用于功能性電刺激的鞋類產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品基于柔軟的、電絕緣材料的平臺(tái)(SM)適應(yīng)于人的腳底，例如用于鞋的鞋墊。多個(gè)刺激電極(S1、S2、S3)均具有至少1cm2的粘性刺激區(qū)域，多個(gè)刺激電極(S1、S2、S3)在空間上散布在平臺(tái)(SM)上。導(dǎo)電的、粘性接地層電極(G)的面積是刺激電極的面積的至少10倍，接地層電極(G)被設(shè)置用于與人腳接觸。電接口(I)包括插頭或插槽，插頭或插槽具有可從外部接入的電連接器，以允許外部單獨(dú)地電氣接入至復(fù)數(shù)個(gè)刺激電極區(qū)域(S1、S2、S3)和接地層電極(G)。電接口能夠處理至少200V的電壓，優(yōu)選能夠處理400V的電壓。這種產(chǎn)品適用于基于反射的步態(tài)治療，其中通過人的腳底的疼痛刺激來觸發(fā)人的縮回反射。許多散布開的刺激電極允許單獨(dú)地適于優(yōu)化刺激，構(gòu)建到產(chǎn)品中的低成本的傳感器可以用于提供關(guān)于步態(tài)時(shí)相的反饋，即，產(chǎn)品是適用于診所中步態(tài)治療的容易使用且衛(wèi)生的一次性鞋墊。
【專利說明】用于功能性電刺激的鞋類產(chǎn)品
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療裝置領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明提供用于功能性電刺激(FES)或功能性電治療(FET)的鞋類產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】 [0002]在幫助病人行走方面，已知功能性電刺激FES或功能性電治療FET。例如，發(fā)明人之一，Jonas Emborg的哲學(xué)博士論文“疼痛縮回反射的調(diào)制及其在中風(fēng)病人的步態(tài)復(fù)原中的使用(Modulation of the nociceptive withdrawal reflex and its use inrehabilitation of gait of stroke patients) ”,奧爾堡大學(xué)，2009,描述了基于反射的步態(tài)訓(xùn)練，其中，對(duì)病人的腳底的疼痛電刺激由于引用的縮回反射而有助于病人移動(dòng)其腿并且開始舉步。這提供有用的工具，使得部分或完全不能動(dòng)的病人的步態(tài)訓(xùn)練成為可能，由于中風(fēng)或外腦創(chuàng)傷引用的輕偏癱狀況而導(dǎo)致上述不可動(dòng)，由于大腦的一定區(qū)域的損傷而導(dǎo)致所述外腦創(chuàng)傷。如果在中風(fēng)之后的3個(gè)月內(nèi)開始加強(qiáng)的步態(tài)訓(xùn)練，這種病人具有明顯好的復(fù)原機(jī)會(huì)。如果提供了充分感觀的學(xué)習(xí)輸入，即通過完全功能化的足夠的步態(tài)訓(xùn)練，在該較早的時(shí)期，腦特別適于再產(chǎn)生/重學(xué)控制肌肉的能力。
[0003]來自發(fā)明人的進(jìn)一步的引用是:
[0004]-“使用輕偏癱步態(tài)的用于邁步期支持的疼痛縮回反射的新穎的閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)(Dsign and test of a novel closed-loop system that exploits thenociceptive withdrawal reflex for swing phase support of the hemipareticgait)，，，J.Emborg，Z.MatjaC ic，J.D.Bendtsen，E.G.Spaich，1.Cikajloj N.Gol jar,0.K.Andersen。IEEE 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)?艮(Transactions on Biomedical Engineering).第58 卷，n0.4，第 960-970 頁，2011 年 4 月。DO1:10.1109/TBME.2010.2096507
[0005]-“由在后期站姿期間輸送到腳底的重復(fù)疼痛剌激引起的縮回反射響應(yīng):部位、時(shí)相和步頁率調(diào)制(Withdrawal reflex responses evoked by repetitive painfulstimulation delivered on the sole of the foot during late stance: site, phase, andfrequency modulation)”，E.G.Spaich, J.Emborg, T.Collet, L.Arendt-Nielsen 和0.K.Andersen，Exp.Brain Res.，第 194 卷，n0.3，第 359-368 頁，2009 年 4 月
[0006]-“人行走期間的地面反作用力的縮回反射檢測(cè):部位和步態(tài)時(shí)象的關(guān)系(Withdrawal reflexes examined during human gait by ground reaction forces: siteand gait phase dependency) ” J.Emborg, E.G.Spaich 和 0.K.Andersen，醫(yī)學(xué)與生物工程和計(jì)算(Med.Biol.Eng.Comput.2009);第 4 卷，第 29-39 卷，2009 年 I 月
[0007]-“在偏癱步態(tài)復(fù)原中使用重復(fù)縮回反射的新方法(Novel method exploitingthe nociceptive withdrawal reflexes in rehabilitation of hemiplegicgait) ” Emborg，J.，Bendtsen, J.D.，Spaich, E.G.，Andersen, 0.K.,2009.s.84-87 醫(yī)學(xué)物理與生物醫(yī)學(xué)工程世界大會(huì)(World Congress on Medical Physics and BiomedicalEngineering)，德國慕尼黑，2009年9月7日至9月12日，醫(yī)學(xué)及生物工程國際同盟會(huì)議錄(International Federation for Medical and Biological EngineeringProceedings)25.1X
[0008]可以使用借助于手動(dòng)地附著到病人的腳的粘性電極施加的電刺激，利用上述基于反射的步態(tài)訓(xùn)練進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。然而，為了上述方法的實(shí)際應(yīng)用，使用若干個(gè)電極，因而在理療診所或醫(yī)院中，時(shí)間被浪費(fèi)在安裝和取下設(shè)備上，而不是用來為病人提供實(shí)際步態(tài)訓(xùn)練。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，根據(jù)上述描述，需要一種產(chǎn)品，以便利于實(shí)用且容易地應(yīng)用人腳的疼痛電刺激用于基于反射的步態(tài)訓(xùn)練。
[0010]在第一方面，本發(fā)明提供一種成形為適應(yīng)于人的腳底的產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括
[0011]-柔軟的、電絕緣材料的平臺(tái)，
[0012]-多個(gè)分開的刺激電極，每個(gè)刺激電極均具有至少Icm2的粘性刺激區(qū)域，其中，多個(gè)刺激電極在空間上散布在平臺(tái)上，從而能夠在正常使用期間刺激人的腳底的不同區(qū)，
[0013]-用于與人腳接觸的至少一個(gè)導(dǎo)電的、粘性接地層電極，其中，接地層電極的總面積是一個(gè)刺激電極的面積的至少10倍，
[0014]-電接口，其包括 插頭或插槽，插頭或插槽具有可從外部接入的電連接器，以允許外部單獨(dú)地電氣接入至多個(gè)刺激電極區(qū)域和接地層電極，以及
[0015]-一組電導(dǎo)體，其用于使多個(gè)刺激電極和接地層電極與電接口的電連接器互相連接，其中，該組電導(dǎo)體被設(shè)置成抵抗接地層電極和多個(gè)刺激電極之間的大于200V的電壓，例如大于400V的電壓。
[0016]這種產(chǎn)品，例如，以用于鞋一次性鞋底的形式，適于實(shí)用的步態(tài)訓(xùn)練治療，因而刺激設(shè)備僅需訓(xùn)接入到這種產(chǎn)品的電接口就可以開始步態(tài)治療部分。由于產(chǎn)品可以被制造成不同尺寸，因而無需任何個(gè)體電極定位考慮就可以適應(yīng)于人腳，因此，消除了刺激電極(通常為若干個(gè)電極)的單獨(dú)匹配和安裝耗費(fèi)的時(shí)間。產(chǎn)品需要安裝在人的腳底，電接口需要連接到用于施加刺激信號(hào)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)例如為帶在人的腰帶等上的便攜式控制裝置的形式，控制系統(tǒng)然后可以有線地或無線地連接到臺(tái)式或膝上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？梢砸缘蛢r(jià)格制造產(chǎn)品，因而允許產(chǎn)品僅使用單次，由此確保高的衛(wèi)生水平，而無需在使用步態(tài)訓(xùn)練設(shè)備的兩個(gè)人之間清潔設(shè)備。
[0017]本發(fā)明可以被看作主要的專用于與功能性電治療FET —起使用的產(chǎn)品，但是這是非排他的。本技術(shù)還可能用于與診斷工具相關(guān)聯(lián)地使用，該診斷工具使與慢性疼痛有關(guān)的中樞敏感化量化。這具有通過經(jīng)由分散的電刺激評(píng)定擴(kuò)張的反射感受場(chǎng)來診斷慢性疼痛病人的應(yīng)用，該疾病是重大且至今尚未解決的問題?；谠u(píng)定縮回反射敏感性的空間變化的意圖，刺激發(fā)送到鞋底的不同部位。另外，這里需要安裝若干個(gè)電極的實(shí)用方法來減少穿脫設(shè)備用的時(shí)間。
[0018]此外，在具有在空間上分開的多個(gè)刺激電極的實(shí)施方式中，不管個(gè)人敏感性的各體空間差異如何，個(gè)人的最佳的電刺激變得可能?？梢钥紤]計(jì)算機(jī)算法，利用基于指示腿的擺動(dòng)結(jié)果的反饋環(huán)的最佳刺激位置，因而激活最適宜的刺激電極。事實(shí)是，產(chǎn)品能夠處理200V，優(yōu)選地大于400V，或者更高，允許有效的電力刺激，接地層電極和刺激電極之間的限定的區(qū)域變化確保，當(dāng)施加適當(dāng)?shù)碾姶碳ば盘?hào)時(shí)，故意的縮回反射引起感覺。
[0019]在具有專用電接口插槽的實(shí)施方式中，由于錯(cuò)誤的設(shè)備連接到產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)最小化，可以獲得高的安全性。
[0020]產(chǎn)品可以是或多或少地簡(jiǎn)單的鞋類產(chǎn)品的形式，尤其是，產(chǎn)品可以是I)設(shè)置成適應(yīng)入鞋中的可更換的鞋墊，2)拖鞋，或3)鞋。平臺(tái)可以形成諸如鞋或拖鞋的鞋類的一部分。
[0021]在一個(gè)實(shí)施方式中，產(chǎn)品是設(shè)置成裝入人的鞋中的可更換的鞋墊，其中，平臺(tái)包括上層、下層及設(shè)置在上層和下層之間的一組電導(dǎo)體，其中，刺激電極延伸過上層中的多個(gè)孔。如所解釋的，可以以低成本制造這種產(chǎn)品，因而允許一次性使用，由此容易將新的干潔產(chǎn)品安適應(yīng)于每個(gè)人的腳。尤其是，至少上層可以由可重復(fù)使用的材料制成，諸如非紡織材料片。在一次使用產(chǎn)品的情況下，這個(gè)實(shí)施方式將允許僅有限的材料浪費(fèi)。
[0022]在一些實(shí)施方式中，至少一個(gè)刺激電極在空間上散布在平臺(tái)上，從而能夠刺激人的如下腳底區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域:后跟、前腳和中足。這允許FET控制系統(tǒng)激活用于獲得期望縮回反射的最有效刺激部位，因而例如減小適應(yīng)性(適應(yīng))影響。更具體地，優(yōu)選地，產(chǎn)品可以包括在空間上散布的多個(gè)刺激電極，從而能夠刺激人的如下腳底區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域的多個(gè)不同位置:后跟、前腳和中足。如之前解釋的，這允許自動(dòng)的FET系統(tǒng)根據(jù)反饋環(huán)激活最適當(dāng)?shù)牟课?，因而將個(gè)體差異考慮在內(nèi)。
[0023]在一些實(shí)施方式中，接地平面電極在空間上延伸成能夠接觸人的如下腳區(qū)域中的至少一個(gè)區(qū)域:腳底的后跟、腳底的前腳、腳底的中足、后跟背面和腳的上部分。優(yōu)選地，接地層電極可以在空間上延伸成能夠與人的腳的多個(gè)所述區(qū)域接觸。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，產(chǎn)品包括在空間上分開的多個(gè)接地層電極，在其它實(shí)施方式中，接地層電極可以通過構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)電區(qū)域而在所述多個(gè)區(qū)中的若干個(gè)區(qū)中延伸。
[0024]優(yōu)選地，平臺(tái)可以實(shí)質(zhì)上為腳形，使得其匹配普通的腳的形狀，因而在其是鞋墊產(chǎn)品情況下，可匹配已有鞋的內(nèi)部。
[0025]在一些實(shí)施方式中，產(chǎn)品包括在結(jié)構(gòu)上鏈接到平臺(tái)的額外平臺(tái)元件，其中，額外平臺(tái)元件包括與所述電接口電連接的刺激電極或接地層電極。尤其是，額外的平臺(tái)元件連接到平臺(tái)，從而使刺激電極或接地層電極在安裝成正常使用時(shí)能夠與人的腳的后跟的上部分或背面接觸。這種額外的平臺(tái)元件可以為翻轉(zhuǎn)片的形式，在正常使用期間該翻轉(zhuǎn)片可以彎曲以與人腳的上部分或后 跟的背面接觸。
[0026]產(chǎn)品可以包括傳感器，傳感器被設(shè)置成提供表示當(dāng)人在穿著有產(chǎn)品的情況下行走時(shí)人的步態(tài)時(shí)相的反饋，諸如設(shè)置在平臺(tái)和產(chǎn)品的上層之間的傳感器。這種傳感器將允許產(chǎn)品在具有反饋的FET基系統(tǒng)中使用，其中，傳感器可以用于向FET算法提供關(guān)于腿所處的步態(tài)時(shí)相的反饋。這可以消除對(duì)另外的反饋傳感器的需求，因而提供設(shè)備的容易的安裝，因?yàn)槿绻麄鞲衅骷稍诋a(chǎn)品中，不需要單獨(dú)的裝配。在【具體實(shí)施方式】中，傳感器電連接到電接口內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電連接器，諸如在提供刺激電極和接地層電極的外部連接的相同插頭或插槽。這允許非常容易地連接到基于FET系統(tǒng)的反饋。尤其是，優(yōu)選地，至少一個(gè)傳感器可以在空間上與平臺(tái)有關(guān)聯(lián)地設(shè)置，從而能夠感測(cè)穿著有產(chǎn)品的人的腳與地面接觸。傳感器可以包括電開關(guān)，電開關(guān)被設(shè)置成在穿著有產(chǎn)品的人的腳接觸地面時(shí)在電關(guān)斷與電打開之間切換。這種電開關(guān)可以由力敏傳感器、具有打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)的電開關(guān)、電容變換器、稱重傳感器、應(yīng)變儀和壓電傳感器中的一者實(shí)現(xiàn)?？梢砸缘统杀局圃旌?jiǎn)單的傳感器，仍允許產(chǎn)品是一次使用的鞋墊產(chǎn)品的形式。傳感器可以包括一種或多種改進(jìn)的傳感器技術(shù)，例如，用于感測(cè)距離的基于激光的距離傳感器，加速儀等，然而，在這種情況下，制造成本將增加，因而這種實(shí)施方式不適于一次性使用。
[0027]為了進(jìn)一步允許獲得關(guān)于步態(tài)時(shí)相的更細(xì)節(jié)的信息，傳感器可以包括在平臺(tái)的不同區(qū)在空間上散布的多個(gè)傳感器元件，諸如多個(gè)電開關(guān)，從而能夠感測(cè)穿著有產(chǎn)品的人的腳接觸地面的各區(qū)域。尤其是，多個(gè)傳感器元件電連接到電接口的各電連接器，從而允許經(jīng)由電接口的一個(gè)單一的插頭或插槽從外部單獨(dú)地電氣接入多個(gè)傳感器元件。
[0028]電接口可以由形狀不同于標(biāo)準(zhǔn)連接器的插頭或插槽形式的連接器實(shí)現(xiàn)，從而避免與外部設(shè)備的非故意的連接。
[0029]一組電導(dǎo)體可以包括空間上在平臺(tái)中延伸的柔性PCB，從而電連接多個(gè)刺激電極中的每一個(gè)與電接口的各電連接器。
[0030]一組電連接器的端部可以從平臺(tái)延伸出，從而允許電接口的插頭或插槽布置在人的鞋的外部。
[0031]在第二方面中，本發(fā)明提供一種設(shè)置成用于步態(tài)訓(xùn)練的系統(tǒng)，諸如用于中風(fēng)后的人的復(fù)原，該系統(tǒng)包括
[0032]-根據(jù)第一方面的產(chǎn)品，
[0033]-刺激單元，刺激單元被設(shè)置成用于與產(chǎn)品的電接口連接，其中，刺激單元被設(shè)置成在接地層電極和至少一個(gè)刺激電極之間產(chǎn)生電刺激電壓，其中，所述電刺激電壓足夠高以在穿著有產(chǎn)品的人上引起疼痛反應(yīng)。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述系統(tǒng)包括
[0035]-傳感器，其被設(shè)置成用于感測(cè)代表人腿的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)并且相應(yīng)地產(chǎn)生反饋信號(hào)，諸如在第一方面的實(shí)施方式中描述的傳感器，以及
[0036]-處理器單元，其可操作地連接到刺激單元和傳感器，處理器單元包括運(yùn)行控制算法的處理器，運(yùn)行所述控制算法以響應(yīng)于反饋信號(hào)產(chǎn)生用于刺激單元的控制信號(hào)。
[0037]在第三方面中，本發(fā)明將根據(jù)第一方面的產(chǎn)品用于功能性電刺激，諸如基于反射的步態(tài)訓(xùn)練，諸如為了中風(fēng)后的人的復(fù)原。
[0038]在第四方面中，本發(fā)明將根據(jù)第一方面的產(chǎn)品用于，通過經(jīng)由分散的電刺激評(píng)定擴(kuò)張的反射感受場(chǎng)，來進(jìn)行與慢性疼痛有關(guān)的中樞敏感化的診斷。
[0039]應(yīng)當(dāng)理解，與第一方面中提到的相同的優(yōu)點(diǎn)和等同實(shí)施方式可以應(yīng)用于第二和第
二方面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]以下參照附圖，僅以示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中
[0041]圖1示出鞋墊實(shí)施方式的刺激電極和接地層電極布局的示例，
[0042]圖2a和2b示出具有定位在鞋墊平臺(tái)上的翻轉(zhuǎn)片(flap)的接地層電極和后跟刺激電極的鞋墊實(shí)施方式的兩個(gè)示圖，
[0043]圖3a和3b示出具 有定位在中央的一個(gè)接地層電極的另一鞋墊實(shí)施方式的兩個(gè)示圖，
[0044]圖4示出包括本發(fā)明的產(chǎn)品的FET系統(tǒng)的主要部件，[0045]圖5示出連接到FET系統(tǒng)的部件的鞋墊實(shí)施方式，以及
[0046]圖6示出包括本發(fā)明的鞋墊的FET系統(tǒng)的實(shí)施示例。
【具體實(shí)施方式】
[0047]圖1示出鞋墊實(shí)施方式的布局。鞋底材料的腳形平臺(tái)SM形成鞋墊的基部，該鞋底材料諸如是橡膠、聚合物、塑料、沖擊吸收合成泡沫等。在平臺(tái)SM的頂部，黑色區(qū)域表示刺激電極S1、S2、S3，這里示出總共具有十個(gè)刺激電極S1、S2、S3的版本。接地層電極G被表示為陰影區(qū)域，盡管在草圖中不是很清楚，應(yīng)當(dāng)理解，刺激電極S1、S2、S3與接地層電極G電絕緣。為了與使用鞋墊的人的腳底上的皮膚進(jìn)行良好的電接觸，接地層電極G和刺激電極
S1、S2、S3具有粘性表面，諸如也從ECG電極等已知的那樣。終止在線束W內(nèi)的不可見的導(dǎo)電元件用于將刺激電極S1、S2、S3和接地層電極G電連接到單個(gè)電接口插頭I的各個(gè)銷子，因而，允許使用用于所有電極S1、S2、S3的僅一個(gè)共用接口插頭I容易地連接到刺激控制設(shè)備，因而可以經(jīng)由插頭I單獨(dú)地控制各電極S1、S2、S3。當(dāng)然，電極材料、連接器、線束W和接口插頭I以及電絕緣材料應(yīng)當(dāng)能夠抵抗至少200V、優(yōu)選地至少400V的電壓，以應(yīng)付甚至比為基于反射的刺激提供的刺激電流所需的電壓高的電壓。
[0048]看起來，接地層電極G覆蓋的區(qū)域明顯地大于各刺激電極S1、S2、S3覆蓋的區(qū)域，在本實(shí)施方式中，接地層電極G覆蓋大部分平臺(tái)區(qū)域，實(shí)際上覆蓋平臺(tái)區(qū)域的多于90%的區(qū)域，其形成為在前腳、足弓和后跟區(qū)域延伸的單個(gè)區(qū)域。需要比刺激電極區(qū)域大的區(qū)域來提供引起縮回反射的期望的疼痛感覺，這是基于反射的步態(tài)訓(xùn)練FET系統(tǒng)的基礎(chǔ)。優(yōu)選地，接地層電極的面積與一個(gè)刺激電極的面積的比率大于10，諸如比率15-20。對(duì)于接地層電極在腳的大部分區(qū)域延伸的情況中，該比率可以高達(dá)50，或者甚至100。此外，一個(gè)刺激電極的面積優(yōu)選大于1cm2，諸如l-2cm2，或者諸如2_5cm2。
[0049]如從圖1的布局草 圖可以看到的，在各腳區(qū)中均具有多個(gè)刺激電極的組，該多個(gè)腳區(qū)即為前腳FF、足弓和后跟H。該可單獨(dú)尋址刺激區(qū)域的空間分布將靈活地匹配不同人的反應(yīng)，因而，鞋墊適于和高度自動(dòng)化的FET系統(tǒng)一起使用，該FET系統(tǒng)能夠接收反饋并且響應(yīng)于關(guān)于個(gè)人的腿的運(yùn)動(dòng)的反饋而選擇最適當(dāng)?shù)拇碳^(qū)域。因而，利用許多散布開的刺激電極S1、S2、S3，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的性能，而無需為每個(gè)人進(jìn)行單獨(dú)的電極定位。
[0050]圖2a和2b示出替代鞋墊實(shí)施方式。這里，平臺(tái)SM也是腳形狀的，但是在示意性的布置中，在每個(gè)腳底區(qū)中僅存在一個(gè)刺激電極，也就是，位于平臺(tái)PFl的主要部分的前腳電極S_f、足弓電極S_a和后跟電極S_h。另外，翻轉(zhuǎn)片PF3附著到主平臺(tái)部分PFl的后跟部分，例如，與平臺(tái)SM材料一體地制造，例如，與平臺(tái)SM材料單片檢成，翻轉(zhuǎn)片PF3承載刺激電極S_ph，在翻轉(zhuǎn)片折疊到如從圖2b中看到的通常使用位置時(shí)，刺激電極S_ph附著到從的腳后跟的后部。以相似的方式，翻轉(zhuǎn)片PF2附著到平臺(tái)PFl的主要部分。該翻轉(zhuǎn)片PF2承載接地層電極G，在該翻轉(zhuǎn)片折疊到通常使用位置時(shí)，接地層電極G安裝成與人腳的上部接觸。因而，除了三個(gè)腳底區(qū)之外，本實(shí)施方式還允許刺激人的腳后跟的后部。
[0051]此外，圖2a和2b示出存在兩個(gè)壓力敏感區(qū)域形式的傳感器，即一個(gè)在前腳處的傳感器PS1，一個(gè)在后跟處的傳感器PS2。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，可以以各種方式實(shí)施這種壓力敏感區(qū)域。傳感器PS1、PS2的功能允許表示人腳在一步中的位置的反饋，即主要是知道人腳部分是否接觸地面，以這種方式確定步態(tài)時(shí)相(gait phase)。[0052]圖3a和3b參照在前述實(shí)施方式中已經(jīng)描述的細(xì)節(jié)示出再一個(gè)鞋墊實(shí)施方式。再一次地，腳形平臺(tái)形成多組刺激電極所在的基部，該多組電極是:在前腳區(qū)的三個(gè)刺激電極S_fl、S_f2、S_f3構(gòu)成的一組S_f，在足弓區(qū)的一組S_a，在后跟區(qū)的一組S_h，以及在后跟翻轉(zhuǎn)片上設(shè)置成用于與人腳后跟的后部接觸的一組S_ph。另外，在腳底的各部分中定位兩個(gè)壓敏傳感器，也就是，一個(gè)在前腳區(qū)的傳感器PS1，一個(gè)在后跟區(qū)的傳感器PS2。一個(gè)大的接地層電極G主要在足弓區(qū)中延伸，該電極G僅部分地位于前腳和后跟區(qū)中。如前面提到的，可經(jīng)由電接口對(duì)多個(gè)刺激電極的多個(gè)組單獨(dú)地進(jìn)行尋址允許，例如，基于使用來自傳感器PS1、PS2的反饋的自動(dòng)算法，對(duì)刺激進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)節(jié)和改進(jìn)。[0053]圖4示意性地示出人的腿和腳FT以及包括根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品SP的FET或FES治療系統(tǒng)的主要部分。該系統(tǒng)包括設(shè)置成激勵(lì)器單元STM，該激勵(lì)器單元STM被設(shè)置成向鞋墊或鞋產(chǎn)品SP的電接口的至少接地層電極端子和刺激電極端子施加刺激電壓SV，該鞋產(chǎn)品SP例如為上面描述的鞋墊的形式。然后產(chǎn)品SP的電極相應(yīng)地在人腳FT上引起疼痛感覺，以引起人的縮回反射。該反射導(dǎo)致腿縮回，即腿將開始擺動(dòng)時(shí)相。
[0054]刺激電壓SV例如典型地需要高達(dá)在50-400V的范圍內(nèi)的電壓，盡管典型地為200V左右，以產(chǎn)生所需的刺激電流來觸發(fā)縮回反射，該刺激電壓SV由響應(yīng)于控制信號(hào)CS而被控制的激勵(lì)器單元STM施加，由運(yùn)行控制算法CA的處理器單元來產(chǎn)生信號(hào)CS。該控制算法CA響應(yīng)于處理器單元I3U從傳感器SN接收的反饋信號(hào)FB來計(jì)算控制信號(hào)CS，傳感器SN設(shè)置成感測(cè)例如腿的加速度的參數(shù)并根據(jù)該參數(shù)產(chǎn)生反饋信號(hào)FB，這里，傳感器SN被示出為感側(cè)膝蓋角度的測(cè)角儀SN。控制算法CA優(yōu)選地被設(shè)計(jì)為調(diào)節(jié)控制信號(hào)CS，以獲得腿的目前軌線。在示出的示例中，控制算法CA可以被設(shè)計(jì)為確定獲得刺激S的控制信號(hào)CS，該刺激S將盡可能地提供腿LG的作為一步期間的時(shí)間的函數(shù)的目標(biāo)膝蓋角度。
[0055]除了或者替代所示出的測(cè)角儀SN，提供反饋信號(hào)FB的傳感器可以是置于產(chǎn)品SP中的傳感器，諸如在圖2和3中示出的壓力傳感器，或者這些傳感器可以是安裝在產(chǎn)品SP的兩層之間的簡(jiǎn)單的電開關(guān)的形式。向控制算法CA的反饋FB的一個(gè)主要目的是提供關(guān)于腳FT是否接觸地面的反饋FB，從而向控制算法CA提供關(guān)于確定何時(shí)開始步態(tài)循環(huán)的有用信息。將理解的是，若干個(gè)傳感器類型可以用于獲取反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)代表描述腿在行走期間的位置和/或運(yùn)動(dòng)的參數(shù)。該傳感器可以是用于估計(jì)腿的位置從而估計(jì)關(guān)節(jié)角度的加速計(jì)、傾斜傳感器和陀螺儀。例如，可以使用相機(jī)來拍攝病人行走期間腿的數(shù)字圖像。經(jīng)由對(duì)圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D像分析處理，可以獲得適當(dāng)?shù)姆答仯?，臀、膝蓋和踝關(guān)節(jié)角度以及腳與地面的距離中的一個(gè)或多個(gè)的形式，或者腿運(yùn)動(dòng)的更復(fù)雜的參數(shù)描述的形式。然而，在僅傳感器被安裝在產(chǎn)品SP中的情況下，僅需要一個(gè)單獨(dú)的電接口來將刺激電極和提供反饋FB的傳感器連接到處理器單元W。
[0056]圖5示出包括鞋墊產(chǎn)品SP的用于FET系統(tǒng)的設(shè)備的圖，這里示出為圖3a、3b中的一個(gè)。鞋墊SP經(jīng)由其電接口連接到發(fā)送器T，發(fā)送狂T具有用于繞著人的下腿緊固的帶。連接發(fā)送器以發(fā)送表示鞋墊中的壓力傳感器感測(cè)的壓力的無線RF信號(hào)(可能地，也能發(fā)送來自與下腿發(fā)送器安裝在一起的傳感器，例如，加速計(jì)、傾斜傳感器和陀螺儀，的信號(hào))，該信號(hào)可以用作至基于反射的步態(tài)治療系統(tǒng)的激勵(lì)器單元STU或控制單元(例如，膝上型電腦)的輸入。激勵(lì)器單元STU也經(jīng)由電線連接到鞋墊SP的電接口 I，該單元響應(yīng)于來自控制系統(tǒng)(例如，膝上型電腦)的無線RF信號(hào)輸入產(chǎn)生傳輸至鞋墊SP上的刺激電極的適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)刺激電極的電刺激信號(hào)。刺激單元STU可以緊固到人的腰帶或者，其可以利用專用帶緊固到人。
[0057]圖6示出與圖5所示的相同的設(shè)備SP、T、STU，但是這里設(shè)備示意地安裝到人身上，還表示出鏈接到聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)的無線鏈接。因而，具有反饋的FET系統(tǒng)的控制系統(tǒng)在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)的的軟件中實(shí)施，在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行控制算法，計(jì)算機(jī)經(jīng)由刺激單元STU、通過發(fā)送控制信號(hào)無線地控制刺激，其中，由單元STU將該控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該電信號(hào)被施加到刺激電極中的適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)刺激電極。
[0058]應(yīng)當(dāng)理解，在所有示出的實(shí)施方式中，可以由加速儀和/或陀螺儀形式的傳感器完全代替測(cè)角儀。尤其是，可以優(yōu)選地將這種加速儀構(gòu)件成鞋墊的一部分。
[0059]綜上所述，本發(fā)明提供一種基于柔軟的、電絕緣材料的平臺(tái)(SM)的產(chǎn)品，該產(chǎn)品例如是裝在人的腳底的用于鞋的鞋墊。具有至少Icm2的粘性刺激區(qū)域的多個(gè)刺激電極(S1、
S2、S3)在空間上散布在平臺(tái)(SM)上。具有刺激電極面積的至少10倍的面積的導(dǎo)電的、粘性接地層電極(G)設(shè)置成能與人腳接觸。電接口(I)包括插頭或插槽，該插頭或插槽具有可從外部接入的電連接器，以允許外部單獨(dú)地電氣接入至多個(gè)刺激電極區(qū)域(S1、S2、S3)和接地層電極(G)。電接口能夠處理至少200V的電壓，優(yōu)選地能夠處理至少400V的電壓。這種產(chǎn)品適用于基于反射的步態(tài)治療，其中通過人的腳底的疼痛刺激來觸發(fā)人的縮回反射。許多散布開的刺激電極允許單獨(dú)地適于優(yōu)化刺激，構(gòu)建到產(chǎn)品中的低成本的傳感器可以用于提供關(guān)于步態(tài)時(shí)相的反饋，即，產(chǎn)品是適用于診所中容易且衛(wèi)生的步態(tài)治療的一次性鞋墊。
[0060]盡管已經(jīng)利用優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不欲限制于這里闡述的具體形式。相反地，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書限制。
[0061]在本部分中，為了 解釋放而非限制的目的，闡述了所公開的實(shí)施方式的特定具體細(xì)節(jié)，以使本發(fā)明清楚且易于理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易地理解，在不明顯脫離本公開的精神和范圍的情況下，可以以不與這里闡述的細(xì)節(jié)嚴(yán)格一致的其它實(shí)施方式實(shí)施本發(fā)明。此外，在上下文中，為了簡(jiǎn)潔和清楚的目的，省略了已知裝置、電路和方法的詳細(xì)描述，以避免不必要的細(xì)節(jié)和可能的混亂。
[0062]在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟的存在。另外，盡管可以在不同權(quán)利要求中包括單個(gè)的特征，但是這些特征可能可以有利的組合，包括不同的權(quán)利要求不意味著多個(gè)特征的組合是不可行的和/或沒有優(yōu)點(diǎn)的。另外，單個(gè)的引用不排除多個(gè)。因而，不帶量詞的引用、“第一”、“第二”等的引用不排除多個(gè)。在權(quán)利要求書中包括有附圖標(biāo)記，然而包括附圖標(biāo)記只是為了清楚的目的，不應(yīng)解釋為的權(quán)利要求的范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種成形為適應(yīng)于人的腳底的產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包括: -柔軟的、電絕緣材料的平臺(tái)(SM)， -多個(gè)分開的刺激電極(S1、S2、S3)，每個(gè)所述刺激電極均具有至少Icm2的粘性刺激區(qū)域，其中，多個(gè)所述刺激電極(S1、S2、S3)在空間上散布在所述平臺(tái)(SM)上，從而能夠在正常使用期間刺激人的腳底的不同區(qū)， -用于與人腳接觸的至少一個(gè)導(dǎo)電的、粘性接地層電極(G)，其中，所述接地層電極(G)的總面積是一個(gè)所述刺激電極(SI)的面積的至少10倍， -電接口(I)，其包括插頭或插槽，所述插頭或所述插槽具有可從外部接入的電連接器，以允許外部單獨(dú)地電氣接入至多個(gè)所述刺激電極區(qū)域(S1、S2、S3)和所述接地層電極(G)，以及 -一組電導(dǎo)體(W)，其用于使多個(gè)所述刺激電極(S1、S2、S3)和所述接地層電極(G)與所述電接口(I)的所述電連接器互相連接，其中，所述一組電導(dǎo)體(W)被設(shè)置成抵抗所述接地層電極(G)和所述多個(gè)刺激電極(S1、S2、S3)之間的大于200V的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是設(shè)置成裝入鞋中的可更換的鞋墊、推鞋和鞋中的一者。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述產(chǎn)品是設(shè)置成裝入人的鞋中的可更換的鞋墊，其中所述平臺(tái)包括上層、下層及設(shè)置在所述上層和所述下層之間的所述一組電導(dǎo)體，其中所述刺激電極延伸過所述上層中的多個(gè)孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)品，其中至少所述上層由可重復(fù)使用的材料制成，諸如非紡織材料片。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中至少一個(gè)所述刺激電極在空間上散布在所述平臺(tái)(SM)上，從而能夠刺激人的如下腳底區(qū)域中的每一個(gè):后跟、前腳和中足。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)品，包括在空間上散布的多個(gè)所述刺激電極，從而能夠刺激人的如下腳底區(qū)域中的每一個(gè)的多個(gè)不同位置:后跟、前腳和中足。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述接地平面電極(G)在空間上延伸成能夠接觸以下所列的人的腳區(qū)域中的至少一個(gè):腳底的后跟、腳底的前腳、腳底的中足、后跟背面和腳的上部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品，其中所述接地層電極(G)在空間上延伸成能夠與人腳的多個(gè)所述區(qū)域接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的產(chǎn)品，包括在空間上分開的多個(gè)所述接地層電極。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述平臺(tái)(SM)是實(shí)質(zhì)上腳形的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，包括在結(jié)構(gòu)上鏈接到所述平臺(tái)(G)的額外平臺(tái)元件，其中所述額外平臺(tái)元件包括與所述電接口(I)電連接的所述刺激電極或所述接地層電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的產(chǎn)品，其中所述額外平臺(tái)元件連接到所述平臺(tái)(SM)，從而使所述刺激電極或所述接地層電極在安裝成正常使用時(shí)能夠與人腳的后跟的上部分或背面接觸。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，包括傳感器，所述傳感器被設(shè)置成提供表示當(dāng)人在穿著有所述產(chǎn)品的情況下行走時(shí)人的步態(tài)時(shí)相的反饋，諸如設(shè)置在所述平臺(tái)(SM)和所述產(chǎn)品的上層之間的傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的產(chǎn)品，其中所述傳感器電連接到所述電接口(I)內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)所述電連接器，諸如在提供所述刺激電極(S1、S2、S3)和所述接地層電極(G)的外部連接的相同的所述插頭或所述插槽。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的產(chǎn)品，其中至少一個(gè)傳感器在空間上與所述平臺(tái)(SM)有關(guān)聯(lián)地設(shè)置，從而能夠感測(cè)穿著有所述產(chǎn)品的人的后跟與地面接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述傳感器包括電開關(guān)，所述電開關(guān)被設(shè)置成在穿著有所述產(chǎn)品的人的腳接觸地面時(shí)在電關(guān)斷與電打開之間切換。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的產(chǎn)品，其中所述電開關(guān)由壓敏傳感器、具有打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)的電開關(guān)、電容變換器、稱重傳感器、應(yīng)變儀和壓電傳感器中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13-17中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述傳感器包括在所述平臺(tái)的不同區(qū)在空間上散布的多個(gè)傳感器元件，諸如多個(gè)電開關(guān)，從而能夠感測(cè)穿著有所述產(chǎn)品的人的腳接觸地面的相應(yīng)各區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的產(chǎn)品，其中所述多個(gè)傳感器元件，諸如電開關(guān)，電連接到所述電接口的相應(yīng)各所述電連接器，從而允許經(jīng)由所述電接口(I)的一個(gè)單一的所述插頭或所述插槽從外部單獨(dú)地電氣接入所述多個(gè)電開關(guān)。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述電接口(I)由形狀不同于標(biāo)準(zhǔn)連接器的所述插頭或所述插槽形式的連接器實(shí)現(xiàn)，從而避免與外部設(shè)備的非故意的連接。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述一組電導(dǎo)體(W)包括空間上在所述平臺(tái)(SM)中延伸的柔性PCB，從而電氣地連接多個(gè)所述刺激電極(S1、S2、S3)中的每一個(gè)和所述電接口(I)的相應(yīng)各所述電連接器。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述一組電連接器(W)的端部從所述平臺(tái)(SM)延伸出，從而允許所述電接口(I)的所述插頭或所述插槽布置在人的鞋的外部。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品，其中所述平臺(tái)(SM)形成諸如鞋或拖鞋的鞋類產(chǎn)品的一部分。
24.一種設(shè)置成用于步態(tài)訓(xùn)練的系統(tǒng)，諸如用于中風(fēng)后的人的復(fù)原，所述系統(tǒng)包括: -根據(jù)權(quán)利要求1-23中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品， -刺激單元，所述刺激單元被設(shè)置成用于與所述產(chǎn)品的所述電接口(I)連接，其中所述刺激單元被設(shè)置成在所述接地層電極和至少一個(gè)所述刺激電極之間產(chǎn)生電刺激電壓，其中所述電刺激電壓足夠高以在穿著有所述產(chǎn)品的人上引起疼痛反應(yīng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的產(chǎn)品，包括: -傳感器，所述傳感器被設(shè)置成用于感測(cè)代表人腿的運(yùn)動(dòng)的參數(shù)并且相應(yīng)地產(chǎn)生反饋信號(hào)，諸如根據(jù)權(quán)利要求13-19中的任一項(xiàng)所述的傳感器，以及 -處理器單元，所述處理器單元可操作地連接到所述刺激單元和所述傳感器，所述處理器單元包括運(yùn)行控制算法的處理器，運(yùn)行所述控制算法以響應(yīng)于所述反饋信號(hào)產(chǎn)生用于所述刺激單元的控制信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品用于功能性電刺激的使用，諸如基于反射的步態(tài)訓(xùn)練，諸如為了中風(fēng)后的人的復(fù)原。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-23中的任一項(xiàng)所述的產(chǎn)品用于通過經(jīng)由分散的電刺激評(píng)定擴(kuò)張的反射感受場(chǎng)來進(jìn)行與慢性疼痛有關(guān)的中樞敏感化的診斷的使用。
【文檔編號(hào)】A61N1/36GK103619404SQ201280024112
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】喬納斯·恩伯格, 奧勒·卡斯勒·安徒生, 埃里卡·杰拉蒂娜·斯派琪 申請(qǐng)人:諾迪克神經(jīng)定位器公司