本申請(qǐng)要求新加坡專利申請(qǐng)10201404337Y的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

以下公開了使用觸覺裝置和腦計(jì)算機(jī)接口(BCI)用于康復(fù)目的的方法和系統(tǒng)。特別地，涉及康復(fù)中風(fēng)患者。

背景技術(shù)：

具有腦-計(jì)算機(jī)接口(BCI)系統(tǒng)的觸覺旋鈕(haptic knob)在康復(fù)過程中幫助手臂或手癱瘓的中風(fēng)患者。BCI系統(tǒng)使用基于腦電圖(EEG)的運(yùn)動(dòng)想象(motor imagery)來檢測(cè)控制馬達(dá)運(yùn)動(dòng)的患者的思維能力，而觸覺旋鈕用作觸覺輔助裝置，其以高強(qiáng)度重復(fù)專門訓(xùn)練癱瘓的手的張開/握緊。

在開始康復(fù)之前，觸覺旋鈕的技術(shù)性細(xì)節(jié)通常由治療師校準(zhǔn)。這是重要的步驟，原因是當(dāng)康復(fù)受中風(fēng)影響或癱瘓的手時(shí)這確定觸覺旋鈕的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)范圍。治療師一般通過手動(dòng)移動(dòng)患者的受中風(fēng)影響的手開始來評(píng)估患者能夠執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)的范圍?；谠摼毩?xí)的結(jié)果，并且應(yīng)用他/她的經(jīng)驗(yàn)，治療師然后將值輸入計(jì)算機(jī)中以配置觸覺旋鈕。

這樣的缺點(diǎn)是校準(zhǔn)過程基本上是手動(dòng)的，校準(zhǔn)的精度主要根據(jù)治療師的經(jīng)驗(yàn)豐富程度來確定。此外，容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，原因是治療師將必須基本上將練習(xí)的結(jié)果轉(zhuǎn)換為校準(zhǔn)值。觸覺旋鈕的任何錯(cuò)誤校準(zhǔn)將具有非常不利的結(jié)果。校準(zhǔn)不足的觸覺旋鈕將導(dǎo)致康復(fù)練習(xí)在很大程度上無效，原因是在康復(fù)練習(xí)期間患者的受中風(fēng)影響的手的運(yùn)動(dòng)范圍將受壓不足或負(fù)重不足，并且因此對(duì)患者的能力障礙幾乎沒有改善。在另一方面，過度校準(zhǔn)的觸覺旋鈕將導(dǎo)致患者部分上的劇烈疼痛，原因是他的受中風(fēng)影響的手會(huì)受壓過度或過度負(fù)重。

因此，需要一種能夠更有效地和更精確地校準(zhǔn)觸覺旋鈕的運(yùn)動(dòng)范圍的方法和系統(tǒng)。

當(dāng)前觸覺旋鈕-BCI系統(tǒng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是，觸覺旋鈕施加以幫助患者在康復(fù)練習(xí)期間移動(dòng)受中風(fēng)影響的手的助力不考慮患者的實(shí)際手部力量，也不考慮患者的運(yùn)動(dòng)想象得分。換句話說，由觸覺旋鈕施加的助力不能識(shí)別患者的手部力量或運(yùn)動(dòng)想象能力，這意味著助力不適合于患者的實(shí)際能力。此外，當(dāng)由患者使用的手部力量過大時(shí)，本領(lǐng)域中的當(dāng)前觸覺旋鈕不提供阻力來限制受中風(fēng)影響的手的運(yùn)動(dòng)以激起來自患者的更大努力。

因此，需要一種能夠施加助力的觸覺旋鈕，所述助力考慮患者的手部力量和運(yùn)動(dòng)想象能力，并且該觸覺旋鈕還能夠在康復(fù)練習(xí)期間提供阻力。

此外，從結(jié)合附圖和本公開的背景技術(shù)進(jìn)行的后續(xù)詳細(xì)描述和附帶的權(quán)利要求，其它有利的特征和特性將變得顯而易見。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了一種用于校準(zhǔn)和執(zhí)行中風(fēng)患者的受中風(fēng)影響的肢體的康復(fù)練習(xí)的方法，所述中風(fēng)患者具有健全肢體。所述方法包括以下步驟：提供觸覺裝置以便所述健全肢體進(jìn)行操縱；用接口提供自動(dòng)的視覺/聽覺指令以引導(dǎo)所述中風(fēng)患者使用所述健全肢體操縱所述觸覺裝置以執(zhí)行至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作；以及確定所述觸覺裝置的第一位置，所述第一位置是在完成所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作中由所述健全肢體操縱所述觸覺裝置產(chǎn)生的。所述方法還包括以下步驟：提供所述觸覺裝置以便所述受中風(fēng)影響的肢體進(jìn)行操縱；用所述接口提供自動(dòng)的視覺/聽覺指令以引導(dǎo)所述中風(fēng)患者使用所述受中風(fēng)影響的肢體操縱所述觸覺裝置以執(zhí)行所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作；以及確定所述觸覺裝置的第二位置，所述第二位置是在完成所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作中由所述受中風(fēng)影響的肢體操縱所述觸覺裝置產(chǎn)生的。所述方法還包括以下步驟：將與所述受中風(fēng)影響的肢體聯(lián)接的所述觸覺裝置從所述第二位置朝著所述第一位置移動(dòng)，直到檢測(cè)到從所述受中風(fēng)影響的肢體發(fā)出的預(yù)定反力，使用所述觸覺裝置指示所述受中風(fēng)影響的肢體的極限位置；以及用所述極限位置校準(zhǔn)所述觸覺裝置，使得在所述受中風(fēng)影響的肢體的康復(fù)練習(xí)期間，防止所述觸覺裝置移動(dòng)超過所述極限位置。

優(yōu)選地，所述康復(fù)練習(xí)具有與所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作相同的運(yùn)動(dòng)順序。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作是以下動(dòng)作中的任何一種或任何組合：手指屈曲，手指伸展，前臂旋前和前臂旋后。

優(yōu)選地，所述方法還包括以下步驟：當(dāng)所述觸覺裝置靜止時(shí)用所述接口提供自動(dòng)的視覺/聽覺指令以引導(dǎo)所述中風(fēng)患者使用所述健全肢體施加最大力量；以及通過測(cè)量由所述健全肢體施加的最大力量確定所述健全肢體的最大肢體力量。

優(yōu)選地，所述預(yù)定反力大于所述健全肢體的最大肢體力量的四分之一。

優(yōu)選地，所述方法還包括以下步驟：通過測(cè)量在所述受中風(fēng)影響的肢體的康復(fù)練習(xí)期間保持相同的伺服馬達(dá)位置所需的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)電流來確定所述受中風(fēng)影響的肢體的肢體力量。

優(yōu)選地，所述方法還包括以下步驟：使用腦計(jì)算機(jī)接口(BCI)系統(tǒng)從所述中風(fēng)患者的腦獲得腦電圖(EEG)數(shù)據(jù)，并且從所述EEG數(shù)據(jù)確定所述中風(fēng)患者的運(yùn)動(dòng)想象得分。

優(yōu)選地，所述方法還包括以下步驟：通過用所述觸覺裝置施加力來執(zhí)行所述受中風(fēng)影響的肢體的康復(fù)練習(xí)。

優(yōu)選地，由所述觸覺裝置施加的力是所述中風(fēng)患者的運(yùn)動(dòng)想象得分、所述受中風(fēng)影響的肢體的肢體力量和所述健全肢體的最大肢體力量的函數(shù)。

優(yōu)選地，由所述觸覺裝置施加的力由以下方程表示：

其中α是由所述觸覺裝置施加的力，h是所述受中風(fēng)影響的肢體的肢體力量，h_max是所述健全肢體的最大肢體力量，m是所述中風(fēng)患者的運(yùn)動(dòng)想象得分，并且m_max是最大運(yùn)動(dòng)想象得分。

優(yōu)選地，取決于所述受中風(fēng)影響的肢體的肢體力量，由所述觸覺裝置施加的力是助力或阻力。

優(yōu)選地，所述方法還包括以下步驟：使用所述EEG數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間譜依賴性腦指數(shù)(TSBI)，并且然后在曲線圖中對(duì)所述TSBI相對(duì)于Fugi-Meyer得分提高進(jìn)行繪制以預(yù)測(cè)中風(fēng)康復(fù)的進(jìn)展。

優(yōu)選地，使用以下方程計(jì)算TSBI：

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于校準(zhǔn)和執(zhí)行中風(fēng)患者的受中風(fēng)影響的肢體的康復(fù)練習(xí)的系統(tǒng)，所述中風(fēng)患者具有健全肢體。所述系統(tǒng)包括觸覺裝置，接口，至少一個(gè)傳感器和處理器。其中所述觸覺裝置能夠響應(yīng)于由所述接口提供以引導(dǎo)所述中風(fēng)患者使用所述健全肢體操縱所述觸覺裝置來執(zhí)行至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作的自動(dòng)的視覺/聽覺指令而由所述健全肢體操縱，其中所述至少一個(gè)傳感器配置成確定所述觸覺裝置的第一位置，所述第一位置是在完成所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作中由所述健全肢體操縱所述觸覺裝置產(chǎn)生的。其中所述觸覺裝置還能夠響應(yīng)于由所述接口提供以引導(dǎo)所述中風(fēng)患者使用所述受中風(fēng)影響的肢體操縱所述觸覺裝置來執(zhí)行所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作的自動(dòng)的視覺/聽覺指令而由所述受中風(fēng)影響的肢體操縱；其中所述至少一個(gè)傳感器配置成確定所述觸覺裝置的第二位置，所述第二位置是在完成所述至少一個(gè)校準(zhǔn)動(dòng)作中由所述受中風(fēng)影響的肢體操縱所述觸覺裝置產(chǎn)生的。其中所述觸覺裝置還能夠與所述受中風(fēng)影響的肢體聯(lián)接，從所述第二位置朝著所述第一位置移動(dòng)，直到由所述至少一個(gè)傳感器檢測(cè)到從所述受中風(fēng)影響的肢體發(fā)出的預(yù)定反力，使用所述觸覺裝置指示所述受中風(fēng)影響的肢體的極限位置。其中所述處理器配置成用所述極限位置校準(zhǔn)所述觸覺裝置，使得在所述受中風(fēng)影響的肢體的康復(fù)練習(xí)期間，防止所述觸覺裝置移動(dòng)超過所述極限位置。

優(yōu)選地，所述觸覺裝置是機(jī)器人裝置，并且以手套或旋鈕的形式成形。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)傳感器包括用于提供所述觸覺裝置的位置和取向數(shù)據(jù)的位置編碼器。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括腦計(jì)算機(jī)接口(BCI)系統(tǒng)，所述BCI系統(tǒng)配置成從所述中風(fēng)患者的腦獲得腦電圖(EEG)數(shù)據(jù)，并且從所述EEG數(shù)據(jù)確定所述中風(fēng)患者的運(yùn)動(dòng)想象得分。

優(yōu)選地，所述觸覺裝置配置成通過在所述受中風(fēng)影響的肢體的康復(fù)練習(xí)期間施加力來執(zhí)行康復(fù)練習(xí)，其中所述力是所述中風(fēng)患者的運(yùn)動(dòng)想象得分、所述受中風(fēng)影響的肢體的肢體力量和所述健全肢體的最大肢體力量的函數(shù)。

優(yōu)選地，取決于所述受中風(fēng)影響的肢體的肢體力量，由所述觸覺裝置施加的力是助力或阻力。

優(yōu)選地，所述EEG數(shù)據(jù)用于計(jì)算時(shí)間譜依賴性腦指數(shù)(Temporal Spectral-dependent Brain Index，TSBI)，并且然后在曲線圖中對(duì)所述TSBI相對(duì)于Fugi-Meyer得分提高進(jìn)行繪制以預(yù)測(cè)中風(fēng)康復(fù)的進(jìn)展。

附圖說明

附圖用于僅通過示例示出各種實(shí)施例并且解釋根據(jù)本實(shí)施例的各種原理和優(yōu)點(diǎn)，其中相同的附圖標(biāo)記在各個(gè)視圖中始終表示相同或功能相似的元件，并且附圖與下面的詳細(xì)描述一起包含到說明書中并且形成說明書的一部分。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的觸覺裝置模塊的圖示。

圖2(a)示出了手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作的圖示。圖2(b)示出了前臂旋后動(dòng)作和前臂旋前動(dòng)作的圖示。

圖3是描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于校準(zhǔn)觸覺裝置的方法的流程圖。

圖4是描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于校準(zhǔn)觸覺裝置的方法的流程圖。

圖5是描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于校準(zhǔn)觸覺裝置的方法的流程圖。

圖6示出了用于康復(fù)患者的受中風(fēng)影響的手上的手指的運(yùn)動(dòng)范圍的圖示。

圖7示出了用于康復(fù)患者的受中風(fēng)影響的手的運(yùn)動(dòng)范圍的圖示。

圖8示出了經(jīng)歷康復(fù)練習(xí)的患者。

圖9(a)示出了由觸覺裝置施加的助力/阻力相對(duì)于受中風(fēng)影響的手的手部力量繪制的曲線圖。圖9(b)示出了由觸覺裝置施加的助力/阻力相對(duì)于患者的運(yùn)動(dòng)想象得分繪制的曲線圖。圖9(c)示出了由觸覺裝置施加的助力/施加的阻力的變化相對(duì)于患者的運(yùn)動(dòng)想象得分和受中風(fēng)影響的手的手部力量繪制的曲線圖。

圖10示出了腦上的通道電極的位置。

圖11示出了時(shí)間譜依賴性腦指數(shù)(TSBI)相對(duì)于Fugi-Meyer得分提高繪制的曲線圖。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)圖中的元件是為了簡單和清楚而示出，并且不一定按比例繪制。例如，框圖中的元件或流程圖中的步驟中的一些的尺寸可以相對(duì)于其他元件被放大以幫助改善對(duì)本實(shí)施例的理解。

具體實(shí)施方式

以下詳細(xì)描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且不旨在限制本發(fā)明或本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，不希望受到在本發(fā)明的前述背景技術(shù)或以下詳細(xì)描述中呈現(xiàn)的任何理論的約束。優(yōu)選實(shí)施例的目的是公開能夠有效地和精確地校準(zhǔn)觸覺裝置的方法和系統(tǒng)。此外，當(dāng)使用觸覺裝置時(shí)受中風(fēng)影響的手的極限位置可以自動(dòng)且準(zhǔn)確地確定，增強(qiáng)康復(fù)練習(xí)的有效性并且避免患者的劇烈疼痛。公開的方法和系統(tǒng)是完全自動(dòng)的，并且不依賴于受到人為錯(cuò)誤影響的治療師的手動(dòng)校準(zhǔn)。

此外，根據(jù)本實(shí)施例，在康復(fù)練習(xí)的執(zhí)行期間，在康復(fù)練習(xí)期間當(dāng)施加助力以及阻力時(shí)，觸覺裝置考慮到健全手的最大手部力量，受中風(fēng)影響的手的手部力量和患者的運(yùn)動(dòng)想象能力。此外，根據(jù)本實(shí)施例，腦電圖(EEG)數(shù)據(jù)可以用于預(yù)測(cè)中風(fēng)康復(fù)的進(jìn)展。盡管在本發(fā)明的前述詳細(xì)描述中呈現(xiàn)了示例性實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)存在大量的變型。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸覺裝置模塊100。觸覺裝置模塊100包括處理器101，觸覺裝置102，傳感器103，存儲(chǔ)器104和視覺/聽覺裝置105。處理器101可以提供用于控制和移動(dòng)觸覺裝置102的指令。觸覺裝置102可以是機(jī)器人手套或機(jī)器人旋鈕。觸覺裝置102可以具有致動(dòng)器以提供力。觸覺裝置102可以由馬達(dá)提供動(dòng)力。傳感器103可以連接到觸覺裝置102。傳感器103可以包括提供觸覺裝置102的位置/取向數(shù)據(jù)的位置編碼器。傳感器103還可以包括力傳感器。傳感器103將傳感器數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)饋送到處理器101中。處理器101可以將位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器104中。處理器101可以經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供視覺或聽覺指令。視覺/聽覺裝置105可以是任何顯示屏或任何揚(yáng)聲器等。

所公開的用于校準(zhǔn)觸覺裝置102的方法涉及患者執(zhí)行校準(zhǔn)動(dòng)作。這些校準(zhǔn)動(dòng)作可以包括手指屈曲動(dòng)作，手指伸展動(dòng)作，前臂旋后動(dòng)作和前臂旋前動(dòng)作。圖2(a)中示出了手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作的圖示，并且圖2(b)中示出了前臂旋后動(dòng)作和前臂旋前動(dòng)作的圖示。

圖3、4和5是描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于校準(zhǔn)觸覺裝置102的方法的流程圖。

在圖3的步驟301中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以將他/她的健全手(未癱瘓的手)放置在觸覺裝置102上或內(nèi)，使得患者可以用他/她的健全手操縱觸覺裝置102。

在圖3的步驟302中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以握緊、張開他/她的手并采取休止/靜止位置，并且左旋、右旋他/她的前臂，并且然后采取休止/靜止位置。這六個(gè)位置的位置數(shù)據(jù)被保存到存儲(chǔ)器104中，并且該位置數(shù)據(jù)將是受中風(fēng)影響的手的初始坐標(biāo)。

在圖3的步驟303中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以用他/她的健全手執(zhí)行手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作。

在圖3的步驟304中，在已執(zhí)行所述動(dòng)作之后，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將由手指屈曲動(dòng)作產(chǎn)生的位置數(shù)據(jù)作為f_a并且將手指伸展動(dòng)作作為e_a記錄到存儲(chǔ)器104中。

在圖3的步驟305中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以用他/她的健全手執(zhí)行前臂旋前動(dòng)作和前臂旋后動(dòng)作。

在圖3的步驟306中，在已執(zhí)所述行動(dòng)作之后，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將前臂旋前動(dòng)作作為p_a和將前臂旋后動(dòng)作作為s_a記錄到存儲(chǔ)器104中。

在圖3的步驟307中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以用他/她的健全手使用他/她的最大力量在位置f_a和e_a之間的中點(diǎn)處執(zhí)行手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作。中點(diǎn)是患者的手休止并且不施加任何肌肉力的位置。它不一定是最大手指屈曲和最大手指伸展之間的半點(diǎn)。它僅僅是患者的手舒適地放松和休止的位置。實(shí)質(zhì)上，患者被要求用其健全手從靜止位置施加最大力。

在圖3的步驟308中，在已執(zhí)行所述動(dòng)作之后，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將執(zhí)行手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作中健全手的最大力量作為h_max,1記錄到存儲(chǔ)器104中。

在圖3的步驟309中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以用他/她的健全手使用他/她的最大力量在位置p_a和s_a之間的中點(diǎn)處執(zhí)行前臂旋前動(dòng)作和前臂旋后動(dòng)作。中點(diǎn)是患者的手休止并且不施加任何肌肉力的位置。它不一定是最大旋前和最大旋后之間的半點(diǎn)。它僅僅是患者的手舒適地放松和休止的位置。

在圖3的步驟310中，在已執(zhí)行所述動(dòng)作之后，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將執(zhí)行旋前和旋后動(dòng)作中健全手的最大力量作為h_max,2記錄到存儲(chǔ)器104中。

應(yīng)當(dāng)注意，患者通過步驟301至310操縱觸覺裝置102是無輔助的(沒有力由觸覺裝置102施加)，并且完全由患者的健全手完成。

在圖4的步驟401中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以移除健全手并且將他/她的受中風(fēng)影響的手(癱瘓的手)放置在觸覺裝置102上或內(nèi)，使得患者可以用他/她的受中風(fēng)影響的手操縱觸覺裝置102。

在圖4的步驟402中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以用他/她的受中風(fēng)影響的手執(zhí)行手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作。

在圖4的步驟403中，在已執(zhí)行所述動(dòng)作之后，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將手指屈曲動(dòng)作作為f_s和將手指伸展動(dòng)作作為e_s記錄到存儲(chǔ)器104中。

在圖4的步驟404中，處理器101經(jīng)由視覺/聽覺裝置105向患者提供指令以用他/她的受中風(fēng)影響的手執(zhí)行前臂旋前動(dòng)作和前臂旋后動(dòng)作。

在圖4的步驟405中，在已執(zhí)行所述動(dòng)作之后，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將手指屈曲動(dòng)作作為p_s和將手指伸展動(dòng)作作為s_s記錄到存儲(chǔ)器104中。

應(yīng)當(dāng)注意，患者通過步驟401至405操縱觸覺裝置102是無輔助的(沒有力由觸覺裝置102施加)，并且完全由患者的受中風(fēng)影響的手完成。

在圖5的步驟501中，處理器101向觸覺裝置102提供指令以執(zhí)行從位置f_s到位置f_a的手指屈曲動(dòng)作(患者的受中風(fēng)影響的手將與觸覺裝置102一起移動(dòng)，原因是它們?cè)谶@時(shí)仍然聯(lián)接在一起)，直到傳感器103檢測(cè)到作為患者的由中風(fēng)影響的手對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力的結(jié)果的反力。優(yōu)選地，反力大于執(zhí)行手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作中健全手的最大力量h_max,1的四分之一，即反力>0.25h_max,1。

在圖5的步驟502中，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將由手指屈曲動(dòng)作產(chǎn)生的位置數(shù)據(jù)作為f_p記錄到存儲(chǔ)器104中。所以f_p表示患者可以用他/她的受中風(fēng)影響的手屈曲他/她的手指而不導(dǎo)致患者劇烈疼痛并且還為他/她的受中風(fēng)影響的手的改善提供必要余地的極限位置。

在圖5的步驟503中，處理器101向觸覺裝置102提供指令以執(zhí)行從位置e_s到位置e_a的手指伸展動(dòng)作(患者的受中風(fēng)影響的手將與觸覺裝置102一起移動(dòng)，原因是它們?cè)谶@時(shí)仍然聯(lián)接在一起)，直到傳感器103檢測(cè)到作為患者的受中風(fēng)影響的手對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力的結(jié)果的反力。優(yōu)選地，反力大于執(zhí)行手指屈曲動(dòng)作和手指伸展動(dòng)作中健全手的最大力量h_max,1的四分之一，即反力>0.25h_max,1。

在圖5的步驟504中，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將由手指伸展動(dòng)作產(chǎn)生的位置數(shù)據(jù)作為e_p記錄到存儲(chǔ)器104中。所以e_p表示患者可以用他/她的受中風(fēng)影響的手伸展他/她的手指而不導(dǎo)致患者劇烈疼痛并且還為他/她的受中風(fēng)影響的手的改善提供必要余地的極限位置。

在圖5的步驟505中，處理器101向觸覺裝置102提供指令以執(zhí)行從位置p_s到位置p_a的前臂旋前動(dòng)作(患者的受中風(fēng)影響的手將與觸覺裝置102一起移動(dòng)，原因是它們?cè)谶@時(shí)仍然聯(lián)接在一起)，直到傳感器103檢測(cè)到作為患者的受中風(fēng)影響的手對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力的結(jié)果的反力。優(yōu)選地，反力大于執(zhí)行旋前和旋后動(dòng)作中健全手的最大力量h_max,2的四分之一，即反力>0.25h_max,2。

在圖5的步驟506中，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將由前臂旋前動(dòng)作產(chǎn)生的位置數(shù)據(jù)作為p_p存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器104中。所以p_p表示患者可以用他/她的受中風(fēng)影響的手旋前他/她的前臂而不導(dǎo)致患者劇烈疼痛并且還為他/她的受中風(fēng)影響的手的改善提供必要余地的極限位置。

在圖5的步驟507中，處理器101向觸覺裝置102提供指令以執(zhí)行從位置s_s到位置s_a的前臂旋后動(dòng)作(患者的受中風(fēng)影響的手將與觸覺裝置102一起移動(dòng)，原因是它們?cè)谶@時(shí)仍然聯(lián)接在一起)，直到傳感器103檢測(cè)到作為患者的受中風(fēng)影響的手對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力的結(jié)果的反力。優(yōu)選地，反力大于執(zhí)行旋前和旋后動(dòng)作中健全手的最大力量h_max,2的四分之一，即反力>0.25h_max,2。

在圖5的步驟508中，處理器101從傳感器103獲得感覺數(shù)據(jù)，并且將由前臂旋前旋后產(chǎn)生的位置數(shù)據(jù)作為s_p存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器104中。所以s_p表示患者可以用他/她的受中風(fēng)影響的手旋后他/她的前臂而不導(dǎo)致患者劇烈疼痛并且還為他/她的受中風(fēng)影響的手的改善提供必要余地的極限位置或程度。

因此確定了用于恢復(fù)患者的受中風(fēng)影響的手的手指的運(yùn)動(dòng)范圍，即用于手指屈曲動(dòng)作的f_p和用于手指伸展動(dòng)作的e_p。在圖6中示出了用于康復(fù)患者的受中風(fēng)影響的手的手指的運(yùn)動(dòng)范圍。因此確定了用于康復(fù)患者的受中風(fēng)影響的手的運(yùn)動(dòng)范圍，即用于旋前動(dòng)作的p_p和用于旋后動(dòng)作的s_p。在圖7中示出了用于康復(fù)患者的受中風(fēng)影響的手的運(yùn)動(dòng)范圍。

一旦存儲(chǔ)器104已存儲(chǔ)用于手指屈曲動(dòng)作的f_p，用于手指伸展動(dòng)作的e_p，用于旋前動(dòng)作的p_p和用于旋后動(dòng)作的s_p，就為患者成功地校準(zhǔn)和配置了觸覺裝置102。f_p，e_p，p_p和s_p表示當(dāng)使用觸覺裝置102進(jìn)行康復(fù)練習(xí)時(shí)受中風(fēng)影響的手的極限位置。換句話說，在康復(fù)練習(xí)期間，觸覺裝置102將不會(huì)移動(dòng)超過這些極限位置。這些極限位置表示用于康復(fù)練習(xí)的理想上限。在這些極限位置之前或之下的任何位置意味著受中風(fēng)影響的手仍然有改善的余地，而超過這些極限位置的任何位置將導(dǎo)致患者劇烈疼痛。所述校準(zhǔn)過程是有利的，原因是它可以自動(dòng)確定當(dāng)患者經(jīng)歷康復(fù)練習(xí)時(shí)觸覺裝置102可以采取的極限位置。

所述校準(zhǔn)過程也是有利的，原因是它是自動(dòng)的并且不需要治療師，由此減少人力成本。此外，由于所述校準(zhǔn)過程用提供必要反饋的傳感器103計(jì)算機(jī)化，因此該校準(zhǔn)過程不會(huì)受到人為錯(cuò)誤的影響。此外，所述校準(zhǔn)過程足夠穩(wěn)健以適應(yīng)不同手尺寸的患者以及慣用右手和慣用左手的個(gè)體。顯然，對(duì)于不同的手尺寸，移動(dòng)范圍和極限位置將是不同的。

在觸覺裝置102的校準(zhǔn)之后，患者可以開始康復(fù)練習(xí)。圖8示出了經(jīng)歷康復(fù)練習(xí)的患者。圖8示出了患者802頭部上的腦電圖(EEG)頭戴機(jī)801。患者802的受中風(fēng)影響的手放置在觸覺裝置102上或內(nèi)。EEG頭戴機(jī)801測(cè)量患者802的腦信號(hào)。移動(dòng)的手的圖像顯示在屏幕803上。該圖像為患者802提供視覺提示以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)想象，即想象移動(dòng)他的受中風(fēng)影響的手。在該時(shí)間期間，患者802由于由觸覺裝置102的馬達(dá)施加的阻力而不能移動(dòng)或操縱觸覺裝置102。

一旦成功地檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)想象，患者802然后就可以執(zhí)行康復(fù)練習(xí)，其可以包括手指屈曲，手指伸展，前臂旋前和前臂旋后練習(xí)。為了補(bǔ)充這些康復(fù)練習(xí)，屏幕803可以顯示反映正由患者802執(zhí)行的康復(fù)練習(xí)的虛擬模擬。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，當(dāng)需要時(shí)觸覺裝置102通過施加助力或阻力來執(zhí)行或幫助執(zhí)行康復(fù)練習(xí)。該助力或阻力表示為α。當(dāng)α為正值(+ve)時(shí)，觸覺裝置102提供助力以幫助患者802執(zhí)行練習(xí)。當(dāng)α為負(fù)值(-ve)時(shí)，觸覺裝置102提供阻力以防止患者802在練習(xí)期間使他/她自己用力過度。助力/阻力α可以是受中風(fēng)影響的手的手部力量h，健全手的最大手部力量h_max(如果是手指屈曲和伸展練習(xí)，則為h_max,1，如果是前臂旋前和旋后練習(xí)，則為h_max,2)，運(yùn)動(dòng)想象得分m，和最大運(yùn)動(dòng)圖像得分m_max的函數(shù)。m_max一般為100。助力/阻力α取決于最大手部力量h_max的原因是不同患者具有不同的手部力量。因此代替將助力/阻力α設(shè)定為固定值，有利的是通過使助力/阻力α取決于患者802的手部力量來考慮患者的不同手部力量。患者802的受中風(fēng)影響的手的最大力量或多或少地與他的健全手的最大力量相同。所以，患者802的健全手的最大力量用作他的受中風(fēng)影響的手的最大力量的近似。

助力/阻力α因此可以表示為：

圖9(a)示出了由觸覺裝置102施加的助力/阻力α相對(duì)于受中風(fēng)影響的手的手部力量h繪制的曲線圖。受中風(fēng)影響的手的手部力量h與由觸覺裝置102施加的助力/阻力α之間的關(guān)系是：如果患者802在執(zhí)行康復(fù)練習(xí)時(shí)用他/她的受中風(fēng)影響的手使用很小的手部力量，則α變?yōu)檎挡⑶矣|覺裝置102施加助力α以在康復(fù)練習(xí)中幫助患者802。

然而，如果患者802在執(zhí)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)用他/她的受中風(fēng)影響的手施加相當(dāng)大的手部力量，則α變?yōu)樨?fù)值并且觸覺裝置102施加阻力α以減慢患者802的受中風(fēng)影響的手的運(yùn)動(dòng)，由此增加患者802在康復(fù)練習(xí)期間必須對(duì)他/她的受中風(fēng)影響的手施加的努力。這是有利的，原因是現(xiàn)有的觸覺系統(tǒng)僅提供助力而不提供阻力。所以本文中所述的觸覺裝置102預(yù)料到患者802能夠移動(dòng)他/她的受中風(fēng)影響的手的情況，在該情況下觸覺裝置102施加阻力α并且克服該阻力移動(dòng)幫助患者802進(jìn)一步增加受中風(fēng)影響的手上的力量。換句話說，如果患者802能夠移動(dòng)他/她的受中風(fēng)影響的手，則康復(fù)練習(xí)的目標(biāo)之一將是使患者802施加更大的力。所以，施加了阻力使得患者802可以被訓(xùn)練以施加更大的努力。這在概念上類似于重量訓(xùn)練。一旦人可以移動(dòng)一定量的重量，則訓(xùn)練將進(jìn)展到更重的重量。

圖9(b)示出了由觸覺裝置102施加的助力/阻力α相對(duì)于運(yùn)動(dòng)想象得分m繪制的曲線圖。低運(yùn)動(dòng)想象得分意味著患者802不能適當(dāng)?shù)叵胂蠡蛐蜗蠡苿?dòng)他/她的受中風(fēng)影響的手，而高運(yùn)動(dòng)想象得分意味著患者802能夠適當(dāng)?shù)叵胂蠡蛐蜗蠡苿?dòng)他/她的受中風(fēng)影響的手。運(yùn)動(dòng)想象得分m和助力α具有正比關(guān)系，原因是患者802獲得的運(yùn)動(dòng)想象得分m越高，由觸覺裝置102施加以幫助患者802練習(xí)的助力α越大。這是有利的，原因是患者802可以形象化移動(dòng)他/她的受中風(fēng)影響的手越好(即運(yùn)動(dòng)想象得分越高)，患者802可以在康復(fù)練習(xí)期間推動(dòng)或伸展他/她自己越遠(yuǎn)。所以，觸覺裝置102施加更大的助力α以增加康復(fù)練習(xí)期間的運(yùn)動(dòng)速度?；颊?02的能力障礙通常與他/她的意志、毅力和努力相關(guān)。患者參與得越多，或者患者對(duì)運(yùn)動(dòng)想象的想象努力越多，提供的輔助運(yùn)動(dòng)就越多以使康復(fù)練習(xí)的強(qiáng)度與所付出的努力一致。所以本發(fā)明利用了努力與康復(fù)練習(xí)的強(qiáng)度之間的相關(guān)性以增強(qiáng)康復(fù)過程的有效性。

圖9(c)示出了助力/阻力α的變化相對(duì)于運(yùn)動(dòng)想象得分m和手部力量h繪制的曲線圖。

通過測(cè)量施加到傳感器103的力可以評(píng)價(jià)在執(zhí)行康復(fù)練習(xí)時(shí)由患者802施加的受中風(fēng)影響的手的手部力量h。然而，有時(shí)由于附加的布線，傳感器103可能是笨重的。所以優(yōu)選地，通過測(cè)量保持相同伺服馬達(dá)位置所需的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)電流來測(cè)量受中風(fēng)影響的手的手部力量h。施加的力F和驅(qū)動(dòng)馬達(dá)電流I的之間的線性關(guān)系由下式給出：

I＝kcF+I₀

并且因此

其中k是所施加的到馬達(dá)用于手抓握運(yùn)動(dòng)的類似電流輸出的轉(zhuǎn)移因子，c是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換因子，I₀是由機(jī)構(gòu)的慣性和摩擦導(dǎo)致的常數(shù)。

所以，在康復(fù)練習(xí)期間施加的受中風(fēng)影響的手的手部力量因此是：

其中F_i是用于第i次康復(fù)練習(xí)的受中風(fēng)影響的手的平均手部力量，F(xiàn)_i,j是用于第j次康復(fù)練習(xí)的受中風(fēng)影響的手的主動(dòng)評(píng)價(jià)的手部力量。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在康復(fù)練習(xí)期間收集的EEG數(shù)據(jù)可以用于計(jì)算時(shí)間譜依賴性腦指數(shù)(TSBI)。TSBI可以使用以下方程計(jì)算：

其中

評(píng)價(jià)如圖10中所示取自腦的右半球的11個(gè)通道電極1001的平均傅立葉系數(shù)(即n_c＝11)；

并且其中

評(píng)價(jià)如圖10中所示取自腦的左半球的11個(gè)通道電極1002的平均傅立葉系數(shù)(即n_c＝11)；

并且其中

a_n(c，t)

是在對(duì)應(yīng)于特定時(shí)間段[t-T,t]的時(shí)間t評(píng)價(jià)的通道電極c的指數(shù)n的傅立葉系數(shù)，其中T是正在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)想象的持續(xù)時(shí)間；

并且其中傅立葉系數(shù)[k₁和k₂]對(duì)應(yīng)于由用于執(zhí)行運(yùn)動(dòng)想象的腦-計(jì)算機(jī)接口(BCI)評(píng)價(jià)的頻帶[4-40Hz]，并且n_k是對(duì)應(yīng)于頻帶[4-40Hz]的所評(píng)價(jià)的傅立葉系數(shù)的數(shù)量。

優(yōu)選地，TSBI可以用作預(yù)測(cè)康復(fù)的可能結(jié)果的預(yù)后量度。當(dāng)相對(duì)于Fugi-Meyer得分提高繪制TSBI時(shí)，結(jié)果顯示較低的TSBI導(dǎo)致較高的Fugi-Meyer得分提高。參見圖11，其繪制使用運(yùn)動(dòng)想象(MI)計(jì)算的TSBI相對(duì)于Fugi-Meyer得分提高的曲線圖。所以，這顯示TSBI可以用于預(yù)測(cè)中風(fēng)康復(fù)的進(jìn)展。

盡管已用受中風(fēng)影響的手、前臂或手腕的康復(fù)描述了本發(fā)明的所有實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)本發(fā)明可以應(yīng)用于康復(fù)其他受中風(fēng)影響的肢體，例如，受中風(fēng)影響的腿。

還應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)示例性實(shí)施例僅僅是示例，并且不旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍、適用性、操作或配置。而是，前面的詳細(xì)描述將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的方便的路線圖，應(yīng)當(dāng)理解可以對(duì)示例性實(shí)施例中所述的元件的功能和布置和操作的方法進(jìn)行各種改變而不脫離如附帶的權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍。