JP6998478B2 - 電動矯正デバイスおよびそれを使用する方法 - Google Patents

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第Ｎｏ．６２／１７５，７６５号（２０１５年６月１５日出願）の利益を主張する。本願は、米国特許出願１４／０８１，５５４号（２０１３年１１月１５日出願）の一部継続出願でもあり、該出願は、米国特許出願第１２／４０６，７３２号（２００９年３月１８日出願、現在、米国特許第８，５８５，６２０号）の継続出願であり、該出願は、米国仮特許出願第６１／０３７，５５６号（２００８年３月１８日出願）の利益を主張する。米国特許出願第１２／４０６，７３２号は、米国特許出願第１１／８５７，８８１号（２００７年９月１９日出願、現在、米国特許第８，９２６，５３４号）の一部継続出願でもあり、該出願は、米国仮特許出願第６０／８２６，１８８号（２００６年９月１９日出願）および米国仮特許出願第６０／８８９，７７３号（２００７年２月１４日出願）の利益を主張する。上記出願の全ての開示は、それらの全体が参照により本明細書に引用される。

（技術分野）
本開示は、概して、矯正デバイスに関し、より具体的には、本開示は、リハビリまたは機能的補助のための電動矯正デバイスおよびその使用方法に関する。

脳卒中、脳傷害、および他の神経筋外傷生存者は、多くの場合、半身麻痺、すなわち、身体のある部分に重度の衰弱が残る。その結果、１つ以上の四肢に機能障害もしくは損失が生じ得る。人々は、そのような神経筋外傷後、障害の多くから著しく回復し得ることが示されている。さらに、リハビリが非常に有効であり、リハビリ用運動療法が、慣れ親しんだ機能的タスクの実行を含む場合、運動パターンがより迅速に再習得されることも示されている。しかしながら、神経筋外傷後、罹患四肢または複数の四肢における制御もしくは強度は、患者が補助なく建設的かつ機能的リハビリ運動を行うことが困難（または不可能）であり得るほど著しく損なわれ得る。

本発明の一実施形態は、少なくとも２つの関節を有する四肢との使用のための電動矯正デバイスを含む。デバイスは、少なくとも２つの装具サブアセンブリを含む装具システムを含む。第１の装具サブアセンブリは、関節のうちの第１のものに対して動作可能であり、第２の装具サブアセンブリは、関節のうちの第２のものに対して動作可能である。第１の装具サブアセンブリは、第１の区分および第２の区分を含み、第１の区分および第２の区分は、関節のうちの第１のものの周りの互いに対する相対的運動のために構成される。第１の装具サブアセンブリは、その第１の区分およびその第２の区分を対応する四肢区画に除去可能に取り付けるように構成される。第１の装具サブアセンブリは、第１のセンサ信号を筋電センサから受信するように構成され、第１の装具サブアセンブリにも機械的に結合され、互いに対して移動するように第１の装具サブアセンブリの第１および第２の区分を駆動するための第１の力を加える第１の電動アクチュエータアセンブリを含む。第１の力は、第１のセンサ信号に基づく。

第２の装具サブアセンブリは、第１の区分および第２の区分を含み、第１の区分および第２の区分は、関節のうちの第２のものの周りの互いに対する相対的運動のために構成される。第２の装具サブアセンブリは、その第１の区分およびその第２の区分を対応する四肢区画に除去可能に取り付けるように構成される。第２の電動アクチュエータアセンブリは、筋電センサ、慣性測定ユニット、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されたセンサから第２のセンサ信号を受信するように構成される。第２の電動アクチュエータアセンブリは、第２の装具サブアセンブリに機械的に結合され、互いに対して移動するように第２の装具サブアセンブリの第１および第２の区分を駆動するための第２の力を加えるようにも構成される。第２の力は、第１のセンサ信号または第２のセンサ信号に基づく。装具システムならびに第１および第２のアクチュエータアセンブリは、装着式構成要素を形成する。

いくつかの実施形態では、第１の装具サブアセンブリは、筋電センサを含む。種々の実施形態では、第２の装具サブアセンブリは、センサを含む。第１の装具サブアセンブリは、第３のセンサ信号を出力する慣性測定ユニットを含み得、第１の力は、第１のセンサ信号および第３のセンサ信号に基づき得る。

いくつかの実施形態では、第１の装具サブアセンブリの第２の区分および第２の装具サブアセンブリの第１の区分は、同一区分であり得る。これらの実施形態のうちのいくつかでは、第１の装具サブアセンブリは、その第２の区分を前腕に除去可能に取り付けるように構成され得、第２の装具サブアセンブリは、その第１の区分を前腕に、その第２の区分を手に除去可能に取り付けるように構成され得る。第１の力は、第２のセンサ信号にも基づき得る。第２の力は、第１および第２のセンサ信号に基づき得る。

第２のアクチュエータアセンブリは、第２の装具サブアセンブリに沿って位置付けられ、関節のうちの第２のものに近接するように構成され得る。第２のアクチュエータアセンブリは、デバイスがユーザに除去可能に取り付けられると、第２のアクチュエータアセンブリが関節のうちの第２のものから遠隔に位置付けられるように、第２の装具サブアセンブリ上に位置付けられるように構成され得る。第１のアクチュエータアセンブリは、筐体内のモータと、駆動アセンブリとを含み得、駆動アセンブリは、モータと、第１の装具サブアセンブリの第１および第２の区分とに結合されている。モータは、第１の装具サブアセンブリの第１および第２の区分間の接合点に近接して位置付けられ得る。接合点は、第１の装具サブアセンブリが前腕に除去可能に取り付けられるように構成されると、肘または手首に近接し得る。

第２のアクチュエータアセンブリは、筐体内のモータと、駆動アセンブリとを含み得、駆動アセンブリは、モータと、第２の装具サブアセンブリの第１および第２の区分とに結合されている。モータは、第２の装具サブアセンブリの第１および第２の区分間の接合点に近接して位置付けられ得る。接合点は、第２の装具サブアセンブリが手に除去可能に取り付けられるように構成されると、指関節に近接し得る。

第２のアクチュエータアセンブリは、線形アクチュエータアセンブリまたは回転式アクチュエータアセンブリであり得る。第２のアクチュエータアセンブリは、ケーブルベースのアクチュエータアセンブリまたはテンドンベースのアクチュエータアセンブリであり得る。第１のアクチュエータアセンブリと第２のアクチュエータアセンブリとは、第１の装具サブアセンブリに加えられる第１の力と第２の装具サブアセンブリに加えられる第２の力とに関して通信し得る。

いくつかの実施形態では、デバイスは、第１および第２の装具サブアセンブリと通信するコントローラシステムを含む。コントローラシステムは、第１および第２のセンサ信号を受信し、第１および第２のアクチュエータアセンブリへの出力信号を発生させる処理システムを含み得る。コントローラシステムは、それを通してユーザがデバイスと相互作用するユーザインターフェースを含み得る。コントローラシステムは、装具強度、システム利得、システム感度、仮想ばねパラメータ、ＥＭＧ閾値、最大および最小トルク、運動の動作範囲、減衰パラメータ、ユーザフィードバックモード、データロギングパラメータ、ならびに任意のそれらの組み合わせから成る群から選択された１つ以上のパラメータを自動的に自己調節し得る。コントローラシステムは、ケーブルまたは無線システムを介して、第２の装具サブアセンブリに結合され得る。コントローラシステムは、デバイスが遠隔に位置するコンピューティングデバイスと通信可能であるように、インターネットに結合され得る。コントローラシステムは、デバイスから、ユーザから、または両方から受信されたデータを記憶するためのデータ管理システムを含み得る。装着式構成要素は、第１および第２の電動アクチュエータアセンブリに結合されたバッテリを含み得る。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
少なくとも２つの関節を有する四肢との使用のための電動矯正デバイスであって、前記デバイスは、少なくとも２つの装具サブアセンブリを含む装具システムを備え、第１の装具サブアセンブリは、前記関節のうちの第１のものに対して動作可能であり、第２の装具サブアセンブリは、前記関節のうちの第２のものに対して動作可能であり、
前記第１の装具サブアセンブリは、
第１の区分および第２の区分であって、前記第１の区分および前記第２の区分は、前記関節のうちの前記第１のものの周りの互いに対する相対的運動のために構成され、前記第１の装具サブアセンブリは、その第１の区分およびその第２の区分を対応する四肢区画に除去可能に取り付けるように構成されている、第１の区分および第２の区分と、
第１の電動アクチュエータアセンブリであって、前記第１の電動アクチュエータアセンブリは、（１）第１のセンサ信号を筋電センサから受信するように構成され、（２）前記第１の装具サブアセンブリに機械的に結合され、互いに対して移動するように前記第１の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分を駆動するための第１の力を加え、前記第１の力は、前記第１のセンサ信号に基づく、第１の電動アクチュエータアセンブリと
を含み、
前記第２の装具サブアセンブリは、
第１の区分および第２の区分であって、前記第１の区分および前記第２の区分は、前記関節のうちの前記第２のものの周りの互いに対する相対的運動のために構成され、前記第２の装具サブアセンブリは、その第１の区分およびその第２の区分を対応する四肢区画に除去可能に取り付けるように構成されている、第１の区分および第２の区分と、
第２の電動アクチュエータアセンブリであって、前記第２の電動アクチュエータアセンブリは、（１）筋電センサ、慣性測定ユニット、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されたセンサから第２のセンサ信号を受信するように構成され、（２）前記第２の装具サブアセンブリに機械的に結合され、互いに対して移動するように前記第２の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分を駆動するための第２の力を加え、前記第２の力は、前記第１のセンサ信号または前記第２のセンサ信号に基づく、第２の電動アクチュエータアセンブリと
を含み、
前記装具システムおよび前記第１および第２のアクチュエータアセンブリは、装着式構成要素を形成する、電動矯正デバイス。
（項目２）
前記第１の装具サブアセンブリは、前記筋電センサをさらに備えている、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目３）
前記第２の装具サブアセンブリは、前記センサをさらに備えている、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目４）
前記第１の装具サブアセンブリは、第３のセンサ信号を出力する慣性測定ユニットをさらに備え、前記第１の力は、前記第１のセンサ信号および前記第３のセンサ信号に基づく、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目５）
前記第１の装具サブアセンブリの第２の区分および前記第２の装具サブアセンブリの第１の区分は、同一区分である、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目６）
前記第１の装具サブアセンブリは、その第２の区分を前腕に除去可能に取り付けるように構成され、前記第２の装具サブアセンブリは、その第１の区分を前腕に、その第２の区分を手に除去可能に取り付けるように構成されている、項目５に記載の電動矯正デバイス。
（項目７）
前記第１の力は、前記第２のセンサ信号にも基づく、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目８）
前記第２の力は、前記第１および第２のセンサ信号に基づく、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目９）
前記第２のアクチュエータアセンブリは、（１）前記第２の装具サブアセンブリに沿って位置付けられ、かつ（２）前記関節のうちの第２のものに近接するように構成されている、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目１０）
前記第２のアクチュエータアセンブリは、前記デバイスがユーザに除去可能に取り付けられると、前記第２のアクチュエータアセンブリが前記関節のうちの第２のものから遠隔に位置付けられるように、前記第２の装具サブアセンブリ上に位置付けられるように構成されている、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目１１）
前記第１のアクチュエータアセンブリは、筐体内のモータと、駆動アセンブリとを含み、前記駆動アセンブリは、（１）前記モータと、（２）前記第１の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分とに結合されている、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目１２）
前記モータは、前記第１の装具サブアセンブリの前記第１の区分と前記第２の区分との間の接合点に近接して位置付けられている、項目１１に記載の電動矯正デバイス。
（項目１３）
前記接合点は、前記第１の装具サブアセンブリが前腕に除去可能に取り付けられるように構成されると、肘または手首に近接する、項目１２に記載の電動矯正デバイス。
（項目１４）
前記第２のアクチュエータアセンブリは、筐体内のモータと、駆動アセンブリとを含み、前記駆動アセンブリは、（１）前記モータと、（２）前記第２の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分とに結合されている、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目１５）
前記モータは、前記第２の装具サブアセンブリの前記第１の区分と前記第２の区分との間の接合点に近接して位置付けられている、項目１４に記載の電動矯正デバイス。
（項目１６）
前記接合点は、前記第２の装具サブアセンブリが手に除去可能に取り付けられるように構成されると、指関節に近接する、項目１５に記載の電動矯正デバイス。
（項目１７）
前記第２のアクチュエータアセンブリは、線形アクチュエータアセンブリまたは回転式アクチュエータアセンブリである、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目１８）
前記第２のアクチュエータアセンブリは、ケーブルベースのアクチュエータアセンブリまたはテンドンベースのアクチュエータアセンブリである、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目１９）
前記第１のアクチュエータアセンブリと前記第２のアクチュエータアセンブリとは、前記第１の装具サブアセンブリに加えられる前記第１の力と前記第２の装具サブアセンブリに加えられる前記第２の力とに関して通信する、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目２０）
前記第１および第２の装具サブアセンブリと通信するコントローラシステムをさらに備えている、項目１に記載の電動矯正デバイス。
（項目２１）
前記コントローラシステムは、前記第１および第２のセンサ信号を受信し、前記第１および第２のアクチュエータアセンブリへの出力信号を発生させる処理システムを含む、項目２０に記載の電動矯正デバイス。
（項目２２）
前記コントローラシステムは、ユーザインターフェースを含み、ユーザは、前記ユーザインターフェースを通して前記デバイスと相互作用する、項目２１に記載の電動矯正デバイス。
（項目２３）
前記コントローラシステムは、装具強度、システム利得、システム感度、仮想ばねパラメータ、ＥＭＧ閾値、最大および最小トルク、運動の動作範囲、減衰パラメータ、ユーザフィードバックモード、データロギングパラメータ、ならびに任意のそれらの組み合わせから成る群から選択された１つ以上のパラメータを自動的に自己調節する、項目２１に記載の電動矯正デバイス。
（項目２４）
前記コントローラシステムは、ケーブルまたは無線システムを介して、前記第２の装具サブアセンブリに結合されている、項目２１に記載の電動矯正デバイス。
（項目２５）
前記コントローラシステムは、前記デバイスが遠隔に位置するコンピューティングデバイスと通信可能であるように、インターネットに結合されている、項目２１に記載の電動矯正デバイス。
（項目２６）
前記コントローラシステムは、前記デバイスから、ユーザから、または両方から受信されたデータを記憶するためのデータ管理システムを含む、項目２１に記載の電動矯正デバイス。
（項目２７）
前記装着式構成要素は、前記第１および第２の電動アクチュエータアセンブリに結合されたバッテリをさらに含む、項目１に記載の電動矯正デバイス。

実施形態の前述の特徴は、付随の図面を参照して検討される、以下の発明を実施するための形態を参照することによってより容易に理解されるであろう。

図１は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む、電動矯正デバイスの等角図を示す。 図２は、四肢から取り外された、図１の電動矯正デバイスを示す。 図３は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む電動矯正デバイスの等角図を示す。 図４は、四肢から取り外された図３の電動矯正デバイスを示す。 図５－７は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む電動矯正デバイスの等角図を示し、第２の装具サブアセンブリは、慣性測定ユニットをさらに含む。 図５－７は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む電動矯正デバイスの等角図を示し、第２の装具サブアセンブリは、慣性測定ユニットをさらに含む。 図５－７は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む電動矯正デバイスの等角図を示し、第２の装具サブアセンブリは、慣性測定ユニットをさらに含む。 図８および９は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む、電動矯正デバイスの等角図を示し、第１の装具サブアセンブリは、慣性測定ユニットをさらに含む。 図８および９は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む電動矯正デバイスの等角図を示し、第１の装具サブアセンブリは、慣性測定ユニットをさらに含む。 図１０は、四肢区画に除去可能に取り付けられる第２の装具サブアセンブリの第１の区分を伴う電動矯正デバイスの第２の装具サブアセンブリの一部の等角図を示す。 図１１は、対応する四肢区画に除去可能に取り付けられる第２の装具サブアセンブリの第１および第２の区分を伴う電動矯正デバイスの第２の装具サブアセンブリの等角図を示す。 図１２は、任意の四肢から取り外された第２の装具サブアセンブリの等角図を示す。 図１３－１５は、第２の装具サブアセンブリのアクチュエータアセンブリの分解図を示す。 図１３－１５は、第２の装具サブアセンブリのアクチュエータアセンブリの分解図を示す。 図１３－１５は、第２の装具サブアセンブリのアクチュエータアセンブリの分解図を示す。 図１６および１７は、それぞれ、第１の装具サブアセンブリの立面図および等角図を示す。 図１６および１７は、それぞれ、第１の装具サブアセンブリの立面図および等角図を示す。 図１８は、第１および第２の装具サブアセンブリとの使用のための例示的筋電センサを示す。 図１９は、本発明の例示的実施形態による、例示的制御アルゴリズムを示す。 図２０は、本発明の例示的実施形態による、ＥＭＧ信号対出力信号のグラフを示す。 図２１－２４は、本発明の種々の例示的実施形態による、ＥＭＧ信号対出力信号の異なるグラフを示す。 図２１－２４は、本発明の種々の例示的実施形態による、ＥＭＧ信号対出力信号の異なるグラフを示す。 図２１－２４は、本発明の種々の例示的実施形態による、ＥＭＧ信号対出力信号の異なるグラフを示す。 図２１－２４は、本発明の種々の例示的実施形態による、ＥＭＧ信号対出力信号の異なるグラフを示す。 図２５は、本発明の例示的実施形態による、他のパラメータ対出力信号のグラフを示す。 図２６は、本発明の例示的実施形態による、時間または温度パラメータ対出力信号のグラフを示す。 図２７は、本発明の例示的実施形態による、ＥＭＧ信号対出力信号のグラフを示す。 図２８は、本発明の例示的実施形態による、位置対出力信号のグラフを示す。 図２９は、本発明の例示的実施形態による、温度対出力信号および制御アルゴリズムのグラフを示す。

定義。本説明および付随の請求項で使用される場合、以下の用語は、文脈によって別様に要求されない限り、示される意味を有するものとする。
「矯正デバイス」は、衰弱または非効果的関節もしくは筋肉のための支持体または装具である。矯正デバイスは、既存の身体部分を覆って装着され、衰弱または奇形身体部分に対して機能を支持および／または回復するためのものである。
「四肢」は、腕または脚であり、その腕または脚の一部（その全体にまで及ぶ）が、随意に、人工補綴物を含む。
「人工補綴物」は、身体の欠落部分を置換するための人工デバイスである。
「四肢区画」は、四肢の一部である。
「関節」は、隣接する四肢区画間の結合部である。
「ユーザ」は、文脈によって定義され、その瞬間にデバイスと相互作用している任意の人物を指す。例えば、ユーザは、デバイスが機能している間の患者またはデバイスの装着者、および臨床医、訓練された専門家、またはユーザインターフェースを介してその瞬間にデバイスと相互作用している任意の人物を含む。

神経筋疾患に罹患している人々は、多くの場合、細かな運動および大まかな運動の技術の低下を呈する。例えば、ある人が関節の対称制御を保っている場合でも、その人は、関節の両側の筋群の制御の低下に煩わされ得る。その人は、関節が通常可能にするであろう運動の全範囲を達成不能であり得るだけではなく、その人は、関連付けられた四肢区画が所望の量の力を周囲の物体に及ぼすような関節の制御も不能であり得る。例えば、その人が物体をその人差指と親指との間に挟もうとする場合、その人は、少なくとも母指内転筋、第１背側骨間筋、および短母指屈筋を使用して、指を物体の周囲に位置付け、次いで、それに応じて握持しなければならない。その人が、その指を適切な位置に移動させること、または要求される力を加えることができないとき、その人は、物体を保持することができないであろう。

別の例では、ある人は、特定の関節の非対称制御のみ可能であり得る。これらの状況では、その人は、関節を曲げることまたは伸ばすことが可能であり得るが、両方ではない。ユーザは、関節の周りの曲がりに関わる筋群を制御可能であり得るが、伸展に関わる筋群のその制御は、損なわれ得る。同様に、反対のことも当てはまり得、例えば、ユーザは、伸展方向における制御を有し得るが、曲げ方向にはそれを有していない。例として、腕を伸ばすことによって達するタスクは、屈筋（例えば、二頭筋、腕橈骨筋）を弛緩させ、伸筋（例えば、三頭筋）における緊張を優勢にさせることを要求し得る。しかしながら、ある人が、その三頭筋を働かせること、または活動過多二頭筋を解放することができない場合、その人は、タスクを完遂することができないであろう。

本発明の実施形態は、そのユーザが、より自然な大まかな運動および細かな運動を達成することを可能にする。ユーザが本明細書に説明される電動矯正デバイスを装着すると、デバイスは、ユーザの機能的能力を向上させる。特に、本発明の種々の実施形態は、ユーザの損なわれた能力なしでも、複数の関節についての運動および力の自然なパターンをリアルタイムで模倣する、制御アルゴリズムを使用し、関節の周りに力および運動をもたらす、主要筋群のうちの１つ以上のものを制御し得る。電動矯正デバイスの各々は、それらの各々がユーザの四肢区画のうちの２つに取り付けられ、異なる関節に対して動作する少なくとも２つの装具サブアセンブリを伴う装具システムを含む。装具サブアセンブリのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの筋電（ＥＭＧ）センサを含む。ユーザがデバイスをその四肢に除去可能に取り付けると、少なくとも１つのＥＭＧセンサが、ユーザの筋群のうちの１つに結合されることになる。ユーザが四肢の移動を試みると、ＥＭＧセンサは、ユーザの筋肉の活動を検出する。少なくとも１つのセンサの出力に基づいて、デバイスは、トルクを装具サブアセンブリの一方または両方に加え、ユーザの運動を補助する。

いくつかの実施形態では、矯正デバイスの装具サブアセンブリのうちの少なくとも１つは、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を含む。矯正デバイスは、ＩＭＵおよびＥＭＧセンサの出力に基づいて、装具サブアセンブリのうちの少なくとも１つに加えるためのトルクを決定し得る。その結果、ＩＭＵおよびＥＭＧセンサの組み合わせは、矯正デバイスが、ＥＭＧセンサのみに依拠するデバイスよりも精緻化された補助をユーザに提供することを可能にし得る。

（電動矯正デバイスの例示的実施形態）
図１および３は、対象の四肢に除去可能に取り付けられる２つの装具サブアセンブリ１１０、１５０を伴う装具システムを含む電動矯正デバイス１００の等角図を示し、図２および４は、四肢から取り外された、それぞれの視点からのデバイス１００を示す。両装具サブアセンブリ１１０、１５０は、ユーザの四肢区画に除去可能に取り付けられるように構成される装着式構成要素であり得る。

本実施形態では、デバイス１００の第２の装具サブアセンブリ１１０は、ユーザの手および前腕に結合されるように構成される。第２の装具サブアセンブリ１１０をユーザに除去可能に取り付けるために、ユーザは、手首をカフ１１１の中に挿入し、その手の背面をアクチュエータアセンブリ１３０を支持する成型物１１２の下に位置付ける。ユーザはまた、１つ以上の指を第２の装具サブアセンブリ１１０の第１の区分１１４の副木１１３の中に、かつ親指を第２の区分１１６の副木１１５の中に挿入する。いくつかの実施形態では、ストラップ１２４が、第２の装具サブアセンブリ１１０に取り付けられ、第２の装具サブアセンブリ１１０をユーザの四肢にさらに固定し得、ユーザは、ストラップ１２４をその前腕に巻き付け、ストラップ１２４の端部を一緒に留め得る。２つのＥＭＧセンサ１２０、１２１がストラップ１２４に添着される本実施形態では、第２の装具サブアセンブリ１１０をユーザに取り付けることは、ＥＭＧセンサ１２０、１２１をユーザの前腕における少なくとも１つの筋群に結合する。

アクチュエータアセンブリ１３０は、プロセッサと、第１および第２の区分１１４、１１６に結合されるモータおよび駆動アセンブリとを含む。アクチュエータアセンブリ１３０は、出力をＥＭＧセンサ１２０、１２１から受信し、少なくともこれらの信号に基づいて、アクチュエータアセンブリ１３０は、区分１１４、１１６が互いに対して移動するように、第２の装具サブアセンブリ１１０の第１および第２の区分１１４、１１６に加えるためのトルクを決定する。プロセッサは、信号をモータおよび駆動アセンブリに出力し、それに応じて、区分１１４、１１６を移動させる。

例えば、アクチュエータアセンブリ１３０の片側は、第１の区分１１４の副木１１３に取り付けられるビーム１１７に接続し得、他側は、第２の区分１１６の副木１１５に取り付けられるヒンジ１１８に接続し得る。ビーム１１７、ヒンジ１１８、または両方を駆動することによって、ひいては、アクチュエータアセンブリ１３０は、第１および／または第２の区分１１４、１１６を駆動し、互いに対して移動させる。副木１１３、１１５が、ユーザの指および親指に係合するので、アクチュエータアセンブリ１３０は、これらの指のユーザの制御を補完し、例えば、橈屈および尺側偏位を介して、細かな運動を達成する。

デバイス１００の第１の装具サブアセンブリ１５０は、ユーザの前腕および上腕に結合されるように構成される。第１の装具サブアセンブリ１５０をユーザの四肢に取り付けるために、ユーザは、第１の装具サブアセンブリ１５０の第１の区分１５８に取り付けられるストラップ１５７をユーザの上腕の周囲に巻き付け、第１の区分１５８をユーザの四肢に固定し得る。いくつかの実施形態では、ユーザは、その前腕を第１の装具サブアセンブリ１５０の第２の区分１５５の湾曲陥凹の中に設置し得る。さらなる実施形態では、ストラップ１２４は、第１の装具サブアセンブリ１５０の第２の区分１５５に取り付けられ、ユーザは、ストラップ１２４をその前腕の周囲に巻き付け、ストラップ１２４の端部を一緒に留めることによって、第１の装具サブアセンブリ１５０をユーザの前腕にさらに固定し得る。種々の実施形態では、第２の区分１５５は、ユーザの前腕の周囲に巻き付けるための１つ以上の追加のストラップを含み得る。

第２の装具サブアセンブリ１１０と同様に、第１の装具サブアセンブリ１５０のためのストラップ１５７も、１つ以上のＥＭＧセンサ１６０、１６１を含む。ユーザがストラップ１５７をその上腕の周囲に巻き付きつけると、ＥＭＧセンサ１６０、１６１は、ユーザの上腕における少なくとも１つの筋群に結合されることになる。さらに、第１の装具サブアセンブリ１５０は、筐体１６６の内側に電動アクチュエータアセンブリ１６５を含む。アクチュエータアセンブリは、プロセッサ（図示せず）を含み、出力を１つ以上のＥＭＧセンサ１６０、１６１から受信する。少なくともこれらの信号に基づいて、アクチュエータアセンブリ１６５は、第１の装具サブアセンブリ１５０の第１および第２の区分１５８、１５５を駆動し、互いに対して移動させる。ユーザの前腕と上腕との間の曲がりおよび伸展を制御することによって、アクチュエータアセンブリは、これらの四肢区画のユーザの制御を補完し、四肢のための大まかな運動を達成する。

第１の装具サブアセンブリ１５０は、筐体１６６上にユーザインターフェース１７０を含み、それを通してユーザは、デバイス１００と相互作用する。本実施形態では、ユーザインターフェース１７０は、デバイスをオンおよびオフにするための電源ボタンと、デバイス１００の動作モードを選択するためのモードボタンとを含む。種々の実施形態では、ユーザインターフェース１７０は、単一もしくは複数のノブ、ボタン、スイッチ、タッチセンサ、タッチスクリーン、またはそれらの組み合わせ等、ユーザ入力およびフィードバックのための他の入力を含み得る。ユーザインターフェース１７０は、聴覚および／または視覚デバイス、例えば、スピーカ、光、ＬＥＤ、触知センサまたは送信機、ＬＣＤ画面等の視覚ディスプレイ等の出力を含み得る。加えて、第１の装具サブアセンブリ１５０は、データ記憶および管理システム（図示せず）をアクチュエータアセンブリ１６５を覆う同一筐体１６６内に含み得る。

種々の実施形態では、第１の装具サブアセンブリ１５０上の筐体１６６は、第１および第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０のアクチュエータアセンブリ１３０、１６５と相互作用する、コントローラシステム１６７を含み得る。いくつかの実施形態では、各装具サブアセンブリ１５０、１１０は、出力をそれらのそれぞれのＥＭＧセンサ１６０、１６１、または１２０、１２１から受信し、制御アルゴリズムに従って出力を処理し、それに応じて、それらのそれぞれのアクチュエータアセンブリ１６５または１３０を駆動する、プロセッサを含む。しかしながら、さらなる実施形態では、ＥＭＧセンサ１２０、１２１、１６０、および１６１は全て、その出力をコントローラシステム１６７に送信し得る。これらの出力に基づいて、コントローラシステム１６７内の処理システムは、各装具サブアセンブリ１５０、１１０の第１および第２の区分に加えるためのトルクを決定し得る。さらに、いくつかの実施形態では、処理システムは、第１の装具サブアセンブリ１５０内のＥＭＧセンサ１６０、１６１、ならびにそれ自身の第２の装具サブアセンブリ１１０内のＥＭＧセンサ１２０、１２１および／または、１つ以上の慣性測定ユニット１８０（以下の図５－７により詳細に説明される）からの信号に基づいて、第２の装具サブアセンブリ１１０に加えるためのトルクを決定し得る。同様に、処理システムは、ＥＭＧセンサ１６０および１６１ならびにＥＭＧセンサ１２０、１２１、および／または第１および第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０の両方内の慣性測定ユニット１８０からの信号に基づいて、第１の装具サブアセンブリ１５０に加えるためのトルクを決定し得る。

ここで図５－９に目を向けると、図は、図１－４に関して説明される特徴を含み、少なくとも１つの慣性測定ユニット（ＩＭＵ）１８０も含む、電動矯正デバイス１００の等角図を示す。図５に描写される実施形態では、ＩＭＵ１８０は、第２の装具サブアセンブリ１１０の成型物１２に取り付けられ、したがって、それは、ユーザの手に結合されるように構成される。ＩＭＵ１８０は、その出力を第２の装具サブアセンブリ１１０のアクチュエータアセンブリ１３０に送信し得る。図６および７に描写される実施形態では、ＩＭＵ１８０は、ユーザの前腕の周囲に巻き付けられるように構成されるストラップ１２４に取り付けられ、ＩＭＵ１８０は、その出力を第２の装具サブアセンブリ１１０のアクチュエータアセンブリ１３０に送信し得る。これらの実施形態のいずれかでは、アクチュエータアセンブリ１３０は、ＩＭＵ１８０の出力のみに基づいて、第１および第２の区分１１４、１１６を駆動するためのトルクを決定し、他の追加の実施形態では、アクチュエータアセンブリ１３０は、ストラップ１２４のＩＭＵ１８０およびＥＭＧセンサ１２０、１２１の両方からの出力に基づいて、トルクを決定する。

図８および９に描写される実施形態では、ＩＭＵ１８０は、第１の装具サブアセンブリ１５０のストラップ１５７に取り付けられ、ストラップ１５７は、ユーザの上腕の周囲に巻き付けられるように構成される。本実施形態では、ＩＭＵ１８０の出力は、依然として、第２の装具サブアセンブリ１１０を駆動するために使用される。特に、ＩＭＵ１８０は、その出力を第２の装具サブアセンブリ１１０の筐体１３１内のアクチュエータアセンブリ１３０に送信し得る。図５－７の実施形態と同様に、アクチュエータアセンブリ１３０は、ストラップ１２４に取り付けられるＩＭＵ１８０の出力のみまたはＩＭＵ１８０およびＥＭＧセンサ１２０、１２１からの出力の組み合わせに基づいて、第１および第２の区分１１４、１１６を駆動するためのトルクを決定し得る。

ここで図１０に目を向けると、図は、電動矯正デバイス１００の第２の装具サブアセンブリ１１０の一部の等角図を示す。この図は、第２の装具サブアセンブリ１１０の成型物１１２と、アクチュエータアセンブリ１３０と、第１の区分１１４とを描写する。本実施形態は、移動するように第１の区分１１４を駆動するので、本実施形態は、その人差指および中指における関節の制御が低下しているが、その親指における関節の制御を保っている人のために使用され得る。

さらに、本実施形態は、調節可能副木１１３を含む。副木１１３およびビーム１１７は両方とも、２つ以上の孔を含み得、ユーザは、副木１１３およびビーム１１７内の異なる孔を整列させ、副木１１３をユーザの指上に位置付け得る。ユーザは、ねじまたは他の留め具を整列させられた孔の中に挿入することによって、副木１１３を固定し得るが、構成要素を固定しる他の機構が、使用され得る。

ユーザの指上の副木１１３の位置を変化させることによって、第２の装具サブアセンブリ１１０は、ユーザのための異なる運動範囲を生成し得る。さらに、副木１１３が取り外されることを可能にすることによって、ユーザ１１３は、所望に応じて、異なる副木１１３を第２の装具サブアセンブリ１１０に適用させ得る。例えば、ユーザは、そのサイズがユーザ自身の指に合う副木１１３を選択し得る。加えて、ユーザは、ユーザの人差指のみに係合するか、またはユーザの人差指とともに１つ以上の追加の指に係合する副木１１３を選定し得る。

図１１は、第１および第２の区分１１４、１１６の両方を伴う第２の装具サブアセンブリ１１０の等角図を示す（図１２は、図１１の第２の装具サブアセンブリ１１０の特徴ならびにカフ１１１を含むが、ユーザの手から取り外された第２の装具サブアセンブリ１１０を描写する）。この第２の装具サブアセンブリ１１０は、図１０を参照して説明される、第１の区分１１４の構成要素を含む。さらに、この図は、ユーザの親指に係合するように構成される副木１１５と、副木１１５に取り付けられるヒンジ１１８とを描写する。ヒンジ１１８は、ヒンジ１１８を駆動し、ユーザの親指を第２の区分１１６を介して移動させるアクチュエータアセンブリ１３０にも取り付けられる。第１の区分１１４と同様、副木１１５およびヒンジ１１８は、前者を後者上に異なる位置において整列させるために、またはユーザの必要性に従って副木１１５を変化させるために、複数の孔を含み得る。

第２の区分１１６はまた、アクチュエータアセンブリ１３０およびヒンジ１１８に取り付けられるビーム１１９を含み得る。アクチュエータアセンブリ１３０は、ビーム１１９を駆動しないが、ビーム１１９がアクチュエータアセンブリ１３０およびヒンジ１１８に取り付けられる位置は、ビーム１１９が、ヒンジ１１８の移動、したがって、副木１１５の位置を修正することを可能にする。さらに、ビーム１１９は、ヒンジ１１８上の異なる位置に調節可能に取り付けられ得、各位置から、ビーム１１９は、ヒンジ１１８および副木１１５の移動を異なる様式で修正し得る。その結果、第２の装具サブアセンブリ１１０は、ビーム１１９の設定に応じて、手の異なる自然な運動を模倣するように構成され得る。本実施形態では、ヒンジ１１８は、ビーム１１９が取り付けられ得る３つの切り欠きを含む。ビーム１１９は、孔を一端に有し得、ユーザは、孔と切り欠きのうちの１つを整列させ、ねじを挿入し、ビーム１１９をヒンジ１１８に固定し得る。しかしながら、ビーム１１９およびヒンジ１１８の他の実施形態は、代替留め手段を使用し得る（例えば、ビーム１１９は、切り欠きの中に挿入するフックを含み得る）。

アクチュエータアセンブリ１３０は、ヒンジ１１８を駆動し、ビーム１１９を駆動しないが、種々の実施形態では、アクチュエータアセンブリ１３０は、ビーム１１９のみを駆動し得る。代替として、アクチュエータアセンブリ１３０は、ヒンジ１１８およびビーム１１９の両方を駆動し得る。

図１３－１５は、第２の装具サブアセンブリ１１０のアクチュエータアセンブリ１３０の分解図を示す。図１３は、アクチュエータアセンブリ１３０全体を描写し、図１４は、ヒンジ１１８の片側に位置付けられるアセンブリ１３０の構成要素を描写し、図１５は、ヒンジ１１８の反対側に位置付けられるアセンブリ１３０の構成要素を描写する。

図１６および１７は、それぞれ、第１の装具サブアセンブリ１５０の立面図および等角図を示す。第１の装具サブアセンブリ１５０は、第１および第２の区分１５８、１５５と、区分１５８、１５５を駆動し、互いに対して移動させる、アクチュエータアセンブリ１６５とを含む。第１の装具サブアセンブリ１５０は、第１の装具サブアセンブリ１５０をユーザの上腕に除去可能に取り付けるためのストラップ１５７も含む。本実施形態では、その出力を第２の装具サブアセンブリ１１０に送信するＥＭＧセンサ１２０、１２１を伴うストラップ１２４は、第１の装具サブアセンブリ１５０の第２の区分１５５に取り付けられる。したがって、ユーザは、ストラップ１２４および１５７を使用して、第１の装具サブアセンブリ１５０をユーザの前腕および上腕に固定し得る一方、第２の装具サブアセンブリ１１０は、カフ１１１を介して、ユーザの四肢に除去可能に取り付けられ得る。

図１８は、第１および第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０との使用のための例示的筋電（ＥＭＧ）センサ１７０１を示す。このＥＭＧセンサは、３つのボタンのアレイ１７０５と、出力をアレイ１７０５から受信し、信号を別の構成要素に伝送する、ケーブル１７１０とを含む。

（電動矯正デバイスを動作させるための制御アルゴリズムの例示的実施形態）
図１９－２９は、第１または第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０を駆動するための種々の例示的制御アルゴリズムを示す。図１９は、本発明の実施形態による矯正デバイス１００において使用され得る例示的制御アルゴリズムと、アルゴリズムが基づく変数とを示す。制御出力信号は、アクチュエータアセンブリ１３０、１６５に送信されるコマンドである。図１９は、種々の制御出力信号関係がアクチュエータアセンブリ１３０、１６５にコマンドする１つのコマンド信号を提供するために組み合わせられ得る方法を描写する。示されるように、種々の関係（そのうちのいくつかは、以下の図２１－２７に示される）からの出力信号が、加算、減算、乗算、除算される単純算術組み合わせ（１’）、またはその任意の組み合わせ（線形または非線形（２’））が、アクチュエータアセンブリ１３０、１６５へのコマンド信号を発生させるために使用され得る。条件付き関係（３’、４’）が、使用され得、種々の出力信号を組み合わせるためのアルゴリズムは、ある条件が満たされることに依存する。そのような条件付き関係のブール結合（４’）も、使用され得る。前述の技法の任意の組み合わせも、種々の出力信号を組み合わせ、１つのコマンド信号を発生させるために使用され得る。

図２０は、制御アルゴリズムの特徴、すなわち、制御出力信号とユーザの筋肉からの測定されたＥＭＧ信号（ＥＭＧ１）との間の関係を描写するグラフを示す。図２０－２４では、軸は、以下の意味を有する。正の出力信号は、関節の周りの第１の方向におけるアクチュエータトルク、速度、または運動と相関し、負の出力信号は、関節の周りに第２の方向におけるアクチュエータトルク、速度、または運動と相関し、ＥＭＧ１は、第１の方向におけるＥＭＧ信号のフィルタ処理された絶対値である。図２０では、ｙ－切片（１’）は、第２の方向における最大出力信号である。これは、ＥＭＧ１の値がゼロであるときにシステムがもたらすであろう出力信号である。出力信号とＥＭＧ１との間の相関は、線形または非線形であり得、２つの別個の領域：第１の方向（４’、５’、６’）および第２の方向（２’）において考慮され得る。ゼロ交差点（３’）は、出力信号が方向を変化させるＥＭＧ１の値である。段差点（４’）が任意の領域に存在し得、その時点で、関係の傾きが変化するか、または関係が線形から非線形に変化し得る。関係の傾きがゼロになり、出力信号がＥＭＧ１の値にかかわらず超えないであろう最小値または最大値、すなわち、「下限」または「上限」に到達したことを意味する飽和限界（６’）が存在し得る。これは、安全機構としての役割を果たし、筋肉活動における異常高スパイクの場合、過剰トルクを防止し得る。

図２１は、別の制御アルゴリズムの特徴を描写するグラフを示す。このシナリオでは、第２の方向（１’）ならびに第１の方向（４’）に、出力信号飽和が存在し得る。図２１はまた、第１の（２’）および第２の（３’）方向の両方におけるＥＭＧ１と出力信号との間の非線形関係を描写し、段差点は、ゼロ交差と一致する。

図２２は、別の制御アルゴリズムの特徴を描写するグラフを示す。示されるように、出力信号とＥＭＧ１との間の関係は、必ずしも、単調ではなく、変曲点を有し得、傾きは、減少から上昇（１’）またはその逆（２’）に変化する。例えば、各方向に対する最大絶対出力信号値は、出力信号が飽和する前またはＥＭＧ１がゼロに到達する前に到達され得る。

図２３は、別の制御アルゴリズムの特徴を描写するグラフを示す。示されるように、出力信号とＥＭＧ１との間の関係には、ゼロ傾きの領域（１’）、無限傾きの領域（２’）、または断続（３’）が存在し得る。例えば、出力信号は、ＥＭＧ１の低値に関して一定であり得、次いで、値は、ある値のＥＭＧ１においてゼロにジャンプし得る。出力信号は、ＥＭＧ１の値がさらに別のより高い値に到達するまで、方向を変化させない（かつトルクを第１の方向に生じさせる）こともある。これは、ある公称値についてのＥＭＧ１における小摂動に対する出力信号の感度を最小化するように作用し得る、「不感帯」（３’）と見なされ得る。

図２４は、別の制御アルゴリズムの特徴を描写するグラフを示す。示されるように、出力信号とＥＭＧ１との間の関係において、ヒステリシスが存在し得る。関係は、ＥＭＧ１が増加している場合、ある経路を辿り得、ＥＭＧ１が減少している場合、異なる経路を辿り得る。例えば、出力信号は、ＥＭＧ１が増加している場合、曲線（１’）を辿り得、出力信号は、ＥＭＧ１が減少している場合、曲線（２’）を辿り得る。代替として、出力信号は、ＥＭＧ１が方向を変化させると（（２’）におけるように、ある曲線から別の曲線に断続ジャンプを行うのではなく）、「ＥＭＧ１増加」または「ＥＭＧ１減少」曲線から直接外れるヒステリシス経路（３’）を辿り得る。

図２５は、別の制御アルゴリズムの特徴を描写するグラフを示し、制御出力信号と、関節位置、関節速度、電流、および種々の測定された力またはトルク等の他の測定パラメータとの間の潜在的関係を示す。示されるように、関係は、線形（１’）または非線形（２’、３’）、増加もしくは減少（３’）、または両方であり得る。関係は、持続または断続的（１’）であり得、正および負の成分を有し得る。関係はまた、漸近的であり得、飽和限界（２’）を有し得る。

図２６は、別の制御アルゴリズムの特徴を描写するグラフを示し、制御出力信号と、温度または時間等の他の測定または未測定パラメータとの間の潜在的関係を示す。示されるように、関係は、線形もしくは非線形（１’、２’、３’）、増加もしくは減少（３’）、または両方であり得る。関係は、持続または断続的（１’）であり得、正および負の成分を有し得る。関係はまた、漸近的であり得、飽和限界（２’）を有し得る。それらは、ゼロ傾きの領域と、無限傾き（１’）の領域とを有し得る。

図２７－２９は、制御アルゴリズムの特徴を描写するグラフを示す。アクチュエータアセンブリ１３０、１６５へのコマンド出力のための方程式は、図２９に示される。示されるように、線（１’）の傾きおよび定数の値（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ）は、ユーザインターフェースを介して調節可能である。

本明細書に説明される制御アルゴリズムのいずれも、ＩＭＵ１８０の出力に基づいて調節され得る。例えば、ＩＭＵ１８０が、ユーザがその前腕を降下させたことを検出すると、デバイス１００は、デフォルト制御アルゴリズムに従って動作し得る。しかしながら、ユーザがその前腕を上昇させると、デバイス１００は、制御アルゴリズム内の１つ以上の傾きを変化させ得る。ユーザは、その前腕を直立位置に維持することを所望し得るが、その損なわれた筋肉制御の結果、そうすることが困難であるので、デバイス１００がユーザの前腕を降下させるであろう前に、デバイス１００は、ＥＭＧセンサ１２０、１２１からのより強い信号を要求し得る。デバイス１００は、同様に、ＩＭＵ１８０出力が、ユーザがその上腕を持ち上げたことを示すと、制御アルゴリズム内の傾きを増加させ得る。

（電動矯正デバイスの他の特徴、またはそれと共に使用される他の特徴）
図１－１５に描写される実施形態では、第２の装具サブアセンブリ１１０の第１および第２の区分１１４、１１６は、ユーザの指および親指に除去可能に取り付けられるように構成される。これらの実施形態は、第２の装具サブアセンブリ１１０を駆動し、ユーザの指および親指を移動させ、橈屈および尺側偏位をもたらすが、他の実施形態では、第１および第２の区分１１４、１１６は、第２の装具サブアセンブリ１１０が、異なる関節に対して動作し、異なるタイプの運動を達成するように、他の四肢区画または同一四肢区画に除去可能に取り付けられるように構成され得る。

例えば、第１の区分１１４は、ユーザの手に取り付けられるように構成され得、第２の区分１１６は、ユーザの前腕に取り付けられるように構成され得る。この態様において、第２の装具サブアセンブリ１１０は、ユーザの手首における関節に対して動作し得る。ＥＭＧセンサ１２０、１２１および／またはＩＭＵ１８０に基づいて、アクチュエータアセンブリは、第１および第２の区分１１４、１１６を駆動し、移動させ、曲がりおよび伸展をユーザの手首にもたらし得る。

別の例では、第１および第２の区分１１４、１１６は、同一四肢区画に取り付けられるように構成され得、第１の区分１１４は、第２の区分１１６に対して回転するように構成され得る。例えば、図１に示されるカフ１１１は、ユーザの手首に除去可能に取り付け可能であり得る。カフ１１１の外側の第２の区分１１６は、第１の装具サブアセンブリ１５０の第２の区分１５５に固定様式で取り付けられ得、内側の第１の区分１１４は、外側の第２の区分１１６に対して回転し得る。この態様において、第２の装具サブアセンブリ１１０は、ユーザの手首における異なる関節に対して動作し得る。本実施形態では、ＥＭＧセンサ１２０、１２１および／またはＩＭＵ１８０に基づいて、アクチュエータアセンブリは、第１の区分１１４を駆動し、第２の区分１１６に対して回転させ、ユーザの手首の周囲の回内および回外運動をもたらし得る。

種々の実施形態では、矯正デバイス１００は、複数の装具サブアセンブリを含み得、各装具サブアセンブリは、ユーザの四肢上の異なる関節に対して動作し得る。例えば、単一デバイスは、ユーザの上腕と前腕との間の曲がりおよび伸展を達成する１つの装具サブアセンブリと、ユーザの前腕と手との間の曲がりおよび伸展を達成する別の装具サブアセンブリと、ユーザの手首の周囲の回内および回外運動を達成する別の装具サブアセンブリと、ユーザの指のための橈屈および尺側偏位を達成する最終装具サブアセンブリとを含み得る。これらのデバイスでは、装具サブアセンブリは、区分を共有し得る。例えば、単一区分は、ユーザの前腕に除去可能に取り付けられ得るが、この区分は、ユーザの上腕と前腕との間の曲がりおよび伸展を達成する装具サブアセンブリと、ユーザの前腕と手との間の同一タイプの運動を達成する装具サブアセンブリとに属し得る。

図に描写される実施形態は、ケーブルシステムが、ケーブルを使用して、コントローラシステム１６７を第１および／または第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０に結合することを示す。しかしながら、コントローラシステム１６７と、第１および／または第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０とは、無線システムを介して通信するように構成され得る。

本明細書に説明される実施形態は、ストラップ１２４または１５７に取り付けられるＥＭＧセンサおよび／またはＩＭＵを含むが、いくつかの実施形態では、矯正デバイス１００は、任意のセンサを全く含まないこともある。代わりに、ＥＭＧセンサ、ＩＭＵ、または任意の他のタイプのセンサは、ユーザ内に埋め込まれ得、矯正デバイス１００は、信号を埋め込まれたセンサから受信する、少なくとも１つの受信機を含み得る。例えば、ユーザは、その指に埋め込まれたＥＭＧセンサを有し得、この埋め込まれたセンサからの信号は、第２の装具サブアセンブリ１１０上の受信機に伝送され得る。別の例では、ユーザは、その前腕に埋め込まれたＥＭＧセンサを有し得、このセンサからの信号は、第１および／または第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０のいずれか上の受信機に伝送され得る。いくつかの実施形態では、矯正デバイス１００は、四肢区画の表面に結合されるように構成されるセンサと、信号をユーザ内に埋め込まれたセンサから受信する受信機の両方を含み得る。例えば、矯正デバイス１００は、ユーザの前腕に結合されるように構成されるＥＭＧセンサと、信号をユーザの指内に埋め込まれたＥＭＧセンサから受信する受信機とを含み得る。

矯正デバイス１００は、他のタイプのセンサを含み得、センサからの出力は、本明細書に説明される制御アルゴリズムを調節するために使用され得る。例示的追加のセンサは、運動センサ、環境認知に関する情報を得るＲＦＩＤリーダ、脳波センサ、皮質脳波（例えば、頭蓋内脳波）センサ、神経上センサ（例えば、埋込可能カフ電極）、末梢神経センサ、温度センサ、湿度センサ、近接センサ、接触センサ、および力またはトルクセンサを含み得る。

加えて、矯正デバイス１００のコントローラシステム１６７は、デバイス１００が遠隔に位置するコンピューティングデバイスと通信し得るように、インターネットに結合されるように構成され得る。例えば、遠隔に位置するデバイスは、他のデータ源の中でもとりわけ、矯正デバイス１００から受信されたデータを記憶するデータ管理システムを含み得る。この態様において、矯正デバイス１００は、ユーザの成果についてのデータを他のコンピューティングデバイスに伝送するように構成され得る。

さらに、第１または第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０に加えるための力を決定するために、矯正デバイス１００は、データをユーザに関するデータを収集する他のコンピューティングデバイスから受信し得る。例えば、矯正デバイス１００は、データをユーザのモバイルコンピューティングデバイス（例えば、スマートフォン、スマートウォッチ）上で起動するアプリケーションから受信し得る。さらなる例では、矯正デバイス１００は、データを、活動追跡機等のパーソナルデバイス、全地球測位システム（ＧＰＳ）を伴うデバイス、またはユーザの物理的状態もしくは場所についての情報を得る、任意の他のデバイスから受信し得る。矯正デバイス１００はまた、データを遠隔データ管理システムから受信し得る。データ管理システムは、ユーザ自身の医療記録に関する情報および他の患者記録から集められた情報を伝送し得、コントローラシステム１６７は、このデータを他のデータと併せて分析し、第１および／または第２の装具サブアセンブリ１５０、１１０に加えるために力を決定し得る。

いくつかの実施形態では、矯正デバイス１００は、バッテリを含む。デバイス１００は、バッテリのための有線または無線充電のために構成され得る。例えば、デバイス１００は、コンセントに差し込まれ得るケーブルを受け取るように構成される筐体内のインターフェースを含み得る。デバイス１００は、電磁場を誘導充電器から受信し、電力を電流に逆変換し、バッテリを充電する誘導コイルを含み得る。しかしながら、バッテリを充電するための任意の他の方法が、有線または無線アプローチのいずれかを通して、使用され得る。さらに、デバイス１００は、２つ以上のバッテリを含み得る。種々の実施形態では、バッテリは全て、無線で充電されるか、またはワイヤを通して充電され得る。いくつかの実施形態では、バッテリの一部は、無線で充電され得る一方、残りのバッテリは、ワイヤを介して充電され得る。

種々の実施形態では、デバイス１００のアクチュエータアセンブリのいずれかは、線形アクチュエータアセンブリまたは回転式アクチュエータアセンブリであり得る。

いくつかの実施形態では、電動矯正デバイス１００は、アクチュエータアセンブリのうちの１つにおける駆動アセンブリのうちの１つに結合される運動限界を含む。運動限界は、関節のうちの１つの周りの第１または第２の装具サブアセンブリの第１および第２の区分の運動の範囲を限定するように構成され得る。運動限界は、機械的停止によって、センサからの入力によって制御されるソフトウェアによって、または両方によって提供され得る。

「Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｏｒｔｈｏｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｕｓｉｎｇ Ｓａｍｅ」と題され、２０１３年１１月１９日に発行された米国特許第８，５８５，６２０号は、本明細書に説明される矯正デバイス１００において使用され得る追加の特徴を説明する。いくつかの特徴は、デバイス１００の中に直接組み込まれ得る一方、他の特徴は、デバイス１００内で使用されるように適合され得る。本願の内容は、参照することによってその全体において本明細書に組み込まれる。

前述の本発明の実施形態は、単に、例示的であることが意図される。多数の変形例および修正が、当業者に明白となるであろう。全てのそのような変形例および修正は、任意の添付の請求項において定義される、本発明の範囲内であることが意図される。

Claims (24)

1. 少なくとも２つの関節を有する四肢との使用のための電動矯正デバイスであって、前記デバイスは、
   少なくとも２つの装具サブアセンブリを含む装具システムであって、第１の装具サブアセンブリは、前記関節のうちの第１の関節に対して動作可能であり、第２の装具サブアセンブリは、前記関節のうちの第２の関節に対して動作可能である、装具システムと、
   前記第１および第２の装具サブアセンブリと通信するコントローラシステムと
   を備え、
   前記第１の装具サブアセンブリは、
   第１の区分および第２の区分であって、前記第１の区分および前記第２の区分は、前記関節のうちの前記第１の関節の周りの互いに対する相対的運動のために構成され、前記第１の装具サブアセンブリは、その第１の区分およびその第２の区分を対応する四肢区画に除去可能に取り付けるように構成されている、第１の区分および第２の区分と、
   第１の筋電センサと、
   第１の電動アクチュエータアセンブリであって、前記第１の電動アクチュエータアセンブリは、（１）第１のセンサ信号を前記第１の筋電センサから受信するように構成され、（２）前記第１の装具サブアセンブリに機械的に結合され、互いに対して移動するように前記第１の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分を駆動するための第１の力を加え、前記第１の力は、前記第１のセンサ信号に基づく、第１の電動アクチュエータアセンブリと
   を含み、
   前記第２の装具サブアセンブリは、
   第１の区分および第２の区分であって、前記第１の区分および前記第２の区分は、前記関節のうちの前記第２の関節の周りの互いに対する相対的運動のために構成され、前記第２の装具サブアセンブリは、その第１の区分およびその第２の区分を対応する四肢区画に除去可能に取り付けるように構成されている、第１の区分および第２の区分と、
   第２の筋電センサ、慣性測定ユニット、およびそれらの組み合わせから成る群から選択されたセンサと、
   第２の電動アクチュエータアセンブリであって、前記第２の電動アクチュエータアセンブリは、（１）前記センサから第２のセンサ信号を受信するように構成され、（２）前記第２の装具サブアセンブリに機械的に結合され、互いに対して移動するように前記第２の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分を駆動するための第２の力を加え、前記第２の力は、前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号に基づく、第２の電動アクチュエータアセンブリと
   を含み、
   前記装具システムおよび前記第１および第２のアクチュエータアセンブリは、装着式構成要素を形成し、
   前記コントローラシステムは、処理システムを含み、
   前記処理システムは、
   （１）前記第１のセンサ信号を前記第１の筋電センサから、および前記第２のセンサ信号を前記センサから受信することと、
   （２）第１の制御信号を前記第１の電動アクチュエータアセンブリに出力することであって、前記第１の制御信号は、前記第１のセンサ信号に基づき、かつ、前記第１の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分を駆動するための前記第１の力に対応する、ことと、
   （３）第２の制御信号を前記第２の電動アクチュエータアセンブリに出力することであって、前記第２の制御信号は、前記第１のセンサ信号および前記第２のセンサ信号に基づき、かつ、前記第２の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分を駆動するための前記第２の力に対応する、ことと
   を実行する、電動矯正デバイス。
2. 前記第１の装具サブアセンブリは、前記第１の筋電センサをさらに備えている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
3. 前記第２の装具サブアセンブリは、前記センサをさらに備えている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
4. 前記第１の装具サブアセンブリは、第３のセンサ信号を出力する第２の慣性測定ユニットをさらに備え、前記第１の力は、前記第１のセンサ信号および前記第３のセンサ信号に基づく、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
5. 前記第１の装具サブアセンブリの前記第２の区分および前記第２の装具サブアセンブリの前記第１の区分は、同一区分である、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
6. 前記第１の装具サブアセンブリは、その第２の区分を前腕に除去可能に取り付けるように構成され、前記第２の装具サブアセンブリは、その第１の区分を前記前腕に、およびその第２の区分を手に除去可能に取り付けるように構成されている、請求項５に記載の電動矯正デバイス。
7. 前記第１の力は、前記第２のセンサ信号にも基づく、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
8. 前記第２のアクチュエータアセンブリは、（１）前記第２の装具サブアセンブリに沿って位置付けられ、かつ（２）前記関節のうちの前記第２の関節に近接するように構成されている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
9. 前記第２のアクチュエータアセンブリは、前記デバイスがユーザに除去可能に取り付けられると、前記第２のアクチュエータアセンブリが前記関節のうちの前記第２の関節から遠隔に位置付けられるように、前記第２の装具サブアセンブリ上に位置付けられるように構成されている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
10. 前記第１のアクチュエータアセンブリは、第１の筐体内の第１のモータと、第１の駆動アセンブリとを含み、前記第１の駆動アセンブリは、（１）前記第１のモータと、（２）前記第１の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分とに結合されている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
11. 前記第１のモータは、前記第１の装具サブアセンブリの前記第１の区分と前記第２の区分との間の第１の接合点に近接して位置付けられている、請求項１０に記載の電動矯正デバイス。
12. 前記第１の接合点は、前記第１の装具サブアセンブリが前腕に除去可能に取り付けられるように構成されると、肘または手首に近接する、請求項１１に記載の電動矯正デバイス。
13. 前記第２のアクチュエータアセンブリは、第２の筐体内の第２のモータと、第２の駆動アセンブリとを含み、前記第２の駆動アセンブリは、（１）前記第２のモータと、（２）前記第２の装具サブアセンブリの前記第１および第２の区分とに結合されている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
14. 前記第２のモータは、前記第２の装具サブアセンブリの前記第１の区分と前記第２の区分との間の第２の接合点に近接して位置付けられている、請求項１３に記載の電動矯正デバイス。
15. 前記第２の接合点は、前記第２の装具サブアセンブリが手に除去可能に取り付けられるように構成されると、指関節に近接する、請求項１４に記載の電動矯正デバイス。
16. 前記第２のアクチュエータアセンブリは、線形アクチュエータアセンブリまたは回転式アクチュエータアセンブリである、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
17. 前記第２のアクチュエータアセンブリは、ケーブルベースのアクチュエータアセンブリまたはテンドンベースのアクチュエータアセンブリである、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
18. 前記第１のアクチュエータアセンブリと前記第２のアクチュエータアセンブリとは、前記第１の装具サブアセンブリに加えられる前記第１の力と前記第２の装具サブアセンブリに加えられる前記第２の力とに関して通信する、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
19. 前記コントローラシステムは、ユーザインターフェースを含み、ユーザは、前記ユーザインターフェースを通して前記デバイスと相互作用する、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
20. 前記コントローラシステムは、装具強度、システム利得、システム感度、仮想ばねパラメータ、ＥＭＧ閾値、最大および最小トルク、運動の動作範囲、減衰パラメータ、ユーザフィードバックモード、データロギングパラメータ、ならびに任意のそれらの組み合わせから成る群から選択された１つ以上のパラメータを自動的に自己調節する、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
21. 前記コントローラシステムは、ケーブルまたは無線システムを介して、前記第２の装具サブアセンブリに結合されている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
22. 前記コントローラシステムは、前記デバイスが遠隔に位置するコンピューティングデバイスと通信可能であるように、インターネットに結合されている、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
23. 前記コントローラシステムは、前記デバイスから、ユーザから、または両方から受信されたデータを記憶するためのデータ管理システムを含む、請求項１に記載の電動矯正デバイス。
24. 前記装着式構成要素は、前記第１および第２の電動アクチュエータアセンブリに結合されたバッテリをさらに含む、請求項１に記載の電動矯正デバイス。

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