專利名稱：肌肉組織的測(cè)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(duì)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(duì)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(kāi)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(hào)相關(guān)的信號(hào)處理的EMG信號(hào) 處理器，以及用于基于該EMG信號(hào)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(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生刺激信號(hào)和將該刺激信 號(hào)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(hào)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(gè)目的是提供一種用于對(duì)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(gè)或多個(gè)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(hào)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(hào)的區(qū)嫩卜的情況下，刺激信號(hào)仍然可以由位于該區(qū)域中的電 鵬片樹(shù)共。此外，由于電極系統(tǒng)包括電極陣列和用于測(cè)量肌肉活性的傳感器，該 傳感器將測(cè)量將要刺激的區(qū)域中或附近的活動(dòng)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(shí)的人來(lái)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(cè)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(dòng)確定明I5個(gè)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(wú)需 專業(yè)知識(shí)。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(cè)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(dòng)執(zhí) 行測(cè)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(dòng)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(shí)刻執(zhí)行什么 動(dòng)作，例如使人體部化彎曲，而無(wú)需知識(shí)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(tīng)肉組織的驢的實(shí)施例的一個(gè) 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(gè)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(dòng)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(zhǎng)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(wú)線連接。操作單元50可以接收電極系統(tǒng)10產(chǎn)生的信 號(hào)，并且控制電極系統(tǒng)10的操作，下面將對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)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(jué)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(tīng)見(jiàn)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(dòng)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(duì)肌肉進(jìn)行刺激的持 續(xù)時(shí)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(duì)電極 11的電極陣列13。對(duì)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(duì)電極ll具有閉環(huán)形狀，并且圍繞電極陣列 13。然而，對(duì)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(duì)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(hào)，或?qū)㈦娦盘?hào)發(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(duì)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(duì)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(gè)或多個(gè)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(gè)控制輸入。每個(gè)線路選擇器單元16、 17可以選擇一個(gè)或多個(gè) 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(guò)選擇合適的共線連接14、 15，可以選擇一個(gè)或多 個(gè)電極墊片。
信號(hào)發(fā)生器531連接至電極選擇器530。在操作中，信號(hào)發(fā)生器 531將電刺激信號(hào)提供給剌激電極墊片。電剌激信號(hào)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(hào)經(jīng) 由皮膚穿剌進(jìn)入肌肉組織，對(duì)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(shí)間，可以由 信號(hào)發(fā)生器531基于存儲(chǔ)在信號(hào)發(fā)生器531的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)而確 定。然而，信號(hào)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(hào)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(shí)間和幅度。而且，圖2的范例中的信號(hào) 發(fā)生器531連接至信號(hào)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(cè)量得到的活動(dòng)性，來(lái)確定用于刺激的合適設(shè)置。 例如，可以對(duì)信號(hào)處理器532進(jìn)行編程，來(lái)使用預(yù)定義的數(shù)學(xué)關(guān)系式， 根據(jù)測(cè)得的活性計(jì)算合適的持續(xù)時(shí)間和刺激幅度。信號(hào)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(cè)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(cè)肌肉組織的特性，所述特性構(gòu)成對(duì)所述肌肉組織的活性的測(cè) 量。在該范例中，傳感器30是紅外傳感器，其可以接收來(lái)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(duì)肌肉中血 液循環(huán)的測(cè)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(hào)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(hào)提供給信號(hào)處理器532。信號(hào)處理器532可以根據(jù)傳感 器信號(hào)確定活性的測(cè)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(jué)的形式輸出該值。
在該范例中，信號(hào)處理器532的輸出連接至測(cè)量單元535。測(cè)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(cè) 量單元535可以基于信號(hào)處理器532確定的值來(lái)確定肌肉組織的參 數(shù)，并且在用戶界面處以用戶可察覺(jué)形式將該值輸出，例如在顯示器 51上以數(shù)字形式輸出。測(cè)量單元535可以例如基于肌肉組織的活性 值，來(lái)計(jì)算肌肉組織可能釋放的最大力量。然而，測(cè)量單元535可以 例如基于預(yù)定的關(guān)系，來(lái)確定肌肉組織的其它參數(shù)，測(cè)量單元535可 以確定肌肉組織的響應(yīng)時(shí)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(shí)器534，其可以控制信號(hào) 發(fā)生器531和信號(hào)處理器532的操作次序，從而在操作中執(zhí)行測(cè)量和 刺激的預(yù)定順序。定時(shí)器534例如可以布置為在某一事件之后，將起 始信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理器532和/或信號(hào)發(fā)生器531，例如響應(yīng)于分 別在刺激或測(cè)量終止之后從信號(hào)發(fā)生器531和/或信號(hào)處理器532接 收的停止信號(hào)。
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(jué)疼痛的皮膚部分上， 在第二歩驟102中測(cè)量每個(gè)電極墊片12和皮膚表面之間的阻抗。基 于測(cè)得的阻抗，在第三步驟103中選擇一個(gè)或多個(gè)刺激電極墊片12。 在還使用電極墊片12例如通過(guò)測(cè)量肌電圖(EMG)測(cè)量皮下肌肉組織 的活性的情況下，也可以基于測(cè)得的阻抗選擇測(cè)量電極墊片。
例如，可以選擇阻抗最低的一個(gè)或多個(gè)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(cè)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(duì)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(gè)或多個(gè)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(cè)量對(duì)于局部偽影 不太敏感，同時(shí)仍然使用合適的區(qū)域?qū)∪饨M織進(jìn)行測(cè)量和/或刺激。
可以選擇相同的電極墊片12用于測(cè)量和刺激。然后使用所選的 電極墊片12來(lái)測(cè)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(duì)于測(cè)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(lái)選擇刺激電極墊片12。例如，可以使用每個(gè)電極墊片12來(lái) 測(cè)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(lái) 選擇刺激電極墊片12。
對(duì)于每個(gè)電極墊片12，可以將測(cè)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(cè)得的阻抗，超出了該閾值， 那么將警告信號(hào)提供給用戶，指示各個(gè)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(hào)，用戶可以移動(dòng)(部分)電極系 統(tǒng)10以便于改善電接觸。
在對(duì)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(cè)量 肌肉組織活性的第一測(cè)量。在開(kāi)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(dòng)并且可以測(cè)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(lái)指 導(dǎo)用戶。物理活動(dòng)可以例如是移動(dòng)其上設(shè)置有電極系統(tǒng)10的人體部 分。由此，例如可以測(cè)量最大活性。測(cè)得的肌肉組織的活性可以以人 類可察覺(jué)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(cè)量之后立刻或稍后輸出測(cè)得的活性。
在第一測(cè)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(hào)。電信號(hào)使得肌肉組織交替收縮 和放松。這被認(rèn)為對(duì)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(duì)肌肉組織進(jìn)行刺激之后，在第六步驟106中執(zhí)行了對(duì)肌肉組 織的活性的第二測(cè)量?；谠摐y(cè)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(duì)肌肉組織的活性所起的作用。在開(kāi)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(dòng)，并且可以測(cè)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(lái)指導(dǎo)用戶。物理活動(dòng)可以例如是移動(dòng)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(guò)在進(jìn)行刺激之前和之后輸出活性值，可以確定對(duì)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(jiǎn)單的方式察覺(jué)刺激的作用。作為代替或者除了測(cè)得 的活性之外，可以輸出從步驟104和106中的第一和第二測(cè)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(duì)僵硬或肌痛的作用，而無(wú)需專業(yè)知識(shí)。
而且，所確定的值可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器533中。由此，可以通過(guò)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(shí)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(chǔ)器533連接至信號(hào)處理器532，并且該信 號(hào)處理器532可以將表示測(cè)量值和關(guān)于測(cè)量時(shí)間的信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 在存儲(chǔ)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(gè)電 極墊片12和共線連接14、 15之間，提供了作為開(kāi)關(guān)操作的晶體管 19。每個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)或多 個(gè)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(kāi)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(kāi)關(guān)21的狀態(tài)為打開(kāi)或閉合。在打開(kāi)狀態(tài)下， 開(kāi)關(guān)21允許電流從電源20流動(dòng)至共線連接14，然而在閉合狀態(tài)下， 開(kāi)關(guān)21禁止電流流動(dòng)。在圖4的范例中，開(kāi)關(guān)21實(shí)現(xiàn)為開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng) 晶體管，其中其柵極連接至第一選擇元件16。開(kāi)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(guò)將柵極控制為打開(kāi)， 允許電流在開(kāi)關(guān)晶體管的源極和漏極之間流動(dòng)，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(guò)哪個(gè)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(kāi)關(guān)信 號(hào)。該開(kāi)關(guān)信號(hào)使得開(kāi)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(kāi)關(guān)晶體管19的源極和漏極之間流動(dòng)，在非 導(dǎo)電狀態(tài)下，在開(kāi)關(guān)晶體管的源極和漏極之間沒(méi)有電流流動(dòng)。因此， 通過(guò)給所選的共線連接15提供合適的開(kāi)關(guān)信號(hào)，在導(dǎo)電狀態(tài)下可以 設(shè)置將開(kāi)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(kāi)關(guān) 晶體管19不向相應(yīng)的電極墊片12提供電流。每個(gè)電極墊片12還連接至第一和第二測(cè)量晶體管34、 35。測(cè)量 晶體管34、 35經(jīng)由晶體管34、 35之間的節(jié)點(diǎn)成對(duì)地連接至電極墊片 12。第一測(cè)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(cè)量晶體管34的柵極連接至測(cè)量模式選擇單元31。測(cè)量模式選擇 單元31可以選擇一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)量晶體管34。在圖4的范例中， 測(cè)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(cè) 量模式選擇單元31的操作。測(cè)量模式選擇單元31可以打開(kāi)或閉合第 一測(cè)量晶體管34的柵極。在打開(kāi)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(cè)量電極34的漏極連接至電極墊片12和第二測(cè)量晶體管35。通 過(guò)打開(kāi)第一測(cè)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(cè)量晶體管35，反之，在第一測(cè)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(cè)量晶體管35與電流源36 電絕緣。每個(gè)第二測(cè)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(duì)電極ll)。每個(gè)第二測(cè)量晶 體管35的柵極連接至測(cè)量電極選擇單元32。測(cè)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(cè)量電 極選擇單元32可以打開(kāi)或閉合一個(gè)或多個(gè)所選第二測(cè)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(guò)第二測(cè)量晶體管35 和電流表33。通過(guò)打開(kāi)或閉合相應(yīng)的第二測(cè)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(guò)將相應(yīng)的一個(gè) 第二測(cè)量晶體管35選擇為打開(kāi)而將另一個(gè)第二測(cè)量晶體管35選擇為 閉合，而不經(jīng)由第一測(cè)量晶體管34提供電流的情況下，可以確定連 接至打開(kāi)的第二測(cè)量晶體管35的電極墊片12處的電壓。因而，可以 測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)比較電流表33測(cè)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(cè)量晶體管34作為用于 測(cè)量模式的選擇器，在該范例中測(cè)量模式為阻抗測(cè)量模式和肌肉組織 活性測(cè)量模式，然而，使用第二測(cè)量晶體管35來(lái)選擇所測(cè)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(méi)有電流將流過(guò)電極墊片12。因而，將流 過(guò)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(guò)比較電流表33測(cè)得的電流和合適的閾值，可以確定過(guò)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(cè)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(cè)量電極選擇單元32， 從而經(jīng)由電流表33獨(dú)立地測(cè)量各個(gè)電極墊片12中的每一個(gè)和皮膚之 間的阻抗。然后，微控制器PC可以經(jīng)由測(cè)量模式選擇單元31和測(cè) 量電極選擇單元32選擇一個(gè)或多個(gè)電極墊片，并且測(cè)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(duì)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(gè)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(cè) 得的肌肉組織的活性的測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)，并且確定對(duì)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(wú)需專業(yè)醫(yī)學(xué)知識(shí)，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(guò) 監(jiān)視和控制治療過(guò)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(wú)線連接。該網(wǎng)絡(luò)可以例如連接至測(cè)量單元535的輸出和信號(hào)發(fā)生器531的輸入，以發(fā)射測(cè)量數(shù)據(jù)和接收控制數(shù)據(jù)。在前述說(shuō)明書(shū)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(kāi)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(guò)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(shí)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(hào)發(fā)生器531、信號(hào)處理器532、存 儲(chǔ)器533、定時(shí)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(shuō)明書(shū)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(hào)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(gè)"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(gè)"，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(cè)量的事實(shí)并不表示不能有利地 使用這些測(cè)量的組合。
權(quán)利要求
1、一種用于對(duì)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(gè)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(cè)所述肌肉組織的特性，所述特性形成對(duì)所述肌肉組織活性的測(cè)量，所述傳感器具有用于輸出傳感器信號(hào)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(gè)電極墊片中選擇至少一個(gè)刺激電極墊片；信號(hào)發(fā)生器(531)，連接至所述電極陣列(13)，用于將電刺激信號(hào)提供給所述至少一個(gè)刺激電極墊片；以及信號(hào)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(hào)確定所述測(cè)量值，并且以人類可察覺(jué)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(gè)測(cè)量電極墊片；所述傳感器(30; 31—36)包括所述測(cè)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(cè)量電極墊片接收電信號(hào)；以及所述信號(hào)處理器(5)布置為用于根據(jù)所述電信號(hào)確定對(duì)于所述肌肉組織活性的所述測(cè)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(cè)量電路(31—36)，用于對(duì)于至少兩個(gè)所述電極墊片，測(cè)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(cè)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(hào)和/或所述測(cè)量信號(hào)的電極墊片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l一3中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，還包括人機(jī)界 面(51， 52)，用于以人類可察覺(jué)的形式輸出對(duì)于所述肌肉組織電活 性的所述測(cè)量值或者從所述測(cè)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(hào)處理器(532)的輸出的測(cè)量單元，用于從所確定的對(duì)所述肌肉 組織電活性的測(cè)量中，確定所述肌肉組織的參數(shù)值，該測(cè)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(dòng)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(dòng)物例如人類或其 它哺乳動(dòng)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(hào)處理器(532)和所述信號(hào)發(fā)生器(531)的操作，使得在操作中執(zhí)行測(cè)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(duì)所述肌肉組織的活性進(jìn)行測(cè)量的第一測(cè)量；在所述第一測(cè)量之后對(duì) 所述肌肉組織進(jìn)行的刺激；以及在對(duì)所述肌肉組織進(jìn)行的所述刺激之 后對(duì)所述肌肉組織的活性進(jìn)行測(cè)量的第二測(cè)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(hào)，所述信號(hào)表示用于使所述人類身體的部分執(zhí)行預(yù)定動(dòng)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(cè)量至少一個(gè)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(cè)量所述阻抗的所述電子電路的控制單元(P c),，用于將測(cè)得的阻抗與閾值相比較，并且在所述測(cè)得的阻抗超出所述閾 值的情況下，輸出警告信號(hào)，所述警告信號(hào)任選地可以為人類可察覺(jué) 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(hào)發(fā)生器(531)連接至所述信號(hào)處理器(532)的輸出，用于根據(jù)測(cè)得的 所述肌肉組織活性來(lái)控制所述信號(hào)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(hào)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(gè)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(gè)電極墊片中選擇至少一個(gè)刺激電極墊片，并且將電刺激 信號(hào)提供給所述至少一個(gè)刺激電極墊片；以及傳感器(30; 31—36)，用于感測(cè)所述肌肉組織的特性，該特性 形成對(duì)所述肌肉組織活性的測(cè)量，所述傳感器(30; 31—36)具有用 于輸出傳感器信號(hào)的傳感器輸出。
14、 一種用于對(duì)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(gè)電極墊片(12);測(cè)量所述肌肉組織的特性，所述特性形成對(duì)所述肌肉組織活性的根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)確定對(duì)所述活性的所述測(cè)量； 從所述電極墊片中選擇至少一個(gè)刺激電極；并且經(jīng)由所述刺激電 極將刺激信號(hào)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(xiàng)所述的裝置(1)用于對(duì)肌 肉進(jìn)行治療的用途。
16、 一種計(jì)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(shí)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(duì)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(gè)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(cè)肌肉組織的特性的傳感器(30；31-36)。該特性形成對(duì)肌肉組織的活性的測(cè)量。該裝置(1)具有用于選擇一個(gè)或多個(gè)刺激電極墊片的電極選擇器(530)。信號(hào)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(hào)。信號(hào)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(hào)確定肌肉活性的值，且以人類可察覺(jué)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(cè)量肌肉組織活性的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)A61N1/36GK101237906SQ200680028856
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
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