RU2776339C1 - Motor function rehabilitation system and method - Google Patents
Motor function rehabilitation system and method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776339C1 RU2776339C1 RU2021120446A RU2021120446A RU2776339C1 RU 2776339 C1 RU2776339 C1 RU 2776339C1 RU 2021120446 A RU2021120446 A RU 2021120446A RU 2021120446 A RU2021120446 A RU 2021120446A RU 2776339 C1 RU2776339 C1 RU 2776339C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- error
- force
- forces
- exercise
- error control
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 4
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 230000002452 interceptive Effects 0.000 abstract 1
- 230000004301 light adaptation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs
Настоящее изобретение в целом относится к области восстановления двигательной функции, в частности, выполняемого роботизированными системами реабилитации двигательной функции.The present invention generally relates to the field of motor function restoration, in particular, performed by robotic systems for the rehabilitation of motor function.
Уровень техникиState of the art
Пациенты с нарушением двигательной функции, страдающие от недостаточного функционирования/координации конечностей (в частности, постинсультных нарушений), обычно испытывают значительные трудности в выполнении простых каждодневных двигательных задач. Поскольку эти трудности в движении могут затрагивать все аспекты жизни и стать постоянными, существует необходимость в как можно более быстром лечении и восстановлении (реабилитации) таких пациентов. Обратная связь является важным фактором в тренировке/лечении пациентов с нарушением двигательной функции, поскольку она может использоваться для оценки результативности/качества выполнения задач пациентом во время лечения/тренировки. Например, роботизированная реабилитация/терапия предусматривает передовые технические приемы для тренировки и восстановления двигательных функций пациентов с нарушением двигательной функции. Такие системы реабилитации с применением роботов могут точно измерять работу моторики (в частности, траекторию, скорость, ускорение) пациентов, и следовать специализированным тренировочным протоколам, разработанным для исправления ежедневного выполнения двигательных задач и тем самым совершенствования человека в выполнении регулярных ежедневных действий.Motor-impaired patients suffering from poor limb function/coordination (particularly post-stroke disorders) typically experience significant difficulty performing simple daily motor tasks. Since these difficulties in movement can affect all aspects of life and become permanent, there is a need for the fastest possible treatment and recovery (rehabilitation) of such patients. Feedback is an important factor in the training/treatment of patients with impaired motor function, as it can be used to evaluate the performance/quality of the patient's task performance during treatment/training. For example, Robotic Rehabilitation/Therapy provides advanced techniques for training and restoring motor function in patients with impaired motor function. Such robotic rehabilitation systems can accurately measure the motor performance (in particular, trajectory, speed, acceleration) of patients, and follow specialized training protocols designed to correct the daily performance of motor tasks and thereby improve the person in performing regular daily activities.
Лечение нарушений двигательной функции может использовать методы усиления ошибок (также называемое «увеличение ошибок»), в которых ошибки в движении пациента временно усиливаются для стимулирования приложения корректирующих сил тренируемым пациентом. Увеличение кинематических ошибок пациента способствуют формированию нервных сигналов, стимулирующих двигательную адаптацию и обучение. Методы увеличения ошибок предпочтительно реализовывать в роботизированных системах лечения, которые могут быть выполнены с возможностью точного измерения движения пациента относительно требуемой траектории и/или профилей скорости/ускорения, и соответствующим образом разрабатывать действия, включающие в себя приложение сил увеличения ошибок для стимулирования корректирующих реакций пациента. Пациенты, проходящие лечение с применением роботизированных систем, в которых используются схемы увеличения ошибок, демонстрировали улучшенное выполнение двигательных задач.The treatment of motor dysfunctions may use error amplification techniques (also referred to as "error amplification") in which errors in the patient's movement are temporarily amplified to stimulate the application of corrective forces by the patient being trained. An increase in the patient's kinematic errors contributes to the formation of nerve signals that stimulate motor adaptation and learning. Error amplification techniques are preferably implemented in robotic treatment systems that can be configured to accurately measure patient motion relative to desired trajectory and/or velocity/acceleration profiles, and appropriately design actions involving the application of error amplification forces to stimulate corrective patient responses. Patients treated with robotic systems using error augmentation schemes demonstrated improved motor task performance.
Ниже кратко описаны некоторые научные работы, в которых рассматриваются роботизированные методы лечения, для предоставления справочной информации, которая касается настоящей заявки, но не обязательно является уровнем техники.Some of the scientific papers that discuss robotic therapies are briefly described below to provide background information that is relevant to the present application, but is not necessarily state of the art.
Р. Живон-Майо и др. («Предварительное исследование увеличения ошибок компонента скорости протягивающих движений постинсультного пациента. Международный журнал о терапии и реабилитации, 2014; 21 (4): 160-168) рассмотрели новый роботизированный способ реабилитации для улучшения протягивающих движений руки посредством тренировки с увеличением ошибки скорости. В этой научной работе для оценки результатов использовалось несколько клинических и кинематических измерений. В этой научной работе контрольная группа совершала задачи по протягиванию одновременно с тем, как они были подключены к роботу, но без приложения каких бы то ни было сил увеличения ошибок к их верхним конечностям. Роботизированная система была запрограммирована так, что отклонения от оптимального профиля траектории и скорости означало испытание внешних сил увеличения ошибок. После 5 недель лечения с увеличением ошибки скорости все участники в экспериментальной группе демонстрировали движения, приближающиеся к их оптимальным профилям, а также уменьшение изменчивости в их траектории движения.R. Givon-Mayo et al. (“Preliminary study of the increase in errors in the speed component of the stretching movements of a post-stroke patient. International Journal of Therapy and Rehabilitation, 2014; 21 (4): 160-168) reviewed a new robotic rehabilitation method for improving the stretching movements of the hand through training with an increase in speed error. In this scientific work, several clinical and kinematic measurements were used to evaluate the results. In this study, the control group performed the stretching tasks at the same time as they were connected to the robot, but without applying any error magnification forces to their upper limbs. The robotic system was programmed so that deviations from the optimal trajectory and velocity profile meant testing external forces to increase errors. After 5 weeks of treatment, with an increase in speed error, all participants in the experimental group showed movements approaching their optimal profiles, as well as a decrease in variability in their movement trajectory.
Ф. Абдоллахи и др. («Восстановление управления рукой с применением усиления ошибок», Международная конференция IEEE 2011 по реабилитационной робототехнике, 1-6) представили результаты, в которых девятнадцать перенесших инсульт с хроническим гемипарезом одновременно были задействованы в трио из пациента, терапевта и машины. Концентрированная тренировка в сочетании с усилением ошибок, в которой тактильные (силы робота) и графические (дисплей) искажения использовались для увеличения обратной связи, относящейся к ошибке, сравнивалась с концентрированной тренировкой как таковой. В шестинедельном рандомизированном перекрестном исследовании 60-минутного ежедневного лечения три раза в неделю в течение двух недель, терапевт предоставлял визуальную цель с помощью устройства сопровождения, которое перемещало курсор перед пациентом, который был проинструктирован поддерживать курсор на цели. Пациент, терапевт, техник-оператор и эксперт не были осведомлены о типе лечения. Результаты показали постепенно увеличивающуюся пользу по большинству дней, но не всем дням, резкие приросты результативности и пользу тренировки с усилением ошибки в финальных оценках. Дж. Л. Паттон и др. («Специально разработанная тактильная тренировка для восстановления протягивающей способности людей с постинсультным гемипарезом», Журнал исследований и разработок в области реабилитации - JRRD, том 43, номер 5, страницы 643-656, август/сентябрь 2006 г.) представляют первоначальный тест метода повторной тренировки навыков протягивания у пациентов с постинсультным гемипарезом, при котором ошибки временно усиливают, чтобы стимулировать обучение и компенсацию. Люди с постинсультным гемипарезом держали в руках робот-манипулятор в горизонтальной плоскости, который мог проявлять различные силы при записи движений пациентов. Измерялось восстановление прямолинейности движений пациентов за один визит в лабораторию (~3 ч). После тренировки силы были возвращены к нулю для дополнительных 50 движений, чтобы определить, сохранятся ли последствия. Все испытуемые показали немедленную пользу от тренировки, хотя 3 из 10 испытуемых не сохранили эти преимущества на оставшуюся часть эксперимента.F. Abdollahi et al. (Recovery of Hand Control Using Error Amplification, IEEE 2011 International Conference on Rehabilitation Robotics, 1-6) presented results in which nineteen stroke survivors with chronic hemiparesis were simultaneously recruited into a trio of patient, therapist, and cars. Concentrated training coupled with error amplification, in which tactile (robot forces) and graphical (display) distortions were used to increase error-related feedback, was compared to concentrated training per se. In a six-week, randomized, crossover study of 60 minutes daily treatment three times a week for two weeks, the therapist provided a visual target with a tracking device that moved the cursor in front of the patient, who was instructed to keep the cursor on the target. The patient, therapist, operating technician and expert were not aware of the type of treatment. The results showed gradually increasing benefits on most days, but not all days, sharp gains in performance, and benefits from training with increasing error in the final scores. J. L. Patton et al. (“Specially Designed Tactile Training for Stretching Restoration in People with Post-Stroke Hemiparesis,” Journal of Rehabilitation Research and Development - JRRD,
С. Израэли и др. («Улучшение траектории движений руки за счет усиления ошибок», Достижения экспериментальной медицины и биологии, 2018; 1070: 71-84) исследуют, могут ли адаптивные реакции на силовые поля усиления ошибок уменьшать ошибки траектории при движении руки в разных направлениях у здоровых людей. Исследование проводилось как рандомизированное контролируемое испытание с участием 41 здорового человека. Исследовательская группа тренировалась на трехмерной роботизированной системе, в которой применялись силы усиления ошибок на руке во время выполнения заданий. Контрольная группа выполняла тот же протокол в условиях нулевого поля. Смешанная модель ANOVA была реализована для исследования взаимодействия между группами и временем, а также изменений в показателях результатов измерений внутри групп. Было обнаружено, что для группы × время наблюдался значительный эффект взаимодействия с точки зрения величины ошибок движения в игровых наборах. Ошибка траектории в исследуемой группе значительно снизилась с 0,035±0,013 м на исходном уровне до 0,029±0,011 м при последующем наблюдении, что составило улучшение в 14,8%.S. Israeli et al. (“Improving the trajectory of hand movements by amplifying errors”, Achievements of experimental medicine and biology, 2018; 1070: 71-84) investigate whether adaptive responses to force fields of error amplification can reduce trajectory errors when moving the hand in different directions in healthy people. The study was conducted as a randomized controlled trial in 41 healthy subjects. The research team trained on a 3D robotic system that applied error amplification forces on the arm during tasks. The control group performed the same protocol under null field conditions. A mixed ANOVA model was implemented to investigate the interaction between groups and time, as well as changes in measures of measurement results within groups. It was found that for group × time, there was a significant interaction effect in terms of the amount of motion errors in the game sets. The trajectory error in the study group decreased significantly from 0.035±0.013 m at baseline to 0.029±0.011 m at follow-up, which was an improvement of 14.8%.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Есть много трудностей, связанных с адаптацией схем увеличения ошибок для терапевтического лечения двигательной функции пациентов. Определенный протокол увеличения ошибок, разработанный для соответствия условиям и/или поражению конкретного пациента, вряд ли подойдет для лечения других пациентов с другими состояниями/нарушениями или даже пациентов, страдающих тем же нарушением. Соответственно, уникальный протокол увеличения ошибок должен быть адаптирован для каждого пациента в соответствии с конкретными характеристиками человека, в частности, физическим состоянием, типом нарушения, возрастом, весом, ростом, полом, двигательными способностями, адаптивной реакцией и т.д.There are many difficulties in adapting error amplification schemes for the therapeutic treatment of patients' motor function. A specific error amplification protocol designed to suit the conditions and/or lesion of a particular patient is unlikely to be suitable for treating other patients with other conditions/disorders, or even patients suffering from the same disorder. Accordingly, a unique error augmentation protocol must be tailored for each patient according to the specific characteristics of the individual, in particular, physical condition, type of impairment, age, weight, height, gender, motor abilities, adaptive response, etc.
Настоящая заявка раскрывает методы адаптивного построения протокола регулирования ошибок для конкретного пациента для согласования протокола с конкретными характеристиками и способностями пациента с использованием системы двигательной терапии. Также в настоящей заявке раскрыты методы начальной и непрерывной диагностики эффективности лечения двигательной терапией с использованием функции (функций) увеличения и/или коррекции ошибок (в настоящей заявке обычно называемых функциями/профилями регулирования ошибок), специально адаптированных для каждого пациента, тем самым обеспечивая возможность начального скрининга или прекращения неэффективного лечения (лечений).The present application discloses methods for adaptively constructing a patient-specific error control protocol to tailor the protocol to specific patient characteristics and abilities using a movement therapy system. Also disclosed herein are methods for initial and ongoing diagnosis of the effectiveness of movement therapy treatment using error enhancement and/or error correction function(s) (commonly referred to as error control functions/profiles in this application) specifically tailored to each patient, thereby enabling initial screening or stopping ineffective treatment(s).
Раскрытые в настоящей заявке методы полезны, но не ограничиваются ими, для роботизированных систем реабилитации двигательной функции, в которых задействованная в упражнении часть тела пациента (в частности, конечность), соединяется с системой роботизированной руки. Система может быть сконфигурирована для манипулирования системой роботизированной руки для приложения помогающих или мешающих сил к задействованной в упражнении части тела во время выполняемых таким образом упражнений. Приведенные методы терапии двигательной функции сконфигурированы для адаптивного построения функции/профиля регулирования ошибок для конкретного пациента на основе характеристической информации пациента, указывающей на его состояние, и/или данных измерения, указывающих на результативность и прогресс пациента, которые собираются во время сеансов упражнений, выполняемых пациентом.The methods disclosed herein are useful, but not limited to, robotic motor rehabilitation systems in which an exercised part of a patient's body (particularly a limb) is connected to a robotic arm system. The system may be configured to manipulate the robotic arm system to apply assisting or interfering forces to an exercised body part during exercises thus performed. The following motor therapy methods are configured to adaptively build a patient-specific error control function/profile based on patient characteristic information indicative of the patient's condition and/or measurement data indicative of patient performance and progress that is collected during patient exercise sessions. .
Функция/профиль регулирования ошибок, построенная для пациента, может иметь по меньшей мере один участок увеличения ошибок, в котором силы увеличения ошибок (также называемые в данном документе мешающими силами), прикладываются в реальном времени системой двигательной терапии, чтобы препятствовать движениям, выполняемым пациентом и, опционально, по меньшей мере, один участок коррекции ошибок, в котором силы коррекции ошибок (также называемые здесь помогающими силами) прикладываются в реальном времени системой двигательной терапии для ослабления ошибок/отклонений в движениях, выполняемых пациентом.An error control function/profile built for a patient may have at least one error amplification site in which error amplification forces (also referred to herein as interfering forces) are applied in real time by a movement therapy system to interfere with movements performed by the patient and , optionally at least one error correction site in which error correction forces (also referred to herein as assistance forces) are applied in real time by a movement therapy system to mitigate errors/deviations in movements performed by the patient.
Один или более датчиков могут использоваться в системе двигательной терапии для генерирования данных/сигналов измерений, указывающих на движения, выполняемые, и/или силы, прикладываемые, задействованной в упражнении частью тела во время выполняемых тренировок. Данные измерений используются для определения моделей/траекторий движения, выполняемых задействованной в упражнении частью тела во время упражнения, и/или сил, прилагаемых таким образом к ним. Определенные модели/траектории движения и/или силы (и, опционально, связанные с ними временные профили) сравниваются с ожидаемыми моделями/траекториями движения и/или силами (и, опционально, соответствующими ожидаемыми временными профилями, связанными с ними), чтобы определить ошибки/отклонения движений, выполняемых пациентом относительно, ожидаемого выполнения. Определенные ошибки/отклонения затем используются для адаптации параметров функции/профиля регулирования ошибок, чтобы она лучше соответствовала возможностям пациента.One or more sensors may be used in a movement therapy system to generate measurement data/signals indicative of movements being performed and/or forces being applied by an exercised body part during exercise being performed. The measurement data is used to determine the movement patterns/trajectories performed by the exercised body part during the exercise and/or the forces thus applied to them. The determined motion patterns/trajectories and/or forces (and optionally their associated time profiles) are compared with the expected motion patterns/trajectories and/or forces (and optionally the corresponding expected time profiles associated with them) to determine errors/ deviations of the movements performed by the patient relative to the expected performance. The determined errors/outliers are then used to adapt the parameters of the error control function/profile to better suit the patient's capabilities.
В некоторых вариантах осуществления система двигательной терапии сконфигурирована для выполнения одной или более предварительных тренировок, в которых пациент выполняет различные движения задействованной в упражнении частью тела, в то время как к ней прикладываются мешающие или помогающие силы посредством системы роботизированной руки. Данные измерений, полученные в результате одного или более предварительных упражнений, обрабатываются и анализируются для определения из них максимального параметра прикладываемой силы для функции/профиля регулирования ошибок, подлежащего использованию системой во время упражнений, выполняемых таким образом пациентом. Другие параметры функции/профиля регулирования ошибок также могут быть скорректированы на основании обнаруженных ошибок/отклонений.In some embodiments, the movement therapy system is configured to perform one or more pre-workouts in which the patient performs various movements of the body part involved in the exercise while interfering or assisting forces are applied to it by the robotic arm system. The measurement data obtained from one or more preliminary exercises are processed and analyzed to determine from them the maximum applied force parameter for the error control function/profile to be used by the system during exercises thus performed by the patient. Other parameters of the error control function/profile can also be adjusted based on the detected errors/outliers.
Например, один или более диапазонов ошибок могут быть определены для определения одного или более участков увеличения ошибок и/или участков коррекции ошибок функции/профиля регулирования ошибок, в которых постоянная сила, в частности, определенный максимальный параметр прикладываемой силы, подлежит приложению системой к задействованной в упражнении части тела. Один или более других диапазонов ошибок соответствующих одного или более участков нечувствительности/свободных участков могут быть определены для функции/профиля регулирования ошибок, в которых сила не должна прикладываться к задействованной в упражнении части тела во время сеансов упражнения. По меньшей мере один из участков нечувствительности/свободных участков может быть определен для ошибок/отклонений, которые очень малы и/или пренебрежимо малы. Один или более других участков нечувствительности/свободных участков могут использоваться в функции/профиле регулирования ошибок для переходов функции/профиля регулирования ошибок от участка увеличения ошибок к участку коррекции ошибок, и наоборот.For example, one or more error ranges may be defined to define one or more error increase regions and/or error correction regions of the error control function/profile in which a constant force, in particular a determined maximum applied force parameter, is to be applied by the system to the operator involved. body part exercise. One or more other error ranges of the corresponding one or more dead spots/free spots may be defined for the error control function/profile in which no force should be applied to the exercised body part during exercise sessions. At least one of the dead zones/free zones can be determined for errors/deviations that are very small and/or negligible. One or more other dead regions/free regions may be used in the error control function/profile to transition the error control function/profile from an error increase region to an error correction region, and vice versa.
Система может определять диапазон ошибок для переходного участка от участка нечувствительности/свободного участка к участку увеличения ошибок или к участку коррекции ошибок функции/профиля регулирования ошибок. В переходном участке силы, прикладываемые системой, постепенно изменяются от нулевой силы, прикладываемой системой на участке нечувствительности/свободном участке, к постоянной силе, прикладываемой системой на участке увеличения ошибок или на участке коррекции ошибок, и наоборот. Силы, прикладываемые системой на переходном участке, могут быть монотонно увеличивающимися или монотонно уменьшающимися, силами увеличения ошибок или коррекции ошибок, в зависимости от направления перехода. Однако в возможных вариантах осуществления силы, прикладываемые системой на переходных участках, могут иметь квадратичную, полиномиальную, ступенчатую инкрементную/декрементную или нелинейную структуру вдоль оси ошибок.The system may determine the error range for the transition region from the dead region/free region to the error increase region or to the error correction region of the error control function/profile. In the transition region, the forces applied by the system gradually change from zero force applied by the system in the dead region/free region to a constant force applied by the system in the error increase region or error correction region, and vice versa. The forces applied by the system in the transition region can be monotonically increasing or monotonically decreasing, error amplification or error correction forces, depending on the direction of the transition. However, in possible embodiments, the forces applied by the system in the transition areas may have a quadratic, polynomial, stepped incremental/decremental, or non-linear structure along the error axis.
После установки различных параметров функции/профиля регулирования ошибок, один или более сеансов упражнения для пациента могут быть проведены системой без функции/профиля регулирования ошибок, т.е. без приложения сил увеличения или коррекции ошибок, и соответствующая средняя ошибка определяется для выполнения упражнений частью тела без приложения сил регулирования на основании полученных данных измерений. Один или более параметров функции/профиля регулирования ошибок могут быть скорректированы на основе определенной средней ошибки для упражнения без приложения сил регулирования ошибок, в частности, максимальное или минимальное значение силы увеличения или коррекции ошибок, один или более диапазонов нечувствительности к ошибкам/ свободных диапазонов, и/или один или более диапазонов ошибок для приложения силы (сил) увеличения или коррекции ошибок.After setting various parameters of the error control function/profile, one or more patient exercise sessions can be performed by the system without the error control function/profile, i. e. without applying magnification forces or error correction, and the corresponding average error is determined for exercising with a body part without applying adjustment forces based on the acquired measurement data. One or more parameters of the error control function/profile can be adjusted based on the determined average error for the exercise without the application of error control forces, in particular, the maximum or minimum value of the increase or error correction force, one or more error dead bands/free bands, and /or one or more error bands for applying magnification or error correction force(s).
Затем может быть проведен определенный набор сеансов упражнения с использованием функции/профиля регулирования ошибок с приложением сил регулирования ошибок. Для каждого сеанса упражнений, выполняемого с применением сил регулирования ошибок, определяется соответствующая средняя ошибка, и затем можно соответствующим образом настраивать один или более параметров функции/профиля регулирования ошибок. Например, в некоторых вариантах осуществления максимальный (и/или минимальный) параметр прикладываемой силы функции/профиля регулирования ошибок масштабируется в большую или меньшую сторону на основе средней ошибки, определенной для выполнения упражнения пациентом относительно сил регулирования ошибок. Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, после каждого сеанса упражнений, проводимого пациентом с приложением сил регулирования ошибок, максимальный (и/или минимальный) параметр прикладываемой силы функции/профиля регулирования ошибок масштабируется в меньшую сторону (или в большую сторону), и вновь определенная средняя ошибка для упражнений с силами регулирования ошибок используется для определения прогресса пациента. Дополнительно или в качестве альтернативы, один или более диапазонов нечувствительности к ошибкам/свободных диапазонов и/или один или более диапазонов ошибок для приложения силы (сил) увеличения ошибок или коррекции ошибок, настраиваются после каждого сеанса упражнений, проводимого пациентом с применением сил регулирования ошибок.A specific set of exercise sessions can then be conducted using the error control function/profile with error control forces applied. For each exercise session performed using error control forces, the corresponding mean error is determined and one or more of the error control function/profile parameters can then be adjusted accordingly. For example, in some embodiments, the maximum (and/or minimum) applied force parameter of the error regulation function/profile is scaled up or down based on the average error determined for exercise by the patient relative to the error regulation forces. Optionally, but in some embodiments, preferably, after each session of exercise conducted by the patient with the application of error control forces, the maximum (and/or minimum) applied force parameter of the error control function/profile is scaled down (or up), and again a certain mean error for exercises with error control forces is used to determine the patient's progress. Additionally or alternatively, one or more error dead bands/free bands and/or one or more error bands for application of error magnifying force(s) or error correction are adjusted after each patient exercise session using error control forces.
Масштабирование в большую или меньшую сторону максимального параметра прикладываемой силы функции/профиля регулирования ошибок в соответствии с результативностью выполнения пациентом различных упражнений, выполняемых таким образом с помощью системы терапии двигательной функции, предназначено для определения оптимального максимального значения прикладываемой силы для конкретного пациента. Оптимальное максимальное значение прикладываемой силы, определенное для пациента, может затем использоваться в качестве постоянной силы, прикладываемой системой на участках увеличения или коррекции ошибок используемой таким образом функции/профиля регулирования ошибок. Путем адаптивной установки специального оптимального максимального значения прикладываемой силы в течение последовательных тренировочных сеансов конкретного проходящего лечение пациента, создается непрерывный процесс улучшения, который может запоминаться пациентом по мере того, как тело пациента адаптивно развивает соответствующие модели регулирования силы, необходимые для проведения тренировочных упражнений. Оптимальное максимальное значение прикладываемой силы, определенное для пациента в одном или более сеансах лечения, может использоваться в качестве заданного значения для будущего сеанса (сеансов) лечения, чтобы запускать модели регулирования силы, запомненные телом пациентом в последующих тренировочных сеансах, выполняемых таким образом.Scaling up or down the maximum applied force parameter of the error control function/profile according to the patient's performance in the various exercises thus performed by the movement therapy system is intended to determine the optimal maximum applied force value for a particular patient. The optimal maximum applied force value determined for the patient can then be used as a constant force applied by the system in the areas of increase or error correction of the error control function/profile thus used. By adaptively setting a specific optimal maximum applied force during successive training sessions of a particular patient being treated, a continuous process of improvement is created that can be remembered by the patient as the patient's body adaptively develops the appropriate force regulation patterns needed to conduct training exercises. The optimal maximum applied force value determined for the patient in one or more treatment sessions may be used as a setpoint for future treatment session(s) to trigger the force regulation patterns memorized by the patient's body in subsequent training sessions thus performed.
Опционально, адаптивная настройка специализированного оптимального максимального значения прикладываемой силы может быть выполнена путем определения начального минимального значения прикладываемой силы для тренировочных упражнений, выполняемых с помощью системы двигательной терапии, использующей функцию/профиль регулирования ошибок, и, после каждого упражнения, увеличения минимального значения прикладываемой силы в соответствии с результативностью выполнения и прогрессом проходящего лечение пациента, до достижения определенного уровня силы, который является слишком сложным для тренировки проходящего лечение человека. Оптимальное максимальное значение прикладываемой силы может быть соответственно установлено в соответствии с определенным уровнем силы, который является слишком сложным для проходящего лечение человека.Optionally, adaptive tuning of a specialized optimal maximum force applied value can be performed by determining an initial minimum applied force value for training exercises performed with a movement therapy system using an error control function/profile and, after each exercise, increasing the minimum applied force value by according to the performance and progress of the patient being treated, until a certain level of strength is reached that is too difficult for the person being treated to train. The optimal maximum applied force value can be suitably set according to a certain level of force that is too difficult for the person being treated.
Если после проведения заданного набора сеансов упражнений с силами, регулирования ошибок, определенная средняя ошибка не указывает на прогресс, лечение пациента прекращается по причине непригодности. В противном случае, если средняя ошибка, определенная для упражнения с силами регулирования ошибок, указывает на прогресс, выполняются дополнительные наборы сеансов упражнения с приложения и/или без приложения сил регулирования ошибок, для дальнейшей коррекции параметров функции регулирования ошибок, в частности, максимальный параметр прикладываемой силы и средние значения ошибки для упражнения с силами регулирования ошибок и/или без сил регулирования ошибок.If after a predetermined set of exercise sessions with strength, error regulation, a certain mean error does not indicate progress, the patient's treatment is terminated due to unsuitability. Otherwise, if the average error determined for the exercise with error control forces indicates progress, additional sets of exercise sessions with and/or without application of error control forces are performed to further adjust the parameters of the error control function, in particular, the maximum parameter of the applied forces and mean error values for an exercise with and/or without error regulation forces.
Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, средние значения ошибок определяются из наборов абсолютных значений ошибок, указывающих на отклонения дискретных точек вдоль траекторий движений, выполняемых пациентом в трехмерном пространстве во время сеансов упражнений, от требуемой траектории, связанной с тренировочным упражнением, выполняемым с использованием системы. Например, абсолютные значения ошибок могут быть определены по расстояниям дискретных (выборочных) точек вдоль траекторий движений, выполняемых пациентом в трехмерном пространстве во время выполняемых сеансов упражнений. Альтернативно или дополнительно, абсолютные значения ошибок могут быть определены на основе измеренных сил, прикладываемых тренируемой частью тела в дискретные (выборочные) моменты времени во время выполняемых сеансов упражнений.Optionally, but in some embodiments preferably, mean error values are determined from sets of absolute error values indicating deviations of discrete points along motion trajectories performed by the patient in 3D space during exercise sessions from the desired trajectory associated with the training exercise performed using systems. For example, the absolute values of errors can be determined from the distances of discrete (sample) points along the trajectories of movements performed by the patient in three-dimensional space during exercise sessions. Alternatively, or additionally, absolute error values may be determined based on the measured forces applied by the body part being trained at discrete (sample) times during exercise sessions being performed.
Один изобретательский аспект раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения относится к системе для использования при восстановлении двигательной способности человека. В некоторых вариантах осуществления система содержит устройство приложения силы, выполненное с возможностью управляемого приложения силы заданного профиля по меньшей мере к части тела человека во время выполнения человеком упражнения, сенсорную систему, выполненную с возможностью отслеживания одного или более тренировочных сеансов упражнения, выполняемого по меньшей мере частью тела человека, и генерирования измерительных данных для отслеживаемых тренировочных сеансов, и систему управления, выполненную с возможностью обмена данными с сенсорной системой и с устройством приложения силы для управления устройством приложения силы для управляемого приложения силы заданного профиля по меньшей мере к части тела человека во время упражнения на основе измерительных данных, генерируемых сенсорной системой. Сенсорная система может быть выполнена с возможностью генерирования измерительных данных так, чтобы они выборочно включали в себя первые измерительные данные, содержащие относящиеся к ошибкам данные, и вторые измерительные данные, характеризующие адаптивную реакцию человека на силу, приложенную по меньшей мере к части тела человека.One inventive aspect of the object of the invention disclosed in the present application relates to a system for use in restoring human motor ability. In some embodiments, the system comprises a force application device configured to controllably apply a force of a predetermined profile to at least a portion of a person's body during an exercise by the person, a sensor system configured to track one or more training sessions of an exercise performed by at least a portion of the exercise. of the human body, and generating measurement data for monitored training sessions, and a control system configured to communicate with the sensor system and with the force application device to control the force application device for controlled application of a force of a given profile to at least a part of the human body during exercise based on measurement data generated by the sensor system. The sensor system may be configured to generate measurement data such that it selectively includes first measurement data containing error-related data and second measurement data indicative of a person's adaptive response to a force applied to at least a portion of the human body.
Система управления в некоторых вариантах осуществления содержит: контроллер силы, выполненный с возможностью управления работой устройства приложения силы в соответствии с рабочими данными, так что профиль силы, прилагаемый к части тела, включает в себя мешающую составляющую силы и/или помогающую составляющую силы, определенные в соответствии с заданным диапазоном профиля/функции регулирования ошибок; и анализатор, выполненный с возможностью выборочного выполнения следующего: (i) предоставления данных о настройке силы, характеризующих максимальное значение прикладываемой силы для профиля/функции регулирования ошибок, по меньшей мере частично на основании относящихся к человеку данных применительно к указанному упражнению; (ii) анализа по меньшей мере одного из первых и вторых измерительных данных для определения данных, характеризующих настройку диапазона профиля/функции регулирования ошибок, и генерирования рабочих данных в контроллер силы, до тех пор, пока не будет идентифицировано заданное условие вторых измерительных данных, характеризующих адаптационную реакцию человека на приложенную силу.The control system in some embodiments comprises: a force controller configured to control the operation of the force application device in accordance with operating data such that the force profile applied to the body part includes an interfering force component and/or an assisting force component defined in according to the predetermined range of the profile/error control function; and an analyzer configured to selectively perform the following: (i) providing force setting data indicative of a maximum applied force value for an error control profile/function based at least in part on human data for said exercise; (ii) parsing at least one of the first and second measurement data to determine data indicative of the profile/error control range setting and generating operating data to the force controller until a predetermined condition of the second measurement data indicative of human adaptive response to applied force.
Анализатор может быть выполнен с возможностью доступа к заранее сохраненным данным, содержащим данные о настройке силы, характеризующие максимальное значение прикладываемой силы для указанного профиля/функции регулирования ошибок, на основании относящихся к человеку данных применительно к указанному упражнению. Дополнительно или альтернативно, анализатор выполнен с возможностью анализа входных данных, содержащих относящиеся к человеку данные применительно к упражнению, и определения данных о настройке силы, характеризующих максимальное значение прикладываемой силы для указанного профиля/функции регулирования ошибок.The analyzer may be configured to access pre-stored data containing force setting data indicative of the maximum value of applied force for a specified error control profile/function based on human data for a specified exercise. Additionally or alternatively, the analyzer is configured to analyze input data containing human-related data in relation to the exercise and determine force setting data indicative of the maximum value of the applied force for the specified error control profile/function.
Сенсорная система содержит по меньшей мере одно устройство обнаружения движения, выполненное с возможностью определения модели движения, характеризующей выполнение человеком тренировочного сеанса, и, при идентификации ошибки в указанной модели движения, измерения указанной ошибки и генерирования первых измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные. По меньшей мере одно устройство обнаружения движения выполнено с возможностью определения модели движения, характеризующей выполнение человеком тренировочного сеанса, путем отслеживания по меньшей мере одного из следующего: движения, выполняемого указанной по меньшей мере частью тела человека, и одного или более параметров или режимов рабочего устройства, используемого человеком во время тренировочного сеанса.The sensor system comprises at least one motion detection device configured to determine a motion pattern characterizing the performance of a training session by a person, and upon identifying an error in said motion model, measuring said error and generating first measurement data containing data related to errors. At least one motion detection device is configured to determine a motion pattern characterizing a person performing a training session by monitoring at least one of the following: a motion performed by at least a specified part of the human body, and one or more parameters or operating device modes, used by a person during a training session.
В некоторых вариантах осуществления сенсорная система содержит один или более датчиков, выполненных с возможностью определения ответной силы указанной части тела на силу, прикладываемую к ней, и генерирования вторых измерительных данных, характеризующих адаптационную реакцию человека. Указанные один или более датчиков сенсорной системы могут быть выполнены с возможностью непосредственного измерения ответной силы указанной части тела на силу, прикладываемую к ней, и/или измерения ответной силы через ее влияние на один или более параметров или режимов рабочего устройства, используемого человеком во время тренировочного сеанса.In some embodiments, the sensor system comprises one or more sensors configured to determine the force response of said body part to a force applied thereto and generate second measurement data indicative of the person's adaptive response. Said one or more sensors of the sensory system can be configured to directly measure the response force of the specified body part to the force applied to it, and/or measure the response force through its influence on one or more parameters or modes of the working device used by a person during a training session. session.
Профиль/функция регулирования ошибок может содержать по меньшей мере одно из следующего:The error control profile/function may comprise at least one of the following:
• по меньшей мере один участок увеличения ошибок, определяющий диапазон значений ошибок, связанных с упражнением, выполняемым по меньшей мере частью тела человека, для которого предусмотрено приложение сил увеличения ошибок устройством приложения силы;• at least one error magnification area defining a range of error values associated with an exercise performed by at least a part of the human body for which the application of error magnification forces by the force application device is provided;
• по меньшей мере один постоянный диапазон увеличения ошибок по меньшей мере одного участка увеличения ошибок, определяющий поддиапазон значений ошибок, связанных с упражнением, выполняемым по меньшей мере частью тела человека, для которого силы увеличения ошибок, прикладываемые устройством приложения силы, постоянны;• at least one constant error increase range of at least one error increase region defining a subrange of error values associated with an exercise performed on at least a part of the human body for which the error increase forces applied by the force application device are constant;
• по меньшей мере один участок коррекции ошибок, определяющий диапазон значений ошибок, связанных с упражнением, выполняемым по меньшей мере частью тела человека, для которого предусмотрено приложение сил коррекции ошибок устройством приложения силы;• at least one error correction region defining a range of error values associated with an exercise performed by at least a part of the human body, for which the application of error correction forces by the force application device is provided;
• по меньшей мере один постоянный диапазон коррекции ошибок по меньшей мере одного участка коррекции ошибок, определяющий поддиапазон значений ошибок, связанных с упражнением, выполняемым по меньшей мере частью тела человека, для которого силы коррекции ошибок, прикладываемые устройством приложения силы, постоянны;• at least one constant error correction range of at least one error correction region defining a subrange of error values associated with an exercise performed on at least a part of the human body for which the error correction forces applied by the force application device are constant;
• по меньшей мере один участок нечувствительности/свободный участок, определяющий диапазон значений ошибок, для которого не предусмотрено приложение сил устройством приложения силы;• at least one dead zone/free zone defining a range of error values for which no forces are applied by the force application device;
• по меньшей мере один переходный участок, определяющий диапазон значений ошибок между указанным по меньшей мере одним участком нечувствительности и указанным по меньшей мере одним участком увеличения ошибок профиля/функции регулирования ошибок, для которого предусмотрено постепенное изменение сил, прикладываемых устройством приложения силы, в соответствии с переходом между указанными участком нечувствительности и участком увеличения ошибок;• at least one transition section defining a range of error values between said at least one dead section and said at least one error increase section of the error control profile/function, for which a gradual change in the forces applied by the force application device is provided, in accordance with a transition between said dead region and error increase region;
• по меньшей мере один переходный участок, определяющий диапазон значений ошибок между указанным по меньшей мере одним участком нечувствительности и указанным по меньшей мере одним участком коррекции ошибок профиля/функции регулирования ошибок, для которого предусмотрено постепенное изменение сил, прикладываемых устройством приложения силы, в соответствии с переходом между указанными участком нечувствительности и участком коррекции ошибок;• at least one transition section defining a range of error values between said at least one dead section and said at least one error correction section of the error control profile/function, for which a gradual change in the forces applied by the force application device is provided, in accordance with a transition between said dead region and error correction region;
• по меньшей мере одну функцию управления, определяющую профиль ослабления для профиля/функции регулирования ошибок, в соответствии с относительным прогрессом (по ходу тренировки) движения, выполняемым по меньшей мере частью тела человека. Опционально по меньшей мере одно из указанного по меньшей мере одного участка увеличения ошибок, указанного по меньшей мере одного постоянного диапазона увеличения ошибок, указанного по меньшей мере одного участка коррекции ошибок, указанного по меньшей мере одного постоянного диапазона коррекции ошибок, указанного по меньшей мере одного участка нечувствительности, указанного по меньшей мере одного переходного участка и/или указанной по меньшей мере одной функции управления, определяется анализатором на основании измерительных данных, и/или относящихся к человеку данных, и/или на основании входных данных пользователя.• at least one control function that determines the attenuation profile for the error control profile/function, in accordance with the relative progress (over the course of training) of movement performed by at least a part of the human body. Optionally, at least one of said at least one error correction region, said at least one constant error correction range, indicated at least one error correction region, indicated at least one constant error correction range, indicated at least one region the insensitivity of said at least one transition region and/or said at least one control function is determined by the analyzer based on the measurement data and/or human data and/or based on user input.
Система может содержать базу данных для хранения относящихся к человеку данных, и/или данных о настройке силы, и/или профиля/функции регулирования ошибок.The system may include a database for storing human related data and/or force setting data and/or error control profile/function.
Устройство приложения силы в некоторых вариантах осуществления содержит систему роботизированной руки, выполненную с возможностью обеспечения движения руки проходящего лечение человека по меньшей мере в одном из следующих направлений: вверх-вниз, влево-вправо и вперед-назад. Несущий поддон может быть соединен со свободным концом системы роботизированной руки и выполнен с возможностью поддержки пальмарной (ладонной) медиальной стороны руки проходящего лечение человека. Устройство ручного захвата может быть соединено с несущим поддоном и выполнено с возможностью захвата ладони и пальцев руки проходящего лечение человека для содействия таким образом в выполнении упражнения людьми с нарушением двигательной функции.The force application device, in some embodiments, comprises a robotic arm system configured to cause the arm of the person being treated to move in at least one of the following directions: up-down, left-right, and back-and-forth. The carrier tray may be connected to the free end of the robotic arm system and configured to support the palmar (palmar) medial side of the arm of the person being treated. The hand grip device may be connected to the carrier tray and be configured to grip the palm and fingers of the person being treated, thereby assisting people with motor impairments in exercising.
Датчик силы в некоторых вариантах осуществления используется для измерения сил, действующих/возникающих между задействованной в упражнении частью тела проходящего лечение человека и роботизированной рукой (в частности, между рукой/кистью проходящего лечение субъекта и устройством ручного захвата и/или несущим поддоном). Датчик силы может быть выполнен с возможностью соединения устройства ручного захвата и/или несущего поддона со свободным концом системы роботизированной руки. Опционально, а в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, используется устройство определения силы захвата в устройстве ручного захвата, для измерения силы захвата ладонями и пальцами проходящего лечение человека указанного устройства ручного захвата и генерирования данных/сигналов, характеризующих ее. Может использоваться иммобилизирующий модуль в системе управления для остановки работы указанной системы в соответствии с сигналами/данными от устройства определения силы захвата, в частности, когда данные/сигналы от устройства определения силы захвата указывают на потерю/ослабление захвата рукой проходящего лечение человека устройства ручного захвата.A force sensor, in some embodiments, is used to measure forces acting/appearing between the exercised body part of the treated person and the robotic arm (in particular, between the arm/hand of the treated subject and the hand gripper and/or carrier tray). The force sensor may be configured to couple the hand gripper and/or carrier tray to the free end of the robotic arm system. Optionally, and in some embodiments preferably, a grip force detection device in the hand grip device is used to measure the grip strength of the palms and fingers of the person being treated on said hand grip device and generate data/signals indicative of it. An immobilizing module in the control system can be used to stop the operation of said system in accordance with the signals/data from the grip force determination device, in particular when the data/signals from the grip force determination device indicate a loss/weakening of the hand grip of the hand grip device being treated by the person being treated.
Система может содержать (карданный) шарнирный манипулятор, прикрепленный к свободному концу системы роботизированной руки и выполненный с возможностью обеспечения совершения устройством ручного захвата по меньшей мере одного из следующих движений: наклона, поворота относительно вертикальной плоскости и поворота относительно продольной оси. Может использоваться модуль нулевой гравитации в системе управления для управления устройством приложения силы для приложения сил противодействия гравитации к свободному концу системы роботизированной руки.The system may comprise a (gimbal) articulated arm attached to the free end of the robotic arm system and configured to cause the handgrip device to perform at least one of tilt, yaw, and yaw. A zero gravity module in the control system may be used to control a force application device to apply counter gravity forces to the free end of the robotic arm system.
Другой изобретательский аспект раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения относится к способу для использования при восстановлении двигательной способности человека. В некоторых вариантах осуществления способ включает в себя определение данных о настройке силы на основании относящихся к человеку данных, причем данные о настройке силы характеризуют максимальное значение прикладываемой силы, прикладываемое по меньшей мере к части тела человека в соответствии с заданным профилем/функцией регулирования ошибок, связанным с упражнением, выполняемым человеком; предоставление первых измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные применительно к выполнению человеком упражнения, и вторых измерительных данных, характеризующих адаптационную реакцию человека на силу, приложенную по меньшей мере к части тела человека во время упражнения; и анализ по меньшей мере одного из первых и вторых измерительных данных для определения данных, характеризующих настройку диапазона профиля/функции регулирования ошибок, и генерирование рабочих данных в устройство приложения силы для приложения силы в пределах указанного диапазона профиля/функции регулирования ошибок, до тех пор, пока не будет идентифицировано заданное условие вторых измерительных данных, характеризующих адаптационную реакцию человека на приложенную силу.Another inventive aspect of the object of the invention disclosed in the present application relates to a method for use in restoring human motor ability. In some embodiments, the method includes determining force setting data based on human-specific data, wherein the force setting data is indicative of a maximum applied force applied to at least a portion of the human body in accordance with a predetermined error control profile/function associated with with an exercise performed by a person; providing first measurement data containing error-related data in relation to the exercise by the person, and second measurement data indicative of the adaptive response of the person to a force applied to at least a part of the human body during the exercise; and analyzing at least one of the first and second measurement data to determine data indicative of the profile/error control range setting, and generating operating data to the force application device for applying force within said profile/error control range, until until the predetermined condition of the second measurement data characterizing the adaptive response of the person to the applied force is identified.
Относящиеся к человеку данные могут содержать по меньшей мере одно из физического состояния, типа повреждения, возраста, веса, роста, пола, двигательных возможностей, адаптационной реакции.The human-related data may comprise at least one of physical condition, type of injury, age, weight, height, sex, motor ability, adaptive response.
В некоторых вариантах осуществления способ включает в себя обработку измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные, применительно к выполнению человеком упражнения, выполняемого с приложением мешающих и/или помогающих сил, и, на основании этого, настройку по меньшей мере максимального значения прикладываемой силы профиля/функции регулирования ошибок. Альтернативно или дополнительно, способ включает в себя обработку измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные, применительно к выполнению человеком упражнения, выполняемого без приложения сил, и, на основании этого, определение или настройку по меньшей мере одного параметра профиля/функции регулирования ошибок.In some embodiments, the method includes processing measurement data containing error-related data in relation to a person performing an exercise performed with the application of interfering and/or assisting forces, and, based on this, setting at least the maximum value of the applied force of the profile / error control functions. Alternatively or additionally, the method includes processing measurement data containing error related data in relation to a person performing an exercise performed without application of forces, and, based on this, determining or adjusting at least one parameter of the error control profile/function.
Способ может включать в себя определение или настройку, на основании обработанных данных, одного из следующего:The method may include determining or adjusting, based on the processed data, one of the following:
• по меньшей мере одного участка увеличения ошибок профиля/функции регулирования ошибок, в котором предусмотрена сила увеличения ошибок, прикладываемая по меньшей мере к части тела человека;• at least one error amplification portion of the error control profile/function, which includes an error amplification force applied to at least a portion of the human body;
• по меньшей мере одного постоянного диапазона увеличения ошибок, определяющего поддиапазон значений ошибок в пределах участка увеличения ошибок, в котором предусмотрена постоянная сила увеличения ошибок, прикладываемая по меньшей мере к части тела человека;• at least one constant error increase range defining a sub-range of error values within an error increase region in which a constant error increase force is applied to at least a portion of the human body;
• по меньшей мере одного участка коррекции ошибок профиля/функции регулирования ошибок, в котором предусмотрена сила коррекции ошибок, прикладываемая по меньшей мере к части тела человека;• at least one error correction section of the error control profile/function, in which an error correction force is provided to be applied to at least a part of the human body;
• по меньшей мере одного постоянного диапазона коррекции ошибок, определяющего поддиапазон значений ошибок в пределах участка коррекции ошибок, в котором предусмотрена постоянная сила коррекции ошибок, прикладываемая по меньшей мере к части тела человека;• at least one constant error correction range defining a subrange of error values within the error correction region in which a constant error correction force is applied to at least a portion of the human body;
• по меньшей мере одного участка нечувствительности/свободного участка профиля/функции регулирования ошибок, в котором не предусмотрено приложение сил по меньшей мере к части тела человека;• at least one dead zone/free section of the profile/error control function, in which no force is applied to at least a part of the human body;
• по меньшей мере одного переходного участка профиля/функции регулирования ошибок, в котором силы, прикладываемые по меньшей мере к части тела человека, постепенно изменяются в соответствии с изменениями значений ошибок относящихся к ошибкам данных.• at least one error control profile/function transition in which the forces applied to at least a portion of the human body gradually change in accordance with changes in the error values of the data errors.
Опционально, но в некотором варианте осуществления предпочтительно, силы увеличения и коррекции ошибок подлежат приложению в противоположных направлениях. Определение постоянных сил увеличения или коррекции ошибок может быть основано на определенном максимальном значении прикладываемой силы.Optionally, but in some embodiment preferably, the magnification and error correction forces are to be applied in opposite directions. The determination of the constant magnification or error correction forces may be based on a determined maximum value of the applied force.
Опционально, по меньшей мере один участок нечувствительности/свободный участок профиля/функции регулирования ошибок определен для по существу малых значений относящихся к ошибкам данных. По меньшей мере один участок нечувствительности/свободный участок профиля/функции регулирования ошибок может быть определен между участками увеличения ошибок и коррекции ошибок функции регулирования ошибок, в которых предусмотрена постоянная сила, прикладываемая по меньшей мере к части тела человека.Optionally, at least one dead region/free region of the profile/error control function is defined for substantially small values of the error related data. At least one dead region/free region of the error control profile/function may be defined between the error enhancement and error correction regions of the error control function in which a constant force is applied to at least a portion of the human body.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере один переходный участок профиля/функции регулирования ошибок определен между одним из участков нечувствительности и одним из участков увеличения или коррекции ошибок профиля/функции регулирования ошибок.In some embodiments, at least one error control profile/function transition region is defined between one of the dead regions and one of the error enhancement or error correction regions of the error control profile/function.
Способ может включать в себя определение, на основании относящихся к ошибкам данных, среднего значения ошибки для выполнения упражнения без приложения сил регулирования ошибок. Способ может дополнительно включать в себя обработку измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные, применительно к выполнению человеком упражнения, выполняемого с силами регулирования ошибок, прикладываемыми в соответствии с профилем/функцией регулирования ошибок, и на основании этого определение по меньшей мере одного из адаптационной реакции человека и среднего значения ошибки для выполнения упражнения с приложением сил регулирования ошибок. Способ может дополнительно включать в себя настройку определенного максимального значения прикладываемой силы на основании сравнения между определенным средним значением ошибки для выполнения упражнения с приложением и без приложения сил регулирования ошибок.The method may include determining, based on the error related data, an average error value for performing an exercise without application of error control forces. The method may further include processing measurement data containing error related data in relation to a person performing an exercise performed with error control forces applied in accordance with an error control profile/function, and based thereon determining at least one of an adaptive response of the person and the average value of the error for performing the exercise with the application of error control forces. The method may further include adjusting the determined maximum applied force value based on a comparison between the determined average error for performing the exercise with and without application of the error control forces.
В некоторых вариантах осуществления способ включает в себя обработку измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные, применительно к выполнению человеком дополнительного упражнения, выполняемого с силами регулирования ошибок, прикладываемыми в соответствии с профилем/функцией регулирования ошибок, и на основании этого определение по меньшей мере одного из адаптационной реакции человека и среднего значения ошибки для выполнения упражнения с приложением сил регулирования ошибок. Способ может включать в себя повторение обработки измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные применительно к выполнению человеком дополнительного упражнения, выполняемого с силами регулирования ошибок, прикладываемыми в соответствии с профилем/функцией регулирования ошибок, до тех пор, пока не произойдет одно из следующего: (i) определенная адаптационная реакция и/или среднее значение ошибки для выполнения упражнения с приложением сил регулирования ошибок станет указывать на требуемый приемлемый уровень прогресса в выполнении упражнения; или (ii) количество раз выполнения упражнения с приложением сил регулирования ошибок станет равно заданному числу.In some embodiments, the method includes processing measurement data containing error related data in relation to a person performing an additional exercise performed with error control forces applied in accordance with an error control profile/function, and based thereon determining at least one from the adaptive response of a person and the average value of the error for performing the exercise with the application of error control forces. The method may include repeating processing of measurement data containing error related data in relation to a person performing an additional exercise performed with error control forces applied in accordance with the error control profile/function until one of the following occurs: ( i) a certain adaptive response and/or average error for the exercise with the application of error control forces will indicate the required acceptable level of progress in the exercise; or (ii) the number of times the exercise is performed with the application of error control forces becomes equal to the predetermined number.
Способ в некоторых вариантах осуществления включает в себя определение функции управления, сконфигурированной для постепенного ослабления сил регулирования ошибок, прикладываемых по меньшей мере к части тела человека во время упражнения, относительно расстояния от тела указанного человека.The method, in some embodiments, includes determining a control function configured to gradually weaken error control forces applied to at least a portion of a person's body during an exercise, relative to a distance from said person's body.
Еще один изобретательский аспект раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения относится к способу определения компетентности человека к лечению двигательной функции. Способ включает в себя предусматривание профиля/функции регулирования ошибок, определяющего силы регулирования ошибок, подлежащие приложению по меньшей мере к одной части тела человека во время выполнения упражнения, измерение относящихся к ошибкам данных применительно к выполнению человеком упражнения без приложения сил регулирования ошибок, определенных указанным профилем/функцией регулирования ошибок, и на основании этого определение среднего значения (eAV-) ошибки для выполнения упражнения без приложения сил регулирования ошибок, измерение относящихся к ошибкам данных применительно к выполнению человеком упражнения с приложением сил регулирования ошибок, определенных профилем/функцией регулирования ошибок, и на основании этого определение среднего значения (eAV+) ошибки для выполнения упражнения с приложением сил регулирования ошибок, и определение компетентности на основании отношения (eAV-/eAV+) между средними значениями ошибок, определенных для выполнения упражнения с силами регулирования ошибок и без сил регулирования ошибок.Another inventive aspect of the object of the invention disclosed in the present application relates to a method for determining the competence of a person to treat motor function. The method includes providing an error control profile/function that determines error control forces to be applied to at least one part of a person's body during an exercise, measuring error related data in relation to a person performing an exercise without applying error control forces defined by said profile. / error regulation function, and based on this, determining the average value (e AV- ) of the error for performing the exercise without applying the error regulation forces, measuring the error related data in relation to the person performing the exercise with the application of the error regulation forces determined by the error regulation profile/function, and based on this, the determination of the average value (e AV+ ) of the error for performing the exercise with the application of error control forces, and the determination of competence based on the ratio (e AV- /e AV+ ) between the average values of the errors determined for the exercise with si error control lamas and without error control forces.
Способ в некоторых вариантах осуществления включает в себя использование отношения между средними значениями ошибок, определенными для выполнения упражнения с силами регулирования ошибок и без сил регулирования ошибок, для определения уровня прогресса человека в выполнении упражнения, и причем компетентность указанного человека к лечению определяют всякий раз, когда указанный уровень прогресса выше некоторого заданного приемлемого значения (1/α) уровня прогресса.The method, in some embodiments, includes using the ratio between mean error values determined for performing an exercise with and without error control forces to determine a person's level of progress in performing the exercise, wherein said person's competence for treatment is determined whenever the specified progress level is above some predetermined acceptable value (1/α) of the progress level.
Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, способ включает в себя измерение множества относящихся к ошибкам данных применительно к соответствующему множеству выполнений человеком упражнения с приложением сил регулирования ошибок, определение соответствующего среднего значения ошибки для каждого из множества выполнений упражнения с приложением сил регулирования ошибок на основании их соответствующих измеренных относящихся к ошибкам данных, определение соответствующего уровня прогресса для каждого из множества выполнений упражнения на основании соответствующего среднего значения ошибки с приложением сил регулирования ошибок и среднего значения ошибки, определенного для выполнения упражнения без сил регулирования ошибок, и определение компетентности указанного человека к лечению, если по меньшей мере один из множества уровней прогресса выше заданного приемлемого значения уровня прогресса.Optionally, but in some embodiments preferably, the method includes measuring a set of error related data for a respective set of human performances of an error control force exercise, determining an appropriate mean error value for each of the plurality of error control force exercise performances based on their respective measured error-related data, determining an appropriate level of progress for each of the plurality of exercise performances based on the respective mean error value with application of error control forces and the mean error value determined for exercise performance without error control forces, and determining said person's competence for treatment if at least one of the plurality of progress levels is above a predetermined acceptable progress level value.
В возможных вариантах осуществления относящиеся к ошибкам данные связаны по меньшей мере с одним из следующего: отклонение (отклонения) по меньшей мере одной части тела от требуемой траектории во время упражнения/сеанса; и/или отклонение (отклонения) сил, прикладываемых по меньшей мере одной частью тела от требуемого профиля приложения сил во время упражнения/сеанса.In possible embodiments, the error related data is associated with at least one of the following: deviation(s) of at least one body part from the desired trajectory during the exercise/session; and/or deviation(s) of the forces applied by at least one body part from the required force application profile during the exercise/session.
Еще один изобретательский аспект раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения относится к системе определения компетентности человека к лечению двигательной функции, содержащей: устройство приложения силы, выполненное с возможностью управляемого приложения силы по меньшей мере к части тела человека во время выполняемого человеком упражнения; сенсорную систему, выполненную с возможностью отслеживания одного или более тренировочных сеансов упражнения, выполняемого указанной по меньшей мере частью тела человека, и выборочного генерирования измерительных данных; и систему управления, выполненную с возможностью обмена данными с сенсорной системой и с устройством приложения силы и содержащую: контроллер силы, выполненный с возможностью управления работой устройства приложения силы в соответствии с рабочими данными, так что сила, прикладываемая к части тела, включает в себя по меньшей мере одно из мешающей составляющей силы и помогающей составляющей силы, определенных в соответствии с заданным профилем/функцией регулирования ошибок; анализатор, выполненный с возможностью выборочного выполнения следующего: определения, на основе измерительных данных, относящихся к ошибкам данных, связанных с выполнением человеком упражнения без приложения сил регулирования ошибок, определенных указанным профилем/функцией регулирования ошибок; определения, на основе измерительных данных, среднего значения ошибки для выполнения упражнения с приложением сил регулирования ошибок, определенных указанным профилем/функцией регулирования ошибок; и определения указанной компетентности на основании отношения между средними значениями ошибок, определенными для выполнения упражнения с силами регулирования ошибок и без сил регулирования ошибок.Another inventive aspect of the object of the invention disclosed in the present application relates to a system for determining the competence of a person to treat a motor function, comprising: a force application device configured to control the application of force to at least a part of the human body during an exercise performed by the person; a sensor system configured to monitor one or more training sessions of an exercise performed by said at least part of the human body and selectively generate measurement data; and a control system configured to communicate with the sensor system and the force application device and comprising: a force controller configured to control the operation of the force application device in accordance with the operating data, so that the force applied to the body part includes at least one of an interfering force component and a helping force component determined in accordance with a predetermined error control profile/function; an analyzer configured to selectively perform the following: determining, based on the measurement data, data errors associated with a person performing an exercise without applying error control forces defined by said error control profile/function; determining, based on the measurement data, an average error value for performing an exercise with the application of error control forces determined by said error control profile/function; and determining said competence based on the relationship between mean error values determined for performing the exercise with and without error control forces.
В некоторых вариантах осуществления относящиеся к ошибкам данные связаны с отклонением по меньшей мере части тела человека от требуемой траектории во время упражнения, выполняемого человеком, и/или отклонением силы, прикладываемой по меньшей мере частью тела человека во время упражнения, от требуемой модели силы. Сенсорная система может быть выполнена с возможностью генерирования измерительных данных с использованием по меньшей мере одного из следующего: датчика положения, акселерометра, измерителя скорости, съемочной камеры (в частности, формирователя изображений, видеокамеры или т.п.), датчика нагрузки, датчика давления, тензометрического датчика, амперметра, выполненного с возможностью измерения электрического тока электродвигателя в устройстве приложения силы, электромиографа (ЭМГ), поверхностного электромиографа, и/или внутримышечного электромиографа.In some embodiments, the error related data is related to the deviation of at least part of the human body from the desired trajectory during the exercise performed by the person and/or the deviation of the force applied by at least part of the human body during the exercise from the required force pattern. The sensor system may be configured to generate measurement data using at least one of the following: a position sensor, an accelerometer, a speed meter, a camera (in particular, an imager, a video camera, or the like), a load sensor, a pressure sensor, a strain gauge, an ammeter configured to measure electric motor current in the force application device, an electromyograph (EMG), a surface electromyograph, and/or an intramuscular electromyograph.
Еще один изобретательский аспект раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения относится к системе для тренировки людей с нарушением двигательной функции, содержащей: устройство приложения силы, содержащее систему роботизированной руки, выполненную с возможностью управляемого приложения силы (в частности, в направлениях вверх-вниз, влево-вправо и вперед-назад) заданного профиля к руке тренируемого человека во время упражнения, выполняемого указанным человеком; (карданный) шарнирный манипулятор, соединенный со свободным концом системы роботизированной руки для обеспечения возможности выполнения по меньшей мере одного из следующих движений: наклона, поворота относительно вертикальной плоскости и поворота относительно продольной оси, во время упражнения; сенсорную систему, выполненную с возможностью отслеживания одного или более тренировочных сеансов упражнения, выполняемого рукой тренируемого человека, и генерирования измерительных данных для отслеживаемых тренировочных сеансов, и систему управления, выполненную с возможностью обмена данными с сенсорной системой и с устройством приложения силы для управления устройством приложения силы для управляемого приложения силы заданного профиля по меньшей мере к части тела человека во время упражнения на основе измерительных данных, генерируемых сенсорной системой. Сенсорная система и/или система управления может быть выполнена с возможностью осуществления любой из операций/функций, раскрытых выше и/или ниже по отношению к различным вариантам осуществления, раскрытых в настоящей заявке.Another inventive aspect of the object of the invention disclosed in the present application relates to a system for training people with impaired motor function, comprising: a force application device containing a robotic arm system configured to apply force in a controlled manner (in particular, in the directions up-down, left- to the right and back and forth) of a given profile to the hand of a trained person during an exercise performed by a specified person; a (gimbal) articulated arm coupled to the free end of the robotic arm system to enable at least one of the following movements: tilt, yaw, and yaw, during exercise; a sensor system configured to track one or more training sessions of an exercise performed by the arm of the person being trained and generate measurement data for the monitored training sessions, and a control system configured to communicate with the sensor system and with the force application device to control the force application device for controlled application of a predetermined force profile to at least a part of the human body during exercise based on measurement data generated by the sensor system. The sensor system and/or control system may be configured to perform any of the operations/functions disclosed above and/or below with respect to the various embodiments disclosed in this application.
Следует отметить, что раскрытые в настоящей заявке варианты осуществления могут быть использованы и могут быть очень значимы для других потенциальных приложений, использующих методы увеличения ошибок, такие как используемые в определенных видах спорта, в армии, авиации и т.д.It should be noted that the embodiments disclosed in this application can be used and can be very useful for other potential applications using error amplification techniques such as those used in certain sports, military, aviation, etc.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Чтобы понять изобретение и увидеть, как его можно осуществить на практике, далее будут раскрыты варианты осуществления только в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Признаки, показанные на чертежах, предназначены для иллюстрации только некоторых вариантов осуществления изобретения, если явно не указано иное. На чертежах одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения соответствующих частей.In order to understand the invention and see how it can be put into practice, the following will be disclosed embodiments only as a non-limiting example, with reference to the accompanying drawings. The features shown in the drawings are intended to illustrate only some embodiments of the invention, unless expressly indicated otherwise. In the drawings, like reference numerals are used to designate respective parts.
На фиг. 1 схематично проиллюстрирована система двигательной терапии согласно некоторым возможным вариантам осуществления.In FIG. 1 schematically illustrates a movement therapy system in accordance with some possible embodiments.
На фиг. 2 схематично проиллюстрированы компоненты схем управления согласно некоторым возможным вариантам осуществления.In FIG. 2 schematically illustrates components of control circuits according to some possible embodiments.
На фиг. 3 схематично проиллюстрирована блок-схема способа лечения согласно некоторым возможным вариантам осуществления.In FIG. 3 schematically illustrates a flow diagram of a treatment method according to some possible embodiments.
На фиг. 4 схематично проиллюстрированы функция регулирования ошибок и человеко-машинный интерфейс (ЧМИ), применимый для настройки параметров, согласно некоторым возможным вариантам осуществления.In FIG. 4 schematically illustrates an error control function and a human machine interface (HMI) usable for setting parameters, according to some exemplary embodiments.
На фиг. 5 схематично проиллюстрировано адаптивное управление функции регулирования ошибок в отношении прогресса движения, согласно некоторым возможным вариантам осуществления, и ЧМИ, применимый для настройки его параметров.In FIG. 5 schematically illustrates the adaptive control of the error control function with respect to motion progress, according to some possible embodiments, and the HMI applicable to adjust its parameters.
На фиг. 6 продемонстрировано применение адаптивного управления, пример которого приведен на фиг. 5, к возможной функции/профилю регулирования ошибок.In FIG. 6 illustrates the application of adaptive control, an example of which is shown in FIG. 5 to the possible error control function/profile.
На фиг. 7 схематично проиллюстрирована система двигательной терапии согласно некоторым возможным вариантам осуществления, содержащая систему роботизированной руки и (карданный) шарнирный манипулятор.In FIG. 7 schematically illustrates a movement therapy system, in accordance with some possible embodiments, comprising a robotic arm system and a (gimbal) articulated arm.
На фиг. 8 показан увеличенный вид (карданного) шарнирного манипулятора согласно некоторым возможным вариантам осуществления.In FIG. 8 is an enlarged view of an articulated (gimbal) arm according to some possible embodiments.
На фиг. 9 схематично проиллюстрированы компоненты системы двигательной терапии, системы роботизированной руки и (карданного) шарнирного манипулятора, согласно некоторым возможным вариантам осуществления.In FIG. 9 schematically illustrates components of a movement therapy system, a robotic arm system, and an articulated (gimbal) arm system, in accordance with some possible embodiments.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Один или более конкретных и/или альтернативных вариантов осуществления настоящего раскрытия будут описаны ниже со ссылкой на чертежи, которые должны рассматриваться во всех аспектах только как иллюстративные и никоим образом не ограничивающие. Специалисту в данной области техники должно быть очевидно, что эти варианты осуществления могут быть реализованы на практике без таких конкретных деталей. В попытке предоставить лаконичное описание этих вариантов осуществления, не все признаки или детали фактического осуществления подробно раскрыты в описании. Элементы, проиллюстрированные на чертежах, не обязательно масштабированы или имеют правильные пропорции, что не критично. Вместо этого акцент делается на четкой иллюстрации принципов изобретения, так что специалисты в данной области техники смогут создавать и использовать методы двигательной терапии, как только они поймут принципы раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения. Это изобретение может быть выполнено в других конкретных формах и вариантах осуществления без отклонения от существенных характеристик, раскрытых в настоящей заявке.One or more specific and/or alternative embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings, which are to be considered in all respects only as illustrative and in no way limiting. One skilled in the art would appreciate that these embodiments may be practiced without such specific details. In an attempt to provide a concise description of these embodiments, not all features or details of the actual implementation are disclosed in detail in the description. The elements illustrated in the drawings are not necessarily to scale or have the correct proportions, which is not critical. Instead, the focus is on clearly illustrating the principles of the invention so that those skilled in the art will be able to create and use movement therapy methods once they understand the principles of the subject matter disclosed herein. This invention can be made in other specific forms and embodiments without deviating from the essential characteristics disclosed in this application.
Настоящая заявка раскрывает методы двигательной терапии, использующие приложение сил увеличения и/или коррекции ошибок к задействованной в упражнении части тела проходящего лечение человека/пациента. Приложение этих сил увеличения/коррекции ошибок основано на функции/профиле регулирования ошибок, специально разработанной в соответствии с характеристиками пациента, и ее параметры могут непрерывно и адаптивно настраиваться в соответствии с результативностью и/или прогрессом, достигнутым пациентом в проведенных сеансах упражнений. Один или более начальных параметров функции/профиля регулирования ошибок могут быть определены на основе данных пациента, указывающих на состояние пациента, нарушение и/или общую информацию, связанную с ним (например, возраст, пол, вес, рост и т.д.). После этого один или более параметров функции/профиля регулирования ошибок настраиваются на основании данных измерения, полученных во время сеансов упражнений, проведенных с приложением или без приложения сил регулирования ошибок.The present application discloses movement therapy methods using the application of magnification and/or error correction forces to an exercised body part of a person/patient being treated. The application of these error amplification/correction forces is based on an error control function/profile specifically designed according to the characteristics of the patient, and its parameters can be continuously and adaptively adjusted according to the performance and/or progress made by the patient in the exercise sessions performed. One or more initial parameters of the error control function/profile may be determined based on patient data indicative of the patient's condition, disorder, and/or general information associated with it (eg, age, sex, weight, height, etc.). Thereafter, one or more error control function/profile parameters are adjusted based on measurement data obtained during exercise sessions conducted with or without application of error control forces.
Раскрытые в настоящей заявке методы двигательной терапии полезны, но не ограничиваются ими, для роботизированных систем терапии, в которых задействованная в упражнении часть тела пациента соединена с одной или более роботизированными руками (обычно именуемыми в настоящей заявке как система роботизированной руки), выполненными с возможностью приложения к ней мешающих или помогающих сил во время сеансов упражнений. Сенсорная система используется для измерения данных/сигналов, характеризующих модели/ траектории движений, выполняемых задействованной в упражнении частью тела, и/или сил, прилагаемых ей во время сеансов упражнений. Измеренные данные/сигналы используются для определения ошибок/отклонений выполняемых моделей/траекторий движения относительно моделей/траекторий движения, ожидаемых/требуемых для упражнения, выполняемого пациентом. Определенные ошибки/отклонения используются для настройки одного или более параметров функции/профиля регулирования ошибок. Таким образом, силы регулирования ошибок, прикладываемые во время каждого сеанса упражнения, выполняемого пациентом, постоянно адаптируются к результативности и прогрессу пациента.The movement therapy methods disclosed herein are useful, but not limited to, robotic therapy systems in which an exercised part of a patient's body is connected to one or more robotic arms (commonly referred to in this application as a robotic arm system) configured to apply to her interfering or helping forces during exercise sessions. The sensory system is used to measure data/signals that characterize patterns/trajectories of movement performed by an exercised body part and/or forces applied to it during exercise sessions. The measured data/signals are used to determine the errors/deviations of the patterns/trajectories being performed relative to the patterns/trajectories of movement expected/required for the exercise performed by the patient. Certain errors/deviations are used to tune one or more parameters of the error control function/profile. In this way, the error control forces applied during each exercise session performed by the patient constantly adapt to the performance and progress of the patient.
Для обзора нескольких примерных признаков, этапов способа и принципов изобретения, на фигурах схематично проиллюстрированы примеры роботизированной системы терапии. Эта роботизированная система показана как один пример реализации, который демонстрирует ряд признаков, способов и принципов, используемых для построения и адаптации схем двигательной терапии с регулированием ошибок, раскрытых в настоящей заявке, которые также могут быть применимы для других приложений и в различных вариантах. Следовательно, это описание будет продолжено со ссылкой на показанные примеры, но с пониманием того, что изобретение, изложенное в формуле изобретения ниже, также может быть реализовано множеством других способов, как только принципы будут поняты из описаний, пояснений и чертежей в настоящей заявке. Все такие вариации, а также любые другие модификации, очевидные для среднего специалиста в данной области и применимые в приложениях двигательной терапии, могут быть подходящим образом использованы, и предполагается, что они попадают в объем настоящего раскрытия.To review several exemplary features, method steps, and principles of the invention, examples of a robotic therapy system are schematically illustrated in the figures. This robotic system is shown as one implementation example that demonstrates a number of features, methods, and principles used to build and adapt the error-controlled movement therapy regimens disclosed in this application, which may also be applicable to other applications and in various ways. Therefore, this description will continue with reference to the examples shown, but with the understanding that the invention set forth in the claims below can also be practiced in a variety of other ways, once the principles are understood from the descriptions, explanations, and drawings in this application. All such variations, as well as any other modifications obvious to one of ordinary skill in the art and applicable in motion therapy applications, may be appropriately used and are intended to fall within the scope of the present disclosure.
На фиг. 1 схематично проиллюстрирована система 10 двигательной терапии, содержащая в некоторых вариантах осуществления систему 13 управления, соединенную с сенсорной системой 11 и с устройством 12 приложения силы (исполнительными механизмами). Устройство 12 приложения силы выполнено с возможностью приложения сил к части тела (например, конечности/руке) 15 проходящего лечение пациента с помощью одного или более роботизированных рычагов а1, а2, … (в совокупности называемых в настоящей заявке роботизированной рукой или рычагами ai, где i>0 - целое число), механически соединенными с одним или более электродвигателями m1, m2, … (в совокупности называемых в настоящей заявке двигателем или двигателями mi, где i>0 - целое число). В этом конкретном и неограничивающем примере задействованная в упражнении часть 15 тела прикреплена к одному из роботизированных рычагов (а2) с помощью регулируемого петлевого ремня 14, но в других возможных вариантах осуществления задействованная в упражнении часть 15 тела может быть помещена в другие средства крепления, соединенные с роботизированными рычагами ai, или просто используемых для захвата свободного конца роботизированной руки ai.In FIG. 1 schematically illustrates a
Сенсорная система 11 содержит одно или более сенсорных устройств (не показаны), выполненных с возможностью измерения различных параметров, характеризующих положение, скорость, ускорение и/или давление, связанных с задействованной в упражнении частью 15 тела и/или роботизированными рычагами ai, во время упражнений, выполняемых пациентами. Один или более датчиков сенсорной системы 11 могут быть выполнены с возможностью определения моделей/траекторий движения задействованной в упражнении части 15 тела и/или рычагов ai, и/или измерения сил, прикладываемых к рычагам ai задействованной в упражнении частью 15 тела, например, в качестве части упражнения, выполняемого таким образом, и/или в ответ на силы, приложенные к ней системой. Один или более датчиков сенсорной системы 11 могут быть выполнены с возможностью непосредственного измерения ответной силы задействованной в упражнении части 15 тела и/или измерения ответной силы через ее влияние на один или более параметров или режимов рабочего устройства (не показано), используемого пациентом (также называемым в настоящей заявке проходящим лечение человеком или просто человеком) во время тренировочного сеанса.The
Сенсорная система 11 может быть, по меньшей мере частично, интегрирована в устройство 12 приложения силы, с возможностью использовать тензометрические датчики, датчики нагрузки и/или датчики давления для измерения сил, прикладываемых задействованной в упражнении частью тела к роботизированным рычагам ai, и/или датчики положения/движения (например, потенциометры, гироскопические датчики) и/или акселерометры для измерения их положений, скоростей и/или ускорений. По меньшей мере часть сенсорного оборудования сенсорной системы 11 может быть выполнена с возможностью дистанционного обнаружения, т.е. не находиться в непосредственном контакте с задействованной в упражнении частью тела и/или компонентами устройства 12 приложения силы, в частности, с использованием формирователей изображений/камер для генерирования данных изображения для определения положения, скорости и/или данных/сигналов ускорения и/или амперметры/вольтметры для измерения электрических токов/напряжений двигателей mi и определения на их основе сил, прикладываемых к рычагам ai задействованной в упражнении частью 15 тела во время выполняемых упражнений. В возможных вариантах осуществления сенсорная система 11 по меньшей мере частично интегрирована в систему 13 управления. Опционально, сенсорная система 11 является независимой автономной системой, выполненной с возможностью работы отдельно от системы 13 управления и/или сенсорной системы 11.The
В возможных вариантах осуществления сенсорная система 11 содержит один или более сенсорных элементов, непосредственно соединенных/прикрепленных к телу пациента для измерения сил, прикладываемых им во время упражнений, выполняемых задействованной в упражнении частью 15 тела. Например, но без ограничения, один или более электромиографов (ЭМГ), поверхностных ЭМГ и/или внутримышечных ЭМГ, сенсорных элементов могут быть прикреплены к телу пациента для генерирования данных/сигналов измерений, характеризующих мышечную активность/сокращения в теле пациента, и сил, прикладываемых пациентом во время упражнений, выполняемых задействованной в упражнении частью 15 тела.In possible embodiments, the
Система 13 управления выполнена с возможностью приема и обработки данных/сигналов 11m измерения, генерируемых системой 11 обнаружения, непрерывного/периодического определения положения, скорости и/или ускорения задействованной в упражнении части 15 тела проходящего лечение человека и/или роботизированных рычагов ai, и/или определения давлений/сил, прикладываемых задействованной в упражнении частью 15 тела к роботизированным рычагам ai, и, опционально, их соответствующих временных профилей, и на основе этого генерирования управляющих данных/сигналов 13с для управления устройством 12 приложения силы соответственно.The
В возможных вариантах осуществления устройство 12 приложения силы выполнено с возможностью управляемого приложения сил заданных профилей к части 15 тела во время выполняемого таким образом терапевтического упражнения/сеанса. Сенсорная система 11 может быть выполнена с возможностью отслеживания одного или более тренировочных сеансов задействованной в упражнении части 15 тела проходящего лечение человека и выборочного генерирования первых измерительных данных/сигналов, характеризующих относящиеся к ошибкам данные, и вторых измерительных данных/сигналов, характеризующих адаптационную реакцию проходящего лечение человека на силу, приложенную к задействованной в упражнении части 15 тела проходящего лечение человека.In possible embodiments, the
Система 13 управления выполнена с возможностью обмена данными/сигналами с сенсорной системой 11 и с устройством 12 приложения силы, обработки первых и вторых измерительных данных/сигналов (11m), генерируемых сенсорной системой 11, для определения на их основе относящихся к ошибкам данных и адаптационной реакции проходящего лечение человека на выполняемое им упражнение, и, соответственно, генерирования управляющих данных/сигналов 13 с для управления устройством 12 приложения силы для настройки силы, прикладываемой таким образом к задействованной в упражнении части 15 тела. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления система 13 управления содержит один или более процессоров 13u и (энергозависимую и/или энергонезависимую) память 13m, выполненную с возможностью хранения и выполнения программных инструкций для управления системой 10 и хранения и обработки данных 11m измерения от сенсорной системы 11. Система 13 управления также содержит интерфейс 13i связи (ИС), выполненный с возможностью обмена данными/сигналами с соответствующими интерфейсами связи (ИС) сенсорной системы 11 и/или устройства 12 приложения силы.The
Также может быть предусмотрен модуль 13h человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) для предоставления информации, связанной с проводимыми сеансами лечения и/или проходящим лечение человеком, в частности, на устройстве отображения (не показано). ЧМИ 13h может быть выполнен с возможностью приема входной информации от пользователя/практикующего врача с помощью его одного или более устройств ввода (не показаны, в частности, клавиатуры, указательного устройства/мыши, сенсорного экрана или т.п.). ЧМИ 13h может быть частью системы 13 управления или отдельной системы, электрически соединенной (в частности, по проводам/линиям обмена данными/сигналами или беспроводным способом) с системой 13 управления.A human machine interface (HMI)
Связь между системой 13 управления и сенсорной системой 11 и/или устройством 12 приложения силы может осуществляться беспроводным способом (в частности, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee) и/или по линиям/проводам обмена данными/сигналами (в частности, последовательная/параллельная шина данных с использованием USB, UART, ETHERNET или т.п.). Следует отметить, что связь, обозначенная на фиг. 1 двухсторонними линиями со стрелками, может быть двунаправленной, но в возможных вариантах осуществления она может быть однонаправленной. Например, но без ограничения, связь между сенсорной системой 11 и системой 13 управления может быть сконфигурирована для передачи данных 11m измерения в систему 13 управления, а связь между устройством 12 приложения силы и системой 13 управления может быть сконфигурирована для передачи управляющих данных/сигналов от системы 13 управления в устройство 12 приложения силы.Communication between the
В некоторых вариантах осуществления система 13 управления содержит контроллер 13f силы, выполненный с возможностью управления работой устройства 12 приложения силы в соответствии с рабочими данными, генерируемыми блоком 13 управления, в соответствии с данными/сигналами 11m измерения, генерируемыми сенсорной системой 11. Например, но без ограничения, контроллер 13f силы может быть выполнен с возможностью определения, на основе рабочих данных, настроек для сил, прикладываемых устройством 12 приложения силы к задействованной в упражнении части 15 тела, и генерирования соответствующих управляющих данных/сигналов 13с в устройство 12 приложения силы для увеличения (или уменьшения) сил, прикладываемых таким образом к задействованной в упражнении части 15 тела, в соответствии с заданным диапазоном профиля/функции регулирования ошибок. Например, контроллер 13f силы может быть выполнен с возможностью генерирования управляющих данных/сигналов 13с для постепенного увеличения (или уменьшения) сил, прикладываемых устройством 12 приложения силы в ответ на первые и/или вторые измерительные данные/сигналы до тех пор, пока не будет достигнут определенный максимальный или минимальный (например, ноль, отсутствие силы) уровень прикладываемой силы.In some embodiments, the
Система 13 управления может использовать модуль 13а анализатора, выполненный с возможностью выборочного предоставления данных коррекции силы, характеризующих максимальное значение (значения) прикладываемой силы, которое должно использоваться с профилем/функцией регулирования ошибок, на основе записи 14d относящихся к человеку (пациенту) данных, связанной с выполняемым упражнением. Дополнительно или альтернативно, модуль 13а анализатора может быть выполнен с возможностью анализа по меньшей мере одного из первых и вторых измерительных данных/сигналов для определения на их основе данных, характеризующих настройку диапазонов профиля/функции регулирования ошибок, и генерирования на их основе рабочих данных, используемых контроллером 13f силы для генерирования управляющих данных/сигналов 13с в соответствии с используемым профилем/функцией регулирования ошибок, до тех пор, пока не будет выявлено заданное условие, связанное со вторыми измерительными данными, характеризующими адаптационную реакцию проходящего лечение человека на силы, прикладываемые устройством 12 приложения силы.The
Например, модуль 13а анализатора может быть выполнен с возможностью определения, на основе данных 11 т измерения, полученных от сенсорной системы 11, моделей/траекторий движения, выполняемых задействованной в упражнении частью 15 тела, и сил, прилагаемых таким образом во время тренировочного сеанса, имеющего заданную траекторию движения (и/или связанного с ними временного интервала (интервалов)). Модуль 13а анализатора сравнивает определенные модели/траектории движения и/или силы, прикладываемые пациентом (и/или, опционально, временные интервалы, связанные с ними), с требуемыми моделями/траекториями движения и/или силами (и/или, опционально, требуемыми временными интервалами (или требуемыми диапазонами временных интервалов) для выполнения тренировочного сеанса, и на основе этого определения ошибок/отклонений для моделей/траекторий движения, выполняемых задействованной в упражнении частью 15 тела. Определенные ошибки/отклонения могут затем использоваться модулем 13а анализатора для настройки параметров функции регулирования ошибок, используемой для тренировочного сеанса, выполняемого посредством системы 10.For example, the
Затем тренировочный сеанс можно повторить с использованием функции регулирования ошибок с вновь определенными параметрами, для определения таким образом соответствующих новых ошибок/отклонений от требуемых моделей/траекторий движения и/или приложенных сил, для отслеживания результативности и прогресса пациента. Этот процесс адаптивного тренировочного сеанса можно непрерывно повторять заданное количество раз или до тех пор, пока определенные ошибки/отклонения, определенные для шаблонов/траекторий движения и/или приложенной силы, не станут приемлемо малыми.The training session can then be repeated using the error control function with the newly defined parameters, thus determining appropriate new errors/deviations from the required movement patterns/trajectories and/or applied forces, to monitor patient performance and progress. This adaptive training session process can be continuously repeated a predetermined number of times or until certain errors/deviations defined for motion patterns/trajectories and/or applied force become acceptably small.
Запись 14d данных пациента может храниться локально в памяти 13m системы 13 управления и/или в базе 14 данных, доступной для системы 13 управления. База 14 данных также может быть частью системы 13 управления, но в возможных вариантах осуществления она используется и поддерживается как отдельная (например, удаленная) система базы данных (например, сервер базы данных, облачный центр обработки данных или т.п.), доступная через стандартные каналы обмена данными, в частности, локальную сеть (Ethernet), Интернет или т.п. Запись 14d данных пациента может содержать исходную информацию о пациенте, относящуюся к проходящему лечение человеку, например, но без ограничения, возраст, пол, вес, рост и т.п., и/или информацию, относящуюся к физическому состоянию и/или физическим расстройствам проходящего лечение человека, включая, без ограничения, доминирование проходящей лечение части тела (в частности, конечности, руки), предварительную оценку двигательных способностей пациента и/или нарушений и т.п.The
Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, данные пациента содержат данные о настройке силы, характеризующие максимальную прикладываемую силу, подлежащую приложению системой 10 в сеансах лечения пациента. Данные о настройке силы могут содержать параметры функции/профиля регулирования ошибок, определенные практикующим врачом, в частности, на основании диагноза пациента, и/или на основе исходной информации о пациенте, и/или ранее проведенных тренировочных сеансах, проведенных с помощью системы 10. Система 13 управления может быть выполнена с возможностью записи в записи 14d данных пациента настроенных/новых профилей приложения силы, которые могут содержать настроенные/новые параметры регулирования силы/ошибок, определенные модулем 13а анализатора во время одного или более сеансов лечения, проведенных с помощью системы 10, максимальные прикладываемые силы, подлежащие использованию для увеличения и/или коррекции ошибок, и/или данные, характеризующие прогресс проходящего лечение человека в каждом сеансе лечения. Запись 14d данных пациента может содержать набор различных функций/профилей регулирования ошибок, адаптированных для конкретного пациента и подлежащих использованию в соответствующих различных упражнениях, выполняемых пациентом с помощью системы 10.Optionally, but in some embodiments preferably, the patient data includes force setting data indicative of the maximum applied force to be applied by the
Модуль 13а анализатора может быть выполнен с возможностью доступа к записи 14d данных пациента и извлечения из нее параметров функции/профиля регулирования ошибок (в частности, максимального значения прикладываемой силы) для использования в конкретном упражнении, подлежащем выполнению пациентом в сеансе лечения. Модуль 13а анализатора может быть выполнен с возможностью приема и анализа входных данных 13d, полученных от практикующего врача (в частности, посредством блока 13h ЧМИ) и/или на основе записи 14d данных. Входные данные 13d могут содержать относящиеся к человеку данные, связанные с конкретным упражнением, подлежащим выполнению пациентом с использованием системы 10. Модуль 13а анализатора может быть выполнен с возможностью определения, на основании принятых входных данных 13d, данных настройки силы, характеризующих максимальное значение прикладываемой силы, подлежащее использованию для профиля/функции регулирования ошибок.The
Сенсорная система 11 и/или модуль 13а анализатора могут быть выполнены с возможностью обработки данных/сигналов измерения от сенсорной системы 11 (в частности, датчика движения), характеризующих движения, выполняемые задействованной в упражнении частью 15 тела, и/или силы, прикладываемые ей, и определения на основании этого моделей приложения движения и/или силы, характеризующих результативность пациента в одном или более тренировочных сеансах. Модели движения и/или приложения силы могут быть определены путем отслеживания движения, выполняемого и/или сил, прилагаемых задействованной в упражнении частью 15 тела, и/или с использованием одного или более параметров или режимов рабочего устройства, используемого пациентом во время тренировочного сеанса. Определенные модели движения и/или приложения силы могут использоваться сенсорной системой 11 и/или модулем 13а анализатора для идентификации ошибок/отклонений от требуемого движения и/или моделей приложения силы. Эти ошибки/отклонения можно измерить с течением времени и использовать для генерирования первых измерительных данных, содержащих относящиеся к ошибкам данные.The
Система 10 двигательной терапии может быть реализована на основе вариантов осуществления и/или компонентов оборудования, раскрытых в международной патентной публикации №WO 2004/096501 того же правопреемника, содержание которой включено в настоящий документ путем отсылки.The
На фиг. 2 показана блок-схема, схематически иллюстрирующая схему управления, которую может использовать система 13 управления согласно некоторым возможным вариантам осуществления. В этом неограничивающем примере система управления выполнена с возможностью приема или построения программы 21 тренировки, содержащей одно или более упражнений, подлежащих выполнению задействованной в упражнении частью (15) тела. Каждое упражнение программы 21 тренировки может включать в себя данные о требуемом/ожидаемом движении и/или модели/траектории приложения силы, связанные с соответствующим упражнением и характеризующие ожидаемые направления требуемой модели движения. Программа 21 тренировки может быть построена системой управления на основе записи 14d данных пациента или практикующим врачом, работающим с системой 10, в частности, посредством ЧМИ 13h. Альтернативно или дополнительно, программа 21 тренировки может храниться в записи 14d данных пациента и время от времени обновляться системой управления и/или модулем 25 настройки параметров системы 13 управления.In FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a control scheme that may be used by
Система 13 управления содержит модуль 22 управления ошибками, выполненный с возможностью определения рабочих данных/сигналов 22d, характеризующих силы, подлежащие приложению к задействованной в упражнении части (15) тела. Модуль 22 управления ошибками может быть выполнен с возможностью определения рабочих данных/сигналов 22d на основе информации из записи 14d данных пациента, в частности, функции/профиля регулирования ошибок и относящихся к ошибкам данных 13е, характеризующих мгновенные отклонения движения задействованной в упражнении части (15) тела от требуемой траектории. Например, модуль 22 управления ошибками может быть выполнен с возможностью определения величины и направления сил, прикладываемых системой к задействованной в упражнении части (15) тела, относительно ожидаемых данных траектории/движения программы 21 тренировки, и на основании этого может определять рабочие данные/сигналы 22d, характеризующие силы регулирования ошибок, подлежащие приложению к задействованной в упражнении части (15) тела с помощью роботизированных рычагов ai во время упражнения. Рабочие данные/сигналы 22d от объединителя 24 принимают в контроллере 13f силы, в котором они используются модулем 23 управления приводами для генерирования управляющих данных/сигналов 13с для активации устройства 12 приложения силы соответственно, которое приводит в действие роботизированные рычаги ai, для приложения соответствующих сил регулирования ошибок к задействованной в упражнении части 15 тела вдоль требуемой модели/ траектории движения и в пределах требуемого временного профиля.The
Например, модуль 22 управления ошибками может быть выполнен с возможностью использования функции/профиля регулирования ошибок для определения, на основании относящихся к ошибкам данных 13е, величины сил регулирования ошибок, подлежащих приложению к задействованной в упражнении части (15) тела, и того, должны ли эти силы регулирования ошибок быть силами увеличения или коррекции ошибок. Если определено, что должны быть приложены силы увеличения ошибок, то рабочие данные/сигналы 22d, генерируемые модулем 22 управления ошибками, конфигурируются для приложения сил регулирования ошибок, имеющих определенную величину, направленных радиально от желаемой траектории программы 21 тренировки. С другой стороны, если определено, что должны быть приложены силы коррекции ошибок, то рабочие данные/сигналы 22d, генерируемые модулем 22 управления ошибками, конфигурируются для приложения сил регулирования ошибок, имеющих определенную величину, направленных радиально в направлении желаемой траектории программы 21 тренировки.For example, the
По мере того как упражнение выполняется проходящим лечение человеком, сенсорная система 11 генерирует данные/сигналы 11m измерения, характеризующие движение, выполняемое задействованной в упражнении частью 15 тела во время упражнения, которые вводятся в систему 13 управления. Данные 11m измерения обрабатываются модулем 13а анализатора для определения фактического движения, выполняемого задействованной в упражнении частью 15 тела, и/или положения задействованной в упражнении части 15 тела во время упражнения, и данных 13е ошибок, характеризующих отклонения фактического выполняемого движения от требуемой модели/траектории движения, а также направление и величину каждой ошибки/отклонения и/или сил, приложенных задействованной в упражнении частью тела, во время упражнения. Данные 13е ошибок, определенные модулем 13а анализатора, могут использоваться модулем 25 настройки параметров для настройки одного или более параметров функции/профиля регулирования ошибок, используемых модулем 22 регулирования ошибок. Параметры, настраиваемые модулем 25 настройки параметров, могут быть записаны в записи 14d данных пациента для настройки функции/профиля регулирования ошибок, подлежащих использованию в следующем сеансе упражнений системы 10, в соответствии с результативностью и прогрессом проходящего лечение пациента. Опционально, модуль 25 настройки параметров и/или модуль 22 управления ошибками являются неотъемлемой частью модуля 13а анализатора или контроллера 13f силы.As the exercise is performed by the person being treated, the
В некоторых вариантах осуществления контроллер силы выполнен с возможностью приема данных/сигналов измерения непосредственно от сенсорной системы 11, как показано на фиг. 2 пунктирными линиями, для непрерывной/периодической настройки сил, прикладываемых роботизированной рукой (рычагами) ai к проходящей лечение части (15) тела. Например, контроллер 13f силы может быть выполнен с возможностью непрерывного/периодического приема данных/сигналов от сенсорной системы 11, характеризующих силу (Fapplied), прилагаемую проходящей лечение частью (15) тела проходящего лечение человека r роботизированной руке (рычагам) ai, и, соответственно, настройки управляющих данных/сигналов 13с, генерируемых модулем 2 управления приводами, тем самым приводя в действие устройство 12 приложения силы в 12, чтобы гарантировать, что требуемые силы будут приложены системой, в соответствии с рабочими данными/сигналами 22d от модуля 22 управления ошибками. Таким образом, формируется внутренний замкнутый контур обратной связи, гарантирующий в реальном времени, что требуемые силы регулирования ошибок прикладываются системой к проходящей лечение части тела.In some embodiments, the force controller is configured to receive measurement data/signals directly from the
Например, в некоторых вариантах осуществления контроллер 13f силы выполнен с возможностью реализации схемы управления силой, в которой данные/сигналы 13с, генерируемые модулем 23 управления приводами, управляют устройством 12 приложения силы для приложения сил для перемещения роботизированных рычагов (руки) ai в направлениях сил Fapplied, прикладываемых проходящем лечение человеком к роботизированным рычагам ai, как измерено сенсорной системой 11, в частности, с использованием датчика 71f силы/нагрузки, показанного на фиг. 8 и 9. Соответственно, в схеме управления силой роботизированные рычаги ai непрерывно перемещаются системой в направлениях сил (Fapplied), которые к ним прикладывает проходящий лечение субъект. Как видно на фиг. 2, движения роботизированных рычагов ai, на которые воздействует схема управления усилием, могут быть настроены так, чтобы они включали в себя силы регулирования ошибок в соответствии с рабочими данными/сигналами 22d, генерируемыми модулем 22 управления ошибками в соответствии с отклонениями/ошибками в траектории, выполняемой проходящем лечение пациентом во время сеанса упражнения.For example, in some embodiments,
На фиг. 3 показана блок-схема способа 30 лечения, применимого в сочетании с системой 10 двигательной терапии. Способ 30 начинается на этапе S1, на котором новые данные пациента извлекают и обрабатывают с помощью системы (10), в частности, из памяти 13 т или из записи 14d данных пациента, принятой из базы 14 данных. На этапе S2 система (10) определяет, на основе извлеченных данных пациента (в частности, способности пациента прикладывать силу задействованной в упражнении частью тела, возраста, пола, доминирования части тела и т.д.), программу тренировки, предварительную функцию/профиль и/или параметры регулирования ошибок, и начальную (безопасную) максимальую прикладываемую силу fMAX для функции/профиля регулирования ошибок, подлежащей использованию системой (10) двигательной терапии в сеансе (сеансах) упражнений, подлежащем выполнению.In FIG. 3 shows a flow diagram of a
Система (10) определяет на этапе S3 диагноз адаптационной реакции для пациента в ответ на приложенные силы, посредством выполнения диагностического сеанса упражнений. На этом этапе пациенту дают команду перемещать роботизированные рычаги ai и выполнять заданные модели/траектории движения, в то время как система (10) управляет устройством (12) приложения силы для приложения различных (мешающих или помогающих) сил рычагами ai. Данные (11m) измерений, генерируемые сенсорной системой (11), в ответ на движения задействованных в упражнении частей (15) тела, затем обрабатываются и анализируются для определения адаптационной реакции пациента, на основе значений ошибок, которые могут варьироваться в зависимости от приложения различных сил системой (10). Значения ошибок могут быть определены путем сравнения нагрузок/давлений, измеренных сенсорной системой (11) во время сеанса диагностических упражнений, с заданными значениями, или относительно истории приложения силы системой (10), или относительно силы, приложенной системой на предыдущем тренировочном сеансе (сеансах).The system (10) determines in step S3 a diagnosis of an adaptive response for the patient in response to the applied forces by performing a diagnostic exercise session. At this stage, the patient is instructed to move the robotic arms a i and perform the given movement patterns/trajectories, while the system (10) controls the force application device (12) to apply various (interfering or assisting) forces to the arms a i . The measurement data (11m) generated by the sensor system (11) in response to the movements of the body parts (15) involved in the exercise are then processed and analyzed to determine the adaptive response of the patient, based on error values that may vary depending on the application of different forces system (10). Error values can be determined by comparing loads/pressures measured by the sensory system (11) during a session of diagnostic exercises with predetermined values, either relative to the history of force application by the system (10), or relative to the force applied by the system in the previous training session(s) .
Диагностика адаптационной реакции, определенная на этапе S3, используется на этапе S4 для настройки одного или более параметров функции/профиля регулирования ошибок, таких как, но не ограничиваясь этим, исходная максимальная прикладываемая сила fMAX, определенная для функции/профиля регулирования ошибок на этапе S2, и/или значения уставки, показанные на фиг. 4 (свободная зона, и/или линейное увеличение, и/или постоянный уровень, и/или отрицательная сила, и/или отрицательный наклон, и/или нейтраль, и/или линейное уменьшение).The adaptation response diagnostic determined in step S3 is used in step S4 to adjust one or more parameters of the error control function/profile, such as, but not limited to, the initial maximum applied force f MAX determined for the error control function/profile in step S2 , and/or setpoint values shown in FIG. 4 (free band and/or ramp up and/or constant level and/or negative force and/or negative slope and/or neutral and/or ramp down).
На этапе S5 система 10 выполняет один или более тренировочных сеансов для тренировки части 15 тела без приложения сил регулирования ошибок. На этом этапе проходящему лечение пациенту дается указание системой (например, посредством ЧМИ 13h) и/или практикующим врачом выполнять определенные движения частью 15 тела, когда она соединена с рычагами ai, без приложения сил устройством 12 приложения силы системы 10, с измерением сенсорной системой 11 сил, прикладываемых человеком, и выполняемой таким образом модели/траектории движения. Затем система вычисляет значения ошибок путем сравнения выполненной модели/траектории движения и/или приложенных сил, определяемых на основе данных 11 т измерения, с моделью/траекторией движения и/или приложением силы, ожидаемых для определенных движений, которые указано выполнять проходящим лечение человеком, и затем соответствующим образом определяют среднюю ошибку eAV- для задействованной в упражнении части 15 тела без приложения сил регулирования ошибок системой 10. Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, средняя ошибка eAV-, определенная для пациента, выполняющего упражнения без сил регулирования ошибок, определяется на основе расстояний, измеренных в трехмерном пространстве задействованной в упражнении части тела относительно требуемой траектории/положений, связанных с упражнением, выполняемым пациентом.In step S5, the
Значения ошибок и/или средняя ошибка eAV-, вычисленные на этапе S5, используются на этапе S6 для настройки диапазонов функции/профиля регулирования ошибок, подлежащей использованию на этапе S7, на котором один или более тренировочных сеансов выполняются с приложением сил регулирования ошибок. На этапе 6 могут выполнять настройку параметров функции/профиля регулирования ошибок, используемой системой, в частности, максимальной прилагаемой силы fMAX и/или значений уставки, показанных на фиг. 4, в частности, свободная зона, и/или линейное увеличение, и/или постоянный уровень, и/или отрицательная сила, и/или отрицательный наклон, и/или нейтраль, и/или линейное уменьшение.The error values and/or the average error e AV- calculated in step S5 are used in step S6 to adjust the ranges of the error control function/profile to be used in step S7, in which one or more training sessions are performed with error control forces applied. In
В некоторых вариантах осуществления этапы S3 и S4 не используются в способе 30. В таких вариантах осуществления исходная функция регулирования ошибок и ее исходные параметры, определяемые на этапе S2, настраиваются на этапах S5 и S6.In some embodiments, steps S3 and S4 are not used in
После завершения одного или более тренировочных сеансов на этапе S7, система определяет, на основе данных 11m измерения, полученных для выполненных тренировочных сеансов, ошибок/отклонений, произошедших в выполненных тренировочных сеансах, относительно требуемой/ожидаемой модели/траектории движения, и/или профилей приложения силы. Система может определять, на основе ошибок/отклонений, по меньшей мере одно из адаптационной реакции пациента и средней ошибки eAV+ для задействованной в упражнении части 15 тела с приложением сил регулирования ошибок системой 10. Определение ошибок/отклонений может быть, по меньшей мере частично, основано на сравнении нагрузок и/или временных профилей, измеренных сенсорной системой 11 во время тренировочного сеанса с заданными значениями нагрузки и/или временными профилями, ожидаемыми для тренировочного сеанса, выполняемого пациентом, и/или относительно значений нагрузки, измеренных сенсорной системой в предыдущих тренировочных сеансах. Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, ошибки/отклонения, используемые для определения средней ошибки eAV+, определяются на основе расстояний, измеренных в трехмерном пространстве задействованной в упражнении части тела относительно требуемой траектории тренировочного упражнения, выполняемого пациентом.After completing one or more training sessions in step S7, the system determines, based on the
На этапе S8 проверяют, превышает ли средняя ошибка eAV+, определенная для тренировки части 15 тела с приложением сил регулирования ошибок на этапе S7, среднюю ошибку eAV-, определенную для тренировки части 15 тела без приложения сил регулирования ошибок. Максимальная прикладываемая сила fMAX, полученная для функции/профиля регулирования ошибок на этапе S6 (или fMAX, определенная на этапе S2, если этапы S3 и S4 пропущены), затем настраивается в соответствии с проверкой этапа S8. В частности, если на этапе S8 определяют, что средняя ошибка eAV+, полученная с приложением сил регулирования ошибки, больше, чем средняя ошибка eAV-, полученная без приложения сил регулирования ошибок, то на этапе S9 максимальная прикладываемая сила fMAX уменьшается в масштабе на заданный коэффициент масштабирования. Иначе, если на этапе S8 определяют, что средняя ошибка eAV+, полученная с приложением сил регулирования ошибки, меньше, чем средняя ошибка eAV-, полученная без приложения сил регулирования ошибок, то на этапе S10 максимальная прикладываемая сила fMAX увеличивается в масштабе на заданный коэффициент масштабирования.In step S8, it is checked whether the average error e AV+ determined for training the
Например, коэффициент уменьшения масштаба, используемый на этапе S9, обычно может находиться в диапазоне от 0,5 до 0,9, а коэффициент увеличения масштаба, используемый на этапе S10, обычно может находиться в диапазоне от 1,1 до 1,5. В качестве альтернативы, коэффициенты масштабирования могут быть определены или адаптированы в соответствии с записью 14d относящихся к человеку (пациенту) данных. Несмотря на то, что один и тот же коэффициент масштабирования может использоваться для уменьшения масштаба на этапе S9 и для увеличения масштаба на этапе S10, в возможных вариантах осуществления конкретный коэффициент уменьшения масштаба может быть установлен для этапа S9, а конкретный другой коэффициент увеличения масштаба может быть установлен для этапа S10.For example, the downscaling factor used in step S9 may typically be in the range of 0.5 to 0.9, and the upscaling factor used in step S10 may typically be in the range of 1.1 to 1.5. Alternatively, the scaling factors may be determined or adapted according to the human (patient)
Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, коэффициент масштабирования, используемый на этапах S9 и/или S10, определяется системами в соответствии с определенной средней ошибкой eAV+, полученной с приложением сил регулирования ошибок, и/или заранее определенной средней ошибкой eAV+, полученной с приложением силы регулирования ошибок, и/или средней ошибкой eAV-, полученной без приложения силы регулирования ошибки. Например, коэффициент масштабирования может быть определен на основе отношения между текущей средней ошибкой eAV+ (j) и предыдущей средней ошибкой eAV+ (j-1), полученных с приложением сил регулирования ошибок, или на основе отношения между текущей средней ошибкой eAV+ и средней ошибкой eAV-, полученных без приложения сил регулирования ошибок.Optionally, but in some embodiments preferably, the scaling factor used in steps S9 and/or S10 is determined by the systems in accordance with the determined average error e AV+ obtained by applying error control forces and/or the predetermined average error e AV+ obtained with the application of the error control force, and/or the average error e AV- obtained without the application of the error control force. For example, the scaling factor may be determined based on the ratio between the current average error e AV+ (j) and the previous average error e AV+ (j-1) obtained by applying error control forces, or based on the ratio between the current average error e AV+ and the average error e AV- obtained without the application of error control forces.
После того, как максимальная прикладываемая сила fMAX, определенная для функции/профиля регулирования ошибок, будет уменьшена в масштабе на этапе S9 или увеличена в масштабе на этапе S10, на этапах S11-S14 выполняется набор дополнительных тренировочных сеансов с приложением сил регулирования ошибок. В этих дополнительных тренировочных сеансах система определяет для каждого тренировочного сеанса, выполняемого на этапе S11, соответствующие ошибки/отклонения от ожидаемой результативности (в частности, на основе расстояний в трехмерном пространстве задействованной в упражнении части тела от требуемой траектории) и соответствующее новое измерение адаптационной реакции и/или новую среднюю ошибку eAV+ для тренировочных сеансов, проводимых с приложением определенных сил регулирования ошибок. После каждого дополнительного тренировочного сеанса на этапе S11 максимальная прикладываемая сила fMAX, определенная для функции/профиля регулирования ошибок, уменьшается в масштабе на этапе S12 на тот же коэффициент масштабирования, который использовался на этапе S9 и/или S10, или на другой коэффициент масштабирования, специально определенный для повторяющегося набора тренировочных сеансов, для постепенного уменьшения мешающих (и/или помогающих) сил, прикладываемых системой 10 во время упражнений.After the maximum applied force f MAX determined for the error control function/profile is scaled down in step S9 or upscaled in step S10, a set of additional error control force training sessions is performed in steps S11-S14. In these additional training sessions, the system determines, for each training session performed at step S11, the corresponding errors/deviations from the expected performance (in particular, based on the distances in three-dimensional space of the body part involved in the exercise from the required trajectory) and the corresponding new dimension of the adaptive response and /or a new average error e AV+ for training sessions conducted with the application of certain error control forces. After each additional training session in step S11, the maximum applied force f MAX determined for the error control function/profile is scaled down in step S12 by the same scaling factor as used in step S9 and/or S10, or by a different scaling factor, specifically defined for a repeated set of training sessions to progressively reduce the interfering (and/or assisting) forces applied by the
На этапе S13 затем проверяется, был ли достигнут приемлемый уровень прогресса посредством тренировочного сеанса на этапе S11. Например, но без ограничения, указанием на то, что приемлемый уровень прогресса был достигнут, может быть то, что новая средняя ошибка eAV+, определенная для тренировочных сеансов, проводимых на этапе S11 с приложением сил регулирования ошибок, меньше некоторого заданного процентного значения (α) средней ошибки eAV-, определенной для тренировочных сеансов без приложения сил регулирования ошибок. Заданное процентное значение (α), как правило, может быть коэффициентом масштабирования уровня прогресса в диапазоне от 0,15 до 0,45 или, опционально, в диапазоне от 0,2 до 0,4, или приблизительно 0,3.In step S13, it is then checked whether an acceptable level of progress has been achieved through the training session in step S11. For example, but not limited to, an indication that an acceptable level of progress has been achieved may be that the new average error e AV+ determined for the training sessions conducted in step S11 with error control forces applied is less than some predetermined percentage value (α ) the average error e AV- determined for training sessions without the application of error control forces. The predetermined percentage value (α) can typically be a progress level scaling factor in the range of 0.15 to 0.45, or optionally in the range of 0.2 to 0.4, or approximately 0.3.
Если на этапе S13 определено, что уровень прогресса, достигнутый пациентом в тренировочном сеансе на этапе S11, является неприемлемым, в частности, что новая средняя ошибка eAV+, определенная для тренировочных сеансов на этапе S11 с применением сил регулирования ошибок, меньше, чем заданное процентное значение средней ошибки α⋅eAV-, определенной для тренировочных сеансов без приложения сил регулирования ошибок, то на этапе S14 проверяют, превышает ли количество повторений тренировочных сеансов на этапе S11 некоторое заданное максимальное число (N, в частности, от 4 до 7) таких многократно выполняемых тренировочных сеансов. Если на этапе S14 определяют, что количество повторений тренировочных сеансов на этапе S11 превышает заданное максимальное число (N), на этапе S15 определяют некомпетентность пациента к лечению системой из-за неспособности пациента повысить результативность, т.е. неспособности достичь приемлемого уровня прогресса на протяжении заданного максимального числа (N) многократно выполняемых тренировочных сеансов S11 с постепенно уменьшающимися мешающими (и/или корректирующими) силами.If it is determined in step S13 that the level of progress achieved by the patient in the training session in step S11 is unacceptable, in particular that the new average error e AV+ determined for the training sessions in step S11 using error control forces is less than the predetermined percentage the value of the average error α⋅e AV- determined for the training sessions without the application of error control forces, then at step S14 it is checked whether the number of repetitions of the training sessions at step S11 exceeds some predetermined maximum number (N, in particular from 4 to 7) of such repeated training sessions. If it is determined in step S14 that the number of repetitions of the training sessions in step S11 exceeds the predetermined maximum number (N), in step S15 the patient is determined to be incompetent to be treated by the system due to the patient's inability to improve performance, i.e. failure to achieve an acceptable level of progress over a given maximum number (N) of repeated S11 training sessions with gradually decreasing interfering (and/or corrective) forces.
Наоборот, если на этапе S14 определяют, что количество повторений тренировочных сеансов на этапе S11 не превышает заданное максимальное число (N), то управление передается обратно на этап S11 для проведения дополнительных тренировочных сеансов с использованием максимальной прикладываемой силы fMAX, уменьшенной в масштабе на этапе S12, и для определения соответствующих новых ошибок/отклонений от ожидаемой результативности и/или соответствующей новой меры адаптационной реакции, и новой средней ошибки eAV+ для тренировочных сеансов этапа S11 с приложением сил регулирования ошибок.Conversely, if it is determined in step S14 that the number of repetitions of the training sessions in step S11 does not exceed a predetermined maximum number (N), then control is transferred back to step S11 to conduct additional training sessions using the maximum applied force f MAX scaled down in step S12, and to determine the corresponding new errors/deviations from the expected performance and/or the corresponding new measure of adaptive response, and the new average error e AV+ for the training sessions of step S11 with the application of error control forces.
Если на этапе S13 определяют, что уровень прогресса, достигнутый пациентом в тренировочном сеансе на этапе S11, является приемлемым, в частности, новая средняя ошибка eAV+, определенная для тренировочных сеансов на этапе S11 с приложением сил регулирования ошибок, меньше, чем заданное процентное значение (α) средней ошибки eAV-, определенной для тренировочных сеансов без приложения сил регулирования ошибок, то на этапе S16 параметры функции регулирования ошибок записываются (в частности, в запись 14d данных пациента) для проведения дополнительных тренировочных сеансов с приложением сил регулирования ошибок с использованием тех же параметров для запоминания пациентом прогресса, достигнутого в способе 30. Этапы S5-S16 могут быть повторены, если требуется, в любой подходящий момент времени, в частности, через несколько минут, часов, дней или недель, путем запуска способа на этапе S5 с использованием параметров регулирования ошибок, полученных для пациента в предыдущих тренировочных сеансах (s).If at step S13 it is determined that the level of progress achieved by the patient in the training session at step S11 is acceptable, in particular, the new average error e AV+ determined for the training sessions at step S11 with the application of error control forces is less than a predetermined percentage value (α) of the average error e AV- determined for training sessions without the application of error control forces, then in step S16 the parameters of the error control function are written (in particular to the
В возможных вариантах осуществления средняя ошибка eAV+/eAV-, определенная для пациента, тренирующегося с силами регулирования ошибок / без сил регулирования ошибок, определяется на основе измерений сил, прилагаемых задействованной в упражнении частью тела во время выполняемого сеанса упражнений. Например, силы, прикладываемые задействованной в упражнении частью тела, могут быть измерены с использованием датчиков нагрузки и/или датчиков давления, в частности, с использованием тензометрических датчиков, и/или измерений электрических токов одного или более электродвигателей (ml, m2,...), и/или непосредственно от тела проходящего лечение человека, с помощью одного или более электромиографов (ЭМГ), поверхностных ЭМГ и/или внутримышечных ЭМГ, сенсорных элементов. В таких возможных вариантах осуществления принятие решений на этапе S8 и/или S13, может быть сделано на основе сравнения средней ошибки eAV+, определенной для пациента, выполняющего упражнения, с силами регулирования ошибок, с максимальной прикладываемой силой (fMAX) или с ее частью, т.е. вместо средней ошибки eAV-, определенной для пациента, выполняющего упражнения без сил регулирования ошибок.In exemplary embodiments, the average error e AV+ /e AV- , determined for a patient exercising with/without error control forces, is determined based on measurements of forces applied by an exercised body part during an ongoing exercise session. For example, the forces applied by the body part involved in the exercise can be measured using load cells and/or pressure sensors, in particular using strain gauges, and/or measurements of electric currents of one or more electric motors (ml, m2,... ), and/or directly from the body of the person being treated, using one or more electromyographs (EMG), surface EMG and/or intramuscular EMG, sensor elements. In such possible embodiments, decision making at step S8 and/or S13 may be made based on a comparison of the average error e AV+ determined for the exerciser with the error control forces, with the maximum applied force (f MAX ) or part of it. , i.e. instead of the mean error e AV- determined for a patient performing exercises without error control forces.
На фиг. 4 показана функция/профиль 40 регулирования ошибок, применимая в возможных вариантах осуществления системы 10 двигательной терапии, и средства управления человеко-машинным интерфейсом (ЧМИ), применимые для настройки ее параметров. Функция 40 регулирования ошибок может начинаться с участка 41 нечувствительности к ошибкам, определяющего диапазон малых значений ошибки (свободный диапазон, в частности, между значениями ошибки порядка 0 и 0,01), для которых система 10 не прикладывает силы к задействованной в упражнении части 15 тела. Когда ошибки, определенные на основе данных (11m) измерения, больше ошибок в диапазоне ошибок, определенном участком 41 нечувствительности к ошибкам, и меньше ошибок, определенных переходным участком 43 нечувствительности к ошибкам функции 40 регулирования ошибок, участок 42 увеличения ошибок функции 40 регулирования ошибок может быть использован для определения сил усиления (т.е. мешающих сил) ошибок, подлежащих приложению системой 10 во время тренировочного сеанса (сеансов). После переходного участка 43 нечувствительности к ошибкам, участок 44 коррекции ошибок функции 40 регулирования ошибок может использоваться для определения сил коррекции ошибок, подлежащих приложению системой 10 во время тренировочного сеанса (сеансов).In FIG. 4 shows the error control function/
Участок 42 увеличения ошибок содержит переходный сегмент (в частности, между значениями ошибки 0,01 и 0,05), в котором силы регулирования ошибок, прикладываемые системой 10, постепенно увеличиваются в соответствии с увеличивающимися значениями ошибок. За переходным сегментом ошибок следует сегмент устойчивого приложения силы (в частности, между значениями ошибки от 0,05 до 0,15), в котором постоянная сила усиления ошибок (в частности, fMAX), прикладывается системой 10, за которым следует другой переходный сегмент (в частности, между значениями ошибки от 0,15 до 0,2), в котором силы увеличения ошибки, прикладываемые системой 10, постепенно уменьшаются в соответствии с увеличением значений ошибки.The
Соответственно, приложение системой 10 сил усиления ошибок может быть начато в функции 40 регулирования ошибок с использованием функции положительного линейного изменения для переходного сегмента, определенного между участком 41 нечувствительности и определенным конечным значением ошибки диапазона линейного увеличения (в частности, 0,05). В этом диапазоне ошибок силы увеличения ошибок, прикладываемые системой, монотонно увеличиваются относительно увеличения определенных значений ошибки, и наоборот, начиная с нулевой силы (0 [кг], т.е. сила не прикладывается), и заканчивая приложением постоянной силы усиления ошибок (в частности, 1,6 [кг], fMAX) для значений ошибки, превышающих конечное значение ошибки диапазона линейного увеличения. Для значений ошибок, превышающих заданное конечное значение ошибки диапазона линейного увеличения и меньших, чем заданное конечное значение ошибки постоянного уровня (0,15), функция 40 ошибок предусматривает постоянную силу увеличения ошибок (в частности, 1,6 [кг], fMAX). Для другого переходного сегмента, определенного между значениями ошибок, превышающих заданное конечное значение ошибки постоянного уровня и меньших заданного значение ошибки линейного уменьшения (0,2), функция 40 регулирования ошибок может использовать функцию отрицательного линейного изменения для монотонного уменьшения сил увеличения ошибок от постоянной силы усиления ошибок (в частности, 1,6 [кг]) до нулевой силы усиления ошибок (0 [кг]) относительно уменьшения определенных значений ошибок, и наоборот.Accordingly, the application of error amplification forces by
После участка 42 увеличения ошибок функции 40 регулирования ошибок следует переходный участок 43 нечувствительности к ошибкам, определенный между заданным значением ошибки линейного уменьшения (в частности, 0,2) и заданным значением ошибки нейтральной зоны (в частности, 0,21), и в которой система 10 не прикладывает силы регулирования ошибок (0 [кг]).After the
Участок 44 коррекции ошибок функции 40 регулирования ошибок может начинаться на переходном сегменте с использованием другой функции отрицательного линейного изменения, определенной для значений ошибок, больших, чем заданное значение ошибки нейтральной зоны (в частности, 0,21), и меньших, чем заданное конечное значение ошибки отрицательного наклона, Neg. Slope (например, 0,25), в которой абсолютные значения прикладываемых сил коррекции ошибок постепенно увеличиваются относительно увеличения определенных значений ошибок, и наоборот, в направлении, противоположном силам увеличения ошибок, приложенным на участке 42 увеличения ошибок, т.е. силы коррекции ошибок, прикладываемые системой, фактически монотонно уменьшаются от нулевой силы (0 [кг]) к приложению определенной постоянной (отрицательной) силы коррекции ошибок, Neg. Force (в частности, -1,5 [кг]). В этом неограничивающем примере функция 40 регулирования ошибок создает такую же постоянную силу коррекции ошибок для значений ошибок, превышающих заданное конечное значение ошибки отрицательного наклона Neg. Slope.The
Как показано в качестве примера на фиг. 4, параметры функции 40 регулирования ошибок (т.е. свободный диапазон, конечное значение ошибки линейного изменения, конечный сегмент ошибки постоянного уровня, значение ошибки линейного уменьшения, значение ошибки нейтральной зоны, значение ошибки зоны отрицательного наклона и вспомогательная отрицательная сила) могут быть заданы пользователем/практикующим врачом с использованием элементов управления текстового поля 45 ввода и/или ползунка 44, предусматриваемых ЧМИ 13h. Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, один или более из этих параметров функции 40 регулирования ошибок определяются системой 13 управления на основе информации, полученной из записи 14d данных пациента, и/или средних значений ошибок (eAV- или eAV+), определяемый системой во время способа 30 лечения на фиг. 3.As shown by way of example in FIG. 4, the parameters of the error control function 40 (i.e., free range, end ramp error value, constant level error end segment, ramp down error value, neutral zone error value, negative slope zone error value, and auxiliary negative force) can be set. by the user/practitioner using the
На фиг. 5 для примера показаны функция 50 управления, применимая для адаптации сил функции/профиля регулирования ошибок в соответствии с прогрессом движения, и элементы управления ЧМИ, применимые для настройки ее параметров. Функция 50 управления сконфигурирована для постепенного ослабления сил регулирования ошибок функции/профиля регулирования ошибок, используемых системой 10 во время тренировочного сеанса, в соответствии с прогрессом движений, выполняемых задействованной в упражнении частью 15 тела, в частности, достижений движений тела. Использование таких функций 50 управления может потребоваться из-за возрастания усилий, которые может испытывать проходящий лечение человек при определенных движениях, которые распространяются дистально от тела проходящего лечение человека. Например, если максимальная прикладываемая сила fMAX 1,6 [кг] определена для использования с определенной функцией/профилем регулирования ошибок, для определенных упражнений, функция 50 управления может использоваться для уменьшения прикладываемой силы увеличения ошибок до 1,4 [кг] для относительного прогресса 0,33, дополнительного уменьшения прикладываемой силы увеличения ошибок до 1,3 [кг] для относительного прогресса 0,67 (что соответствует тренировке с еще большим прогрессом движения тела) и дополнительного уменьшения прикладываемой силы увеличения ошибок до 1,2 [кг] в конце движения, т.е. для относительного прогресса 1.In FIG. 5 shows, by way of example, a
Система 13 управления может быть выполнена с возможностью определения любой подходящей монотонно уменьшающейся функции для функции 50 управления. Например, элементы управления ЧМИ (в частности, текстовые поля 44 и/или ползунки 45) могут использоваться для определения требуемых регулирующих сил, подлежащих применению в различных точках вдоль оси прогресса, а система 13 управления может быть выполнена с возможностью определения соответствующей функции 50 управления на основании заданных сил и точек прогресса, в частности, путем интерполяции или подбора функций. В неограничивающем примере на фиг. 5 элементы управления ЧМИ используются для определения функции 50 управления для начальной силы увеличения ошибок, определенной параметром Start Limit (в частности, 1,6 [кг], fMAX), то есть прикладываемой при нулевом (0) относительном прогрессе движения, первой промежуточной силы увеличения ошибок, Mid1 Limit (в частности, 1,4 [кг]) для относительного прогресса движения Mid1 Point (в частности, 0,33), второй промежуточной силы увеличения ошибок, Mid2 Limit (в частности, 1,4 [кг]) для относительного прогресса движения Mid2 Point (в частности, 0,33) и конечной силы увеличения ошибок (в частности, 1,2 [кг]) для конца выполняемого движения (для которого прогресс относительного движения равен 1).The
Функцию управления, такую как функция 50 управления на фиг. 5, можно аналогичным образом использовать для адаптации участка 44 коррекции ошибок функции/профиля регулирования ошибок в соответствии с прогрессом движения, как проиллюстрировано для примера на фиг. 6.A control function, such as
На фиг. 6 графически показана схема 60 управления силами, в частности, с использованием функции 50 управления для настройки сил 61 регулирования ошибок, прикладываемых системой 10. Как видно, величины сил 61 регулирования ошибок, прикладываемых системой (10), постепенно уменьшаются с помощью функции управления по мере прогресса выполняемого движения к движениям дальше от (дистальнее от) тела пациента, в точках 62, 63,In FIG. 6 graphically shows the
На фиг. 7 схематично проиллюстрирована система 70 двигательной терапии согласно некоторым возможным вариантам осуществления. В этом конкретном и неограничивающем примере система 70 двигательной терапии содержит портативную и стабилизируемую тренировочную станцию 73, имеющую роботизированную руку 77, оборудованную (карданным) шарнирным манипулятором 71 на ее свободном конце. Тренировочная станция 73 может дополнительно содержать устройство 72 отображения (в частности, электроннолучевую трубку - экран ЭЛТ, жидкокристаллический дисплей - ЖК-дисплей, светодиодный (LED) дисплей или т.п.) и систему 13 управления. Шарнирный манипулятор 71 представляет собой манипулятор в целом сферической формы, имеющий внутреннюю рукоятку/устройство 71h ручного захвата, доступ к которому осуществляется через переднее отверстие 71n манипулятора 71. Во время работы проходящий лечение человек (не показан) вставляет одну руку в шарнирный манипулятор 71, захватывает устройство 71h ручного захвата и маневрирует манипулятором 71 в трехмерном пространстве, тем самым формируя траектории, предназначенные для выполнения определенных заданий и/или упражнений, предназначенных для тренировки мышц и/или центральной нервной системы, и/или для улучшения выполнения повседневных задач, в частности, человека с нарушением двигательной функции.In FIG. 7 schematically illustrates a
Устройство 72 отображения может быть частью ЧМИ 13h, но в возможных вариантах осуществления оно в основном используется системой 13 управления для отображения заданий, которые ставятся перед проходящим лечение человеком, и/или инструкций, подлежащих выполнению с использованием шарнирного манипулятора 71, и/или прогресса в выполнении заданий во время выполняемых таким образом упражнений. Например, во время тренировочного сеанса проходящему лечение человеку можно дать инструкцию использовать одну руку для манипулирования шарнирным манипулятором 71, а состояние и/или местоположение руки проходящего лечение человека в виртуальной среде могут быть представлены вместе с другими виртуальными объектами в устройстве отображения с помощью иконки/аватара/изображения «imoji» в соответствии с данными измерений, полученными от различных сенсорных устройств системы 70.The
Здесь роботизированная рука 77 содержит первый и второй поворотные рычаги, а1 и а2, шарнирно соединенные друг с другом. Первый поворотный рычаг а1 может быть шарнирно прикреплен к тренировочной станции 73 для вращательного движения относительно его продольной/вертикальной оси 70х, а второй поворотный рычаг а2 может быть шарнирно прикреплен к первому поворотному рычагу а1 для вращательного движения относительно его продольной оси 70u. В некоторых вариантах осуществления поворотные рычаги а1, а2 поворачиваются с помощью шарниров, сконфигурированных для предоставления роботизированной руке 77 трех степеней свободы (СС) для манипулирования свободным концом роботизированной руки 77 в направлениях вверх-вниз, влево-вправо и вперед-назад. В некоторых вариантах осуществления шарнирный манипулятор 71 сконфигурирован так, чтобы обеспечивать возможность дополнительных СС, таких как наклон, поворот относительно вертикальной оси и поворот относительно продольной оси.Here, the
Как лучше видно на фиг. 8, первый поворотный рычаг а1 выполнен с возможностью углового движения g1 относительно продольной/вертикальной оси 70х тренировочной станции 73, тем самым обеспечивая СС вперед-назад (вдоль/параллельно оси «х») свободного конца роботизированной руки 77. Первый поворотный рычаг а1 может быть дополнительно выполнен с возможностью вращательного движения g2 вокруг продольной/вертикальной оси 70х тренировочной станции 73, тем самым обеспечивая СС влево-вправо (вдоль/параллельно оси «у») свободного конца роботизированной руки 77. Второй поворотный рычаг а2 может быть соединен с первым поворотным рычагом а1 поворотным шарниром 92j для его вращательного движения g3 относительно продольной оси 70u первого поворотного рычага а1, тем самым обеспечивая СС вверх-вниз (вдоль/параллельно ось «у») свободного конца роботизированной руки 77.As best seen in FIG. 8, the first swing arm a1 is configured to move angularly g1 about the longitudinal/
Как также видно на фиг. 8, шарнирный манипулятор 71 выполнен с возможностью обеспечения одной или более дополнительных СС свободного конца роботизированной руки 77. Например, шарнирный манипулятор 71 может быть сконфигурирован для предоставления свободному концу роботизированной руки 77 СС наклона/вращательного движения g4 (относительной оси «у») и/или СС поворота относительно вертикальной оси/вращательного движения g5 (относительно оси «z»), и/или СС поворота относительно продольной оси/вращательного движения g6 (относительно оси «х»). Таким образом, система 70 двигательной терапии может быть сконфигурирована так, чтобы обеспечивать возможность движения с шестью СС в трехмерном пространстве.As also seen in FIG. 8, the articulated
Чтобы облегчить выполнение упражнений людьми, у которых поднимающие/опускающие мышцы повреждены и/или ослаблены, в некоторых вариантах осуществления шарнирный манипулятор 71 снабжен опорным лотком 71р, выполненным с возможностью поддержки медиальной стороны ладони (т.е. мышц гипотенара) проходящего лечение человека. Поддерживающий лоток 71р имеет достаточную площадь поверхности, позволяющую проходящему лечение человеку удобно расположить ладонь на нем и легко положить пальцы на устройстве 71h ручного захвата для обеспечения надежного захвата. Поддерживающий лоток 71р предназначен для поддержки ладони и запястья проходящего лечение человека без ограничения движений лучезапястного сустава, чтобы тем самым обеспечить возможность проходящим лечение людям с поврежденными/ослабленными мышцами, отвечающими за подъем/опускание руки, поддерживать устойчивый постоянный захват устройства 71h ручного захвата, и тренировать свои поврежденные/ослабленные мышцы, отвечающие за подъем/опускание руки, без потери захвата рукой устройства 71h ручного захвата.To facilitate exercise by individuals whose levator/lower muscles are damaged and/or weakened, in some embodiments, the articulated
В этом конкретном и неограничивающем примере поддерживающий лоток 71р жестко прикреплен к устройству 71h ручного захвата с образованием узла 71s поддержки руки, механически соединенного с датчиком 71f силы/нагрузки для измерения сил, действующих/возникающих между кистью/рукой проходящего лечение человека и роботизированной рукой. Например, датчик 71f силы/нагрузки может быть жестко прикреплен одной (установочной) частью к внутреннему поворотному кольцу 71r шарнирного манипулятора 71, которое отвечает за СС поворота относительно продольной оси роботизированной руки 71, а узел 71s поддержки руки может быть жестко прикреплен к другой/чувствительной части датчика 71f силы/нагрузки. Таким образом, силы, действующие/возникающие между проходящим лечение человеком (который прикреплен/взаимодействует с поддерживающим лотком 71р и/или устройством 71h ручного захвата), и роботизированной рукой, могут быть немедленно и в тот же момент измерены. В некоторых вариантах осуществления датчик 71f силы/нагрузки представляет собой преобразователь силы/крутящего момента многоосевого типа, такой как, но не ограничиваясь этим, 6-осевой датчик силы/крутящего момента nаnо 25, производимый ATI.In this specific and non-limiting example, the
В некоторых вариантах осуществления устройство 71h ручного захвата представляет собой в целом цилиндрический элемент, проходящий вертикально (до манипулирования проходящим лечение человеком) внутри шарнирного манипулятора 71. Устройство 71h ручного захвата содержит в некоторых вариантах осуществления устройство 71s определения силы захвата, выполненное с возможностью генерирования сигналов/данных, характеризующих силу захвата ладонью и пальцами проходящего лечение человека устройства 71h ручного захвата. Устройство 71s определения силы захвата может использоваться для реализации иммобилизирующего устройства для системы 70 двигательной терапии. Система 13 управления может быть соответствующим образом выполнена с возможностью проводить некоторые (или все) проводимые сеансы лечения в соответствие с полученными сигналами/данными от устройства 71s определения силы захвата, характеризующими крепкий/сильный захват ладонью и пальцами проходящего лечение человека устройства ручного захвата 71h. Система 13 управления может быть дополнительно выполнена с возможностью прерывать/останавливать проводимые сеансы лечения всякий раз, когда сигналы/данные от устройства 71s обнаружения захвата определения силы захвата указывают, что захват ладонью и пальцами проходящего лечение человека устройства 71h ручного захвата становится слишком свободным и/или слабым, в частности, для безопасности проходящего лечение субъекта, предотвращения травм и/или просто для того, чтобы проинструктировать проходящего лечение человека улучшить силу захвата устройства 71h ручного захвата.In some embodiments, the
На фиг. 9 показаны различные компоненты системы 70 двигательной терапии согласно некоторым возможным вариантам осуществления. В этом конкретном и неограничивающем примере система 77 роботизированной руки соединена с поворотной платформой 90, выполненной с возможностью поворота по оси 90а исполнительного механизма (в частности, электродвигателя и опциональных средств передачи энергии) 90m. Устройство 90s определения углового движения используется в некоторых вариантах осуществления для измерения поворотного движения g2 поворотной платформы 90 и/или оси 90а системы 77 роботизированной руки вследствие сил, прилагаемых рукой проходящего лечение человека и/или исполнительным механизмом 90m, и для генерирования соответствующих сигналов/данных i2, характеризующих это. Система 13 управления может быть выполнена с возможностью приема и обработки сигналов/данных i2, генерируемых устройством 90s определения углового движения, и генерирования ответных управляющих сигналов с2 для приведения в действие исполнительного механизма 90m, для приложения сил регулирования ошибок с целью корректировки или увеличения ошибок проходящего лечение человека во время проводимых сеансов лечения. Следует отметить, что в возможных вариантах осуществления система 77 роботизированной руки может быть непосредственно соединена с осью 90а исполнительного механизма 90m, т.е. без поворотной платформы 90.In FIG. 9 shows various components of a
Поворотный рычаг а1 может быть соединен с поворотной платформой 90 (или осью 90а) через шарнир 91j поворотного движения, сконфигурированный для обеспечения возможности поворотного движения g1 поворотного рычага а1 относительно продольной/вертикальной оси 70х системы 70 двигательной терапии. Исполнительный механизм (в частности, электродвигатель и опциональные средства передачи энергии) 91m используется в некоторых вариантах осуществления для поворота поворотного рычага а1 относительно продольной/вертикальной оси 70х. Устройство 91s определения углового движения может использоваться для измерения вращательного движения g1 поворотного рычага а1 системы 77 роботизированной руки вследствие сил, прилагаемых рукой проходящего лечение человека и/или исполнительным механизмом 91m, и для генерирования соответствующих сигналов/данных i1, характеризующих это. Система 13 управления может быть выполнена с возможностью приема и обработки сигналов/данных i1, генерируемых устройством 91s определения углового движения, и генерирования ответных управляющих сигналов с1 для приведения в действие исполнительного механизма 91m, для приложения сил регулирования ошибок с целью корректировки или увеличения ошибок проходящего лечение человека во время проводимых сеансов лечения.The pivot arm a1 may be connected to the pivot platform 90 (or
Поворотный рычаг а2 может быть соединен с поворотным рычагом а1 через шарнир 92j поворотного движения, сконфигурированный для обеспечения возможности поворотного движения g3 поворотного рычага а2 относительно продольной оси 70и поворотного рычага а1. Исполнительный механизм (в частности, электродвигатель и опциональные средства передачи энергии) 92m используется в некоторых вариантах осуществления для поворота поворотного рычага а2 относительно продольной оси 70u поворотного рычага а1. Устройство 92s определения углового движения может использоваться для измерения вращательного движения g3 поворотного рычага а2 системы 77 роботизированной руки вследствие сил, прилагаемых рукой проходящего лечение человека и/или исполнительным механизмом 92m, и для генерирования соответствующих сигналов/данных i3, характеризующих это. Система 13 управления может быть выполнена с возможностью приема и обработки сигналов/данных i3, генерируемых устройством 92s определения углового движения, и генерирования ответных управляющих сигналов с3 для приведения в действие исполнительного механизма 92m, для приложения сил регулирования ошибок с целью корректировки или увеличения ошибок проходящего лечение человека во время проводимых сеансов лечения.The pivot arm a2 may be connected to the pivot arm a1 via a
Опционально, но в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, шарнирный манипулятор 71 жестко прикреплен к свободному концу поворотного рычага а2. Как показано для примера на фиг. 9, датчик 71f силы/нагрузки используется в некоторых вариантах осуществления для соединения/прикрепления устройства 71h ручного захвата и опорного лотка 71р, т.е. узла 71s поддержки руки, к шарнирному манипулятору 71, в частности, датчик 71f силы/нагрузки жестко прикреплен к внутреннему поворотному кольцу 71r шарнирного манипулятора 71 с помощью его фиксирующей/стабилизирующей части и прикреплен к узлу 71s поддержки руки с помощью его чувствительной части преобразователя.Optionally, but in some embodiments preferably, the articulated
Датчик 71f силы/нагрузки может быть многоосевым сенсорным устройством, выполненным с возможностью измерения сил, действующих/возникающих между задействованной в упражнении частью тела (например, рукой и/или кистью) проходящего лечение человека и роботизированной рукой и/или узлом 71s поддержки руки (в частности, опорным лотком 71f и/или устройством 71h ручного захвата) во всех направлениях, связанных с наклоном g4, и/или поворотом g5 относительно вертикальной оси, и/или поворотом g6 относительно продольной оси и генерирования сигналов/данных i4, характеризующих это. Система 13 управления может быть выполнена с возможностью приема и обработки сигналов/данных i3, генерируемых датчиком 71f силы/нагрузки, и генерирования ответных управляющих сигналов с1, и/или с2, и/или с3 для приведения соответствующим образом в действие исполнительных механизмов 90m, и/или 91m, и/или 92m, для приложения сил регулирования ошибок с целью корректировки или увеличения ошибок проходящего лечение человека во время проводимых сеансов лечения.The force/
Как также видно на фиг. 9, в некоторых вариантах осуществления система 13 управления сконфигурирована для реализации иммобилизирующего модуля 13w для выборочной блокировки и разблокировки работы системы 70 в соответствии с сигналами/данными i5, генерируемыми устройством 71s определения силы захвата. Например, но без ограничения, иммобилизирующий модуль 13w может быть выполнен с возможностью блокировки работы модуля 23 управления приводами всякий раз, когда сигналы/данные от устройства 71s определения силы захвата указывают на свободный/слабый захват ладонью и пальцами проходящего лечение субъекта внутренней рукоятки/устройства 71h ручного захвата шарнирного манипулятора 71.As also seen in FIG. 9, in some embodiments, the
Опционально, и в некоторых вариантах осуществления предпочтительно, система 13 управления содержит модуль 13z нулевой гравитации, выполненный с возможностью управления работой модуля 23 управления драйверами для непрерывного генерирования управляющих сигналов с1, и/или с2, и/или с3, для поддержания свободного конца системы роботизированной руки на одной и той же высоте, в частности, в соответствии с сигналами/данными i1, и/или i2, и/или i3, генерируемыми датчиками 90s, и/или 91s, и/или 92s, соответственно. В режиме нулевой гравитации свободный конец системы 77 роботизированной руки, взаимодействующий с ладонью и пальцами проходящего лечение человека, постоянно поддерживается в плавающем состоянии вследствие сил противодействия гравитации, прикладываемых различными исполнительными механизмами системы, т.е. исполнительные механизмы непрерывно прилагают подъемные силы, сконфигурированные для компенсации веса руки и кисти проходящего лечение человека. Блок 13h ЧМИ может быть соответствующим образом адаптирован, чтобы позволить оператору системы 70 выборочно включать или выключать модуль 13z нулевой гравитации, в частности, чтобы облегчить использование системы 70 людьми, имеющими поврежденные/ослабленные мышцы, отвечающие за подъем/опускание.Optionally, and in some embodiments preferably, the
Следует понимать, что на протяжении всего описания, где показан или раскрыт процесс или способ, этапы способа могут выполняться в любом порядке или одновременно, если только из контекста явно не следует, что один этап зависит от того другого этапа, выполняемого первым.It should be understood that throughout the description, where a process or method is shown or disclosed, the steps of the method may be performed in any order or simultaneously, unless it is clear from the context that one step is dependent on that other step being performed first.
Как раскрыто выше и показано на соответствующих фигурах, настоящее изобретение обеспечивает методы регулирования ошибок, применимые для терапии нарушений двигательной функции, и связанные с ними способы. Хотя были описаны конкретные варианты осуществления изобретения, следует понимать, однако, что изобретение не ограничивается ими, поскольку специалисты в данной области техники могут вносить модификации, в частности, в свете вышеизложенных идей. Как будет понятно специалисту, изобретение может быть реализовано множеством способов с использованием более чем одного метода из раскрытых выше, без отклонения от объема формулы изобретения.As disclosed above and shown in the corresponding figures, the present invention provides error control methods applicable to the therapy of motor dysfunctions and related methods. While specific embodiments of the invention have been described, it should be understood, however, that the invention is not limited thereto, as modifications may be made by those skilled in the art, particularly in light of the above teachings. As the skilled person will appreciate, the invention may be practiced in a variety of ways using more than one of the methods disclosed above without departing from the scope of the claims.
Claims (68)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/IL2022/050747 WO2023286055A1 (en) | 2021-07-12 | 2022-07-11 | Motor function rehabilitation system and method |
EP22748487.0A EP4370217A1 (en) | 2021-07-12 | 2022-07-11 | Motor function rehabilitation system and method |
IL309508A IL309508A (en) | 2021-07-12 | 2022-07-11 | Motor function rehabilitation system and method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776339C1 true RU2776339C1 (en) | 2022-07-19 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3132784A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-02-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Gait state determination apparatus and walking training apparatus |
CN109475460A (en) * | 2016-06-29 | 2019-03-15 | 技术研究与创新基金会 | Mancarried device for upper limb healing |
JP2019092928A (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | Rehabilitation support apparatus, control method, and control program |
RU198472U1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-07-13 | Олег Анатольевич Коцур | Pressing device for therapeutic gymnastics |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3132784A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-02-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Gait state determination apparatus and walking training apparatus |
CN109475460A (en) * | 2016-06-29 | 2019-03-15 | 技术研究与创新基金会 | Mancarried device for upper limb healing |
JP2019092928A (en) * | 2017-11-24 | 2019-06-20 | トヨタ自動車株式会社 | Rehabilitation support apparatus, control method, and control program |
RU198472U1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-07-13 | Олег Анатольевич Коцур | Pressing device for therapeutic gymnastics |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wolbrecht et al. | Optimizing compliant, model-based robotic assistance to promote neurorehabilitation | |
US11929173B2 (en) | Learning apparatus, rehabilitation support system, method, program, and trained model | |
JP6734944B2 (en) | Computerized exercise equipment | |
US8359123B2 (en) | Robotic system and training method for rehabilitation using EMG signals to provide mechanical help | |
JP4695605B2 (en) | Neuromuscular stimulation | |
Krebs et al. | Robot-aided neurorehabilitation | |
Balasubramanian et al. | RUPERT: An exoskeleton robot for assisting rehabilitation of arm functions | |
Luo et al. | A greedy assist-as-needed controller for upper limb rehabilitation | |
Jarrassé et al. | A methodology to quantify alterations in human upper limb movement during co-manipulation with an exoskeleton | |
Rao et al. | Evaluation of an isometric and a position joystick in a target acquisition task for individuals with cerebral palsy | |
Colombo et al. | Measuring changes of movement dynamics during robot-aided neurorehabilitation of stroke patients | |
Guidali et al. | Online learning and adaptation of patient support during ADL training | |
Simonetti et al. | Multimodal adaptive interfaces for 3D robot-mediated upper limb neuro-rehabilitation: An overview of bio-cooperative systems | |
CN105640733A (en) | Upper limb rehabilitation robot and control method thereof | |
JP5898134B2 (en) | Rehabilitation device, control method and control program | |
Guidali et al. | Estimating the patient's contribution during robot-assisted therapy | |
Wu et al. | Adaptive cooperative control of a soft elbow rehabilitation exoskeleton based on improved joint torque estimation | |
Lioulemes et al. | MAGNI dynamics: A vision-based kinematic and dynamic upper-limb model for intelligent robotic rehabilitation | |
Lin et al. | NTUH-II robot arm with dynamic torque gain adjustment method for frozen shoulder rehabilitation | |
RU2776339C1 (en) | Motor function rehabilitation system and method | |
Dyck | Measuring the dynamic impedance of the human arm | |
Liu et al. | Interactive torque controller with electromyography intention prediction implemented on exoskeleton robot NTUH-II | |
Israely et al. | Improvement in hand trajectory of reaching movements by error-augmentation | |
Jutinico et al. | Markovian robust compliance control based on electromyographic signals | |
EP4370217A1 (en) | Motor function rehabilitation system and method |