[發明專利]用于輔助步態干預和跌倒預防的系統和方法

有效

• 申請號: 201680005534.0
• 申請日: 2016-02-12
• 公開（公告）號: CN107106846B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: V·德薩皮奧;M·D·霍華德;S·E·切蘭;M·齊格勒;M·E·菲利普斯;K·R·馬丁;H·霍夫曼
• 申請（專利權）人: 赫爾實驗室有限公司
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36;G08B21/04;A61B5/11
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;李艷芳

本發明描述了一種用于步態干預和跌倒預防的系統。所述系統被結合到連體套裝中，所述連體套裝具有多個分布式傳感器和前庭?肌肉Biostim陣列。當所述前庭?肌肉Biostim陣列包括多個分布式執行器時，所述傳感器可操作以用于將生物傳感器數據提供至所述分析模塊。所述分析模塊與所述連體套裝和所述傳感器連接并且可操作以用于接收生物傳感器數據并且分析特定使用者的步態并且預測跌倒。最后，包括閉環Biostim控制模塊以用于激活所述前庭?肌肉Biostim陣列以補償預測跌倒的風險。

相關申請的交叉引用

本發明是于2015年2月12日提交的美國臨時申請No.62/115,495的非臨時專利申請，該申請的內容全部以引用的方式結合在本文中。

技術領域

本發明涉及一種跌倒預防系統，并且具體地，涉及一種結合套裝和傳感器以通過使用者預測即將發生的跌倒并且發起從事預防這種跌倒的協議的系統。

背景技術

相關技術的描述

跌倒是導致現役軍人(參見所結合的參考文獻列表，第33號和第35號參考文獻)以及老年人住院治療的重要原因。例如，每年有三分之一65歲以上的人將經歷虛弱導致的跌倒，估計每年直接花費在跌倒上的健康治療費用超過300億美元(參見第8號參考文獻)。負重(例如，背包重量)和疲勞增加跌倒事故的危險(參見第24號和第25號參考文獻)。

為了減輕跌倒的風險，需要可操作以保護使用者免受與這種跌倒相關聯的損傷的系統。現有技術例如通過加速計檢測跌倒，并且使用堅硬的承重外骨骼來停止跌倒。外骨骼的問題在于它們是不舒服的、笨重的和昂貴的。進一步地，這種外骨骼是笨拙的并且如果它們耗盡電量，則會阻礙穿戴者的移動性。利用這種笨重的、堅硬的外骨骼，現有技術解決方法可能等待，直到跌倒發生為止，然后檢測跌倒并且使用該堅硬的外骨骼來停止跌倒。

現有技術也受累于其感測能力。為了感測使用者的步態，僅可以將粗略的身體配置數據(諸如撞擊足部定時)應用于某種步態病理學(諸如足下垂)(參見第42號參考文獻)。進一步地，為了感測跌倒，在外骨骼中采用陀螺傳感器(參見第3號參考文獻)(其進行檢測，但不進行預測)。有時采用不可穿戴的視頻運動捕獲系統(參見第44號參考文獻)，其降低了這種系統的移動性。其它系統采用不可靠的自我報告(參見第9號參考文獻)，其僅可以檢測跌倒，但是不可以預測跌倒。進一步地，這種系統不主動監視外部跌倒預測指標，諸如絆倒的危險(參見第2號參考文獻)。

現有技術中存在關于推斷和預測生物力學狀態的能力的其它限制。例如，用于步態分析的一般生物力學模型不大可能捕獲從高的、肌肉發達的軍人到矮的老年患者的慣性屬性的范圍。針對肌肉骨骼動力學模擬推斷出肌肉激活的現有技術分別是OpenSim(參見第7號參考文獻)和CMC(參見第38號和第39號參考文獻)。盡管精確，但是這些模型在計算上太密集以至于不能在實時嵌入式系統上運行(參見第34號和第31號參考文獻)。

現有控制軟件也受到各種限制。例如，迄今為止，僅僅已經針對姿勢穩定性研究了對動搖的人反應的正演模型(參見第18號、第19號和第21號參考文獻)。另外，基于優化算法的傳統關節力矩控制方法(參見第15號和第16號參考文獻)在計算上太密集以至于不能在實時嵌入式系統上運行。進一步地，用于行走的領先的基于動量的方法包括捕獲點方法(參見第23號參考文獻)，并且當可用立足點受到限制時，立足點放置控制(參見第26號參考文獻)可能是有問題的。

用于現有系統的致動器也受到限制。外骨骼通常是重的且耗電的，并且在處于非輔助模式下時阻礙移動。進一步地，雖然已經使用了前庭電刺激(GVS)來增強姿勢平衡控制(參見第32號參考文獻)，但是在綜合方法中還未采用其來控制肌肉刺激。相反，現有技術使用刺激肌肉激活的功能性電刺激(FES)；然而，僅僅將FES施加至一個或者兩個位置，從而將其適用性限制到某種步態病理學(諸如足下垂)(如例如在第42號參考文獻中所描述的)。最后，對跌倒預防的訓練通常使用鍛煉游戲(參見第41號參考文獻)，這種訓練是預防性的而非預測性的。