專利名稱：肌肉組織的測量和刺激的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對肌肉組織進(jìn)行電刺激的裝置。本發(fā)明還涉 及一種用于這種裝置的操作設(shè)備。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種用于對肌肉 組織進(jìn)行電刺激的裝置的電極，以及一種用于刺激肌肉組織的方法。
背景技術(shù)：
從歐洲專利公開文件EP938 911A2，已知一種用于醫(yī)療的裝置。 該裝置可操作地耦合到適于與人體的部分接觸或者插入體腔中的電 極。該裝置具有用于執(zhí)行與EMG信號相關(guān)的信號處理的EMG信號 處理器，以及用于基于該EMG信號顯示相關(guān)于醫(yī)療的信息的顯示單 元。該裝置還具有刺激信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生刺激信號和將該刺激信 號提供至所述電極。然而，該現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中已知的裝置的缺點(diǎn)是，需要準(zhǔn)確地定位 該電極，以便于從正確的肌肉接收EMG信號并且將剌激脈沖提供給 該肌肉。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種用于對肌肉組織逆行電剌激的裝置，其 中不需要準(zhǔn)確定位電極。因而，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求1在這種裝置中，由于可以選擇電極陣列的一個或多個電極墊片用于刺 激，可以以低精確度定位電極系統(tǒng)，而不影響X寸肌肉的刺激，該電極墊片 存在于適于提供刺激信號的區(qū)域中。因而，在電極陣列的一部分位于適于 提供刺激信號的區(qū)嫩卜的情況下，刺激信號仍然可以由位于該區(qū)域中的電 鵬片樹共。此外，由于電極系統(tǒng)包括電極陣列和用于測量肌肉活性的傳感器，該 傳感器將測量將要刺激的區(qū)域中或附近的活動性。因而，可以更準(zhǔn)確地確 定刺激的作用。同樣，由于可以以低精確度定位電極系統(tǒng)，電極系統(tǒng)可以 由不具有關(guān)于肌肉系統(tǒng)的專業(yè)知識的人來放置。在從屬權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的特定實(shí)施例。權(quán)利要求2的裝置具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即可以使用電極墊片進(jìn)行刺激和 測量，并且因而不需要用于觀i慮的3te傳織。權(quán)利要求3的裝置具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即該體可以自動確定明I5個電極 墊片與肌肉組織具有最優(yōu)接觸。權(quán)利要求4的驢具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即該裝置的用戶可以察劍他或 她的肌肉的刺激作用。權(quán)利要求5的裝置具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即用戶可以了解該作用，而無需 專業(yè)知識。權(quán)利要求6的，具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即a31將電極系統(tǒng)定位在mh，可以以非侵入的方式測量和刺^m肉組織。另一優(yōu)點(diǎn)是，由于載體為彈性材料的，電極系統(tǒng)可以放置在各種人體部分上。權(quán)利要求7的體具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即在操作中，以正確H,自動執(zhí) 行測量和剌激。權(quán)利要求8的裝置具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即可以自動確定在肌肉組織上的 刺激作用。權(quán)利要求9的裝置具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，艮鵬戶知曉在給定時刻執(zhí)行什么 動作，例如使人體部化彎曲，而無需知識或者醫(yī)療專家的指導(dǎo)。權(quán)利要求10的體具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即可以自動發(fā)5妹正確定位的電 極墊片。權(quán)利要求ll的^S具有進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)，即自動執(zhí)行適^J^寺定肌肉組織的 刺激。還^i共了根據(jù)權(quán)利要求0的操作設(shè)備。而且，劍共了根據(jù)權(quán)禾腰求0 的電極系統(tǒng)。還提供了根據(jù)權(quán)利要求0的方法，以及根據(jù)權(quán)禾腰求0的計敦幾鵬參考下文所述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯然并將其進(jìn)行闡述。


參考附圖，僅作為示例，將描述本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、方面和實(shí)施例。 圖1示出了方爐在人體上的用于刺聽肉組織的驢的實(shí)施例的一個 范例的示意圖2示出了連接至控制單元的范例的電極系統(tǒng)的一個實(shí)施例的第一范 例的示意圖3示出了用于刺激譏肉組織的方法的范例的流程圖4示出了電極系統(tǒng)的實(shí)施例的第二范例的示意圖5示出了操作設(shè)備的實(shí)施例的范例的示意圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的遠(yuǎn)禾濫視系統(tǒng)的實(shí)施例的范例的示意圖。
圖1中所示的電刺激裝置1包括電極系統(tǒng)10，其可以放置在諸 如人類的動物皮膚上。在圖1中，電極系統(tǒng)IO放置在上臂的皮膚部 分上。然而，電極系統(tǒng)10可以放置在人體另一部分上，并且其形狀
可以適應(yīng)于特定人體部分的形狀。例如，在電極系統(tǒng)io將被放置在
人體的脊柱區(qū)域上的情況下，電極系統(tǒng)10可以具有細(xì)長形狀。
如圖1中所示，裝置1還包括操作單元50，其經(jīng)由連接18連接 至電極陣列IO。在圖l的范例中，連接18是有線連接。然而，連接 18也可以是無線連接。操作單元50可以接收電極系統(tǒng)10產(chǎn)生的信 號，并且控制電極系統(tǒng)10的操作，下面將對其進(jìn)行更詳細(xì)的說明。 如圖5中所示，操作單元50包括外殼54。在外殼54內(nèi)部，提供控 制單元53，其經(jīng)由連接18連接至電極系統(tǒng)10并且連接至用戶界面。 用戶界面包括放置在外殼54的窗口 55中的顯示器51和放置在 外殼外側(cè)的控制按鈕52。顯示器51形成輸出界面，經(jīng)由所述輸出界 面可以將信息提供給裝置1的用戶。例如，在顯示器51，可以由控 制單元53將信息(例如關(guān)于裝置1的操作的信息或者指令)以人類 可察覺的形式輸出給用戶。在圖1的范例中，可視地輸出數(shù)據(jù)，然而，作為選擇地和附帶地，數(shù)據(jù)可以以可聽見的和任何其它合適的方式輸 出。
控制按鈕52形成輸入界面。經(jīng)由控制按鈕52，用戶可以將輸入 提供至控制單元53，例如用于該裝置執(zhí)行的操作的所需設(shè)置或者關(guān) 于用戶執(zhí)行的動作的信息。例如，用戶可以經(jīng)由控制按鈕52告知控 制單元53，他或她已經(jīng)使肌肉彎曲，或者輸入對肌肉進(jìn)行刺激的持 續(xù)時間段的所需值。
如圖2中所示，電極系統(tǒng)10包括具有大量電極墊片12和對電極 11的電極陣列13。對電極11作為地線。圖2中所示的電極陣列13 中的電極墊片12沿著直線定位，形成矩形矩陣排列。在圖2的范例 中，矩陣是5X5矩陣，然而，該矩陣可以具有其它尺寸，例如更小 地，如圖5中所示為2X2矩陣，或者具有更大的尺寸。而且，如圖 2和5的范例中所示，該矩陣可以是正方形或者其列數(shù)可以不同于行 數(shù)。而且，電極墊片12也可以布置成非矩形排列，例如環(huán)形排列或 三角排列。
在圖2的范例中，對電極ll具有閉環(huán)形狀，并且圍繞電極陣列 13。然而，對電極11可以具有不同的形狀，并且例如沿著電極墊片 12之間的曲折路徑。
電極系統(tǒng)IO可以放置在皮膚上，從而使得大多數(shù)或所有電極墊 片12和對電極11與皮膚電接觸。隨后，電極陣列13將與皮下肌肉 組織電接觸，并且更特別地將能夠接收電信號，或?qū)㈦娦盘柊l(fā)射到電 極陣列13占據(jù)的皮膚區(qū)域下的肌肉區(qū)域。更特別地，電極墊片12將 能夠經(jīng)由皮膚將電流注入肌肉組織中，以便刺激肌肉組織。
電極墊片12和對電極11可以設(shè)置在柔性的、優(yōu)選為有彈性的載 體表面上。這允許電極系統(tǒng)10適應(yīng)于其上放置有電極系統(tǒng)10的人體 部分的形狀。該載體可以設(shè)置有經(jīng)由連接18將電極墊片12和對電極 11連接到操作單元50的電部件。例如在圖4的范例中，連接到電極 墊片12的電部件可以放置在載體上，并且經(jīng)由合適的連接18連接到 放置在操作單元50中的微處理器P C。
如圖2中所示，控制單元53包括電極選擇器530，用于從電極陣列13中的電極墊片12中選擇一個或多個刺激電極墊片。在圖2的 范例中，電極選擇器530經(jīng)由連接18連接到線路選擇器單元16、 17 的各個控制輸入。每個線路選擇器單元16、 17可以選擇一個或多個 共線連接14、 15。共線連接14、 15連接電極陣列13中的一行電極 墊片12。在圖2中，共線連接14將垂直行的電極墊片12連接至第 一線路選擇器16，而共線連接15將水平行的電極墊片12連接至第 二選擇器n。通過選擇合適的共線連接14、 15，可以選擇一個或多 個電極墊片。
信號發(fā)生器531連接至電極選擇器530。在操作中，信號發(fā)生器 531將電刺激信號提供給剌激電極墊片。電剌激信號經(jīng)由刺激電極墊 片傳輸至其上放置有電極系統(tǒng)的表面，例如皮膚。隨后，電極信號經(jīng) 由皮膚穿剌進(jìn)入肌肉組織，對其進(jìn)行響應(yīng)，肌肉組織收縮。由此，刺 激肌肉組織。
用于剌激的參數(shù)值，例如電流量和刺激階段的持續(xù)時間，可以由 信號發(fā)生器531基于存儲在信號發(fā)生器531的存儲器中的數(shù)據(jù)而確 定。然而，信號發(fā)生器531也可以以不同的方式確定刺激的參數(shù)。例 如在圖2的范例中，信號發(fā)生器531可以經(jīng)由控制按鈕52接收用戶 定義的刺激設(shè)置，例如持續(xù)時間和幅度。而且，圖2的范例中的信號 發(fā)生器531連接至信號處理器532，并且可以基于在進(jìn)行剌激之前不 久或立即的階段中測量得到的活動性，來確定用于刺激的合適設(shè)置。 例如，可以對信號處理器532進(jìn)行編程，來使用預(yù)定義的數(shù)學(xué)關(guān)系式， 根據(jù)測得的活性計算合適的持續(xù)時間和刺激幅度。信號處理器531也 可以以其它方式確定刺激參數(shù)的設(shè)置，并且例如根據(jù)一系列刺激的刺 激前和刺激后測量確定合適的參數(shù)設(shè)置。
在圖2的范例中，電極系統(tǒng)10包括獨(dú)立傳感器30。傳感器30 可以感測肌肉組織的特性，所述特性構(gòu)成對所述肌肉組織的活性的測 量。在該范例中，傳感器30是紅外傳感器，其可以接收來自其上放 置電極10的表面的紅外輻射。雖然不希望限制于任何理論，但是應(yīng) 當(dāng)認(rèn)為，血液循環(huán)與肌肉活性相關(guān)，并且紅外輻射量形成對肌肉中血 液循環(huán)的測量。傳感器30具有傳感器輸出，其連接至控制單元53中的信號處理器531的處理器輸入。經(jīng)由傳感器輸出，傳感器30可以 將傳感器信號提供給信號處理器532。信號處理器532可以根據(jù)傳感 器信號確定活性的測量值，并且經(jīng)由處理器輸出將該值輸出。處理器 輸出例如可以連接至顯示器51，以便以人類可察覺的形式輸出該值。
在該范例中，信號處理器532的輸出連接至測量單元535。測量 單元535的輸出連接至用戶界面，g口，在該范例中的顯示器51。測 量單元535可以基于信號處理器532確定的值來確定肌肉組織的參 數(shù)，并且在用戶界面處以用戶可察覺形式將該值輸出，例如在顯示器 51上以數(shù)字形式輸出。測量單元535可以例如基于肌肉組織的活性 值，來計算肌肉組織可能釋放的最大力量。然而，測量單元535可以 例如基于預(yù)定的關(guān)系，來確定肌肉組織的其它參數(shù)，測量單元535可 以確定肌肉組織的響應(yīng)時間，或者用戶感興趣的另一參數(shù)。
圖2中所示的控制單元53還包括定時器534，其可以控制信號 發(fā)生器531和信號處理器532的操作次序，從而在操作中執(zhí)行測量和 刺激的預(yù)定順序。定時器534例如可以布置為在某一事件之后，將起 始信號發(fā)送至信號處理器532和/或信號發(fā)生器531，例如響應(yīng)于分 別在刺激或測量終止之后從信號發(fā)生器531和/或信號處理器532接 收的停止信號。
圖3示出了合適順序的范例的流程圖。在第一步驟101中將電極 系統(tǒng)10放置在所需表面上之后，例如，用戶感覺疼痛的皮膚部分上， 在第二歩驟102中測量每個電極墊片12和皮膚表面之間的阻抗。基 于測得的阻抗，在第三步驟103中選擇一個或多個刺激電極墊片12。 在還使用電極墊片12例如通過測量肌電圖(EMG)測量皮下肌肉組織 的活性的情況下，也可以基于測得的阻抗選擇測量電極墊片。
例如，可以選擇阻抗最低的一個或多個電極墊片12。雖然不希 望限制于任何理論，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為最低阻抗電極墊片附近的皮膚區(qū)域 最適于測量肌肉組織的活性。而且，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，該區(qū)域也最適于對肌 肉組織進(jìn)行刺激。
除了阻抗最低的電極墊片12之外，還可以選擇這些電極墊片附 近的一個或多個電極墊片12，例如，在電極陣列13中鄰近阻抗最低的電極墊片12的電極墊片12。由此，刺激和/或測量對于局部偽影 不太敏感，同時仍然使用合適的區(qū)域?qū)∪饨M織進(jìn)行測量和/或刺激。
可以選擇相同的電極墊片12用于測量和刺激。然后使用所選的 電極墊片12來測量活性，并且刺激肌肉組織。這允許減少電極墊片 12和用于控制電極墊片12的電子電路的數(shù)量。然而，對于測量肌肉 組織的活性，使用除了用于刺激肌肉組織的電極墊片12之外的其它 電極墊片12也是可行的。例如，可以基于關(guān)于肌肉組織的活性的空 間信息來選擇刺激電極墊片12。例如，可以使用每個電極墊片12來 測量肌肉組織的活性，并且可以基于其中肌肉呈顯最低活性的區(qū)域來 選擇刺激電極墊片12。
對于每個電極墊片12，可以將測得的阻抗與閾值相比較。如果 在電極墊片12和例如皮膚的表面之間測得的阻抗，超出了該閾值， 那么將警告信號提供給用戶，指示各個電極墊片12和皮膚之間的電 接觸是不充分的。響應(yīng)于該警告信號，用戶可以移動(部分)電極系 統(tǒng)10以便于改善電接觸。
在對肌肉組織進(jìn)行電刺激之前，在第四步驟104中執(zhí)行用于測量 肌肉組織活性的第一測量。在開始第四步驟104之前，可以由裝置l 指導(dǎo)用戶執(zhí)行特定物理活動并且可以測量其上設(shè)置有電極系統(tǒng)10的 區(qū)域中的肌肉活性。例如，可以借助于顯示器51上的適當(dāng)消息來指 導(dǎo)用戶。物理活動可以例如是移動其上設(shè)置有電極系統(tǒng)10的人體部 分。由此，例如可以測量最大活性。測得的肌肉組織的活性可以以人 類可察覺的形式輸出，例如在圖2的范例中，在顯示器51上輸出。 可以在執(zhí)行第一測量之后立刻或稍后輸出測得的活性。
在第一測量之后，在第五步驟105中刺激肌肉組織。在刺激期間， 借助于剌激電極墊片12提供電信號。電信號使得肌肉組織交替收縮 和放松。這被認(rèn)為對肌肉組織具有治療作用。更特別地是，這被認(rèn)為 減少了肌肉僵硬并且減少了肌痛。
在對肌肉組織進(jìn)行刺激之后，在第六步驟106中執(zhí)行了對肌肉組 織的活性的第二測量。基于該測量，可以獲得肌肉組織的其它特性， 例如與肌肉組織的健康相關(guān)的另一參數(shù)，最大肌力。因而，可以確定刺激對肌肉組織的活性所起的作用。在開始第六步驟106之前，可以 由裝置1指導(dǎo)用戶執(zhí)行特定物理活動，并且可以測量其上設(shè)置有電極
系統(tǒng)10的區(qū)域中的肌肉活性。例如，可以借助于顯示器51上的適當(dāng) 消息來指導(dǎo)用戶。物理活動可以例如是移動其上設(shè)置有電極系統(tǒng)10 的人體部分。
雖然不希望限制于任何理論，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)為剌激減少了肌肉僵硬 和肌痛。還認(rèn)為，僵硬的或肌痛的肌肉組織呈顯出較低的活性。因而， 通過在進(jìn)行刺激之前和之后輸出活性值，可以確定對肌肉組織進(jìn)行刺 激的作用。
在進(jìn)行剌激之前和之后確定的活性值可以輸出至用戶界面。因 而，用戶可以以簡單的方式察覺刺激的作用。作為代替或者除了測得 的活性之外，可以輸出從步驟104和106中的第一和第二測量中獲得 的另一參數(shù)，諸如步驟105中進(jìn)行刺激之前和之后的最大肌力。僵硬 的和肌痛的肌肉組織的最大力較低，并且因此如果在用戶界面處呈現(xiàn) 該最大力，那么可以理解剌激對僵硬或肌痛的作用，而無需專業(yè)知識。
而且，所確定的值可以存儲在存儲器533中。由此，可以通過一 系列剌激確定刺激的作用。例如，可以每天刺激肌肉組織，持續(xù)特定 時間段，例如15分鐘，并且可以確定幾天的作用。如圖2所示，為 此目的，例如，可以將存儲器533連接至信號處理器532，并且該信 號處理器532可以將表示測量值和關(guān)于測量時間的信息的數(shù)據(jù)存儲 在存儲器533中。
圖4示出了電極系統(tǒng)10的第二實(shí)施例。該電極系統(tǒng)包括電極墊 片12的2X2矩陣排列。電極墊片12經(jīng)由共線連接14連接至第一選 擇元件16，并且經(jīng)由共線連接15連接至第二選擇元件17。在每個電 極墊片12和共線連接14、 15之間，提供了作為開關(guān)操作的晶體管 19。每個晶體管19的柵極連接至由第二選擇元件17控制的共線連接 15。每個晶體管19的源極連接至由第一選擇元件16控制的共線連接 14，并且每個晶體管19的漏極連接至相應(yīng)電極墊片12。
連接至選擇元件16、 17的是微控制器"C。微控制器iiC被編程 以執(zhí)行控制單元53的功能。除此之外，微控制器!iC可以控制選擇元件16、 17，并且響應(yīng)于由選擇元件16、 17根據(jù)控制數(shù)據(jù)選擇共線 連接14、 15，將控制數(shù)據(jù)發(fā)射到選擇元件16、 17。在微控制器uC的控制下，第一選擇元件16可以選擇一個或多 個共線連接14，并且為連接至所選共線連接14的晶體管19提供電 能。電極系統(tǒng)10包括經(jīng)由開關(guān)21連接至共線連接14的電源20。第 一選擇元件16可以控制開關(guān)21的狀態(tài)為打開或閉合。在打開狀態(tài)下， 開關(guān)21允許電流從電源20流動至共線連接14，然而在閉合狀態(tài)下， 開關(guān)21禁止電流流動。在圖4的范例中，開關(guān)21實(shí)現(xiàn)為開關(guān)場效應(yīng) 晶體管，其中其柵極連接至第一選擇元件16。開關(guān)晶體管的源極連 接至電源20，而漏極連接至共線連接14。通過將柵極控制為打開， 允許電流在開關(guān)晶體管的源極和漏極之間流動，反之如果柵極閉合則 禁止電流。因而，第一選擇元件16可以控制電源通過哪個特定共線 連接14提供電能，并且相應(yīng)地選擇連接至該共線連接14的電極墊片 12。第二選擇元件17可以向共線連接15中所選的一些提供開關(guān)信 號。該開關(guān)信號使得開關(guān)晶體管19處于導(dǎo)電狀態(tài)或者非導(dǎo)電狀態(tài)， 在導(dǎo)電狀態(tài)下，電流在開關(guān)晶體管19的源極和漏極之間流動，在非 導(dǎo)電狀態(tài)下，在開關(guān)晶體管的源極和漏極之間沒有電流流動。因此， 通過給所選的共線連接15提供合適的開關(guān)信號，在導(dǎo)電狀態(tài)下可以 設(shè)置將開關(guān)晶體管19連接至所選的共線連接，其中，電流被提供給 電極墊片12，反之，在非導(dǎo)電狀態(tài)下連接至所選共線連接15的開關(guān) 晶體管19不向相應(yīng)的電極墊片12提供電流。每個電極墊片12還連接至第一和第二測量晶體管34、 35。測量 晶體管34、 35經(jīng)由晶體管34、 35之間的節(jié)點(diǎn)成對地連接至電極墊片 12。第一測量電極34的源極連接至提供預(yù)定量電流的電流源36。第 一測量晶體管34的柵極連接至測量模式選擇單元31。測量模式選擇 單元31可以選擇一個或多個第一測量晶體管34。在圖4的范例中， 測量模式選擇單元31連接至微控制器y C。微控制器li C可以控制測 量模式選擇單元31的操作。測量模式選擇單元31可以打開或閉合第 一測量晶體管34的柵極。在打開柵極的情況下，允許源極和漏極之間的電流。在閉合柵極的情況下，則禁止源極和漏極之間的電流。第一測量電極34的漏極連接至電極墊片12和第二測量晶體管35。通 過打開第一測量晶體管34的柵極，將電流提供給所選電極墊片12和 第二測量晶體管35，反之，在第一測量晶體管的柵極閉合的情況下， 那么可以認(rèn)為所選的電極墊片12和第二測量晶體管35與電流源36 電絕緣。每個第二測量晶體管35的源極連接至電極墊片12。漏極經(jīng)由安 培表或電流表33連接至地gnd (例如，對電極ll)。每個第二測量晶 體管35的柵極連接至測量電極選擇單元32。測量電極選擇單元32 由控制輸入連接至微控制器PC。受到微控制器uC的控制，測量電 極選擇單元32可以打開或閉合一個或多個所選第二測量晶體管35的 柵極。如果在電極墊片12和地之間存在電壓差，例如由于在電極墊 片12的區(qū)域中肌肉組織的活性，那么電流將流過第二測量晶體管35 和電流表33。通過打開或閉合相應(yīng)的第二測量晶體管35的柵極，允 許或禁止電極墊片12和地之間的電流。因而，在通過將相應(yīng)的一個 第二測量晶體管35選擇為打開而將另一個第二測量晶體管35選擇為 閉合，而不經(jīng)由第一測量晶體管34提供電流的情況下，可以確定連 接至打開的第二測量晶體管35的電極墊片12處的電壓。因而，可以 測量與所選電極墊片12相接觸的肌肉組織的電活性。在相應(yīng)的第一測量晶體管34導(dǎo)電的情況下，所提供的電流的第 一部分將流向電極墊片12，而第二部分經(jīng)由第二測量晶體管35流向 電流表33。第一部分和第二部分的比例尤其取決于電極墊片12和皮 膚之間的阻抗。因而，通過比較電流表33測得的電流與電流源36提 供的預(yù)定電流，可以確定該阻抗。因而第一測量晶體管34作為用于 測量模式的選擇器，在該范例中測量模式為阻抗測量模式和肌肉組織 活性測量模式，然而，使用第二測量晶體管35來選擇所測量的特定 電極墊片12。例如，在電極墊片12未形成充分接觸的情況下，阻抗 將非常高，并且(幾乎)沒有電流將流過電極墊片12。因而，將流 過電流表33的電流與電流源36所提供的電流基本上相同。因此，通 過比較電流表33測得的電流和合適的閾值，可以確定過高的阻抗。在圖4的范例中，電流表36連接到微控制器yC。電流表36可 以將測得的電流量的值發(fā)射至微控制器iiC。微控制器uC可以根據(jù) 該值確定電極墊片12與皮膚之間的阻抗，并且可以基于該阻抗選擇 合適的電極墊片。例如，微控制器^ C可以控制測量電極選擇單元32， 從而經(jīng)由電流表33獨(dú)立地測量各個電極墊片12中的每一個和皮膚之 間的阻抗。然后，微控制器PC可以經(jīng)由測量模式選擇單元31和測 量電極選擇單元32選擇一個或多個電極墊片，并且測量肌肉組織的 活性和經(jīng)由線路選擇器單元16和17刺激位于所選電極墊片12處的 肌肉組織。電極系統(tǒng)10可以用于監(jiān)視和/或控制對遠(yuǎn)程位置處的肌肉的治 療。例如，如圖6中所示，電極系統(tǒng)可以用在遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制系統(tǒng)中。 圖6的范例包括多個電極系統(tǒng)10，其連接至中央監(jiān)視和控制單元60。 在圖6的范例中，中央監(jiān)視和控制單元60連接至數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)70。 電極系統(tǒng)10經(jīng)由操作單元50連接至數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)70。在圖6的范例中，操作單元50經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)70將表示所測 得的肌肉組織的活性的測量數(shù)據(jù)發(fā)射給中央監(jiān)視和控制單元60。在 中央監(jiān)視和控制單元60處，諸如醫(yī)生或理療醫(yī)師的醫(yī)學(xué)專家可以觀 察測量數(shù)據(jù)，并且確定對肌肉組織的進(jìn)行合適治療。專家隨后可以將 用于與治療相應(yīng)的刺激的合適設(shè)置輸入至中央監(jiān)視和控制單元60 中。中央監(jiān)視和控制單元60可以經(jīng)由數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)70將控制數(shù)據(jù)發(fā) 射給操作單元50。響應(yīng)于控制數(shù)據(jù)，操作單元50控制電極系統(tǒng)10 的操作。由于電極系統(tǒng)10可以放置在皮膚上，而無需專業(yè)醫(yī)學(xué)知識，電 極系統(tǒng)可以放置在遠(yuǎn)離中央監(jiān)視單元60的位置上。因而，在圖6的 范例中，電極系統(tǒng)10的用戶不需要去醫(yī)院或者不需要醫(yī)學(xué)專家的醫(yī) 學(xué)實(shí)踐，反之經(jīng)由中央監(jiān)視和控制單元60，醫(yī)學(xué)專家仍然可以通過 監(jiān)視和控制治療過程而應(yīng)用他的專門技能。在圖6的范例中，操作單元50可以例如如圖5中所示而實(shí)現(xiàn)， 并且還包括網(wǎng)絡(luò)模塊，其允許與網(wǎng)絡(luò)70進(jìn)行通信，例如經(jīng)由有線連 接或無線連接。該網(wǎng)絡(luò)可以例如連接至測量單元535的輸出和信號發(fā)生器531的輸入，以發(fā)射測量數(shù)據(jù)和接收控制數(shù)據(jù)。在前述說明書中，已經(jīng)參考本發(fā)明實(shí)施例的特定范例描述了本發(fā) 明。然而，顯然的是，在其中可以進(jìn)行各種修改和改變，而不脫離如 在隨附權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的更寬的精神和范圍。例如，該范例中所示的晶體管可以由其它類型的開關(guān)所代替。而且，控制單元53 和電極系統(tǒng)10可以集成在一起。同樣，本發(fā)明不限于實(shí)現(xiàn)為不可編 程硬件的物理設(shè)備或單元，而是也可以應(yīng)用為能夠通過根據(jù)合適的程 序代碼操作而執(zhí)行所需設(shè)備功能的可編程設(shè)備和單元。而且，這些設(shè) 備可以是在大量裝置中物理分布的，同時功能性地操作作為單一設(shè) 備。例如，電極選擇器530可以實(shí)現(xiàn)為協(xié)作以選擇電極墊片12的大 量設(shè)備。同樣，功能上形成獨(dú)立設(shè)備的的設(shè)備可以集成為單一物理設(shè) 備。例如，電極選擇器530、信號發(fā)生器531、信號處理器532、存 儲器533、定時器534可以實(shí)為為適當(dāng)編程的微控制器或單一集成電 路。然而，其它修改、變化或備選方式也是可行的。因此，說明書和 附圖應(yīng)當(dāng)理解為示意性的，而非限制性的。在權(quán)利要求中，位于圓括號之間的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)理解為限制權(quán) 利要求。措辭"包括"不排除除了在權(quán)利要求中列出的那些之外而存 在其它元件或步驟。而且，措辭"一"和"一個"不應(yīng)當(dāng)理解為限制 為"唯一"，而是作為代替地用于指示"至少一個"，并且不排除復(fù)數(shù)。 在互相不同的權(quán)利要求中記載特定測量的事實(shí)并不表示不能有利地 使用這些測量的組合。
權(quán)利要求
1、一種用于對肌肉組織進(jìn)行電刺激的裝置(1)，包括電極系統(tǒng)(10)，包括電極陣列(13)，包括多個電極墊片(12)，該電極陣列(13)可以與所述肌肉組織電接觸地放置；以及傳感器(30；31-36)，用于感測所述肌肉組織的特性，所述特性形成對所述肌肉組織活性的測量，所述傳感器具有用于輸出傳感器信號的傳感器輸出；所述裝置(1)還包括電極選擇器(530)，用于從所述多個電極墊片中選擇至少一個刺激電極墊片；信號發(fā)生器(531)，連接至所述電極陣列(13)，用于將電刺激信號提供給所述至少一個刺激電極墊片；以及信號處理器(532)，具有連接至所述傳感器(30；31-36)的處理器輸入，用于根據(jù)所述傳感器信號確定所述測量值，并且以人類可察覺的形式輸出該值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(1)，其中 所述電極選擇器(530)布置成從所述電極墊片中選擇至少一個測量電極墊片；所述傳感器(30; 31—36)包括所述測量電極墊片； 所述處理器輸入連接至所述電極陣列(13)，用于從所述測量電極墊片接收電信號；以及所述信號處理器(5)布置為用于根據(jù)所述電信號確定對于所述肌肉組織活性的所述測量值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(1)，其中，所述電極選擇 器(530)包括測量電路(31—36)，用于對于至少兩個所述電極墊片，測量所述電極墊片和其上定位有所述電極陣列(13)的表面之間的阻抗，并 且用于基于測得的阻抗從所述電極墊片中選擇適于提供所述電刺激 信號和/或所述測量信號的電極墊片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l一3中任一項所述的裝置(1)，還包括人機(jī)界 面(51， 52)，用于以人類可察覺的形式輸出對于所述肌肉組織電活 性的所述測量值或者從所述測量獲得的特性的值。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(1)，還包括以輸入連接至所述 信號處理器(532)的輸出的測量單元，用于從所確定的對所述肌肉 組織電活性的測量中，確定所述肌肉組織的參數(shù)值，該測量單元還連 接至用于輸出所述值的所述人機(jī)界面。
6、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中，所述電極系 統(tǒng)(10)包括柔性材料制成的載體，并且其中，所述電極墊片(12) 位于所述載體表面，所述載體在使用中抵靠活體動物在將要被刺激的 肌肉組織附近的皮膚區(qū)域中的皮膚放置，所述活體動物例如人類或其 它哺乳動物。
7、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的裝置(1)，還包括順序控制 電路(534)，用于控制所述信號處理器(532)和所述信號發(fā)生器(531)的操作，使得在操作中執(zhí)行測量和刺激的預(yù)定順序。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(1)，其中，所述預(yù)定順序包括 對所述肌肉組織的活性進(jìn)行測量的第一測量；在所述第一測量之后對 所述肌肉組織進(jìn)行的刺激；以及在對所述肌肉組織進(jìn)行的所述刺激之 后對所述肌肉組織的活性進(jìn)行測量的第二測量。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置(1)，還包括用戶界面(51， 52)，用于向人類輸出信號，所述信號表示用于使所述人類身體的部分執(zhí)行預(yù)定動作的指令，所述部分包括所述肌肉組織。
10、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的裝置(1)，還包括電子電路(31 — 36)，用于測量至少一個所述電極墊片和其上定 位有所述電極陣列(13)的表面之間的所述阻抗；以及連接至用于測量所述阻抗的所述電子電路的控制單元(P c),，用于將測得的阻抗與閾值相比較，并且在所述測得的阻抗超出所述閾 值的情況下，輸出警告信號，所述警告信號任選地可以為人類可察覺 的形式。
11、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的裝置(1)，其中，所述信號發(fā)生器(531)連接至所述信號處理器(532)的輸出，用于根據(jù)測得的 所述肌肉組織活性來控制所述信號發(fā)生器。
12、 一種用于控制在任一前述權(quán)利要求中所述的裝置(1)的操 作設(shè)備(50)，包括用于將關(guān)于所述裝置(1)的操作信息輸出給所述 裝置(1)的用戶的信號輸出，和用于由所述用戶輸入要由所述裝置(1)使用的信息或指令的輸入。
13、 一種電極系統(tǒng)，包括電極陣列(13)，包括多個電極墊片(12)，該電極陣列可以與肌 肉組織電接觸地放置，所述電極陣列被連接至電極選擇器(530)，用 于從所述多個電極墊片中選擇至少一個刺激電極墊片，并且將電刺激 信號提供給所述至少一個刺激電極墊片；以及傳感器(30; 31—36)，用于感測所述肌肉組織的特性，該特性 形成對所述肌肉組織活性的測量，所述傳感器(30; 31—36)具有用 于輸出傳感器信號的傳感器輸出。
14、 一種用于對肌肉組織進(jìn)行電刺激的方法，包括 定位電極陣列(13)，所述電極陣列包括與所述肌肉組織電接觸的多個電極墊片(12);測量所述肌肉組織的特性，所述特性形成對所述肌肉組織活性的根據(jù)所述測量信號確定對所述活性的所述測量； 從所述電極墊片中選擇至少一個刺激電極；并且經(jīng)由所述刺激電 極將刺激信號提供給所述肌肉組織。
15、 將根據(jù)權(quán)利要求1_13中任一項所述的裝置(1)用于對肌 肉進(jìn)行治療的用途。
16、 一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括程序代碼部分，用于當(dāng)在可編程 裝置(1)上運(yùn)行時執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法。
全文摘要
一種用于對肌肉組織進(jìn)行電子刺激的裝置(1)。該裝置具有帶有電極陣列(13)的電極系統(tǒng)(10)。該陣列具有多個電極墊片(12)，并且被與肌肉組織電接觸地放置。該電極系統(tǒng)還具有用于感測肌肉組織的特性的傳感器(30；31-36)。該特性形成對肌肉組織的活性的測量。該裝置(1)具有用于選擇一個或多個刺激電極墊片的電極選擇器(530)。信號發(fā)生器(531)被連接到電極陣列(13)，以向刺激電極墊片提供電刺激信號。信號處理器(532)被連接到所述傳感器(30；31-36)，用于根據(jù)傳感器信號確定肌肉活性的值，且以人類可察覺的形式輸出該值。這降低了定位電極系統(tǒng)(10)所需的準(zhǔn)確度，且增加了測量肌肉組織活性的準(zhǔn)確度。
文檔編號A61N1/36GK101237906SQ200680028856
公開日2008年8月6日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者J·J·范赫克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司