Приводимая в движение ортопедическая система для реабилитации в естественных условиях в режиме взаимодействия - заявка 2015137411 на патент на изобретение в РФ

1. Способ реабилитации пациента, носящего приводимую в движение ортопедическую систему, в естественных условиях, причем указанный способ включает в себя:
первоначальную настройку приводимой в движение ортопедической системы на выполнение функций ходьбы для пациента, носящего эту ортопедическую систему, на основе предварительно заданного уровня оказания помощи и
адаптивное изменение предварительно заданного уровня оказания помощи на основе параметра реабилитации пациента, носящего эту ортопедическую систему.
2. Способ по п. 1, в котором обеспечена возможность выборочного изменения предварительно заданного уровня оказания помощи врачом-реабилитологом, работающим с пациентом, носящего эту ортопедическую систему.
3. Способ по п. 2, дополнительно включающий в себя:
оценку усилий, требуемых пациенту, носящего эту ортопедическую систему, для совершения по меньшей мере одного шага из цикла ходьбы, и
представление врачу-реабилитологу индикатора на основе указанных усилий на протяжении цикла ходьбы.
4. Способ по п. 3, в котором указанный индикатор представляет собой интеграл от тангенциальных усилий на протяжении цикла ходьбы.
5. Способ по п. 3, в котором указанный индикатор представляет собой интеграл от ортогональных усилий на протяжении цикла ходьбы.
6. Способ по п. 3, в котором указанный индикатор представляет собой максимум тангенциальных усилий на протяжении цикла ходьбы.
7. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:
измерение рабочих усилий пациента, носящего эту ортопедическую систему, во время использования приводимой в движение ортопедической системы и
изменение предварительно заданного уровня оказания помощи в зависимости от основе указанных рабочих усилий.
8. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:
измерение рабочих движений при использовании приводимой в движение ортопедической системы и
изменение предварительно заданного уровня оказания помощи в зависимости от рабочих движений.
9. Способ по п. 1, в котором предварительно заданный уровень помощи установлен согласно требуемому профилю оказания помощи, а адаптивное изменение предварительно заданного уровня оказания помощи включает в себя создание туннельной области вокруг требуемого профиля оказания помощи.
10. Способ по п. 9, в котором создание туннельной области включает в себя:
a. задание требуемой траектории оказания помощи,
b. определение одного или более сегментов вдоль указанной траектории оказания помощи,
c. назначение каждому из указанных сегментов функции, пропорциональной расстоянию от указанной требуемой траектории оказания помощи.
11. Способ по п. 1, в котором изменение предварительно заданного уровня помощи включает в себя обеспечение траектории в реальном времени.
12. Способ по п. 11, в котором обеспечение траектории в реальном времени включает в себя:
a. определение предыдущей позиции вдоль траектории,
b. определение текущей позиции вдоль траектории,
c. определение скорости продвижения вдоль указанной траектории;
d. оценку будущей траектории на основе указанной предыдущей позиции, указанной текущей позиции и указанной скорости.
13. Способ по п. 1, в котором изменение предварительно заданного уровня помощи включает в себя определение требуемой скорости ходьбы.
14. Способ по п. 13, в котором обеспечение требуемой скорости ходьбы включает в себя:
a. расчет требуемой позиции ноги на основе требуемой скорости ходьбы,
b. сохранение показаний счетчика смещения по времени, которые представляет собой расхождение между фактической позицией ноги и требуемой позицией ноги, и
c. обеспечение помощи в тангенциальном направлении, которая представляет собой функцию от показаний счетчика смещения по времени.
15. Способ по п. 1, в котором изменение предварительно заданного уровня помощи включает в себя обеспечение переменного угла корректировки.
16. Способ по п. 15, в котором обеспечение требуемого угла корректировки включает в себя:
a. определение погрешности между наблюдаемыми углами движений в суставах и требуемыми углами движений в суставах вдоль траектории,
b. вычисление оценочного показателя на основе этой погрешности и
c. регулирование уровня оказания помощи до тех пор, пока указанный оценочный показатель не понизится до приемлемого уровня.
17. Способ по п. 16, в котором указанный уровень оказания помощи регулируют путем регулировки параметров усиления, относящихся к погрешности траектории для оказания помощи.
18. Способ по п. 17, в котором оценочный показатель включает в себя оценку позы равновесия пользователя.
19. Способ по п. 15, в котором переменный угол корректировки не является прямым углом относительно траектории движения для приводимой в движение ортопедической системы.
20. Способ по п. 19, в котором переменный угол корректировки составляет менее 90 градусов и не менее 45 градусов по отношению к траектории движения.
21. Способ по п. 1, в котором изменение предварительно заданного уровня оказания помощи включает в себя динамическое изменение требуемой траектории.
22. Способ по п. 21, в котором динамическое изменение требуемой траектории включает в себя:
a. идентификацию условий, при которых существенное отклонение от требуемой траектории является целесообразным,
b. определение времени существования этих условий и
c. изменение указанной требуемой траектории в соответствии с предварительно заданным планом реагирования на указанные условия.
23. Способ по п. 1, в котором изменение предварительно заданного уровня помощи включает в себя создание виртуальной подпорной стенки.
24. Способ по п. 23, в котором создание виртуальной подпорной стенки включает в себя:
a. вычисление сопроводительной задней стенки, следующей за траекторией пути движения пациента, носящего ортопедическую систему,
b. обеспечение возможности продвижения сопроводительной задней стенки вдоль указанной траектории даже в случае, в котором пациент, носящий ортопедическую систему, замедляет или даже приостанавливает продвижение вдоль указанной траектории,
c. идентификацию состояния, когда позиция задней стенки совпадает с позицией пациента, носящего ортопедическую систему, и
d. изменение усилия по оказанию помощи, прикладываемого к указанному пациенту для принудительного продолжения движения вдоль указанной траектории.
25. Способ по п. 1, в котором изменение предварительно заданного уровня оказания помощи включает в себя согласование крутящих моментов между ногами пациента, носящего ортопедическую систему.
26. Способ по п. 25, в котором согласование крутящих моментов включает в себя:
a. идентификацию состояния нарушения равновесия между тазобедренными суставами приводимой в движение ортопедической системы, которое способно вызвать нежелательное движение туловищной части приводимой в движение ортопедической системе в противоположном направлении, и
b. регулировку крутящих усилий в этих тазобедренных суставах для уравновешивания усилий.
27. Способ по п. 1, в котором изменение предварительно заданного уровня оказания помощи включает в себя обеспечение реабилитационной помощи на фазах постановки на опору из цикла ходьбы.
28. Способ по п. 27, в котором обеспечение реабилитационной помощи на фазах постановки ног на опору включает в себя:
a. определение первых усилий, требуемых для уравновешивания положения ноги согласно фазе движения,
b. измерение вторых усилий, прикладываемых к приводимой в движение ортопедической системе пациентом, носящим ортопедическую систему,
c. вычисление третьих усилий, требуемых для оказания помощи пациенту, носящему ортопедическую систему, при уравновешивании положения ноги на основе первого и второго усилий, и
d. обеспечение четвертых усилий по оказанию помощи путем приведения в движение ортопедической системы.
29. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя обеспечение обратной связи с лечащим врачом.
30. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя обеспечение обратной связи в форме звукового или визуального отображения пациенту, носящему ортопедическую систему.
31. Способ управления работающим в естественных условиях приводимым в движение ортопедическим аппаратом для нижних конечностей, содержащим экзоскелет, имеющий туловищную часть, выполненную с возможностью соединения с верхней частью тела пациента, по меньшей мере один опорный элемент для ноги, выполненный с возможностью соединения с первой нижней конечностью человека и содержащий по меньшей мере одно бедренное звено, выполненное с возможностью соединения с обеспечением поворота со звеном туловища на тазобедренном суставе, и голенное звено, выполненное с возможностью соединения с обеспечением поворота с бедренным звеном на коленном суставе, по меньшей мере один исполнительный элемент для управления движением тазобедренного сустава и по меньшей мере второй исполнительный элемент для управления движением коленного сустава, и множество датчиков для контроля экзоскелета, причем способ включает в себя:
расчет требуемой траектории ноги,
оценку текущей ориентации ноги на основе сигналов, получаемых от указанного множества датчиков,
расчет погрешности позиционирования между требуемой траекторией и текущей ориентацией ноги,
расчет корректировочного действия на основе указанной погрешности позиционирования и
осуществление корректировочного действия посредством по меньшей мере первого и второго исполнительных элементов.
32. Способ по п. 31, дополнительно включающий в себя:
выдачу врачу по меньшей мере одного параметра оказания помощи посредством пользовательского интерфейса и
расчет корректировочного действия на основе указанной погрешности позиционирования и указанного по меньшей мере одного параметра оказания помощи.
33. Способ по п. 32, дополнительно включающий обеспечение второго параметра оказания помощи, причем один параметр оказания помощи используется при нахождении стопы в контакте с опорной поверхностью, а другой параметр оказания помощи используется при отсутствии контакта стопы с этой опорной поверхностью.
34. Способ по п. 31, согласно которому дополнительно рассчитывают указанную погрешность в декартовом пространстве и
(1) если указанная погрешность позиционирования находится в пределах предварительно заданного угла наклона линии, касательной к требуемой траектории ноги, направляют указанное корректировочное действие по направлению к требуемой траектории ноги вдоль предварительно заданного угла, и
(2) если погрешность позиционирования выходит за пределы предварительно заданного угла наклона линии, касательной к требуемой траектории, направляют корректировочное действие вдоль линии от текущей ориентации ноги к текущему положению на требуемой траектории ноги.
35. Способ по п. 34, в котором предварительно заданный угол составляет менее 90 градусов.
36. Способ по п. 35, в котором предварительно заданный угол равняется 70 градусам.
37. Способ по п. 31, дополнительно включающий: когда усилие, сгенерированное указанными исполнительными элементами, превышает установленное пороговое значение, а указанное усилие в целом направлено вверх, последующее реагирование путем изменения требуемой траектории ноги для ускоренного пересечения опорной поверхности.
38. Способ по п. 31, дополнительно включающий в себя:
создание подвижной виртуальной задней стенки на основе минимальной скорости продвижения вдоль требуемой траектории ноги,
увеличение предоставляемой помощи, когда виртуальная стенка достигает текущей ориентации ноги.
39. Способ по п. 31, дополнительно включающий в себя:
оценку текущей скорости ноги на основе данных от указанного множества датчиков,
расчет погрешности скорости между скоростью на требуемой траектории и текущей скоростью ноги,
расчет по меньшей мере одного коэффициента усиления контроллера на основе погрешности позиционирования и погрешности скорости и
расчет корректировочного действия с использованием коэффициента усиления контролера.
40. Способ по п. 31, дополнительно включающий в себя:
оценку текущей скорости ноги на основе данных от указанного множества датчиков,
расчет погрешности скорости между скоростью на требуемой траектории и текущей скоростью ноги,
управление указанным по меньшей мере одним опорным элементом ноги для обеспечения следования по требуемой траектории ноги посредством первого и второго исполнительных элементов и системы управления,
расчет по меньшей мере одной погрешности траектории в ориентации и скорости на основе требуемой траектории ноги, текущей ориентации ноги и текущей скорости ноги, и
изменение по меньшей мере одного коэффициента усиления в системе управления на основе указанной погрешности траектории таким образом, что приводимый в движение ортопедический аппарат для нижних конечностей обеспечивает минимальную помощь, необходимую для достижения требуемого качества ходьбы.
41. Способ по п. 40, в котором требуемым качеством ходьбы управляет врач, причем указанный способ дополнительно включает в себя повышение качества ходьбы для обеспечения меньших погрешностей траектории перед увеличением указанного по меньшей мере одного коэффициента усиления.
42. Приводимая в движение ортопедическая система для реабилитации в естественных условиях, включающая в себя экзоскелет, содержащий:
туловищную часть, выполненную с возможностью соединения с верхней частью тела пациента,
по меньшей мере один опорный элемент для ноги, выполненный с возможностью соединения с первой нижней конечностью пациента и содержащий по меньшей мере одно бедренное звено, выполненное с возможностью соединения с обеспечением поворота со звеном туловища на тазобедренном суставе, и голенное звено, выполненное с возможностью соединения с обеспечением поворота с бедренным звеном на коленном суставе,
первый исполнительный элемент для управления движением тазобедренного сустава,
второй исполнительный элемент для управления движением коленного сустава,
множество датчиков для контроля экзоскелета и
контроллер, выполненный с возможностью управления первым и вторым исполнительными элементами с переменными адаптивными уровнями оказания помощи в ответ на сигналы от указанного множества датчиков.
43. Приводимая в движение ортопедическая система по п. 42, дополнительно содержащая индикаторы для передачи рабочих параметров экзоскелета врачу-реабилитологу, причем контроллер выполнен с возможностью приема сигналов адаптивного оказания помощи от врача-реабилитолога.
44. Приводимая в движение ортопедическая система по п. 42, дополнительно содержащая устройство звукового или визуального отображения для обеспечения обратной связи с пациентом.
45. Приводимая в движение ортопедическая система по п. 42, в которой контроллер выполнен с возможностью:
a. задания требуемой траектории оказания помощи,
b. задания одного или более сегментов вдоль траектории оказания помощи,
c. назначения каждому из указанных сегментов функции, пропорциональной расстоянию от требуемой траектории оказания помощи.
46. Приводимая в движение ортопедическая система по п. 42, в которой контроллер выполнен с возможностью:
a. определения предыдущей позиции вдоль траектории,
b. определения текущей позиции вдоль указанной траектории,
c. определения скорости продвижения вдоль указанной траектории,
d. оценки будущей траектории на основе указанной предыдущей позиции, указанной текущей позиции и указанной скорости.
47. Приводимая в движение ортопедическая система для реабилитации в естественных условиях, включающая в себя экзоскелет, содержащий:
туловищную часть, выполненную с возможностью соединения с верхней частью тела пациента,
по меньшей мере один опорный элемент ноги, выполненный с возможностью соединения с первой нижней конечностью пациента и содержащий по меньшей мере одно бедренное звено, выполненное с возможностью соединения с обеспечением поворота со звеном туловища на тазобедренном суставе, и голенное звено, выполненное с возможностью соединения с обеспечением поворота с бедренным звеном на коленном суставе,
первый исполнительный элемент для управления движением тазобедренного сустава,
второй исполнительный элемент для управления движением коленного сустава,
множество датчиков для контроля экзоскелета и
контроллер, выполненный с возможностью расчета требуемой траектории ноги, возможностью оценки текущей ориентации ноги на основе сигналов, принятых от указанного множества датчиков, возможностью расчета погрешности позиционирования между требуемой траекторией и текущей ориентацией ноги, возможностью расчета корректировочного действия на основе указанной погрешности позиционирования и с возможностью осуществления корректировочного действия посредством по меньшей мере первого и второго исполнительных элементов.
48. Приводимая в движение ортопедическая система по п. 47, дополнительно содержащая пользовательский интерфейс для выдачи врачу по меньшей мере одного параметра оказания помощи, причем корректировочное действие основано на указанной погрешности позиционирования и указанном по меньшей мере одном параметре оказания помощи.
Наверх