TWI648010B - 用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置，其包含一鞋體；一第一鞋底，其係為於前述鞋體內側之底部，包含複數個足底震動元件；一第二鞋底，其係為於前述第一鞋底之下方，包含複數個壓力感測元件及開關元件；一鞋跟，其係為於前述第二鞋底之下方，其包含一微處理系統及一動作感知系統，及一射頻輸出/入模組；；一下肢電刺激扣環，其係包含一主體及複數個連接帶，前述主體進一步包含一電刺激元件及一射頻輸入模組；以及一應用程式。

Description

用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置及其方法

本發明提供一種人體下肢動作時依動作需求提供適時外部刺激與智能回饋的輔助裝置，以增進因神經肌肉異常者之下肢作動與平衡控制人力。其包含有三大部分，分別為鞋具系統裝置、電刺激器扣環、以及應用程式。

帕金森氏症(Parkinson's disease,PD)是一種慢性中樞神經系統退化疾病，主要影響運動神經系統，是一種運動症候群並可根據成因分為以下四型：原發性或自發性、次級或後天獲得、遺傳性、帕金森附加症候群或多重系統退化，帕金森氏症確診後的預期餘命約為7-14年。依據衛福部統計，台灣目前有超過四萬人為重度帕金森氏症患者。帕金森氏症通常發生在60歲以上的老人，約有1%的老人罹患該病；男性較女性容易得到帕金森氏症，若患者在小於40或50歲發病，則稱為早發性帕金森氏症。

腦部分為三個主要部分：大腦、小腦及腦幹。腦幹由中腦、橋腦、延髓三部分所組成，上接間腦、下接脊髓。基底核(或稱為基底神經節)，是大腦深部一系列神經核團組成的功能整體，與大腦皮層、丘腦和腦幹相連。目前所知其主要功能為自主運動的控制，並同時還參與記憶，情感和獎勵 學習等高級認知功能。而基底核的病變可導致多種運動和認知障礙，包括帕金森氏症和亨廷頓氏症等。基底核的一個附屬核團-黑質(Substantia nigra)，是中腦的一個神經核團。位於中腦背蓋部(tegmentum)和大腦腳之間。黑質又可分為三個部分-黑質緻密部(Substantia nigra pars compacta,SNpc)、黑質網狀部(Substantia nigra pars reticulate,SNpr)、黑質側部(Substantia nigra pars lateralis)，上述三個部分的結構和功能上都相差很大。黑質中具多巴胺神經元，會分泌多巴胺至大腦中的基底核(basal ganglia)和腦內其他部位，基底核很複雜地連繫著腦部各部位，它控制著各種正常和不正常運動訊息調節。對帕金森氏症的患者而言，他們腦內被殼(putamen)、尾核(caudate nucleus)和蒼白球(globus pallidus)所形成的控制線路並無法正常運作。由腦部傳送到肌肉的訊息先由大腦皮質傳送到基底核及腦內其他部分，它們把訊息修正後，送到視丘再回到大腦皮質。這過程的運作和調節都是經由神經傳導素而達成。當訊息被適當地修正後，由視丘回到負責思考的皮質，再把運動訊息送出。但當黑質被破壞，便無法正常地生產多巴胺時，應輸送到控制運動和平衡的紋狀體之多巴胺就逐漸減少，多巴胺和乙醯膽素兩種神經傳導無法維持平衡，帕金森氏病的運動障礙症狀因此而出現。通常正常人隨著年齡的增長，多巴胺神經細胞的數量會逐漸的減少，但是帕金森氏症患者在減量的速度上較一般人快許多，當多巴胺神經細胞分泌多巴胺的濃度低於正常人的百分之八十時，臨床上就會出現帕金森氏症的症狀。

帕金森氏症最明顯的症狀為顫抖、肢體僵硬、運動功能減退和動作障礙，並且可能有認知和行為問題。主要的運動及動作障礙症狀導因於中腦黑質細胞死亡，使患者相關腦區的多巴胺不足，普遍認為和遺傳與 環境因子相關。另外，研究顯示超過三分之一的患者會發生重性抑鬱障礙和焦慮症，及可能伴隨的症狀包括知覺、睡眠、情緒問題。

典型的帕金森氏症主要靠症狀診斷，神經成像也能協助排除其他疾病的可能性，而動作障礙中最常見的為步態不穩定，患者在步態行為上缺乏必要的動作並且速度緩慢，步態不穩定在臨床上有以下三項特徵：1.跨步距離：帕金森氏症的患者在進行跨步時，其跨步距離大多介於40公分至90公分之間，而對於相同年齡層的正常人，其跨步距離則介於120公分至150公分之間(Siegel et al.,2000)；2.行走速度降低：帕金森氏症患者得走路速度介於每秒67公分到每秒100公分之間，而對於相同年齡層的正常人的行走速度則介於每秒125公分到每秒150公分之間(Morris et al.,1996)；3.步頻代償改變：帕金森氏症的患者在行走的過程中步頻會發生改變(增加或減少)(O'Sullivan,,et al.,1998)，另外還有一些相關的動作障礙如：軀幹前傾、膝踝關節彎曲角度不足、姿勢異常、步行時每個步態間差異性大(Schaafsma,et al.,2003)。

但目前帕金森氏症是無法有效治癒的，已知治療的方式大多可以分為藥物治療、手術治療、復健治療以及輔助治療為主。手術治療分為切除術(灼燒破壞術)、視丘下核深層腦部刺激(腦部深層刺激術)及修復術(細胞重建術)。復健治療大多以重複性穿顱磁刺激(Repetitive transcranial magnetic stimulation)與肌肉訓練(腳踏車訓練、跑步機訓練)以及外部提示(視覺、聽覺、震動、電刺激)等方式為主，以改善帕金森氏症患者的步態問題。

目前市售所出現的產品大多是應用於偵測使用者的生理狀態與 資訊或是以外部提示的方式給予使用者，讓使用者在進行動作時能夠更順利進行降低發生危險的機率，而在這些產品都是以解決使用者震顫的問題；而有些產品是針對使用者的運動狀態結合藥物監控系統與功能性電刺激系統進行監控與改善；有些產品有在鞋尖配置了雷射發射系統，這個雷射可以對地板投射出約五十公分的平行線，左右兩腳可以彼此建立一個導引，讓使用者準備好邁出下一步，且還在鞋底設計壓力感測器，可在患者的腳接觸地板的時候激發震動，彌補並增強足底反作用力回饋的感覺然上述產品。但上述產品僅適用於手部顫動的抑制，與平坦路面的光引導，在車水馬龍及路面高低不平的路面並不適用。

在目前已公開的相關專利中，DE102009010360 A1專利是針對帕金森氏患者設計的訓練鞋，鞋墊具有一條延著足底壓力中心曲線的縱向軟墊，此功能可以減少帕金森氏患者的內旋與外旋；WO2015092089 A1專利是為了防止帕金森氏患者跌倒與步態凍結，設計理念為鞋頭的厚度增加、鞋頭的下部被斜切，形成一個銳角幫助患者進行跨步；WO2005094679 A1專利是設計一種裝置去刺激患者的腳並觀察患者的動作回饋，此裝置包含壓力傳感器、開關或控制器以及震動器，震動器放置的位置位於足跟，此專利的實驗結果發現進行刺激後的受試者步幅明顯變多且步伐變大。中華民國新型專利公告號586410，其係一種穿戴式動態腳壓回饋功能性電刺激步行復健治療及平衡評估系統，其系統包括有薄膜壓阻式腳壓感測鞋、動態腳壓量測單元、功能性電刺激單元。但是患者還是需要經過物理治療師評估步態週期後，判斷患者步行異常症狀，決定需進行電刺激治療的肌肉群，再選定適合該患者功能性電刺激單元之功能參數及作為驅動功能性電 刺激單元兩組電極通道之薄膜壓阻式感測元件，才能完成治療，並不能在行走過程中同步進行治療。美國發明專利公開號US 2014/0276236 A1其係提供一種能提供功能性電刺激的鞋墊，該鞋墊包含一可放置無線足控開關的空腔，其中該無線足控開關包含一負載、一力或一壓力感應器，用以感應使用者行走時的步態週期；一微控制器，獲取感應器測得的參數並切換功能性電刺激的開關。但是其功能性電刺激的鞋墊依據步態週期的不同階段調控不同位置功能性電刺激的開關，且也未能利用智能裝置提供患者警告及參數調整建議。美國發明專利公開號US 2004/0088025 A1其係提供一可以助於緩解神經運動障礙症狀的運動定時刺激器的系統及方法，其利用多個刺激點以電刺激、機械刺激或聲波刺激等方式提供定時外部刺激，以改善患者的步態、減輕姿勢不穩定的狀態以及提高患者手臂的擺動等等。但是其是提供在運動期間定時給予外部刺激，無法同步於當時患者所處的步態進行調整。

由以上專利統整可知，目前的專利設計大多是為了改善帕金森氏患者的活動情況，但市面上尚未有兩種刺激結合的鞋具的專利，故本發明之發明人有鑑於上述習知技術之缺失，構想發明一款由外部刺激裝置與智慧型裝置結合，且具有即時評估身體平衡狀態與調整外部刺激系統之鞋具裝置，讓使用者在穿戴過程中可藉由智慧型裝置提出的建議或警告進行調整，以改善帕金森氏症患者的臨床症狀，讓他們在日常生活中進行動作時能夠更順利執行。

有鑑於此，本發明目的其一為提供一種在行走或活動期間可即時進行外部刺激及評估使用者之行走狀態相關資訊，進而調整外部刺激設定之鞋具裝置，其主要透過動作感知系統偵測步態狀態或感應使用者之腳跟著地與前掌著地時之觸發各別區塊感應元件時間，其係藉由射頻技術(Radio Frequency)傳輸至震動刺激器與功能性電刺激器進行外部刺激，並藉由動作感知系統計算整體行走狀態的各參數變化，以評估外部刺激設定對於跟使用者的情況是否合適，並提出調整建議或警告予使用者。

為達到上述目的以及其它目的，本發明之用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置，其包含有三大部分，分別為1.鞋具系統裝置，2.下肢電刺激扣環，3.行動應用模組。

其中前述1.鞋具主要包含：(1)足底震動元件(2)射頻(Radio Frequency)輸出/入模組(3)動作感知系統(4)啟動開關元件(5)壓力感測元件(6)微處理系統。前述2.下肢電刺激扣環包含：(1)射頻(Radio Frequency)輸入模組，(2)電刺激元件。前述3.行動應用模組可為手機搭載應用程式，主要功能包含：(1)刺激功能選擇介面：係透過前述動作感知系統擷取在未受到刺激前之步態參數，並參照所持有的資料庫數據判斷該使用者適合使用哪種刺激功能(電刺激、震動刺激、綜合電刺激與震動刺激)(2)震動器頻率、電刺激調整回饋介面：係透過前述動作感知系統擷取在受到刺激後之步態參數，並參照所持有的資料庫數據判斷該使用者所使用之刺激頻率是否適合，並提供建議或語音引導功能(3)步態與刺激以及足底壓力狀態即時介面：係即時記錄使用者之步行空間參數、平衡穩定性參數，並檢測其行走風 險(身體平衡、跌倒風險)，提供前述語音引導功能。其中，在鞋具設備的設計中會結合中華民國專利M288518(模組化多功能鞋墊)概念。具體位置及功能將詳述於後文。

本發明所提供之用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置中，前述鞋具包含：一鞋體；其包含一微處理系統及一動作感知系統，及一射頻輸出/入模組；一第一鞋底，其係為於前述鞋體內側之底部，包含複數個足底震動元件；一第二鞋底，其係為於前述第一鞋底之下方，包含複數個壓力感測元件及開關元件；本發明主要針對第一鞋底與第二鞋底的部分進行足底震動元件與啟動前述開關元件的電路的設計與規劃。其中，前述足底震動元件係位於第一鞋底中，相對應腳跟、相對應第一趾骨、以及相對應第四、五趾骨之間；前述放置在第一鞋底的足底震動元件，必需與足底皮膚接觸以達到增加體感覺輸入的效果。其中，前述壓力感測元件及開關元件係位於前述第二鞋底中，相對應腳跟、相對應第一趾骨、相對應第四、五趾骨之間、以及相對應第一腳趾位置；前述壓力感測元件、動作感知系統及開關元件係依據人體步態週期做感測及啟動，前述動作感知系統用以偵測使用者的步態過程中腳跟著地與腳尖離地之特徵點，判斷步態週期狀態，並輔助第二鞋底之開關元件，並驅動外部刺激裝置(電刺激元件與足底震動刺激元件)，以及判斷步態參數，評估並提供語音引導功能。當相對應的特徵點與動作感知系統或開關元件被啟動時，訊號將透過前述微處理系統轉換後，再觸發相應的足底震動元件或前述電刺激元件，並擷取足底壓力資訊並進行分析，而後產生一訊號，透過鞋體的射頻輸出模組將該訊號傳送至外部之訊號接收裝置(訊號接收裝置主要有兩個部分1.電 刺激扣環主體上方的無線傳輸模組2.智慧型手機內建之模組與即時檢測調控之應用軟體(APP))，即時向使用者提出建議或警告，以達到相應之評估效果。此外，於鞋體位置放置動作感知系統、射頻(Radio Frequency)輸出/入模組、微處理器，以與鞋子第一底層的足底震動元件以及第二鞋底的開關元件與壓力感測元件進行整合。本發明進一步包含一電源供應模組，其係與前述微處理器系統、前述射頻輸出/入模組、前述動作感知系統電性連接，以提供本發明智能裝置所需之電源。

本發明所提供之用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置中，前述下肢電刺激器扣環結構為一主體(束帶)與四條或多條連接帶。1.主體(束帶)依據下肢電刺激位置設計為一包覆膝關節束帶，下肢電刺激位置則以連接帶於總腓神經、脛前肌和內外側腓腸肌，放置電刺激元件並與主體聯結，在主體上緣的位置放置射頻(Radio Frequency)輸入模組，以接收訊號進行刺激觸發。2.連接帶依據各使用者情況進行調整，以固定於下肢電刺激位置，避免在活動過程中鬆脫。前述電刺激元件主要係位於下肢肌肉處，包含，但不限於可為總腓神經處、脛前肌處和內外側腓腸肌處。

本發明所提供之用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置中，前述行動應用模組可為手機搭載應用程式，其係透過前述動作感知系統於一使用者穿戴後，偵測前述使用者的一動作參數，若評定前述動作參數為不平衡狀態時，透過前述射頻輸入模組控制前述足底震動元件之頻率及強度，並提供一語音引導功能。前述行動應用模組包含：(1)刺激功能選擇介面：係透過前述動作感知系統擷取在未受到刺激前之步態參數，並 參照所持有的資料庫數據判斷該使用者適合使用哪種刺激功能(電刺激、震動刺激、綜合電刺激與震動刺激)(2)震動器頻率、電刺激調整回饋介面：係透過前述動作感知系統擷取在受到刺激後之步態參數，並參照所持有的資料庫數據判斷該使用者所使用之刺激頻率是否適合，並提供建議或語音引導功能(3)步態與刺激以及足底壓力狀態即時介面：係即時記錄使用者之步行空間參數、平衡穩定性參數，並檢測使用者的行走風險(身體平衡、跌倒風險)已透過智慧型手機給予使用者建議或語音引導功能。於較佳實施例中，前述行動參數包含使用者之行走速度、步距步幅變化、平衡穩定狀態。

本發明中外部刺激分為足底震動刺激與下肢肌肉(總腓神經、脛前肌和內外側腓腸肌)電刺激兩項，啟動方式透過動作感知系統偵測使用者步態過程中腳跟著地與腳尖離地之特徵點，判斷步態週期狀態，輔助第二鞋底之開關元件，並驅動外部刺激裝置(電刺激元件與足底震動刺激元件)，以及判斷步態參數，評估並提供語音引導功能。當處於站立期(腳跟著地、腳尖離地)且相應的開關元件受到壓力形成通路時，則進行震動刺激與電極刺激並擷取足底壓力資訊並進行分析，以改善受測者的步態問題與平衡穩定性，當處於擺盪期且相應的開關元件沒有受到壓力形成斷路時，則停止震動刺激與電刺激但仍持續擷取足底壓力資訊評估使用者的身體穩定性。

本發明再提供一種增進帕金森患者步行能力與動作控制之方法，其係透過本發明智能裝置，其包含以下流程：(1)當使用者穿戴後，先請使用者於平地行走多次，以動作感知系統擷取在未受到刺激前之步態參數，而後參照資料庫數據(步距、步速、步頻、腳跟著地-腳尖離地的時間、位移、 步態特徵點...等)判斷該使用者適合使用震動刺激或電刺激或結合震動刺激與電刺激)。(2)當前述使用者之起始接地期(initial contact)，位在相應於腳跟區域的足底震動元件會開啟，位於相應於總腓神經、脛前肌的電刺激元件會開啟；(3)當前述使用者之腳掌著地(Foot Flat)時期，前述前掌區域的足底震動元件，以及前述相應於腓神經、相應於腓腸肌的電刺激元件同時開啟；(4)當前述使用者之站立中期(Mid-stance)時，會觸發前述相應於腳跟區域與前掌區域的足底震動元件，以及前述相應於總腓神經、相應於脛前肌和相應於腓神經、相應於內外側腓腸肌的電刺激元件均會開啟；(5)當前述使用者之腳跟離地(Heel Off)時期，前述使用者會只觸發前掌區域的足底震動元件，以及前述相應於腓神經、相應於內外側腓腸肌的電刺激元件會開啟；(6)當前述使用者之腳步擺盪期(swing phase)，前述足底震動元件及前述電刺激元件均停止。

綜上所述，本發明與先前技術相互比較，本發明是屬於一種可在行走或活動期間可即時進行外部刺激與評估使用者行走狀態相關資訊來調整外部刺激設定之鞋具裝置，具有以下之優點以及特性：1.本發明是依據人體行走步態週期，以進行外部刺激(震動刺激與電刺激)，與先前之專利只針對部分足部位置的震動刺激有所不同，而在功能性電刺激的部分則未有針對人體步態週期進行配合之專利。2.不同於已有之鞋具裝置，僅需利用使用者足部腳跟區塊壓力感應元件之壓力值、使用者足部前掌區塊前後兩區域壓力感應元件之壓力值，計算其各區域的足底壓力中心與足長軸線之夾角，進而評估使用者在行走過程中的平衡穩定性，並即時提出建議或警告，而在設計上更為簡便。3.本發明透過偵測步行與平衡狀態，當使用者於行走狀 態下，計算使用者的每一步的步態與平衡參數以調整外部刺激(震動刺激與功能性電刺激)的頻率與強度，已達到改善帕金森氏症患者的步態與日常生活中進行動作的效益，此結合兩種外部刺激並即時偵測步態與平衡能力與調控外部刺激設定之概念迄今仍未見於市面之產品以及文獻資料

為了使任何熟習相關技藝者瞭解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。

100‧‧‧用於輔助帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置

10‧‧‧鞋體

11‧‧‧第一鞋底

12‧‧‧第二鞋底

13‧‧‧鞋跟

20‧‧‧電刺激扣環

21‧‧‧電刺激扣環之主體

22‧‧‧電刺激扣環之連接帶

23‧‧‧電刺激元件

24‧‧‧射頻輸入模組

30‧‧‧電源供應模組

110‧‧‧足底震動元件

120‧‧‧壓力感測元件

121‧‧‧開關元件

130‧‧‧微處理系統

131‧‧‧動作感知系統

132‧‧‧射頻輸出/入模組

第一圖係為本發明用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置之鞋具示意圖；第二圖係為本發明用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置之電刺激扣環示意圖；第三圖係為本發明用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置之外部刺激流程圖；第四圖係為本發明用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置之外部刺激流程圖；第五圖係為本發明增進帕金森患者步行能力與動作控制之方法流程圖；第六圖係為本發明增進帕金森患者步行能力與動作控制之方法流程 圖。

第七圖係為比較帕金森氏症患者與一般人的步態差異。

第八圖係為帕金森氏症患者在跨越障礙物時，拖曳腿(Trailing Leg)的前後位移及左右位移。

第九圖係為帕金森氏症患者在跨越障礙物時，領導腿(Leading Leg)的前後位移及左右位移。

為讓鈞院貴審查委員及習於此技術人士，對本發明之功效完全瞭解，就本發明較佳之實施例說明如下。

本發明提供一種用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置100，其如第一圖所示，包含一鞋體10；一第一鞋底11，其係為於前述鞋面10之下方，包含複數個足底震動元件110；一第二鞋底12，其係為於前述第一鞋底11之下方，包含複數個壓力感測元件120，以及開關元件121；一鞋跟13，其係為於前述第二鞋底12之下方，其包含一微處理系統130及一動作感知系統131，以及一射頻輸出/入模組132；一下肢電刺激扣環20，其係包含一主體21及複數個連接帶22，前述主體進一步包含一電刺激元件23及一射頻輸入模組24。於較佳實施例中，前述智能裝置100進一步包含一電源供應模組30，其係與前述微處理系統130、前述射頻輸出/入模組132、前述動作感知系統131電性連接，以提供本發明智能裝置100所需之電源。

如第二圖所示，前述足底震動元件110係位於第一鞋底中，相對應腳跟、相對應第一趾骨、以及相對應第四、五趾骨之間。於較佳實施例中，前述壓力感測元件係位於前述第二鞋底中，相對應腳跟、相對應第一趾骨、相對應第四、五趾骨之間、以及相對應第一腳趾位置。

於較佳實施例中，前述電刺激元件23係位於下肢肌肉處，可為總腓神經處、脛前肌處和內外側腓腸肌處，但不限於上述之下肢肌肉處。於較佳實施例中，其進一步包含一行動應用程式，可透過前述動作感知系統131於使用者穿戴後偵測前述使用者動作參數，當評定為不平衡狀態時，可透過前述射頻輸入模組24控制前述足底震動元件110之頻率及強度，且提供語音引導功能。於較佳實施例中，前述行動參數包含使用者之行走速度、步距步幅變化、平衡穩定狀態。平衡穩定狀態包含雙腳前後站時，使用者靜態平衡的後腳/前腳重心比例，當使用者靜態平衡的後腳/前腳重心比率結果為承重在後腳時，則評定為不平衡狀態，於較佳實施例中，使用者靜態平衡的後腳/前腳重心比率為1.33~0.3時，評定為不平衡狀態；以及行走時，使用者動態平衡的前足接觸時間占站立期的百分比，當使用者動態平衡的前足接觸時間占站立期的百分比低於60時，則評定為不平衡狀態。

第三圖關於本發明增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置所提供使用者外部刺激的時機，如第三圖及第四圖所示，外部刺激分為足底震動刺激與下肢肌肉(總腓神經、脛前肌和內外側腓腸肌)電刺激兩項，於較佳實施例中，足底震動元件的震動刺激為255Hz，電刺激元件的電刺激為60~90mA啟動方式透過動作感知偵測使用者的步態過程中腳跟著地與 腳尖離地之特徵點，判斷一步態週期狀態，輔助前述第二鞋底之前述開關元件，並驅動前述電刺激元件與前述足底震動元件，以及判斷一步態參數，評估並提供前述語音引導功能。處於站立期(腳跟著地、腳尖離地)且相應的開關元件受到壓力形成通路時，則進行震動刺激與電極刺激並擷取足底壓力資訊並進行分析，以改善受測者的步態問題與平衡穩定性，當處於擺盪期且相應的開關元件沒有受到壓力形成斷路時，則停止震動刺激與電極刺激但仍持續擷取足底壓力資訊評估使用者的身體穩定性。

進一步本發明提供一種鞋具組合，其針對人體步態週期之站立期與擺盪期提供即時外部刺激，係包含如前述之智能裝置。

本發明再提供增進帕金森患者步行能力與動作控制之方法，其係透過本發明智能裝置100，其包含以下流程，如第五圖及第六圖所示：(1)當使用者穿戴後，先請使用者於平地行走複數次，以動作感知系統擷取在未受到刺激前之步態參數，而後參照資料庫數據(步距、步速、步頻、腳跟著地-腳尖離地的時間、位移、步態特徵點...等)判斷該使用者適合使用哪震動刺激或電刺激或結合震動刺激與功能性電刺激。(2)當前述使用者之起始接地期(initial contact)，位在相應於腳跟區域的足底震動元件110會開啟，位於相應於總腓神經、脛前肌的電刺激元件23會開啟；(3)當前述使用者之腳掌著地(Foot Flat)時期，前述相應於前掌區域的足底震動元件110，以及前述相應於總腓神經、相應於脛前肌的電刺激元件23同時開啟；(4)當前述使用者之站立中期(Mid-stance)時，會觸發前述相應於腳跟區域與前掌區域的的足底震動元件110，以及前述相應於總腓神經、相應於脛前肌和相應於 內外側腓腸肌的電刺激元件23均會開啟；(5)當前述使用者之腳跟離地(Heel Off)時期，前述使用者會只觸發位於前掌的足底震動元件110，以及前述相應於內外側腓腸肌的電刺激元件23會開啟；(6)當前述使用者之腳步擺盪期(swing phase)，前述足底震動元件110及前述電刺激元件23均停止。

第七圖，利用動作感知系統偵測帕金森氏症的患者與一般人的步態差異，也就是帕金森氏症的患者與一般人腳跟著地和腳跟離地的步態特徵點與時間間隔上的差異。橫軸所代表的為資料數(所使用的儀器取樣頻率為128)；縱軸所代表的為角度(陀螺儀所量測到的)。由第七圖可知，帕金森氏症的患者相對於一般正常族群的人，在行走過程中跨步間的間隔時間較為短暫，並且在腳跟著地時期的特徵點也較為不明顯。

於較佳實施例中，如表一，顯示連續性動作TUG(由坐姿到起立行走並轉彎行走回原地坐下)，每段時期所需要的時間。STS代表坐姿到站姿、NoG1代表平地行走一段距離、Turn代表轉彎、NoG2代表平地行走一段距離(與NoG1反向)、TTS代表站姿到坐姿，上述為連續性動作TUG中所分割出的。

在STS、TTS兩個時期中可以發現在有刺激的情況下，動作所需的時間有縮短的情況，這表示在執行動作時因有刺激的輔助可使動作執行更為流暢。

在NoG1、Turn、NoG2三個時期間可以發現在有刺激的情況下，動作所需的時間有增長的情況而身體的穩定性則有所提高，並且因這三個時期均是屬於動態情境，故表示在執行這三種動態情境的過程中，雖 然有刺激輔助會增加其在動作過程中的時間，但身體穩定性卻因刺激的輔助而有所增加。

於較佳實施例中，如表二，顯示在功能性電刺激與震動刺激以及各別刺激和沒有刺激的情境下，步幅、步速及步數的變化。由於帕金森氏患者會有小碎步的症狀，而藉由此實驗可以檢測當病患受外部刺激時，對小碎步症狀的影響。其中可以發現相對於沒有刺激的情境下在單純只有電刺激的情境下步幅增加的情況最為明顯，次之為震動刺激，後之則為兩種刺激結合，而相應的由於步幅的增加，故其步數則減少。

於較佳實施例中，如第八圖及第九圖所示，帕金森氏症患者在跨越障礙物(障礙高度為其腿長的20%)時，領導腿(Leading Leg)與拖曳腿(Trailing Leg)的前後位移及左右方向位移。前後方向位移的部分為探討其步態的完整性，而在左右方向的位移則探討其步態的穩定性。由圖可知，拖曳腿(Trailing Leg)與領導腿(Leading Leg)的差異主要是因帕金森氏症的患者其跨步高相較於一般正常人都較低，而所設計得障高為其腿長的20%，所以他們在領導腿(Leading Leg)受到刺激的不太穩定性則有受到影響。

於較佳實施例中，本發明的智能裝置進一步包含一電源供應模組，其係與前述微處理系統、前述射頻輸出/入模組、前述動作感知系統電性連接，以提供本發明智能裝置所需之電源。

惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習前述技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

Claims (15)

1. 一種用於增進帕金森患者步行能力與動作控制之智能裝置，其包含一鞋體；一第一鞋底，其係為於前述鞋體內側之底部，包含複數個足底震動元件；一第二鞋底，其係為於前述第一鞋底之下方，包含複數個壓力感測元件及開關元件；一鞋跟，其係為於前述第二鞋底之下方，其包含一微處理系統及一動作感知系統，及一射頻輸出/入模組；一下肢電刺激扣環，其係包含一主體及複數個連接帶，前述主體進一步包含一電刺激元件及一射頻輸入模組；以及一行動應用模組，其係透過前述動作感知系統於一使用者穿戴後，偵測前述使用者的一動作參數，若評定前述動作參數為不平衡狀態時，透過前述射頻輸入模組控制前述足底震動元件之頻率及強度，並提供一語音引導功能。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其中前述動作感知系統用以偵測一前述使用者的步態過程中腳跟著地與腳尖離地之特徵點，判斷一步態週期狀態並輔助前述第二鞋底之前述開關元件，並驅動前述電刺激元件與前述足底震動元件，以及判斷一步態參數，評估並提供前述語音引導功能。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其中前述足底震動元件係位於第一鞋底中，相對應腳跟、相對應第一趾骨、以及相對應第四、五趾骨之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其中前述壓力感測元件係位於前述第二鞋底中，相對應腳跟、相對應第一趾骨、相對應第四、五趾骨之間、以及相對應第一腳趾位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其中前述電刺激元件連接前述複數個連接帶。
6. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其中前述電刺激元件係位於複 數下肢肌肉處。
7. 如申請專利範圍第6項所述之智能裝置，其中前述下肢肌肉處包含總腓神經處、脛前肌處和內外側腓腸肌處。
8. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其中前述使用者行動參數包含一行走速度、一步距步幅變化、一平衡穩定狀態。
9. 如申請專利範圍第8項所述之智能裝置，其中前述平衡穩定狀態包含雙腳前後站時，一使用者靜態平衡的後腳/前腳重心比例以及行走時，一使用者動態平衡的前足接觸時間占站立期的百分比。
10. 如申請專利範圍第9項所述之智能裝置，其中若前述使用者靜態平衡的後腳/前腳重心比率結果為承重在後腳時，評定為不平衡狀態。
11. 如申請專利範圍第9項所述之智能裝置，其中若前述使用者動態平衡的前足接觸時間占站立期的百分比低於60時，評定為不平衡狀態。
12. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其中前述行動應用模組包含：一刺激功能選擇介面，係透過前述動作感知系統擷取未受到刺激前之前述步態參數，並參照一資料庫數據判斷前述使用者適合使用之一電刺激與一震動刺激；一震動器頻率/電刺激調整回饋介面，係透過前述動作感知系統擷取在受到刺激後之前述步態參數，並參照前述資料庫數據判斷前述使用者所使用之一刺激頻率是否適合，並提供前述語音引導功能；以及一步態與刺激以及足底壓力狀態即時介面，係即時記錄前述使用者之一步行空間參數、一平衡穩定性參數，並檢測前述使用者的行走風險，提供前述語音引導功能。
13. 如申請專利範圍第1項所述之智能裝置，其進一步包含一電源供應模組，其係與前述微處理器系統、前述射頻輸出/入模組、前述動作感知系統電性連接。
14. 一種鞋具組合，其針對人體步態週期之站立期與擺盪期提供即時外部刺激，係包含：如申請範圍第1項所述之智能裝置。
15. 一種增進帕金森患者步行能力與動作控制之方法，其係透過如申請專利範圍第1項之智能裝置，其包含以下流程： (1)當前述使用者穿戴後，先請前述使用者於平地行走複數次，以前述動作感知系統擷取在未受到刺激前之前述步態參數，而後參照前述資料庫數據判斷前述使用者適合使用前述震動刺激或前述電刺激或結合前述震動刺激與前述電刺激。(2)當前述使用者之起始接地期(initial contact)，位在相應於腳跟區域的足底震動元件會開啟，位於相應於總腓神經、脛前肌的電刺激元件會開啟；(3)當前述使用者之腳掌著地(Foot Flat)時期，前述相應於前掌區域的足底震動元件，以及前述相應於腓神經、相應於腓腸肌的電刺激元件同時開啟；(4)當前述使用者之站立中期(Mid-stance)時，會觸發前述相應於腳跟區域與前掌區域的足底震動元件，以及前述相應於總腓神經、相應於脛前肌和腓神經相應於內外側腓腸肌的電刺激元件均會開啟；(5)當前述使用者之腳跟離地(Heel Off)時期，前述使用者會只觸發前掌區域的足底震動元件，以及前述相應於腓神經、相應於內外側腓腸肌的電刺激元件會開啟；以及(6)當前述使用者之腳步擺盪期(swing phase)，前述足底震動元件及前述電刺激元件均停止。