，促進使用者之步態活動情況並提升訓練效率。
以下針對本發明之步態活動促進之電動步行輔具之應用方法中，所使用之元件、裝置性質及其操作方式進行進一步之說明：請參閱第二圖，其係為本發明之一實施例之步態活動促進之電動步行輔具應用方法之方法流程圖，如圖所示，該電動步行輔具之應用方法其步驟如下： 步驟S14：該至少一步態感測模組感測獲得該使用者之該至少一步態特徵訊息，並傳送至該控制系統；步驟S16：該控制系統將該至少一步態特徵訊息轉換成該指示訊息，並傳送至該至少一步態引導模組；步驟S18：該至少一步態引導模組依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動。
如圖示S14之步驟，本發明所提供之電動步行輔具之應用方法中，藉由該至少一步態感測模組之設置，可對該使用者之該至少一步態特徵訊息進行感測，用以即時性的觀察使用者之步態活動情況，並將感測獲得之至少一步態特徵訊息傳送至該控制系統，提供充足之資訊讓該控制系統進行比對運算。
其中，該些步態感測模組主要係以力學類型的感測模組及光學類型的感測模組對足底受力數據、時間數據(如：邁步所需時間，擺動時間等)或是空間數據(如關節角度，步幅等)為主的步態特徵訊息進行感測，而該些步態感測模組設置的裝置種類及數量並不僅限於一種，藉由多個不同感測原理的感測裝置進行組合，不僅可提高該些步態感測模組分析使用者步態活動的能力，也讓後續該控制系統進行訊號之分析比對時有更高之準確率。基於上述之描述，本發明所提供之該至少一步態感測模組係包含一影像擷取模組、一慣性量測模組、一體感模組、一距離偵測模組、一距離掃描模組、一角度量測模組、一壓力感測模組、一足底開關(foot switch)或其任意之組合。
又其中，所述之該至少一步態特徵訊息係為該使用者於步態活動時，具有週期規律性之身體特徵，其包含了該使用者之步幅、步態週期、步頻、步速及足部支撐力度等步行狀態，而為了精準的觀察、定義及判斷上述之步態活動 特徵，本發明所感測之該至少一步態特徵訊息係包含站立期(stance phase)持續時間、擺盪期(swing phase)持續時間、雙腳支撐期(double support phase)持續時間、腳跟著地(Heel Strike)時間、腳踩平期(Foot Flat)時間、腳跟離地(Heel off)時間、腳趾離地(Toe off)時間、腳部著地順序、髖關節角度、膝關節角度、骨盆關節方位、踝關節角度、單位時間行走步數、單位時間行走距離、健側步長、患側步長、跨步長、步寬、足偏角、步態對稱性、重心轉移狀態、軀幹趨向性、支撐底面積(Base of support)、同側站立期和擺盪期之比例、左右側站立期和擺盪期之比例、站立期間各分期所佔時間百分比或其任意之組合；透過多種面向之觀測數據，可更為客觀且準確的判斷使用者之步態活動狀態，方能在該控制系統進行運算轉換處理之後，給予使用者最為即時且貼近需要之步態引導。然而本發明所提供之該些步態特徵訊息並不以此為限，任何符合本發明精神之訊息來源皆應受本發明之限制。
如圖示S16之步驟，本發明所提供之電動步行輔具應用方法中，當該控制系統從該至少一步態感測系統接收該至少一步態特徵訊息之後，可隨即將該至少一步態特徵訊息轉換成該指示訊息，並傳送至該至少一步態引導模組。
其中，本實施例中之該指示訊息係直接的向該使用者回饋其目前的步態活動情況，並可以是一正向回饋或反向回饋。所謂正向回饋，是該指示訊息將目前所感測到的步態活動結果直接無歧義的傳達給該使用者知道，舉例而言，當該壓力感測模組於足底開始感測到壓力時，則開始由該控制系統指示一亮燈之指示訊息提供予使用者知悉，直至其不再感受到壓力為止；反之，所謂之負向回饋，是指該指示訊息將該電動步行輔具原本提供給該使用者之提示進行遮蔽，藉由從提示被遮蔽的狀態回復的時間長短，讓使用者了解自己步態活動的情況。舉例而言，假設使用者身上之振動裝置 都會在擺盪期(Swing phase)之間持續給予使用者震動提示，此時，當設置於使用者足底之壓力感測模組開始感測不到壓力時，則該控制系統開始給予遮蔽該震動之指示訊息，直到使用者完成擺盪期且足底之壓力感測模組再次感測到壓力為止，若使用者於實際步行之擺盪期後仍感受到震動，則表示其擺盪期持續的較理想擺盪期之時間來得短，並由使用者自行評估是否進行修正。
承續上段內容，本實施例中之該指示訊息亦可依使用者步態活動之促進目標不同，而選擇係為一實時回饋指示訊息或一目標引導指示訊息。所述之該實時回饋指示訊息，係一種將該些步態感測模組所感測到之使用者步態情況直接的回饋給使用者知悉的指示訊息，藉由該實時回饋指示訊息能讓使用者充分了解自身之使用情況，並針對該實時回饋指示訊息做出對應之調整；而所述之目標引導指示訊息，係針對該些步態感測模組目前所感測到之使用者步態情況後，直接提供其修正指示，其可係為一特定比例之轉換修正，舉例而言，在使用者的步態活動過程中提示使用者如何修正目前之步態活動達到目標值，並於該使用者達到該目標值後又會持續的提供下一個高於使用者目前活動狀態之目標值，並重複上述之過程，不斷測試使用者之極限直到使用者之步態活動狀態與正常人相同，或無法配合步態引導之修正為止。
如圖示S18之步驟，本發明所提供之電動步行輔具應用方法中，該至少一步態引導模組在接收到從該控制系統所傳遞之該指示訊息後，隨即依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，作為引導該使用者施行步態活動之用。此時，該使用者可直接從該些步態提示之內容中即時了解自己步態活動情況，並自行評估是否因應該些步態提示之內容進行修正。
其中，該步態引導模組主要係利用聽覺、觸覺或 視覺之方式進行引導該使用者施行步態活動，其可針對不同修正項目挑選最適合的提示方式進行引導，或是可針對同一個修正項目以多個提示方式進行步態促進訓練之引導。當使用者接受該些步態引導裝置之提示進行步態促進訓練時，其步態活動之各種細節都能以更為正確的方式進行訓練，同時當身體感官都在接收同一個目標動作的提示訊息時，亦能讓使用者更為專心一致的投入訓練環境當中，有效提升步態活動促進之效率。
因此，本發明所提供之電動輔具應用方法中，係以一聽覺步態引導模組、一觸覺步態引導模組、一視覺步態引導模組或其任意之組合進行提示引導。其中，該聽覺步態引導模組係為一擴音裝置(speaker)或一耳機裝置(Ear phone)；該觸覺步態引導模組係為一電刺激(electric stimulation)裝置、一振動(vibrate)刺激裝置、一輕觸(light touch)刺激裝置、一推撫(stroke)刺激裝置、一輕拍(tapping)刺激裝置、一氣流刺激(wind blow)裝置或一溫度刺激(Temperature Stimulation)裝置；該視覺步態引導模組係為一投影(Projector)裝置、一擴增實境(Augmented Reality)裝置、一虛擬實境(virtual Reality)裝置或一顯示(Display)裝置。而提供之該該至少一步態提示之方式係包含倒數計時音提示、提示音提示、語音提示、音調變化提示、提示間隔頻率提示、文字提示、顏色顯影提示、圖型顯影提示、閃爍頻率提示、圖型亮度變化提示、震動提示、電刺激提示、溫度變化提示、非接觸性觸覺提示、刺激強度變化提示、輕觸(light touch)提示、推撫(stroke)提示、輕拍(tapping)提示或其任意之組合。
接著，請參閱第三圖，其係為本發明之另一較佳實施例之步態活動促進之電動步行輔具應用方法之方法流程圖，如圖所示，該電動步行輔具之應用方法其步驟如下：步驟S21：輸入一第一訓練目標值至該控制系統； 步驟S22：該控制系統傳送該第一訓練目標值至該至少一步態引導模組；步驟S23：該至少一步態引導模組依照該第一訓練目標值提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動；步驟S24：該至少一步態感測模組感測獲得該使用者之該至少一步態特徵訊息，並傳送至該控制系統；步驟S25：該控制系統將該些步態特徵訊息與該第一訓練目標值進行比對，計算獲得一誤差值；步驟S26：該控制系統依照該誤差值計算獲得一第二訓練目標值，轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組；步驟S28：該至少一步態引導模組依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動。
本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法與前一實施例技術上的差別在於，在本實施例當中，使用者係先於該控制系統中輸入一目標訓練值，使用者依循該目標訓練值施行步態活動之後，再由該些步態感測模組感測使用者之步行狀態，遞送至該控制系統後，與該目標訓練值進行比較及修正後，可提供一個較為符合使用者目前步行狀況的訓練模式，達到促進步態活動之目的。
如步驟S21之步驟，本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法中，使用者使用該電動步行輔具時，可預先輸入一第一訓練目標值至該控制系統。其中，該第一訓練目標值可係為一正常人之步態活動數值，或是由醫生或使用者針對復建進度或自我期許所設定之一目標值。舉例而言，一正常人之步頻約為每分鐘90至120次，步長約35至40公分，則於復建後期之一使用者可選擇以此一數據作為該第一訓練 目標值，為日後脫離電動步行輔具進行準備。
如步驟S22之步驟，本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法中，該控制系統接受完使用者所輸入之該第一訓練目標值後，隨即將該第一訓練目標值轉換成該指示訊息，並傳送至該至少一步態引導模組。如同前一實施例所述之該指示訊息，本實施例所提供之指示訊息同樣是一種直接指示該些步態引導模組如何做動之訊息，舉例而言，當該第一訓練目標值係為每分鐘步行100次時，則所轉換之該指示訊息可係為要求該耳機裝置發出頻率為每分鐘100次之提示音，或為指示投影裝置發出頻率為每分鐘閃爍100次之燈光，端看該電動步行輔具所設置之該些步態引導模組種類進行決定。而所述之該至少一步態引導模組之種類、配置及功能皆與前一實施例相同，於此不在贅述。
如步驟S23之步驟，本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法中，該至少一步態引導模組在接收到來自該控制系統之該指示訊息後，即開始依照該指示訊息之內容，提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動。其中，該至少一步態提示之形式與前一實施例相同，於此不在贅述。
如步驟S24之步驟，本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法中，本實施例之該至少一步態感測模組感測獲得該使用者之該至少一步態特徵訊息，並傳送至該控制系統，其中，該至少一步態感測模組及該控制系統之設置及其功能皆同於第一實施例，且所感測之該至少一步態特徵訊息類型亦與第一實施例相同，故於此不再贅述。
如步驟S25之步驟，本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法中，該控制系統在接收該些步態特徵訊息後，係先將該些步態特徵訊息與於步驟S21中所預先輸入之該第一訓練目標值進行比對，計算獲得一誤差值，該誤差值所表 示之含意係指目前使用者之步行狀態與使用者所預期之步行狀態之差距，若使用者目前之步行狀態係超乎原先設定之該第一訓練目標值時，該誤差值係為一正值，反之，若使用者目前之步行狀態係不足於原先設定之該第一訓練目標值時，則誤差值係為一負值，而當使用者目前之步行狀態與該第一訓練目標值差距越大時，則該誤差值之絕對值則越大，而誤差值之數值則會影響到後續修正處理之方針。
如步驟S26之步驟，本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法中，該控制系統在比對出該誤差值之後，並依照該誤差值計算獲得一第二訓練目標值，轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組。其中，該第二訓練目標值之選擇係與該誤差值之數值相關，當該誤差值之絕對值差距不大時，表示使用者之使用狀態與目標相去不遠，因此，該第二訓練目標值可與原來之該第一訓練目標值相同，讓該使用者持續以原訓練目標進行訓練；另外，當該誤差值係為一正值時，表示目前使用者的復建進度超前，則該第二訓練目標值可較該第一訓練目標值大幅提升，動態提供使用者另一個復健的目標；又或者，當該誤差值係為一負值時，表示使用者目前之步行狀態無法達到預設之訓練目標值，則該第二訓練目標值可向下進行修正，而其向下修正之方式可不限於修正至一個定值，其亦可修正成逐步增加之一動態訓練目標值，依使用者之步態活動情形逐步增加，以達到促進步態活動之目的。
另一方面，該第二訓練目標值同樣可以係為一種重複修正並進行提供之目標值，於該使用者達到該目標值後又會持續的提供下一個高於使用者目前活動狀態之目標值，並重複上述之過程，不斷測試使用者之極限直到使用者之步態活動狀態與正常人相同，或無法配合步態引導之修正為止。最後，該控制系統依照該第二訓練目標值轉換成該指示訊息， 並傳送至該至少一步態引導模組。
如步驟S28之步驟，本實施例所提供之電動步行輔具之應用方法中，該至少一步態引導模組依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動。其中，該至少一步態引導模組之設置及其功能同於第一實施例，且所提供之至少一步態提示類型亦與第一實施例相同，故於此不再贅述。
綜上所述，本發明確實提供一種有效促進步態活動訓練之電動步行輔具及其應用方法，藉由在電動步行輔具上設置至少一步態感測模組，可即時性的感測到使用者於使用狀態下的各個步態特徵訊息，提供做為該控制系統進行運算分析的參考數據，使電動步行輔具的運作更為貼近使用者之需求；另外，藉由該控制系統之設置，其不僅可直接性的接收步態感測模組的訊息回饋給使用者知悉，更可與其預先設定之第一訓練目標值進行比對並因應使用者之操作情況給予適切之修正，促進使用者步態活動訓練之效率；最後，藉由設置多重感官之步態引導模組，能讓使用者以多種提示來源確認自己步行動作之確實程度，並塑造高專注力之訓練環境，讓使用者以最正確的步行狀態進行訓練，進而以提升步態活動促進之效率。鑑此，本案所提供之發明確實具有相較於現有技術更為卓越精進之功效，符合專利申請所需之要求。
以下，以具體實施之範例作為此發明之組織技術內容、特徵及成果之闡述之用，並可據以實施，但本發明之保護範圍並不以此為限。
【實施例1】
以視覺顯示訓練之方式促進使用者之足部承重狀態
本實施例提供一種促進步態活動之電動步行輔 具，其結構包含具有至少一移動組件之一支撐主體，該支撐主體電性連接有一控制系統，並與其鄰近之地面區域形成一使用者區域供使用者站立於其上，另外，該促進步態活動之電動步行輔具係以無線通訊之方式設置有一壓力感測模組於使用者之足底做為步態感測模組之用，並設置一顯示裝置於該支撐主體之上並與該控制系統進行電性連接，做為步態引導模組之用。
使用者先於一控制系統輸入一預設之足部承重之總時間，該控制裝置並將該預設之承重總時間以中空的長條圖之形式顯示於該顯示裝置上，當使用者開始進行步態訓練時，設置於使用者足部鞋墊上之一壓力感測器開始量測使用者之足部於站立期(Stance Phase)之承重總時間，並將感測結果以無線傳輸之方式傳遞至設置於該電動步行輔具上之該控制系統中。該控制系統會將足底承重之過程以動態(如：將長條圖填滿)之形式，即時的反應給使用者了解其足部承重的狀態，同時亦感測結果與預先輸入之承重總時間進行比對之後獲得一誤差值，該控制系統並將該誤差值換算為一校正之訓練目標值(例如：實際測量值+10微秒)，並將該校正之訓練目標值傳送至一顯示裝置，該顯示裝置接受該指示訊息後，利用修正顯示裝置上長條圖長度之方式，顯示符合該修正訓練目標值之長條圖長度，以提示使用者理想之站立期承重時間，並持續由該壓力感測器量測使用者之數據，重複上述步驟直到使用者步態活動之實際測量值與預先輸入之理想訓練值相互吻合為止。
【實施例2】
以聲音提示訓練之方式促進使用者之足部承重狀態
本實施例提供一種促進步態活動之電動步行輔具，其結構包含具有至少一移動組件之一支撐主體，該支撐 主體電性連接有一控制系統，並與其鄰近之地面區域形成一使用者區域供使用者站立於其上，另外，該促進步態活動之電動步行輔具係以無線通訊連接之方式設置有一壓力感測模組於使用者之足底做為步態感測模組之用，並設置一耳機裝置於該使用者之上並與該控制系統進行無線通訊連接，做為步態引導模組之用。
當使用者開始利用所提供之電動步行輔具進行步態訓練時，設置於使用者足部鞋墊上之一壓力感測器開始量測使用者之足部於站立期(Stance Phase)每一個時點所承受之壓力值，並將感測結果以無線傳輸之方式傳遞至設置於該電動步行輔具上之該控制系統中。該控制系統將足底所測得之壓力值依其量測數值轉換為不同頻率之聲波，當測得之壓力值越大時聲波之聲音頻率也將越高，並將該聲波經由無線傳輸傳送至使用者配帶之耳機裝置，讓使用者即時了解其在行走時足部之承重狀況，並進行參考後自行修正，當使用者持續進行步態活動時，電動步行輔具亦會持續由該壓力感測器量測使用者之數據，並重複上述步驟直到使用者步態活動之實際測量值與理想訓練值相互吻合為止。
【實施例3】
以觸覺提示之方式訓練促進使用者之足部承重狀態
本實施例提供一種促進步態活動之電動步行輔具，其結構包含具有至少一移動組件之一支撐主體，該支撐主體電性連接有一控制系統，並與其鄰近之地面區域形成一使用者區域供使用者站立於其上，另外，該促進步態活動之電動步行輔具係以無線通訊連接之方式設置有一壓力感測模組於使用者之足底做為步態感測模組之用，並設置一震動手環裝置及一震動鞋墊於該使用者身上並與該控制系統進行無線通訊連接，做為步態引導模組之用。
使用者先於一控制系統輸入一預設之腳步承重力度，當使用者開始進行步態訓練時，設置於使用者足部鞋墊上之一壓力感測器開始量測使用者之足部於站立期(Stance Phase)之承重力度，並將感測結果以無線傳輸之方式傳遞至設置於該電動步行輔具上之該控制系統中。該控制系統測得之承重力度達到預設之腳步承重力度時，該控制系統經由無線傳輸傳送一震動訊號至使用者配帶之手環及鞋墊裝置，透過手環及鞋墊裝置給予的震動讓使用者了解其在行走時足部之承重狀況已達到標準，提示使用者邁出下一個腳步，再持續由該壓力感測器量測使用者之數據，重複上述步驟直到使用者步態活動之實際測量值與理想訓練值相互吻合為止。
【實施例4】
以視覺顯示之方式訓練促進使用者之步態活動平衡狀態
本實施例提供一種促進步態活動之電動步行輔具，其結構包含具有至少一移動組件之一支撐主體，該支撐主體電性連接有一控制系統，並與其鄰近之地面區域形成一使用者區域供使用者站立於其上，另外，該促進步態活動之電動步行輔具係以無線通訊連接之方式設置有一體感裝置，其係於感測範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一設置點上進行設置做為步態感測模組之用，並設置一顯示裝置於該支撐主體之上並與該控制系統進行電性連接，做為步態引導模組之用。
當使用者開始進行步態訓練時，設置於感測範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一設置點上之一體感裝置開始量測使用者之足部於站立期(Stance Phase)及擺盪期各自之經歷時間，並將感測結果以無線傳輸之方式傳遞至設置於該電動步行輔具上之該控制系統中。當該控制系統接收到腳跟著地(Heel Strike)之體感訊號後開始通知設置於該電動步行輔 具上之一顯示裝置開始計時，並於接收到腳趾離地(Toe off)之後通知該顯示裝置停止計時，讓使用者了解自己的步行狀態。同時，藉由接收另一腳之腳跟著地(Heel Strike)及腳趾離地(Toe off)之體感訊號，並與前一腳之相關數據進行交叉比對之後，亦可於顯示裝置上顯示兩腳之間腳跟著地(Heel Strike)之時間差，讓使用者了解其在行走時之左右腳承重比例，進而了解自己步態活動的平衡狀態，再持續由該體感裝置量測使用者之數據，重複上述步驟直到使用者步態活動之實際測量值與理想訓練值相互吻合為止。
【實施例5】
以聲音提示之方式訓練促進使用者之足部承重時間
本實施例提供一種促進步態活動之電動步行輔具，其結構包含具有至少一移動組件之一支撐主體，該支撐主體電性連接有一控制系統，並與其鄰近之地面區域形成一使用者區域供使用者站立於其上，另外，該促進步態活動之電動步行輔具係以無線通訊連接之方式設置有一壓力感測模組於使用者之足底做為步態感測模組之用，並設置一耳機裝置於該使用者之上並與該控制系統進行無線通訊連接，做為步態引導模組之用。
使用者先於一控制系統輸入左右腳分別預設的步伐頻率，並依左右腳之步伐頻率不同設定不同的著地持續秒數，傳送至設置於使用者身上之一耳機裝置依照該著地持續秒數給予持續性之提示音，當使用者開始進行步態訓練時，設置於使用者足部鞋墊上之一壓力感測器開始量測使用者之腳跟著地(Heel Strike)及腳趾離地(Toe off)之感測訊號，並將感測結果以無線傳輸之方式傳遞至設置於該電動步行輔具上之該控制系統中。當該控制系統接收到腳跟著地之訊息時，則開始遮蔽中斷該耳機裝置之提示音，直到該控制系統接收 到腳趾離地之感測訊號為止。因此，當使用者移動左腳時仍聽到右腳特有之提示音時，則表示使用者之足部承重時間過短，並可能有步伐頻率過快之情況，而當使用者之承重總時間超過預設之著地持續秒數時，則該控制系統將另外傳遞一提示音至該耳機裝置，提醒使用者踏出下一步，最後再持續由該壓力感測器量測使用者之數據，重複上述步驟直到使用者步態活動之實際測量值與理想訓練值相互吻合為止。
【實施例6】
以觸覺提示之方式訓練促進使用者之步伐頻率
本實施例提供一種促進步態活動之電動步行輔具，其結構包含具有至少一移動組件之一支撐主體，該支撐主體電性連接有一控制系統，並與其鄰近之地面區域形成一使用者區域供使用者站立於其上，另外，該促進步態活動之電動步行輔具係以無線通訊連接之方式設置有一壓力感測模組於使用者之足底做為步態感測模組之用，並設置一震動手環裝置及一震動鞋墊於該使用者身上並與該控制系統進行無線通訊連接，做為步態引導模組之用。
使用者先於一控制系統輸入左右腳分別預設的步伐頻率，當使用者開始進行步態訓練時，控制系統會在左右腳應該進行跨步時，分別給予設置於使用者身上之一振動手環裝置或一振動鞋墊裝置一震動提醒，藉以提示使用者需要進行跨部，同時，藉由設置於使用者足部鞋墊上之一壓力感測器開始量測使用者之腳跟著地(Heel Strike)及腳趾離地(Toe off)之感測訊號，並將感測結果以無線傳輸之方式傳遞至設置於該電動步行輔具上之該控制系統中。該控制系統將壓力感測器感測到的數值計算轉換成實際之步伐頻率，並將結果與預先輸入之步伐頻率進行比對之後獲得一誤差值，該控制系統並將該誤差值換算為一校正之振動間隔數值，並將該校正之振動間隔頻率傳送至該振動手環裝置或該振動鞋墊裝 置，該些振動裝置接受該指示訊息後，開始修正其振動之間隔頻率，用以提示使用者何時應該進行跨步以維持理想之站立期承重時間，並持續由該壓力感測器量測使用者之數據，重複上述步驟直到使用者步態活動之實際測量值與預先輸入之理想訓練值相互吻合為止。
【實施例7】
以視覺提示之方式訓練促進使用者之步幅
本實施例提供一種促進步態活動之電動步行輔具，其結構包含具有至少一移動組件之一支撐主體，該支撐主體電性連接有一控制系統，並與其鄰近之地面區域形成一使用者區域供使用者站立於其上，另外，該促進步態活動之電動步行輔具係以無線通訊連接之方式設置有一影像擷取裝置，其係於感測範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一設置點上進行設置做為步態感測模組之用，並設置一投影裝置於該支撐主體之上並與該控制系統進行電性連接，做為步態引導模組之用。
當使用者開始進行步態訓練時，設置於感測範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一任意設置點之一影像擷取裝置開始量測使用者之步幅(Stride length)，並將感測結果以無線傳輸之方式傳遞至設置於該電動步行輔具上之該控制系統中。當該控制系統接收到使用者經過一個步態循環之步幅距離後，自動傳送一指示訊息至該投影裝置，投影裝置投影出一修正步伐之基準線，並於該基準線之前方區域投影出綠色區塊，於該基準線之後方區域投影出紅色區塊，提示並誘導使用者向基準線或其後方之綠色區域踩踏以進行步伐距離之提升訓練，並於每一次的步態循環中提供使用者超過前一次步幅距離20%的目標提示距離，並於使用者的步態活動過程中不斷的提供此一超乎使用者步態活動能力之目標值，並以該投影裝置提示使用者如何修正目前之步態活動達到目標值， 不斷測試使用者，直到使用者之步態活動狀態與正常人相同，或無法配合步態引導之修正為止。藉由此一實施例，可讓使用者於沒有治療師陪同的狀況下，不斷調整並找到最適合使用者之訓練目標，以達到隨時隨地皆可進行步態活動促進訓練之方便性。
惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍，舉凡依本創作申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本創作之申請專利範圍內。

Claims (26)

  1. 一種步態活動促進之電動步行輔具，其包含：一支撐主體，該支撐主體具有至少一移動組件；一使用者區域，為鄰近該支撐主體之一地面區域，提供一使用者站立於其上；至少一步態感測模組，其係設置於該支撐主體、該使用者身體、感測範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一任意設置點或其任意之組合之上，該至少一步態感測模組透過一感測手段感測使用者之步態活動，獲得至少一步態特徵訊息，並可傳遞該至少一步態特徵訊息；至少一步態引導模組，其係設置於該支撐主體、該使用者身體、引導範圍可涵蓋使用者步行活動區域之一任意設置點或其任意之組合之上，該至少一步態引導模組可接收一指示訊息，並依該指示訊息之內容提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動；及一控制系統，其係設置於該支撐主體之上，分別與該至少一步態感測模組及該至少一步態引導模組進行通訊連接或電性連接，該控制系統接收該至少一步態感測模組傳遞之該至少一步態特徵訊息，並將該至少一步態特徵訊息轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該控制系統係進一步預先輸入一第一訓練目標值，並在接收該至少一步態感測模組傳遞之該至少一步態特徵訊息之後，比對該至少一步態特徵訊息與該第一訓練目標 值獲得一誤差值，並依照該誤差值計算獲得一第二訓練目標值，轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態感測模組係包含一影像擷取模組、一慣性量測模組、一體感模組、一距離偵測模組、一距離掃描模組、一角度量測模組、一壓力感測模組、一足底開關(foot switch)或其任意之組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態特徵訊息係包含站立期(stance phase)持續時間、擺盪期(swing phase)持續時間、雙腳支撐期(double support phase)持續時間、腳跟著地(Heel Strike)時間、腳踩平期(Foot Flat)時間、腳跟離地(Heel off)時間、腳趾離地(Toe off)時間、腳部著地順序、髖關節角度、膝關節角度、骨盆關節方位、踝關節角度、單位時間行走步數、單位時間行走距離、健側步長、患側步長、跨步長、步寬、足偏角、步態對稱性、重心轉移狀態、軀幹趨向性、支撐底面積(Base of support)、同側站立期和擺盪期之比例、左右側站立期和擺盪期之比例、站立期間各分期所佔時間百分比或其任意之組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態引導模組係包含一聽覺步態引導模組、一觸覺步態引導模組、一視覺步態引導模組或其任意之組合。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該聽覺步態引導模組係為一擴音裝置(speaker)或一耳機裝置(Ear phone)。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該觸覺步態引導模組係為一電刺激(electric stimulation)裝置、一振動(vibrate)刺激裝置、一輕觸(light touch)刺激裝置、一推撫(stroke)刺激裝置、一輕拍(tapping)刺激裝置、一氣流刺激(wind blow)裝置或一溫度刺激(Temperature Stimulation)裝置。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該視覺步態引導模組視覺步態引導模組係為一投影(Projector)裝置、一擴增實境(Augmented Reality)裝置、一虛擬實境(virtual Reality)裝置或一顯示(Display)裝置。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態提示之方式係包含倒數計時音提示、提示音提示、語音提示、音調變化提示、提示間隔頻率提示、文字提示、顏色顯影提示、圖型顯影提示、閃爍頻率提示、圖型亮度變化提示、震動提示、電刺激提示、溫度變化提示、非接觸性觸覺提示、刺激強度變化提示、輕觸(light touch)提示、推撫(stroke)提示、輕拍(tapping)提示或其任意之組合。
  10. 一種電動步行輔具之應用方法，其係使用申請專利範圍第1項所述之該電動步行輔具，用於以促進使用者之步態活動，其步驟包含： 該至少一步態感測模組感測獲得該使用者之該至少一步態特徵訊息，並傳送至該控制系統；該控制系統將該至少一步態特徵訊息轉換成該指示訊息，並傳送至該至少一步態引導模組；及該至少一步態引導模組依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電動步行輔具之應用方法，其中該係為一實時回饋指示訊息或一目標引導指示訊息。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之電動步行輔具之應用方法，其中該至少一步態感測模組係包含一影像擷取模組、一慣性量測模組、一體感模組、一距離偵測模組、一距離掃描模組、一角度量測模組、一壓力感測模組、一足底開關(foot switch)或其任意之組合。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態特徵訊息係包含站立期(stance phase)持續時間、擺盪期(swing phase)持續時間、雙腳支撐期(double support phase)持續時間、腳跟著地(Heel Strike)時間、腳踩平期(Foot Flat)時間、腳跟離地(Heel off)時間、腳趾離地(Toe off)時間、腳部著地順序、髖關節角度、膝關節角度、骨盆關節方位、踝關節角度、單位時間行走步數、單位時間行走距離、健側步長、患側步長、跨步長、步寬、足偏角、步態對稱性、重心轉移狀態、軀幹趨向性、支撐底面積(Base of support)、同側站立期和擺盪期之比例、左右側站立期和擺盪期之比例、站立期間各分期所佔時間百分比或其任意之組合。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態引導模組係包含一聽覺步態引導模組、一觸覺步態引導模組、一視覺步態引導模組或其任意之組合。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該聽覺步態引導模組係為一擴音裝置(speaker)或一耳機裝置(Ear phone)。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該觸覺步態引導模組係為一電刺激(electric stimulation)裝置、一振動(vibrate)刺激裝置、一輕觸(light touch)刺激裝置、一推撫(stroke)刺激裝置、一輕拍(tapping)刺激裝置、一氣流刺激(wind blow)裝置或一溫度刺激(Temperature Stimulation)裝置。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該視覺步態引導模組視覺步態引導模組係為一投影(Projector)裝置、一擴增實境(Augmented Reality)裝置、一虛擬實境(virtual Reality)裝置或一顯示(Display)裝置。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態提示之方式係包含倒數計時音提示、提示音提示、語音提示、音調變化提示、提示間隔頻率提示、文字提示、顏色顯影提示、圖型顯影提示、閃爍頻率提示、圖型亮度變化提示、震動提示、電刺激提示、溫度變化提示、非接觸性觸覺提示、刺激強度變化提示、 輕觸(light touch)提示、推撫(stroke)提示、輕拍(tapping)提示或其任意之組合。
  19. 一種電動步行輔具之應用方法，其係使用申請專利範圍第2項所述之該電動步行輔具，用於以促進使用者之步態活動，其步驟包含：輸入一第一訓練目標值至該控制系統；該控制系統傳送該第一訓練目標值至該至少一步態引導模組；該至少一步態引導模組依照該第一訓練目標值提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動；該至少一步態感測模組感測獲得該使用者之該至少一步態特徵訊息，並傳送至該控制系統；該控制系統將該些步態特徵訊息與該第一訓練目標值進行比對，計算獲得一誤差值；該控制系統依照該誤差值計算獲得一第二訓練目標值，轉換成該指示訊息傳遞至該至少一步態引導模組；及該至少一步態引導模組依照該指示訊息提供該使用者至少一步態提示，引導該使用者施行步態活動。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之電動步行輔具之應用方法，其中該至少一步態感測模組係包含一影像擷取模組、一慣性量測模組、一體感模組、一距離偵測模組、一距離掃描模組、一角度量測模組、一壓力感測模組、一足底開關(foot switch)或其任意之組合。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態特徵訊息係包含站立期(stance phase)持續時間、擺盪期(swing phase)持續時間、雙 腳支撐期(double support phase)持續時間、腳跟著地(Heel Strike)時間、腳踩平期(Foot Flat)時間、腳跟離地(Heel off)時間、腳趾離地(Toe off)時間、腳部著地順序、髖關節角度、膝關節角度、骨盆關節方位、踝關節角度、單位時間行走步數、單位時間行走距離、健側步長、患側步長、跨步長、步寬、足偏角、步態對稱性、重心轉移狀態、軀幹趨向性、支撐底面積(Base of support)、同側站立期和擺盪期之比例、左右側站立期和擺盪期之比例、站立期間各分期所佔時間百分比或其任意之組合。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態引導模組係包含一聽覺步態引導模組、一觸覺步態引導模組、一視覺步態引導模組或其任意之組合。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該聽覺步態引導模組係為一擴音裝置(speaker)或一耳機裝置(Ear phone)。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該觸覺步態引導模組係為一電刺激(electric stimulation)裝置、一振動(vibrate)刺激裝置、一輕觸(light touch)刺激裝置、一推撫(stroke)刺激裝置、一輕拍(tapping)刺激裝置、一氣流刺激(wind blow)裝置或一溫度刺激(Temperature Stimulation)裝置。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該視覺步態引導模組視覺步態引導模組係為一投影(Projector)裝置、一擴增實境(Augmented Reality)裝 置、一虛擬實境(virtual Reality)裝置或一顯示(Display)裝置。
  26. 如申請專利範圍第19項所述之步態活動促進之電動步行輔具，其中該至少一步態提示之方式係包含倒數計時音提示、提示音提示、語音提示、音調變化提示、提示間隔頻率提示、文字提示、顏色顯影提示、圖型顯影提示、閃爍頻率提示、圖型亮度變化提示、震動提示、電刺激提示、溫度變化提示、非接觸性觸覺提示、刺激強度變化提示、輕觸(light touch)提示、推撫(stroke)提示、輕拍(tapping)提示或其任意之組合。
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