[发明专利]用于上肢康复的便携设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于供在同时进行伸出和提升任务方面有困难的病损用户进行康复的便携设备。该设备特别适合于用于治疗上肢的神经血管或肌肉骨骼的损伤或疾病的康复和/或物理治疗程序。

背景技术

每年有数十万人由于上肢运动病损而变为残疾。病损可能由诸如中风(例如参见由美国心脏协会和美国中风协会公布的‘Heart disease and stroke statistics 2007’)的神经系统疾病引起，或者可能由肌肉骨骼损伤引起。在这两种情况下，疾病可能导致移动范围缩小、肌无力、速度丧失和/或患肢的协调性降低。

已知物理治疗在降低残疾的程度方面是有效的(Nancy Byl et al.，Neurorehabilitation and Neural Repair，Vol.17，No.3，176-191(2003)；Darlene Hertling，Lippincott Williams and Wilkins publishing，2005)。目前公开的研究工作(Liesbet De Wit et al.，Stroke.2007；38；2101)证实了在患者每天接受更多长时间治疗的护理中心获得了关于康复效果的更好结果。物理治疗目前仅在医院或专业的护理中心进行。物理治疗师引导患者在训练课程期间进行一系列重复的锻炼，其中训练课程由于治疗师的时间安排以及费用而通常在次数和持续时间上受到限制。此外，由于缺少客观的测量技术，通常难以评估治疗开始时的病损程度并难以量化治疗的益处。

机器人设备具有改善这种境况的潜力。与患者的手臂机械耦合的智能机器人可用于帮助患者在康复期中进行训练，因而增加花在康复训练中的时间。此外，机器人的传感器可用于在治疗周期开始时评估病损的程度并监视进程。

事实上，在过去几年里为了学术和商用目的已开发了许多机器人设备。例如，美国西雅图的华盛顿大学已开发了7DoF电动上肢骨骼作为康复/辅助设备以处理包括上肢力缺乏的机能障碍。意大利比萨的Scuola Superiore Sant′Anna的研究人员开发了MEMOS系统，一种低损耗的2维笛卡尔自由度的机器人，用于中风后的上肢动作恢复。美国西北大学已开发了ACT 3D系统以创建用于在抓握及释放任务中手臂的运动训练的虚拟世界。

在学术环境中的研究也产生了少数商业设备。例如，美国波士顿的麻省理工学院的在学术研究的框架下开发了MIT-Manus，其在随后被授予专利权(美国专利序列号5,466,213(1995))并且现在由美国Interactive Motion Technology商业化作为用于肩部、肘部及腰部康复的InMotion1，2，3设备。

类似地，存在许多在该领域提交的专利。例如，Erlandson(美国专利序列号4,936,299(1990))公开了一种利用由CPU控制的机器人手臂用于康复的设备及方法。Baker(专利序列号CA2244358(2000))公开了一种用于腕部康复的治疗性的腕部机器人。Reinkensmeyer等(美国专利序列号6,613,000(2003))公开了一种对具有感官病损的患者提供手臂运动治疗的基于计算机的系统，其可在万维网上操作并提供治疗性训练的个性化方案。Diaz等(美国专利序列号2005/0273022A1(2005))公开了一种用于通过持续性被动移动进行关节康复的便携医疗设备。Dewald等(美国专利序列号2007/0066918A1(2007))公开了一种用于对中风或其他神经障碍之后重力引起的肢体协调性机能障碍进行康复的系统。

与诸如MIT-Manus的机器人进行的研究及临床试验的结果表明机器人介入的方法是安全的，被患者普遍接受并且是有用的(例如参见Krebs et al.，Technol.Health Care 7，6(Dec.1999)，419-423)。

然而，现有的一代康复机器人还存在一些未解决的、妨碍其大规模使用的问题。其中，费用是一个重要问题。机器人设备应当足够便宜才能被护理中心广泛采用。在机器人设备必须由患者在家里使用的情况下，易用性也是一个问题。“家用”特征还要求设备的便携性。

事实上，先前描述的设备和/或专利可大致分为两类：(1)可用于实施多种不同康复方案因此具有复杂结构的昂贵且非便携的设备；(2)可用于有限数量的康复方案的更简单的、更专门的设备。